DE4121176A1 - Schaltbare ausraeumschaltung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.

Beim Abschalten gesättigter Transistoren vergeht ein gewisser Zeitraum bis auf Grund ihrer beträchtlichen Speicherzeit das Ausräumen der Basis beendet und somit der Sperrzustand des Transistors erreicht wird.

Üblicherweise erfolgt das Ausräumen des Transistors durch einen parallel zum Transistor geschalteten Widerstand. Dabei wird durch den Widerstand ein fester Ausräumstrom vorgegeben. Der im aktiven Zustand des Transistors durch den Widerstand fließende Strom beeinflußt aber somit die Strombilanz einer integrierten Schaltung negativ. Während des Ausräumens des Transistors liefert der Widerstand entsprechend seiner Größe nur einen begrenzten Ausräumstrom. Dieser Ausräumstrom wird durch die Dimensionierung des Widerstandes vorgegeben und stellt dabei immer einen Kompromiß zwischen Strombilanz der Schaltung und Ausräumzeit dar.

Beim Ausräumen von externen gesättigten Leistungstransistoren, die vorzugsweise zum Schalten induktiver Lasten verwendet werden, steht das Problem, die Ausräumzeit des Leistungstransistors zu verkleinern. Eine beliebige Verkleinerung des Ausräumwiderstandes ist aus o. g. Gründen nicht möglich.

Gemäß DE-PS 36 21 396 ist eine Schaltung bekannt, bei welcher der Leistungstransistor schnell abschaltbar ist, indem seine Übersteuerung grundsätzlich verhindert wird. Es ist eine Transistorsanordnung vorgesehen, bei welcher der erste Transistor die Ladungsträger aus der Basiszone des Endstufentransistors, der den Leistungstransistor ansteuert, ableitet. Verbessert wird dessen Wirkung durch einen Folgetransistor. Durch diese Anordnung wird eine Regelschleife eingestellt, die im aktiven Betrieb verhindert, daß der Leistungstransistor in die Sättigung geht. Die Ausräumung der Basis des Endstufen- und Leistungstransistors beim Abschalten erfolgt hier ebenfalls über Widerstände.

In den Fällen, in welchen der Leistungstransistor funktionsbedingt stark übersteuert werden muß und wo durch die Ausräumschaltung die Strombilanz nicht negativ belastet werden darf, sind keine befriedigenden Lösungen zur Ausräumung von Leistungstransistoren bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schaltbare Ausräumschaltung mit automatisch angepaßtem Ausräumstrom zu schaffen, die ein Ausräumen eines gesättigten Leistungstransistors erlaubt und eine schnelle Kompensation von eingekoppelten Störimpulsen im abgeschalteten Zustand des Leistungstransistors ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Gesamtschaltung realisiert einen variablen schaltbaren Widerstand, der sich wertmäßig den Betriebserfordernissen anpaßt. Durch die Verwendung eines variablen Transistorwiderstandes, welcher parallel zum Leistungstransistor geschaltet ist, wird in dem Fall, daß sich der Leistungstransistor schaltungsbedingt in Sättigung befindet, erreicht, daß die Abschaltzeiten des Leistungstransistors sich wesentlich verringern. Die Ausräumschaltung ist in der aktiven Phase der Endstufe abgeschaltet. Bei Überschreitung des maximalen Ausräumstromes setzt eine Begrenzungsschaltung ein.

Die Erfindung wird anhand von in Fig. 1 dargestelltem Ausführungsbeispiel erläutert.

Die Ausräumschaltung verhindert bei nicht angesteuertem externen pnp- Transistor T8 (Stromquelle Q2 abgeschaltet) das ungewollte Aktivieren des Transistors T8 durch Störimpulse, die auf den Ausgang A der integrierten Schaltung eingekoppelt werden. Weiterhin ermöglicht die Schaltung das Ausräumen des gesättigten externen Leistungstransistors T8. Bei geeigneter Dimensionierung führen Störströme bis I_A=3 mA nicht zur Aktivierung des Transistors T8.

Mit dem Konstantstrom der Stromquelle Q1 wird mittels Widerstand R4 ein Spannungsabfall von ca. 300 mV eingestellt.

Bezüglich des Knotens 1 gilt folgende Gleichung:

U_EBT3 + U_EBT7 + U_D6 = U_ECT3 + U_BET2 + U_D5 + U_R4.

Ohne eingekoppelte Störimpulse, d. h. bei I_A=0 ist der Transistor T3 vollständig gesättigt, d. h. U_ECT3≈16 mV,

U_BET2 = 620 mV (bei I = 10 µA),
U_D5 = 620 mV (bei I = 10 µA), I1 + I3 = I4 = 10 µA, I1 = I4,
U_R4 = 300 mV,

U_ECT3 + U_BET2 + U_D5 + U_R4 = 1556 mV = U_EBT3 + U_EBT7 + U_D6

U_EBT3 = 541 mV (I2 = 5,8 µA) (größere Fläche als T7),
U_EBT7 = 575 mV (I2 = 5,8 µA),
U_D6 = 440 mV (I3 = 5,8 µA; B = 0,058 µA).

Wird nun ein Störstrom I_A<0 wirksam, so wird U_ECT3 infolge des Bahnwiderstandes größer.

Angenommen I_A = 1,8 mA, U_ECT3 = 360 mV, I1 = 9,7 mA,

U_ECT3 + U_BET2 + U_D5 + U_R4 = 1887 mV = U_EBT3 + U_EBT7 + U_D6,

U_EBT3 = 771 mV (I = 1,8 mA),
U_EBT7 = 618 mV (I2 = 30 µA),
U_D6 = 498 mV (I3 = 0,3 µA).

Mit steigendem Störstrom I_A wird also Transistor T3 automatisch immer weiter aufgesteuert. Bedingt durch den Kollektorbahnwiderstand des Transistors T3 steigt mit steigendem Ausgangsstrom I_A auch U_ECT3 an, so daß bei ca. U_ECT3=U_EBT8=480 mV der externe Transistor T8 leitend wird.

Wird der Transistor T8 von einer hier als Q2 bezeichneten geschalteten Stromquelle gesteuert, die synchron zur Stromquelle Q3 arbeitet, so fungiert diese Schaltung als Ausräumschaltung, die Transistor T8 beim Abschalten, d. h. wenn die Stromquelle Q2 abgeschaltet wird, automatisch äußerst niederohmig ausräumt.

Bei Kurzschluß des Ausganges A gegen Masse würde Transistor T3 zerstört werden, wenn nicht die Kurzschlußsicherung, bestehend aus den Widerständen R1, R2, R3, den Transistoren T1 und T4 sowie den Dioden D1-D4 den Transistor T6 sperren würde. Der Widerstand R3 ist dabei vorzugsweise als SFET ausgeführt. Sobald die Spannung am Ausgang mehr als zwei Flußspannungen unter U_S liegt, wird Transistor T1 und damit auch Transistor T4 leitend und sperrt Transistor T6. Die Diodenkette D2, D3, D4 dient der Strombegrenzung für den Transistor T1.

Claims (2)

1. Schaltbare Ausräumschaltung für einen von einer Konstantstromsenke gesteuerten externen Leistungstransistor, die mit Hilfe eines Transistors, der von einer Kurzschlußschaltung geschützt wird, die Ladungsträger aus der Basis des Leistungstransistors bei ausgeschalteter Konstantstromsenke ableitet, gekennzeichnet dadurch, daß

• - parallel zum Leistungstransistor (T8) der Ausräumtransistor (T3) über die Kollektor-Emitter-Strecke geschaltet ist,
• - die Basis des Ausräumtransistors (T3) über einen Transistor (T7), dessen Kollektor gegen Masse geht, und eine Diode D6 mit einem Stromspiegel (T5, T6) verbunden ist, deren Basen an die Kurzschlußschaltung (K) führt,
• - der Kollektor des Ausräumtransistors (T3) mit der Kurzschlußschaltung (K), der Basis eines Transistors (T2), dessen Kollektor an die Betriebsspannung (U_S) führt und dessen Emitter über eine Reihenschaltung einer Diode (D5) und einen Widerstand (R4) mit der Diode (D6) und dem Stromspiegel (T5, T6) verbunden ist.

2. Schaltbare Ausräumschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Eingang der Kurzschlußschaltung (K) durch eine Diodenkette (D2, D3, D4) gebildet wird, die über eine Diode (D1) und einen Widerstand (R4) an den Emitter eines Transistors (T1) führt, dessen Basis mit der Diodenkette (D2, D3, D4) und dem Widerstand (R3) verbunden ist und dessen Kollektor mit einem Ableitwiderstand (R2) an die Basis eines Transistors (T4) führt, dessen Kollektor mit dem Stromspiegel (T5, T6) verbunden ist.