DE3010160A1 - DC CHOPPER - Google Patents
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Description
GLEICHSTROMZERHACKERDC CHOPPER
Die Erfindung betrifft einen Gleichstromzerhacker nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, insbesondere zur Umwandlung von Gleichstrom in gleichmäßige Rechteckimpulse. Derartige Zerhacker besitzen oft einen Transformator mit Mittelabgriff an der Primärwicklung sowie zwei Leistungstransistoren, die durch einen Steuerkreis abwechselnd leitend gemacht werden und den Strom einer Gleichspannungsquelle abwechselnd durch die beiden Primärwicklungshälften lenken; dieser Steuerkreis liefert an zwei komplementären Ausgängen Rechtecksignale, die die beiden Leistungstransistoren nacheinander leitend machen.The invention relates to a direct current chopper according to the preamble of claim 1, in particular for conversion from direct current into regular square-wave pulses. Such chopper often have a transformer with a center tap on the primary winding as well as two power transistors, which are made conductive alternately by a control circuit and direct the current of a DC voltage source alternately through the two primary winding halves; this control circuit supplies square-wave signals at two complementary outputs, which make the two power transistors conductive one after the other.
In einer derartigen Schaltung darf der Befehl zum Leitendmachen eines Leistungstransistors erst dann ankommen, wenn der entgegengesetzte Transistor tatsächlich gesperrt ist, da es sonst zu Überschneidungen kommt, in denen beide Transistoren gleichzeitig leitend sind. Dabei werden die Grenzschichten durch thermische Ermüdung zerstört, wobei Stromspitzen zum Zeitpunkt der Umschaltvorgänge auftreten. Ein Transistor ist jedoch nicht dann bereits gesperrt, wenn seine Vorspannung entfällt. Solange nämlich die in seiner Basis gespeicherten Ladungen noch nicht abgeleitet sind (falls der Befehl zum Leitendmachen über die Basis eintrifft), besteht ein Kollektorstrom. Selbstverständlich könnte man diese Verzögerung bei der Ausbildung des Steuerkreises berücksichtigen, jedoch ist diese Verzögerung nicht für alle Transistoren gleich,In such a circuit, the command to turn on a power transistor may only arrive when if the opposite transistor is actually blocked, otherwise there will be an overlap in which both transistors are conductive at the same time. The boundary layers are destroyed by thermal fatigue, with current peaks occur at the time of switching operations. However, a transistor is not already blocked when its No preload. As long as the charges stored in its base have not yet been diverted (if the Command to make conductive arrives via the base), there is a collector current. Of course you could delay this when designing the control circuit, but this delay is not the same for all transistors,
030040/0708 ./.030040/0708 ./.
da die bei ihnen zur Anwendung kommenden Halbleiter bezüglich ihrer Eigenschaften eine gewisse Streubreite aufweisen.because the semiconductors used in them have a certain spread in terms of their properties.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Zerhacker anzugeben, der unabhängig vom Typ und von der Qualität der verwen deten Leistungstransistoren sicher verhindert, daß beide Leistungstransistoren gleichzeitig Strom führen. Diese Aufgab» wird durch den in Anspruch l gekennzeichneten Zerhacker gelösi Bezüglich von Merkmalen-bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen»The object of the invention is to provide a chopper that can be used regardless of the type and quality of the deten power transistors reliably prevents both power transistors from carrying current at the same time. This task » is solved by the chopper characterized in claim 1 With regard to features of preferred embodiments of the invention reference is made to the subclaims »
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden drei Figuren näher erläutert.The invention is described below using an exemplary embodiment with reference to the three enclosed Figures explained in more detail.
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild des erfindungsgemäßen Zerhackers.Fig. 1 shows a circuit diagram of the chopper according to the invention.
Fig. 2 zeigt ein Schaltbild eines Steuerkreises, dei in Zerhacker gemäß Fig. l verwendet wird.Fig. 2 shows a circuit diagram of a control circuit, dei is used in chopper according to FIG.
Fig. 3 zeigt elektrische Signale an verschiedenen Punkten des zerhackers.Figure 3 shows electrical signals at various points in the chopper.
In Fig. 1 wird ein Transformator T dargestellt, dess Primärwicklung zwei Enden Pl und P2 aufweist und dessen Mittel punkt zur positiven Klemme B einer Gleichspannungsquelle führt bei der es sich um eine Batterie handeln kann. Die negative Klemme der Gleichspannungsquelle liegt an Masse. Die Sekundärwicklung S des Transformators steht mit einem Verbraucher in Verbindung. Das Ende Pl der Primärwicklung ist an den Kollekto eines Leistungstransistors vom Typ npn T3 angeschlossen, desse Emitter an Masse liegt. Dieser Transistor T3 gehört mit einemIn Fig. 1, a transformer T is shown, des Primary winding has two ends Pl and P2 and the center point leads to the positive terminal B of a DC voltage source which can be a battery. The negative terminal of the DC voltage source is connected to ground. The secondary winding S of the transformer is connected to a consumer. The end Pl of the primary winding is at the collector connected to a power transistor of the type npn T3, the emitter of which is connected to ground. This transistor T3 belongs with one
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weiteren Leistungstransistor T4 zu einer Darlington-Schaltung Ql, die auch insgesamt als Leistungstransistor betrachtet werden kann. Der Emitter des Transistors T4 liegt über einen Widerstand R5 an Masse, und parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T3 liegt eine Schutzdiode D3.further power transistor T4 to form a Darlington circuit Ql, which is also viewed as a whole as a power transistor can be. The emitter of the transistor T4 is connected to ground via a resistor R5 and parallel to the emitter-collector path of the transistor T3 is a protective diode D3.
Symmetrisch hierzu steht das Ende P2 der Primärwicklung mit dem Kollektor eines npn-Transistors T6 in Verbindung, der mit einem Transistor T5 eine Darlington-Schaltung Q2 bildet und dessen Emitter über einen Widerstand RIO an Masse liegt. Parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T6 liegt eine Schutzdiode D4. Die Aufgabe der Dioden D3 und D4 besteht darin, den Entmagnetxsierungsstrom der Primärwicklung des Transformators T abzuführen.Symmetrically to this, the end P2 of the primary winding is connected to the collector of an npn transistor T6, which forms a Darlington circuit Q2 with a transistor T5 and whose emitter is connected to ground via a resistor RIO. A protective diode D4 is located parallel to the emitter-collector path of the transistor T6. The task of diodes D3 and D4 is there therein, the demagnetization current of the primary winding of the transformer T dissipate.
Ein als Rechteck dargestellter steuerkreis A sendet an zwei komplementären Ausgängen C und D eine regelmäßige Folge von Rechtecksignalen mit einem Schaltverhältnis 1:1. Der Punkt C ist über einen Widerstand R6 mit der Basis eines pnp-Transistors Tl verbunden, dessen Kollektor über zwei in Reihe geschaltete Widerstände Rl und R2 an Masse liegt. Der gemeinsame Anschlußpunkt von Rl und R2 steht mit der Basis des Transistors T4 der Schaltung Ql in Verbindung. Symmetrisch hierzu ist der Punkt D mit der Basis eines pnp-Transistors T2 über einen Widerstand R9 verbunden. Der Kollektor des Transistors T2 liegt über zwei in Reihe geschaltete Widerstände R3 und R4 an Masse. Der gemeinsame Anschlußpunkt dieser Widerstände ist mit der Basis des Transistors T5 der Schaltung Q2 verbunden.A control circuit A shown as a rectangle sends a regular sequence to two complementary outputs C and D of square-wave signals with a switching ratio of 1: 1. The point C is through a resistor R6 to the base of a pnp transistor Tl connected, the collector of which is connected to ground via two series-connected resistors R1 and R2. The common one The connection point of Rl and R2 is connected to the base of the transistor T4 of the circuit Ql. The is symmetrical to this Point D to the base of a pnp transistor T2 via a resistor R9 connected. The collector of the transistor T2 is connected to ground via two series-connected resistors R3 and R4. Of the common connection point of these resistors is connected to the base of the transistor T5 of the circuit Q2.
030040/0708030040/0708
Die Anode einer Diode Dl steht mit dem Punkt Pi in Verbindung, während ihre Kathode mit dem Emitter des Transistors T2 verbunden ist. Ein Widerstand R8 liegt zwischen Emitter und Basis des Transistors T2.The anode of a diode Dl is connected to the point Pi, while its cathode is connected to the emitter of the transistor T2 is connected. A resistor R8 is connected between the emitter and the base of the transistor T2.
Symmetrisch hierzu ist die Anode einer Diode D2 mit dem Punkt P2 verbunden. Die Kathode steht mit dem Emitter des Transistors Tl in Verbindung. Zwischen Emitter und Basis des Transistors Tl liegt ein Widerstand R7.Symmetrically to this, the anode of a diode D2 is connected to the point P2. The cathode is connected to the emitter of the Transistor Tl in connection. A resistor R7 is located between the emitter and the base of the transistor T1.
Der in Fig. 2 im einzelnen dargestellte Steuerkreis ist eine bekannte astabile Kippschaltung, die aus zwei npn-Transistoren T7 und T8, deren Emitter an Masse liegen, weiter] aus zwei Kondensatoren Cl und C2 sowie vier Widerständen RIl, R12, R13 und R14 besteht. Die Basis des Transistors T8 führt zum Kondensator Cl über eine Diode D8j und die Basis des Transistors T7 steht über eine Diode D7 mit dem Kondensator C2 in Verbindung. Der zweite Belag des Kondensators Cl ist über eine Diode D5 an den Kollektor des Transistors T7 sowie an der Punkt C aus Fig. 1 angeschlossen. Der zweite Belag des Kondensators C2 steht über eine Diode D6 mit dem Kollektor des Transistors T8 sowie mit dem Punkt D aus Fig. 1 in Verbindung.The control circuit shown in detail in Fig. 2 is a known astable flip-flop which consists of two npn transistors T7 and T8, whose emitters are connected to ground, further] from two capacitors Cl and C2 and four resistors RIl, R12, R13 and R14 consists. The base of the transistor T8 leads to the capacitor Cl via a diode D8j and the base of the transistor T7 is connected to the capacitor C2 via a diode D7. The second layer of the capacitor Cl is over a diode D5 is connected to the collector of transistor T7 and to point C in FIG. The second layer of the capacitor C2 is connected to the collector of transistor T8 and to point D from FIG. 1 via a diode D6.
Der gemeinsame Anschlußpunkt des Kondensators Cl unc der Diode D5 ist mit der positiven Klemme B der Gleichspannunc quelle über den Widerstand RIl und der gemeinsame Anschlußpunk des Kondensators Cl und der Diode D8 ist über den Widerstand R12 mit der positiven Klemme B verbunden. Der gemeinsame Anschlußpunkt des Kondensators C2 und der Diode D6 steht über de Widerstand R14 und der gemeinsame Anschlußpunkt des KondensatoThe common connection point of the capacitor Cl unc the diode D5 is with the positive terminal B of the DC voltage source via the resistor RIl and the common connection point of the capacitor Cl and the diode D8 is connected to the positive terminal B via the resistor R12. The common connection point of the capacitor C2 and the diode D6 is above the resistor R14 and the common connection point of the capacitor
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C2 und der Diode D7 steht über den Widerstand R13 mit der positiven Klemme B in Verbindung.C2 and the diode D7 are connected to the resistor R13 positive terminal B in connection.
Die Dioden D7 und D8 dienen dazu, die Basis-Emitter-Strecke der Transistoren T7 und T8 zu schützen, während die Dioden D5 und D6 ein rasches Schalten ermöglichen.The diodes D7 and D8 serve to protect the base-emitter path of the transistors T7 and T8, while the Diodes D5 and D6 enable rapid switching.
Die Arbeitsweise dieser Kippschaltung ist die übliche. Bei leitendem Transistor T7 und gesperrtem Transistor T8 lädt sich der Kondensator Cl über den Widerstand R12 auf. Wenn die Spannung an Cl ausreichend hoch ist, wird der Transistor T8 über seine Basis vorgespannt und seinerseits leitend, während der Transistor T7 gesperrt wird.The operation of this flip-flop is the usual. When transistor T7 is on and transistor T8 is blocked, it charges the capacitor Cl via the resistor R12. When the voltage across Cl is sufficiently high, transistor T8 biased via its base and in turn conductive, while transistor T7 is blocked.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung arbeitet folgendermaßen ι Die Betrachtung soll zu einem Zeitpunkt beginnen, an dem der Transistor T3 leitend und der Transistor T6 gesperrt ist. In diesem Fall ist das Kollektorpotential von T5 und T6 gleich 2U in Bezug auf Masse, wenn U die Gleichspannung ist. Die Basis des Transistors T4 wird durch den Schaltkreis D2, Tl, Rl, R2 vorgespannt. Da jedoch der Transistor T3 leitend ist, ist sein Kollektorpotential in Bezug auf Masse Null, und durch den Schaltkreis Dl, T2, R3, R4 fließt kein Strom. Die Basis des Transistors T5 ist daher nicht polarisiert.The circuit shown in Fig. 1 works as follows: The consideration should begin at a point in time at which the transistor T3 is conductive and the transistor T6 is blocked. In this case the collector potential of T5 and T6 is equals 2U with respect to ground when U is the DC voltage. The base of the transistor T4 is through the circuit D2, Tl, Rl, R2 preloaded. However, since the transistor T3 is conductive, its collector potential with respect to ground is zero, and through the circuit Dl, T2, R3, R4 no current flows. The base of the transistor T5 is therefore not polarized.
Wenn der Punkt C einen Sperrbefehl für Ql und derIf point C is a lock command for Ql and the
abPunkt D einen Sättigungsbefehl für Q2 <gibt, wird der Transistor Tl gesperrt. Die Basis von T4 ist nicht mehr vorgespannt, jedoch besteht noch solange ein Kollektorstrom, wie die in der Basis gespeicherten Ladungen nicht abgeführt sind. Wenn schließlich der Transistor tatsächlich gesperrt ist, steigt dasfrom point D a saturation command for Q2 <, the transistor Tl blocked. The base of T4 is no longer biased, but there is still a collector current as long as that in the Base stored charges are not discharged. Finally, when the transistor is actually blocked, that goes up
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Kollektorpotential von T3 und T4 in Bezug auf die Masse auf 2U. Der Transistor T2, dessen Basis durch den Steuerkreis vor gespannt war, wird erst wieder leitend, wenn das Kollektorpotential des Transistors T4 einen hohen Wert erreicht. Dann spannt der Schaltkreis Dl, T2, R3, R4 die Basis des Transisto T5 vor, der seinerseits leitend wird.Collector potential of T3 and T4 in relation to the ground on 2U. The transistor T2, whose base is passed through the control circuit was stressed, only becomes conductive again when the collector potential of the transistor T4 reaches a high value. then the circuit Dl, T2, R3, R4 tensions the base of the transistor T5, which in turn becomes conductive.
In Fig. 3 werden sechs von 3a bis 3f numerierte Sig verschiedener Punkte des Zerhackers graphisch dargestellt.In Fig. 3, six Sig numbered from 3a to 3f of different points of the chopper are graphically represented.
Die Diagramme 3a und 3b zeigen in Abhängigkeit von der Zeit die Spannungen UC und UD am Ausgang C bzw. D. Das Diagramm 3c zeigt den gemeinsamen Strom ICl an den Kollektore der Transistoren T3 und T4, während das Diagramm 3d das Poten tial UCl an dieser Stelle zeigt. Das Diagramm 3e betrifft den gemeinsamen Strom IC2 in den Kollektoren der Transistoren T5 und T6 und das Diagramm 3f die Spannung UC2 an dieser Stelle.The diagrams 3a and 3b show the voltages UC and UD at the output C and D as a function of time Diagram 3c shows the common current ICl at the collectors of the transistors T3 and T4, while diagram 3d shows the potential tial UCl at this point shows. Diagram 3e relates to the common current IC2 in the collectors of the transistors T5 and T6 and diagram 3f the voltage UC2 at this point.
Zum Zeitpunkt pl zeigt die Spannung UC im Diagramm 3a ein Maximum, während im entsprechenden Punkt p2 des Diagramms 3b die Spannung Null ist. Der Kollektorstrom ICl ist hoch, jedoch ist die Kollektorspannung Null, wie es in p3 und p4 auf dem Diagramm 3c und 3d zu erkennen ist. Der Strom IC2 ist Null, da T5 gesperrt ist (Punkt p5), jedoch zeigt die Spannung UC2 im Kollektor ein Maximum (Punkt p6).At the time pl shows the voltage UC in the diagram 3a a maximum, while the voltage is zero at the corresponding point p2 in diagram 3b. The collector current ICl is high, but the collector voltage is zero, as can be seen in p3 and p4 on diagrams 3c and 3d. The current IC2 is zero because T5 is blocked (point p5), but the voltage UC2 in the collector shows a maximum (point p6).
Im Punkt el fällt die Spannung auf Null zurück, da der Transistor Tl sperrt; jedoch wird der Strom ICl in e3 nie zu Null, sondern steigt weiter bis zum Punkt f3, wo er dann auf Null abfällt. Während die Spannung UCl praktisch in e4 Nu geblieben ist, steigt sie in f4 an. Im selben Augenblick erscheint, wie es im Punkt f5 zu sehen ist, der Strom IC2, undAt point el the voltage falls back to zero, since the transistor Tl blocks; however, the current ICl in e3 never becomes to zero, but continues to rise to point f3, where it then drops to zero. While the voltage UCl practically in e4 Nu remains, it increases in f4. At the same moment appears as can be seen at point f5, the current IC2, and
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die Spannung UC2 fällt ab (Punkt f6).the voltage UC2 drops (point f6).
Ebenso muß zum Zeitpunkt gl, obwohl der Punkt G die Basis von Tl vorspannt, gewartet werden, daß der Zeitpunkt h5 erreicht ist und daß der Strom IC2 zu Null geworden ist, bevor der Transistor T3 wieder stromführend wird.Likewise, at time gl, although point G biases the base of Tl, it must be waited for time h5 is reached and that the current IC2 has become zero before the transistor T3 becomes live again.
Die Diagramme zeigen deutlich, daß die Transistorpaare Ql und Q2 zu keinem Zeitpunkt gleichzeitig leitend sein können.The diagrams clearly show that the transistor pairs Q1 and Q2 are never conductive at the same time can.
Die relativen Werte von Rl und R2 sowie R3 und R4 müssen so gewählt werden, daß dieses Ergebnis gewährleistet ist. Nachfolgend werden beispielhaft mehrere Zahlenwerte angegeben .The relative values of R1 and R2 as well as R3 and R4 must be chosen so that this result is guaranteed is. Several numerical values are given below by way of example.
Die Gleichspannung zwischen der Klemme B und der Masse ist z.B. 48 V. Folglich ist die maximale Spannung der Signale an den Ausgängen C und D 48 V in den Diagrammen 3a und 3b. In den Diagrammen 3d und 3f erreicht die maximale Spannung in den Kollektoren der Transistorpaare Ql und Q2 den doppelten Wert, d.h. 96 V. Die Kollektorströme der Transistorpaare Ql und Q2 erreichen einen maximalen Wert von IA. Die Werte der Widerstände Rl und R3 sind jewiels 12 kot und die der Widerstände R2 und R4 jeweils 470 Sl . Damit beispielsweise das Transistorpaar Ql stromführend wird, muß die Spannung an der Basis UBl etwa 1,2 V erreichen. Die Kollektorspannung UC2 des Transistorspaars Q2 ist mit UBl über die folgende Relation verbunden :The DC voltage between terminal B and ground is e.g. 48 V. Consequently, the maximum voltage is the Signals at outputs C and D 48 V in diagrams 3a and 3b. In the diagrams 3d and 3f the maximum achieved Voltage in the collectors of the transistor pairs Ql and Q2 double the value, i.e. 96 V. The collector currents of the transistor pairs Q1 and Q2 reach a maximum value of IA. the Values of the resistors Rl and R3 are each 12 kot and the of the resistors R2 and R4 each 470 Sl. So that, for example, the transistor pair Ql is live, the voltage must be on the base UBl can reach about 1.2 V. The collector voltage UC2 of the transistor pair Q2 is with UBl via the following relation tied together :
UC2 - (UD2 + UTl) . R2UC2 - (UD2 + UTl). R2
UBl = )UBl =)
Rl + R2Rl + R2
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301016Q301016Q
UD2 und UTl sind hier die Spannungen der Diode D2 und der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Tl. Die Summe dieser Spannungen liegt in der Nähe von IV. Daraus ergibt sich, daß zum Erreichen des gewünschten Wertes für UBl die Kollektorspannung des Transistorpaars Q2, d.h. UC2, etwa 30 V erreichen muß. Man sieht also, daß das Transistorpaar Ql erst leitend wird, wenn das Transistorpaar Q2 deutlich gesperrt ist.UD2 and UTl are the voltages of the diode D2 and the emitter-collector path of the transistor Tl. The The sum of these voltages is close to IV. It follows that in order to achieve the desired value for UBl is the collector voltage of the transistor pair Q2, i.e. UC2, must reach about 30 V. It can therefore be seen that the transistor pair Q1 only becomes conductive when the transistor pair Q2 is clearly visible Is blocked.
Die Erfindung wird insbesondere bei Notstromanlagen eingesetzt, wo die Gleichspannung der Batterie in eine periodisch wechselnde Spannung umgeformt werden muß.The invention is used in particular in emergency power systems, where the DC voltage of the battery in a periodic changing voltage must be transformed.
χ χχ χ
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Claims (1)
eines zweiten Transistors (T2) verbunden ist, dessen von den
anderen Elektroden gebildete Halbleiterstrecke sich in einem
Schaltkreis befindet, der zwischen dem zweiten Ende der Wickli (Pl) und der zweiten Klemme der Gleichspannungsquelle liegt ui aus einer zweiten Diode (Dl), der Halbleiterstrecke des zweit« Transistors und einem ersten Widerstand (R3, R4) gebildet wi: wobei die dritte Elektrode des zweiten Leistungstransistors
(Q2) an einen Punkt des zweiten Widerstands angeschlossen istfirst diode (D.2), the semiconductor path of the first transistor and a first resistor (Rl, R2) is formed, the third electrode of the second power transistor (Ql) being connected to a: connection point: of the first resistor, and d the second Output (D) of the control circuit with one electrode
a second transistor (T2) is connected, of which the
other electrodes formed semiconductor path in one
Circuit is located between the second end of the Wickli (Pl) and the second terminal of the DC voltage source ui from a second diode (Dl), the semiconductor path of the second «transistor and a first resistor (R3, R4) formed wi: the third Electrode of the second power transistor
(Q2) is connected to a point of the second resistor
gekennze lehnet, daß jeder der Leistungstransistoren (Ql, Q2) aus zwei zu einer Darlington-Schaltung zusammengefaßten Transistoren (T3, T4 bzw. T5, T6) besteht.2 - chopper according to claim 1, characterized
gekennze rejects that each of the power transistors (Ql, Q2) consists of two transistors (T3, T4 and T5, T6) combined to form a Darlington circuit.
dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterstrecken der verschiedenen Transistoren Emitter-Kollekt< Strecken sind.3 - chopper according to one of claims 1 and 2,
characterized in that the semiconductor lines of the various transistors are emitter-collect <lines.
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| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |