DE2753915A1

DE2753915A1 - Schaltungsanordnung mit einem hochspannungsleistungstransistor

Info

Publication number: DE2753915A1
Application number: DE19772753915
Authority: DE
Inventors: Wim Bosboom; Gerrit Pieter Johannes Schaik
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1976-12-15
Filing date: 1977-12-03
Publication date: 1978-06-22
Also published as: NL7613894A; FR2374776A1; AU3146577A; US4200813A; DE2753915B2; GB1546270A; JPS5375820A; DE2753915C3; IT1091670B; SE7714040L

Description

-y.

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Schal tungsanordnunc mil einem Hochspannungs-1e i stune s1ran s ino r.

Die Erfindung bezieht sich auf

eine Schaltungsanordnung mit einem Ilochspannungsleistuiißstrans.i.stor mit einer dicken Kollektorschicht, mit Steuerini ttcln, die über eine Induktivität an den Basis-Emitterkreis des Transistors angosclilossen sind zum daran Abgeben eines impulsformigen Schaltsignals und mit einer mit dem Kollektor des Transistors und mit einer Speisespannungsquelle verbundenen Belastungsimpedanz, wobei der von der Spannungsquelle gelieferte KoIJ ektorstroin des bis in den Sättiguiigszustand gesteuerten Transistors unter dem Einfluss des i mpu] si' oVrnigon Schal i signal s untcrbrechbar ist.

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Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der niederländischen Patentschrift 138.210 bekannt und ist in "Electronic applications bulletin", Heft 33, Nr. 2, Seite 59 bis einschliesslich 72 näher erläutert. Zum schnellen Unterbrechen des Kollektorstromes wird die genannte Induktivität vorgesehen, wodurch die Änderung des rückwärts fliessenden Dasisstromes beschränkt wird, bis der Transistor aus dem gesättigten Zustand gerät. Wird der Transistor in Schaltungsanordnungen verwendet, bei denen der Kollektorstrom beim Neueinschalten des Transistors allmählich anwachsen muss, verursacht diese Massnahme nur wenig Schwierigkeiten. Ein derartiger Fall tritt u.a. auf in der Zeilenablenkschaltung von Fernsehempfängern, in der der genannte Transistor als Schalter wirksam ist und vom Zeilenablenkstroin während der zweiten Hälfte der Zeilenhinlaufzeit durchflossen wird, welcher Strom zunächst Null ist.

Bei anderen Anwendungsbereichen

jedoch muss der Kollektorstrom beim Neueinschalten des Transistors einen grossen Wert ziemlich schnell annehmen. Dies tritt beispielsweise in Gleich-

25. spannungswandlern auf, in denen eine Eingangs gleichsspannung in eine Ausgangsgleichspannung umge wandelt wir<L unxL zwar jujitels eines Schalt transistors , do

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von einem Schaltsignal wechselweise in den leitenden und den gesperrten Zustand gebracht wird. Aus der obengenannten Veröffentlichung geht hervor, dass ein Stromimpuls mit einer ziemlich grossen Amplitude und einer steilen Vorderflanke für optimale Einschalteigenschaften erforderlich ist. Weil das Vorhandensein in der Basisleitung der für ein befriedigendes Ausschalten erforderlichen Induktivität die Zunahme des Einschaltstromes verzögert, wodurch eine grosse Verlustleistung entstehen kann, wird in der genannten Veröffentlichung vorgesehen, die Induktivität und ein gegebenenfalls damit reihengeschaltetes RC-Parallelnetzwerk, das das Ausschalten weiter verbessert, durch eine Reihenschaltung zu überbrücken, die aus einer Diode und einem RC-Parallelnetzwerk besteht. Dabei hat die Diode eine derartige Leitungsrichtung, dass der Vorwärts fliessende Basisstrom (bei leitendem Transistor) wohl und der rückwärts fliessende Basisstrom (bei sperrendem Transistor) nicht hindurchfHessen kann, während das RC-Parallelnetzwerk für einen steilen Stromimpuls sorgt.

Die vorgeschlagene Massnahme bietet nicht unter allen Umständen eine befriedigende Lösung. Dies lässt sich wie folgt erkennen.

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Etwa zu demselben Zeitpunkt beim Ausschalten, in dem der rückwärts fliessende Basisstrom seinen maximalen Wert annimt, verursacht die in der Induktivität gespeicherte Energie eine Zunahme der inversen Basisspannung. Bei einem ausreichend hohen Indulctivi tat swert ist diese Energie gross genug, um die Basisspannung auf den Wert der Durchbruchspannung der Basis-Emitterschicht zu bringen und auf diesem Wert zu halten, während der Basisstrom wieder abnimmt, Zu dem Zeitpunkt, wo der Basisstrom Null wird, nimmt die Basisspannung den Vert der von den Steuermitteln abgegebenen Schaltspannung an. Ist nun, wie obenstehend erwähnt, eine Diode vorgesehen und ist die Durchbruchspannung höher als die Summe der Schaltspannung, der Spannung am RC-Netzwerk und der Anode-Kathodenspannung der Diode im leitenden Zustand, so fängt die Diode zu leiten an, sobald die Basisspannung der genannten Summe gleich geworden ist, und die Basisspannung behält diesen Wert bei. Die Diode schliesst die Induktivität kurz und die darin gespeicherte Energie verursacht einen Kurzschlussstrom, der durch die Diode fliesst. Der Basisstrom wird schnell Null. Eine Vielzahl

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Ladungsträger wird daher nicht aus der Kollektor— schicht entfernt, so dass der Kollcktorstroin langer f.licsst aj ρ sonst der Fall wäre. Das Anbringen der Diode hat folglich eine Verlängerung der Ausschaltzeit des Transistors zur Folge, was zu einer wesentlich höheren Ausschaltverlustleistung i'ührt. Diese Effekt wird schlechter, je nachdem die Durchbruchspannung höher ist.

Es dürfte einleuchten, dass eine Verbesserung erhalten werden kann durch eine höhere Schaltspannung. Dies bedeutet jedoch, dass die Steuermittel mehr Energie liefern müssen. Wenn ausserdem diese Mittel einen Treibertransfoxroator, an dessen Sekundärseite die betreffende Schaltungsanordnung angeschlossen ist; enthalten, so wird dieser Transformator dadurch teurer, während die zum Einschalten des Transistors erforderliche Schaltspannung entsprechend höher wird, wodurch der Basisstrom während der Leitungsdauer des Transistors grosser wird. Dies erhöht die Verlustleistung.

Die Erfindung bezweckt nun, eine

Schaltungsanordnung zu schaffen, bei der mit wenig zusätzlichen Mitteln gewährleistet wird, dass das Aus- sowie Einschalten des Ilochspannungsleistungs-

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transistors auf optimale Weise erfolgt und dazu weist die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung das Kennzeichen auf, dass parallel zur Induktivität ein steuerbarer Schalter zum kurzzeitigen Kurzschliessen der Induktivität beim Einschalten des Transistors angeordnet ist.

Ausfuhi'ungsbeispiel a der

Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 und Fig. 2 Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung.

In der Schaltungsanordnung nach Figur 1 ist 2 eine Primärwicklung eines Treibertransformators 1, welche Wicklung 2 einerseits mit dem Kollektor eines npn-Treiber-Transistors 3 und andererseits mit der positiven Klemme einer eine Spannung V„ liefernden Spannungsquelle verbunden ist, deren negative Klemme ebenso wie der Emitter des Transistors 3 an Masse liegt. Der Basis wird eine von einem nicht dargestellten Oszillator herrühi'ende impulsförmige Spannung zugeführt. Eine Sekundärwicklung 5 des Transformators 1 ist auf noch zu erläuternde Weise

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zwischen der Basis und dem Emitter eines npn-Hochspaiuiunßslcistungstransistors 6 angeschlossen Der Emitter dieses Transistors liegtan Masse, während der Kollektor über eine Wicklung 7 mit der positiven Klemme einer eine Spannung V.

2 liefernden Spannungsquelle verbunden ist, deren negative Klemme an Masse liegt. Die Wicklung ist eine Primärwicklung eines weiter nicht dargestellten Transformators, der einen Teil eines Gleichspannungswandlers vom bekannten Typ bildet, der eine oder mehrere gegen Änderungen der Spannung VB stabilisierte Gleichspannungen erzeugt,

2
beispielsweise zum Speisen von Schaltungsanordnungen in einem Fernsehempfänger. Diese Stabilisierung wird auf bekannte Weise erhalten, beispielsweise mittels einer von der Spannung V abhängigen Phasenverschiebung einer der Flanken der impulsförmigen Spannung, die der Basis des Transistors 3 zugeführt wird.

Die Steuermittel 1, 3 führen die genannte impulsförmige Spannung zu den Eingangselektroden des Transistors 6 weiter. Durch die abfallenden Flanken der an der Wicklung vorhandenen sekundären Spcinnung h soll der Transistor 6 in den gesperrten Zustand gebracht werden,

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während der Transistor durch die ansteigende Flanke in den leitenden Zustand gebracht werden muss.

Zwischen der Wicklung 5 und der Basis des Transistors 6 liegt eine Spule 8, während die Reihenschaltung aus zwei Widerständen 9 und 10 und einem Kondensator 11 parallel zur Wicklung 5 liegt. Der Emitter eines pnp-Transistors 12 ist mit dem Verbindungspunkt der Wicklung 5» der Spule 8 und des Widerstandes 9 verbunden, während der Kollektor mit der Basis des Transistors 6 und die Basis mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 9und 10 verbunden ist.

Zu dem Zeitpunkt, an dem die ansteigende Flanke der Spannung h auftritt, fliesst durch die Widerstände 9 und 10 und den Kondensator 11 ein Strom. Dadurch wird mit dem positiven Aufladen des Kondensators angefangen und die Spannung am Verbindungspunkt der Widerstände 9 und 10 wird eine solche, dass der Transistor 12 leitend wird, so dass die Spule 8 durch die Kollektor-Emitterstrecke desselben kurzgeschlossen wird. Der Kollektorstrom des !Transistors 12 fliesst zur Basis des Transistors

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vind bringt diesen in den leitenden Zustand. Durch die Wicklung 7 fliesst der Kollektorstrom des Transistors 6. Durch Anordnung des Transistors 12 wird folglich dafür gesorgt, dass der Einschaltstroin die gewünschte Amplitude und die gewünschte schnelle Änderung hat.

Nach einer Zeit, die von der

Zeitkonstante der Schaltungsanordnung 10, 11 abhängig ist, ist der Ladestrom des Kondensators 11 so klein geworden, dass der Transistor 12 in den gesperrten Zustand gerät. Diese Leitfähigkeitsverring«rung des Transistors 12 erfolgt jedoch allmählich, so dass parallel zur Spule 8 ein in seinem Wertxzunehmfcnder Widerstand gedacht v/erden kann. Der Basisstrom des Transistors 6 wird daher für einen grosser werdenden Teil durch die Spule übernommen. Wenn der Transistor 12 gesperrt ist, fliesst der ganze Basisstrom des Transistors 6 durch die Spule 8 und erfährt nahezu keine Hemmung.

Zu dem Zeitpunkt, wo die

abfallende Flanke der Spannung h auftritt, fliesst abermals durch die Widerstände 9 und 10 und den Kondensator 11 ein Strom, der

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den Kondensator zunächst entlädt und danach negativ auflädt. Der Transistor 12 ist nach wie vor gesperrt, und das Ausschalten des Transistors 6 erfolgt auf bekannte Weise. Eine Bedingung für ein einwandfreies Funktionieren ist, dass die Zeitkonstante der Schaltungsanordnung 10, 11 gross genug ist um zu gewährleisten, dass das Übernehmen des vorwärts fliessenden Basisstromes durch die Spule allmählich erfoigb. Bei einem Wandler, bei dem die Frequenz der Schaltspannung h die Fernseh-Zeilenfrequenz (d.h. etwa 15 kHz) betrug, hat es sich herausgestellt, dass eine Zeitkonstante von etwa 1 bis 2 /us ausreichte. Dabei betrug der Induktivitätswert der Spule 8 etwa 5/UH. Der Wert des Widerstandes 9 ist weniger wichtig, da dieser Widerstand durch die leitende Basis-Emitter-Diode des Transistors 12 schnell kurzgeschlossen wird.

Fig. 2 zeigt eine Abwandlung der Fig. 1, wobei der Widerstand 10 zwischen der Basis des Transistors 12 und dem Verbindungspunkt des Widerstandes 9 und des Kondensators 11 liegt. Es dürfte einleuchten, dass die Wirkungsweise dieser Ausführungsform der der Ausführungsform aus Fig.1

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entspricht. Bei einer praktischen Ausführungsforni, wie diese Obenstehend beschrieben wurde, war in Fig. 2 die Kapazität des Kondensators etwa 10 11F, während der Widerstand 9 bzw. einen Wert von etwa 470 bzw. 100ΧΣ aufwies.

An den Transistor 12 wird

nur die Anforderung gestellt, dass er eine niedrige Sättigungsspannung hat. Zwar ist der Kollektorstrom ziemlich gross, aber dieser Strom fliesst während einer sehr kurzen Zeit.

Es sei erwähnt, dass die beschriebene Schaltungsanordnung ein RC-Parallelnetzverk auf bekannte Weise enthalten kann, das entweder in Reihe mit der Wicklung 2 oder mit der Wicklung 5 aufgenommen ist.

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Claims

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PATENTAN SPRUEC HE :

Schaltungsanordnung mit einem Hochspannungslfeistungstransistor mit einer dicken Kollektorschicht, mit Steuennitteln, die über eine Induktivität an den Basis-Emitterkreis des Transistors angeschlossen sind zum daran Abgeben eines impulsförmigen Schaltsignals und mit einer mit dem Kollektor des Transistors und mit einer Speisespannungsquelle verbundenen Belastungsinipedanz, wobei der von der Spannungsquelle gelieferte Kollektorstrom des bis in den gesättigten Zustand gesteuerten Transistors unter dem Einfluss des impulsförmigen Schaltsignals unterbrechbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Induktivität (8) ein steuerbarer Schalter (12) zum kurzzeitigen Kurzschliessen der Induktivität beim Einschalten des Transistors (6) angeordnet ist.
2. Schaltungsanordnung nach

Anspruch 1, dadurch gekeniroichnet, dass der steuerbare Schalter ein Hilfstransistor (12) ist, dessen Kollektor-Emitterstrecke parallel zur Induktivität (8) liegt.

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3. Schaltungsanordnung nach

Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenschaltung aus einem ersten (9) und einem zweiten (1O) Widerstand und einem Kondensator (11) zwischen dem von der Basis des Hochspannungsleistungstransistors (6) abgewandten Anschluss der Induktivität (8) und einem Punkt mit Bezugspötential (Masse) liegt, wobei der Verbindungspunkt der Widerstände mit der Basis des Hilfstransistors (12) verbunden ist.

h. Schaltungsanordnung nach

Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenschaltung aus einem ersten Widerstand (9) und einem Kondensator (ii) zwischen dem von der Basis des Hochspannungsleistungstransistors (6) abgewandten Anschluss der Induktivität (8) und einem Punkt mit Bezugspotential (Masse) und ein zweiter Widerstand (10) zwischen der Basis des Hochspararartgsloistungstransistors und dem Verbindungspunlt des ersten Widerstandes und des Kondensators liegt.

5· Schaltungsanordnung nach Anspruch

3 oder h, wobei die Frequenz des Schalt signals in der Grössenordnung von 15 kHz ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitkonstante des durch den

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zweiten Widerstand (10) und den Kondensator (11) gebildeten Netzwerkes etwa 1 bis 2 ,us beträgt.

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