DE2421341A1

DE2421341A1 - Circuit for a power switching transistor - has earthed emitter and transformer winding in the collector circuit

Info

Publication number: DE2421341A1
Application number: DE2421341A
Authority: DE
Inventors: Werner Ing Grad Grimmeiss; Harald Ing Grad Meissner; Gunter Ing Grad Schrenk
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-05-03
Filing date: 1974-05-03
Publication date: 1975-11-06
Also published as: DE2421341B2

Abstract

The transformer primary winding is extended by an additional auto-transformer coil, so that the switching transistor collector is connected to the tapping of the total winding. The additional coil other end is connected by a short switching time diode to the transistor base. The diode polarity is such that it is blocked when the transistor is blocked. Switching transistor emitter current is limited by a resistor in the emitter connection and by a diode in series with a voltage source between earth and base. The transistor base terminal is fed by a constant voltage source, typically a battery with a power limiting diode in series.

Description

Schaltungsanordnung zum schnellen Schalten eines Leistungs-Schalttransistors Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Schalten eines Leistungs-Schalttransistors, der vorzugsweise in Emitterschaltung betrieben und in dessen Kollektorspannungszuführung die Wicklung eines Übertragers angeordnet ist.Circuit arrangement for fast switching of a power switching transistor The invention relates to a circuit arrangement for switching a power switching transistor, which is preferably operated in emitter circuit and in its collector voltage supply the winding of a transformer is arranged.

Sollen steile Schaltflanken aufweisende Leistungsimpulse konstanter Amplitude erzeugt werden, so lassen sich bis zu gewissen Grenzen vorteilhaft Leistungs-Schalttransstoren einsetzen.Should power pulses with steep switching edges be more constant Amplitude are generated, power switching transistors can advantageously be used up to certain limits insert.

Aus Verlustleistungsgründen und zum Auffangen der Streuung der Stromverstärkung verschiedener Transistoren wird der Leistungstransistor in der stromführenden Phase (durchgeschalteter Zustand) gewöhnlich im Sättigungszustand betrieben. Beim Abschalten aus diesem Betriebszustand in den Sperrzustand ergibt sich jedoch eine verhältnismäßig lange und deshalb beim Einsatz als schneller Schalter störende Ausschaltzeit.For power loss reasons and to compensate for the spread of the current gain different transistors, the power transistor is in the live phase (switched state) usually operated in the saturated state. When switching off from this operating state in the blocking state, however, there results a relatively long and therefore annoying switch-off time when used as a fast switch.

Es ist bekannt, daß das Einschwing- und Ausschwingverhalten von Transistoren bei großen Amplituden dadurch verbessert wird, daß der Sättigungszustand des leitenden Transistors vermieden wird, vgl. dazu das Buch von Shea "Transistortechnik" , 1960, Berliner Union, Stuttgart, S. 320.It is known that the transient and decay behavior of transistors is improved in the case of large amplitudes in that the saturation state of the conductive Transistor is avoided, see Shea's book "Transistortechnik", 1960, Berliner Union, Stuttgart, p. 320.

Aufgabe der Erfindung ist es vor allem, eine Schaltungsanordnung zum Schalten eines Leistungstransistors so auszubilden, daß dieser bei Durchschaltung nicht mehr ganz in den Sättigungsbereich gesteuert wird und somit ein schnelles Schalten gewährleistet ist. Gemäß der Erfindung, die sich auf eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Wicklung des Übertragers in Form einer zusätzlichen Wicklung fortgesetzt ist, so daß der Kollektor des Schalttransistors an einer Anzapfung der gesamten Wicklung angeschlossen ist, daß das dem Kollektoranschluß abgewandte Ende dieser zusätzlichen Wicklung über eine Diode mit kurzer Schaltzeit mit der Basiselektrode des Schalttransistors verbunden ist und daß die Diode so gepolt eingeschaltet ist, daß sie im Sperrzustand des Schalttransistors ebenfalls sperrt. Auf Grund der an der zusätzlichen Wicklung entstehenden Gegenspannung, die im durchgeschalteten Zustand des Leistungstransistors über die schnell schaltende Diode der Basisansteuerung entgegenwirkt, wird erreicht, daß der Transistor nicht bis in den Stättigungszustand durchgeschaltet wird. An der Kollektor-Emitterstrecke des Leistungstransistors bleibt eine etwa dieser Gegenspannung entsprechende konstante Spannung stehen.The main object of the invention is to provide a circuit arrangement for Switch a power transistor so that it is switched on is no longer completely controlled into the saturation range and thus a fast one Switching is guaranteed. According to the invention, which relates to a Referring to circuit arrangement of the type mentioned, this task is thereby solved that the winding of the transformer continued in the form of an additional winding is so that the collector of the switching transistor at a tap of the whole Winding is connected that the end facing away from the collector terminal of this additional winding via a diode with a short switching time with the base electrode of the switching transistor is connected and that the diode is switched on with polarity, that it also blocks in the blocking state of the switching transistor. Due to the the counter-voltage generated by the additional winding in the switched-through state of the power transistor via the fast switching diode of the base control counteracts, it is achieved that the transistor does not reach the saturation state is switched through. Remains on the collector-emitter path of the power transistor a constant voltage corresponding approximately to this counter-voltage.

Zweckmäßig wird die zusätzliche Wicklung so bemessen, daß die an ihr abfallende Gegenspannung ein bis einige Volt beträgt. Dadurch steigt die entstehende Verlustleistung in der stromführenden Phase des Transistors gegenüber dem Sättigungsbetrieb nur in verhältnismäßig geringem Maße an, wogegen die Ausschaltzeit spürbar abnimmt.The additional winding is expediently dimensioned so that the on her falling counter-voltage is one to a few volts. This increases the resulting Power loss in the current-carrying phase of the transistor compared to the saturation mode only to a relatively small extent, whereas the switch-off time decreases noticeably.

Vorteilhaft wird ein Signalverstärker in die Basiszuführung des Schalttransistors eingeschaltet. Durch diese Maßnahme läßt sich die Einschaltzeit des Leistungstransistors wesentlich verkürzen. Der Transistor wird dann beim Einschaltvorgang an der Basis sehr stark übersteuert. Sobald er jedoch leitet, fließt der überschüssige Basisstrom über die Diode ab.A signal amplifier in the base feed of the switching transistor is advantageous switched on. By this measure, the switch-on time of the power transistor shorten significantly. The transistor is then at the base during the switch-on process very heavily overdriven. However, as soon as it conducts, the excess base current flows via the diode.

Eine weitere Verkürzung der Ausschaltzeit läßt sich durch sogenanntes "Ausräumen" der Basis des Leistungstransistors erreichen, was beispielsweise durch Spannungsumkehr des vorgeschalteten Signalverstärkers am Pulsende erreicht wird.A further shortening of the switch-off time can be achieved by so-called "Clearing out" the base of the power transistor can be achieved, for example, by Voltage reversal of the upstream signal amplifier is achieved at the end of the pulse.

Eine zweckmäßige lXeiterbildung der Erfindung besteht darin, daß zur Begrenzung des Emitterstroms des Schalttransistors in der Emitterzuführung ein ohmscher Widerstand und an der Basiselektrode als Querglied eine Diode mit einer Konstantspanmungsquelle in Serie dazu vorgesehen ist. Die Schaltung wird durch diese Maßnahme unempfindlich gegen Lastkurzshlüsse. Wird der übertrager aus Leistungs-Anpassungsgründen nicht in einer mit zwei getrennten Wicklungen ausgebildeten Bauweise benötigt, so kann er beispielsweise als Spartransformator ausgeführt werden.A useful development of the invention consists in that for Limitation of the emitter current of the switching transistor in the emitter feed is an ohmic one Resistance and a diode with a constant voltage source on the base electrode as a cross member is provided in series for this purpose. This measure makes the circuit insensitive against load short circuits. Will not be the transferor for reasons of performance adjustment is required in a construction designed with two separate windings, so can it can be designed as an autotransformer, for example.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von zwei Schaltungsbeispielen näher erläutert.Further details of the invention are based on two circuit examples explained in more detail.

Fig. 1 zett eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung mit einem Leistungs-Schalttransistor ohne Emitterstrombegrenzung, und Fig. 2 eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung mit einem Leistungs-Schalttransistor mit Emitterstrombegrenzung.Fig. 1 shows a circuit arrangement according to the invention with a Power switching transistor without emitter current limitation, and FIG. 2 shows a circuit arrangement according to the invention with a power switching transistor with emitter current limitation.

Die Schaltungsanordnung nac?n Fig. 1 ist mit einem in Emitter-Schaltung betriebenen npn-Leistungs-Schalttransistor 1 versehen, dessen Emitter unmittelbar an negatives Betriebsspannungspotential aufweisende Masse angeschaltet und dessen Kollektor über eine Wicklung 2 auf der Primärseite eines Übertragers 3 mit dem positiven Pol +UB der Betriebsspannungsquelle verbunden ist. An den Enden der Sekundärwicklung 4 des Ubertragers 3 ist eine Last 5 angeschlossen. Auf der Primärseite des Ubertragers 3 liegt mit einem Anschluß am Kollektor des Transistors 1 eine zusätzliche ubertragerwicklung 6, deren anderer Anschluß über eine schnell schaltende Diode 7 mit der. Basiselektrode des Transistors 1 verbunden ist. An der Basis-elektrode liegt außerdem zur Masse hin ein Querwiderstand 8, während die Zuführung der Steuerimpulse 9 zur Basiselektrode über einen Basisvorwiderstand 10 erfolgt.The circuit arrangement according to FIG. 1 has an emitter circuit operated npn power switching transistor 1 is provided, the emitter of which is directly connected to negative operating voltage potential having ground and its Collector via a winding 2 on the primary side of a transformer 3 with the positive Pole + UB of the operating voltage source is connected. At the ends of the secondary winding 4 of the transformer 3, a load 5 is connected. On the primary side of the transmitter 3 is connected to the collector of the transistor 1 with an additional transfer winding 6, the other connection via a fast switching diode 7 with the. Base electrode of transistor 1 is connected. The base electrode is also connected to ground there a transverse resistor 8, while the supply of the control pulses 9 to the base electrode takes place via a base series resistor 10.

Liegt kein Steuerimpuls 9 am Eingang 11 der Schaltung, so befindet sich der Transistor 1 im gesperrten Zustand. In diesem Zustand ist auch die Diode 7 nicht leitend, da der Kollektor des Transistors 1 etwa auf dem positiven Betriebsspannungspotential +UB liegt. Gelangt nun ein positiver Steuerimpuls an den Eingang 11, so wird der Transistor 1 auf Grund der positiven Basis-Emitterspannung in eine stromführende Phase umgeschaltet. An der Wicklung 2 des Übertragers 3 entsteht ein Spannungsabfall UT, während an der zusätzlichen Wicklung 6 eine Spannung UG abfällt. Durch die Spannung UG, die in der stromführenden Phase des Transistors 1 über die Diode 7 der Basisansteuerung entgegenwirkt, wird erreicht, daß der Transistor 1 nicht bis in den Sättigungszustand durchgeschaltet wird. An der Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 1 bleibt dann eine konstante Spannung stehen, die ungefähr gleich dieser Gegenspannung UG ist. Die Wicklung 6 wird zweckmäßig so bemessen, daß die Gegenspannung UG nicht sehr groß wird, d.h. nur ein bis einige Volt beträgt. Dadurch steigt die entstehende Verlustleistung in-der stromführenden Phase gegenüber der Sättigungsbetriebsweise in unerheblichem Ausmaß an, wogegen die Abschaltzeit stark abnimmt.If there is no control pulse 9 at input 11 of the circuit, it is located the transistor 1 is in the blocked state. The diode is also in this state 7 not conductive, since the collector of transistor 1 is approximately at the positive operating voltage potential + UB lies. If a positive control pulse arrives at input 11, the Transistor 1 turns into a current-carrying one due to the positive base-emitter voltage Phase switched. A voltage drop occurs on winding 2 of transformer 3 UT, while a voltage UG drops across the additional winding 6. The tension UG, which is in the current-carrying phase of the transistor 1 via the diode 7 of the base control counteracts, it is achieved that the transistor 1 does not reach the saturation state is switched through. The collector-emitter path of transistor 1 then remains there is a constant voltage which is approximately equal to this counter voltage UG. The winding 6 is expediently dimensioned so that the counter voltage UG is not very high becomes large, i.e. only one to a few volts. This increases the resulting Power loss in the live phase compared to the saturation mode to an insignificant extent, whereas the switch-off time decreases sharply.

Die Einschaltzeit der Schaltung läßt sich durch vorherige Verstärkung der Basisansteuerimpulse 9 verkürzen. Der Transistor 1 wird dann beim Umschalten vom gesperrten Zustand in seine stromführende Phase sehr stark übersteuert. Sobald er sich jedoch im leitenden Zustand befindet, fließt der überschüssige Basisstrom über die Diode 7 ab. Läßt man den Ansteuerimpuls an seinem Ende ins Negative gehen, so fließt während der Abschaltzeit des Leistungstransistors 1 ein erhöhter Ausräumstrom aus seiner Basis,und die Abschaltzeit verkürzt sich weiter.The switch-on time of the circuit can be adjusted by prior amplification shorten the base control pulses 9. The transistor 1 is then when switching very heavily overdriven from the locked state to its live phase. As soon however, if it is in the conductive state, the excess base current flows via the diode 7. If you let the control pulse go negative at its end, an increased clearing current thus flows during the switch-off time of the power transistor 1 from its base, and the switch-off time is further reduced.

Die Schaltung nach Fig. 2 stimmt zum größten Teil mit derjenigen nach Fig. 1 überein. Es ist jedoch noch eine zusätzliche Einrichtung zur Emitterstrombegrenzung vorgesehen, die in der Einfügung eines Emitterwiderstands 12 und einer aus einer Diode 13 sowie einer Konstantspannungsquelle 14 mit der Sp Spannung UK bestehenden Serienschaltung als Querglied zwischen der Basiselektrode des Transistors 1 und Masse besteht. Dadurch, daß durch Begrenzung der Basisspannung UBO gegenüber Masse der maximale Emitterstrom begrenzt wird, wird die Schaltung unempfindlich gegen Lastkurzschlüsse.The circuit of FIG. 2 largely corresponds to that Fig. 1 corresponds. However, it is still an additional device for limiting the emitter current provided that in the insertion of an emitter resistor 12 and one of a Diode 13 and a constant voltage source 14 with the Sp voltage UK existing Series connection as a cross member between the base electrode of transistor 1 and Mass exists. The fact that by limiting the base voltage UBO with respect to ground the maximum emitter current is limited, the circuit is insensitive to Load short circuits.

2 Figuren 5 Patentansprüche2 figures 5 claims

Claims

Claims 1. Circuit arrangement for switching a power switching transistor, which is preferably operated in emitter circuit and in its collector voltage supply the winding of a transformer is arranged, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the winding (2) of the transformer (3) in the form of an additional Winding (6) is continued, so that the collector of the switching transistor (1) on a tap of the entire winding (2, 6) is connected, that the collector connection remote end of this additional winding (6) via a diode (7) with a short Switching time is connected to the base electrode of the switching transistor (1) and that the diode (7) is polarized so that it is in the blocking state of the switching transistor (1) also locks.

2. Circuit arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that to limit the emitter current of the switching transistor (1) in the emitter feed an ohmic resistor (12) and on the base electrode as Cross member a diode (13) with a constant voltage source (14) is provided in series for this purpose is.

3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, g e k e n n -z e i c h n e t by designing the transformer as an economy transformer.

4. Circuit arrangement according to one of the preceding claim, not shown by switching on a signal amplifier into the base feed of the switching transistor (i).

5. Circuit arrangement according to claim 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the signal amplifier is designed such that it has a Generated basic clearing current for the switching transistor (1).

L e r s e i t e