DE2841342B1

DE2841342B1 - Schaltungsanordnung zur Verringerung der Ausschaltverluste in Leistungs-Schalttransistoren

Info

Publication number: DE2841342B1
Application number: DE19782841342
Authority: DE
Inventors: Detlef Ing Kupka; Alfred Ing Oberhuber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-09-22
Filing date: 1978-09-22
Publication date: 1979-09-13
Also published as: DE2841342C2

Description

Beim Ausschalten wird der Treibertransistor T2 leitend. Über die Drosselspule L, die dann über die Emitter-Kollektorstrecke des Treibertransistors T2 an einer negativen Spannung von 1 B. -6V liegt, baut sich der negative Basisstrom mit linearem Anstieg nach dem Induktionsgesetz auf, wobei der Maximalwert durch einen in der Kollektorleitung des Treibertransistors T2 liegenden Widerstand R begrenzt wird Nachdem die Speicherzeit des Leistungs-Schalttransistors T3 beendet und die Emitter-Basis-Strecke ladungsträgerfrei ist, erscheint an der Emitter-Basisstrecke des Schalttransistors die negative Steuerspannung von z. -6V und die Spannung an der Drosselspule L polt um Liegt die Durchbruchsspannung der Basis-Emitterstrecke des Schalttransistors unter -6V, stellt sich jetzt ein Durchbruch ein, der zu einem schnellen steilen Abfall des Kollektorstromes führt Der Emitterstrom des Leistungs-Schalttransistors ist während der Zeit des Durchbruches negativ. Da jedoch die Emitter-Basis-Durchbruchsspannung bei üblichen Leistungstransisto-
ren etwa zwischen 7,5 und 30 V liegt, müßte zur Erzielung des Durchbruches die Steuerspannung zum Teil wesentlich erhöht werden. Wegen der hohen Verluste werden in Steuerschaltungen hohe Steuerspannungen bis zu 30 V nicht verwendet Eine sich an der Drosselspule L einstellende Induktionsspannung kann andererseits auch nicht zur Erzielung der Durchbruchsspannung an der Basis-Emitterstrecke des Leistungs-Schalttransistors beitragen, da die Aussteuerschaltung die freie Ausbildung einer Induktionsspannung nicht zuläßt Wie aus der Schaltung ersichtlich, wird die Induktionsspannung der Drosselspule durch die Basis-Emitterstrecken der beiden Treibertransistoren T1 und T2 begrenzt Der Emitterstrom kann in diesem Falle auch nicht negativ werden, da die in der Drosselspule gespeicherte Energie an die Spannungsquelle (-6V) abgegeben wird.
In F i g. 2 ist eine gegenüber der F i g. 1 durch die Maßnahme gemäß der Erfindung abgewandelte Ansteuerschaltung dargestellt, in der eine variable negative Spannung zur Erreichung des Durchbruches mittels der Induktivität in der Drosselspule L erzeugt wird. Durch einen Hilfs-Schalttransistor T4, der die Drosselspule L beim Ausschalten von der Ansteuerschaltung entkoppelt, wird erreicht, daß die in der Induktivität der Drosselspule L induzierte Spannung ohne Begrenzung durch die Ansteuerschaltung auf die Emitter-Basis-Durchbruchsspannung des Transistors T3 ansteigen kann. Der Hilfs-Schalttransistor T4, dessen Emitter-Kollektorstrecke zwischen dem Emitter des Treibertransistors T1 und der Basis des Leistungs-Schalttransistors T3 eingefügt ist, wird beim Einschalten durch den Treibertransistor T1 leitend geschaltet, ohne dabei den Einschaltvorgang zu beeinflussen.
Wird zur Einleitung des Sperrvorganges des Leistungs-Schalttransistors T3 der Treibertransistor T2 von der Steuerstufe Gleitend gesteuert, dann sperren gleichzeitig der Treibertransistor T1 und der Hilfs- Schalttransistor T4, der die Drosselspule L einpolig von der Ansteuerschaltung abtrennt Nach Ablauf der Speicherzeit, in der sich ein negativer Basisstrom aufbaut, polt die Spannung an der Drosselspule L um.
Die Höhe der induzierten Spannung wird jetzt durch die Emitter-Basis-Durchbruchsspannung des Leistungs-Schalttransistors T3 vorgegeben, da der Hilfs-Schalttransistor T4 eine Begrenzung auf z. B. -6V verhindert Die in der Drosselspule L gespeicherte Energie wird über die Emitter-Basisstrecke des Leistungs-Schalttransistors T3 abgebaut Nachdem der Kollektorstrom auf Null abgeklungen ist, fließt ein negativer Emitterstrom, bis die in L gespeicherte Energie abgebaut ist Zusammenfassung Schaltungsanordnung zur Verringerung der Ausschaltverluste in Leistungs-Schalttransistoren In Schaltungsanordnungen zur Verringerung der Ausschaltverluste in Leistungs-Schalttransistoren, die aus einer Steuerschaltung angesteuert werden, ist zwischen der Ansteuerschaltung und dem Leistungs-Schalttransistor eine Drosselspule geeigneter Induktivität vorgesehen, die eine Abflachung des Basisstromverlaufes zu Beginn der Sperrphase bewirkt Um die Verluste in Leistungs-Schalttransistoren weiter herabzusetzen, wird der Ansteuerkreis mit der Drosselspule so ausgebildet, daß die Basis-Emitterstrekke des Leistungs-Schalttransistors zu Beginn jeder Sperrphase durch die Induktionsspannung der Drosselspule definiert in den Durchbruch gesteuert wird. Damit die Induktionsspannung bis auf die Durchbruchspannung ansteigen kann, ist die Ansteuerschaltung mittels eines gesteuerten Schalters von der Drosselspule entkoppelt, so daß der Anstieg der Induktionsspannung nicht vorzeitig begrenzt wird.

Claims

Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung zur Verringerung der Ausschaltverluste in Leistungs-Schalttransistoren mit einer Ansteuerschaltung unter Verwendung einer im Basis-Emitterkreis angeordneten Drossel, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselspule (L) im Steuerkreis des Leistungs-Schalttransistors (T3) während der Sperrphase durch einen gesteuerten Schalter (T4) von der Ansteuerschaltung (Treiberstufe) abgeschaltet ist 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer in Gegentaktschaltung mit je einem pnp- und npn-Treibertransistor (T1, T2) ausgebildeten Treiberstufe, der die leitende Phase des Schalttransistors (T3) einleitende erste Treibertransistor (T1) über die Kollektor-Emitterstrecke eines Hilfs-Schalttransistors (T4) vom gleichen Leitfähigkeitstyp und der die Sperrphase bestimmende Treibertransistor (T2) über die Drosselspule (L) mit der Basis des Leistungs-Schalttransistors (T3) verbunden sind und daß der Hilfs-Schalttransisistor (T4) gleichzeitig mit dem ersten Treibertransistor (T1) in die leitende und in die Sperr-Phase gesteuert wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerstrom für den Leitungs-Schalttransistor (T3) durch eine Rückkopplungsschaltung mit einem Übertrager (Tr) aus dem Kollektorstromkreis des Leistungs-Schalttransistors (T3) gedeckt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Verringerung der Ausschaltverluste in Leistungs-Schalttransistoren mit einer Ansteuerschaltung unter Verwendung einer im Basis-Emitterkreis angeordneten DrosseL Um die Schaltverluste beim Ausschaltvorgang in Schalttransistoren zu verringern, ist es bekannt, durch Verwendung einer Drosselspule im Basis-Emitterkreis das Abnehmen des Basisstromes zu verlangsamen.

Dadurch wird nach beendeter Speicherzeit ein steiler Abfall des Kollektorstromabfalls erhalten (Valvo Berichte, Sonderdruck aus Band 20, Heft 1, Seite 4).

Dabei kann die durch die Basisstromänderung verursachte Induktionsspannung an der Drosselspule bei Umpolung der Basis-Emitterspannung zu einem Durchbruch der Basis-Emitterstrecke des Schalttransistors führen. Ob sich ein solcher Durchbruch einstellen kann, hängt von verschiedenen Faktoren, z. B. von der Größe der Induktivität, von der oft stark streuenden Durchbruchsspannung der Basis-Emitterstrecke der Transistoren und vor allem auch von der Ausbildung der Ansteuerschaltung ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art eine Steuerschaltung für Schalttransistoren, insbesondere hochsperrende Leistungstransistoren anzugeben, welche die Basis-Emitterstrecke unabhängig von Zufallswerten unter Einhaltung der vorgegebenen Grenzwerte definiert in den Durchbruch steuert Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Drosselspule im Steuerkreis des Leistungs-Schalttransistors während der Sperrphase durch einen gesteuerten Schalter von der Ansteuer- schaltung (Treiberstufe) abgeschaltet ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch die Vergrößerung der Induktivität der Drosselspule im Basis-Emitterkreis, die schließlich zu einer unzulässig langen Speicherzeit führen würde, ohne eine geeignet ausgebildete Ansteuerschaltung der Durchbruch der Basis-Emitterstrecke nicht erzwungen werden kann und daß andererseits der Ausräumvorgang des Schalttransistors zu Beginn der Sperrphase die Größe der Verlustleistung wesentlich mitbestimmt. Die Induktivität der Drosselspule, die eine Abflachung des Basisstromverlaufes bewirkt und dadurch gleichzeitig eine unerwünschte Verlängerung der Speicherzeit zur Folge hat, soll dabei möglichst klein bemessen sein. Eine kostspieliege Auswahl von geeigneten Transistoren ist bei Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltung nicht erforderlich.

Die Erfindung wird an Hand der F i g. 1 und 2 näher erläutert Es zeigt F i g. 1 eine Grundschaltung für die Ansteuerung eines Leistungs-Schalttransistors, F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Ansteuerschaltung gemäß der Erfindung.

Die Schaltung der F i g. 1 zeigt die Gegentaktendstufe einer Ansteuerschaltung mit einem zu steuernden Leistungsschalttransistor T3. Zwei im Gegentakt arbeitende Treibertransistoren Tl und T2 von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp werden eingangsseitig über eine Verstärkerstufe V angesteuert und liefern über die miteinander verbundenen Emitter die öffnenden und sperrenden Ansteuerimpulse für den Leistungs-Schalttransistor T3. Der Steuerstrom des Leistungs-Schalttransistors wird aus einer Rückkopplungsschaltung gedeckt, die aus einem Übertrager Tr besteht, dessen Primärwicklung I in der Emitterleitung und dessen Sekundärwicklung II im Basis-Emitterkreis des Leistungs-Schalttransistors T3 angeordnet sind.

Der Emitter des Treibertransistors T1 ist direkt und der Emitter des Treibertransistors T2 über eine die Emitter der beiden Transistoren T1, T2 verbindende Drosselspule L mit der Basis des Leistungs-Schalttransistors T3 verbunden.

Wird der Treibertransistor T1 über die Verstärkerstufe V eingeschaltet, so fließt ein Basisstrom in den Leistungs-Schalttransistor T3, der daraufhin einschaltet Der Kollektorstrom wird mit dem Übertrager Tr rückgekoppelt und liefert in der leitenden Phase den benötigten positiven Basisstrom.