DD271205A1

DD271205A1 - Schaltungsanordnung zur verringerung der verlustleistung bei der ansteuerung von leistungsschalttransistoren mit einer induktiven last

Info

Publication number: DD271205A1
Application number: DD31332988A
Authority: DD
Inventors: H-Joachim Schoeneich
Original assignee: Numerik Karl Marx Veb
Priority date: 1988-03-03
Filing date: 1988-03-03
Publication date: 1989-08-23

Abstract

Schaltungsanordnung zur Verringerung der Verlustleistung bei der Ansteuerung von Leistungsschalttransistoren mit einer induktiven Last. Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrotechnik und ihre Anwendung ist in Stromversorgungseinheiten fuer elektrische Geraete moeglich. Wesentliche Merkmale der Erfindung sind das Verbinden der Basisanschluesse von einem ersten und zweiten Transistor (TS 1, TS 2) ueber einen Widerstand (R 1) mit einer gemeinsamen Ansteuersignalquelle (ASQ), der Emitter ueber einen Widerstand (R 2) und eine RC-Kombination (R 3, C) mit der Basis eines dritten Transistors (LST) als Leistungsschalttransistor, der Kollektoren des ersten und dritten Transistors (TS 1, LST) ueber eine erste bzw. eine erste und zweite Teilprimaerwicklung (TPW 1, TPW 2) des Transformators (TR) mit dem einen und ueber die Emitter mit dem anderen Eingangsspannungsanschluss einer Eingangsspannungsquelle (ESQ). Figur

Description

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Titel der Erfindung

Schaltungsanordnung zur Verringerung der Verlustleistung bei der Ansteuerung von Leistungsschalttransistoren mit einer induktiven Last

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrotechnik und ihre Anwendung ist in Einrichtungen mit steuerbaren Leistungsschalttransistoren für induktive Lasten, insbesondere in potentialgetrennten Gleichstromwandlern, möglich und zweckmäßig.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

In potentialgetrennten Gleichsstromwandlern ist es erforderlich, induktive Lasten zu schalten, wofür häufig LeistLngsschalttransistoren verwendet werden. Dazu wird die Basis dieser Leistungsschalttransistoren über einen Widerstand und mittels Durchsteuern eines weiteren Transistors angesteuert. Bei diesem Vorgang wird der Basisstrom der Leistungsschalttransistoren durch die zugehörigen Widerstände so begrenzt, daß an diesem Widerstand fast die gesamte Eingangsspannung anliegt. Die Sättigungsspannung der durchgesteuerten Transistoren und die Basis-Emitter-Spannung der Leistungsschalttransistoren werden vernachlässigt, über die Eingangsspannung und den Basisstrom errechnet sich die an den Widerständen erzeugte Verlustleistung, die nutzlos in Wärme eingesetzt vird.

Aus der DE-OS 32 12 231; H 03 K 17/60 ist dazu eine Schaltungsanordnung von Leistungastransistoren bekannt, die zur Vermeidung von relativ hohen Ansteuerverlusten eines in einem Gleichstromsteller angeordneten Leistungsstransistors, der eine Drosselspule im Kollektorkreis aufweist, zur Ansteuerung ein Schalttransistor vorgesehen ist.

27t 205

Der Schalttransistor ist mit seinem Kollektor an eine Anzapfung angeschlossen. Der Nachteil der bekannten Lösungen ist eine in Abhängigkeit von der Frequenzerhöhung zunehmende, nicht mehr ver-.nachlässigbare Schaltverlustleistung und eine damit verbundene Wärmeentwicklung, die nicht erforderlich ist und deshalb mit zusätzlichem Aufwand beseitigt werden muß.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, bei einer Schaltungsanordnung zur Verringerung der Verlustleistung bei der Ansteuerung von Leistungsschalttransistoren mit einer induktiven Last, durch geringen Aufwand eine wesentliche Einsparung an Energie zu erreichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zur Verringerung der Verlustleistung bei der Ansteuerung von Leistungsschalttransistoren mit einer induktiven Last zu schaffen, die, bestehend aus mehreren Transistoren mit den zugehörigen Quellen für die Eingangsspannung und die Ansteuersignale und einer durch eine Anzapfung mit dem Kollektor eines Transitors verbundenen Induktivität, allein die zum Betreiben des Leistungsschalttransistors notwendige Energie verbraucht und die Erzeugung von zusätzlicher Wärmeenergie verhindert.

Erfindungegemäß sind ein erster und /weiter Transistor, deren Basisanschlüsse parallel über einen gemeinsamen ersten Widerstand an einer Ansteuerquelle liegen, über ihre Emitter, einen zweiten Widerstand und einen, mit einem Kondensator parallelgeschalteten, dritten Widerstand zum Basisanschluß eines dritten Transistors geführt. Die Kollektoren des ersten und dritten Transistors sind über eine erste Teilprimärwicklung bzw. eine erste und zweite Teilprimärwicklung eines Transformators als Induktivität mit dem einen Eingangsanschluß der Eingangsspannungsquelle und über die Emitter des ersten und dritten Transistors mit dem anderen Eingangsanschluß der Eingangsspannungsquelle verbunden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungebeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung ist eine Ansteuerschaltung für einen Leistungsschalttransistor LST mit einem Transformator TR als induktive Last dargestellt, die eine geringe Verlustleistung aufweist. Zwei Transistoren TS 1, TS 2 sind über ihre Basis- und Emitteranschlüsse untereinander verbunden, wobei die Basisanschlüsse über einen gemeinsamen ersten Widerstand R 1 an einer Ansteuersignalquelle ASQ liegen. Die Emitteranschlüsse der beiden Transistoren TS 1, TS 2 sind über einen zweiten Widerstand R 2 und die aus einem dritten Widerstand R 3 und einem Kondensator C aufgebaute Parallelschaltung zum Basisanschluß eines dritten Transistors, dem Leistungsschalttransistor LST, geführt, dessen Emitteranschluß parallel mit dem Kollewtoranschluß des zweiten Tran-Listors TS 2 an einer Eingangsspannungsquelle ESQ liegt. Der Kollektoranschluß des ^%eietungsschalttransistors LST ist über die Primärwicklung PW des Transformators TR ebenfalls mit der Eingangsspannungsquelle ESQ verbunden. Die Primärwicklung PW des Transformators TR ist aus zwei seriell miteinander gekoppelten Primärteilwicklungen PTW 1, PTW 2, an deren Verbindungspunkt VP der Kollektor des ersten Tansistors TS 1 angeschlossen ist. und aus einer Sekundärwicklung SW mit den Klemmen für die Ausgangsspannung UA aufgebaut.

Die Anordnung arbeitet auf folgende Weise.

Zum Erreichen der Leitfähigkeit des Leistungsschalttransistors LST muß der erste Transistor TS 1 durchsteuern, wobei der Basisstroin IB durch den zweiten Widerstand R 2 begrenzt wird. Ohne den dritten Widerstand R 3 und den Kondensator C sowie einen gesonderten Anschluß VP an der Primärwicklung PW des Transformators TR als induktive Last liegt am zweiten Widerstand R 2 fast die gesamte Eingangsspannung UE an, wenn man die Sättigungsspannung des ersten Transistors TS 1 und die Basis-Emitter-Spannung des Leistungsschalttransistors LST vernachlässigt. Dadurch ergibt sich ein Verlustleistung von

PVR IB . UE

am zweiten Widerstand R 2, die nutzlos in Wärme umgesetzt wird. Urn diese Verlustleistung zu verringern wird der Kollektor des ersten Transistors TS 1 nicht direkt an die Eingangsspannungsquelle ESQ, sondern über einen Anschluß VP an der geteilten Primärwicklung PW des Transformators TR angeschlossen. Damit wird die Kollektorspannung UC des als Treibertransistors arbeitenden ersten Transistors TS 1 proportional mit den Windungszahlen W 1, W 2 der Teilprimärwicklungen PTW 1, PTW 2 des Transformators TR entsprechend auf den Wert

W 2 .UE

UC

W 1 + W 2

bei Vernachlässigung der Sättigungsspannung des ersten Transistors TS 1 und der Basis-Emitter-Spannung des Leistungsschalttransistors LST verringert. Daraus resultiert denn eine Verlustleistung PVR über den zweiten Widerstand R 2 von

W 2 . UE PVR IB . _w ! _{+ w}

2.

Da die Schaltverlustleistung des Leistungsschalttransistors TS, bei hohen Frequenzen nicht vernachlässigt werden kann, wird zusätzlich der zweite Transistor TS 2 angeordnet. In Verbindung mit dem Kondensator bewirkt dieser Transistor TS 2 ein schnelleres Ausräumen und damit auch ein schnelleres Sperren des Leistungsschalttransistors LST, dessen Einscholtverluste durch das Beschleunigen des Einschaltens mit Hilfe des zweiten und dritten Widerstandes R 2, R 3 und des Kondensators C auf niedrigem Niveau gehalten wurden.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung wird damit der in der Teilprimärwicklung PTW 1 fließende Basisstrom IB nicht mehr nutzlos in Wärme,. sondern in nutzbare magnetische Energie umgesetzt und durch diese Energieeinsparung der Wirkungsgrad beim Schalten von induktiven Lasten verbessert.

Claims

2712OS

Patentanspruch

Schaltungsanordnung zur Verringerung der Verlustleistung bei der Ansteuerung von Leietungsschalttransietoren mit einer induktiven Last, die mehrere Transistoren mit den zugehörigen Quellen für die Eincjangaspannunc] und die Ansteuersignale und eine durch eine Anzapfung mit dem Kollektor eines der Transistoren verbundene Induktivität enthält, gekennzeichnet dadurch, daß ein erster und zweiter Transistor (TS 1, TS 2), deren Basisanschlüsse parallel an einem mit einer Ansteuersignalquelle (ASQ) gekoppelten ersten Widerstand (R 1) liegen, über ihre Emitter, einen zweiten Widerstand (R 2) und über einen dritten, parallel zu einem Kondensator (C) liegenden Widerstand (R 3) zur Basis eines dritten Transistors als Leistungsschalttransistor (LST) geführt und die Kollektoren des ersten und dritten Transsistors (TS 1, LST) über eine erste Teilprimärwicklung (PTW 1) und über eine erste und zweite Teilprimärwicklung (PTW 1, PTW 2) des Transformators (TR) mit dem einen Eingangsanschluß der Eingangsspannungsquelle (ESQ) und über die Emitter des ersten und dritten Transistors (LST) mit dem anderen Eingangsanschluß der Eingangsspannungsquelle (ESQ) verbunden sind.

Hierzu A Seite Zeichnung