DE3131296A1

DE3131296A1 - Verfahren und vorrichtung zum ausschalten eines transistors

Info

Publication number: DE3131296A1
Application number: DE19813131296
Authority: DE
Inventors: Miroslav New Jersey Glogolja
Original assignee: Reliance Electric Co
Current assignee: Reliance Electric Co
Priority date: 1980-08-08
Filing date: 1981-08-07
Publication date: 1982-04-29
Also published as: JPS5754425A; GB2082003A; US4375074A

Description

PATENTANWÄLTE · EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

Zugelassen bei den deutschen und europäischen Patentbehörden Rüggenstraße 17 · D-8000 München 19

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R 1721-D 7. August 1981

Reliance Electric Company, 220 Park Avenue, Florham Park, N.J. 07 932 / USA

Verfahren und Vorrichtung zum Ausschalten eines Transistors

PATENTANWÄLTE ■ EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

Zugelassen bol den deutschon und europäischen Patenlbshörden

Rüggenstraße 17 · D-8000 München 19

R 1721-D 7. August 1981

Reliance Electric Company,

220 Park Avenue, Florham Park, N.J. 07932 / USA

Verfahren und Vorrichtung

zum Ausschalten eines Transistors

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausschalten eines Transistors, also allgemein eine Schutzschaltung für einen Transistor und insbesondere eine Schaltungsanordnung zum sicheren Ausschalten eines Transistors aus einem Überlastzustand.

In zahlreichen Anwendungen werden Schalttransistoren betrieben, um Leistung in eine reaktive Last, wie beispielsweise in induktive oder kapazitive Lasten, einzuspeisen bzw. zu dieser einen Strom zu übertragen. Beim Einschalten und Ausschalten zum Anlegen und Entfernen von Leistung an bzw. von solchen reaktiven Lasten in stufenartiger Weise werden flüchtige Schaltvorgänge (im folgenden auch "Schaltstösse" genannt) durch diese Lasten entwickelt, die eine Spitzenleistungsaufnahme im zugeordneten Schalttransistor oder in Transistoren während solcher

Schaltzeiten verursacht. Wenn ein Transistor eingeschaltet wird und während der Zeitdauer, in der der Transistor eingeschaltet oder in einem Leitungszustand gehalten wird, ist dessen Leistungsverarbeitungsvermögen durch die Durchlassvorspannungs-Sicherheits-Betriebsbereich-(FBSOA-)An gabe für den Transistor begrenzt. Bipolare Transistoren werden insbesondere ausgeschaltet, indem eine Sperrvorspannung an die Basiselektrode des Transistors im wesentlichen gleichzeitig mit dem Entfernen des Ansteuersignals von der Basiselektrode gelegt wird.

Das Leistungsverarbeitungsvermögen von bipolaren Schalttransistoren während eines Ausschaltens ist durch den Sperrvorspannungs-Sicherheits-Betriebsbereich (RBSOA) angegeben und stellt den Spannungs/Strom-Zustand dar, der während eines in Sperrichtung vorgespannten Ausschaltens erlaubt ist. Wenn der Basis-Emitter-Übergang eines bipolaren Transistors in Sperrichtung vorgespannt wird, um Leistung von einer induktiven Last abzuschalten, müssen eine hohe Spannung und ein grosser Strom gleichzeitig durch den SchaIttransistor unterhalten werden, wenn dieser ausschaltet. Um zu gewährleisten, dass während eines Ausschaltens die RBSOA-Kennlinien eines Schalttransistors nicht überschritten werden, ist es üblich, ein aktives Pegelhalten, ein passives oder mit einem Widerstand und einem Kondensator bewirktes Dämpfen, ein Lastleistungsformen und dergleichen vorzunehmen. Jedoch bewahren diese üblichen Methoden des Schützens eines Transistors vor einer Überleistungsaufnahme während des Ausschaltens bei in Sperrichtung vorgespanntem Basis-Emitter-Übergang den Transistor nicht vor einer Beschädigung oder Zerstörung, wenn aus irgendeinem Grund die Sperrvorspannung zu einer Zeit anliegt, in der der Transistor ausserhalb seiner RBSOA-Kennlinie leitend ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen ein sicheres Ausschalten eines Transistors aus einem Leitungszustand in einem Bereich ausserhalb von dessen RBSOA-Kennlinie während eines Fehlerzustandes und aus einer normalen Betriebsart des Leitungszustandes über das Anlegen einer Sperrvorspannung an dessen Basis-Emitter-Elektroden möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren bzw. bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 4 erfindungsgemäss durch die im jeweiligen kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale gelöst.

Das erfindungsgemnsse Verfahren umfasst also die folgenden Verfahrensschritte:

Erfassen der Spannung zwischen der Kollektor- und der Emitterelektrode eines Transistors, wenn dieser eingeschaltet ist;

Entfernen des AnSteuerstromes zu der Basiselektrode des Transistors, während im wesentlichen gleichzeitig eine Stromleitungsstrecke relativ geringer Impedanz zwischen dessen Basis- und Emitterelektrode aufgebaut wird, wann immer der Pegel der erfassten Spannung gleich ist einem einen Fehlerzustand anzeigenden vorbestimmten Pegel oder diesen überschreitet, um das Ausschalten des Transistors zu beginnen; und

Entfernen des Ansteuerstromes zur Basiselektrode, während im wesentlichen gleichzeitig ein vorbestimmter Pegel einer Sperrvorspannung an der Basiselektrode liegt, um wahlweise den Transistor aus einem normalen Leitungszustand auszuschalten, wie dies durch die erfasste Spannung angezeigt wird, die unter dem vorbestimmten Pegel ist.

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ή/ι.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1 einen Querschnitt eines bipolaren, dreifachdiffundierten NPN-Transistors und die Abhän

gigkeit der Stromdichte vom horizontalen Abstand für eine Ansteuerung mit Durchlassund Sperrvorspannung;

Fig.2 die Durchlassvorspannungs-Sicherheits-Betriebsbereich-Kurve für den Transistor MJ 10016, her

gestellt von der Firma Motorola Inc., Phoenix, Arizona, USA;

Fig.3 die Sperrvorsnannungs-Sicherheits-Betriebsbe-. .. " reich-Kurve für den Transistor von Fig.2; und Fig.4 ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Schalttransistoren werden in zahlreichen Anwendungen verwendet, um selektiv Leistung an eine" induktive Last, bei spielsweise die Wicklungen eines Motors, zu legen.

In Fig.1 ist der Querschnitt eines typischen bipolaren NPN-Transistors gezeigt. Der Transistor umfasst eine Emitterzone 1 aus η -Material, eine Basiszone 3 aus p-Material, eine Kollektorzone 5 aus η-Material, die einen hohen spezifischen Widerstand aufweist, und eine stark dotierte Substratzone 7 aus beispielsweise η -Material. Unmittelbar über dem Querschnitt des Transistors sind Kurven angegeben, die die Stromdichte J in Abhängigkeit vom horizontalen Abstand L zeigen, welche insbesondere im Substrat während Zeiten einer Durchlassvorspannung F am Übergang zwischen der Emitterzone 1 und der Basiszone 3 und einer Sperrvorspannung R am gleichen übergang vorliegt, wie dies durch eine Kurve 9 bzw. 11 angedeutet ist. Es ist darauf hinzuweisen, dass während Zuständen 5 einer Sperrvorspannung die Grosse des Stromes, der sich

im Emitter 1 während des Ausschaltens zusammendrängt, einen viel höheren Wert als der Strom besitzt, der sich während der Durchlassvorspannung dieses Überganges zusammendrängt, wobei der Strom viel gleichmässiger über der Emitterzone 1 während des zulezt genannten Zustandes verteilt ist. Demgemäss ist die während Zuständen einer Durchlassvorspannung erzeugte Wärme im Vergleich mit dem Sperrvorspannungszustand während des Ausschaltens viel gleichmässiger über dem Substrat verstreut. Das zwingend vorhandene Zusammendrängen des Stromes im Emitter während einer Sperrvorsnannung führt zur Bildung eines mittigen heissen Flecks. Demgemäss ist der Durchlassvorspannungs-Sicherheits-Betriebsbereich insbesondere grosser als der Sperrvorspannungs-Sicherheits-Betriebsbereich für einen Transistor, wie dies in der Fig.2 bzw. Fig.3 gezeigt ist.

Bei der Entwicklung des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung benutzte der Erfinder einen DGOT-NPN-Transistor (hergestellt von der Firma Westinghouse, Youngwood, Pennsylvania, USA) für jeden der Ausgangstransistoren 13 und 15 von Fig. 4. In Fig. 2 stellt eine: Kurve 17 die Gleichstromgrenze des FBSOA-Bereichs für einen typischen Transistor dar, während eine Strichlinienkurve 19 die Grenze für einen einzigen Impuls von 1o/is angibt. Insbesondere wird die Kurve 19 erhalten, indem eine Durchlassvorspannung an den Basis-Emitter-Ube.rgang zwischen den Zonen 1 und 3 eines Transistors für 1o Ais gelegt wird, wobei nach dieser Zeit die Basisverbindung geöffnet wird, um den Transistor auszuschalten. Wie für den Transistor gezeigt ist, kann dieser während Zuständen einer Durchlassvorspannung einen Maximalstrom von 5o A bei 4oo V für lo/is und eine Maximalspannung von 5oo V bei 3o A für 1o/is an der Grenze aushalten. Im Vergleich ist während Zuständen einer Sperr-

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■γ η.

Vorspannung für diesen Transistor dessen Leistungsaufnahme auf Extremwerte von entweder 5o A bei 3oo V oder 5 A bei 5oo V begrenzt, wie dies durch eine Kurve 21 in Fig.3 gezeigt ist,
5

Das Anlegen einer Sperrvorspannung zwischen dem Basis- und Emitterübergang eines Transistors zum Ausschalten des Transistors aus einem leitenden Zustand führt - wie oben erläutert wurde - zu hohen Stromdichten in der Emitterzone, was heisse Flecken und grössere Belastungen des Substrats während des Ausschaltens als während der Durchlassvorspannungs-Leitungsbetriebsart mit sich bringt. Jedoch wird ein Sperrvorspannungsausschalten in zahlreichen Anwendungen verwendet, um die Abfallzeit beim Ausschalten des Transistors zu verringern, wodurch die Schaltverluste herabgesetzt werden. Demgemäss ist es in Hochfrequenzschaltanwendungen bevorzugt und zumeist erforderlich, Sperrvorspannungs-Ausschalttechniken zu benutzen.

Beim Durchführen von Laborversuchen erkannte der Erfinder, dass ein Transistor aus einem Leitungszustand beim grossten Nennwert seines FBSOA-Bereichs für einen einzelnen Impuls ausgeschaltet werden kann, indem eine geringe Impedanz zwischen die Basis- und die Emitterelektrode des Transistors gelegt wird, während gleichzeitig der Basisansteuerstrom von dort entfernt wird. Diese Erkenntnis wird bei der vorliegenden Erfindung ausgenutzt, die ein Verfahren und eine Vorrichtung vorsieht, die die Vorteile der Sperrvorspannungs-Ausschaltbetriebsart mit denjenigen der neu entwickelten Ausschaltbetriebsart verknüpft. In Fig.4 zeigt ein ßchematischos Schaltbild ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Schützen jedes Ausgangstransistors 13 und 15, die insbesondere in einer Inverterschaltungsanordnung vorgesehen sind, um bei-

spielsweise eine Motorwicklung 23 anzusteuern.

Die Motorwicklung 23 ist in Reihe mit einer Strombegrenzungsspule 25 zwischen einem Ausgangsanschluss 27 und einem Bezugsanschluss 29 geschaltet. Dioden 31 und 3 3 liegen antiparallel an den Hauptstromstrecken des Transistors 13 bzw. 15, um einen bilateralen Stromfluss für die induktive Lastimpedanz zu liefern. Betriebsspannungen +V₁ und -V₁ liegen an einem Betriebsspannungsanschluss 35 bzw. 37. Weiterhin liegen Betriebsspannungen +V„ und -V an einem Betriebsspannungsanschluss 39 bzw. 41 .

Das Ausführungsbeispiel einer Schutzschaltung zum Durchführen des erfindungsgemässen Verfahrens umfasst auch ein Steuerglied 43 mit einem Anschluss 45 zum Aufnehmen eines Eingangssignals, ein V -Überwachungsglied 47 zum Erfassen des Spannungspegels zwischen der Kollektor- und der Emitterelektrode des Transistors 13 im leitenden Zustand, ein I -Überwachungsglied 49"zum Erfassen der Grosse des Kollektorstromes des Transistors 13.und.

Transistoren 51, 53 und 55, die alle in der dargestellten Weise verbunden sind, um den Betrieb des Transistors 13 zu steuern, wobei dieser Transistor während seiner Leitungsperiode geschützt wird. Eine ähnliche Schaltung, 5 die in bestimmten Anwendungen das Steuerglied 43 ausnutzt, kann verwendet werden, um den Betrieb des Transistors 15 zu steuern und diesen Transistor vor Überlastbedingungen zu schützen; jedoch ist diese Schaltung zur Vereinfachung der Darstellung in Fig.4 nicht gezeigt. Der Betrieb der Schaltung der Pig.4 wird im folgenden näher erläutert:

Wenn ein Hochpegel-Eingangssignal beispielsweise am Eingangsanschluss 45 liegt, snricht das Steuerglied 43 darauf an, indem ein AnSteuerstromsignal oder ein Hoch-

pegelsignal zur Basiselektrode des Transistors 51 gespeist wird, um diesen Transistor einzuschalten. Wenn der Transistor 51 uinsehalLet, nimmt die Impedanz zwischen dessen Kollektor- und Emitterelektroden im wesentliehen ab, so dass ein Strom dorthindurch von der Spannungsquelle +V„ in die Basiselektrode des Ausgangstransistors 13 fliessen kann, wodurch der Transistor 13 einschaltet. Dieser verringert beim Einschalten die Impedanz seiner Hauptstromstrecke zwischen seinen Kollektor-Ιο und Emitterelektroden, wodurch ein Strom von der Spannungsquelle +V₁ in die Reihenverbindung der Last 2 3 und der Strombegrenzungsspule 25 zur Bezugspotentialquelle fliessen kann, die mit einem Bezugsanschluss 29 verbunden ist. In diesem Beispiel ist die Bezugspotentialquel-Ie geerdet dargestellt. Wenn der Transistor 13 so einschaltet, verringert sich der Spannungsabfall zwischen seinen Kollektor- und Emitterelektroden im wesentlichen - infolge der entsprechenden Verringerung der Impedanz dazwischen. Insbesondere beträgt die'Kollektor-Emitter-Spannung V_„ eines Schalttransistors in Sättigung etwa o,5 V. Das V_ -Überwachungsglied 47 erfasst den Pegel der Spannung V„_ des Transistors 13 im leitenden Zustand. Wenn eine Pehlerbedingung auftritt, wie beispielsweise ein Kurzschluss über der Last 23, wobei angenommen wird, dass der Transistor 13 anfänglich in einem Sättigungszustand leitend war, dann wird der Transistor durch den grossen Fehlerstrom aus der Sättigung getrieben, so dass seine Spannung V_„ rasch über seinen Sättigungssnannungspegel ansteigt. Das V_ -Uberwachungsglied erfasst die olötzliche Steigerung in der Spannung V_ des Transistors 13 und legt ein Hochpegel-Fehlersignal an das Steuerglied 43. Das Steuerglied 4 3 spricht auf die Änderung im Pegel des Fehlersignals von hoch nach niedrig an, indem das Ansteuerstromsignal vom Transistor 51 entfernt und dieser Transistor ausgeschal-

tet wird, damit das Ansteuerstromsignal vom Transistor 13 entfernt wird. Auch legt das Steuerglied 43 gleichzeitig ein Ansteuerstromsignal oder ein Hochpegelsignal an die Basiselektrode des Transistors 55, um diesen Transistor einzuschalten. Wenn der Transistor 55 so einschaltet, verringert sich die Impedanz zwischen seinen Kollektor- und Emitterelektroden wesentlich, um eine Stromstrekke einer sehr geringen Impedanz zwischen den Basis- und Emitterelektroden des Transistors 13 zu liefern, wodurch der Transistor 13 sicher aus seinem Fehlerzustand ausschalten kann. Auch behält das Steuerglied 4 3 Signale eines geringen Pegels an den Basiselektroden der Transistoren 51 und 53 bei, damit diese Transistoren ausgeschaltet gehalten werden.

Das V -Überwachungsglied 4 7 kann in üblicher Weise ausgeführt werden.

Beispielsweise ist in der US-PS 4 158 866 vom 19. Juni 197 9 für eine Schutzschaltung für einen transistorisierten Schalter eine solche V -Überwachungsschaltung beet

schrieben. Das V^^-Überwachungsglied 47 kann so ausgelegt werden, dass es den Pegel eines Fehlersignals von einem niedrigen auf einen hohen Pegel nach dem Auftreten der Spannung V„,„ des Transistors 13 ändert, die von einem re-5 lativ niedrigen SpannungsOegel auf einen gewissen vorbestimmten Pegel ansteigt. Gewöhnlich wird der vorbestimmte Pegel zum Ansteuern bzw. Triggern des V -Überwachungsgliedes 47 auf einen Wert nahe dem Sättigungsspannungspegel des geschützten Transistors eingestellt, damit das rascheste Ansprechen der Schaltung auf den Transistor gewährleistet wird, der aus einem gesättigten Leitungszustand aus der Sättigung geht. Jedoch kann es - wie oben angedeutet wurde - in zahlreichen Anwendungen wünschenswert sein, den vorbestimmten Triggerpegel auf einen gewissen anderen Pegel als den Sättigungsspannungspegel des Transistors einzustellen.

Es sei angenommen, dass der Transistor 13 eingeschaltet wurde, wie dies oben erläutert ist, und dass kein Fehlerzustand während der Leitungszeit dieses Transistors auftritt. Wenn das an einem Anschluss 45 liegende Eingangssignal eine Pegeländerung von hoch nach niedrig erfährt, dann spricht in diesem Beispiel das Steuerglied 4 3 an, indem das Basisansteuersignal vom Transistor 51 entfernt und dort ein Niederpegelsignal angelegt wird, damit der Transistor 51 ausschaltet. Gleichzeitig ändert das Steuerglied 4 3 den Signalpegel an der Basiselektrode des Transistors 53 von niedrig nach hoch, um dort einen Strom einzuspeisen, wodurch der Transistor 53 einschaltet, während der Transistor 51 ausschaltet. Wenn der Transistor 5 3 so eingeschaltet wird, verringert sich die Impedanz zwischen seinen Kollektor- und Emitterelektroden wesentlich, damit eine Sperrvorspannung oder Betriebsspannung -V„ (weniger die Spannung V des Transistors 53) an die Basiselektrode des Transistors 13 gelegt wird, wobei das Ansteuerstromsignal geradezu zuvor von dort über das Ausschalten des Transistors 51 entfernt wurde. Die Sperrvorspannung an der Basiselektrode des Transistors 13 führt dazu, dass dieser Transistor sehr ranch aus soha.L tot, wie dies oben erläutert wurde.

In bestimmten Anwendungen kann es wünschenswert sein, den Pegel des an der Basiselektrode des Transistors 53 liegenden Stromes zu modulieren, um den Pegel der Impedanz zwischen dessen Kollektor- und Emitterelektroden zu steuern, damit wiederum die Steuerung des Pegels der Sperrvorspannung an der Basis des Transistors 13 beeinflusst wird. Die Grosse des in den Transistor 53 gespeisten Basisstroms nimmt mit abnehmender Grosse des Laststroms zu, um die dem Transistor 13 zugeordneten Ausschaltverluste möglichst klein zu machon. Innerhalb eines Bereiches kann die Ausschaltzeit für einen Transistor auf diese Weise

möglichst klein gemacht werden. Jedoch hängt mit einer relativ hohen Grosse des Laststromes, der sich dem RBSOA-Nennwert des Transistors nähert, der Optimalwert der Sperrvorspannung -V„ von der Schaltfrequenz und der Grosse des Laststromes ab. Es ist darauf hinzuweisen, dass sogar in einer solchen Betriebsart die RBSOA-Grenze überschritten werden kann, indem der Pegel der Sperrvorspannung verringert wird, dh., indem diese Spannung weniger negativ gemacht wird, sofern die Schaltfrequenz nicht zu hoch ist.

Um eine Optimierung des Pegels der Sperrvorspannung -V zu liefern, ist das Ι_,-überwachungs glied 4 9 vorgesehen, damit die Grosse des Kollektorstromes erfasst und ein diese Grosse anzeigendes Signal I_ an das Steuerglied 43 gelegt wird. Innerhalb eines Bereiches kann das Steuerglied 4 3 so ausgelegt werden, dass die Grosse des Basisstromes ■in den Transistor 53 umgekehrt proportional zur Grosse des Kollektorstromes I- eingestellt wird, so dass der Pegel der Sperrvorspannung am Transistor 13 mit abnehmender Grosse des Kollektorstromes I (gleichwertig zum Laststrom) zunimmt oder umgekehrt.

Als eine Alternative zum Modulieren der Grosse des am Transistor 53 liegenden Basistromes für eine Optimierung des Pegels der dem Transistor 13 zugeführten Sperrvorspannung kann das Steuerglied ausgelegt werden, um abhängig von der Grosse des Stromes I eine programmierbare Spannungsquelle zu steuern, die eine Spannung -V₂ abgibt. Eine programmierbare Spannungsquelle ist in Fig. 4 nicht dargestellt.

Das Steuerglied 43 kann durch eine Kombination einer Digital- und einer Analog-Logik aufgebaut werden. Alternativ kann das Steuerglied 43 einen programmierten Mikroprozessor aufweisen, um eine Majorität von dessen Funktionen zu liefern.

Die Erfindung ermöglicht also ein rasches Ausschalten eines Transistors aus normalen Betriebszuständen mittels einer Sperrvorspannung zwischen dessen Basis- und Emitterelektroden. Wenn zusätzlich ein Fehlerzustand auftritt, der einen überlastzustand verursacht, welcher den Transistor ausserhalb der Sättigung zu leiten treibt, wird eine Stromstrecke geringer Impedanz zwischen den Basis- und Emitterelektroden des Transistors geschaffen, so dass dieser aus dem überlastzustand sicher ausschaltet. Gegebenenfalls kann nach einigen/us die Sperrvorspannung erneut durch Programmieren des Steuergliedes angelegt werden, so dass anschliessend der Transistor 55 ausschaltet und der Transistor 53 einschaltet, während der Transistor 51 ausgeschaltet gehalten wird. Durch die Erfindung ist es möglieh, dass ein Transistor aus seinen höchsten Nennwerten für Spannung und Strom, wie diese in seinem FBSOA-Bereich angegeben sind, über das Anlegen der geringen Imnedanz zwischen seinen Basis- und Emitterelektroden ausgeschaltet werden kann, wobei jedoch eine Ausschaltzeit relativ .länger als die Ausschaltzeit ist, die beim Sperrvorspannungsaus schalten aus einem normalen Leitungszustand erhalten wird.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Ausschalten eines Schalttransistors, der in einer Schutzschaltung vorgesehen ist und eine Kollektorelektrode, eine Emitterelektrode und eine Basiselektrode aufweist, von denen die Basiselektrode ein Ansteuerstromsignal zum Einschalten des Transistors empfängt aus einem Leitungszustand eines Fehlerstromes einer im wesentlichen höheren Grosse als derjenigen der maximalen Grosse des Stromes, die durch die Sperrvorspannungs-Sicherheits-Betriebsbereich-Angabe für diesen Transistor bestimmt ist,
gekennzeichnet durch 15

Ca) Erfassen der Spannung zwischen der Kollektorelektrode (5) und der Emitterelektrode (1) des Transistors (13,15), wenn dieser eingeschaltet ist,
2o

(b) Entfernen des Ansteuerstromes zur Basiselektrode

(3), während im wesentlichen gleichzeitig eine Stromleitungsstrecke einer relativ geringen Impedanz zwischen der Basiselektrode (3) und der Emitterelektrode (1) verbunden wird, wann immer der Pegel der erfassten Spannung gleich ist einem einen Fehlerzustand anzeigenden vorbestimmten Pegel oder diesen überschreitet, um das Ausschalten des Transistors einzuleiten, und

(c) Entfernen des Ansteuerstromes zur Basiselektrode (3), während im wesentlichen gleichzeitig ein vorbestimmter Pegel einer Sperrvorspannung an die ■**

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bestimmten Pegel oder gleich mit oder über dem vorbestimmten Pegel liegt, um ein Fehlersignal mit einem "niedrigen" bzw. "hohen" Pegel zu erzeugen, wobei der hohe Pegel des Fehlersignals den Transistor (13,15) anzeigt, der einen Strom während eines Fehlerzustandes leitet, und eine Steuereinrichtung (43) mit einer Einscha^einrichtung (49), die anfänglich auf einen hohen Pegel eines Eingangssignals anspricht, um das Ansteuerstromsignal an die Basiselektrode (3) zu legen, damit der Schalttransistor (13,15) einschaltet, und die danach auf das gleichzeitige Auftreten eines niederen Pegels des Fehlersignals mit einem hohen Pegel des Eingangssignals anspricht, um die Einspeisung des Ansteuerstromsignals in die Basiselektrode (3) aufrecht zu erhalten, mit einer ersten Ausschalteinrichtung (55), die auf einen hohen Pegel des Fehlersignals anspricht, um das Ansteuerstromsignal von der Basiselektrode (3) zu entfernen, während im wesentlichen gleichzeitig eine Stromleitungsstrecke einer relativ geringen Impedanz zwischen der Basiselektrode (3) und der Emitterelektrode (1) aufgebaut wird, damit der Transistor (13,15) ausschaltet, wodurch der Transistor (13,15) aus einem Leitungszustand eines Fehlerstromes einer im wesentlichen höheren Grosse als derjenigen der maximalen Grosse des Stromes ausschaltbar ist, der durch die Sperrvorspannungs-Sicherheits-Betriebsbereich-Angaben für diesen Transistor (13,15) bestimmt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (43) eine zweite Ausschalteinrichtung (51,53) aufweist, die auf den Pegel des Eingangssignales anspricht, das sich von einem hohen auf einen niederen Pegel zu den Zeiten ändert, in denen der Pegel des Fehlersignals niedrig ist, um das Ansteuer-35

«Φ ν «ι· * fa * * ν «·

-2-

Basiselektrode (3) gelegt wird, um selektiv den Transistor (13,15) aus einem normalen Leitungszustand auszuschalten, der dadurch angezeigt ist, dass die erfasste Spannung unter dem vorbestimmten Pegel liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt (b) der vorbestimmte Pegel der erfassten Spannung auf einen Pegel innerhalb einer vorbestimmten Differenz der Sättigungsspannung des Transistors (13,15) eingestellt wird, um zu erfassen, wenn die Leitung des Transistors (13,15) aus einem gesättigten in einen ungesättigten Leitungszustand übergeht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt (c) der Pegel der Sperrvorspannung mit abnehmender Grosse des Kollektorstromes in einem Bereich von Grossen des Kollektorstromes erhöht wird, um die Ausschaltzeit für diesen Transistor (13,15) möglichst klein zu machen, wodurch die Schaltverluste möglichst klein werden.

4. Schutzvorrichtung für einen Schalttransistor

mit einer Kollektorelektrode, einer Emitterelektrode und einer Basiselektrode zum Empfangen einer Betriebsspannung, mit einer Verbindung zu einer Last bzw. zum Empfangen eines Ansteuerstromsignals zum Einschalten des Transistors ,

gekennzeichnet durch eine Fühlereinrichtung (47), die auf den Pegel der Spannung zwischen der Kollektorelektrode (5) und der Enitterelektrode (1) anspricht, welche entweder unter einem vor-

signal von der Basiselektrode (3) zu entfernen, während im wesentlichen gleichzeitig hiermit ein vorbestimmter Pegel einer Sperrvorspännung angelegt ist, damit rasch der Transistor (13,15) aus einem normalen Zustand durch Leitung ausschaltet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ausschalteinrichtung (51 ,53) eine Sperrvorspannungs-Steuereinrichtung aufweist, die auf die Grosse des durch die Kollektor-Emitter-Stromstrecke des Schalttransistors (13,15) fliessenden Stromes anspricht, um innerhalb eines Bereiches den Pegel der Sperrvorspannung mit. abnehmender Grosse dieses Stromes zu steigern, damit die Ausschaltzeit dieses Transistors (13,15) möglichst klein wird, wodurch die Schaltverluste möglichst klein werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ausschalteinrichtung (55) eine erste Halbleitereinrichtung mit einer Hauptstromstrecke zwischen der Basiselektrode (3) und der Emitterelektrode (1) und einer Steuerelektrode zum Empfangen eines ersten Ausschaltsignals aufweist, die auf das erste Ausschaltsignal anspricht, um im wesentlichen die relative Impedanz von deren Hauptstromstrecke zu verringern, damit die Stromleitungsstrecke der relativ niedrigen Impedanz aufgebaut wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ausschalteinrichtung (51 ,53) weiterhin eine zweite Halbleiterschalteinrichtung mit einer Hauptstromstrecke zwischen der Basiselektrode (3) und

einer SperrvorSpannungsquelle (39,41) und mit einer Steuerelektrode zum Empfangen eines zweiten Ausschaltsignals aufweist, wobei die zweite Halbleiterschalteinrichtung (51 ,53) auf das zweite Ausschaltsignal anspricht, um im wesentlichen die relative Impedanz von deren HauptStromstrecke zu verringern, damit die Sperrvorspannung an die Basiselektrode (3) des Schalttransistors (13,15) gelegt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschalteinrichtung eine dritte Halbleiterschalteinrichtung mit einer Hauptstromstrecke zwischen einer Betriebsspannungsquelle und der Basiselektrode (3) und mit einer Steuerelektrode aufweist, die auf ein Einschaltsignal anspricht, um im wesentlichen die Impedanz von deren Hauptstromstrecke zu verringern, wodurch ein Strom von der Betriebsspannungsquelle zur Basiselektrode (3) speisbar ist, wobei dieser Strom das Ansteuerstromsignal darstellt, das den Schalttransistor (13,15) einschalten lässt.

1o, Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4 3) eine Logikeinrichtung aufweist, die anspricht auf

(1) den Pegel des Eingangssignals, das sich von niedrig nach hoch ändert, um das Einschaltsignal zu erzeugen, und anschliessend auf das Einschalten des Schalttransistors (13,15) mit

(2) gleichzeitigem Auftreten der hohen Pegel des Fehlersignals und des Eingangssignals, um das erste Ausschal tsignal zu erzeugen, oder

(3) gleichzeitiges Auftreten des Pegels des niedrigwerdenden EingangssignaIs mit dem niedrigen Fehlersignal, um das zweite Ausschaltsignal zu erzeugen.

11. Vorrichtung nach Anspruch ίο, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrvorspannungs-Steuereinrichtung aufweist:

die zweite Halbleiterschalteinrichtung (51,53), die ein Transistor ist,

eine Einrichtung (4 9) zum Erfassen der Grosse des durch die Kollektor-Emitter-Stromstrecke des Schalttransistors (13,15) fliessenden Stromes, um ein Laststromgrossensignal zu liefern, und

die Logikeinrichtung (43) einschliesslich einer weiteren Einrichtung, die auf das Laststromgrössensignal anspricht, um den Pegel des zweiten Ausschaltsignals direkt proportional hiermit zu ändern, wodurch der Pegel der Impedanz der Hauptstromstrecke der zweiten Halbleiterschalterrichtung (51 ,53) in einer Weise änderbar ist, die den Pegel der an der Basiselektrode (3) liegenden Sperrvorspannung steuert.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Logikeinrichtung (43) einen Mikroprozessor aufweist, der programmiert ist, um dessen ungezählte Funktionen durchzuführen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, gekennzeichnet durch eine Diode (31 ,33) parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors (13,15).