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Die
Erfindung geht aus von einer Schaltung zum Ansteuern eines Schalttransistors
mit einer Treiberstufe. Eine Schaltung dieser Art ist beispielsweise aus
der DE-A-43 17 154 bekannt und wird insbesondere in horizontalen
Zeilenablenkschaltungen für Fernsehgeräte und Computermonitore
verwendet.
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Hierfür verwendete
Schalttransistoren müssen
mit einem definierten Strom angesteuert werden, um den Leistungsbedarf
und die Verluste der Treiberstufe gering zu halten. Zudem soll der
Schalttransistor nicht in der Sättigung
betrieben werden, da hierdurch das Schaltverhalten des Schalttransistors durch
hohe Rekombinationszeiten von Elektronen und Elektronen-Löchern im
Transistor verschlechtert wird. Weiterhin soll der Schalttransistor
jeweils in möglichst
kurzer Zeit sowohl gesperrt als auch in einen möglichst geringen Durchgangswiderstand durchgeschaltet
werden, um die Verluste im Schalttransistor möglichst gering zu halten. Diese
sich zum Teil widersprechenden Anforderungen sollten von einer Schaltung
zum Ansteuern eines Schalttransistors möglichst optimal erfüllt werden.
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Eine
Schaltung zum Ansteuern eines Schalttransistors gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 ist in der US-4 987 362 beschrieben. In der EP-A-0 504
559 ist eine Klemmschaltung dargestellt, die einen Komparator zur
Abtastung einer Spannung über einem
Widerstand enthält.
Das Ausgangssignal des Komparators dient zur Steuerung von Schaltmitteln.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine leistungseffiziente Schaltung
dieser Art zum Ansteuern eines Schalttransistors anzugeben, die
zudem kostengünstig
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale der Erfindung
gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
Schaltung zum Ansteuern eines Schalttransistors nach der Erfindung
enthält
eine Komparatorschaltung, die die Spannung über dem Stromeingang des Schalttransistors überwacht
und mit einer Referenzspannung vergleicht zur Sättigungskontrolle des Schalttransistors.
Da diese Spannung ein Maß für die Sättigung
des Schalttransistors und ebenso ein Maß für dessen Verluste ist, wird
durch die Komparatorschaltung eine effiziente Regelung ermöglicht.
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Die
Spannung über
dem Stromeingang, dem Kollektor bei einem npn-Schalt-transistor,
kann beispielsweise mittels einer Diode abgegriffen werden. Da diese
Spannung im Abschaltmoment des Schalttransistors sehr hoch ist und
bei Ablenkstufen in Fernsehgeräten
typischerweise 1500 V beträgt,
können
hier auch mehrere Dioden in Serie geschaltet sein, wodurch deren
Spannungsbelastung reduziert wird. Die Diode ist vorteilhafterweise über einen
Widerstand an eine Betriebsspannung angeschlossen, so daß in der
Durchschaltphase des Schalttransistors ein definierter Strom durch
diese Diode fließt
und hierdurch eine definierte Spannung über ihr abfällt. Diese Spannung addiert
sich mit der Kollektorspannung zu einer Spannung, die als Regelsignal
genutzt werden kann. Mit der Komperatorschaltung wird auf eine konstante
Kollektorspannung des Schalttransistors geregelt, wenn dieser durchgeschaltet
ist.
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Als
Komparatorschaltung kann beispielsweise ein Transistor, der mit
seinen Anschlüssen
mit der Treiberstufe, der Referenzspannung und der Spannung über dem
Stromeingang des Schalttransistors verbunden ist, verwendet werden.
Die Re ferenzspannung kann beispielsweise mit Hilfe eines Spannungsteilers
an einer Betriebsspannung abgeleitet werden.
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Während durch
die Schaltung der
DE 43 17 154 individuelle
Eigenschaften des Schalttransistors und Belastungen durch die Ausgangsseite
nicht berücksichtigt
werden, werden durch die Schaltung der Erfindung Variationen der
Transistorparameter oder Änderungen
des Kollektorstromes beispielsweise durch variierende Bildhelligkeiten
in einem Fernsehgerät
sowie Temperatureinflüsse
ausgeregelt. So kann beispielsweise durch die Streuung der Stromverstärkung von
Schalttransistoren der Bedarf an Basisstrom bis zu einem Faktor
2 variieren. Ist der Basisstrom für den Schalttransistor nicht
korrekt justiert, steigen die Verluste im Schalttransistor oder
in der Treiberstufe an.
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Durch
die Regelung über
die Sättigung
des Schalttransistors ist der Basisstrom auf einen Wert geregelt,
bei dem sowohl die Leitungsverluste im Schalttransistor als auch
die Ein- und Ausschaltverluste
durch Transistorkapazitäten
sowohl bei schwankenden Kollektorströmen als auch bei Variationen
der Stromverstärkung
(hFE) und bei Temperatureffekten gering
sind.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es
zeigen:
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Die
Figur eine Schaltung zum Ansteuern eines Schalttransistors mit einer
Transistorstufe als Komparatorschaltung zur Sättigungskontrolle des Schalttransistors.
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In
der Figur ist eine Schaltung zum Ansteuern eines Schalttransistors
T3 dargestellt, die vorzugsweise für Ablenkschaltungen in Fernsehgeräten verwendet
wird. Über
einen Transformator Tr, an dessen primärseitiger Wicklung W1 der Schalttransistor T3
angeschlossen ist, wird die Hochspannung und weitere Versorgungsspannungen
erzeugt sowie die Horizontalablenkung in der Bildröhre gesteuert.
In der Treiberstufe wird ein Synchronsignal UH für den Schalttransistor T3 aufbereitet,
indem dieses über eine
erste Transistorstufe T2, in der es in ein Ansteuersignal US verstärkt und
invertiert wird, und eine nachfolgende Transistorstufe mit Transistoren
T4 und T5, die im Gegentaktbetrieb arbeiten, weiter verstärkt wird
und anschließend über einen
Treibertransformator L1 auf den Steuereingang des Schalttransistors
T3 geführt
wird. Der Schalttransistor T3 dieser Schaltung ist in diesem Ausführungsbeispiel ein
npn-Transistor und
die Treiberstufe wird mit einer positiven Betriebsspannung UB versorgt.
Die Erfindung ist aber nicht auf diesen Schalttransistortyp beschränkt.
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Die
Funktion der Treiberschaltung ist wie folgt: Der Schalttransistor
T3, an dem über
die Primärwicklung
W1 eine positive Spannung U1 anliegt, wird durch positive Ansteuersignale
durchgeschaltet und durch negative gesperrt. Der Ausgang der Gegentakt-Transistorstufe
T4, T5 wird durch die Ansteuersignale US alternierend zur positiven
Betriebsspannung UB und zu Masse durchgeschaltet, wodurch mit niedriger
Ausgangsimpedanz positive Impulse erzeugt werden, die durch den
Treibertransformator L1 in positive und negative Steuersignale für den Schalttransistor
T3 umgewandelt werden. Der Treibertransformator L1 ist hierbei mit
einem Ende der eingangsseitigen Wicklung W2 mit dem Ausgang der
Gegentakt-Transistorstufe
T4, T5 verbunden und mit dem anderen Ende mit einem Kondensator
C5, der durch die positiven Signale positiv aufgeladen wird. Die
ausgangsseitige Wicklung W3 des Treibertransformators L1 ist invertiert
geschaltet, so daß durch
einen positiven Eingangsstrom ein negativer Ausgangsstrom erzeugt
wird. Geht der Ausgang der Transistor stufe T4, T5 auf niedriges
Potential, so polt die eingangsseitige Wicklung W2 des Treibertransformators
L1 aufgrund des positiv geladenen Kondensators C5 um und damit ebenfalls
die ausgangsseitige Wicklung W3, wodurch der Schalttransistor T3
durchgeschaltet wird.
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Zur
Sättigungskontrolle
des Schalttransistors T3 enthält
die Schaltung eine Komparatorschaltung mit einer Transistorstufe
T1, die die Spannung UC über
einem Stromeingang des Schalttransistors, in diesem Ausführungsbeispiel über dem
Kollektor, überwacht.
Zum Abgriff der Kollektorspannung UC sind zwei Dioden D10, D20 in
Serie geschaltet und über
einen Widerstand R1 mit der Betriebsspannung UB verbunden, wobei
sie derart gepolt sind, daß durch
sie ein Strom fließt,
wenn der Schalttransistor T3 durchgeschaltet ist. Der Strom hierbei
ist durch den Widerstand R1 vorgegeben, so daß ein definierter Spannungsabfall über den
Dioden D10 und D20 entsteht. Dieser Spannungsabfall addiert sich
zu der Kollektorspannung UC des Schalttransistors T3 und wird von
der Transistorstufe T1 über
dessen Emitteranschluß und
einen Widerstand R2 abgegriffen. Bei einem in dem Ausführungsbeispiel
verwendeten Schalttransistor T3 beträgt die eingestellte Sättigungsspannung
UC über
dem Kollektor ca. 1,5 v.
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Die
bei der Sperrung des Schalttransistors T3 durch die Induktivität der Wicklung
W1 entstehende hohe Spannung wird durch die Dioden D10, D20 abgeblockt.
Da diese Spannung typischerweise 1500 V beträgt in der Ablenkstufe eines
Fernsehgerätes, sind
hier zwei Dioden D10 und D20 in Serie geschaltet, wodurch die Anforderungen
an die Spannungsfestigkeit der Dioden geringer sind.
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Der
als Komparator geschaltete Transistor T1 liegt mit seinem Steuereingang
an einem Spannungsteiler, der über
zwei Widerstände
R4 und R5, die an der Betriebsspannung UB angeschlossen sind, eine
Referenzspannung UR bereit stellt; sein Stromeingang, in diesem
Ausführungsbeispiel
der Kollektor, ist über
einen Widerstand R3 mit dem Steuersignal US der Gegentakt-Transistorstufe
T4, T5 verbunden. Die Referenzspannung UR ist hierbei im wesentlichen
konstant bzw. Schwankungen der Betriebsspannung UB werden mit in
die Regelung eingeschlossen. Das Steuersignal US wird durch die Transistorstufe
T1 mehr oder weniger stark belastet; ist beispielsweise die Spannung
UC über
dem Kollektor des Schalttransistors T3 zu gering, weil dieser zu weit
durchgesteuert ist, so fließt
durch die Transistorstufe T1 ein größerer Strom, so daß das Steuersignal US
stärker
belastet wird und absinkt. Hierdurch sinkt der Strom im Übertrager
W2 und somit auch der Basisstrom des Schalttransistors T3 ab, so
daß die
Kollektorspannung UC wieder ansteigt. Ist die Kollektorspannung
UC andererseits zu hoch, so wird der durch den Transistor T1 fließende Strom
geringer, so daß die
Steuerspannung US ansteigt und somit den Schalttransistor T3 weiter
aufsteuert.
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Die
durch den Spannungsteiler R4, R5 erzeugte Referenzspannung UR muß also so
eingestellt werden, daß die
gewünschte
Kollektorspannung erzeugt wird. Der Transistor T4 wird hierbei im linearen
Mode betrieben. Seine Verlustleistung wird hierdurch aber nicht
größer, verglichen
mit dem Schaltbetrieb, da sein Kollektorstrom geringer ist.
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Wenn
der Schalttransistor T3 gesperrt ist, spielt die Komparatorschaltung
keine Rolle, da in diesem Fall das Ansteuersignal US auf niedrigem
Potential liegt, wodurch die Transistorstufe T1 sperrt. Die Widerstände R2,
R3 sind derart gewählt,
daß Schwingungen
unterdrückt
werden, wenn die Transistorstufe T1 durchgeschaltet ist.
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Wichtig
für diese
Komparatorschaltung ist, daß mit
einem positiven Ansteuersignal US der Schalttransistor T3 gesperrt
wird, so daß der
Transistor T1 in Abhängigkeit
von der Referenzspannung UR und der Spannung UC über dem Kollektor des Schalttransistors
T3 leitet, und somit das Ansteuersignal US geregelt werden kann.
Dies ist durch die vorangehend beschriebene Beschaltung des Treibertransformators
L1 sichergestellt. Andere Ausführungsformen
hierfür
liegen aber ebenfalls im Rahmen der Erfindung. Durch die Komparatorschaltung
ist eine leistungseffiziente Steuerung sowohl der Treiberstufe als
auch des Schalttransistors gegeben, die unter Verwendung einer Transistorstufe
nur wenige Bauteile benötigt.