DE3334833A1 - Ansteuerschaltung fuer einen leistungstransistor - Google Patents

Ansteuerschaltung fuer einen leistungstransistor

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Description

TELEFUNKEN electronic GmbH Theresienstr. 2, 7100 Heilbronn
Heilbronn, den 09.09.83 PTL-HN-Ma-ad - HN 83/32
Ansteuerschaltung für einen Leistungstransistor
Die Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung für einen Leistungstransistor zum Schalten einer induktiven Last im Kollektorzweig des Leistungstransistors, mit einer Begrenzungsschaltung für die Kollektorspannung des Leistungstransistors und Schaltungsmitteln zur Reduzierung der Speicherzeit des Transistors.
Leistungstransistoren werden beispielsweise in Leistungsendstufen bei elektronisch geregelten Zündsystemen verwendet. Dann befindet sich im Kollektorzweig des Leistungstransistors ,der vornehmlich ein Leistungsdarlingtontransistor ist, die Primärspule des Zündsystems. Mit dem Leistungstransistor wird der Primärstrom ein- und ausgeschaltet, wobei durch Abschalten des Leistungstransistors der Zündimpuls ausgelöst wird. Die beim Abschalten des Leistungstransistors entstehende Induktionsspannung am Kollektor dieses Transistors wird vorzugsweise mit Hilfe einer Klemmschaltung begrenzt. Diese Klemmschaltung hat den Zweck, den Leistungstransistor vor Zerstörung zu schützen und die Sekundärhochspannung zu begrenzen.
Bei bekannten Schaltungen wird die Kollektorspannung am Leistungstransistor beispielsweise unter Verwendung einer Zenerdiode abgefühlt. Beim Erreichen einer gewünschten Spannung am Kollektor des Leistungstransistors wird ein
333A833
Teil der Primärspulenenergie vom Kollektor auf die Basis des Leistungstransistors zurückgeführt, so daß dieser leitend wird und ein weiterer Anstieg der Kollektorspannung vermieden wird. Diese sogenannten Klemmschaltungen weisen einen geringen Innenwiderstand auf.
Der Ansteuerstrom für den Leistungstransistor richtet sich nach dem Stromverstärkungsfaktor B des Endtransistors und der Temperatur. Wenn B z. B. bei tiefen Temperaturen den Wert 75 hat und ein Primärspitzenstrom von 7,5 A zu erreichen sind, muß ein Ansteuerstrom von 100 mA zur Verfügung stehen.
Für einen hohen B-Wert bei hohen Temperaturen ist ein kleiner Ansteuerstrom von wenigen mA erforderlich.
Moderne Zündsysteme weisen einen Regelkreis zur Begrenzung des Primärspulenstroms auf. Mit dieser Stromregelung wird der Ansteuerstrom so geregelt, daß der gewünsehte Maximalwert für den Primärstrom nicht überschritten wird.
Bei hohen Motordrehzahlen ist die Zündfolge-Periodendauer klein gegenüber der Anstiegszeit des Primärspulenstromes, sodaß der Primärstrom nicht mehr sein erforderliches Maximum erreichen kann. Die Regelschaltung versucht dies mit Hilfe eines relativ hohen Basisstroms auszugleichen. Der Endstufentransistor wird damit übersättigt, so daß bei seinem Abschalten relativ lange Ausräumzeiten für die im Transistor gespeicherte Ladung erforderlich sind. Durch die daraus entstehenden Speicherzeiten wird der Zündvorgang verzögert, was sich leistungsmindernd auswirkt.
Demgegenüber bleibt bei niedrigen Drehzahlen und ausreichender Versorgungsspannung u„ der Basisansteuerstrom sehr klein, da für den Anstieg des Pritnärspulenstroms ausreichend Zeit zur Verfügung steht. In diesen Fällen treten nur sehr kleine Speicherzeiten beim Ab-ehalten des Endstufentransistors auf.
Kritisch ist somit bei Zündsystemen der Tall bei dem der Primärstrom nicht mehr seinen Soll-Maximalwert erreicht, z. B. bei hohen Drehzahlen, da es hierbei infolge der Speicherzeit des Leistungstransistors zu unerwünschten Zündzeitpunktverschiebungen kommt. Für eine Drehzahl von beispielsweise η = 6000 U/min, beim Vier-Zylindermotor, einer Speicherzeit von t = 50 usec. und einer Temperatur von 25 0C ergibt sich eine Zündzeitpunktsverschiebung in Grad Kurbelwelle ausgedrückt von ΔΖ = 1,8 0KW. Bei einer Temperatur von t = 125 0G steigt diese Zündzeitpunktverschiebung auf ΔΖ = 4,5 0KW an.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Ansteuerschaltung für einen Leistungstransistor anzugeben, bei dem die Speicherzeit auch bei starker Übersteuerung des Transistors extrem klein bleibt. Dabei soll zugleich sichergestellt werden, daß die Kollektorspannung des Endstufentransistors, der eine induktive Last aufweist, auf einen bestimmten Wert begrenzt bleibt.
Diese Aufgabe wird bei einer Ansteuerschaltung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Stromableitungsschaltung vorgesehen ist, die mit dem Abschaltsignal für den Leistungstransistor dessen Basiselektrode niederohmig mit einem die Stromableitung bedingenden Potential verbindet und daß Mittel vorgesehen sind, durch die die Stromableitungsschaltung beim Erreichen eines bestimmten Kollektorpotentials des Leistungstransistors für den Stromfluß gesperrt wird und damit die Spannungsbegrenzungsschaltung wirksam wird.
Diese Ansteuerschaltung hat den Vorteil, daß die niederohmige Stromableitungsschaltung gesperrt wird, bevor die Klemmschaltung am Kollektor des Leistungstransistor wirksam wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß der bei der Kollektorspannungsbegrenzung auftretende Strom durch die Zenerdiode in die Basis des Leistungstransistors fließen kann, und damit eine niederohmige Klemmschaltung entsteht,
Auch bei der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung enthält die Spannungsbegrenzungsschaltung vorzugsweise eine Zenerdiode zwischen dem Kollektor und der Basis des Leistungstransistors. Mit dieser Zenerdiode wird in Verbindung mit einer Spannungsteilerschaltung die Kollektorspannung am Leistungstransistor abgefragt. Die Zenerdiode ist derart an einen Abgriff des Spannungsteilers angeschlossen, daß beim Erreichen eines bestimmten Potentials am Kollektor des Leistungstransistors Strom durch die Zenerdiode in die Basiselektrode des Leistungstransistors fließt und diesen öffnet. Die Stromableitschaltung besteht aus einem Transistor, der an die Basis des Leistungstransistors angeschlossen ist und mit dem Abschaltsignal für den Leistungstransistor leitend geschaltet wird.
Die Erfindung und ihre vorteilhafte Ausgestaltung soll nachstehend noch anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
Die Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Schaltung.
Die Figur 2 zeigt die wesentlichen Strom- und Spannungsverlaufe.
-JS-
Die Ansteuerschaltung gemäß Figur 1 besteht aus dem Leistungs-Darlingtontransistor T. und T.' in dessen Kollektorzweig die Primärspule Ζς der Zündspule liegt. Die Kollektorelektrode des Transistors T, ist über den Spannungsteiler aus den Widerständen R,, Rr und Rg mit Bezugspotential verbunden. Die Verbindung zwischen den Widerständen R, und Rr wird über die Zenerdiode D- mit der Basiselektrode des Darlingtontransistors T, verbunden. An die Basiselektrode B des Transistors T. ist ferner der Transistor T^ der Stromableitschaltung angeschlossen, dessen Basiselektrode durch das Eingangssignal angesteuert wird. Dieses Eingangssignal Ujn gelangt über den Widerstand R.. und den Invertierungstransistor T, in invertierter Form zur Basiselektrode des Transistors T,, dessen Emitter mit der Basiselektrode des Darlingtontransistors Τ-, verbunden ist. Der Kollektor des Transistors T4 ist über den Widerstand R, mit dem Batteriepotential verbunden. Die Basis-Emitter-Strecke des Transistors T2 in der Stromableitschaltung wird von der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors T5 überbrückt, dessen Basiselektrode über den Widerstand R7 an die Verbindung A zwischen den Widerständen Rr und Rg der Spannungsteilerschaltung angeschlossen ist.
Am Eingang der Schaltung gemäß Figur 1 steht das Eingangssignal U1n gemäß Figur 2a. Dieses Eingangssignal ist mäanderförmig und steuert den Zündvorgang der angeschlossenen Zündspule. Beim Anstieg des Eingangssignals vom Low- auf den High-Pegel wird der Zündvorgang ausgelöst. Über die Transistoren T, und T. liegt das invertierte Eingangssignal gemäß Figur 2b an der Basiselektrode des Leistungstransistors Τ.,. Wenn somit das Eingangssignal Ujn den Lowpegel aufweist, ist der Leistungstransistor durchgeschaltet und der Primärspulenstrom kann gemäß der Figur 2c durch die Primärspule Zc ansteigen. Wenn die Periodendauer des Zündvorgangs zu klein ist, erreicht der Primärstrom
nicht sein Maximum, sodaß der Leistungstransistor T1 über steuert wird. Das Eingangssignal U1n wird zugleich in nichtinvertierter Form auf die Basiselektrode des Transistors T2 gegeben, sodaß dieser Transistor während der Stromanstiegsphase durch die Primärspule gesperrt bleibt. Folglich fließt der gesamte, durch die Batteriespannung und den Widerstand R- bestimmte Strom in die Basiselektrode des Leistungstransistors T^.
Wenn das Ansteuersignal Ujn vom Lowpegel auf den Highpegel springt, wodurch der Zündvorgang ausgelöst werden soll, werden die Transistoren T2 und T-, durchgesteuert und damit auf Bezugspotential gezogen. Hierdurch wird der Stromfluß durch den Transistor T. unterbrochen und der Leistungstransistor T. erhält keinen Basisstrom mehr. Gleichzeitig kann die im Leistungstransistor T1 gespeicherte Ladung niederohmig über den durchgeschalteten Transistor T2 nach Masse abfließen.
Der Primärstrom der Zündspule und damit der Kollektorstrom des Transistors T, wird somit mit der Low-High-Flanke des Eingangsignals Uy,, unterbrochen. Demzufolge kommt es zu einem steilen Spannungsanstieg am Kollektor des Transistors T^. Die Kollektorspannung Up wird über die Spannungsteilerschaltung aus den Widerständen R,, Rr und Rg abgefragt. Der Spannungsteiler weist beispielsweise folgende Dimensionierung auf. R. = 1,25 kQ, Rr - 1 kQ und R,- = 30 Ω. Bei einer derartigen Dimensionierung liegt am Widerstand Rg bei einer Kollektorspannung Up von ca. 50 V eine für die Durchsteuerung des Transistors Tr ausreichende Spannung von ca. 0,65 V an. Folglich wird der Transistor Tr leitend, und die Basiselektrode des Transistors T2 wird auf Bezugspotential gezogen. Dadurch wird der Transistor T2 gesperrt, sodaß die Spannungsbegrenzungsschaltung wirksam werden kann. Wenn die Zenerspannung der Zenerdiode D7 beispielsweise
150 V beträgt, wird die Spannung UL am Kollektor des Transistors T. bei der geschilderten Dimensionierung der Spannungsteilerschaltung auf ca. 340 V begrenzt. Steigt die Spannung am Kollektor des Transistors T, über diesen Wert hinaus an, fließt ein Strom über die Z?nerdiode D- in die Basis des Endtransistors T, weil T^ gesperrt ist. Das Miteinbeziehen des Transistors T.. in die Klemmschaltung für Uc hat den Vorteil, daß die Zenerdiode nur für geringe Leistung ausgelegt werden muß. Mit der angeführten Schaltung wurde die Speicherzeit des Endtransistors auf Werte kleiner 8 usec. reduziert.
Der Verlauf der Kollektorspannung U^ des Transistors T, ist in der Figur 2d dargestellt.
- Leerseite -

Claims (5)

  1. TELEFUNKEN electronic GmbH Theresienstr. 2, 7100 Heilbronn
    Heilbronn, den 09.09.83 PTL-HN-Ma-id - HN 83/32
    Patentansprüche
    10
    (jj Ansteuerschaltung für einen Leistungstransistor zum Schalten einer induktiven Last im Kollektorzweig des Leistungstransistors, mit einer Begrenzungsschaltung für die Kollektorspannung des Leistungstransistors und Schaltungsmitteln zur Reduzierung der Speicherzeit des Transistors, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromableitungsschaltung (To) vorgesehen ist, die mit dem Abschaltsignal für den Leistungstransistor (T.,) dessen Basiselektrode niederohmig mit einem die Stromableitung bedingenden Potential verbindet und daß Mittel (R6, R7, T5) vorgesehen sind, durch die die Stromableitungsschaltung (T2) beim Erreichen eines bestimmten Kollektorpotentials des Leistungstransistors (T^) für den Stromfluß gesperrt wird und damit die Spannungsbegrenzungsschaltung (R4, Rc, Rg, D) wirksam wird.
  2. 2) Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Teil der Spannungsbegrenzungsschaltung eine Zenerdiode (D ) zwischen den Kollektor und die Basis des Leistungstransistors (T-) geschaltet ist.
  3. 3) Ansteuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, daß zur Abfragung der Kollektorspannung des Leistungstransistors (T^) eine Spannungsteilerschaltung (R4, R5, Rg) vorgesehen ist und die Zenerdiode (D ) derart an einen Abgriff des Spannungsteilers angeschlossen ist, daß beim Erreichen
    eines bestimmten Potentials am Kollektor des Leistungstransistors (T-) Strom durch die Zenerdiode in die Basiselektrode des Leistungstransistors fließt und diesen öffnet.
  4. 4) Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Stromableitung an die Basis des Leistungstransistors (T^) ein Transistor (T2) angeschlossen ist, der mit dem Abschaltsignal für den Leistungstransistor leitend geschaltet wird.
  5. 5) Ansteuerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis-Emitterstrecke des Transistors (T2) in der Stromableitschaltung mit einem weiteren Transistor (T1-) überbrückt ist, dessen Basiselektrode derart mit einem Abgriff der Spannungsteilerschaltung (R*, Rr, Rg) verbunden ist, daß beim Erreichen einer definierten Kollektorspannung am Leistungstransistor dieser weitere Transistor (Tr) durchgeschaltet und der Transistor (T9) der Stromableitschaltung gesperrt wird.
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