DE3246963A1

DE3246963A1 - Einrichtung zur verringerung der verlustleistungsbeanspruchung elektronischer schalter

Info

Publication number: DE3246963A1
Application number: DE19823246963
Authority: DE
Inventors: Karl Ludwig Dipl.-Ing. 6905 Schriesheim Eiffert
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1982-12-18
Filing date: 1982-12-18
Publication date: 1984-06-20

Description

Einrichtung zur Verringerung der Verustleistungs-
beanspruchung elektronischer Schalter Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verringerung der Verlustleistungsbeanspruchung elektronischer Schalter, enthaltend wenigstens einen ansteuerbaren Schalttransistor.
Eine solche Einrichtung ist aus der DE-OS 31 13 655 bekannt.
Dort ist zur Begrenzung der thermischen Belastung eines Schalters, insbesondere während den Umschaltphasen, ein Überspannungsbegrenzungskondensator vorgesehen. Diesem wird die Einschaltenergie zugeführt, die dann wieder über eine Umschwingdrossel als Zwischenspeicher und mittels Di-oden an das speisende Gleichspannungssystem zurückgeführt wird.
Hierzu ist - wie ersichtlich - ein großer Bauelementeaufwand erforderlich.
Sind kurze Schaltzyklen gefordert, so müssen diese Transistoren zum schnellen Abschalten mit negativer Basisspannung angesteuert werden. Während den Schaltpausen fließt jedoch durch diese negative Ansteuerung ein nicht unerheblicher Strom über einen in dem integrierten Baustein vorgesehenen Basis-Emitter-Widerstand, der den Schalttransistor unnötigerweise aufheizt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einem elektrischen Schalter unter Berücksichtigung kurzer Schaltzyklen diese Verlustleistung mit einfachen Mitteln herabzusetzen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schalttransistor in bekannter Weise einen integrierten Basis-Emitter-Widerstand aufweist und eine komplementäre Treiberschaltung dem Schalttransistor ein Ansteuersignal zuführt, wobei bei Ansteuerung des Schalttransistors der P-Kanal der Treiberschaltung und bei Nichtansteuerung der N-Kanal der Treiberschaltung niederohmig ist und ein Detektor vorgesehen ist, der bei längerem Ausbleiben von Ansteuersi gnal en den im N-Kanal fliessenden Rückstrom verringert.
Bekanntlich reicht zu einem schnellen Abschalten eines Transistors das alleinige Unterbrechen des Ansteuerstromes nicht aus. Es ist erforderlich, die Basis des Transistors "auszuräumen", d.h., der Basis einen negativen Ansteuerstrom bzw. Rückstrom zuzuführen. Dies geschieht durch Ansteuern des N-Kanals der Treiberschaltung, deren Versorgungsspannung bezogen auf das Null-Potential positive und negative Werte aufweist.
Der Rückstrom wird in einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch verringert, daß der N-Kanal nach dem Abschalten des Transist-ors gesperrt wird. Alternativ hierzu ist auch eine Verringerung des Rückstroms dadurch zu erreichen, daß die negative Betriebsspannung verringert, d.h. dem Null-Potenti al angenähert wird.
Zur Steuerng des P und N-Kanals ist weiterbildungsgemäß eine llberwachungsschal tung vorgesehen, die entsprechend den Steuersi gnal en den P-Kanal während der An steuerp hase oder den N-Kanal zum Abschalten ansteuert.
Der Detektor ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung derart aufgebaut, daß eine Ansteuerphase sensiert wird und nach Beendigung der Ansteuerphase eine Ab schaltzeit, in welcher der N-Kanal angesteuert ist, mittels eines Monoflops oder eines Zählers gestartet wird. Nach deren Beendigung erzeugt der Detektor ein Signal zur Verringerung des Rückstroms bzw. unterbricht diesen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die Figur zeigt im Blockschaltbild eine Ansteuerschaltung für einen Hochleistungstransistor.
Diese Ansteuerschaltung besteht aus einem Versorgungsteil 1, welches dem Schaltungsaufbau eine positive und eine negative Versorgungsspannung + Ub, - Ub liefert.
Einer Schutz- bzw. I)berwachungsschaltung 2 wird ein Steuersignal A, welches beispielsweise in Digital form einen Einschalt- bzw. Ausschaltbefehl darstellt, zugeführt. Bei einem Einschaltbefehl wird über die Leitung 3 der P-Kanal 4 der Treiberschaltung 5 angesteuert und damit ein positiver Basisstrom + IB dem Eingang des in integrierter Form aufgebauten Hochleistungstransistors 6 zugeführt. Der Hochleistungstransistor besteht aus zwei Transistoren i, 8 in Darlingtonschaltung mit einer Freilaufdiode9und zwei Basis-Emitter-Widerstände 10, 11.
Der Hochleistungstransistor 6 schaltet einen Strom JSX der beispielsweise einer hier nicht dargestellten Motorspule zugeführt wird. Bei einem Ausschaltbefehl, erzeugt durch das Steuersignal A, steuert die ilberwachungsschaltung 2 über die Signalleitung 12 den N-Kanal der Treiberschaltung an. Diese erzeugt einen Basisstrom ig, der eine kurze Abschaltzeit gewährleistet. Bleibt der Hochleistungstransistor über längere Zeit abgeschaltet - wie dies z.B. bei Anwendung in einer motorisch angetriebenen Positioniereinrichtung möglich ist - so fließt über die Basis-Emitter-Widerstände aufgrund des negativen Ausgangspotentials des W-Kanal 5 ein Rückstrom von dem Massepunkt 14 zur Treiberschaltung.
Der Rückstrom führt zu einer nicht unerheblichen Erwärmung des Hochleistungstransistors 6, dessen Belastungsgrenze insbesondere bei erhöhter Umgebungstemperatur sehr schnell erreicht ist.
Zur Vermeidung dieser Erwärmung bzw. zur Verringerung der Verlustleistung dient der Detektor 15. Diesem wird über Leitung 3 das Schaltsignal der Schutz- bzw. i3berwachungsschaltung 2 zugeführt und ein Ab schal tsignal erzeugt, welches über die Leitung 17 den N-Kanal beeinflußt. Bei Anliegen eines Schaltsignals über Leitung 3 wird der Detektor, welcher beispielsweise ein nachtriggerbares Monoflop beinhaltet, kontinuierlich getriggert, so daß kein Abschaltsignal erzeugt wird. Bei Ausbleiben des Schaltsignals bleibt das Monoflop in der Haltestellung bis zum Ablauf der Haltezeit und erzeugt dann beim Kippen in die Ruhestellung ein Abschaitsignal, welches über Leitung 17 den N-Kanal unterbricht und damit dessen Ausgang hochohmig steuert. Der Rückstrom -iB wird damit unterbrochen. Der Detektor kann natürlich auch als Zähler oder als Verzögerungsglied aufgebaut sein; dies ändert jedoch nichts an dem Prinzip der Abschaltung.
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Claims

Patentansprüche Einrichtung zur Verringerung der Verlustlei stungsbeanspruchung elektronischer Schalter, enthaltend wenigstens einen ansteuerbaren Schalttransistor, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalttransistor (6) in bekannter Weise einen integrierten Basis-Emitter-Widerstand (10) aufweist und eine komplementäre Treiberschaltung (5) dem Schalttransistor (6) ein Ansteuersignal zuführt, wobei bei Ansteuerung des Schalttransistors der P-Kanal (4) der Treiberschaltung und bei Nichtansteuerung der N-Kanal (13) der Treiberschaltung niederohmig ist und ein Detektor vorgesehen ist, der bei längerem Ausbleiben von Ansteuersignalen den im FI-Kanal fließenden Rückstrom verringert.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung des Rückstroms durch Steuerung des N-Kanals in einen hochohmigen Zustand erfolgt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung des Rückstroms durch Absenkung der negativen Betriebsspannung erfolgt.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schutz- und tlberwachungsschaltung vorgesehen ist, die aufgrund von Steuersignalen den P- und N-Kanal der Treiberstufe einzeln ansteuert.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch qekennz-eichnet, daß dem Detektor das Steuersignal für den P-Kanal der Treiberstufe zugeführt wird, wobei dieser in der Art eines nachtriggerbaren Monoflops nach Ausbleiben von Ansteuersignalen und nach Ablauf einer bestimmten Zeit ein Steuersignal dem N-Kanal zuführt.