SE454637B - Monolitiskt integrerbar kopplingskrets for styrning av induktiva belastningar med ett darlington-slutsteg - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 454 637 2 hög effektförbrukning ástadkommes i transistorn, ibland med destruktiv verkan.

En minskning i fránkopplingstiden är därför fördelak- tig både för att öka den maximalt möjliga omkopplingsfrek- vensen och för att förbättra styrkretsens effektivitet med avseende på energiförbrukning, genom reducering av tiderna då sluteffekttransistorns drift avviker från driften vid en idealisk omkoppling.

Den vanliga metoden för att minska omkopplingstiderna hos en effekttransistor, som arbetar vid mättning under led- ningssteget, innefattar anslutning av transistorns bas till ett kretsorgan, som har låg impedans, varigenom sålunda de däri lagrade laddningarna blir i stånd att hastigt passera bort, när den mättade transistorn är frånkopplad.

Kretsorganet kan helt enkelt vara en transistor, som påverkas i motfas relativt den transistor, som skall fràn- kopplas, för ástadkommande av en ström för extraktion av ladd- ningen fràn den bortkopplade transistorns bas. Motfastransis- torn inkopplas med sina kollektor- och emitterklämmor mellan belastningen och basen hos den effekttransistor, som skall frånkopplas, eller mellan basen och den matningsspänningsgene- ratorklämma, till vilken belastningen anslutes.

I det första fallet är den effektivitet, med vilken laddningar extraheras, inte så hög, eftersom den på extrak- tíonstransistorn pátryckta kollektor-emitter-spänningen är begränsad. Likväl fortsätter extraktionen till dess fránkopp- lingen är färdig.

I det andra fallet verkar emellertid extraktionstransis- torn till en början effektivare, eftersom den därpå pátryckta kollektor-emitter-spänningen är högre. Extraktionen avbrytes emellertid innan sluttransistorn helt har frånkopplats om be- lastningen är av ledande typ. Skälet är att en motelektromo- torisk kraft induceras under frånkoppling i en induktiv be- lastning och minskar spänningsnivàerna hos den till belast- ningen anslutna sluttransistorn under den negativa matnings- klämmans spänningsnivå. Om extraktionstransistorns emitter är ansluten till den negativa matningsklämman polariseras emellertid extraktíonstransístorn omvänt och slutar med att 10 '15 20 25 30 35 454 637 3 extrahera laddningar. Tvärtom maste en diod inkopplas mellan de två transistorerna för att hindra eventuell strömàterkopp- ling.

För att erhålla höga omkopplingshastigheter i en krets för styrning av induktiva belastningar är det därför nödvän- digt att kombinera de två tidigare nämnda systemen, varvid tva olika extraktionstransistorer användes och den ena transistorns emitter är ansluten till den negativa matningsklämman, under .det att den andra är ansluten till utgångsklämman. Detta är 'tidigare känt.

Förfarandet för°att extrahera laddning från den fránkopp- lade mättade transistorn är mycket effektivt till en början och fortsätter till dess fránkopplingen är avslutad.

Denna metod medför emellertid uppenbarligen en mera kom- plicerad krets beroende pà de erforderliga polariserings- och styrorganen och mera utrymme erfordras för anpassning, vilket sålunda ökar tillverkningskostnaden.

Samma överväganden gäller även för styrkretsar, i vilka sluteffekttransistorn hàlles i den aktiva zonen av sitt arbets- område men omkopplas av en transistor, som arbetar i mättníng, då den är ledande. För att öka omkopplíngshastigheten är det i detta fall nödvändigt att ansluta den sistnämnda transistorns bas till en eller två extraktionstransistorer, såsom beksrivits tidigare, för att accelerera urladdningsprocessen.

Detta gäller exempelvis för de styromkopplingskretsar, till vilka uppfinningen hänför sig, vilka kretsar innefattar ett Darlington-slutsteg, som består av en sluteffekttransistor, vilken arbetar i den aktiva zonen, varvid kretsens styrtran- sistor arbetar vid mättning och de två transístorerna är hop- kopplade med en gemensam kollektor.

Normalt användes transistorer av NPN-typ beroende på deras omkopplingsegenskaper.

Omkopplingsstyrkretsar av det ovannämnda slaget användes för speciella applikationer, varvid det är viktigt att minska kretsens energiförbrukning, då den är overksam, eftersom den- na förbrukning är den största delen i den totala förbrukningen under de olika arbetsstegen. 15 20 25 30 35 454 637 4 Ett Darlington-slutsteg har låg förbrukning, då det är overksamt, mindre än andra slutsteg, eftersom dess strömför- stärkning är mycket hög. Även om ett Darlington-steg kräver en minimal spänning för drift, motsvarande en bas-emitter-spänning jämte en kol- lektor-emitter-spänning vid mättning, vilket sålunda resulte- rar i en större förlust av användbar spänning, så är denna spänningsförlust en icke viktig procentandel av de matnings- spänningar, som normalt användes för styrkretsar för omkopp- ling av induktiva belastningar.

Vidare har ett Darlington-slutsteg, speciellt om det är uppbyggt av NPN-transistorer, avsevärda fördelar med av- seende på integrering och det kan omkopplas snabbare än en enda sluttransistor med samma effekt och arbetande vid mätt- ning. Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en monoli- tiskt integrerbar styrkrets för omkoppling av induktiva be- lastningar, varvid kretsen innefattar ett Darlington-slutsteg och omkopplar med högre hastighet än kända kretsar samt dessutom är billigare att tillverka än nämnda kretsar.

Syftet uppnås med en styrkrets för omkoppling av induk- tiva belastningar, varvid kretsen är utformad och för övrigt framgår av patentkraven vid slutet av beskrivningen.

Uppfinníngen kommer att förstås lättare med utgångspunkt från den följande detaljerade beskrivningen, som är avsedd att utgöra ett icke begränsande exempel, i samband med den bifoga- de ritningen, som avser ett blockschema för en styrkrets för omkoppling av induktiva belastningar i enlighet med uppfinningen.

Ritningen visar ett schema för en styrkrets enligt uppfin- ningen, vilken krets innefattar ett slutsteg av Darlington-typ, vilket steg har en första bipolär transistor T1 samt en andra bipolär transistor T2, båda av NPN-typ, varvid TZ är sluteffekt- transistorn och TI är dess styrtransistor.

Emittern hos sluttransistorn T2, vars kollektor är an- sluten till den positiva klämman +VCc hos en matningsspännings- generator, utgör utgångsklämman hos den krets, som är ansluten till den för omkoppling avsedda induktiva belastningen. Den induktiva belastningen, som representeras av ett motstånd RL och en induktor L, vilka är seriekopplade, är anordnad mellan 1 p; 10 15 20 25 30 35 454 637 5 utgàngsklämman och den negativa klämman hos matningsspännings- generatorn, som kan utgöra kretsens "jord".

En áterkopplingsdiod DE är ansluten utanför kretsen parallellt med RL och L. På känt sätt erfordras återkopp- lingsdioden på grund av den induktiva belastningen, som efter det att sluttransistorn har fránkopplats måste matas med den ström, som erfordras för omkopplingstransienten.

Transistorns T2 bas är ansluten till emittern hos tran- sistorn T1, vars kollektor också är ansluten till den positiva klämman + VCC.

Transistorns T1_bas är via ett styrkretsorgan, som repre- senteras av ett block C pà ritningen, ansluten till en källa för omkopplingssignaler, vilken representeras av ett block SW.

Transistorn TI och följaktligen transistorn T2 omkopplas såsom svar pà omkopplingssignalerna.

Transistorns T1 bas är ansluten till kollektorn hos en tredje bipolär transistor TS av NPN-typ, vars bas också är ansluten till styrkretsorganet C, så att transistorn TS omkopp- las till det ledande tillståndet i motfas mot transistorn T1.

Pa ritningen visas en vagform vid transistorernas T1 och TS baser, vilken vàgform representerar de omkopplingssignaler, som sändes till de ovannämnda transistorernas baser.

Transistorns TS emitter är ansluten till anoderna hos en första och en andra diod D1 och DZ, vars katoder är anslutna till den negativa klämman -Vcc hos matningsspänningsgeneratorn respektive till emittern hos sluteffekttransistorn T2.

Vi skall nu betrakta driften av den på ritningen visade kretsen. _ Under det tillstànd, då transistorerna T1 och T2 hos Darlington-slutsteget är ledande hàlles transistorn TS frân- kopplad av styrkretsorganet C.

När styrkretsorganet såsom svar på en omkopplingssignal från källan SW fránkopplar transistorn TT och följaktligen transistorn T2 tillkopplar nämnda organ samtidigt transistorn TS, som omedelbart lämnar en ström för att extrahera ladd- ningar från basen hos transistorn TI, som fortfarande är omättad, varvid sålunda dess fränkopplingstransient accelereras.

Såsom angivits är det lättare att frånkoppla ett Darlington- 10 15 20 25 30 35 454 637 6 slutsteg än en enda sluttransistor med samma effekt, eftersom styrtransistorn, som arbetar vid mättning, har mycket reduce- rade mått i ett Darlington-steg, varvid sålunda ackumuleringen av laddningar däri begränsas.

Följaktligen kan transistorn TS göras mindre än de tran- sistorer, som användes för urladdning av en enda sluteffekt- transistor, vilken arbetar vid mättning. Under fránkoppling urladdas till en början den ström, som passerar fran transis- torns TI bas via transistorn TS, till jord via dioden D1.

Beroende på den motelektromotoriska kraft, som induceras vid den induktiva belastningen L, sjunker under omkoppling spänningsnivan hos transistorns T2 emitter under spännings- nivån för den negativa klämman hos matningsspänningsgenera- torn, varvid sålunda emitter- och baspotentialerna hos T1 också bringas under matningsspänningsniván.

Såsom resultat polariseras dioden D1 omvänt och den är inte längre ledande. Dioden D2 polariseras emellertid direkt, så att transistorns TS emitterström kan passera därigenom till den negativa klämman -Vcc (via belastningen L och RL) till dess transistorn T1 helt har frånkopplats.

Det förhållandet att extraktionsströmmen passerar utmed belastningen är inte en nackdel, eftersom extraktíonsströmmen endast kan utgöra en bråkdel av den ström, som erfordras av den induktiva belastningen under dess normala fränkopplings- transient, så att àterkopplingsdiodens DE mätt med fördel kan reduceras.

Det är sålunda uppenbart att en styrkrets för omkoppling i enlighet med uppfinningen, vilken krets innefattar ett Darlíngton~slutsteg, kan ge en hög omkopplíngshastighet och även i hög grad förenkla kretsen och effektivt reducera det totala integreringsomràdet jämfört med vad som gäller för kända kretsar. Styrkretsen kan även uppbyggas uteslutande av transistorer av NPN-typ, vilka är fördelaktiga både teknolo- giskt sett och med avseende på omkopplingshastigheterna.

En andra men inte mindre viktig fördel med kretsen pá ritningen är att transistorn TS även kan matas via en mindre spänningskälla än den för slutsteget, vilket medför en inbe- sparing i matningsenergi.

IA 10 454 637 7 Ehuru endast en utföringsform av uppfinningen har åskåd- liggjorts och beskrivits kan naturligtvis många modifikationer göras utan att uppfinningens ram överskrides.

Exempelvis kan de beskrivna styrkretsarna utgöra en del av en mer komplicerad styrkrets, exempelvis en styrkrets för induktiva belastningar, som arbetar med ett mottaktslutsteg.

Darlington-slutsteget kan även omkopplas "i tid" med ett förfarande och med kretsorgan som beskríves i samband med kända arrangemang, varvid laddningsextraheringskretsorganen påverkas endast under en viss tid efter det att frånkopplingen av slutsteget börjar för att förhindra fördröjningar i efter- följande tillkopplíng.

Claims (1)

1. 454 637 P A T E N T K R A V (1. Monolitiskt integrerbar krets för styrning av omkopp- lingen av induktiva belastningar, varvid kretsen innefattar ett Darlington-slutsteg, som omfattar en första och en andra transístor (TI resp. T2), var och en med en första klämma, en andra klämma samt en styrklämma och var och en med samma typ av ledningsförmåga, varvid den första och den andra kläm- man hos den första transistorn (T1) är anslutna till den andra transistorns (T2) styrklämma respektive till en första klämma (+VcC) hos en matningsspänningsgenerator, varvid en induktiv belastning (L, RL) är inkopplad mellan generatorns andra klämma (-Vcc) och den andra transistorns (T2) första klämma, varvid den andra transistorns (T2) andra klämma är ansluten till den första klämman (+VCC) hos matningsspännings- generatorn och varvid den första transistorns (T1) styrklämma är ansluten till ett styrkretsorgan (C), kopplat till en källa (SW) för omkopplingssignaler, i beroende av vilka kretsorga- net (3) omkopplar den första transistorn (T1) och den andra transistorn (TZ), varvid kretsen k ä n n e t e c k n a s av att den innefattar en tredje transistor (TS), som har en första klämma, en andra klämma och en styrklämma och som har samma typ av ledningsförmàga som den första och den andra transistorn (T1 resp. T2), varvid den tredje transistorns (TS) styrklämma är ansluten till styrkretsorganet (C), som gör den tredje transistorn ledande i motfas med avseende pá den första transistorn (T1), varvid den tredje transistorns (TS) första klämma är ansluten till den andra klämman (-VCC) hos matníngsspänningsgeneratorn samt till den första klämman hos den andra transistorn (TZ) via en första och en andra diod (D1 resp. D2), varvid den tredje transistorns (TS) andra klämma är ansluten till den första transistorns (T1) styr- klämma. Z. Styrkrets enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att den första, den andra och den tredje transistorn (T1, 454 637 9 TZ resp. TS) är bipolära, varvid den första klämman, styr- klämman, och den andra klämman hos varje transistor är emittern, basen respektive kollektorn. ___-__-