DE3625689A1 - Basissteuerschaltung in einem transistor-wechselrichter - Google Patents

Basissteuerschaltung in einem transistor-wechselrichter

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Description

Die Erfindung betrifft Wechselrichter und insbesondere eine Transistor-Wechselrichter-Basissteuerschaltung.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung einer bekannten Transistor-Wechselrichter-Basissteuerschaltung, die zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung verwendet wird. Gemäss Fig. 2 liefert eine erste Leistungsquelle (1) einen Basisstrom in Durchlassrichtung. Es ist ein Fotokoppler (2) vorhanden, ferner Basissteuertransistoren (3-7), ein Wechselrichter-Hauptschaltungstransistor (8), der als Darlington-Transistor ausgebildet ist), ein Basisstrom-Begrenzungswiderstand (9) und Dioden (10-18).
Eine zweite Leistungsquelle (19) liefert einen Basisstrom in Sperrichtung. Ferner ist ein Kondensator (20) vorhanden, eine Induktivität (21) und Widerstände (22-32).
Die Betriebsweise der auf diese Weise aufgebauten Transistor-Wechselrichter-Basissteuerschaltung wird nunmehr beschrieben.
Ein Impulssignal wird durch eine Steuerschaltung (P) geliefert, um das Schalten des Transistors (8) zu steuern, so dass die Richtung des Stromflusses geschaltet wird, um eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln. Dieses Impulssignal wird über den Fotokoppler (2) übertragen, um den PNP-Transistor (3) und den NPN-Transistor (4) zu steuern, die in einer rückwärtigen Stufe des Fotokopplers (2) angeordnet sind. Der NPN-Transistor (5) ist als rückwärtige Stufe mit dem Transistor (4) verbunden, so dass die Transistoren (3, 5) als komplementäres Paar arbeiten. Das heisst, wenn der Transistor (3) leitend wird (eingeschaltet ist), so wird der Transistor (5) nicht-leitend (ausgeschaltet), und umgekehrt.
Es wird nunmehr der Fall beschrieben, bei welchem der Transistor (3) leitend ist. Der Basisstrom (IB 1) des Wechselrichter-Hauptschaltungstransistors (8) fliesst von der Leistungsquelle (1) durch den Transistor (3), den Widerstand (9), die Diode (10), den Transistor (7) und durch die Induktivität (21) zur Basis des Transistors (8) und kehrt durch die Reihe der Dioden (11-16) zur Leistungsquelle (1) zurück. Bei diesem Vorgang wird eine Durchlassspannung, die den sechs Dioden (11-16) entspricht, in dem parallelen Kondensator (20) geladen.
Wird die Zuführung des Impulssignals von der Steuerschaltung (P) unterbrochen, so wird der Transistor (3) nicht-leitend (ausgeschaltet), während der Kondensator (20) über den Transistor (8), die Induktivität (21), den Transistor (7), den Transistor (6), den Widerstand (28) und den Transistor (5) entladen wird. Gleichzeitig wird der Transistor (6) eingeschaltet und ein in Sperrichtung fliessender Vorspannungsstrom (IB 2) fliesst von der Leistungsquelle (19) zum Transistor (8) und zum Transistor (7), womit der Transistor (7) nicht-leitend (abgeschaltet) wird. Bei diesem Vorgang dient die Diode (18) als Nebenschluss, nachdem der Transistor (7) ausgeschaltet ist.
Die übliche Transistor-Wechselrichter-Basissteuerschaltung ist in der vorausgehend beschriebenen Weise aufgebaut. Daher ist es erforderlich, dass die Spannung, die benötigt wird, um den Transistor (6) leitend (eingeschaltet) zu machen, im Kondensator (20) geladen wird, und der Durchlassspannungsabfall der Dioden (11-16), die parallel zum Kondensator (20) liegen, wird zum Aufladen des Kondensators (20) verwendet. Es ist deshalb erforderlich, eine verhältnismässig grosse Anzahl von Dioden (11-16) zu verwenden. Daher ist die Schaltung komplex und der in den Dioden fliessende Durchlassstrom erzeugt Wärme. Somit hat die Schaltung eine geringe thermische Zuverlässigkeit.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorausgehend aufgeführten Schwierigkeiten der bekannten Transistor-Wechselrichter-Basissteuerschaltung zu beseitigen.
Insbesondere ist die Erfindung darauf gerichtet, eine Transistor-Wechselrichter-Basissteuerschaltung hoher thermischer Zuverlässigkeit zu schaffen, bei welcher die Schaltung vereinfacht wird, indem der Kondensator (20) und die Dioden (11-16) eliminiert werden, die bei der bekannten Schaltung dazu verwendet werden, den Transistor (6) leitend (eingeschaltet) zu machen. Somit kann die Anzahl der wärmeerzeugenden Bauelemente verringert werden.
Eine erfindungsgemässe Basissteuerschaltung bei einem Transistor-Wechselrichter ist derart ausgebildet, dass ein Transistor (6) zur Zuführung eines in Sperrichtung fliessenden Sperrstroms an einem Wechselrichter- Hauptschaltungstransistor unmittelbar durch einen verstärkenden Transistor gesteuert wird, der in einer rückwärtigen Stufe eines Fotokopplers (2) vorgesehen ist, welcher in der Lage ist, unter Erzielung einer Isolierung, das Ausgangsimpulssignal einer Steuerschaltung zu übertragen.
Wie vorausgehend beschrieben wurde, wird in der erfindungsgemässen Basissteuerschaltung der Transistor zur Zuführung eines in Sperrichtung fliessenden Vorspannungsstroms zum Wechselrichter-Hauptschaltungstransistor unmittelbar durch den verstärkenden Transistor gesteuert, der in einer rückwärtigen Stufe des Fotokopplers vorgesehen ist. Daher kann die Basissteuerschaltung in ihrem Aufbau vereinfacht und somit so klein wie möglich ausgeführt werden. Ferner kann die Anzahl der wärmeerzeugenden Bauelemente verringert werden, womit die Zuverlässigkeit der Schaltung erhöht wird.
Die vorausgehend genannte Aufgabenstellung wird erfindungsgemäss durch eine Basissteuerschaltung gelöst, die gekennzeichnet ist durch einen Hauptschaltungstransistor; eine Steuerschaltung zur Steuerung einer Stromrichtung durch den Hauptschaltungstransistor; einen Fotokoppler, der durch ein von der Steuerschaltung abgegebenes Impulssignal ein- und ausgeschaltet wird; einen verstärkenden Transistor in einer rückwärtigen Stufe des Fotokopplers; und einen unmittelbar von einem Ausgang des verstärkenden Transistors gesteuerten Transistor zur Zuführung eines Sperrstroms an eine Basis des Hauptschaltungstransistors.
Die Erfindung wird anschliessend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild einer bekannten Transistor-Wechselrichter- Basissteuerschaltung;
Fig. 2 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Transistor-Wechselrichter- Basissteuerschaltung.
Es wird nunmehr auf die bevorzugten Ausführungsformen eingegangen. Eine Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. In Fig. 2 werden jene Bauelemente, die bereits unter Bezugnahme auf diese Figur beschrieben worden sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Wie aus einem Vergleich der Fig. 2 mit Fig. 1 hervorgeht, werden die Dioden (10-16), der Kondensator (20) und die Widerstände (27, 28, 30) erfindungsgemäss eliminiert. Ferner wird der Transistor (6), dem der in Sperrichtung fliessende Vorspannungsstrom zugeführt wird, unmittelbar durch den verstärkenden Transistor (5) gesteuert, der in der rückwärtigen Stufe des Fotokopplers (2) angeschlossen ist.
Es wird nunmehr die Betriebsweise der erfindungsgemässen Transistor-Wechselrichter-Basissteuerschaltung beschrieben.
Ein von der Steuerschaltung (P) abgegebenes Impulssignal wird mittels des Fotokopplers (2) übertragen, um den ersten und den zweiten Transistor (3, 4) leitend zu machen, die an die Ausgangsklemmen des Fotokopplers (2) angeschlossen sind. Der dritte oder Verstärkungstransistor (5) ist in der rückwärtigen Stufe des zweiten Transistors (4) vorgesehen. Der dritte Transistor (5) wird zum Verstärken des Impulssignals verwendet.
Der vierte Transistor (6) ist in der rückwärtigen Stufe des dritten Transistors (5) vorgesehen, um den in Sperrichtung fliessenden Vorspannungsstrom (IB₂) dem Wechselrichter-Hauptschaltungstransistor (8) zuzuführen. Daher arbeiten der erste und dritte Transistor (3, 5) als komplementäres Paar und der erste und vierte Transistor (3, 6) arbeiten ebenfalls als komplementäres Paar. Ist der erste Transistor (3) leitend (eingeschaltet), so ist der zweite Transistor (4) ebenfalls leitend (eingeschaltet) und der dritte und vierte Transistor (5, 6) sind deshalb nicht-leitend (ausgeschaltet). Ist der erste Transistor (3) nicht-leitend (ausgeschaltet), so ist der zweite Transistor (4) ebenfalls nicht-leitend (ausgeschaltet), und der dritte und vierte Transistor (5, 6) sind deshalb leitend (eingeschaltet).
Zunächst wird nun der Fall beschrieben, bei welchem der Fotokoppler (2) durch das Ausgangsimpulssignal der Steuerschaltung (P) leitend wird, womit der erste und zweite Transistor (3, 4) leitend sind. In diesem Falle fliesst der Basisstrom (IB 1) des Wechselrichter- Hauptschaltungstransistors (8) von der positiven Elektrode der ersten Leistungsquelle (1) durch den ersten Transistor (3), den Widerstand (9) und die Basis und den Emitter des Filtertransistors (7) und die Induktivität (21) zur Basis des Transistors (8) und kehrt zur negativen Elektrode der ersten Leistungsquelle (1) zurück.
In jenem Fall, wo die Zuführung des Ausgangsimpulssignals der Steuerschaltung (P) unterbrochen ist, wird der Fotokoppler (2) nicht-leitend, und der erste und zweite Transistor (3, 4) werden nicht-leitend (ausgeschaltet). Somit erhöht sich die Basisspannung des dritten Transistors (5), so dass der dritte Transistor (5) leitend wird (eingeschaltet) und infolgedessen wird der vierte Transistor (6) ebenfalls leitend (eingeschaltet). Deshalb fliesst der Basisstrom des Wechselrichter- Hauptschaltungstransistors (8) als in Sperrichtung fliessender Vorspannungsstrom (IB₂) von der positiven Elektrode der zweiten Leistungsquelle (19) durch den Emitter und die Basis des Transistors (8) und die Induktivität (21) zum Emitter und zur Basis des fünften Transistors (7), um dabei die Transistoren (7, 8) nicht-leitend (ausgeschaltet) zu machen.
Wie vorausgehend beschrieben wurde, fliesst, wenn die Zufuhr des Ausgangsimpulssignals der Steuerschaltung (P) unterbrochen wird, der in Sperrichtung fliessende Vorspannungsstrom (IB₂) durch den Wechselrichter- Hauptschaltungstransistor (8) und den fünften Transistor (7), so dass die zwischen der Basis und dem Emitter eines jeden der Transistoren gespeicherte Ladung freigegeben wird. Somit werden, wenn das Impulssignal erneut dem Fotokoppler zugeführt wird, die Transistoren (7, 8) schnell leitend (eingeschaltet), da sie nicht durch die Ladung beeinflusst werden.
In diesem Falle dient die zweite Diode (18) als Nebenschluss für den in Sperrichtung fliessenden Vorspannungsstrom (IB₂), nachdem der fünfte Transistor (7) nicht-leitend wurde. Die erste Diode (17) dient dazu, das Fliessen des Basisstroms von der Basis des fünften Transistors (7) zum Kollektor zu verhindern, wenn der Wechselrichter-Hauptschaltungstransistor (8) übersteuert wird.
Wie aus der vorausgehenden Beschreibung hervorgeht, ist bei der erfindungsgemässen Transistor-Wechselrichter- Basissteuerschaltung der vierte Transistor (6) unmittelbar mit dem dritten Transistor (5) zur Verstärkung verbunden, damit der in Sperrichtung fliessende Vorspannungsstrom (IB₂) veranlasst wird, durch den Wechselrichter-Hauptschaltungstransistor (8) und den vierten Transistor (6) zu fliessen. Daher ist es bei der erfindungsgemässen Transistor-Wechselrichter-Basissteuerschaltung im Gegensatz zur bekannten Schaltung nicht erforderlich, den Kondensator und eine Anzahl parallel zum Kondensator liegender Dioden zu verwenden.
Erfindungsgemäss wird der fünfte Transistor (7) zur Zuführung des in Sperrichtung fliessenden Vorspannungsstroms unmittelbar vom verstärkenden Transistor (4 oder 5) gesteuert, der in der rückwärtigen Stufe des Fotokopplers vorgesehen ist und das Ausgangsimpulssignal der Steuerschaltung übertragen kann. Daher ist die Transistor-Wechselrichter- Basissteuerschaltung einfach in ihrem Aufbau und weist eine kleine Anzahl von wärmeerzeugenden Bauelementen auf, sowie eine hohe Zuverlässigkeit.

Claims (2)

1. Basisteuerschaltung in einem Transistor-Wechselrichter bei welchem ein Ein/Aus-Betrieb eines Transistors dazu verwendet wird, eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln, gekennzeichnet durch einen Hauptschaltungstransistor (8); eine Steuerschaltung (P) zur Steuerung einer Stromrichtung durch den Hauptschaltungstransistor; einen Fotokoppler (2), der durch ein von der Steuerschaltung abgegebenes Impulssignal ein- und ausgeschaltet wird; einen verstärkenden Transistor (5) in einer rückwärtigen Stufe des Fotokopplers; und einen unmittelbar von einem Ausgang des verstärkenden Transistors gesteuerten Transistor zur Zuführung eines Sperrstroms an eine Basis des Hauptschaltungstransistors (8).
2. Basissteuerschaltung, gekennzeichnet durch einen Hauptschaltungstransistor (8), eine Steuerschaltung (P) zur Steuerung einer Stromrichtung durch den Hauptschaltungstransistor; einen Fotokoppler (2), der durch ein Impulssignal der Steuerschaltung leitend und nicht-leitend gemacht wird; einen ersten und zweiten Transistor (3, 4), die mit dem Fotokoppler verbunden sind; einen dritten Transistor (5), der an einer rückwärtigen Stufe des zweiten Transistors (4) vorgesehen ist, um ein Ausgangssignal des zweiten Transistors zu verstärken; einen vierten Transistor (6), dessen Basis mit einem Kollektor des dritten Transistors verbunden ist und dessen Emitter über einen Widerstand (9) an einen Kollektor des ersten Transistors angeschlossen ist, wobei der vierte Transistor und der erste Transistor komplementär arbeiten; und einen fünften Transistor (7), dessen Basis an einem Verbindungspunkt des vierten Transistors und des Widerstandes angeschlossen ist, und dessen Kollektor mit einer ersten Diode (17) verbunden ist, wobei eine zweite Diode (18) zwischen einem Emitter und der Basis des fünften Transistors liegt; der Emitter des fünften Transistors (7) über eine Induktivität (21) mit einer Basis des Hauptschaltungstransistors (8) verbunden ist; der Kollektor des fünften Transistors (7) über die erste Diode (17) mit einem Kollektor des Hauptschaltungstransistors (8) verbunden ist; ein Verbindungspunkt einer negativen Elektrode einer ersten Leistungsquelle (1) und einer positiven Elektrode einer zweiten Leistungsquelle (19) an einen Emitter des Hauptschaltungstransistors angeschlossen sind; eine positive Elektrode der ersten Leistungsquelle an einen Emitter des ersten Transistors angeschlossen ist; eine negative Elektrode der zweiten Leistungsquelle an die Emitter des zweiten und dritten Transistors und an einen Kollektor des vierten Transistors angeschlossen ist.
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