DE2608126A1 - Schaltungsanordnung zum schutz gegen ueberspannungen an transistoren - Google Patents

Schaltungsanordnung zum schutz gegen ueberspannungen an transistoren

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Publication number
DE2608126A1
DE2608126A1 DE19762608126 DE2608126A DE2608126A1 DE 2608126 A1 DE2608126 A1 DE 2608126A1 DE 19762608126 DE19762608126 DE 19762608126 DE 2608126 A DE2608126 A DE 2608126A DE 2608126 A1 DE2608126 A1 DE 2608126A1
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DE
Germany
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transistors
varistor
circuit
capacitor
diode
Prior art date
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Pending
Application number
DE19762608126
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English (en)
Inventor
Burghard Ing Grad Krahl
Herwig Ing Tollrian
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tekade Felten and Guilleaume Fernmeldeanlagen GmbH
Original Assignee
Tekade Felten and Guilleaume Fernmeldeanlagen GmbH
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/081Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/0814Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the output circuit
    • H03K17/08146Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the output circuit in bipolar transistor switches
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/005Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection avoiding undesired transient conditions

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  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

  • Schaltungsanordnung zum Schutz gegen Überspannungen an
  • Transistoren Herkömmliche Stromversorgungsgeräte enthalten einen Netztransformator mit nachfolgender Gleichrichterschaltung. Da solche Geräte wegen des Netztransformators viel Raum benötigen und eine relativ hohe Verlustleistung aufweisen, arbeiten moderne Stromversorgungsgeräte ohne einen Netztransformator. Hierbei wird die Netzspannung direkt gleichgerichtet und einem Umrichter zugeführt, indem die verhältnismäßig hohe Spannung mittels eines Transistorschalters intermittierend an einen Übertrager gelegt wird, der je nach der nachfolgenden Gleichrichterschaltung als Durchfluß - oder Sperrwandler arbeitet. Die Ausgangsspannung wird durch Verändern des Tastverhältnisses des Transistorschalters geregelt bzw. stabilisiert. Dabei soll dieser Transistorschalter mit möglichst großer Impulsfolgefrequenz arbeiten.
  • Beim Sperren des Transistorschalters wird durch die steilen Stromänderungen an parasitären Induktivitäten, wie Leitungs-und Streuinduktivitäten eine hohe Spannung induziert. Außerdem können der Netzspannung, verursacht durch Schaltvorgänge, steile Spannungsspitzen überlagert sein, welche mehrere Tausend Volt betragen können. Durch solche Spannungsspitzen würde aber der Schalttransistor zerstört.
  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, die Transistoren gegen Überspannungen schützt.
  • Eine bekannte Schaltungsanordnung stellt die Fig. 1 dar. Hier ist der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T der Varistor V (VDR, spannungsabhängiger Widerstand) parallel geschaltet.
  • Liegt die anliegende Spannung U unter der Nennspannung UN des Varistors V, so ist dieser hochohmig. Übersteigt U die Nennspannung UN des Varistors V, so wird dieser niederohmig und begrenzt auf diese Weise die Spannung U auf UN.
  • Ein großer Nachteil dieser Anordnung ist aber, daß steile Spannungsspitzen, wie sie in aber Versorgungsspannung oder beim Sperren des Transistors auftreten können, von dem Varistor V nur teilweise begrenzt werden können (vgl.Fig.4b).
  • Das bedeutet, daß in diesem Fall sehr spannungsfeste Transistoren verwendet werden müßten, um vor einer Zerstörung sicher zu sein. Spannungsfeste Transistoren haben aber den Nachteil, daß sie nicht so "schnell" sind wie weniger spannungsfeste Iransistoren und außerdem stärkere Verluste aufweisen ("schnell" bedeutet, daß der Transistor in kurzer Zeit aus der Sperrung in die Sättigung und umgekehrt gesteuert werden kann).
  • Aufgabe der Erfindung ist, eine Schaltungsanordnung anzugeben, welche Überspannungen an Transistoren vollständig und sicher begrenzt, bedämpfend wirkt und geringe Verluste verursacht.
  • Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors ein Netzwerk parallel geschaltet ist, bestehend aus der Hintereinanderschaltung einer Diode mit der Parallelschaltung eines Varistors mit einem Kondensator.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung besteht in der' Hintereinanderschaltung mehrerer Transistoren, wobei jedem einzelnen Transistor das erfindungsgemäße Netzwerk parallel geschaltet ist. Diese Anordnung hat den besonderen Vorteil, daß hier die Schaltungsanordnung nicht nur spannungsbegrenzend sondern auch symmetrierend wirkt.
  • Anhand der Figuren wird im folgenden die Erfindung näher erläutert.
  • Fig. 1 zeigt die bekannte Schaltung, Fig. 2 die erfindungsgemäße Anordnung an einem Transistor, Fig. 3 die erfindungsgemäße Anordnung bei zwei hintereinandergeschalteten Transistoren, Fig. 4a, b und c die anliegende Spannung U in Abhängigkeit von der Zeit t (UN = Nennspannung des Varistors V).
  • Dabei ist gezeigt, wie in Fig. 4a der Verlauf der Spannung an einem Schalttransistor ohne Schutzschaltung aussehen kann.
  • Fig. 4b zeigt die Wirkung der bekannten Anordnung nach Fig. 1. Hier werden steile Spannungsspitzen nur teilweise begrenzt. Fig. 4c zeigt die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nach Fig. 2. Hier werden auch steile Spannungsspitzen vollständig kompensiert.
  • In Fig. 2 ist der Transistor T beispielsweise Teil dieser Regelschaltung und wirkt in dieser als Schalter. Die Regelschaltung ist zum Verständnis der Erfindung nicht nötig und wegen der besseren Übersichtlichkeit daher weggelassen. Das Netzwerk parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke besteht aus einer Diode in Serie zu einer Parallelschaltung aus einem Kondensator C und einem Varistor V. Die Diode ist so gepolt, daß eine eventuell auf dem Kondensator C vorhandene Ladung nicht über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T abfließen kann, so daß dieser hierdurch nicht belastet wird. Treten in der Schaltung kurze Spannungsspitzen mit sehr steiler Anstiegsflanke auf, so gelangen diese über die Diode D an den Kondensator 9, welcher die Energie übernimmt bis der Varistor V wirksam, d.h.
  • niederohmig wird. Die überschüssige Energie in C wird jetzt über den niederohmigen Varistor V abgeleitet. Dadurch wird die Spannung am Kondensator C äuf etwa die Nennspannung UN von V begrenzt. Sobald die Spannung U wieder unter die Nennspannung UN sinkt, wird der Varistor V hochohmig, so daß nun nur noch eine geringe Entladung von C erfolgt. Die Verluste, dieser Schaltung sind also etwa nur so groß wie die überschüssige Energie, die den Transistor gefährden könnte.
  • Das bedeutet, daß die erfindungsgemäße Schaltung durch ihre statische und dynamische Wirkung den Transistor nicht nur sicher vor Überspannungen schützt, sondern auch besonders verlustarm ist.
  • Bei bestimmten Anwendungsfällen, beispielsweise bei direkter Anschaltung eines Umrichters an die gleichgerichtete Netzspannung, ist es erforderlich, zwei oder mehrere solcher Schalttransistoren in Reihe zu schalten, um sie spannungsmäßig zu entlasten. Ein solches Ausführungsbeispiel mit zwei Transistoren zeigt Fig. 3. Obwohl die Basen beider Transistoren Tl und T2 mit derselben Impulsfolge angesteuert werden, ist es infolge der Streuung ihrer Kennwerte nicht gewährleistet, daß beide genau zum selben Zeitpunkt in die Sperrung bzw.
  • Sättigung gesteuert werden0 Würde beispielsweise Tl gerade sperren und T2 wäre gerade noch leitend, würde ohne Schutzschaltung die volle Spannung U einschließlich auftretender Spannungsspitzen und nicht nur die Teilspannung Ul an T1 liegen, was die Zerstörung des Transistors Tl zur Foige hätte (Durchbruch an der Kollektor-Emitter-Schicht) und als Folge würde auch T2 zerstört werden. Dies wird bei dieser besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen bei jedem der beideS Transistoren wirksam verhindert. Dadurch wird also nicht nur jeder Transistor einzeln geschützt sondern die Schaltung insgesamt symmetriert, wodurch eine sichere und zuverlässig arbeitende Reihenschaltung der Transistoren erst möglich wird; In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, Varistoren mit steiler Kennlinie, beispielsweise Siliziumoxid-Varistoren, und schnelle Dioden zu verwenden.
  • Leerseite

Claims (3)

  1. Patentansprüche ( Schaltungsanordnung zum Schutz gegen Überspannungen an Transistoren dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors (T) ein Netzwerk parallel geschaltet ist, 4bestehend aus einer Hintereinanderschaltung einer Diode (D) mit der Parallelschaltung eines Varistor's (V) mit einem Kondensator (C).
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Varistor (V) eine steile Kennlinie aufweist.
  3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Varistor (V) ein Siliziumoxid-Varistor ist.
DE19762608126 1976-02-27 1976-02-27 Schaltungsanordnung zum schutz gegen ueberspannungen an transistoren Pending DE2608126A1 (de)

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DE (1) DE2608126A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3804478A1 (de) * 1988-02-11 1989-08-24 Licentia Gmbh Beschaltung fuer umrichter, insbesondere pulswechselrichter
EP0432307A1 (de) * 1988-10-17 1991-06-19 Honeywell Inc. Aktive Spannungsspitzen-Begrenzerschaltung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3804478A1 (de) * 1988-02-11 1989-08-24 Licentia Gmbh Beschaltung fuer umrichter, insbesondere pulswechselrichter
EP0432307A1 (de) * 1988-10-17 1991-06-19 Honeywell Inc. Aktive Spannungsspitzen-Begrenzerschaltung

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