DE3338627A1 - Ansteuerschaltung fuer einen kontaktlosen schalter, der aus der reihenschaltung eines bipolaren transistors und eines feldeffekttransistors besteht - Google Patents

Ansteuerschaltung fuer einen kontaktlosen schalter, der aus der reihenschaltung eines bipolaren transistors und eines feldeffekttransistors besteht

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DE3338627A1
DE3338627A1 DE19833338627 DE3338627A DE3338627A1 DE 3338627 A1 DE3338627 A1 DE 3338627A1 DE 19833338627 DE19833338627 DE 19833338627 DE 3338627 A DE3338627 A DE 3338627A DE 3338627 A1 DE3338627 A1 DE 3338627A1
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Manfred Knuth
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    • H03K17/04Modifications for accelerating switching
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    • HELECTRICITY
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    • H03KPULSE TECHNIQUE
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Description

  • Ansteuerschaltung für einen kontaktlosen Schalter,
  • der aus der Reihenschaltung eines bipolaren Transistors und eines Feldeffekttransistors besteht.
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Ansteuerschaltung für einen kontaktlosen Schalter, der aus der Reihenschaltung eines bipolaren Transistors und eines Feldeffekttransistors besteht, wobei der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors die Signale zum Ein- und Ausschalten des kontaktlosen Schalters zuführbar sind, während die Basis des bipolaren Transistors mit einem von einer Hilfsspannung gespeisten Kondensator verbunden ist, zu dem ein die Spannung an der Basis bei der Abschaltung begrenzendes Element parallel geschaltet ist.
  • Ein derartiger kontaktloser Schalter eignet sich für hohe Sperrspannungen, die bis zu 1 000 Volt betragen, obwohl ein Feldeffekttransistor verwendet werden kann, der für wesentlich niedrigere Sperrspannungen ausgelegt ist.
  • Ein Feldeffekttransistor mit einer niedrigen Sperrspannung hat den Vorteil, daß der Spannungabfall in leitendem Zustand ebenfalls klein ist. Dies bedeutet, daß der eingangs beschriebene kontaktlose Schalter nicht nur für höhere Sperrspannungen, sondern auch für höhere Ströme verwendet werden kann und daß die Verlustleistung in leitendem Zustand trotzdem gering ist.
  • Ein weiterer Vorteil des kontaktlosen Schalters ist in der hohen Schaltfrequenz zu sehen, die zwar etwas kleiner als die bei einem Feldeffekttransistor erreichbare Schaltfrequenz, aber wesentlich höher als die mit Triacs bei gleicher Leistung und Sperrspannung erreichbare Schaltfrequenz ist. Während des Abklingens des Kollektorstroms fließt negativer Ba sisstrom in den Kondensator. Als spannungsbegrenzendes Element ist eine Zenerdiode parallel zum Kondensator geschaltet. Übersteigt die Spannung am Kondensator die Zenerspannung, dann übernimmt die Zenerdiode den Strom, bei größeren Strömen wird in der Zenerdiode eine hohe Verlustleistung umgesetzt, so daß die Zenerdiode für eine große Leistung bemessen sein muß. Der Kondensator kann darüber hinaus unerwünschte Schwingungen beim Abschalten des kontakt losen Schalters anregen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ansteuerschaltung der eingang beschriebenen Gattung derart weiterzuentwickeln, daß die Verluste beim Abschalten verkleinert werden und der Abschaltvorgang schneller und stabiler verläuft.
  • Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst. Bei der im Anspruch 1 erläuterten Schaltung wird keine Zenerdiode benötigt. Da der Kondensator während des Abschaltens überbrückt ist, klingt der Strom schneller ab. Der weitere Transistor hat in gesättigtem Zustand einen geringen Spannungsabfall, so daß nur kleine Verluste auch bei größeren Kollektorströmen auftreten.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß eine zweite Sekundärwicklung über einen Transistor, der von den an der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors im kontakt losen Schalter anstehenden Abschaltsignal steuerbar ist, mit der Steuerelektrode des als Feldeffekttransistor ausgebildeten weiteren Transistors verbunden ist, dessen Steuerelektrode über einen Widerstand mit der Source-Elektrode verbunden ist.
  • Bei der Anordnung wird der weitere Feldeffekttransistor nach dem Ende des negativen Basisstroms in kurzer Zeit von selbst nicht leitend. Danach lädt sich der Kondensator auf die Hilfsspannung auf.
  • Eine zweckmäßige Ausführungsform ist derart ausgebildet, daß die Basis des bipolaren Transistors über einen mit dem Abschaltsignal des Feldeffekttranssistors im kontaktlosen Schalter eingeschalteten Transistor an die Hilfsspannungsquelle gelegt ist. Bei dieser Anordnung wird dem Kondensator nur Ladestrom zugeführt, wenn der bipolare Transistor des kontaktlosen Schalters ausgeschaltet ist. Dies bedeutet eine weitere Verminderung der für die Steuerung des kontaktlosen Schalters benötigten Leistung.
  • Vorzugsweise ist in Reihe mit der ersten Sekundärwicklung des Stromwandlers ein Widerstand gelegt, der mit einer Strommeßeinrichtung verbunden ist. Der Stromwandler wird bei dieser Anordnung zugleich für die Überwachung des Stroms im Kollektorkreis des bipolaren Transistors des kontaktlosen Schalters ausgenutzt. Fur die Strommessung ist kein Widerstand in Reihe mit der Last bzw. der Spannungsquelle notwendig.
  • Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus dem sich weitere Merkmale sowei Vorteile ergeben.
  • Es zeigen: Figur 1 ein Schaltbild einer Ansteuerschaltung für einen kontaktlosen Schalter, der aus einer Reihenschaltung eines bipolaren Transistors und eines Feldeffekttransistors besteht, Figur 2 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform einer Ansteuerschaltung für einen kontakt losen Schalter.
  • Ein kontaktloser Schalter 1 besteht aus der Reihenschaltung eines bipolaren Transistors 2 und eines Feldeffekttransistors 3, bei dem es sich vorzugsweise um einen Mosfet handelt, z. B. einen n-Kanal-Mosfet. Der Schalter 1 ist in Reihe mit der Primärseite 3a eines Stromwaiidlers und einer Last 4 an die Pole 5, 6 einer Gleichspannungsquelle angeschlossen. Die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 3 ist mit einem Eingang 7 verbunden.
  • Während die Source-Elektrode des Feldeffekttansistors 3 an den negativen Pol 6 der Gleichspannungsquelle gelegt ist, steht die Drain-Elektrode mit dem Emitter des Transistors 2 in Verbindung, dessen Kollektor an die Primärseite 3 angeschlossen ist. Zwischen der Basis des Transistors 2 und der Source-Elektrode des Feldeffekttransistors 3 ist ein Kondensator 8 angeordnet. Die Basis des Transistors 2 steht weiterhin über einen Widerstand 9 mit einem Pol 10 einer Hilfsspannungsquelle in Verbindung, deren nicht dargestellter zweiter Pol z. B. mit dem Pol 6 verbunden ist. Der Pol 10 führt positives Potential. Parallel zum Kondensator 8 ist die Reihenschaltung einer ersten Sekundärwicklung 11 des Stromwandlers und einz Diode 12 angeordnet, die in bezug auf das Potential des Pols 10 in Sperrrichtung gepolt ist. Zur Sekundärwicklung 11 liegt ein Widerstand 13 parallel.
  • Zum Kondensator 8 ist weiterhin ein Transistor 14 parallel geschaltet. Der Transistor 14 ist vorzugsweise ein Feldeffekttransistor, z. B. ein n-Kanal-Mosfet, dessen Drain mit der Basis des Transistors 2 und dessen Source mit dem Pol 6 verbunden ist. Die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 14 ist einerseits über einen Widerstand 15 an den Pol 6 und andererseits über einen Widerstand 16 an den Kollektor eines Transistors 17 angeschlossen, dessen Emitter über eine Diode 18 mit der zweiten Sekundärwicklung 19 des Stromwandlers verbunden ist. Zwischen dem Emitter und der Basis des Transistors 17 liegt ein Widerstand 20. Die Basis des Transistors 17 ist weiterhin über einen Widerstand 20 mit der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 3 verbunden.
  • In leitendem Zustand des Schalters 1 liegt am Eingang 7 ein positives Potential. Ein für 100 Volt Sperrspannung ausgelegter Feldeffekttransistor hat bei Nennstrom einen Spannungsabfall von wenigen Volt. Bei leitendem Feldeffekttransistor 3 ist der Transistor 2 ebenfalls leitend, da er über den Pol 10 und den Widerstand 9 mit Basisstrom versorgt wird. Bei ansteigendem Strom im Kollektorkreis des Transistors 2 tritt in der ersten Sekundär wicklung 3 ein Strom auf, der über die Diode 12 in die Basis eingespeist wird.
  • Um den Schalter 1 abzuschalten, wird die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 3 mit Nullpotential oder negativem Potential beaufschlagt. Damit sperrt der Feldeffekttransistor 3 und unterbricht den Emitterstrom des Transistors 2. Der Kollektorstrom fließt deshalb als negativer Basisstrom weiter. In der zweiten Sekundärwicklung 19 entsteht bei Abnahme des Kollektorstroms ein Strom, der über den durch das Potential an der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 3 leitend gesteuerten bipolaren Transistor 17 und über die Widerstände 16 und 15 fließt. Dieser Strom erzeugt an der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 14 ein positives Potential, durch das dieser leitend wird und damit den Kondensator 8 kurzschließt.
  • Der negative Basisstrom fließt deshalb über den Feldeffekttransistor 14 zum Pol 6. Dabei klingt der negative Basisstrom ab. Nach dem Abklingen ist auch der Strom in der zweiten Sekundärwicklung 19 und damit die Treiberspannung für den Transistor 17 verschwunden. Die Eingangskapazität des Feldeffekttransistors 14 entlädt sich über den Widerstand 15. Nach der wegen der kleinen Kapazität sehr kurzen Entladezeit sperrt der Feldeffekttransistor 14, so daß das Potential an der Basis des Transistors 2 durch die Aufladung des Kondensators 8 bis zum Potential der Hilfsspannung ansteigt.
  • Bei einem positiven Potential an der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 3 wird der Transistor 17 gesperrt. Ein solches Potential herrscht während der Einschaltung des kontaktlosen Schalters 2. Im abgschalteten Zustand schützt die Basis-Kollektorsperrspannung des bipolaren Transistors 2 den Feldeffekttransistor 3. Die Gleichspannungsquelle kann daher eine hohe Spannung haben. Bei der in Figur 2 dargestellten Anordnung sind übereinstimmende Elemente mit der Anordnung gemäß Figur 1 mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Die Anordnung gemäß Figur 2 weist gegenüber der in Figur 1 dargestellten einen mit der ersten Sekundärwicklung 11 in Reihe angeordneten Widerstand 22 auf, an den eine Spannung für ein Strommeßelement 23 abgegriffen wird. Das Strommeßelement 23 ist z. B. ein Schmitt-Trigger, der bei einem bestimmten Strom ein Warnsignal abgibt. Weiterhin ist ein bipolarer Transistor 24 mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke zwischen dem Pol 10 und dem Widerstand 9 angeordnet. Die Basis des Tranistors 24 ist über einen Widerstand 25 mit der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 3 verbunden. Zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 24 ist ein Widerstand 26 angeordnet. Die Anordnung gemäß Figur 2 arbeitet bis auf die Strommessung und die Ladung des Kondensators 8 auf die oben in Verbindung mit Figur 1 erläuterte Weise. Die Strommessung hat den Zweck, ohne ohmschen Widerstand in der zwischen den Polen 5, 6 angeordneten Reihenschaltung Überströme feststellen zu können. Bei Überströmen kann die Speisespannung über einen nicht dargestellten Schalter abgeschaltet werden. Der Transistor 24 wird bei Nullpotential oder negativem Potential an der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 3 leitend. Deshalb findet, während der Transistor 2 abgeschaltet ist, eine Aufladung des Kondensators 8 statt. Im eingeschalteten Zustand des kontakt losen Schalters 1 versorgt die erste Sekundärwicklung 11 den Transistor 2 mit Basisstrom. Der Stromfluß über den Widerstand 9 ist daher während der Einschaltung des Transistors 2 unterbrochen. Damit werden die Stromwärmeverluste bei der Ansteuerung reduziert.
  • - Leerseite -

Claims (4)

  1. Ansteuerschaltung für einen kontaktlosen Schalter, der aus der Reihenschaltung eines bipolaren Transistors und eines Feldeffekttransistors besteht.
    Patentansprüche 1. Ansteuerschaltung für einen kontaktlosen Schalter, der aus der Reihenschaltung eines bipolaren Transistors und eines Feldeffekttransistors besteht, wobei der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors die Signale zum Ein- und Ausschalten des kontakt losen Schalters zuführbar sind, während die Basis des bipolaren Transistors mit einem von einer Hilfsspannung gespeisten Kondensator verbunden ist, zu dem ein die Spannung an der Basis bei der Abschaltung begrenzendes Element parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das die Spannung begrenzende Element ein weiterer Transistor (14) ist, der mittels des Abschaltsignals an der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors (3) des kontaktlosen Schalters (1) während des Abklingens des Stroms im Kollektorkreis des bipolaren Transistors (2) leitend gesteuert ist.
  2. 2. Ansteuerschaltung mit einem im Kollektorkreis des bipolaren Transistors angeordneten Stromwandler, der eine erste Sekundärwicklung aufweist, die an die Basis angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Sekundärwicklung (19) über einen Transistor (14), der von den an der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors (3) im kontaktlosen Schalter (1) anstehenden Abschaltsignal steuerbar ist, mit der Steuerelektrode des als Feldeffekttransistor ausgebildeten weiteren Transistors (14) verbunden ist, dessen Steuerelektrode über einen Widerstand (15) mit der Source-Elektrode verbunden ist.
  3. 3. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des bipolaren Transistors (2) über einen mit dem Abschaltsignal des Feldeffekttransistors (3) im kontaktlosen Schalter (1) eingeschalteten Transistor (24) an die Hilfsspannungsquelle (10) gelegt ist.
  4. 4. Ansteuerschaltung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der ersten Sekundärwicklung (11) des Stromwandlers ein Widerstand (22) gelegt ist, der mit einer Strommeßeinrichtung (23) verbunden ist.
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