KR100716321B1 - 회로 장치 - Google Patents

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KR100716321B1
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펠릭스 프란크
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파텐트-트로이한트-게젤샤프트 퓌어 엘렉트리쉐 글뤼람펜 엠베하
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Abstract

본 발명은 기준 전극(E), 제어 전극(B), 및 작동 전극(C)을 가진 적어도 하나의 전기 메인 스위치(T1)를 가진 회로 장치에 관한 것이다. 각각의 메인 스위치(T1)의 메인 흐름 방향에 역병렬로 회복 다이오드(D1; D2)가 접속된다. 스위치-오프 프로세스의 가속을 위해, 특히 여기서 생기는 전력 손실의 감소를 위해 전기 보조 스위치(T11;T22)가 각각의 메인 스위치(T1)에 할당되고, 상기 보조 스위치의 작동 전극은 관련 메인 스위치(T1)의 제어 전극(B)에 연결되고, 상기 보조 스위치의 기준 전극은 관련 메인 스위치(T1)의 기준 전극(E)에 연결된다. 상기 보조 스위치(T11;T22)의 제어 전극과 관련 메인 스위치(T1)의 작동 전극(C) 사이에 커패시터(C11)가 배치된다. 상기 메인 스위치(T1)가 오프 상태에서 온 상태로 전이되는 동안 상기 커패시터(C11)가 방전될 수 있도록, 하나의 방전 유닛(D11)이 상기 보조 스위치의 제어 전극과 기준 전극 사이에 배치된다.

Description

회로 장치 {CIRCUIT ARRANGEMENT}
도 1a는 선행 기술에 공지된 프리휠링 다이오드를 가진, 초기 상태에 대한 d일부 변수를 결정하기 위한 전력 트랜지스터의 배선을 도시하고,
도 1b는 도 1a의 전력 트랜지스터의 스위치-오프 과정 동안 컬렉터 전류(Ic), 컬렉터-이미터 전압(UCE), 베이스-이미터 전압(UBE) 및 베이스 전류(IB)의 시간적 진행을 도시하고,
도 2a는 본 발명에 따른 회로 장치의 가장 간단한 실시예를 도시하고,
도 2b는 도 2a의 회로 장치의 스위치-오프 과정 동안 컬렉터 전류(Ic), 컬렉터-이미터 전압(UCE), 베이스-이미터 전압(UBE) 및 베이스 전류(IB)의 시간적 진행을 도시하고,
도 3은 본 발명에 따른 회로 장치에 대한 기본 회로도를 도시하고,
도 4는 방전 유닛에 대한 회로의 실시예를 도시하고,
도 5는 예컨대 전류 인버터에서 사용되는 본 발명에 따른 2개의 회로 장치를 가진 회로의 실시예를 도시하고,
도 6은 도 5의 회로 실시예의 각종 변수들의 시간적 진행을 나타낸다.
*도면의 주요 부호 설명*
A11 : 반포화 유닛 B : 제어 전극
C : 작동 전극 C11, C22 : 커패시터
D1 : 회복 다이오드 E : 기준 전극
D11,D22,E11 : 방전 유닛 T1, T2 : 메인 스위치
T11, T22 : 보조 스위치
본 발명은 기준 전극, 제어 전극 및 작동 전극을 가진 적어도 하나의 전기 메인 스위치 및 각각의 메인 스위치의 메인 흐름 방향에 역병렬로 접속된 프리휠링 다이오드를 가진 회로 장치에 관한 것이다.
일반적으로 일렉트로닉스에서, 그러나 특히 파워 일렉트로닉스에서는 가능한 한 가장 작은 공간을 차지하면서, 가능한 한 가장 높은 전력을 처리할 수 있는 것이 요구된다. 이것은 전력 손실이 열로 변환되고, 그 결과 (더 큰) 냉각 바디 및 더 큰 하우징 설계가 요구되기 때문에, 부수적인 전력 손실을 최소로 유지한다는 요구와 관련된다. 외부 제어 및 셀프 제어된 트랜지스터 인버터에서, 예컨대 부수적인 전력 손실이 적으면 적을수록, 트랜지스터의 스위칭이 진행되는 속도 및 해석은 더 빨라진다. 특히 바이폴라 스위칭 트랜지스터가 사용될 경우, 짧은 스위칭 과정을 달성하기는 매우 어렵다. 본 발명이 전계 효과 트랜지스터를 가진 회로에 적용되지만, 본 발명에 따른 문제 및 그 해결은 이하에서 바이폴라 트랜지스터에 대한 실시예에서 기술된다.
우선 도 1a와 관련하여 본 발명의 기본을 이루는 문제가 제시된다. 도 1a는 선행 기술에 공지된 전력 스위칭 트랜지스터(T1)의 표준 상태를 도시하고, 이 경우 바이폴라 트랜지스터에 하나의 프리휠링 다이오드(D1)가 역병렬로 접속된다. 외부로부터 접근할 수 있는 트랜지스터의 3개의 단자에서, 컬렉터(작동 전극)는 C로, 베이스(제어 전극)는 B로, 이미터(기준 전극)는 E로 표기된다. 상기 컬렉터와 상기 이미터 사이에 강하하는 전압은 UCE로, 상기 베이스와 상기 이미터 사이에 강하하는 전압은 UBE로, 상기 컬렉터에 흐르는 전류는 IC로, 상기 베이스에 흐르는 전류는 IB로 표기된다. 상기 컬렉터와 베이스 사이에 기생 커패시턴스, 소위 밀러 커패시턴스(CCB)가 존재한다. 이것은 상응하는 방식으로 전계 효과 트랜지스터에도 해당된다. 스위칭 과정 동안 발생하는 중요한 전력 손실은 IC·UCE에 의해 결정된다. 도 1b에서 상기 두 개의 변수의 진행뿐만 아니라, 베이스-이미터 전압(UBE) 및 베이스 전류(IB)의 진행이 시간에 대해 나타난다. 비교적 손실이 없어 바람직한 스위칭 과정은 UCE가 상승하기 시작하자마자, 컬렉터 전류(IC)가 급격히 떨어지는 것을 특징으로 한다. 도 1a 및 도 1b에 따른 회로용으로 제시된 변수(IC 및 UCE)의 시간적 진행은 다음의 이유로 이러한 조건을 충족시키지 못한다. 즉 먼저 트랜지스터(T1)의 이미터가 접지에 접속된다고 가정한다. 따라서 상기 컬렉터의 전압, 즉 UCE가 상승한다면, 밀러 커패시턴스(CCB)에 의한 충전 전류 및 베이스 단자의 전압과 관련한 "완만함"에 의해 베이스 전압(UBE )이 "종속적으로 동작"되고, 즉 UBE가 감소하는 대신 증가한다(도 1b의 원 참조). 베이스 트리거링이 소위 전류원 특징을 갖기 때문에, 밀러 커패시턴스(CCB)로 충전된 전류는 부궤환(negative feedback)되어 상기 트랜지스터(T1)의 베이스 전극에 작용한다. UCE가 이미 증가하는 반면에, 실제로 IC는 거의 가장 높은 강도를 나타냄으로써, 상기 스위칭 과정의 속도는 급격히 느려진다. 이것은 또한 스위치-오프 과정에서 전류(IC)의 볼록한 커브 진행에 의해 명확해진다. 부호 A를 가진 빗금친 영역은 이미 트랜지스터가 '스위치 오프'되었음에도 불구하고 상기 트랜지스터를 통해 여전히 흐르는 전하에 상응한다. 메인 스위치의 작동 전극에 연결된 옴의 유도성 부하를 통한 전류(IL)의 진행은 파선으로 나타난다. 이에 따라 B 영역으로 표시된 역충전 과정을 위한 전하가 트랜지스터 커패시터(도시되지 않음)에 의해 공급된다. 영역 A와 B의 비율, 즉 역충전 전류에 대한 스위치 오프 전류의 비율은 스위치 오버 과정의 손실에 대한 치수로 간주될 수 있다. 영역 A와 B의 비율이 낮으면 낮을수록, 스위치 오버 과정에서 발생하는 손실은 더 낮아진다.
지금까지 이러한 스위치 오프 과정의 가속 방식은 한편으로는 100 Ω보다 작은 크기의 저항기를 베이스-이미터 경로에 병렬로 연결하고, 다른 한편으로는 10 nF 이하의 커패시턴스 및 100 Ω 이하의 저항기를 가진 커패시터를 포함한 직렬 회로를 베이스-이미터 경로에 병렬로 연결하는 것을 제공했다. 그러나 스위치 오프 손실이 예전과 마찬가지로 여전히 크기 때문에, 상기 방식의 결과는 만족스럽지 못하다.
따라서 본 발명의 목적은 서두에 언급된 회로 장치를 메인 스위치의 스위치 오프 과정에서 발생하는 손실이 최대한 줄어드는 방식으로 개량하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 각각의 메인 스위치에 하나의 전기 보조 스위치가 할당되고, 상기 보조 스위치의 작동 전극은 관련 메인 스위치의 제어 전극에 연결되고, 상기 보조 스위치의 기준 전극은 관련 메인 전극의 기준 전극에 연결되고, 상기 보조 스위치의 제어 전극과 관련 메인 스위치의 작동 전극 사이에 적어도 하나의 커패시터가 배치되고, 상기 메인 스위치가 오프 상태에서 온 상태로 전이되는 동안 적어도 하나의 커패시터가 방전될 수 있는 방식으로, 상기 보조 스위치의 제어 전극과 기준 전극 사이에 하나의 방전 유닛이 배치된다.
본 발명에 따른 실시예는 메인 스위치의 작동 전극에서의 전압 상승이 커패시터를 통해 보조 스위치의 제어 전극으로 전달될 수 있다는 인식을 이용한다. 보조 스위치를 적합하게 선택할 경우에 커패시터의 충전 과정은 온(0n) 상태로의 스위치 전이를 진행시킨다. 상기 보조 스위치의 작동 전극이 메인 스위치의 제어 전극과 연결되기 때문에, 이것에 의해 활성 전하 캐리어가 메인 스위치의 제어 전극으로부터 유인된다. 이 때문에 메인 스위치의 스위치 오프 과정을 지연시키는 밀러 커패시턴스(CCB)의 영향이 저지될 수 있다. 이것에 의해 스위치 오프 과정은 현저하게 가속되고, 또한 선행 기술 방식에서보다 손실이 현저하게 줄어들게 된다. 방전 유닛은 스위치 오프 과정 사이에 커패시터를 방전하는데 사용됨으로써, 상기 커패시터는 이어지는 스위치 오프 과정에서 다시 이용 가능하고, 즉 다시 충전될 수 있다.
가장 간단한 실시예에서 상기 방전 유닛은 싱글 저항기로 이루어진다. 대안적인 실시예에서, 방전 유닛은 바람직하게 쇼트키 다이오드, 제너 다이오드, 또는 pn 다이오드 형태로 하나의 방전 다이오드를 포함하고, 상기 방전 다이오드에 적어도 하나의 저항기가 직렬 및/또는 병렬로 접속될 수 있다. 상기 방전 유닛은 스위치 오프 입력 단자를 가질 수 있고, 이것을 통해 보조 스위치를 온(On) 상태로 전환하는 신호가 인가될 수 있다. 바람직하게 보조 스위치의 제어 전극과 스위치 오프 입력 단자의 접속은 하나의 셧-다운(SHUT-DOWN) 다이오드를 포함하고, 상기 다이오드는 보조 스위치의 제어 전극과 관련하여 방전 다이오드처럼 방향 설정된다. 상기 셧-다운(SHUT-DOWN) 다이오드는 pn 다이오드 또는 쇼트키 다이오드로 구현될 수 있다.
상기 방전 유닛은 하나의 센스 출력 단자를 가질 수 있으며, 상기 단자는 보조 스위치의 제어 전극과 연결됨으로써, 상기 센스 출력 단자를 통해 메인 스위치 및/또는 보조 스위치의 스위칭 상태가 문의될 수 있다. 전위 이동을 위한 적어도 하나의 커패시터가 센스 출력 단자와 보조 스위치의 제어 전극 사이에 배치될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 회로 장치는 반포화(antisaturation) 유닛을 가질 수 있고, 상기 반포화 유닛은 보조 스위치의 작동 전극과 제어 전극 사이에 배치되고, 보조 스위치의 제어 전극의 포화를 방지한다. 가장 간단한 실시예에서 상기 반포화 유닛은 싱글 저항기로 구현될 수 있고, 상기 싱글 저항기는 보조 스위치의 제어 전극이 포화될 경우에 전하 캐리어가 보조 스위치의 작동 전극으로 흘러갈 수 있도록 배치된다. 대안적인, 특히 바람직한 실시예에서 상기 반포화 유닛은 하나의 반포화 다이오드를 가질 수 있고, 상기 반포화 다이오드는 동일한 목적을 실행하도록 배치된다. 이 경우 상기 반포화 다이오드는 pn 다이오드 또는 쇼트키 다이오드로 구현될 수 있고, 상기 반포화 다이오드에 적어도 하나의 저항기가 직렬 및/또는 병렬로 접속될 수 있다.
상기 메인 스위치는 바이폴라 트랜지스터로 구현될 수 있지만, 관련 프리휠링 다이오드와 함께 MOSFET으로 구현될 수도 있다. 보조 스위치로서 다음이 고려될 수 있다. 즉 바이폴라 트랜지스터, 컬렉터에 직렬 다이오드를 가진 바이폴라 트랜지스터, MOSFET 또는 드레인에 직렬 다이오드를 가진 MOSFET이 고려되고, 만약 직렬 다이오드가 사용된다면, 그 방향은 전류 흐름이 관련 보조 스위치의 메인 흐름 방향으로 흐를 수 있도록 설정된다. 상기 직렬 다이오드는 바람직하게 쇼트키 다이오드 형태이다.
또한, 본 발명은 적어도 하나의 제 1 및 제 2 회로 장치를 가진 브리지 회로를 포함하고, 제 2("상부") 회로 장치의 메인 스위치의 기준 전극을 제 1("하부") 회로 장치의 메인 스위치의 작동 전극과 접속함으로써 브리지가 형성되고, 경우에 따라 추가 부품이 삽입되기도 한다. 상기 방식의 브리지 회로는 부하의 작동을 위한 프리-러닝(free-running) 발진기 회로의 일부가 될 수 있고, 또한 상기 브리지 회로는 제 1 및 제 2 회로 장치의 메인 스위치의 제어 전극으로 부하 전류를 피드백하기 위한 스위칭 제어 장치를 가질 수 있고, 각각의 메인 스위치의 제어 전극은 각각의 단자 라인에 의해 스위칭 제어 장치에 연결되고, 두 개의 단자 라인은 적어도 하나의 소위 베이스 브리지 커패시터를 통해 서로 연결된다. 상기 스위칭 제어 장치는 제어 변압기로 형성될 수 있다. 상기 베이스 브리지 커패시터는 각각의 메인 스위치의 제어 전극 및/또는 각각의 메인 스위치의 제어 전극을 향한 스위칭 제어 장치의 출력부에 직접 연결될 수 있다.
추가의 바람직한 실시예는 종속항에 제시될 수 있다.
실시예는 첨부된 도면을 참고로 하여 더 자세히 기술된다.
도 2a는 본 발명에 따라 확대된 도 1a의 회로 장치를 도시하고, 이하에서, 트랜지스터(T1)와 관련하여 컬렉터는 작동 전극이고, 베이스는 제어 전극이고, 이미터는 기준 전극이며, 트랜지스터(T11)와 관련하여 컬렉터는 작동 전극이고, 베이스는 제어 전극이고, 이미터는 기준 전극이며, 보조 스위치로서 상기 트랜지스터(T1)에 트랜지스터(T11)가 할당되고, 그 작동 전극은 트랜지스터(T1)의 제어 전극에 연결된다. 상기 트랜지스터(T11)의 이미터는 트랜지스터(T1)의 기준 전극에 연결된다. 상기 트랜지스터(T11)의 제어 전극은 한편으로는 커패시터(C11)를 통해 상기 트랜지스터(T1)의 작동 전극에 연결되고, 다른 한편으로는 방전 다이오드(D11)를 통해 2 개의 트랜지스터의 기준 전극들에 연결된다.
도 2a의 회로 장치의 기능 : UCE가 상승하기 시작하자마자, 보조 트랜지스터(T11)의 베이스는 정궤환(positive feedback) 커패시터(C11)를 충전하는 전류에 의해 관류된다. 이것에 의해 상기 보조 트랜지스터(T11)가 작동되어, 메인 트랜지스터(T1)의 베이스는 낮은 저항을 갖는 상기 보조 트랜지스터(T11)의 이미터에 연결된다. 이것에 의해, 전하 캐리어는 상기 보조 트랜지스터(T11)를 통해 상기 메인 트랜지스터(T1)의 컬렉터-베이스 전이로부터 유출된다.
도 2b와 관련하여, 상기 배선 설비로 인해 도 1a에 따른 회로 장치에서보다 스위치 오프 과정에서의 손실이 현저하게 낮아지게 된다. 도 2b에서 T1의 컬렉터-베이스 전이로부터의 전하 캐리어 유출은 베이스 전류(IB) 진행의 역상 피크에서, 정확히 UCE가 증가하기 시작하는 지점에서 검출될 수 있다. 동일한 시점에서 베이스-이미터 전압은 거의 0 볼트가 된다(도 2b의 원). 두 개의 조치와 함께, 즉 메인 트랜지스터(T1)의 베이스로부터의 전하 캐리어 유출과 거의 0 볼트의 메인 트랜지스터(T1)의 베이스-이미터 전압(UBE)의 클램핑에 의해 스위치 오프 과정의 현저한 가속이 야기된다. 도 1b의 스위치 오프 과정과 비교하여, 컬렉터 전류(IC)의 커브 진행은 이제 오목한 형태를 나타낸다. 상기 컬렉터-이미터 전압(UCE)이 여전히 낮은 한, 상기 전류(IC)는 이미 용인할 수 있는 값으로 되돌아간다. A' 영역과 B' 영역의 비율은 실질적으로 더 작아지고, 이것은 스위치 오프 과정에서 현저하게 낮은 손실을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 회로 장치(10)의 기본 회로도를 나타낸다. 도면의 오른쪽에 나타난 단자에서 단자(1)는 메인 스위치(T1)의 작동 전극이고; 단자(2)는 메인 스위치(T1)의 제어 전극 및 보조 스위치(T11)의 작동 전극이고; 단자(3)는 보조 스위치(T11)의 제어 전극이고; 단자(4)는 방전 유닛(E11)의 셧-다운 입력 단자이고; 단자(5)는 방전 유닛(E11)의 센스-출력 단자이고; 단자(6)는 메인 스위치(T1)뿐만 아니라 보조 스위치(T11)에 대한 기준 전극을 나타낸다. 프리휠링 다이오드(D1)는 메인 스위치(T1)에 역병렬로 접속된다. 상기 정궤환 커패시터(C11)는 이미 설명한 바와 같이 메인 스위치(T1)의 작동 전극과 보조 스위치(T11)의 제어 전극 사이에 배치된다. 상기 방전 유닛(E11)은 보조 스위치(T11)의 제어 전극과 양 스위치의 기준 전극 사이에 배치된다. 메인 스위치의 제어 전극 또는 보조 스위치의 작동 전극과 보조 스위치의 제어 전극 사이에 하나의 반포화 회로(A11)가 제공될 수 있고, 상기 반포화 회로에 대해서는 다음에 더 자세히 기술하겠다.
상기 메인 스위치(T1)는 바이폴라 트랜지스터로 구현될 수 있다. 메인 스위치(T1)와 회복 다이오드(D1)의 결합은 MOSFET으로 구현될 수 있고, MOSFET의 바디 다이오드는 프리휠링 다이오드(D1)의 기능을 갖는다.
보조 스위치(T11)는 바이폴라 트랜지스터일 수 있고, 컬렉터에 직렬 다이오드를 가진 바이폴라 트랜지스터, MOSFET 또는 드레인에 직렬 다이오드를 가진 MOSFET일 수 있으며, 만약 직렬 다이오드가 사용된다면, 그 방향은 전류 흐름이 관련 보조 스위치(T11)의 메인 흐름 방향으로 흐를 수 있도록 설정된다. 보조 스위치(T11)의 직렬 다이오드는 pn 다이오드 또는 바람직하게 쇼트키 다이오드일 수 있다. 상기 방전 유닛(E11)의 간단한 실시예는 이미 도 2a와 관련하여 제시되었다. 상기 방전 유닛은 쇼트키 다이오드, 제너 다이오드 또는 pn 다이오드 형태일 수 있다. 그 기능은 메인 스위치(T1)가 다음번에 턴 오프 되기 전, 커패시터(C11)의 방전을 가능하게 하는 것이다.
도 4는 상기 방전 유닛(E11)의 추가 실시예를 나타낸다. 이러한 실시예에서 셧-다운 입력 단자(SD)는 다이오드(DSD)를 통해, 보조 스위치(T11)의 제어 전극에 접속된 방전 유닛의 출력부에 연결된다. 상기 스위치 오프 다이오드(DSD)는 pn 다이오드 또는 쇼트키 다이오드로 구현될 수 있다. 상기 스위치 오프 입력부(SD)를 통해 보조 스위치(T11)는 외부로부터 턴 온 될 수 있다. 이것에 의해 메인 스위치(T1)의 트리거링이 단락 된다. 이것은 예컨대 이 회로의 부품이 포화상태가 되거나, 회로가 너무 가열되는 경우에, 안전 차단을 위해 스위치 오프 출력부를 사용 가능하게 한다. 전하 캐리어가 의도한 대로 보조 스위치(T11)의 제어 전극으로 흘러나가지 않고, 스위치 오프 입력 단자로부터 유출되는 경우와 같이, 상기 다이오드(DSD)는 정궤환 커패시터(C11)의 정궤환 기능이 셧-오프 입력 단자(SD)에 의해 약화되는 것을 방지한다.
또한, 도 4에 따른 방전 유닛(E11)은 하나의 센스 출력 단자를 가지고, 상기 센스 출력 단자에 의해 상기 방전 유닛의 상태 및 이에 따라 메인 스위치 및/또는 보조 스위치의 스위칭 상태가 문의될 수 있다. 센스 출력 단자의 전위를 소정의 레벨로 이동시키기 위해, 하나의 커패시터(CS11)가 제공될 수 있다. 상기 센스 출력 단자는 특히 소프트 스위칭 및 외부에서 제어된 반 브리지에 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 회로 장치는 예컨대 강압 컨버터, 승압 컨버터, 벅-부스트 컨버터, 역률 보정 회로, 쿠크 컨버터 등, 특히 전기 램프용 작동 장치를 포함하는 수많은 종류의 회로에 사용될 수 있다. 예컨대 도 5는 본 발명에 따른 두 개의 회로 장치가 저 전압-할로겐 백열 램프의 작동을 위해 셀프 제어되는, 즉 자기 발진 인버터에서 사용되는 것을 도시한다. 상기 인버터는 본 발명에 따른 제 1 및 제 2의 회로 장치(10a 및 10b)를 포함한다. 각각의 상기 회로 장치는 하나의 메인 스위치(T1, T1), 하나의 보조 스위치(T11, T22), 하나의 프리휠링 다이오드(D1, D2), 하나의 방전 다이오드(D11, D22), 하나의 정궤환 커패시터(C11, C22)를 포함한다. 양 메인 스위치(T1, T2)의 제어 전극 사이에 소위 베이스 브리지 커패시터(CBB)가 접속되고(파선으로 표시되고, 선택적이다), 상기 베이스 브리지 커패시터는 베이스를 오픈 하거나 트랜지스터를 턴 온 시키기 위해 가급적 너무 빨리 일어나는 전류를 소위 "끌어내는데" 사용된다. 상기 베이스 브리지 커패시터에 대한 자세한 실시예는 DE 197 28 295 A1에 제시되고(본 발명의 발명자와 동일함), 상기 공개 특허는 참조로서 본 발명에 포함된다. 양 보조 트랜지스터(T11, 및 T12)는 원칙적으로 스위치 오프 과정에서 상기 베이스 브리지 커패시터의 감속 효과를 없애는 추가의 장점을 가진다. 양 메인 스위치의 트리거링을 위해 제어 변압기(STR)가 사용되고, 상기 변압기의 1차 권선을 통해 전류(IMP)가 흐르고, 상기 변압기의 2차 권선은 양 메인 스위치(T1 및 T2)의 제어 입력부에 연결된다. 여기서 부하는 변압기에 의해 결합된 램프로 형성되고, 전류(IMP)가 흐르는 변압기의 권선은 한편으로는 제어 변압기(STR)의 1차 권선(STR)과 연결되고, 다른 한편으로는 커플링 커패시터(CK1 및 CK2)와 연결된다. 상기 커플링 커패시터(CK2)는 트랜지스터(T2)의 작동 전극에 연결되고, 상기 커플링 커패시터(CK1)는 트랜지스터(T1)의 기준 전극에 연결된다. 로드 코어 초크(L)의 기능은 본 발명을 이해하는 데 있어서는 중요하지 않으며, 이에 대한 상세는 DE 44 36 465 A1에서 찾을 수 있다.
도 6을 참조로 본 발명의 기능을 더 자세히 설명하기 위해, 다음의 변수들이 제시된다. 즉 UHBMP는 반 브리지 중심점에서의 전압을 나타낸다. 방전 다이오드(D11)에서의 약간의 전압 강하에 의해, UHBMP는 전압(UC11)과 거의 동일하며, 이것으로 정궤환 커패시터(C11)가 충전된다. 회로의 양극에 230 VDC의 전압이 인가된다. 전형적인 실시예에서 UHBMP에 대해 가능한 가장 높은 값은 230 V이고, 교대로 스위치 온 되는 메인 스위치-트랜지스터(T1 및 T2)의 낮은 임피던스에 의해, UHBMP는 이하 설명에 있어서 제 1 가이드 변수가 된다.
제 2 가이드 변수는 전력 변압기(LU)의 1차 권선을 통과하는 전류(IMP)이다. 상기 변수(IMP)는 넓은 진폭 및 W =(L/2)*I2에 의해, 도 5의 장치 내에서 가장 큰 교류 에너지량을 갖는다. 이 장치에서 IL1을 제외한 모든 다른 전류들은 IMP에 직접적 또는 간접적으로 좌우된다. 전압은 CK1와 CK2에 걸리는 전압은 총 230 V가 되고, IMP가 순수 교류 전류가 되도록 설정된다. 만약 메인 스위치(T1)가 양의 방향으로 안내된다면, ICT1 = IMP가 된다.
트리거 변압기(STR)의 자화 인덕턴스가 본 스위칭 주파수에서 작동하지 않는다는 가정 하에서, 제어 변압기(STR)의 권선 비율로 정해지는 메인 전류(IMP)의 미소부분은 메인 스위치(T1)가 전도될 수 있는 한, 전류(ISTR1)로서 "낮은 2차 권선"에 정확하게 전달된다. 제어 변압기(STR)의 권선 방향에 의해 첫째, 전류의 정궤환이 나타나고, 둘째, 푸시-풀(push-pull) 모드, 즉 T1 및 T2가 교대로 턴 온 된다. 이것에 의해 T2 가 턴 온 되어야하는 경우 IMP의 동일한 미소부분은 상술한 바와 같이 IStr2로서 "상부 2차 권선"으로 전달된다.
IStr1가 T1을 트리거링하는데 기여하는 정도는 발진 역전 코일(L1)로 흐르는 IL1의 적절한 값만큼 줄어든다. ICT11 = 0이고, UHBMP가 간헐적으로 일정한 한, 다음 식이 적용된다.
IBT1 = IStr1-IL1
삭제
다른 국면에서, 즉 스위치 오버 과정이 일어나는 동안, 즉 상기 UHBMP가 시간적으로 변화하는 동안, 메인 스위치(T1)에 대한 트리거 전류(IBT1)는 보조 스위치 컬렉터 전류(ICT11)만큼 줄어들고, 베이스 브리지 커패시터 전류(ICBB)만큼 상승한다. 따라서 다음 식이 적용된다.
IBT1 = IStr1-IL1 + ICBB + ICT11
삭제
상기 발진 역전 코일(L1)이 메인 스위치(T1)의 베이스-이미터 경로에 직접 병렬로 접속되기 때문에, 제 3 독립 변수(IL1)는 단지 상기 발진 역전 코일(L1)의 인덕턴스 및 메인 스위치의 제어 전압(UBT1)에 의해서만 결정된다. T1이 트리거되는 한, 즉 UBT1이 양일 경우, IL1은 램프(ramp)형으로 상승한다. T2가 트리거되는 한, 트리거링 변압기(STR)의 권선 방향 때문에, 상부 메인 스위치의 제어 전압은 더 낮은 쪽으로 전도되고, 즉 UBT1이 음일 경우, IL1은 램프형으로 감소한다. 이것에 의해 IL1의 3각형 진로가 생성된다.
DE 44 36 465 A1 과는 대조적으로 여기서 상기 발진 역전 코일(L1)은 직접 접지된다. 이러한 부품의 필수 기능은 이것에 의해 영향을 받지 않는다.
상기 UHBMP가 시간적으로 변한다면, 이에 따라 UC11도 상응하게 변한다. 이 경우 상기 커패시터(C11)에 의해 전하 전류(IC11)가 발생하고, 상기 전류는 계수 방향에 따른 양의 값에서, IBT11 형으로 보조 스위치(T11)의 베이스를 통해 흐르고, 이것을 턴 온 시키며, 음의 값에서는 ID11로서 방전 다이오드(D11)를 흐른다.
기준 전위에 대한 상기 트랜지스터(T11)의 베이스의 전압은 즉, 보조 스위치(T11)에 대한 트리거 전압은 UBT11이다. 도 6과 관련하여 이렇게 도입된 변수의 시간적 진행은 다음과 같다.
우선 도 6a는 접지와 인가된 직렬 전압 사이의 전압(UHBMP)의 연속하는 변화를 나타낸다. 상기 UHBMP의 전압 곡선의 가장자리는 '0' 이외의 다른 한정된 상승 시간 또는 하락 시간을 가진다는 점을 주의해야 한다.
도 6b는 전류 곡선(IMP)을 도시하고, 상기 곡선은 '0' 포인트에서 변동되며, 때때로 양이 되고, 때때로 음이 된다. 상기 제어 변압기(STR) 내에서의 커플링에 의해, 상기 전류(IStr1)는 전류(IMP)의 곡선에 대응된다. 상기 전류(IL1)는 거의 3각형으로 진행된다.
삭제
IBT1 = IStr1-IL1이기 때문에,
IL1 > IStr1이 되자마자, IBT1는 음이 된다. 이러한 시점에서 상기 트랜지스터(T1)의 베이스-이미터 다이오드 내의 캐리어는 능동적으로 제거되고, 따라서 상기 트랜지스터(T1)의 신속한 스위치 오프 과정이 준비된다.
도 6c에 도시된, 커패시터(C11)를 통한 전류(IC11)의 진행은 양 펄스 및 음 펄스로 이루어진다. 전압(UHBNP)의 가장자리에 이르는 동안 양 펄스가 발생되고, 전류(IBT11)로서 보조 트랜지스터(T11)의 베이스로 전달된다. 상기 형태의 양 펄스 후에, 정궤환 커패시터(C11)는 충전 상태가 된다. 음 펄스는 상기 트랜지스터(T1)가 오프 상태에서 온 상태로 전이되는 동안 감소하는 전압(UHBMP)에서 발생하며, 상기 전압은 다이오드(D11)를 통해 커패시터(C11)로 흐르는 방전 전류의 소스이다. 이것에 의해 상기 커패시터(C11)는 방전되고, 상기 트랜지스터(T1)의 다음번 턴 온 과정시 재차 정궤환이 나타난다.
도 6d는 전압(UBT11)의 진행을 도시하고, 상기 전압은 상기 트랜지스터(T11)에서의 베이스-이미터 전압에 상응한다. 음 펄스는 다이오드(D11)가 전도 상태일 때 이 다이오드(D11)에서 하강하는 전압에 상응하는 반면, 양 펄스는 온(on) 상태의 트랜지스터(T11)의 베이스-이미터 전압에 상응한다.
서두에 언급된 회로 장치가 메인 스위치의 스위치 오프 과정에서 발생하는 손실이 최대한 줄어드는 방식으로 개량된다.

Claims (23)

  1. 기준 전극(E), 제어 전극(B) 및 작동 전극(C)을 가진 적어도 하나의 전기 메인 스위치(T1;T2), 및
    상기 각각의 메인 스위치(T1;T2)의 메인 흐름 방향에 역병렬로 접속된 프리휠링 다이오드(D1;D2)를 가진 회로 장치로서,
    상기 각각의 메인 스위치(T1;T2)에 하나의 전기 보조 스위치(T11;T22)가 할당되고, 상기 보조 스위치의 작동 전극은 관련 메인 스위치(T1;T2)의 제어 전극(B)에 연결되고, 상기 보조 스위치의 기준 전극은 관련 메인 스위치(T1;T2)의 기준 전극(E)에 연결되고, 상기 보조 스위치(T11;T22)의 제어 전극과 상기 관련 메인 스위치(T1;T2)의 작동 전극(C) 사이에 적어도 하나의 커패시터(C11;C22)가 배치되고,
    상기 메인 스위치(T1;T2)가 오프 상태에서 온 상태로 전이되는 동안, 상기 적어도 하나의 커패시터(C11;C22)가 방전될 수 있도록, 하나의 방전 유닛(E11;D11; D22)이 상기 보조 스위치의 제어 전극과 기준 전극 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방전 유닛은 하나의 셧-다운 입력 단자(SD)를 갖고, 상기 셧-다운 입력 단자를 통해 상기 보조 스위치(T11)를 온(on) 상태로 전환하는 신호가 인가될 수 있는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 방전 유닛(E11)이 하나의 저항기를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 방전 유닛(E11)이 하나의 방전 다이오드(D11;D22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 방전 다이오드(D11;D22)에 적어도 하나의 저항기가 직렬 및/또는 병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 방전 다이오드(D11;D22)가 쇼트키 다이오드, 제너 다이오드 또는 pn 다이오드인 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 셧-다운 입력 단자(SD)는 상기 보조 스위치(T11)의 제어 전극에 연결되고, 상기 셧-다운 입력 단자(SD)와 상기 보조 스위치(T11)의 제어 전극 사이에 하나의 스위치 오프 다이오드(DSD)가 배치되며, 상기 스위치 오프 다이오드의 캐소드는 상기 보조 스위치의 제어 전극의 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 스위치 오프 다이오드(DSD)가 pn 다이오드 또는 쇼트키 다이오드인 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 방전 유닛(E11)은 하나의 센스 출력 단자를 포함하고, 상기 센스 출력 단자가 상기 보조 스위치(T11)의 제어 전극에 접속되어, 상기 메인 스위치 및/또는 보조 스위치의 스위칭 상태가 상기 센스 출력 단자를 통해 문의될 수 있는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 보조 스위치(T11)의 제어 전극과 상기 센스 출력 단자 사이에 적어도 하나의 커패시터(CS11)가 배치되는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 회로 장치는 하나의 반포화 유닛(A11)을 더 포함하고, 상기 유닛은 상기 보조 스위치(T11)의 작동 전극과 제어 전극 사이에 배치되며, 상기 보조 스위치(T11)의 제어 전극의 포화를 방지하는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 반포화 유닛(A11)은 하나의 반포화 저항기를 갖고, 상기 저항기는 상기 보조 스위치(T11)의 제어 전극이 포화될 경우에, 전하 캐리어가 상기 보조 스위치의 작동 전극으로 흘러갈 수 있도록 배치되는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 반포화 유닛(A11)은 하나의 반포화 다이오드를 갖고, 상기 다이오드는 상기 보조 스위치(T11)의 제어 전극이 포화될 경우에, 전하 캐리어가 상기 보조 스위치의 작동 전극으로 흘러갈 수 있도록 배치되는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 반포화 다이오드는 pn 다이오드 또는 쇼트키 다이오드인 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 반포화 다이오드에 적어도 하나의 저항기가 직렬 및/또는 병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 메인 스위치(T1;T2)가 바이폴라 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  17. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 메인 스위치(T1;T2)는 관련 프리휠링 다이오드(D1;D2)와 함께 MOSFET으로 구현되는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  18. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 보조 스위치(T11;T22)는 바이폴라 트랜지스터, 컬렉터에 직렬 다이오드를 가진 바이폴라 트랜지스터, MOSFET, 또는 드레인에 직렬 다이오드를 가진 MOSFET이고, 직렬 다이오드가 사용된다면, 그 방향은 전류 흐름이 관련 보조 스위치(T11;T22)의 메인 흐름 방향이 될 수 있도록 설정되는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 보조 스위치(T11;T22)의 직렬 다이오드가 pn 다이오드 또는 쇼트키 다이오드인 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  20. 제 1 항에 따른 적어도 제 1 및 제 2 회로 장치(10a, 10b)를 가진 브리지 회로로서,
    상기 제 1 및 제 2 회로 장치(10a, 10b)에 의해, 상기 제 2 회로 장치(10b)의 메인 스위치(T2)의 기준 전극이 상기 제 1 회로 장치(10a)의 메인 스위치(T1)의 작동 전극과 연결되는 브리지가 형성되는 것을 특징으로 하는 브리지 회로.
  21. 제 20 항에 따른 브리지 회로를 가지며, 부하를 작동시키기 위한 자기 발진기 회로로서,
    상기 발진기 회로는 상기 제 1 및 제 2 회로 장치(10b,10a)의 메인 스위치(T2,T1)의 제어 전극으로 부하 전류(IMP)를 피드백 전송하기 위한 스위칭 제어 장치(STR)를 포함할 수 있고, 상기 각각의 메인 스위치(T1;T2)의 제어 전극은 각각의 단자 라인에 의해 상기 스위칭 제어 장치(STR)에 연결되고, 상기 두 개의 단자 라인은 적어도 하나의 베이스 브리지 커패시터(CBB)를 통해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 발진기 회로.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 스위칭 제어 장치가 제어 변압기(STR)인 것을 특징으로 하는 발진기 회로.
  23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    상기 베이스 브리지 커패시터(CBB)가 상기 각각의 메인 스위치(T1;T2)의 제어 전극 및/또는 상기 각각의 메인 스위치(T1;T2)의 제어 전극을 향한 상기 스위칭 제어 장치(STR)의 출력에 직접 접속된 것을 특징으로 하는 발진기 회로.
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