DE2408381C3 - Schaltungsanordnung zur pulsbreitenmodulierten Ansteuerung von Leistungstransistoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Schaltungsanordnung ist durch die DE-AS 15 88 718 bekannt.

Die Ansteuerung von Leistungstransistoren in Reglern mit geschaltetem Stellglied erfolgt nach dem Prinzip der Pulsbreitenmodulation mit üblicherweise konstanter Frequenz. Derartige Transistoren können bei entsprechender Ausbildung des Leistungsteils das Stellglied eines Schaltreglers oder eines pulsbreitengeregelten Wechselrichters sein. Sie benötigen nach dem aufsteuernden Impuls eine Sperrspannung an der Basis, um eine schnelle Abschaltung des Kollektorstromes durch Ausräumen der Basisladung zu erreichen. Dies kann beispielsweise durch eine bei Aufsteuerimpulsende angeschaltete Sperrspannung erzielt werden. Zur Anschaltung dieser Basissperrspannung dienten bisher Transistoren oder Thyristoren. Bei der Anordnung nach der deutschen Auslegeschrift 15 88718, die einen Gleichspannungswandler beschreibt, wird die Sperrspannung für einen als steuerbarer elektronischer Schalter eingesetzten Transistor über einen Transistor angelegt. Diese Sperrspannung wird ebenso wie die aufsteuernde Spannung an einer Sekundärwicklung eines einen Hilfswechselrichter mitbildenden Transformators abgenommen. Der Ansteuerimpuls für den genannten Thyristor wird aus einem Steuerteil geliefert, das in bestimmter Weise anzusteuernde Sättigungsdrosseln enthält.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art die pulsb^eitenmodulierte Ansteuerung der Leistungstransistoren zu vereinfachen, ohne daß eine Verminderung der Zuverlässigkeit bzw. eine Erhöhung der Störanfälligkeit dabei auftritt.

Dies wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 erreicht.

Erfindungsgemäß findet somit anstelle eines Transistor- oder Thyristorschalters im Basiskreis des Leistungstransistors ein Diodenschalter Verwendung. Die Öffnungszeit des Schalters wird unmittelbar durch bestimmte Flanken zweier rechteckförmigen Spannungen beeinflußt. Es entsteht dabei während der durch die Phasenverschiebung definierten Zeitspanne Aufsteuerspannung für den jeweiligen Leistungstransistor.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltungsbeispiel einer einfachen Pulsbreitenmodulation nach der Erfindung mit Leistungstransistoren in Gegentaktanordnung,

F i g. 2 ein Diagramm über den Spannungsverlauf am Übertrager und an den Basis-Emitterstrecken der Leistungstransistoren,

F i g. 3 entsprechend F i g. 1 die Leistungstransistoren in Darlington-Anordnung und

Fig.4 die Lösung nach der Erfindung für komplementäre Leistungstransistoren in Gegentaktschaltung.

In der Fig. 1 sind mit Uo 1 und Uo2 die beiden phasenverschobenen rechteckförmigen Wechselspannungen bezeichnet, die durch die Übertrager 1 und 2 galvanisch getrennt sind. In Reihe mit der Übertragerwicklung, an der die Spannung Ui anliegt, ist ein ohmscher Widerstand 3 im Basiskreis eines Leistungstransistors 4 vorgesehen. In Reihe mit der Übertragerwicklung, an der die Spannung t/2 anliegt, ist eine Diode 5 geschaltet. Im Basiskreis des in der Gegentaktanordnung vorhandenen Leistungsfränsistors 7 liegt ein Widerstand 6 sowie eine Diode 8. An den Wicklungen, die für die Ansteuerung dieses Leistungstransistors bestimmt sind, treten die Spannungen i/3 und 1/4 auf.

Der Wicklungsanfang der jeweiligen Übertragerwicklungen ist durch einen Punkt gekennzeichnet

Mit UBE(4) bzw. UBE(J) sind die Basis-Emitterspannungen des Transistors 4 bzw. des Transistors 7 bezeichnet

Bei dem in der F i g. 2 dargestellten Diagramm ist in der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate die Spannung aufgetragen.

Die F i g. 3 unterscheidet sich nur insofern vom linken Teil der F i g. 1, daß statt eines Leistungstransistors eine Darlingtoii-Anordnung von zwei Transistoren 4 und 10 und eine weitere Diode 9 vorgesehen sind. Die Primärwicklungen der Übertrager 1 und 2 sind ebenso wie die in gleicher Weise erweiterte Ansteuerung des Transistors 7 nicht dargestellt

Nach der Darstellung in der F i g. 4 handelt es sich um komplementäre Leistungstransistoren 4 und 11 und einen weiteren Widerstand 12 und eine zusätzliche Diode 13. F i g. 4 stellt ebenso wie F i g. 1 eine Gegentaktschaltung dar, die in gleicher Weise wie in Fig.3 durch Darlington-Transistoren und zusätzliche Dioden erweitert werden kann. Die Primärwicklungen der Übertrager 1 und 2 sind nicht dargestellt.

F i g. 2 dient zur Erläuterung der F i g. 1 und sinngemäß der F i g. 3 und 4. Die beiden Spannungen i/l und t/2 treten im Ansteuerkreis des Transistors 4 mit der durch die Differenz der Zeitpunkte f 1 und iO vorgegebenen Phasenverschiebung auf. Während der zu den Zeitpunkten <0 bis f2 anstehenden ersten Halbwelle der Spannung U1 wird über den Widerstand 3 bis zum Zeitpunkt 11 eine den Transistor 4 aufsteuernde Spannung an seine Basis angelegt. Mit dem durch die Phasenverschiebung definierten Zeitpunkt 11 entsteht durch den Einfluß der negativen Halbwelle der Spannung t/2 eine Sperrspannung an der Basis des Transistors 4, da die Diode 5 für die negative Halbwelle durchlässig geschaltet ist. Diese bleibt bis zum Zeitpunkt i3 bestehen. Während der zwischen den Zeitpunkten f2 und r4 gegebenen zweiten Halbwelle der Spannung Ui ist der Transistor 4 gesperrt Eine aufsteuernde Wirkung der Spannung U2 während der durch die Zeitpunkte 13 und 14 bestimmten Zeitspanne ist nicht gegeben, da infolge der Sperrwirkung der Diode sich der betreffende Spannungsanteil nicht basisseitig auswirken kann.

Die Gegentaktansteuerung des zweiten Leistungstransistors 7 erfolgt bei Bedarf entsprechend um eine Halbwelle verschoben über den Widerstand 6 und die Diode 8, wenn die Rechteckspannung U 3 gegenüber i/l und die Rechteckspannung ί/4 gegenüber U2 um 180 Grad phasenverschoben sind.

Wie aus der F i g. 3 zu ersehen ist können statt eines Leistungstransistors eine Darlington-Anordnung von zwei Transistoren so angesteuert werden, daß sowohl der Basisanschluß des Treibertransistors als auch der Leistungstransistor über je eine Diode an die Sperrspannung i/2 bzw. i/4 angeschlossen werden, wobei die zweite Diode 9 antiparallel zur Basis-Emitterstrecke des Treibertransistors 10 liegt. Es ist auch möglich, die beiden Dioden jeweils zwischen Basisanschluß des Treiber- bzw. Leistungstransistors und die Spannung t/2 zu legen.

Bei der weiteren Ausgestaltung nach der F i g. 4 werden komplementäre Leistungstransistoren, die auch durch eine Darlington-Anordnung ersetzt sein könnten, mit Hilfe einer weiteren Diode 13 und eines weiteren Widerstandes 12 mittels der Spannungen t/l und U2 im Gegentakt angesteuert. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So können beispielsweise die Übertrager 1 und 2 auch mit mehreren Ausgangswicklungen versehen sein, um mehrere Leistungstransistoren getrennt anzusteuern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur pulsbreitenmodulierten Ansteuerung eines als schaltendes Stellglied in einem elektronischen Spannungs- oder Stromregier eingesetzten Leistungstransistors, wobei der über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors verlaufende Steuerstromkreis eine Parallelschaltung von zwei Stromzweigen enthält, von denen der erste Stromzweig aus der Reihenschaltung einer ersten transformatorisch eingekoppelten rechteckförmigen Wechselspannung und eines Widerstandes besteht und der zweite Stromzweig die Reihenschaltung einer zweiten transformatorisch eingekoppelten rechteckförmigen Wechselspannung gleichartigen Verlaufs und gleicher Frequenz wie die erste rechteckförmige Wechselspannung und einer Diode aufweist, mit derartiger Polung der zweiten rechteckförmigen Wechselspannung und der Diode, daß während mindestens eines Teils der in aufsteuerndem Sinne für den Transistor gerichteten Halbwelle der ersten rechteckförmigen Wechselspannung die Reihenschaltung aus der zweiten rechteckförmigen Wechselspannung und der Diode eine an die Basis-Emitter-Strecke des Transistors anlegbare Sperrspan- r-> nungliefert, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Stromzweig außer der zweiten rechteckförmigen Wechselspannung (U 2) ausschließlich die Diode (5) enthält und die beiden rechteckförmigen Wechselspannungen (Ui, U2) um einen durch die Regelabweichung gesteuerten Winkel gegeneinander phasenverschoben sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß statt eines Leistungstransistors eine Darlington-Anordnung von zwei Transistoren (4, 10) vorgesehen ist, bei denen sowohl der Basisanschluß des Treibertransistors als auch der Leistungstransistor über je eine Diode (5, 9) an die genannte andere Wechselspannung (U 2) angeschlossen sind (F i g. 3). w

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diode (9) antiparallel zur Basis-Emitterstrecke des Treibertransistors (4) angeordnet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch 4 gekennzeichnet, daß komplementäre Leistungstransistoren (4, 11) in Gegentaktschaltung verwendet werden, die mit Hilfe einer weiteren Diode (13) und eines weiteren Widerstandes (12) im Gegentakt angesteuert werden (F i g. 4). v>

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine komplementäre Darlington-Anordnung verwendet wird.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüehe 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertrager (1,2) mit mehreren Ausgangswicklungen versehen sind, die zur synchronen, pulsbreitenmodulierten Ansteuerung mehrerer Leistungstransistoren dienen. &o