NL8401735A - Gestuurde omschakeling van niet-regenereerbare vermogenshalfgeleiders. - Google Patents

Description

E 2348-1295 Ned gb/hv E & C

« General Electric Company

Titel: Gestuurde omschakeling van niet-regenereerbare vermogenshalfgeleiders.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op vermogens-omschakelings-halfgeleiders en meer in het bijzonder op een nieuwe methode en schhkeling 5 voor de gestuurde omschakeling van niet-regeneratieve vermogens halfgeleider inrichtingen voor het in hoofdzaak verminderen van de EMI, terwijl er gezorgd wordt voor een acceptabele "werkzame gebied" dissipatie in de inrichtingen.

Het is bekend om de tijd te minimaliseren, die een niet-regeneratieve vermogens-omschakelingshalfgeleider inrichting doorbrengt in het "werkzame 10 gebied", om te sterke energiedissipatie in die inrichting te voorkomen. Tot nu toe werd aan de noodziaak, om te sterke omschakelingsenergiedissipatie te verminderen, voldaan door middel van het zo snel mogelijk overschakelen van de inrichting van een volledig ingeschakelde toestand naar een volledig uitgeschakelde toestand, overeenkomend met de maximum dV/dt of dl/dt-limieten 15 van de inrichting. De relatief snelle spannings- en/of stroomveranderingen in de inrichting wekken een aanzienlijke hoeveelheid elektromagnetische interferentie (EMI) op.

Als alle vermogens-omschakelingshalfgeleiders van hetzelfde type identieke karakteristieken hadden, zou het mogelijk zijn om de inrichting aan of uit 20 te schakelen door middel van het gebruik van een geprogrammeerde aandrijfbron, met een gewenste mate van verandering. In de praktijk echter is de toegestane afwijking in het halfgeleider stuurelement, bijv.in de poortdrempelspanning in een vermogensveldeffect-transistor (FET) of in een geïsoleerde poort gelijkrichter (IGR) vaak groter dan de variatie van het signaal, dat vereist 25 is op dat stuurelement voor een overgang van een in hoofdzaak uitgeschakelde toestand naar een in hoofdzaak ingeschakelde toestand, of omgekeerd. Een algemeen gebruikte stuurelektrode stuur methode is dus het veranderen van de lading in een stuurelektrode-capaciteit (zoals de inwendige poortelektrode capaciteit in een FET of een IGR, die vaak parallel een uitwendige vaste capaciteit heeft, 30 019 een totale capaciteit te verschaffen) van een stroombron. Deze methode kan resulteren in een stuurelektrode (poort) spanningskarakteristiek, die de gewenste karakteristieken alleen over een gedeelte van het omschakelings-tijdsinterval benadert, veroorzaakt door de drain-poort of anode-poort capaciteit, in het algemeen bekend als de "Miller-capaciteit". Als de inrichting in-of uit-.3,5 geschakeld wordt, dan brengt de Miller-capaciteit de drain of anodespannings-verandering in de poortschakeling en vertraagt de mate van verandering van de poortspanning. Als delinter-elektrode capaciteiten van alle inrichtingen van hetzelfde type precies gelijk zouden zijn, zou dit een bruikbare benadering zijn. Aangezien echter alle inrichtingen niet identiek zijn, kunnen er beschadigings-40 omschakelingseffecten optreden. Verder is er waargenomen, dat wanneer het stuur 8401735 -2- (poort)element aangedreven wordt door een hoge impedantiebrori, zoals een stroombron, er een aantal belastingstoestanden mogelijk zijn, die resulteren in beschadigende aan/uit zelf-omschakeling van de vermogensomschakelingsinrichting.

5 Het is daarom wenselijk om een stuurelement stuur 'signaal te verschaffen, die de inrichting langzaam genoeg doet aan en/of uit-schakelen, om de EMI nagenoeg te elimineren, terwijl de omschakelingsverliezen van de inrichting op een acceptabel niveau gehouden worden en dit te doen zonder het inbrengen van zelf-beschadigende oscillaties in de vermogensinrichting.

10 Overeenkomstig de uitvinding ontvangt de stuurelektrode van een niet- regeneratieve vermogensomschakelingshalfgeleider-inrichting een signaal, die snel verandert totdat het stuurelement "aan" of "uit" drempelniveau bereikt is, waarna het verandert met een langzamere snelheid, terwijl de inrichting omgezet is naar een hoofdzakelijk-aan of hoofdzakelijk-uit toestand, en dan wederom 15 snel verandert naar een maximum waarde van het aan- of uit-schakelsignaal. Afhankelijk van de gebruikte gestuurde omschakelingsinrichting, kan het stuurelektrode-. stuur signaal een stroom of een spanning evenredig met die stroom zijn. De begin stuur .stroom wordt verschaft door een stroombronmiddel, met een eerste nagenoeg constante stroomwaarde. De eerste waarde van de bron-20 stroom brengt de relatief snelle verandering tot stand, die gewenst is voor (L}‘ .het snel bereiken van het stuurelement "werkzame gebied" drempelniveau, en (2) voor het sturen van de stuurelektrode vanhet in hoofdzaak ingeschakelde (of uit), niveau naar volledige activering (of inactivering) van de gestuurde omschakelingsinrichting. Een variabele stroom wordt afgetrokken van de nagenoeg-25 constante stroom, als reactie op de terugkoppeling van de belastingsstroom en/of spanning, voor het besturen van de gewenste belastingsstroom of spanningsverandering bij de afgenomen snelheid.

In huidige voorkeursuitvoeringsvormen, wordt de basis- stuur stroom toegevoerd aan een condensator en daarop volgende spanningsvolger, voor het 30 sturen van spannings-gestuurde inrichtingen, zoals een vermogens FET, of wondt direct toegevoerd aan de stuurelektrode, bijvoorbeeld basiselektrode yan een stroom-gestuurde inrichting, bijv. een vermogenstransistor. De uitgangs-stroom yan de stroombronmiddelen wordt aangepast, als reactie op de terugkoppeling yan een belastingsparameter, om de basis stuurstroom te verschaffen, waarbij 35 de stroombronmiddelen zelf in staat zijn te reageren op een uitwendig aangebracht signaal, om langzame aan- of uit-schakeling te verschaffen, waarbij de overblijvend uit- of in-schakelconditie, als deze niet reeds bestuurd is door de schakeling, een snel overgangkarakter heeft, hetgeen vereist is voor de te besturen bijzondere belasting en het bijzondere eindgebruik van de stuurschakeling.

40 Zowel stroom- als spanningsterugkoppeling besturing kan gebruikt worden in de 8 4 0 1 7 3 5 « -3- stuurschakeling.

Het is daarom een doel van de onderhavige uitvinding, om nieuwe methoden en schakelingen voor gestuurde omschakeling van niet-regeneratieve vermogens 5 halfgeleiders te verschaffen. Deze en andere doelen van de onderhavige uitvinding worden duidelijk na beschouwing van de volgende beschrijving, in samenhang met de tekening.

Figuur 1 is een schematisch blokdiagram van een algemeen gestuurde om-schakelingsschakeling overeenkomstig de principes van de uitvinding; 10 Figuur la is een schematische voorstelling van een schakeling, overeen komstig de principes van de onderhavige uitvinding, voor de gestuurde inschakelen snelle uitschakel-omschakeling van een spanning-gestuurde halfgeleider-inrichting;

Figuur 1b is een schematische voorstelling van een schakeling voor de 15 gestuurde inschakel- en snelle uitschakel-omschakeling van tenminste één spanning-gestuurde halfgeleider-inrichting;

Figuur lc is een schematische voorstelling van een schakeling voor de snelle inschakeling en gestuurde uitschakeling van een spanning-gestuurde halfgeleider-inrichting; 20 Figuur ld is een schematische voorst van een schakeling voor de gestuurde inschakel en gestuurde uitschakel-omschakeling van een spanning-gestuurde halfgeleiderinrichting;

Figuur le is een schematische voorstelling van een schakeling voor de gestuurde inschakeling en gestuurde uitschakeling van een stroom-gestuurde 25 halfgeleider-inrichting;

Figuur lf is een schematischenvborstelling van een schakeling voor de snelle uitschakel en gestuurde inschakel omschakeling van een spanning-gestuurde halfgeleider-inrichting, gebruik makend van dl/dt - terugkoppeling; en

Figuur 2 is een reeks van samenhangende grafieken, die resp. weergeven: 30 de stuurelektrodespanning in bekende stuurschema's; de stuurelektrodespanning overeenkomstig met de principes van de onderhavige uit-yinding; en de belastingsstroom golfvormen, als reactie op elk van de vooraf-ga.ande stuurspanningen.

Ijl de delen (a) en (c) van Figuur 2 is te zien, dat de poortelektrode 35 van een typische vermogen FET gestuurd kan worden door een poortspanning V ' voor het inschakelen van de inrichting. De FET heeft een poortdrempelspanning V , ongeveer 4 V ten opzichte van de source elektrode, waar beneden nagenoeg geen kanaalstroom stroomt. Tijdens het begingedeelte 2a van de .V ' spanningsgolfvorm 2 is er dus weinig of geen verandering in de belastingsstroom I -golfvorm 4 40 (weergegeven door middel van de onderbroken lijn in deel Cc)).

8401735

V

r~-s -4- .Als de poort-source spanningsgolfvorm 2 blijft toenemen met een constante helling M, dan wordt de drempelspanning V overschreden en er stroomt een aanzienlijke kanaalstroom, zoals weergegeven in belastingsstroomgedeelte 4b.

5 Kenmerkend is, dat bij een poortverzadigingsspanning V van slechts enige 3.

volts boven de drempelspanning, bijv. bij ongeveer 6 V, de inrichting bijna volledig ingeschakeld is en nagenoeg de volledige belastingsstroom I , bijv.

L

van ongeveer 10A, stroomt. De doorlaat drain-source-spanningsval kan verder verminderd worden bij de geldende stroom, door middel van het enigszins verhogen 10 van de poortspanning, zoals in gedeelte 2c, met bijvoorbeeld een extra 10 of meer volts; de kanaal en belastingsstroom wordt niet merkbaar verhoogd, zoals weergegeven is met gedeelte 4c. De plotselinge verhoging van de kanaal/belastings-stroom, in gedeelte 4b, kan dus aanzienlijke; koeveeelheden EMI opwekken.

Het stroom-trapeffeet is zoals geuit wordt in het geval van inrichtingen, bijv.

15 een geisoleerde-poortgelijkrichter (IGR), welke inrichting in doorlaat een verlies-producerend verv&lheeft, die eveneens in hoofdzaak verminderd wordt door een nog grotere poortspanningsverhoging, van tenminste 15-20 V boven de aanschakelings-drempel. Dergelijke verschijnselen treden op tijdens inrichtingsaanschakeling, en in stroom-gestuurde inrichtingen (bijvoorbeeld bipolaire vermogenstransistoren 20 en dergelijke), als een stuurelementstroom met een constante veranderingssnelheid M gebruikt wordt.

Er wordt nu verwezen naar de Figuren 1 en 2, onderdelen (b) en (c).

De uitvinding verschaft een stuurelektrodesignaal, bijv. een poortspanning voor een FET of een IGR-.basis-stroom voor een bipolaire vermogenstransistor; 25 die in het begin snel veranderd wordt, met een veranderingssnelheid M in gedeelte 6a van kromme 6 van de stuurpoortspanning V , totdat de drempelwaarde beréikt wordt. Het stuursignaal neemt dan toe bij een bepaalde langzamere veranderingssnelheid M' in een gedeelte 6b van de stuurkromme, bijv. de poort-spanningskromme V , kleiner dan de veranderingssnelheid! IM in het begingedeelte 30 6a van de stuurkromme, nadat de stuurelektrode drempelwaarde V ^ (poortspannings-drempelwaarde) bereikt is en totdat de stuurelektrode-verzadigingsdrempelwaarde, bijv. de poortverzadigingsspanning V , bereikt is. Hierdoor kan de inrichtings- " 3 uitgangsstroom, ofwel de belastingsstroom I voor een in série aangesloten belasting, meer geleidelijk toenemen in gedeelte 8b, zodra de geleiding begint 35 (na nagenoeg niet-geleidend gedeelte 8a). Wanneer op tijdstip t_^ de verzadigings-drempelwaarde V bereikt is en wanneer nagenoeg alle inrichting/belastingsstroom 3 vloeit, dan wordt de veranderingssnelheid van het stuurelektrode-signaal weer veranderd naar de oorspronkelijke grote veranderingssnelheid M in gedeelte 6c, voor het snel verhogen van het stuurelektrodesignaal naar het niveau, waarop het verval in doorlaat van de inrichting beperkt is en voor het daarna houde 8 4 0 1 7 3 5 Λ -5- van het stuurelektrodesignaal (in gedeelte 6d) op dat niveau. De inrichting/ belastingsstroom verandert nagenoeg niet tijdens de laatste gedeelten van de stuursignaalkromme, zoals weergegeven wordt door de nagenoeg constante stroom- 5 gedeelten 8c en 8d, alhoewel de inrichtingsdissipatie gereduceerd is. Een dergelijl· opeenvolging van gebeurtenissen in de richting van toename van het stuursignaal, bijv. het verminderen van de FET-poortspanning van een hoog positief niveau naar een nagenoeg nulniveau, kan toegepast worden, als de gestuurde-uitschakeling van de gestuurde omschakelingsinrichting gewenst wordt.

10 Een algemene vorm van de gestuurde omschakelingsinrichting 10 wordt getoond in Figuur 1. Schakeling 10 bestuurt de omschkkeling van de stroom in de belasting 11, die tussen een paar lijnaansluitingen en in serie verbonden is met tenminste één gestuurde-omsch&kelingsinrichtingsmiddel 12; zowel een D.C. als een A.C.-spanning kan aangesloten worden op de aansluitingen en L, 15 afhankelijk van de aard van de belasting 11 en de uitvoering van het gestuurde- omschakelingsmiddel 12. De strocm-geleidingseigenschap van het pad tussen de aansluitingen 12-1 en 12-2 van de gestuurde omschakelingsmiddelen wordt gestuurd door het signaal op een stuuringang 12-3. Het signaal op ingang 12-3, die de inrichting 12 aanschakelt door middel van het sluiten van de schakelaar 12', 20 of de inrichting uitschakelt door middel van het openen van de schakelaar 12', kan een stuurstroom I zijn, als de inrichting 12 een stroom- gestuurde inrichtinc c is, bijvoorbeeld èen bipolaire transistor en dergelijke, of kan een stuurspanning zijn, als de inrichting 12 een spanning-ggstuur.déinrichting is, bijvoorbeeld een FET, een IGR en dergelijke. Het stuuringangssignaal 12-3 wordt verschaft 25 als reactie op een door een geschakeld stuur- middel 14 op ingang 10-1 verschaft signaal, voor het besturen van de toestand van inrichtingsmiddel 12.

Een stroombronmiddel 16 verschaft eerste en tweede stroombronnen 16a en 16b, in wekkmng in serie verbonden tussen een spanningsbron-aansluiting 17 en een gemeenschappelijke schakelingsaansluiting 10-2. Eén van de stroombronnen 30 16a .of 16b is een nagenoeg-constante stroombron en de andere stroombron 16 is een variabele stroombron; de stroom-tijdkarakteristieken van de bronnen 16a en 16b alsmede de polariteit van de spanningsbron (en daardoor de stromingsrichting van de bronnen 16a en 16b, aangegeven door middel van de pijlen 16a' en 16b') zijn afhankelijk van het feit of de schakeling 10 toegepast 35 wordt voor de gestuurde aanschakeling, gestuurde uitschakeling of gestuurde aanschakeling/uitschakeling van de inrichtingsmiddelen 12. Voor een gestuurde aanschakelingsinrichting voor een belaste inrichting, wordt een tweede ingang 16-2 bijv. tweede stuuringangen 16a-2 en/of 16b-2, in werking gesteld door het signaal op ingang 10-1, voor het vormen van een nagenoeg-constante stroombron 40 16a met stroom I=k (een constante), zoals voorzien wórdt door een positieve 8401735 -6- +V spanningsbron en stroom vloeit naar de gemeenschappelijke aansluiting 10-2; s bron 16b is een variabele stroombron met de stroom daarvan eveneens vloeiend naar de aansluiting 10-2, en met een waarde bepaald door de terugkoppeling, 5 via een terugkoppelmiddel 18, van een parameter van de belasting 11 naar een stroombron stuuringang 16b-l. In de gestuurde-aanschakelingsconfiguratie, heeft de stroombron 16b dus een stroom, die een functie is van een belastingskarakteristi bijv. de mate van verandering van de belastingsstroom of spanning met betrekking tot de tijd (resp. dl/dt en dV/dt), of Iv=f(L). Het is duidelijk dat de polariteit 10 van de spanning op aansluiting 17 en de richting van de stroom omgekeerd kunnen zijn voor een inrichting van hetzelfde type, maar met tegengestelde geleidings-karakteristieken, bijvoorbeeld een verarmings-mode FET in plaats van een belasting-mode FET. In een gestuurde-uitschakelconfiguratie van schakeling 10, wordt een tweede stuuringang 16-2 in werking gesteld, voor het vormen van een 15 nagenoeg-constante stroombron 16b en een variabele-stroombron 16a, waarvan de stroom gestuurd wordt door het signaal afkomstig van het terugkoppelmiddel 18, verbonden met een stuuringang 16a-l. In een gestuurde-aanschakel/uitschakel-configuratie, worden beidé .stuuringangen 16a-l en 16b-l toegepast, waarbij de tweede stuuringang 16-2 die de bronnen 16a en 16b vormt, afwisselend constante-20 stroom of variabele-stroombron is, afhankelijk van de richting, waarin de inrichtingsschakelaar 12' in werking gebracht dient te worden.

Het verschil van de stroombron-uitgangen, op een knooppunt 19 daartussen, wordt aangesloten op een eerste contactaansluiting 20a van een schakelmiddel 20. Een tweede contactaansluiting 20b en een derde contactaansluiting 20c van 25 het schakelmiddel zijn respectievelijk verbonden met de gemeenschappelijke schakelingsaansluiting 10-2 of met de bron aansluiting, voor het verschaffen 1 van een snelle-omschakelingsbewerking, in één bijbehorende richting, van de uitgangsinrichting 12, als dat vereist is. Een gemeenschappelijke aansluiting 20d van het schakelmiddel verschaft als reactie op het signaal op de schakelings-30 ingang 10-1 van het omschakelings stuur- .middel 14, een uit de aansluitingen 20a en 20b of 20c te kiezen uitgangssignaal. Voor een stroom-gestuurde omschakelin· inrichting 12, wordt de ingangsstuurstroom 1^ verschaft door een verbinding 22 tussen de uitgangsaansluiting 20c van het omschakelmiddel en de gestuurde omschakelingsinrichtingsingang 12-3. Voor een spanning-gestuurde omschakelings-35 inrichting 12, wordt de stuurspanning V^ op de stuuringang 12-3 verschaft door een stroom-spanning omzettermiddel 24. Middel 24 heeft een condensator 26, waarover een spanning staat als reactie op de stroom op de uitgang 20c van het omschakelmiddel, en gebruikt een spanhiggsvolgermiddel 28, voor het opslaan van de spanning over de condensator 26 en de stuuringang 12-3 van de inrichting.

40, Het is duidèlijk, dat alleen maar of verbinding 22 of omzettermiddel 24 in het 8401735 -7- algemeen toegepast wordt in een bijzondere schakeling 10.

De verbinding van de aansluiting 20b van het omschakelmiddel met de gemeenschappelijke schakeling aansluiting 10-2, zorgt voor een relatief snelle 5 uitschakel-omschakelingswerking in het inrichtingsmiddel 12 (belastings- FET of bipolaire transistortypen). De verbinding van aansluiting 20c van het omschhkelmiddel met de V -spanning zorgt voor een relatief snelle aanschakel- b

omschaktelingswerking in het inrichtingsmiddel 12 (de belastings-FET of bipolaire transistor, met basisstroom-begrenzende weerstand). De verbinding van de 10 gemeenschappelijke aansluiting 20d van het omschakelmiddel met de stroombron-keuze aansluiting 20a zorgt voor een relatief langzamere gestuurde omschakelings-wekking in inrichtingsmiddel 12. De verbinding van de gemeenschappelijke aansluiting 20d'. van het omschakelmiddel met de gemeenschappelijke schakèlings-keuze aansluiting 20b verschaft dus, zoals aangegeven is, een nagenoeg kort-15 sluitcircuit tussen de gestuurde omschakelingsinrichtingsingang 12-3 en inrichtings aansluiting 12-2. Voor gestuurde omschakelingsinrichtingen, die een positieve "aan"-spanning vereisen op ingang 12-3, ten opzichte van aansluiting 12-2, of voor een stroom-gestuurde halfgeleider, die inbrenging van een stroom I

c in aansluiting 12-3 vereist, zet deze verbinding vMrtichting 12 over in de 20 uitgeschakelde toestand, waarbij de belastingsstroom niet stroomt door zowel de inrichting 12 als de belasting 11. Wanneer omschakelstuurmiddel 14 de gemeenschappelijke aansluiting 20d van de schakelaar doet vefcbinden met de keuze-aansluiting 20a, vloeit er stroom van de constante-stroombron 16a of 16b door aansluiting 20d en doet een stuurstroom, of stuurspanning, als 25 condensator 26 en spanningsvolger 28 toegepast worden, verschijnen op stuur-ingang 12-3. Het inrichtingsingangs-signaal neemt toe, alhoewel de stroom in de in serie aangesloten belastigg en in het gestuurde circuit;:(tussen de aansluitingen 12-1 en 12-2) van de omschakfelingsinrichting niet merkbaar stroomt totdat de hierboven genoemde drempelwaarde van de stuuringang bereikt is.

30 Wanneer de drempelwaarde bereikt is en er stroom begint te vloeien door de in serie aangesloten belasting 11 en in het geleidingscircuit van de omschakelings-inrichting 12, wordt de belastingsstroom of spanningsverandering teruggevoerd door middel 18 en doet de overblijvende stroombron 16b of 16a een stroom, evenredig met de daaraan teruggevoerde belastingskarakteristiek waarde, aftrekken 35 van de op schakelaar aansluiting 20d beschikbare stroom. De gestuurde omschakelingsinrichtingsingang 12-3 ontvangt daarvoor een signaal met een kleinere veranderingssnelheid, waarbij de belastingsstroom langzamer verhoogd wordt.

Wanneer de belastingsstroom nagenoeg de maximum waarde daarvan bereikt heeft, wordt de tijdveranderingssnelheid van de door het terugkoppelmiddel 18 gemeten 40 belastingskarakteristiek gereduceerd en de variabele-bronstroom (welke afgetrokken 8401735 -β- is van de constante-bronstroom) wordt nagenoeg verwijderd. De volledige constante-bronstroom is daarna weer beschikbaar op schakelaar uitgangsaansluiting 20d en het signaal op de inrichtingsstuuringang 12-3 herkrijgt de volle veranderings-5 snelheid, totdat een maximum niveau (bepaald door V ) bereikt wordt.

Als het omschakelstuurmiddel 14 nu een signaal verschaft, dat het schakel-middel 20 terugbrengt in de verbinding tussen de gemeenschappelijke aansluiting 20d en de keuze aansluiting 20b, dan wordt er lading snel verwijderd van de gestuurde omschakelingsinrichting door het in wezen kortsluitcircuit tussen de 10 aansluitingen 12-3 en 12-2 daarvan, en de inrichting schakelt snel uit. Het is duidelijk, dat als het geleidings-type van de omschakelingsinrichting omgedraaid wordt, de hiervoor genoemde werking resulteert in een snelle aan-schakel/gestuurde uitschakelkarakteristiek, als het geval is bij de omkering van constante en variabele stroombronnen voor dezelfde geleiding-type halfgeleider 15 Als omschakelmiddel 20 omgevormd wordt om het terugkoppelsignaal te schakelen tussen stroombron stuuringangen 16a-l en 16b-l, dan wordt op dezelfde wijze een gestuurde aanschakel/gestuurde uitschakelinrichting verschaft. Een op dit ogenblik eerste schakeling voorkeuringsuitvoeringsvorm 10a, getoond in Figuur la, zorgt voor de gestuurde aanschakeling en snelle uitschakeling van een spanning-20 gestuurde inrichting, bijvoorbeeld een belasting-mode vermogens FET 12a.

Door het éénrichtings stuurkarakter van inrichting 12, is de schakeling 10a gevormd voor besturing van een DC belastingsstroom, in een schakeling aangedreven door een DC spanningsbron, met een meer {positieve polariteit op lijnaansluiting ten opzichte van de lijnaansluiting I^. Wanneer de gestuurde omschakelings-25 inrichting 12 een spanning-gestuurde FET 12a is, moet er een stuurspanning aan de stuuringang 12-3 verschaft worden; overeenkomstig worden condensator 26 en spanningsvolger 28, gebruik makend van een NPN-transistor 30, verschaft.

De collector elektrode van de transistor 30 is verbonden met een bron van positieve werkingsspanning +V, terwijl de basis en emitter elektroden resp.

30 verbonden zijn met de niet-gemeenschappelijke aansluiting van de omkerings- condensator 26 en de gestuurde omschakelingsinrichtingsingang 12-3. Een capaciteit 32 kan aangesloten zijn tussen de ingang 12-3 en de aansluiting 12-2 voor het verhogen van ,de hoge-frequentiestabiliteit van de inrichting 12.

Het stroombronmiddel 16 bevat een PNP-transistor 34, waarvan de emitter 35 elektrode via een bron*stroom-instelweerstand 36 verbonden is met de bron van positieve werkingsspanning +V. De collectorelektrode van de transistor 34 is via de bronuitgang 19 verbonden met de ingang 24a van de spanningsvolger. Er wordt een besturingsnetwerk verschaft, bestaande uit een vaste weerstand 38 en een temperatuur-compensatie-diode 39, aangesloten tussen de positieve werkings-40 spanning +V en de hasiselektrode van de transistor 34, en eenwaste weerstand 8401735 -9- 40, waarvan één aansluiting verbonden is met de basis elektrode van de transistor 34. Het knooppunt tussen de emitter elektrode van de transistor 34 en de stroom-instel-weerstand 36 is de terugkoppelingsingang 16-1. De overblijvende aansluiting 5 van de weerst&nd 40 is verbonden met een stuuringang 16-2 van een stroombron omschakelingsmiddel. De tweede ingang 16-2 ontvangt het uitgangssignaal van een inverteerder 42, in omschakelingsmiddel 20. De ingang van de inverteerder is verbonden met de ingangsaansluiting 10-1 van de schakelingsbesturing. De kathode van een snelle-uitschakelingsdiode 44 is eveneens verbonden met de aansluiting 10-! 10 terwijl de anode daarvan verbonden is met de ingang 12-3 van de gestuurde om-schakelingsinrichting.

Als de belastingsstroom aanvankelijk uit is, hetgeen voorzien wordt door de toepassing van een besturingsingangsspanning van nagenoeg nul volt op aansluiting 10-1 ten opzichte van de gemeenschappelijke aansluiting 10-2,

15 wordt elke lading op de poortelektrode van de vermogensomschakelings FET

inrichting 12a, in werking, geleid naar aarde via de in doorlaatrichting gestuurde diode 44. De uitgang van de inverteerder 42 is op een relatief hoge spanning, kenmerkend ongeveer +V volt, waardoor de stroombrontransistor 34 en de spannings-volgertransistor 30 beiden in een afsnijtoestand zijn. Een aanschakelniveau, 20 van +V volt, wordt nu toegevoerd als de ingangsspanning V op de ingangsaansluiting 10-1 ten-.opzichte van de gemeenschappelijke aansluiting 10-2.

De snelle-uitschakeldiode 44 wordt omgekeerd gestuurd en treedt op als een grote weerstand. De uitgang van de inverteerder 42 daalt nagenoeg naar het nul volt niveau, en doet de transistor 34 inschakelen en stroom toevoeren 25 via ingang 24a aan de ladingscondensator 26. De spanning op de basis van de transistor 30 neemt toe, met een snelheid bepaald door de stroom van bron 16 (die zelf bepaald wordt door de grootte van de weerstand 36 en de waarden van de weerstanden 38 en 40) en de capacitéitswaarde van de condensator 26. Zodra de spanning op de basiselektrode van de transistor 30 toeneemt, verschaft 30 de transistor 30 een uitgangsstroom aan de ladingscondensator 32 en de poort- source capaciteit van de uitgangsinrichting 12a. De poortspanning van de uitgangs-inrichting neemt toe met de relatief grote veranderingssnelheid M, totdat de drempelspanning V bereikt wordt. Alleen wanneer de drempelspanning bereikt th wordt, begint er.;een stroom I te stromen van aansluiting L , via belasting 11 L 1 35 en het geleidingskanaal (tussen aansluitingen 12-1 en 12-2) van de omschakëMmgs-inrichting 12a, naar de aansluiting L^.

De werking van de stroombron houdt een constante spanningsval over en daardoor een constante stroom door de weerstand 36 in stand. Deze spanningsval is ongeveer gelijk aan de spanning over de weerstand 38. De voor de lading-40 condensator 26 beschikbare collectorstroom van de transistor 34 is dan gelijk aan 8401735 -10- het verschil tussen de constante stroom door de weerstand 36 en de stroom in het terugkoppelmiddel 18. De stroom in de terugkoppelcondensator 18 is gelijk aan C(dV /dt), waarin V de spanning over de terugkoppelcondensator 18 is. c c 5 Aangezien gelijk is aan het verschil tussen de uitgangsinrichting/belastings-spanning en de(constante) spanning op de eerste ingang 16-1, is er een afname in de collectorstroom van de inrichting 34 ter grootte van (CdV/dt). Overeenkomstig is ecreen afname in de snelheid waarmee de capaciteit 26, zich oplaadt en de snelheid waarmee de poortspanning van de stuurinrichting verandett, wordt 10 gereduceerd tot een veranderingssnelheid M'. De belastingsstroom neemt daardoor toe bij een kleinere veranderingssnelheid M', totdat de verzadigingswaarde V bereikt wordt en de uitgangsinrichting nagenoeg volledig aangeschakeld wordt, cl . op welk punt de veranderingssnelheid van de belastingsspanning afneemt. Deze afname in de veranderingssnelheid van de belastingsspanning doet de dV/dt-terug-15 koppeling via capaciteit 18a afnemen, waardoor de collectorstroom van de transisto: 34 toeneemt tot zijn beginwaarde. Als reactie daarop neemt de door de bron 16 aan de capaciteit 26 verschafte stroom toe met de begin veranderingssnelheid, en de poortspanning V van de gestuurde omschakelingsinrichting neemt nu toe met een grotere veranderingssnelheid M, waardoor de inrichting de kleinste 20 drain-sourcespanningsval daarover heeft en waardoor de in de inrichting gedissi-peerde energie vermindert.

Wanneer de schakeling uitgeschakeld wordt, door het verschaffen van een stuuringangssignaal V van nagenoeg nul volt, verschaft de uitgang van de inverteerder 42 een hoog (+V) signaal, die het stroombronmiddel 16 uitschakelt, 25 terwijl diode 44 geleidt en een lage-weerstandsweg verschaft voor de snelle verwijdering van lading van de condensator 32 en de poort-source capaciteit van de uitgangsinrichting, waardoor de uitgangsinrichting stroomgeleiding snel daalt naar nul en de belasting uitschakelt. De condensator 26 wordt ontladen via de basis-emitterovergang van de NPN-transistor 30.

30 Schakeling 10b in Figuur lb verschaft dezelfde gestuurde aanschakeling/ snelle uitschakelingswerking voor dergelijke spanning-gestuurde omschakelings-inrichtingen, maar waarbij een AC-bron aangebracht is tussen de lijnaansluitingen en "L . Voor het aanpassen van de periodiek-wisselende polariteiten van de AC-bron bestaat het omschakelingsmiddel 12 uit een paar belasting-mode FET's 35 12a en 12b, waarvan de source-elektroden tezamen verbonden zijn met de gemeenschappelijke aarde aansluiting 10-2 van de schakeling. Over het drain-source-geleidingskanaal van elk van de FET's zijn respectievelijk de diodes 12c en 12d aangebracht, waarbij de diodes in een richting geschakeld zijn, die tegengesteld is aan de richting waarin stroom geleid dient te worden door één 40 van de inrichtingen 12a en 12b in de bijbehorende half-cyclus van de source- 8401735 -11- golf vorm. In bepaalde vermogens MOSFET's zijn de omgekeerde geleidingsdiodes 12c en 12d parasitair aanwezig in de inrichtingen 12a en 12b en hoeven niet meer vershhaft te worden als afzonderlijke uitwendige inrichtingen. Wanneer de 5 aansluiting positief is ten opzichte van de aansluiting I^, kan er dus stroom vloeien door de belasting 11 en het in serie aangesloten omschakelings-middel, dat wil zeggen door inrichting 12a (indien ingeschakeld) en daarna door de in doorlaatrichting gestuurde diode 12d, naar de aansluiting ; wanneer de aansluiting negatief is ten opzichte van de 10 aansluiting L, vloeit er stroom van de aansluiting , door de omschakelings-inrichting 12b (indien ingeschakeld), daarna door de in doorlaatrichting gestuurde ; diode 12c en de belafetiipg 11 naar de aansluiting L^.

De poortelektroden van de omschakelingsinrichtingen 12a en 12b zijn gemeenschappelijk verbonden met de ingangsaansluiting 12-3 van het omschakelings-15 middel.

Aangezien er weer spanning-gestuurde omschakelingsinrichtingen toegepast worden, wordt hetzelfde spanningsvolgermiddel 24 gebruikt, met een zelfde stroombronmiddel 16. Het terugkoppelmiddel 18 dient de tweeledige polariteit van het bronsignaal aan te passen, waarbij de eerste en tweede terugkoppel-20 differen.tieercapaciteiten 18a en 18b (voor een dv/dt-terugkoppelschema) toegepast worden. ;Be terugkoppelweerstanden 18c en 18d staaft respectievelijk in serie met de bijbehoreiide terugkoppelcapaciteiten 18a en 18b, en hebben een gemeenschappelijke aansluiting op de stuuringang 16-1 van het stroombronmiddel. Weerstanden 18c en 18d werken samen met de stroom-instelweerstand 36, voor 25 het verschaffen van een vermindering van de gedifferentieerde belastingspanning.

Het is duidelijk dat een omgekeerd omschakelstuursignaal, die de schakeling 10b brengt in de "aan"-toestand voor een nagenoeg nulniveau en in de "uit"-toestand voor een werkingsspanningsniveau +V, wordt toegepast als de ingangsspanning tussen de aansluitingen 10-1 en 10-2, ter illustratie 30 van één vorm van veelzijdigheid van de algemene schakeling. Een ander voorbeeld van de veelzijdigheid is, dat de snelle-uitschakeldiode 44 gestuurd .wordt door een omkeertransistor 42, waarbij de collectorspanning van de omkeer-transistor verschaft wordt door de uitgang van de stroombron 16. De omkeertransistor 42 ontvangt een basiselektrode stuursignaal via een met de ingangs-35 aansluiting 10-1 verbonden basisweerstand 42a.

Aangenomen wordt dat^in werking^ de schakeling 10b de "uif'-spanning op het +V niveau een voldoende tijd ontvangt, zodat transistor 42 verzadigd is door de in doorlaatrichting gestuurde diode 44 en een lage-weerstandsweg verschaft voor het afvoeren van alle lading van de poortschakelingen van de 40 inrichtingen 12a en 12b, waardoor de stroom door de belasting 11 ophoudt te stromer 8401735 -12-

De stroombron 16 wordt eveneens gestuurd in de "uit"-toestand en de condensator 26 is ontladen via de verzadigde omschakelingstransistor 42, de diode 44 en de basis-emitterovergang van de transistor 30. Wanneer de ingangsspanning V 5 daalt naar het nagenoeg nulniveau, begeeft de omschakelingstransistor 42 zich in de afsnijtoestand, en diode 44 begeeft zich in zijn hoge-weerstand omgekeerd -gestuurde toestand. Stroombronmiddel 16 wordt werkzaam en verschaft een nagenoeg constante ladingsstroom op de uitgang 19, voor het nagenoeg lineair verhogen van de spanning over de condensator 26 met een relatief hoge snelheid. jq De relatief snelle toename van de condensatorspanning wordt gevolgd door de spanningsvolger transistor 30 en verschijnt als de relatief hoge spannings-toenamesnelheid M op de poortelektroden van de inrichtingen 12a en 12b.

Zoals hiervoor besproken, stroomt er nagenoeg geen stroom in het drain-source-kanaal van de inrichtingen 12a .en 12b, totdat een poort drsmpelpotentiaal V ^ ^5 bereikt wordt. Daarna begint er stroom te vloeien door de belasting 11 en de belastingsspanning neemt toe. Afhankelijk van de half-cyclus polariteit van de AC-bron, wordt de toenemende belastingsspanning gedifferentieerd door één van de bijbehorende terugkoppelcondensatoren 18a of 18b en stelt een stroom in door één van de bijbehorende weerstanden 18c of 18d, welke afgetrokken wordt 2o van de door de weerstand 36 vloeiende constante stroom. Als gevolg wordt er een kleinere stroom verschaft aan de collectorelektrode van de transistor 34 en de spanning van de condensator 26 verandert bij een langzamere snelheid M', welke langzamere veranderingssnelhèid van de poortspanning gevoerd wordt naar de omschakelingsinrichtingen. De inrichtingen verhogen de belastings-25 stroom bij deze langzamere snelheid, totdat de inrichtingen nagenoeg verzadigd zijn én de belastingsstroom nagenoeg op zijn "volledig aan"-waarde is. Daarna neemt de veranderingssnelheid van de belastingsspanning af en vermindert de hoeveelheid van de stroombroningang 16-1 onttrokken stroom. Dit doet de stroom van de stroombronuitgang 19 toenemen tot zijn oorspronkelijke niveau. De ladings-30 stroom van de condensator 26 neemt dus toe en de poortspanning stijgt wederom met de oorspronkelijk, relatief-snelle snelheid M, voor het volledig verzadigen van de inrichtingen en voor het verlagen van de spanningsval tussen de aansluitingen 12-1 en 12-2 van de gestuurde omschakelingsmiddelen. Wanneer de schakeling uitgeschakeld wordt, door middel van het verhogen van de ingangs-35 spanning naar het +V "uit"-niveau, wordt het stroombronmiddel 16 uitgeschakëld, de omschhkelingstransistor 42 wordt verzadigd en alle opgeslagen poortlading vloeit door de in doorlaatrichting-gestuurde diode 44, die daarmee de omschakeling inrichtingen 12a en 12b snel uitschakelt.

In Figuur lc wordt een spanning-terugkoppelingsschakeling 10c getoond, 40 voor het verschaffen van een snelle aanschakeling/gestuurde uitschakeling van een 8401735 -13- spanning-gestuurde omschakelingsinrichting (in een unipolaire schakeling).

Er wordt, zoals in de schakeling 10a van Figuur la, een stabiliteitscondensator 32 toegepast in het gestuurde omschakelingsmiddel 12, terwijl een terugkoppel-5 condensator 18a toegepast wordt voor het verschaffen van de spanningsterugkoppelin naar het stroombronmiddel 16'. Omschakelingsmiddel 20 bevat een inverteerder 42 en een diode 44, met zijn polariteit omgekeerd, aangezien de schakeling nu zorgt voor een snelle aanschakeling, in tegenstelling tot de dioderichting voor snelle uitschhkeling, zoals voorzien wordt in schakeling 10a.

10 Als de richting van de gestuurde werking omgekeerd wordt, wordt de polariteit van de transistor 34' van het stroombronmiddel omgekeerd, dat wil zeggen er wordt een NPN-transistor toegepast. De spanningen op de elektroden worden eveneens omgekeerd, zodanig .dat, de emitter elektrode van de transistor 34' via de stroom-instelweerstand 36' verbonden is met de gemeenschappelijke 15 schakelingsaansluiting 10-2. In het besturingsnetwerk van het stroombronmiddel zijn de in serie met elkaar staande weerstand 38' en een temperatuur-compensatie-diode 39' aangesloten tussen de basiselektrode van de transistor 34' en het uiteinde van de weerstand 36', dat wil zeggen de gemeenschappelijke dbhakelings-aansluiting 10-2. Een tweede weerstand 40' in de besturingsschakeling van het 20 stroombronmiddel is aangebracht tussen de basiselektrode van de transistor 34' en de omschakelingsstuuraansluiting 16'-2 van het stroombronmiddel. De terugkoppelingang 16'-1 van het stroombronmiddel is nog steeds verbonden met de emitterelektrode van de transistor 34', terwijl de stroombronuitgang 19' nog steeds afgetakt wordt van de collectorelektrode van de transistor 34'.

25 Als nog altijd een spanMng-gestuurde uitgangsinrichting 12a toegepast wordt, is het spanningsvolgermiddel 24' vereist. De ladings gondensato:26' is aangebracht tussen de gemeenschappelijke schakelingsaansluiting 10-2 en de ingang 24'a van het spanningsvolgermiddel, waaraan-eveneens de basiselektrode van de volger transistor 30' aangesloteniis. Hoewel de volger transistor 30' 30 nu een PNP-transistor is, omdat de werkingsrichting omgekeerd is, is zijn emitterelektrode nog altijd aangesloten op de volger uitgang 24b' en de ingang 12-3 van de gestuurde omschakelingsinrichting. De collector elektrode van de volger transistor dient teruggebracht te worden naar een bronspanning, die kleiner is dan de poortspanning V , hoewel een dergelijke verbinding slechts noodzakelijk 9 35 is, wanneer de uitgangsinrichting uitgeschakeld dient te worden. Aangezien het omschakelingsstuurmiddel 20 gebruikt wordt voor het uitschakelen van de belasimngsstroom bij een nagenoeg nul volt V^-ingang, is de collector van de transistor 30' verbonden met de stuuringangsaansluiting 10-1.

Er wordt van uit gegaan dat de in werking zijnde schakeling voor een 40 relatief lange tijd uitgeschhkeld is, waardoor de nagenoeg nul volt stuuringangs- 8401735 -14- spanning V; , btussen de ingangsaansluiting 10-1 en de gemeenschappelijke in aansluiting 10-2, als een relatief hoge spanning +V op de stroombroningang 16'-2 verschijnt, welke spanning de transistoren 34' en 30' aanschakelt en de poort- 5 spanning V van de uitgangsinrichting vermindert tot het nagenoeg nul volt niveau.

Op dezelfde wijze wordt de aanschakelingsdiode 44 omgekeerd gestuurd, veroorzaakt door het "uit" ingangsspanningsniveau en is in de hoge-weerstand toestand.

De belastingsstroom wordt ingeschakeld door middel van het toevoeren van een hoog +V-niveau op de ingangsaansluiting 10-1, de in doorlaatrichting gestuurde 10 aanschakelingsdiode 44 en laadbde ingangscapaciteit van de omschhkelings- inrichting snel op tot een poortspanning V , die de inrichting 12a in verzadiging 9 stuurt. Gelijktijdig hiermee daalt de inverteerder 42 uitgangsspanning op de stroombron-ingang 16'-2 naar een laag niveau en schakelt de stroombrontransistor 34' uit. De spanning over de condensator 26' wordt gedwongen te stijgen naar 15 het niveau op de poortelektrode van de uitgangsinrichting 12a, door de door de nu in doorlaatrichting gestuurde basis-emitterovergang van de transistor 30' vloeiende stroom.

Daarna wordt de schakeling uitgeschakeld door de schakelingsaansluiting 10—1 te sturen met een ingangsspanning V , die terugkeert naar het nagenoeg 20 nulniveau. De aanschakelingsdiode 44 wordt ónmiddellijk omgekeerd gestuurd en treedt op als een hoge weerstand. De inverteerder uitgangsspanning, op de stroombroningang 16'-2, neemt plotseling toe tot nagenoeg het +V~niveau en schakelt de stroombrontransistor.34' in. De uit de aansluiting 19' komende collectorstroom wordt in het begin ingesteld door het stuurnetwerk van weerstand 25 38Λ en 40' en de compensatiediode 39', en door de waarde van de stroom-instel-weerstand 36'. De spanning over de condensator 26' begint te dalen, dit doet de spanning op de volgeruitgang 24b' verminderen, waardoor de poortspanning van de omschakelingsinrichting begint te dalen met de snelle veranderings-snelheid M. De drain-source-spanning van de omschakelingsinrichting begint 30 toe te nemen, als de inrichting vanuit de verzadiging naar het werkzame gebied begint over te gaan; de belastingsstroom daalt echter niet merkbaar, totdat de verzadigingsdrempelspanning (met een waarde V ^ groter dan de geleidings-drempelspanning.-V ) bereikt is. Wanneer de verzadigingsdrempelwaarde bereikt is en de inrichting-vanuit de verzadiging in het werkzame gebied overgaat 35 begint de belastingsstroom af te nemen. De toename van de drain-source-spanning van de omschakelingsinrichting wordt via de terugkoppelcondensator 18a teruggevoerd en doet een stroom onttrekken aan de stroombron-stuuraansluiting 16'-1. Deze stroom-onttrekking verlaagt tijdelijk de uit de collectorelektrode van transistor 34' beschikbare stroom. De veranderingssnelheid van de spanning over 40 de condensator 26' wordt daarom verminderd, en de poortspanning V van de uitgangs- 8401735 9 -15- omschakelingsinrichting neemt af met een kleinere snelheid M'. Als de om- schakelingsinrichting 12a de drempelspanning V ^ overschrijdt, dan neemt de veranderingssnelheid van de belastingsspanning af, waardoor een kleinere om- 5 loopstroora vloeit door de terugkoppelcondensator 18a en de uit de collector- elektrode van de transistor 34' beschikbare stroom neemt toe tot zijn oorspronkeli; waarde. Als reactie daarop keert de veranderingssnelheid van de spanning over de condensator 26' terug naar nagenoeg de oorspronkelijke waarde, waardoor de afname van de poortspanning V wederom plaatsvindt met de hogere snelheid M, 9 10 totdat de poortspanning een nagenoeg nulwaarde heeft, waardoor het de uitgang-omschakelingsinrichting 12a vast in het afsnijgebied plaatst.

In Figuur ld wordt een spanning-terugkóppelschakeling lOd getoond, voor het verschaffen van de gestuurde aanschakeling en de gestuurde uitschhkkling van een spanning-gestuurde omschakelingsinrifcüating (in een unipolaire schakeling) . 15 Omdat zowel de aanschakeling en de uitschakeling gestuurd dienen te worden, wordt er in de omschakelingssectie 20 geen snel-omschakelingsdiode gebruikt; alleen inverteerder 42 wordt toegepast voor het verschaffen van de aanschakeling bij een positieve spanning, die groter is dan de voor de uitschakeling vereiste spanning. Het is duidelijk, zoals getoond is in Figuur lb, dat er geen in-20 verteerder tussen de schakelingsingang 10-1 en de stuuringang 16—21' van de stroombron 16'1 vereist is, als het tegengestelde stuurvermogen gebruikt dient te worden (bijvoorbeeld een hogere positieve spanning voor de "uit"-toestand ten opzichte van de "aan"-toestand).

Aangezien zowel de aanschakeling als de uitschakeling gestuurd dienen 25 te worden, gebruikt het stroombronmiddel 16'' een paar complementaire inrichtingen een stroombrontransistor 34a'1 wordt toegepast voor de gestuurde aanschakeling en een stroombrontransistor 34b'1 wordt toegepast voor de gestuurde uitschakeling. De PNP-transistor 34a'1 heeft een aanschakelstroom-instelweerstand 36a'1, aangesloten tussen de emitterelektrode daarvan en een bron van positieve spanning 30 +V, en een besturingsnetwerk, die een weerstand 38a'' en een temperatuur-compensatiediode 39a'1 bevat, aangesloten tussen de +V-bron en de transistor basiselektrode, en een weerstand 40a'', aangesloten tussen de basiselektrode en de stuuringang 16-21'. De NPN-stroombrontransistor voor het uitschakelgedeelte van de bron heeft zijn emitter-elektrode verbonden via de stroombronweerstand 35 36b'' met de gemeenschappelijke schakelingsaansluiting 10-2 en bevat een besturingsnetwerk met een eerste weerstand 38b'' en een temperatuur-compensatie-diode 39b'aangesloten tussen de basis-elektrode van de transistor 34b'' en de gemeenschappelijke schakelingsaansluiting 10-2, en een weerstand 40b'1, aangesloten tussen de basiselektrode en de stuuringang 16-21'. De collector-40 elektroden van de transistoren 34a'' en 34b'1 zijn parallel aangesloten op de 8401735 -16- stroombronuitgangsaansluiting 19''. De scanningsvolger 24'1 vereist eveneens een paar complementaire transistoren 30a en 30b, waarvan de emitterelektroden gezamenlijk verbonden zijn met de spanningsvolger 24'' en de stuuringang 12-3 5 van de gestuurde omschkkelingsinrichting. De collector van de NPN-volgertransistor 30a is verbonden met een positieve spanningsbron +V, terwijl de collector van de PNP-volgertransistor 30b verbonden is met de gemeenschappelijke aansluiting 10-2. De basiselektroden van de transistoren zijn tezamen verbonden met de niet-gemeenschappelijke aansluiting van de ladingscondensator 26 en de uitgang 10 19'' van het stroombronmiddel.

Aannemend dat de ingangsspanning V,^ tussen de schakeling ingangs-aansluiting 10-1 en de gemeenschappelijke schakelingsaansluiting 10-2 zich^ in werkingjop een nagenoeg nul "uit"-waarde voor enige tijd bevindt, is de stroombron transistor 34b'1 in de werkzame toestand, terwijl de stroombron-15 transistor 34a'1 in de afsnijtoestand is. De spanning over de condensator 26 is nagenoeg nul, alsook de poortspanning van de gestuurde omschakelings-inrichting. De omschakelingsinrichting 12a is als gevolg daarvan in de volledige afsnijtoestand en er stroomt geen belastingsstroom. Wanneer de ingangsspanning ^ verhoogd wordt tot de +V ("aan")-niveau, daalt de spanning op de stroombron-20 ingang 16-211 naar het nagenoeg nulniveau. De stroombrontransistor 34b'' wordt omgeschakeld naar de afsnijtoestand en de stroombrontransistor 34a'' wordt werkzaam. Er vloeit stroom in de condensator 26 en de spanning daarover neemt toe, waarbij een bijbehorende toename van de stuurspanning van de gestuurde omschakelingsinrichting optreedt. De spanning neemt toe met de relatief 25 hoge veranderingssnelheid M, totdat de omschakelingsdrempelwaarde van de inrichtinc 12a bereikt wordt, waarop er stroom begint te vloeien naar de belasting 11 en het geleidingskanaal van de inrichting 12a. Als reactie op de belastings-stroom, neemt de spanning over de belasting 11 toe, en de door de terugkoppel-condensator 18a onttrokken stroom neemt toe, en doet de vanuit de stroombron-30 middel-uitgang 19'1 vloeiende stroom verminderen. Daarna wordt de ladings- snelheid van de condensator 26 verkleind, zodanig dat de poortspanning-veranderingE snelheid van de omschakelingsinrichting verminderd wordt tot de langzamere veranderingssnelheid M'. Wanneer de omschakelingsinrichting de verzadiging nagenoeg bereikt heeft, vertraagt de belastingsspanningsverandering, en ver-35 oorzaakt dat minder stroom onttrokken wordt via de tërugkoppelcondensator 18a, waarna de stroom van de stroombronmiddeluitgang 19'' terugkeert naar zijn oorspronkelijke waarde en meer stroom inbrengt in de condensator 26. Als reactie daarop neemt de poortspanning van de gestuurde omschakelingsinrichting toe met de grotere veranderingssnelheid M en brengt de inrichting. ;snel in 40 een volledige verzadigingstoestand.

8401735 -3.7-

Wanneer de ingangsspanning V omgeschakeld wordt naar de nagenoeg nul "uit"-spanning, neemt de spanning op de stroombroningang 16-2 1 ' plotseling toe tot ongeveer +V volt. De stroombrontransistor 34a'' wordt nu in de afsnijtoestand 5 gebracht, terwijl de stroombrontransistor 34b'' werkzaam wordt. De nu van de condensator 26 verwijderde lading doet de poortspanning V van de uitgangs- 9 inrichting dalen met de relatief snelle veranderingssnelheid M. De inrichting begint uit de verzadiging te komen, maar een aanzienlijke verandering in de belastingsstroomspanning treedt niet op, totdat de verzadigings.;drempelwaarde 10 bereikt is. Daarna begint de belastingsspanning af te nemen, welke afname snelheid via de terugkoppelcondensator 18b doorgegeven wordt voor het tijdelijk verminderen van de stroom naar de uitgangsaansluiting 19' *. Als reactie daarop wordt de ontladingssnelheid van de condensator 26 vertraagd en verandert de poortspanning van de uitgangsinrichting met de lagere veranderingssnelheid 15 M', die een langzamere verandering in de belastingsstroom veroorzaakt. Zodra de belastingsstroomverandering nagenoeg volledig is en de poortspanning van de uitgangsinrichting 12a het drempelniveau V bereikt, wordt de naar de stroombron-ingang 16-lb'1 teruggekoppelde hoeveelheid verminderd en de uitgangs-stroom van het bronmiddel keert terug naar zijn oorspronkelijke waarde. Er 20 wordt lading verwijderd van de condensator 26 met een hogere snelheid, waardoor de poortspanning van de uitgangsinrichting daalt naar de oorspronkelijke hogere snelheid M, totdat de uitgangsinrichting 12a volledig uitgeschakeld is.

In Figuur 3e wordt een spanning-terugkoppelschakeling 10e getoond, voor het verschaffen van een gestuurde aanschakeling en een gestuurde uitschakeling 25 van een stroom-gestuurde omschakelingsinrichting (in een unipolaire schakeling).

De gestuurde omschhkelingsinrichting in deze schakeling is een bipolaire transisto: 12c, met een collector-bronstroom (en daardoor de stroom door de belasting 11), die gestuurd wordt door de waarde van een naar de inrichting stuuringang 12c vloeiende stroom 1^, dat wil zeggen de transistor basiselektrode. Een stroom-30 spanningsomzetter en volgermiddel 24 is niet vereist, waardoor de stroomuitgang 19'' van het gestuurde-aan/gestuurde-uit stroombronmiddel 16'' direct veiabonden is met de gestuurde amschakelingsinrichting£ingang 12-3. De schakeling 10e is, in nagenoeg alle andere onderdelen, praktisch' gelijk aan de schakeling lOd. De werking van de schakeling 10e is eveneens nagenoeg gélijk (als de 35 bipolaire transistorgeleiding en verzadiging drempelstromen ingevuld zijn voor de FET geleiding en verzadiging drempelspanningen), waarbij het enige verschil is, dat tijdens de aanschakeling, de stroom van de brontransistor 34a'1 direct toegevoerd wordt aan de basiselektrode van de uitgangstransistor, terwijl tijdens de uitschakeling, de uitgangsstroom van de uitschakeltransistor 40 34b'' direct afkomstig is van de basiselektrode van de uitgangsinrichting.

8401735 -18-

In Figuur wordt een stroom-terugkoppelschakeling lOf getoond, voor het verschaffen van een gestuurde aanschakeling en een snelle uitschkkeling van een spanning-gestuurde omschakelingsinrichting (in een unipolaire schakeling).

5 De schakeling lOf is nagenoeg gelijk aan de schakeling 10a van Figuur la, met de uitzondering, dat het terugkoppelmiddel 18 geen condensator gebruikt voor het doorgeven van de belastingsspanning (dV/dt) veranderingen aan de emitter-elektrode van de stroombrontransistor. De belastingsstroom (dl/dt) terugkoppeling wordt verschaft door middel van het gebruik van een stroom- 10 bemonsteringsweerstand 18e, aangebracht tussen de gemeenschappelijke schakelings- aansluiting 10-2/lijn L^ en de source-elektrode van de gestuurde omschakeling FET inrichting 12a. Als reactie op de belastingsstroom 1^ door de fceJno-n&Yer - weerstand 18e, wordt er een spanning tot stand gebracht over deze weerstand, welke aan de belastingsstroom gerelateerde spanning teruggevoerd wordt door 15 de condensator 18a naar de ingangsaansluiting 16-3, op de basiselektrode van de stroombrontransistor. Als de belastingsstroom I toeneemt, wordt er dus

L

een grotere spanning tot stand gebracht over de weerstand 18e en de basisspanning van de stroombrontransistor 34 stijgt, en doet de spanning over de stroominstelweerstand 36 afnemen, voor het verschaffen van de langzamere 20 veranderingssnelheid M' tijdens de aanschakeling.

Als alternatief voor de stroominstelweerstand 18e kan een transformator 18f gebruikt worden. De primaire winding 18f-l van de transformator is in serie verbtonden tussen de belasting 11 en het drain-source geleidingskanaal van de omschakelingsinrichting 12a. De secundaire winding 18f-2 van de transformator 25 is verbonden tussen de gemeenschappelijke spanning en de isolatieterugkoppel- condensator 18a. Als de belastingsstroom begint toe te nemen tijdens de gestuurde aanschaMfeibingy neemt de spanningsval over de primaire winding 18f-l toe en deze toename in de spanning wordt doorgegeven aan de secundaire winding 18f-2, en aan de ingangsaansluiting 16-3 van de stroombron, en doet tijdelijk de 30 uitgangsstroom van de stroombron afnemen. Het is duidelijk dat andere bekende vormen van stroomterugkoppeling toegepast kunnen worden, en dat de belastingsstroom terugkoppelingsinrichting toegepast kan worden met een snelle aanschakel/ gestuurde uitschakel of een gestuurde aarischakel/gestuurde uitschakel omschakeling: schakeling, vereist voor het bijzondere eindgebruik.

35 Verschillende voorkeursuitvoeringsvormen van de nieuwe schakeling voor de gestuurde omschakeling van niet-regeneratieve vermogens halfgeleiders zijn getoond, alsmede verschillende voorkeurstoepassingen van de gestuurde omschakeling methoden. Vele variaties en aanpassingen zijn voor de ingewijden nu duidelijk in het bijzonder in lijn-frequentie of andere lage omschhkelingssnelheids-40 toepassingen, waarin het door de enigszins langzamere belastingsstroom verandering 8401735 -19- veroorzaakte omschakelingsverlies.een uitvoerbaar alternatief biedt voor de en inppassieve afsnijinrichtingenn/EMI filters opgelopen verliezen. De uitvinding wordt alleen begrensd door de omvang van de bijbehorende conclusies en niet 5 door de specifieke details en middelen, die hierin gepresenteerd zijn ter verklaring van de getoonde voorbeelden.

10 15 20 25 30 35 40 8401735

Claims (24)

1- Een werkwijze voor de gestuurde omschakeling, tussen een volledig uitge-5 schakelde toestand en een volledig ingeschakelde toestand, van een niet- regeneratieve vermogenshalfgeleider-inrichting, die een gestuurde stroom heeft, met een geleidingsdrempelwaarde en een verzadigingsdrempelwaarde, daardoor reageerbaar op een stuurelektrodesignaal, gekenmerkt door de stappen: (a) het verschaffen van een stuursignaal, die een eerste en een tweede 10 karakteristiek heeft, voor respectievelijk sturen van de inrichting in een bijbehorende volledig ingeschakelde- en volledig uitgeschhkelde toestand van de stroom daardoor; (b) het selecteren van tenminste één veranderingsrichting tussen de eerste en tweede toestand van het stuursignaal, als eenubijbehorende gestuurde 15 veranderingsrichting van het stuurelektrodesignaal; (c) het veranderen van het stuurelektrodesignaal met een eerste verander ingssnelhe id M, als reactie op een verandering van het stuursignaal in elke geselecteerde gestuurde richting en totdat een eerste drempelwaarde bereikt is (d) daarna het reduceren van de veranderingssnelheid van het stuurelektrode-20 signaal, in de gestuurde richting, in een tweede veranderingssnelheid M', kleiner dan de eerste veranderingssnelheid M, totdat de overblijvende drempelwaarde bereikt is; en (e) daarna het verhogen van de veranderingssnelheid van het stuurelektrodesignaal in de gestuurde richting met een andere snelheid, groter 25 dan de tweede snelheid M'.

2. De werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de snelheid van stap (e) nagenoeg gelijk is aan de eerste snelheid M van stap (c).

3. De werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat stap (b) de volgende stap bevat: het selecteren van het stuursignaal en de gestuurde 30 veranderingsrichtingen, als die richting de inrichtingsstroom inschakelt.

4. De werkwijze volgens conclusie 3, verder gekenmerkt door de volgende stap: nagenoeg onmiddellijk veranderen van het stuurelektrodesignaal van een waarde, groter dan de verzadigingsdrempelwaarde, naar een waarde, kleiner dan de geleidingsdrempelwaarde, wanneer het stuursignaal verandert in een 35 tegengestelde richting, waarbij de inrichtingsstroom uitgeschakeld wordt.

5. De werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat stap (b) de volgende stap bevat: het selecteren van het stuursignaal en de gestuurde veranderingsrichtingen, als de richting, die de inrichtingsstroom uitschakelt.

6. De werkwijze volgens conclusie 5, verder gekenmerkt door de volgende 40 stap: het nagenoeg onmiddellijk veranderen van het stuurelektrodesignaal van een 8401735 -21- waarde, kleiner dan de gè lé idling sdrempe lwaarde, in een waarde, gróter dan de verzadigingsdrempelwaarde, wanneer het stuursignaal verandert in een tegengestelde richting, waarbij de inrichtingsstroom ingeschakeld wordt.

57. De werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat stap (b) eveneens de volgende stap bevat: het selecteren van het stuursignaal en de gestuurde veranderingsrichtingen, als die richting, waarbij de inrichtingsstroom ingeschakeld wordt.

8. De werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de inrichting 10 elektrisch verbonden is met een stroom-consumerende belasting, en verder de volgende stap bevat: (f) het terugvoeren van een aan een parameter van de belasting gerelateerd signaal, voor het bepalen, wanneer de drempelwaarden bereikt worden.

9. De werkwijze volgens conclusie 8, mat het kenmerk, dat de belastings-15 parameter eennbèlastingspanning is, en dat stap (f) de volgende stap bevat: het verkrijgen van het terugkoppelsignaal van de tijdveranderingssnèlheid van de belastingsspanning.

10. De werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de belastings-parameter een belastingsstroom is, en dat de stap (f) de volgende stap bevat: 20 het verkrijgen van het terugkoppelsignaal van de tijdveranderingssnelheid van de belastingsstroom.

11. De werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het stuurelektrode-signaal een stuurelektrodestroom is; de stap (c) verder de volgende stap bevat: het verschaffen van een stroombron voor het genereren van de stuurelektrode- 25 stroom van nagenoeg constante waarde; en de stap (d) de stap van het onttrekken van een deel van de stroom van de bron bevat, voor het reduceren van de stuurelektrodestroom, als reactie op de waarde en de duur van het vanuit de belasting teruggevoerde signaal.

12. De werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het stuurelektrode-30 signaal een stuurelektrodespanning is; stap (c) verder de volgende stappen bevat: het verschaffen van een stroombron voor het genereren van een stroom van nagenoeg constante waarde; het omzetten van de stuurstroom in een stuur-spanning; en het verschaffen van de stuurspanning, als het stuurelektrodesignaal; en stap (d) de volgende stap bevat: het onttrekken van een gedeelte van de 35 stroom van de bron, voor het reduceren van de daaruit omgezette stuurelektrodespanning, als reactie op de waarde en richting van het vanuit de belasting teruggevoerde signaal.

13. Inrichting voor het sturen van de omschakeling tussen een volledig ingeschakelde toestand en een volledig uitgeschakelde toestanddvan een niet- 40 regeneratieve vermogenshalfgeleider-inrichting, die een bestuurbare stroom heeft, 8401735 -22- met een geleidingsdrempelwaarde en een verzadigingsdrempelwaarde, daardoor reageerbaar op een stuurelektrodesignaal, gekenmerkt door: middelen voor het ontvangen van een stuursignaal, die een eerste en een tweede karakteristiek 5 heeft, voor het sturen van de inrichting in resp. een bijbehorende volledig ingeschakelde toestand en een volledig uitgeschakelde toestand van de stroom daardoor; v middelen, die reageren op tenminste één van de eerste en tweede karakteristiek van het stuursignaal, voor het verschaffen van een stroom voor het 10 veranderen van de waarde van het stuurelektrodesignaal met een eerste snelheid M; en middelen voor het verschaffen van een terugkoppelsignaal naar de stroom-verschaffende middelen, voor het veranderen van de stroom daarvan, voor het reduceren van de veranderingssnelheid van het stuurelektrodesignaal tot 15 een tweede snelheid M', kleiner dan de eerste snelheid M, als reactie op de gestuurde stroom door de inrichting, die zich bevindt tussen de geleidingsdrempelwaarde en de verzadigingsdrempelwaarde.

14. Inrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat het stuurelektrodesignaal een stuurelektrodespanning is, en verder bevat: middelen voor het 20 omzetten van de stroom van de stroom-verschaffende middelen in een spanning, voor toepassing in de inrichting, als het de stuurelektrodespanning.

15. De inrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de stroom-verschaffende middelen bevatten: een bron van werkingsspanning; een bron inrichting, met Neelektroden; en een netwerkmiddel, verbonden met de spannings- 25 bron en met (N-l) elektroden van de broninrichting, voor het doen stromen van de stroom van een overblijvende elektrode van de broninrichting met de eerste snelheid, als reactie op één van de eerste en tweede karakteristieken van het stuursignaal.

16. De inrichting volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat het terug- 30 koppelmiddel verbonden is met één van de (N-l) elektroden van de broninrichting.

17. De inrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de stroombron toegepast wordt, voor het sturen van de stroom van de halfgeleiderinrichting van de volledig uitgeschakelde toestand naar de volledig ingeschakelde toestand, als reactie op het ontvangen van de istuursignaal eerste karakteristiek; en 35 dat het verder bevat middelen voor het nagenoeg onmiddellijk veranderen van het stuurelektrodesignaal, voor het doen omschakelen van de vermogenshalfgeleider-inrichting van de volledig ingeschakelde toestand naari.de volledig uitgeschakelde toestand, als reactie op de aanwezigheid van de stuursignaal tweede karakteristiek

18. De inrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de stroombron 40 toegepast wordt, voor het sturen van de stroom van de halfgeleider-inrichting 8401735 4 i -23- van de volledig ingeschakelde toestand naar de volledig uitgeschakelde toestand, als reactie op het ontvangen van de stuursignaal eerste karakteristiek; en dat het verder bevat middelen voor het nagenoeg onmiddellijk veranderen van 5 het stuurelektrodesignaal, voor het doen omschakelen van de vermogenshalfgeleider-inrichting van de volledig uitgeschakelde toestand naar de volledig ingeschakelde toestand, als reactie op de aanwezigheid van de stuursignaal tweede karakteristiek.

19. De inrichting volgens conclusie 13, verder gekenmerkt door een met de vermogenshalfgeleider-inrichting verbonden elektrische belasting; en waarin 10 het terugkoppelmiddel het terugkoppelsignaal verschaft, als reactie op de tijd veranderingssnelheid van detbelastingspanning.

20. De inrichting volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat het terugkoppelsignaal verschaffende middel een capacitief serie-element bevat.

21. De inrichting volgens conclusie 20, met het kenmerk, dat het terugkoppel-15 signaal verschaffende middel verder bevat een weerstandselement in serie met het capacitieve element voor het verminderen, in samenwerking met het netwerk-middel, van de waarde van het door het stroom-verschaffende middel verschafte terugkoppelsignaal.

22. De inrichting volgens conclusie 13, verder gekenmerkt door een met 20 he vermogenshalfgeleider-inrichting verbonden elektrische belasting; en waarin het terugkoppelsignaal verschaffende middel een middel bevat, voor het verschaffen van het terugkoppelsignaal, als reactie op de tijd-veranderingssnelheid van de door de belasting vloeiende stroom.

23. De inrichting volgens conclusie 22, met het kenmerk, dat het middel 25 bevat: een in serie met de belasting verbonden bemonsteringweerstandselement, voor het verschaffen van het terugkoppelsignaal, als reactie op de tijd-veranderin? snelheid van öecbelastingsstroom, naar het stroomverschaffende middel.

24. De inrichting volgens conclusie 22, met het kenmerk, dat het middel bevat: een transformator, met een in serie met de belasting verbonden primaire 30 winding, en een secundaire windirig, die het terugkoppelsignaal verschaffen aan het stroom-verschaffende middel, als reactie op de tijd-veranderingssnelheid van de door de primaire winding vloeiende stroom. 35 40 8401735