KR20010039729A - 회로 장치 - Google Patents

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KR20010039729A
KR20010039729A KR1020000041558A KR20000041558A KR20010039729A KR 20010039729 A KR20010039729 A KR 20010039729A KR 1020000041558 A KR1020000041558 A KR 1020000041558A KR 20000041558 A KR20000041558 A KR 20000041558A KR 20010039729 A KR20010039729 A KR 20010039729A
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펠릭스 프란크
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타실로 다우너 ; 랄프 프레준 ; 요아힘 베르너
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) 및, 각각의 메인 스위치(T1)의 메인 전류 전도 방향으로 역병렬로 접속된 회복 다이오드(D1; D2)를 가진 회로 장치에 관한 것이고,
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 보 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 연결되고,
상기 보조 스위치(T11;T22)의 제어 전극과 관련 메인 스위치(T1)의 작동 전극(C)사이에 적어도 하나의 커패시터(C11)가 배치되고,
상기 메인 스위치(T1)가 오프 상태에서 온 상태로 전이되는 동안 상기 커패시터(C11)가 방전될 수 있도록, 하나의 방전 유닛(D11)이 상기 제어 전극과 상기 보조 스위치의 기준 전극 사이에 배치된다.

Description

회로 장치 {CIRCUIT ARRANGEMENT}
본 발명은 기준 전극, 제어 전극 및 작동 전극을 가진 적어도 하나의 전기 메인 스위치 및 각각의 메인 스위치의 메인 전류 방향으로 역병렬 접속된 프리 휠링 다이오드를 가진 회로 장치에 관한 것이다.
일반적으로 일렉트로닉스에서, 그러나 특히 파워 일렉트로닉스에서는 가능한 한 가장 작은 필요 공간에서, 가능한 한 가장 높은 전력이 처리 될 수 있는 것이 요구된다. 이것은 발생하는 전력 손실을 최소한으로 유지한다는 요구와 관련하여,전력 손실이 열로 변환되기 때문에, (더 큰)냉각 바디 및 더 큰 하우징 설계가 요구된다. 외부 제어 및 셀프 제어된 트랜지스터 인버터에서, 예컨대 발생되는 전력 손실이 낮으면 낮을수록, 트랜지스터의 스위칭 과정은 더 빨라지고 더 신속하게 진행된다. 특히 바이폴라 스위칭 트랜지스터가 사용될 경우, 짧은 스위칭 과정이 일어나기는 매우 어렵다. 본 발명이 전계 효과 트랜지스터를 가진 회로에 적용되는 데도 불구하고, 이어지는 본 발명에 따른 문제 및 해결은 바이폴라 트랜지스터에 의해 실시예에서 기술된다.
우선 도 1a 와 관련하여 본 발명의 기본을 이루는 문제가 제시된다. 도 1a 는 선행 기술에 공지된 파워 스위칭 트랜지스터(T1)의 표준 상태를 도시하고, 이 경우 바이폴라 트랜지스터에 하나의 프리 휠링 다이오드(D1)가 역병렬로 접속된다. 외부로부터 접근할 수 있는 트랜지스터의 3 개의 터미널에서, 컬렉터(작동 전극)는 C 로, 베이스(제어 전극)는 B 로, 이미터(기준 전극)는 E 로 표기된다. 상기 컬렉터와 상기 이미터 사이에 강하하는 전압은 UCE로, 상기 베이스와 상기 이미터 사이에 강하하는 전압은 UBE로, 상기 컬렉터 내로 흐르는 전류는 IC로, 상기 베이스 내로 흐르는 전류는 IB로 표기된다. 상기 컬렉터와 베이스 사이에 기생 커패시턴스가 소위 밀러 커패시턴스(CCB)로 존재한다. 이것은 상응하는 방식으로 전계 효과 트랜지스터에도 해당된다. 스위칭 과정 동안 발생하는 중요한 전력 손실은 ICx UCE의곱에 의해 결정된다. 도 1b 에 상기 두 개의 변수의 진행 뿐만 아니라, 베이스-이미터- 전압(UBE)및 베이스 전류(IB)의 진행이 시간을 통해 나타난다. 비교적 손실이 없는 소정의 스위칭 과정은 UCE가 상승되기 시작하자마자, 컬렉터 전류(IC)가 급격히 떨어지는 것으로 특징 지워진다. 도 1a 및 도 1b 에 따른 회로용으로 제시된 변수 IC및 UCE의 시간적 진행은 다음의 이유로 이러한 조건을 충족시키지 못한다. 즉 먼저 트랜지스터(T1)의 이미터가 접지에 접속된다고 가정한다. 따라서 상기 컬렉터의 전압 즉 UCE가 상승된다면, 밀러 커패시턴스(CCB)에 의한 충전 전류 및 베이스 터미널의 전압과 관련 "완만함"에 의해 베이스 전압(UBE)이 "종동"되고, 즉 UBE가 감소하는 대신 증가된다 (도 1b 의 원 참조). 베이스 트리거링이 소위 전류원 특징을 가지기 때문에, 밀러 커패시턴스(CCB)로 충전된 전류는 부궤환되어 상기 트랜지스터(T1)의 베이스 전극에 작용한다. UCE가 이미 증가하는 반면에, 실제로 IC는 거의 가장 높은 전압에 존재함으로써, 상기 스위칭 과정의 속도는 급격히 느려진다. 이것은 또한 스위치-오프 과정에서 전류(IC)의 볼록한 커브 진행에 의해 명확해진다. 부호 A 를 가진 빗금친 영역은 전하에 상응하고, 상기 전하는 이미 트랜지스터가 '스위치 오프'되었음에도 불구하고 상기 트랜지스터를 통해 흐른다. 전류(IL)의 진행이 옴의 유도성 부하에 의해 파선으로 나타나고, 상기 부하는 메인 스위치의 작동 전극에 연결된다. 따라서 B 영역으로 표시된 역충전 과정용 전하는 트랜지스터 커패시터(기술되지 않음)에 의해 공급된다. 영역 A 에서 B 의 비율, 즉 역충전 전류에 대한 스위치 오프 전류의 비율은 스위치 오버 과정의 손실에 대한 치수로 간주된다. 영역 A 에서 B 의 비율이 낮으면 낮을수록, 스위치 오버 과정에서 발생하는 손실은 더 낮아진다.
지금까지 상기 방식의 스위치 오프 과정의 가속 방식은 한편으로는 100 Ω 보다 작은 크기의 저항기를 베이스-이미터 경로에 병렬로 연결시키고, 다른 한편으로는 10 nF 이하의 커패시턴스 및 100 Ω 이하의 저항기를 가진 커패시터를 포함한 직렬 회로를 베이스-이미터 경로에 병렬로 연결시키는 것을 제공했다. 그러나 스위치 오프 과정에서의 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.
도 1a 는 선행 기술에 공지된 프리 휠링 다이오드를 가진, 초기 상태에 대한 변수를 결정하기 위한 파워 트랜지스터의 배선을 도시하고,
도 1b 는 도 1a 의 파워 트랜지스터의 스위치-오프 과정에 대한 컬렉터 전류 (Ic), 컬렉터 이미터 전압(UCE), 베이스 이미터 전압 (UBE)및 베이스 전류(IB) 의 시간적 진행을 도시하고,
도 2a 는 본 발명에 따른 회로 장치의 가장 간단한 실시예를 도시하고,
도 2b 는 도 2a 의 파워 트랜지스터의 스위치-오프 과정에 대한 컬렉터 전류 (Ic), 컬렉터 이미터 전압(UCE), 베이스 이미터 전압(UBE)및 베이스 전류(IB)의 시간적 진행을 도시하고,
도 3 은 본 발명에 따른 회로 장치에 대한 기본 회로도를 도시하고,
도 4 는 방전 유닛에 대한 회로도의 실시예를 도시하고,
도 5 는 예컨대 전류 인버터에서 사용되는 본 발명에 따른 2 개의 회로 장치를 가진 회로도의 실시예를 도시하고,
도 6 은 도 5 의 회로도 실시예에 나타난 상이한 변수의 시간적 진행을 나타낸다.
*도면의 주요 부호 설명*
A11 : 안티포화 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
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 전극사이에 적어도 하나의 커패시터가 배치되고, 상기 메인 스위치가 오프 상태에서 온 상태로 전이되는 동안 상기 커패시터가 방전될 수 있는 방식으로, 하나의 방전 유닛이 상기 제어 전극과 상기 보조 스위치의 기준 전극 사이에 배치된다.
본 발명에 따른 해결은 메인 스위치의 작동 전극에서의 전압 상승이 커패시터를 통해 보조 스위치의 제어 전극으로 전달될 수 있다는 인식이 이용된다. 보조 스위치를 적합하게 선택할 경우에 커패시터의 충전 과정은 온(0n) 상태로 전이된다. 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 나타날 수 있고, 즉 다시 충전될 수 있다.
가장 간단하게 구현할 경우에 상기 방전 유닛은 싱글 저항기로 이루어진다. 대안적인 구현시, 방전 유닛은 하나의 방전 다이오드를 포함하고, 바람직하게 쇼트키 다이오드, 제너 다이오드, 또는 pn 다이오드로 구현되고, 상기 방전 다이오드는 적어도 하나의 저항기에 직렬 및/또는 병렬로 접속될 수 있다. 상기 방전 유닛은 스위치 오프 입력 터미널을 가질 수 있고, 이것을 통해 보조 스위치를 온(On) 상태로 전환시키는 신호가 인가될 수 있다. 바람직하게 보조 스위치의 제어 전극과 스위치 오프 입력 터미널의 커넥션은 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 터미널을 가지고, 상기 터미널은 보조 스위치의 제어 전극과 연결됨으로써, 상기 센스 출력 터미널을 통해, 메인 스위치 및/또는 보조 스위치의 스위칭 상태가 문의될 수 있다. 전위 이동을 위한 적어도 하나의 커패시터가 센스 츨력 터미널과 보조 스위치의 제어 전극 사이에 배치될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 회로 장치는 안티포화 유닛을 가질 수 있고, 상기 안티포화 유닛은 보조 스위치의 작동 전극과 제어 전극 사이에 배치되고, 보조 스위치의 제어 전극의 포화를 방지시킨다. 가장 간단한 실시예에서 상기 안티포화 유닛은 싱글저항기에 의해 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 안티포화 유닛은 하나의 안티포화 다이오드를 가질 수 있고, 상기 안티포화 다이오드는 동일한 목적을 실행하도록 배치된다. 이 경우 상기 안티포화 다이오드는 pn 다이오드 또는 쇼트키 다이오드로 구현될 수 있고, 상기 안티포화 다이오드는 적어도 하나의 저항기에 직렬 및/또는 병렬로 접속될 수 있다.
상기 메인 스위치는 바이폴라 트랜지스터로 구현될 수 있고, 또한 관련 프리-휠링 다이오드와 함께 MOSFET 에 의해 구현될 수 있다. 보조 스위치에 있어서 다음이 고려될 수 있다. 즉 바이폴라 트랜지스터, 컬렉터에 직렬 다이오드를 가진 바이폴라 트랜지스터, MOSFET 또는 드레인에 직렬 다이오드를 가진 MOSFET 가 고려되고, 만약 직렬 다이오드가 사용된다면, 그 방향은 전류 흐름이 관련 보조 스위치의 메인 흐름 방향으로 흐를 수 있도록 설정된다. 상기 직렬 다이오드는 바람직하게 쇼트키 다이오드에 의해 구현된다.
또한 본 발명은 적어도 하나의 제 1 및 제 2 의 본 발명에 따른 회로 장치를 가진 브리지 회로를 포함하고, 브리지는 제 1 및 제 2 의 회로 장치에 의해, 제 2 회로 장치(상)의 메인 스위치의 기준 전극이 제 1 회로 장치(하)의 메인 스위치의 작동 전극과 연결되도록 형성되고, 경우에 따라 추가 부품이 삽입되기도 한다. 상기 방식의 브리지 회로는 부하의 작동을 위한 프리-러닝(free-running) 발진기 중에 한 부분이 될 수 있고, 또한 상기 브리지 회로는 제 1 및 제 2 회로 장치의 메인 스위치의 제어 전극으로 부하 전류를 피드 백 시키는 스위칭 제어 장치를 가질 수 있고, 각각의 메인 스위치의 제어 전극은 각각의 터미널 라인에 의해 스위칭 제어 장치에 연결되고, 두 개의 터미널 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 전극에, 및/또는 각각의 메인 스위치의 제어 전극을 향한 스위칭 제어 장치의 출력부에 각각 직접 연결될 수 있다.
추가의 바람직한 실시예는 종속항에 제시될 수 있다.
실시예는 첨부된 도면을 참고로 하여 더 자세히 기술된다
도 2a 는 도 1a 의 회로 장치를 도시하고, 본 발명에 따라 확대되고, 이하에서, 트랜지스터(T1)와 관련하여 컬렉터는 작동 전극이고, 베이스는 제어 전극이고, 이미터는 기준 전극이고, 트랜지스터(T11)와 관련하여 컬렉터는 작동 전극이고, 베이스는 제어 전극이고, 이미터는 기준 전극이다. : 상기 트랜지스터(T1)에 보조 스위치로서 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 2a 의 회로 장치의 기능 : UCE가 상승되기 시작하자마자, 보조 트랜지스터(T11)의 베이스는 정궤환 커패시터(C11)가 충전된 전류에 의해 관류된다. 이것에 의해 상기 보조 트랜지스터(T11)가 작동되고, 이것에 의해 메인 트랜지스터(T1)의 베이스는 낮은 저항으로 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 2b 와 관련하여, 상기 배선 설비로 인해 도 1a 에 따른 회로 장치에서보다 스위치 오프 과정에서의 손실이 현저하게 낮아지게 된다. : 도 2b 에서 T1 의 컬렉터-베이스 전이로부터 전하 캐리어의 유출은 베이스 전류(IB) 진행의 역상 피크에서 검출될 수 있으며, 정확히 UCE가 증가하기 시작하는 지점이다. 동일한 시점에서 이미터-베이스 전압은 거의 0 볼트가 된다(도 2b 의 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 1b 의 스위치 오프 과정과 비교하여, 컬렉터 전류 (IC)의 커브 진행은 이제 오목한 형태를 나타낸다. 상기 컬렉터-이미터 전압(UCE)이 여전히 낮은 경우에, 상기 전류(IC)는 이미 용인할 수 있는 값으로 되돌아간다. A' 영역에서 B' 영역까지의 비율은 실질적으로 더 작고, 이것은 스위치 오프 과정에서의 현저하게 낮은 손실을 나타낸다.
도 3 은 본 발명에 따른 회로 장치(10)의 기본 회로도를 나타낸다. 도면의 오른쪽에 나타난 터미널에서 터미널 1 은 메인 스위치(T1)의 작동 전극이고; 터미널 2 는 메인 스위치(T1)의 제어 전극 또는 보조 스위치(T11)의 작동 전극이고; 터미널 3 은 보조 스위치(T11)의 제어 전극이고; 터미널 4 는 방전 유닛(E11)의 셧-다운 입력 터미널이고; 터미널 5 는 방전 유닛(E11)의 센스-출력 터미널이고; 터미널 6 은 메인 스위치(T1)뿐 만 아니라 보조 스위치(T11)에 대한 기준 전극을 나타낸다. 프리 휠링 다이오드(D1)는 메인 스위치(T1)에 역병렬로 접속된다. 상기 정궤환 커패시터(C11)는 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 안티포화 회로(A11)가 제공되고, 상기 안티포화 회로에 대해서는 다음에 더 자세히 기술하겠다.
상기 메인 스위치(T1)는 바이폴라 트랜지스터로 구현될 수 있다. ; 메인 스위치(T1)의 콤비네이션 및 회복 다이오드(D1)는 MOSFET 에 의해 구현될 수 있고, MOSFET 의 바디 다이오드는 프리-휠링 다이오드(D1)의 기능을 전달받는다.
보조 스위치(T11)는 바이폴라 트랜지스터일 수 있고, 컬렉터에 직렬 다이오드를 가진 바이폴라 트랜지스터, MOSFET 또는 드레인에 직렬 다이오드를 가진 MOSFET 일 수 있고, 만약 직렬 다이오드가 사용된다면, 그 방향은 전류 흐름이 관련 보조 스위치(T11)의 메인 흐름 방향으로 흐를 수 있도록 설정된다. 상기 직렬 다이오드는 pn 다이오드 또는 바람직하게 쇼트키 다이오드일 수 있다. 상기 방전 유닛(E11)의 간단한 실시예는 이미 도 2a 와 관련하여 제시되었다. 상기 방전 유닛은 쇼트키 다이오드, 제너 다이오드 또는 pn 다이오드로 구현될 수 있다. 그 기능은 메인 스위치(T1)가 다음 번에 턴 오프 되기 전, 커패시터(C11)의 방전을 가능하게 하는 것이다.
도 4 는 상기 방전 유닛(E11)의 추가 실시예를 나타낸다. 이러한 실시예에서 셧-다운 입력 터미널(SD)은 다이오드(DSD)를 통해, 보조 스위치(T11)의 제어 전극에 접속된 방전 유닛의 출력부에 연결된다. 상기 셧-다운 다이오드(DSD)는 pn 다이오드 또는 쇼트키 다이오드로 구현될 수 있다. 상기 셧-다운 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 회로의 부품이 포화상태가 되거나, 또는 회로가 너무 가열되는 경우에, 안전 차단을 위해 셧-다운 출력부를 사용 가능하게 한다. 전하 캐리어가 의도한 대로 보조 스위치(T11)의 제어 전극으로 흘러나가지 않고, 셧-다운 입력부 터미널로부터 유출되는 경우에, 상기 다이오드(DSD)는 정궤환 커패시터(C11)의 정궤환 기능이 셧-다운 출력부 터미널(SD)에 의해 약화되는 것을 방지한다.
또한 도 4 에 따른 상기 방전 유닛(E11)은 하나의 센스 출력부 터미널을 가지고, 상기 센스 출력부 터미널에 의해 상기 방전 유닛의 상태 및 메인 스위치 및/또는 보조 스위치의 스위칭 상태가 문의될 수 있다. 센스 출력부 터미널의 전위를 소정의 레벨로 이동시키기 위해, 하나의 커패시터(CS11)가 제공될 수 있다. 상기 센스 출력부 터미널은 특히 소프트 스위칭 및 외부에서 제어된 반 브리지에서 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 회로 장치는 예컨대 강압 컨버터, 승압 컨버터, 벅-부스트 컨버터, 역률 보정 회로, 쿠크 컨버터 등 수 많은 종류의 회로에서 사용될 수 있고, 특히 전기 램프용 작동 장치에서 사용된다. 예컨대 도 5 는 본 발명에 따른 두 개의 회로 장치가 저 전압-할로겐 램프의 작동을 위한 셀프 제어되는 즉, 자려 인버터에서 사용되는 것을 도시한다. 상기 인버터는 본 발명에 따른 제 1 및 제 2 의 회로 장치(10a 및 10b)를 포함한다. 각각의 상기 회로 장치는 하나의 메인 스위치(T1, T1), 하나의 보조 스위치(T11, T22), 하나의 프리 휠링 다이오드(D1, D2), 하나의 방전 유닛(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, 임의적이다), 상기 베이스 브리지 커패시터는 베이스를 오픈 하거나 트랜지스터를 턴 온 시키기 위해 가급적 너무 빨리 세팅된 전류를 소위 "빼내는데" 사용된다. 상기 베이스 브리지 커패시터에 대한 자세한 실시예는 DE 197 28 295 A1 에 제시되고(본 발명의 발명자와 동일함), 상기 공개 특허는 참고되어 본 발명에 수용된다. 양 보조 트랜지스터(T11, 및 T12)는 원칙적으로 스위치 오프 과정에서 상기 브리지 베이스 커패시터의 감속 효과를 없애는 추가의 장점을 가진다. 양 메인 스위치의 트리거링을 위해 제어 변압기(STR)가 사용되고, 상기 변압기의 제 1 차 권선을 통해 전류(IMP)가 흐르고, 상기 변압기의 제 2 차 권선은 양 메인 스위치(T1 및 T2)의 제어 입력부에 연결된다. 부하는 본 경우에 변압기에 의해 결합된 램프에 의해 형성되고, 전류(IMP)에 의해 관류되는 변압기의 권선은 한편으로는 제어 변압기의 제 1 권선(STR)과 연결되고, 다른 한편으로는 커플링 커패시터(CK1및 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 않다. ; 이에 대한 더 자세한 실시예는 DE 44 36 465 A1 에 제시될 수 있다.
도 6 과 관련 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, 상기 UHBMP는 전압 UC11과 거의 동일하며, 이것으로 정궤환 커패시터(C11)가 충전된다. 회로의 바이폴라에 230 VDC의 전압이 나타난다. 실시예에서 UHBMP에 대한 가장 높은 가능 값이 230 V 이고, 교환되며 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 1 차 권선을 통과하는 전류(IMP)이다. 상기 변수(IMP)는 넓은 진폭 및 W = (L/2)*I2에 의해, 도 5 의 장치 내에서 가장 큰 교류 에너지량을 갖는다. IL1을 제외한 상기 장치내의 모든 다른 전류들은 IMP에 직접적 또는 간접적으로 좌우된다. 전압은 CK1와 CK2를 통해 총 230 V 가 되고, IMP가 순수 교류 전류가 되도록 세팅한다. 만약 메인 스위치(T1)가 양(positive)방향으로 안내된다면, ICT1= IMP가 된다.
트리거 변압기(STR)의 자화 인덕턴스가 본 스위칭 주파수에서 작동하지 않는 다는 가정 하에서, 제어 변환기(STR)의 권선 비율에 의해 정해지는 메인 전류(IMP)의 소부분은 메인 스위치(T1)가 전도될 수 있는 한, 전류(ISTR1)로서 "낮은 제 2 권선"에 정확하게 전달된다. 제어 변압기(STR)내의 권선 방향에 의해 첫째, 전류의 정궤환이 나타나고, 둘째, 푸시-풀(push-pull)모드 즉 T1 및 T2 를 교환하며 턴 온 된다. 이것에 의해 T2 가 턴 온 되어야하는 경우 IMP의 동일한 소부분은 상술 한 바와 같이 IStr2로서 "상부 제 2 권선"으로 전달된다.
IStr1가 T1 을 트리거링하는데 기여하는 비율은 발진 역전 코일(L1)로 흐르는 IL1의 적절한 값만큼 줄어든다. ICT11= 0 이고, UHBMP가 간헐적으로 일정한 경우에
IBT1= IStr1- IL1
이 적용된다.
다른 국면에서, 즉 스위치 오버 과정이 일어나는 동안, 즉 상기 UHBMP가 시간적으로 변화하는 반면에, 메인 스위치(T1)용 트리거 전류(IBT1)는 보조 스위치 컬렉터 전류(ICT11)만큼 줄어들고, 베이스 브리지 커패시터 전류만큼 상승한다. 따라서
IBT1= IStr1- IL1+ ICBB+ ICT11
이 적용된다.
상기 발진 역전 코일(L1)이 직접 병렬로 메인 스위치(T1)의 베이스-이미터 경로에 접속되기 때문에, 제 3 의 독립 변수(IL1)는 단지 상기 발진 역전 코일(L1)의 인덕턴스 및 메인 스위치의 제어 전압에 의해서만 결정된다. T1 이 트리거되는 한, 즉 UBT1이 양일 경우, IL1은 램프(ramp) 형으로 상승한다. 트리거링 변압기 내에서 권선 방향에 의해 상부 메인 스위치의 제어 전압이 더 낮은 편에서 인버스됨으로써, T2 가 트리거되는 한, 즉 UBT1이 음일 경우, IL1은 램프(ramp) 형으로 감소한다. 이것에 의해 IL1의 3 각형 곡선이 생성된다.
DE 44 36 465 A1 과는 대조적으로 여기서 상기 발진 역전 코일(L1)은 직접 접지 된다. 이러한 부품의 필수 기능은 이것에 의해 영향을 받지 않는다.
상기 UHBMP가 시간적으로 변한다면, 또한 UC11도 상응하게 변한다. 이 경우상기 커패시터(C11)에 의해 전하 전류(IC11)가 발생되고, 상기 전류는 계수 방향에 따른 양의 값에서, IBT11형으로 보조 스위치(T11)의 베이스를 통해 흐르고, 이것을턴 온 시키며, 음의 값에서는 ID11로서, 방전 다이오드(D11)를 통해 흐른다.
비교 전위에 대한 상기 트랜지스터(T11)의 베이스의 전압은 즉, 보조 스위치(T11)용 트리거 전압은 UBT11이다. 도 6 과 관련하여 이렇게 도입된 변수의 시간적 진행은 다음과 같다.
우선 도 6a 는 접지와 인가된 직렬 전압 사이의 전압(UHBMP)의 연속하는 변화를 나타낸다. 상기 UHBMP의 전압 곡선의 가장자리는 '0' 과는 다른 한정된 상승 시간 또는 하락 시간을 가진다는 점을 주의해야 한다.
도 6b 는 전류 곡선(IMP)을 도시하고, 상기 곡선은 '0' 포인트에서 변동되며, 한번은 양이 되고, 한번은 음이 된다. 상기 제어 변압기(STR)내에서 이것의 커플링에 의해, 상기 전류(IStr1)는 전류(IMP)의 곡선에 대응된다. 상기 전류(IL1)는 거의 3 각형으로 진행된다.
IL1＞ IStr1이 되자 마자,
IBT1 =IStr1- IL1
에 의해 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 6c 에 도시된, 커패시터(C11)를 통한 전류(IC11)의 진행은 양 펄스 및 음 펄스로 이루어진다. 양 펄스는 전압(UHBNP)의 가장자리가 상승하는 동안 발생되고, 전류(IBT11)로서 보조 트랜지스터(T11)의 베이스로 전해진다. 상기 형태의 양 펄스 후에, 정궤환 커패시터(C11)는 충전 상태가 된다. 음 펄스는 상기 트랜지스터(T1)가 오프 상태에서 온 상태로 전환되는 동안 감소되는 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 6d 는 전압(UBT11)의 진행을 도시하고, 상기 전압은 상기 트랜지스터(T11)에서의 베이스-이미터 전압에 상응한다. 음 펄스가 전도 상태의 다이오드(D11)에서 하강하는 전압에 상응하는 반면, 양 펄스는 온(on)상태의 상기 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 전극을 가진 적어도 하나의 전기 메인 스위치(T1;T2) 및,
    상기 각각의 메인 스위치(T1;T2)의 메인 흐름 방향에 역병렬로 접속된 프리 휠링 다이오드(D1;D2)를 가진 회로 장치에 있어서,
    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, 적어도 하나의 상기 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 유닛이 하나의 셧-다운 입력 터미널(SD)을 가지고, 이것을 통해 상기 보조 스위치(T11)를 온(on)상태로 전환시키는 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,
    적어도 하나의 저항기가 상기 방전 다이오드(D11;D22)에 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 터미널(SD)이 상기 보조 스위치(T11)의 제어 전극에 연결되고, 상기 셧-다운 입력 터미널(SD)과 상기 보조 스위치(T11)의 제어 전극 사이에 하나의 스위치 오프 다이오드(DSD)가 배치되고, 이것의 캐소드는 상기 보조 스위치의 제어 전극의 터미널에 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)이 하나의 센스 출력 터미널을 포함하고, 상기 터미널이 상기 보조 스위치(T11)의 제어 전극에 연결됨으로써, 상기 센스 출력 터미널을 통해 메인 스위치 및/또는 보조 스위치의 스위칭 상태가 문의될 수 있는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 센스 출력 터미널과 상기 보조 스위치(T11)의 제어 전극 사이에 적어도 하나의 커패시터(CS11)가 배치되는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 회로 장치가 또한 하나의 안티포화 유닛(A11)을 가지고, 상기 유닛은 상기 보조 스위치(T11)의 작동 전극과 제어 전극 사이에 배치되고, 상기 보조 스위치(T11)의 제어 전극의 포화를 방지하는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 안티포화 유닛(A11)이 하나의 안티포화 저항기를 가지고, 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 안티포화 유닛(A11)이 하나의 안티포화 다이오드를 가지고, 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 안티포화 다이오드가 pn 다이오드 또는 쇼트키 다이오드인 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    적어도 하나의 저항기가 상기 안티포화 다이오드에 직렬 및/또는 병렬로 접속된 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)가 관련 프리 휠링 다이오드(D1;D2)와 함께 MOSFET에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  18. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 보조 스위치(T11;T22)가 바이폴라 트랜지스터, 컬렉터에 직렬 다이오드를 가진 바이폴라 트랜지스터, MOSFET, 또는 드레인에 직렬 다이오드를 가진 MOSFET이고,
    직렬 다이오드가 사용된다면, 그 방향은 전류 흐름이 관련 보조 스위치의 메인 흐름 방향으로 흐를 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 의 회로 장치(10a, 10b)를 가진 브리지 회로에 있어서,
    제 1 및 제 2 회로 장치(10a, 10b)에 의해, 브리지는 제 2 회로 장치(10b)의 메인 스위치(T2)의 기준 전극이 제 1 회로 장치(10a)의 메인 스위치(T1)의 작동 전극과 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 브리지 회로.
  21. 제 20 항에 따른 하나의 브리지 회로를 가진 부하의 작동을 위한 자려 발진기 회로에 있어서,
    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 피드 백 시키는 스위칭 제어 장치(STR)를 포함할 수 있고, 상기 각각의 메인 스위치(T1;T2)의 제어 전극은 각각의 터미널 라인에 의해 상기 스위칭 제어 장치(STR)에 연결되고, 상기 두 개의 터미널 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 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 회로.
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