DE3406095C2 - Steuerschaltungsanordnung für einen Transistor - Google Patents
Steuerschaltungsanordnung für einen TransistorInfo
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Abstract
Eine Steuerschaltung mit einem Transformator, dessen Sekundärwicklung mit der Basis eines Transistors verbunden ist und dessen Primärwicklung mit einer Antriebs- bzw. Steuerquelle verbunden ist, durch welche der Transistor schaltungsmäßig gesteuert wird. Ein Richtungselement ist zwischen einem Abgriff an der Sekundärwicklung und einem Ende der Sekundärwicklung eingefügt, um das Verhältnis zwischen dem Durchlaßbasisstrom und dem Sperrbasisstrom des Transistors auszuwählen.
Description
30
Die Erfindung betrifft eine Strjerschaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DD-PS 1 43 544 und de DE-AS 27 56 839 sind derartige Schaltungsanordnungen bekannt, wie sie
auch der Fig. 1 zu entnehmen sind.
In Fig. 1 ist eine Steuerschaltung gezeigt, bei welcher
ein Ausgangstransistor in einer horizontalen Ablenkschaltung eines Fernsehgerätes durch die Steuerschaltung gesteuert wird. In F i g. 1 sind Kondensatoren 1,4,
10 und 13, Widerstände 2 und 5, ein Steuertransistor 3, ein Steuertransformator 6, ein Ausgangstransistor 7,
eine Dämpfungsdiode 8, ein Ablenkjoch 9, ein Rücklauftransformator 11 und eine Hochspannungs-Gleichrichterdiode 12 gezeigt.
In Fig. 2 sind Signalwellenformen an den jeweiligen Abschnitten im Betrieb gezeigt. Die Wellenform bei A
stellt die Spannung (hiernach Steuerimpuls genannt) am Kollektor des Steuertransistors 3 in Fig. 1 dar. Die
Wellenform bei B stellt den in der Primärwicklung des so Steuertransformators 6 fließenden Strom dar. Die Wellenform bei Cstelltdie Basisspannung vBEdesAusgangstransistors 7 dar. Die Wellenform bei D stellt den Basisstrom des Ausgangstransistors 7 dar (der Durchlaßbasisstrom des Ausgangstransistors 7 wird positiv ange-
nommen). Die Wellenform bei E stellt die Kollektorspannung des Ausgangstransistors 7 dar. Beim Basisstrom D des Ausgangstransistors 7 werden der
Durchlaßbasisstrom und der Sperrbasisstrom jeweils durch /ei und /S5 dargestellt. fto
Die Arbeitsweise der Schaltung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben. Der Steuertransistor 3 wird durch einen horizontalen Schwingungsimpuls //„„, wie in Fig. 2A gezeigt, im Schaltbetrieb betätigt bzw. betrieben. Es wird nunmehr der
Zustand zum Zeitpunkt /n betrachtet. Da vor dem Zeitpunkt tlt der Basisstrom IH, zur Basis des Ausgangstransistors 7 fließt, wodurch dieser zu einem Schaltvor
gang veranlaßt wird, ist der Transistor 7 in einem übererregten Zustand, in dem Steuertransformator 6 ist das
Verhältnis der Primärwindungen zu den Sekundärwindungen I: /i, wobei der Beginn einer jeden Wicklung
durch einen schwarzen Punkt».« angedeutet ist Wenn der Steuertransistor 3 zum Zeitpunkt Jq leitend wird,
wird in der Sekundärwicklung des Transformators 6 in der in F i g. i gezeigten Richtung eine Spannung v* induziert Die Spannung vBE zwischen der Basis unu dem
Emitter des Ausgangstransistors 7 hat einen positiven Wert, wie in Fig. 2C gezeigt ist, bis die Rekombination
der angesammelten Minoritätsträger gestoppt ist. Dieser Wert ist im wesentlichen gleich demjenigen Wert,
•Jer dann vorliegt, wenn der DurchlaßbasisstroiB fließt.
Mit anderen Worten, während der Speicherzeit T„ (vom
Zeitpunkt I0 bis zum Zeitpunkt /,) des Ausgangstransistors 7 wirkt die elektromotorische Kraft V2 in Durchlaßrichtung relativ zur Basis-Emitterverbindung, und der
Spitzenstrom In strömt, wie in F i g. 2 D gezeigt. Zu diesem Zeitpunkt fließt in der Primärwicklung des Steuertransformators 6 im wesentlichen vom geladenen Kondensator 4 aus, wie in F i g. 2B gezeigt ist, ein Strom, der
dem η-ten Teil des in der Sekundärwicklung fließenden Stromes entspricht. Zum Zeitpunkt /, beendet der Ausgangstransistor 7 seine Speicherzeit und wird zwischen
der Basis und dem Emitter in Sperrichtung vorgespannt.
Demzufolge wird der Basisstrom abrupt erniedrigt.
Zum selben Zeitpunkt wird der Kollektorstrom des Ausgangstransistors 7 vom Maximalwert /„, auf Null
erniedrigt und daher abgeschaltet.
Zu diesem Zeitpunkt kann der Primärstrom des Steuertransformators 6 nicht schnell erniedrigt werden,
d. h. es fließt Strom in der Primärwicklung vom Zeitpunkt /, bis zum Zeitpunkt t2, wie in Fig. 2B gezeigt ist,
um den Magnetfluß aufgrund der raschen Veränderung des Sekundärstroms des Transformators miszulöschen.
Der Wert des Primärstroms während des Zeitabschnittes t2 bis /3 wird durch die ImpcdanzcjrPrimärwicklung
des Steuertransformators und den Widerstand 5 bestimmt. Wenn der Steuertransistor 3 zum Zeitpunkt i}
unterbrochen bzw. abgeschaltet wird, fließt der Sekundärstrom des Steuertransformators i entgegengesetzt zu
der Veränderung des Magnetflusses aufgrund der schnellen Abnahme des Primärstromes oder in Durchlaßrichtung zwischen der Basis und dem Emitter des
Ausgangstransistors 7, wie in F ig. 2D gezeigt ist. Während des Zeitabschnittes, in welchem der Durchlaßbasisstrom fließt, wirkt die elektromotorische Kraft V2
daher in der zu Fig. 1 entgegengesetzten Richtung.
Es wird vorausgesetzt, daß für beide Fälle, wenn der Aüsgangstransistor 7 unterbrochen ist oder in Sättigung
leitet, die Flußveränderung im Steuertransformator 6 im wesentlichen gleich ist und die elektromotorische
Kraft gleich v, ist. Zusätzlich wird angenommen, daß die Eingangsimpedanz ZTR des Ausgangstransistors 7, gesehen von der Basis aus, ungefähr gleich ist für die Speicherungsperiode und die Durchiaßleitungsperiode des
Ausgangstransistors 7, und daß die Eingangsimpedanz des Transformators 6, gesehen von der Sekundärwicklung des Transformators 6 aus, durch Z7 dargestellt wird.
Die Basisströme im und iH1 werden wie folgt ausgedrückt:
'»ι
*1 - V
Z7-+ Z77,
ZT + Z
TR
Es gilt daher iBl <iB2. Im allgemeinen gilt -^« 1,2
bis 1,4.
Die Maximalwerte Ia] und IB2 der Ströme iBl und iB2
werden durch die im Begrenzungskondensator 4 (C1) gespeicherte Ladungsmenge bestimmt. Der beste
Zustand wird erreicht, wenn die Periode T00n-, in welcher
der Kondensator 4 geladen wird, ungefähr gleich C,R, ist.
Der Ausgangstransistor 7 führt daher den Schaltvorgang durch und die allgemein bekannte Ablenkschaltung,
gezeigt in Fig. 1, erzeugt den notwendigen Ablenkstrom und die hone Spannung.
Wenn nunmehr die Ablenkfiequenz erhöht wird, um eine sehr genaue Wiedergabe bzw. Darstellung zu
ermöglichen, wird der Verlust in der Dauer der Abfallzeit tf des Ausgangstransistors 7 ein Problem. Der Verlust
Ps in der Dauer der Abfallzeit /ywird ausgedrückt
durch
20
(es wird hier angenommen, daß das Abtastzeilenverhältnis (Abtastperiode/Horizontalperiode) konstant
ist). Im obigen Ausdruck stellt PH den Ablenkleistungsfaktor
und fH die horizontale Ablenkfrequenz dar.
Aus dem obigen Ausdruck ergibt sich, daß, wenn die Ablenkfrequenz/;, erhöht wird, eine Verringerung des
Verlustes P, nur durch Verringerung der Abfallzeit if
erwartet werden kann, da der Ablenkleistungsfaktor kaum erniedrigt werden kann. Der Transistor mit kurzer
Abfallzeit t} ist durch entsprechende Forscher entwikkelt
worden; z. B. ein bipolarer Transistor mit einem Kollektorstrom von 5 A und einer Durchschlagspannung
von 1300 V (die Maximalspannung zwischen KoI-lektor und Basis mit offenem Emitter) hat eine Abfallzeit
Jf von 200 nsec oder darunter.
Die im allgemeinen bei Fernsehgeräten verwendeten Transistoren haben eine Abfallzeit lyvon 1 μβεα Wenn
ein Transistor mit dem gleichen Wert PH wie bei einem
allgemeinen Fernsehgerät benutzt wird, ist die Ablenkfrequenz, bei welcher im wesentlichen der gleiche Leistungsverlust
P, verursacht wird, ungefähr 46 kHz. Wenn die Ablenkfrequenz 45 kHz übersteigt, erhöht
sich der Leistungsverlust proportional zur dritten Potenz der Frequenz oder mit
V 46kHz/'
daß er bei Normaltemperatur eine kurze Abfallzeit /, aufweist, wenn der Transistor bei hoher Frequenz
betrieben wird, wird die Temperatur des Transistors aufgrund des Verlustes während der Dauer der Abfallzeit tf
erhöht und der Transistor entwickelt sich dann durch das thermische Weglaufen zu einem Durchschlag bzw.
einer Unterbrechung.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine sehr zuverlässige Steuerschaltung ohne
Nachteile zu schaffen, welche in der Lage ist, die Abfallzeit des Ausgangstransistors zu verringern, wodurch der
Verlust am Ausgangstransistor erniedrigt und ein thermisches Weglaufen des Ausgangstransistors verhindert
wird.
Diese Aufgabe ist gem. dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung
ist im Anspruch 2 gekennzeichnet.
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausfv'~jungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen:
Fig. 1 ein Schaltdiagramm einer konventionellen Steuerschaltung,
F i g. 2 ein Diagramm der Wellenformen an den jeweiligen Betriebsabschnitten in F i g. 1, und
F i g. 3 und 4 Schaltdiagramme von Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung werden unier Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 beschrieben. In den
Fig. 3 und 4 sind Teile, welche den Teilen der Fig. 1
entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen.
In F i g. 3 arbeiten der Steuertransistor 3 und der Ausgangstransistor
7 in der gleichen Schaltweise wie beim Stand der Technik, was nicht mehr im einzelnen
beschrieben wird.
Bei der Ausführungsform der F i g. 3 weist der Steuertransformator
6' an einer gewünschten Mittelposition seiner Sekundärwicklung einen Abgriff auf. Wie dargestellt,
ist zwischen diesem Abgriff und Masse eine Diode 15 geschaltet. Zwischen das Anfangsende der
Sekundärwicklung des Transformators und Masse ist eine Diode 14 geschaltet. Der Durchlaßbasisstrom /ei
und der Sperrbasisstrom in des Ausgangstransistors 7
in dieser Steuerschaltung werden in dergleichen Weise
wie beim Stand der Technik entwickelt Wenn die Impedanz der Diode 14,15 durch Z0 und der Durchlaßspannungsabfall
an der Diode durch vD dargestellt wird, dann gilt folgendes:
50
verglichen mit dem Temperaturanstieg des Ausgangstransistors im üblichen Fernsehgerät. Wenn die Abfallzeit
des Ausgangstransistors verkürzt wird, wird die Temperaturchamkteristik der Abfallzeit beeinträchtigt.
Bei einem Transistor mit einer Abfallzeit von 200 nsec ist die Abfallzeit I1 bei 1500C dreimal sogroß oder größer
als die Abfallzeit bei Normaltemperatur (im allgemeinen 1,5 bis 2 mal größer). Mit andsren Worten, der
Transistor, weicher für Hochgeschwindigkeitsschalten bei Normaltemperatur konzipiert ist, hat eine schlechte ω
Temperaturcharakteristik der Abfallzeit if. Wenn die
Temperatur durch irgendeinen Grund erhöht wird, erhöht sich die Abfallzeit ir, wodurch der Temperaturanstieg
beschleunigt wird. Hierdurch ergibt sich ein thermisches Weglaufen, welches einen Durchschlag
bzw. eine Unterbrechung des Transistors bewirkt. Ir, einem nicht für einen bestimmten Zweck konzipierten
Transistor oder in einem Transistor, der so konzipiert ist, V22
Von den obigen Ausdrücken kann das Verhältnis zwischen
den Maximalwerten /e, und IB1 der Ströme i3l
und /fl2 willkürlich durch die Windungsanzahl des Abgriffs
des Steuertrpnsformators 6' verändert werden. Die Anstiegszeit /,des Ausgangstransistors nach dem Schalten,
die Speicherzeit /, und die Abfallzeit if können
unter Verwendung der Methode des Ladungssteuerungsmodells wie folgt ausgedrückt werden:
10
'Jl
-Zr-
- vbi:
Z7
Während in den obigen Ausfuhrungsformen eine horizontale Ablenkschaltung verwendet wird, kann die
vorliegende Erfindung auch bei anderen Steuerschaltungen zum Antreiben bzw. Steuern des Ausgangstransistors bei hoher Frequenz angewendet werden.
Mit der Steuerschaltung der Erfindung kann die Abfallzeit des zu steuernden Transistors 20 bis 30% kürzer sein, wodurch der Leistungsverlust verringert, eine
Verhinderung des thermischen Weglaufeni; bewirkt und die Zuverlässigkeit verbessert wird. Da die Speicherzeit
außerdem kurz wird, wird die Schaltgeschwindigkeit des Schaltkreises wirksam erhöht.
wobei ih die Basiskonstante der Ladungssteuerung, r,
der LadunKSSteuerungsparameter des Sättigungsbereiches und lgS der Basissättigungsstrom ist.
Die Anstiegszeit ir ist kurz, wenn /gl groß ist. Die
Speicherzeit t, ist kurz, wenn — groß ist, und die Abfallzeit I1 ist kurz, wenn /e: groß ist. Damit der horizontale
Ablenkausgangstransistor eine kurze Speicherzeit 1, und eine kurze Abfallzeit t, hat und angemessen arbei-
tet, ist es erforderlich, das Verhältnis — zu vergrößern.
Gemäß der ersten Ausfuhrungsform, gezeigt in Fig. 3, kann das Verhältnis —als willkürlicher Wert J(J
ausgewählt werden und die Abfallzeit /rund die Speicherzeit I1 können klein gemacht werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird eine zweite Ausfiihrungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die zweite Ausfuhrungsform unterscheidet sich von der ersten Ausfuhrungsform in der Anzahl, Position und
Polarität der verwendeten Dioden. Zwischen dem Abgriff und Masse ist eine Diode 16 geschaltet, wobei
ihre Anode mit Masse verbunden ist.
Die Arbeitsweise des Steuertransistors 3 und des Ausgangstransistors 7 ist die gleiche wie in den F i g. I und 3
und wird daher nicht beschrieben. In gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform können die Ströme /βι
und Ig2 wie folgt ausgedrückt werden:
45
50
Zr
Da die elektromotorische Kraft νΏ durch den Spannungsabfall an der Impedanz der Wicklung, an welcher
der Strom iD und die Spannung V22 induziert werden,
verringert wird, können die Maximalwerte /s, und I82
der Ströme isl und iS2 willkürlich entsprechend der
Position des Abgriffs an dem Stelltransformator 6' gewählt werden. Daher kann der gleiche Effekt wie bei
der ersten Ausfuhrungsform der Erfindung erzielt werden.
Wenn, wie oben erwähnt, das Verhältnis zwischen den
Werten /g, und lB2 willkürlich durch einen entsprechenden Abgriff am Steuertransformator (oder zwei oder
mehrere Wicklungen) und eine Dic-de gewählt werden kann, kann die Steuerschaltung in der gleichen Weise
wie bei der ersten Ausführungsform verwendet werden.
Claims (2)
1. Steuerschaltungsanordnung für einen Transistör (7) mit einem Kopplungstransformator (i*) mit
einer Primär- und einer Sekundärwicklung, welche letztere mit der Basis-Emitter-Strecke des Transistors (7) zum Liefern des Basisstromes (iBU in) für
den Transistor (7) verbunden ist, wobei der Transistör (7) über die Primärwicklung des Transistors (6')
angesteuert wird, gekennzeichnet durch einen
Abgriff der Sekundärwicklung und mindestens eine Diode (15; 16), welche zwischen dem Abgriff und
einem Ende der Sekundärwicklung angeordnet ist, um ein Verhältnis zwischen dem DurchlaSbasisstrom (Z81) und dem Sperrbasisstrom (ie2) des Transistors (7) festzulegen.
2. Steuerschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß zwischen dem einen
Ende der Sekundärwicklung und dem Abgriff zwei Dioden (14,15) derart in Reihe geschaltet sind, daß
sie dieselbe Durchlaßrichtung aufweisen und daß die Basis-Emitter-Strecke des Transistors (7) einerseits mit dem Verbindungspunkt der Dioden (14,15)
und andrerseits mit dem freien Ende der Sekundärwicklung verbunden ist.
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Publications (2)
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- 1984-02-24 US US06/583,309 patent/US4612451A/en not_active Expired - Fee Related
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