DE3131429C2 - Transistor power circuit - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Transistor-Leistungsschaltung mit einer Regelungsschaltung zur Begrenzung des Maximalwertes des Kollektorstroms des Transistors bzw. der Transistoren entsprechend einem vorgegebenen Bezugswert. Erfindungsgemäß sind Schaltungsmittel (4), um jeweils während der Einschaltphase den Bezugswert (Ub) derart zu verändern, daß der vorgegebene Maximalwert (Ic(max)) des Kollektorstroms in Anpassung an den erlaubten Arbeitsbereich (SOAR-Diagramm) des Transistors (Transistoren 10 und 11) von einem kleineren ersten Wert (I1) auf einen dem maximalen Kollektordauerstrom angenäherten zweiten Wert (I2) an wächst.The invention relates to a transistor power circuit with a control circuit for limiting the maximum value of the collector current of the transistor or the transistors according to a predetermined reference value. According to the invention, circuit means (4) are used to change the reference value (Ub) during the switch-on phase in such a way that the specified maximum value (Ic (max)) of the collector current is adapted to the permitted working range (SOAR diagram) of the transistor (transistors 10 and 11) grows from a smaller first value (I1) to a second value (I2) which approximates the maximum continuous collector current.
Description
2020th
Die Erfindung bezieht sich auf eine Transistor-Leistungsschaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Eine solche Leistungsschaltung ist bekannt aus DE-OS 30 22 267.The invention relates to a transistor power circuit according to the preamble of the patent claim. Such a power circuit is known from DE-OS 30 22 267.
Transistor-Leistungsschaltungen werden beispielsweise in Stromversorgungs-Einrichtungen für Wanderfeldröhren verwendet, und zwar als Spannungswandler zur Erzeugung der für die einzelnen Elektroden erforderlichen Hochspannungen. Wenn hierbei die Elektroden dauernd mit den entsprechenden Ausgängen des Hochspannungshiilers verbunden sind, müssen diese Spannungen, um Defokussierungsprobleme zu vermeiden, nach dem primärseitigen Einschalten des Spannungswandlers relativ schnell durch den kritischen Spannungsbereich der Röhre laufen. Bezogen auf den Nennwert Ua der Anodenspannung soll innerhalb des Bereichs von (0,4 ... 1) · Ua die Spannung beispielsweise entsprechend der Beziehung JU/Jt — 02-Ua/ms ansteigen.Transistor power circuits are used, for example, in power supply devices for traveling wave tubes, specifically as voltage converters for generating the high voltages required for the individual electrodes. If the electrodes are permanently connected to the corresponding outputs of the high-voltage heater, these voltages must run relatively quickly through the critical voltage range of the tube after the voltage converter has been switched on on the primary side in order to avoid defocusing problems. In relation to the nominal value Ua of the anode voltage, the voltage should rise within the range of (0.4 ... 1) · Ua, for example in accordance with the relationship JU / Jt - 02-Ua / ms .
Im Hinblick auf die erforderliche Kapazität der Ladekondensatoren im Hochspannungsteil läßt sich diese Forderung nur durch einen entsprechend niedrigen Innenwiderstand des Hochspannungswandlers erfüllen, was aber in der Praxis eine aufwendige Überdimensionierung der verwendeten Transistoren bedeuten würde. Hieran ändert sich auch nichts.wenn der während der Einschaltphase wirksame Innenwiderstand in an sich bekannter Weise durch eine Regelschaltung bestimmt wird, die den Kollektorstrom des Transistors bzw. der Transistoren auf einen konstant vorgegebenen Maximalwert begrenzt.With regard to the required capacity of the charging capacitors In the high-voltage part, this requirement can only be met by a correspondingly low internal resistance of the high-voltage converter, but in practice this is an expensive oversizing of the transistors used would mean. Nothing changes here, if the during the Switch-on phase effective internal resistance determined in a manner known per se by a control circuit is that the collector current of the transistor or the transistors to a constant predetermined maximum value limited.
Um die erwähnte Überdimensionierung zu vermeiden, muß man bisher entweder mittels eines Hochspannungsrelais die Anodenspannung verzögert zuschalten oder einen besonderen, verzögert einzuschaltenden Anodenspannungswandler vorsehen.In order to avoid the above-mentioned overdimensioning, it has so far either been necessary to use a high-voltage relay switch on the anode voltage with a delay or a special anode voltage converter that has to be switched on with a delay provide.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs eine Transistor-Leistungsschaltung anzugeben, die beim Betrieb mit kapazitiven Lasten zum schnellen Laden derselben führt, ohne daß der Transistor bzw. die Transistoren hinsichtlich ihrer SOAR-Grenzen (Safe Operating Area) überdimensioniert sein müssen. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs es gelöst.The invention is based on the object, based on the preamble of the patent claim, a transistor power circuit specify which, when operated with capacitive loads, leads to the rapid charging of the same, without the transistor or the transistors being overdimensioned with regard to their SOAR limits (Safe Operating Area) must be. This object is achieved by the characterizing features of claim solved.
Aus der DE-OS 22 61 139 ist es prinzipiell bekannt, bei einer Leistungsschaltung ein Zeitglied durch dieFrom DE-OS 22 61 139 it is known in principle to use a timer in a power circuit
Versorgungsspannung einzuschalten.Switch on the supply voltage.
Bezogen auf den genannten Anwendungsfall gestattet es die Erfindung, einen Transistor-Spannungswandler zu schaffen, dessen Ausgangsspannung bei gegebener Dimensionierung wesentlich steiler ansteigt als bei den bekannten Spannungswandlern.In relation to the application mentioned, the invention allows a transistor voltage converter to create, the output voltage of which rises significantly more steeply than with the given dimensioning the well-known voltage converters.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert In dieser zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to the drawing
F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spannungswandlers;F i g. 1 shows an embodiment of a voltage converter according to the invention;
F i g. 2 den zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung eines bekannten Spannungswandlers und des Spannungswandlers der F i g. 1;F i g. 2 shows the output voltage as a function of time a known voltage converter and the voltage converter of FIG. 1;
F i g. 3 in Zuordnung zu F i g. 2 den zeitlichen Verlauf einiger beim Ausführungsbeispiel auftretender elektrischer Größen undF i g. 3 in association with FIG. 2 shows the course over time of some electrical components that occur in the exemplary embodiment Sizes and
F i g. 4 die Wanderung des Arbeitspunktes innerhalb des erlaubten Arbeitsbereiches der Transistoren bei der bekannten und der erfindungsgemäßen Leistungsschaltung während der Einschaltphase.F i g. 4 the migration of the operating point within the permitted operating range of the transistors in the known and the power circuit according to the invention during the switch-on phase.
Der in F i g. 1 dargestellte Spannungswandler umfaßt eine die Transistoren 10 und 11 enthaltende Leistungsstufe 1, eine die Transistoren 20 und 21 enthaltende Treiberstufe 2, eine Regelungsschaltung 3 und einen Bezugswertgeber 4.The in F i g. 1 comprises a power stage 1 containing the transistors 10 and 11 and a power stage 1 containing the transistors 20 and 21 Driver stage 2, a control circuit 3 and a reference value transmitter 4th
Die Transistoren m und 11 sind in Gegentaktschaltung mit der Primärwicklung 12a eines TransformatorsThe transistors m and 11 are in push-pull connection with the primary winding 12a of a transformer
12 verbunden, deren Mittelabgriff durch einen Schalter12 connected, the center tap through a switch
13 mit der Batteriespannung Uo verbindbar ist Auf der Hochspannungsseite ist eine Anzahl von Sekundärwicklungen 126 über je einen Kondensator 14 mit zwei Gleichrichtern 15 und 16 und einem Ladekondensator 17 verbunden, die jeweils eine einstufige Kaskade bilden. Alle Ladekondensatoren 17 sind zur Herstellung der gewünschten Ausgangsspannung in Reihe geschaltet Die Emitter der Transistoren 10 und 11 sind über den Eingang 30 der Regelungsschaltung 3 mit Masse, ihre Basen über je ein ÄC-Glied 18 jsw. 19 mit dem Gegentaktausgang der Treiberstufe 2 verbunden.13 can be connected to the battery voltage Uo . On the high-voltage side, a number of secondary windings 126 are each connected via a capacitor 14 to two rectifiers 15 and 16 and a charging capacitor 17, each of which forms a single-stage cascade. All of the charging capacitors 17 are connected in series to produce the desired output voltage. The emitters of the transistors 10 and 11 are connected to ground via the input 30 of the control circuit 3, and their bases are each connected to an AC element 18 jsw. 19 connected to the push-pull output of driver stage 2.
Die über Eingänge 22 und 23 fremdgesteuerten Transistoren 20 und 21 der Treiberstufe 2 arbeiten auf einen Gegentakttransformator 24, dessen Mittelabgriff nicht unmittelbar mit einer Stromquelle, sondern zwecks Begrenzung des abzugebenden Treiberstroms über eine Klemme 25 mit dem Ausgang der Regelungsschaltung 3 verbunden ist.The externally controlled transistors 20 and 21 of the driver stage 2 via inputs 22 and 23 operate on one Push-pull transformer 24, whose center tap is not directly connected to a power source, but for the purpose of limitation of the driver current to be output via a terminal 25 to the output of the control circuit 3 connected is.
Die Regelungsschaltung 3 enthält einen Meßwiderstand 31, der über den Eingang 30 vom Kollektorstrom Ic der Transistoren 10 und 11 durchflossen wird, einen Verstärker 32 und einen die Treiberstufe 2 speisenden Differenzverstärker 33. Dem oberen Eingang des Differenzverstärkers 33 wird über 32 eine dem genannten Kollektorstrom proportionale Spannung zugeführt, dem unteren Eingang über eine Klemme 34 eine Bezugsspannung Ub vorgegeben. Durch die über die Klemmen 30 und 25 verlaufende Regelschleife wird erreicht, daß der Kollektorstrom Ic der Transistoren 10 und 11 — und damit während der Einschaltphase auch der Ladestrom der Kondensatoren 17 — stets auf einem der Bezugsspannung Ub proportionalen Maximalwert Icfmax) begrenzt wird.The control circuit 3 contains a measuring resistor 31 through which the collector current Ic of the transistors 10 and 11 flows via the input 30, an amplifier 32 and a differential amplifier 33 feeding the driver stage 2 Voltage supplied to the lower input via a terminal 34 given a reference voltage Ub . The control loop running across terminals 30 and 25 ensures that collector current Ic of transistors 10 and 11 - and thus also the charging current of capacitors 17 during the switch-on phase - is always limited to a maximum value Icfmax proportional to reference voltage Ub .
Unter der Voraussetzung, daß die Bezugsspannung Ub konstant ist, würde somit nach dem Einschalten der Batteriespannung i/o (zum Zeitpunkt to) der Kollektorstrom der Transistoren 10 und 11 dem vorgegebenen Maximalwert von Ic(max) = /1 folgen und demgemäß die Spannung Ua am Ausgang des Spannungswandlers, also an den Ladekondensatoren 17, entsprechend derAssuming that the reference voltage Ub is constant, the collector current of the transistors 10 and 11 would follow the predetermined maximum value of Ic (max) = / 1 after switching on the battery voltage i / o (at time to) and accordingly the voltage Ua at the output of the voltage converter, so on the charging capacitors 17, according to the
gestrichelten Linie in Fig.2 ansteigen. Ebenso würde der Arbeitspunkt der Transistoren innerhalb des erlaubten Arbeitsbereiches, wie im /c/L/ce-Diagramm (SOAR-Diagramm) der Fi g. 4 dargestellt, sich entlang der dortigen gestrichelten Linie bewegen.increase in dashed line in Fig.2. Likewise would the operating point of the transistors within the permitted operating range, as in the / c / L / ce diagram (SOAR diagram) the Fi g. 4 shown along the there move dashed line.
Wie aus F i g. 2 zu ersehen, würde dann die Ausgangsspannung Ua den obenerwähnten, bezüglich der Speisung einer Wanderfeldröhre kritischen Bereich Ukr mit etwa 0,06- Ua/ms durchlaufen statt, wie erwünscht, mit etwa 0,02 · Ua/ms. ι οAs shown in FIG. 2, the output voltage Ua would then pass through the above-mentioned region Ukr, which is critical with regard to the supply of a traveling wave tube, with approximately 0.06 Ua / ms instead of, as desired, with approximately 0.02 · Ua / ms. ι ο
Erfindungsgemäß wird jedoch die Bezugsspannung Ub während der Einschaltphase nicht konstant gehalten, sondern durch den Bezugswertgeber 4 so verändert, daß der vorgegebene Maximalwert Ic(max) des Kollektorstroms Ic von einem ersten Wert /1 auf einen zweiten Wert /2 ansteigt Die Regelung kann beispielsweise so erfolgen, daß der Wert /2 in einem oder mehreren Sprüngen erreicht wird.According to the invention, however, the reference voltage Ub is not kept constant during the switch-on phase, but is changed by the reference value transmitter 4 so that the predetermined maximum value Ic (max) of the collector current Ic rises from a first value / 1 to a second value / 2 take place so that the value / 2 is reached in one or more jumps.
Der Bezugswertgeber 4 des Ausführungsbeispiels enthält hierzu einen Komparator 40 und eine monostabile Kippstufe 41. Der obere Eingang des KomDarators ist mit dem Abgriff eines Spannungsteilers 4i/43 verbunden, der über eine Klemme 44 an eine konstante Spannung Uref angeschlossen ist, der untere Eingang mit dem Abgriff eines an den Mittelabgriff des Transformators 12 angeschlossenen Spannungsteilers 45/46. Zur Erzeugung der Bezugsspannung Ub dient ein an die Klemme 44 angeschlossener, aus Widerständen 47, 48 und 49 bestehender Spannungsteiler, dessen Abgriffe gemäß F i g. 1 mit der Klemme 34 bzw. dem (J-Ausgang der Kippstufe 41 verbunden sind. Aus diesem Aufbau ergibt sich unter Bezugnahme auf die F i g. 2 und 3 folgende Wirkungsweise:The reference value transmitter 4 of the exemplary embodiment contains a comparator 40 and a monostable multivibrator 41. The upper input of the KomDarator is connected to the tap of a voltage divider 4i / 43, which is connected to a constant voltage Uref via a terminal 44, the lower input to the Tapping of a voltage divider 45/46 connected to the center tap of the transformer 12. A voltage divider, which is connected to terminal 44 and consists of resistors 47, 48 and 49, is used to generate the reference voltage Ub , the taps of which are shown in FIG. 1 are connected to the terminal 34 or the (J output of the multivibrator 41. The following mode of operation results from this structure with reference to FIGS. 2 and 3:
Bei Betätigung des Schalters 13 zum Zeitpunkt to liegt am Mittelabgriff des Transformators 12 die Balteriespannung Uo und — infolge entsprechender Bemessung der Spannungsteiler 42/43 und 45/46 — am unteren Eingang des Komparator 40 eine Spannung, die größer ist als jene am oberen Eingang. Am Ausgang des Komparators erscheint deshalb eine logische 1, worauf der (^»-Ausgang der Kippstufe 41 während eines Intervalls 7*1 = ti —to den Wert 0 annimmt Dit- Bezugsspannung Ub an der Klemme 34 wird somit allein durch die Widerstände 47 und 48 des Spannungsteilers 47/48/49 bestimmt und nimmt deshalb anstelle des Wertes Ub= Ub2 den niedrigeren Wert Ub=UbX an. Dementsprechend wird der Kollektorstrom /cder Transistoren 10 und 11 durch die Regelungsschaltung 3 auf einen konstanten Wert von Ic(max)=I\ begrenzt, so daß die Ausgangsspannung Ua gemäß der in F i g. 2 voll ausgezogenen Linie ansteigtWhen the switch 13 is actuated at time to , the Balterie voltage Uo is at the center tap of the transformer 12 and - as a result of the appropriate dimensioning of the voltage dividers 42/43 and 45/46 - a voltage at the lower input of the comparator 40 is greater than that at the upper input. At the output of the comparator therefore a logical one, and then the (^ "appears - the output of flip-flop 41 during an interval 7 * 1 = ti -to assumes the value 0 DIT reference voltage Ub at terminal 34 thus solely by the resistors 47 and 48 of the voltage divider 47/48/49 and therefore assumes the lower value Ub = UbX instead of the value Ub = Ub 2. Accordingly, the collector current / c of the transistors 10 and 11 is set to a constant value of Ic (max) by the control circuit 3 = I \ limited so that the output voltage Ua increases according to the solid line in FIG
Nach Ablauf des Intervalls 7*1 zum Zeitpunkt fl springt das Signal des Ausgangs ~Q der Kippstufe 41 auf den Wert 1, so daß der an der Klemme 34 auftretende Wert der Bezugsspannung auf Ub= Ub 2 und der vorgegebene Maximalwert des Kollektorstroms auf Ic(max)=I2 springt Der Kollektorstrom Ic folgt diesem Wert bis zur Aufladung der Kondensatoren 17 während des Intervalls T2 und geht dann auf den während des Betriebes auftretenden Wert zurück. Wie aus F i g. 2 zu ersehen ist, durchläuft nunmehr die Ausgangsspannung Ua den kritischen Bereich Ukr mit einer Steilheit von etwa 0,22 · Ua/ms. After the interval 7 * 1 has elapsed at time fl, the signal of the output ~ Q of the flip-flop 41 jumps to the value 1, so that the value of the reference voltage occurring at terminal 34 is set to Ub = Ub 2 and the specified maximum value of the collector current is set to Ic ( max) = I2 jumps The collector current Ic follows this value until the charging of the capacitors 17 during the interval T2 and then goes back to the value occurring during operation. As shown in FIG. 2, the output voltage Ua now passes through the critical range Ukr with a slope of about 0.22 · Ua / ms.
Die Werte /1, /2 und Tl werden so gewählt, daß der in dem Ic/Uce-Diagramm der Fig.4 dargestellte er- 6ü laubte Arbeitsbereich der Transistoren 10 und 11 nicht überschritten, jedoch bestmöglich ausgenutzt wird. Der ArbeitSDunkt durchläuft beisDielsweise die dort voll ausgezogene Linie.The values / 1, / 2 and Tl are selected so that the permitted working range of the transistors 10 and 11 shown in the Ic / Uce diagram in FIG. 4 is not exceeded, but is used to the best possible extent. The ArbeitSDunkt runs through the full line there.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung könnte die Regelung des Kollektorstroms Ic der Transistoren 10 und 11 — unter entsprechender Modifizierung des Bezugswertgebers — auch derart erfolgen, daß er nicht sprungweise, sondern stetig von dem ersten Wert /1 auf den zweiten Wert /2 ansteigt Dieser Fall ist in den Fig.2, 3 und 4 durch eine strichpunktierte Linie veranschaulichtIn a further embodiment of the invention, the control of the collector current Ic of the transistors 10 and 11 - with appropriate modification of the reference value transmitter - could also take place in such a way that it does not rise suddenly but steadily from the first value / 1 to the second value / 2 is illustrated in Figures 2, 3 and 4 by a dot-dash line
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (1)
Priority Applications (1)
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| DE19813131429 DE3131429C2 (en) | 1981-08-07 | 1981-08-07 | Transistor power circuit |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE19813131429 DE3131429C2 (en) | 1981-08-07 | 1981-08-07 | Transistor power circuit |
Publications (2)
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| DE3131429A1 DE3131429A1 (en) | 1983-05-11 |
| DE3131429C2 true DE3131429C2 (en) | 1986-03-20 |
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ID=6138893
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19813131429 Expired DE3131429C2 (en) | 1981-08-07 | 1981-08-07 | Transistor power circuit |
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