DE1176709B

DE1176709B - Transistorschalter

Info

Publication number: DE1176709B
Application number: DEL37543A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rudolf Meyer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1960-11-15
Filing date: 1960-11-15
Publication date: 1964-08-27

Description

Transistorschalter Im Schaltbetrieb arbeitende Transistoren sind entweder gesperrt oder bis zur Sättigung entsperrt. Die Transistoren werden im Takt einer genügend hohen Frequenz vom einen Zustand in den anderen geschaltet. Wird das Verhältnis der Entsperrzeit zur Sperrzeit geändert, so ist jeder beliebige Mittelwert des Stromes einstellbar. Für viele Anwendungen, insbesondere auf dem Gebiete der Steuerungstechnik, können derartige Schalter eingesetzt werden.
Der Wirkungsgrad derartiger Schalter kann theoretisch betragen, UCBTest bedeutet die Restspannung des entsperrten Transistors und UBetr die Betriebsspannung. In Wirklichkeit verursacht jedes Umschalten eine Umschaltverlustarbeit. Der angegebene Wirkungsgrad gilt daher nur für extrem niedrige Schaltfrequenzen und wird bei steigender Frequenz schnell schlechter.
Die vorliegende Erfindung vermeidet die Umschaltverluste bis zu einer verhältnismäßig hohen Frequenz, so daß der oben angegebene gute Wirkungsgrad auch praktisch erreicht werden kann.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Transistorschalter mit einer induktiven oder kapazitiven Last, bei dem eine zusätzliche Kapazität parallel geschaltet ist und bei dem in Reihe mit dieser Kapazität eine Parallelschaltung aus einem Richtleiter und einem ohmschen Widerstand liegt. Die Erfindung besteht darin, daß eine Induktivität vorgesehen ist, die in Reihe mit dem ohmschen Widerstand geschaltet ist. Diese ist sättigbar ausgebildet, so daß sie lediglich den Beginn der Kondensatorentladung verzögert und bereits bei relativ kleinen Strömen gesättigt ist. Das Umschaltverhalten wird bei indukiver oder ohmscher Belastung weiter verbessert, indem zwischen der induktiven oder ohmschen Belastung und dem Transistor eine zweite sättigbare Induktivität so angeordnet ist, daß ein durch den Transistor und den Lastwiderstand fließender Strom auch durch diese zweite Induktivität fließt.
Die Erfindung wird an Hand eines in der F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die F i g. 2, 3 zeigen Arbeitsdiagramme.
In F i g. 1 ist eine Anordnung mit einem induktiven Belastungswiderstand dargestellt. Der Leistungstransistor 1 wird an seiner Basis 2 so gesteuert, daß er entweder gesperrt oder bis zur Sättigung entsperrt ist. Wenn der Transistor 1 entsperrt ist, treibt die Spannungsquelle 3 einen Strom durch den Widerstand 4, die Induktivität 5 (Belastungswiderstand), die Induktivität 6 und die Kollektor-Basis-Strecke des Transistors 1. Der ohmsche Widerstand 4 besteht aus dem ohmschen Innenwiderstand der Induktivität 5 und einem gegebenenfalls zusätzlich eingeschalteten ohmschen Widerstand. Der Zweck der Induktivität 6 wird weiter unten erläutert. Der Richtleiter 9 wird in diesem Zustand des Schalters in Sperrichtung beansprucht. Mit 8 ist die zusätzliche Kapazität bezeichnet, die auf die Kollektor-Basis-Restspannung des Transistors 1 aufgeladen ist.
Bei rein induktiver Last muß beim Umschalten des Transistors 1 ein magnetisches Feld aufgebaut oder abgebaut werden. In der Induktivität 5 wird dabei eine Spannung induziert, die hinsichtlich ihrer Polarität geeignet ist, eine Änderung des fließenden Stromes zu verhindern. Eine Stromänderung kann daher nur langsam erfolgen. Der Arbeitspunkt des Transistors 1 bewegt sich im Kennlinienfeld, wie es in der F i g. 2 angedeutet ist. Beim Sperren des Transistors 1 passiert der Arbeitspunkt den Punkt D, wobei eine große Verlustleistung umgesetzt wird. Die Spannung am Transistor wird durch den Richtleiter 9 auf etwa UBetr begrenzt. Die innere Schaltzeitkonstante des Transistors 1 bestimmt, wie lange sich der Arbeitspunkt in einem Gebiet großer Verlustleistung aufhält.
Bei kapazitiver Last bewegt sich der Arbeitspunkt des Transistors auf dem in der F i g. 3 angedeuteten Wege. Beim Sperren des Transistors wird die Kapazität 8 (Fig. 1) über die entsperrte Diode 7 aufgeladen. Die Kapazität 8 ist so dimensioniert, daß die Spannung an der Kapazität 8 langsamer ansteigt, als der Strom durch den Transistor 1 abnimmt, d. h., der Transistor 1 ist bereits vollständig gesperrt und der Strom durch den Transistor 1 praktisch Null, bevor die Spannung am Transistor so weit angestiegen ist, daß im Transistor eine nennenswerte Verlustleistung umgesetzt werden kann. Wenn die Spannung an der Kapazität 8 die Spannung der Spannungsquelle 3 überschreitet, wird der Richtleiter 9 entsperrt. Der auf Grund der in der Induktivität 5 induzierten Spannung erzeugte Strom fließt nun in dem aus der Induktivität 5, dem Widerstand 4 und dem Richtleiter 9 gebildeten Kreis.
Beim Entsperren eines kapazitiv belasteten Transistors passiert der Arbeitspunkt den Punkt D (F i g. 3), wobei eine große Verlustleistung umgesetzt wird. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung in der F i g. 1 verhindert beim Entsperren des Transistors 1 die sättigbare Induktivität 11, daß der über den Transistor 1 fließende Entladestrom des Kondensators 8 schnell ansteigt. Der Transistor kann also ohne Umschaltverluste entsperrt werden. Die Induktivität 11 ist so dimensioniert, daß sie erst in die Sättigung gerät, wenn der Transistor bereits vollständig entsperrt ist. Der Entladestrom wird von diesem Zeitpunkt an durch den Widerstand 10 auf einen zulässigen Wert begrenzt. Der Kondensator kann so sehr schnell entladen werden.
Die Induktivität 6 verhindert, daß beim Entsperren des Transistors ein im Einschaltaugenblick noch durch die Induktivität 5, den Widerstand 4 und den Richtleiter 9 fließender Strom vom noch nicht vollständig entsperrten Transistor übernommen wird. Auch die Induktivität 6 wird bald gesättigt und beeinflußt die weiteren Vorgänge nicht mehr.
Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf Schalttransistoren beschränkt. Sie kann auch auf andere Halbleiterschalter, insbesondere auf Vierschichttrioden, übertragen werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Transistorschalter mit einer induktiven oder kapazitiven Last, bei dem eine zusätzliche Kapazität parallel geschaltet ist und bei dem in Reihe mit dieser Kapazität eine Parallelschaltung aus einem Richtleiter und einem ohmschen Widerstand liegt, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem ohmschen Widerstand (10) eine sättigbare Induktivität (11) in Reihe geschaltet ist, die derart bemessen ist, daß die Sättigung dann auftritt, wenn der Transistor vollständig leitend ist.
2. Transistorschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schalttransistor und dem Lastwiderstand (4, 5) eine sättigbare Induktivität (6) so eingeschaltet ist, daß ein durch den Schalttransistor und den Lastwiderstand fließender Strom durch die Induktivität (6) fließt, und daß die Induktivität derart bemessen ist, daß die Sättigung dann auftritt, wenn der Transistor vollständig leitend ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1071133: »Telefunken-Zeitung«, 1960, Heft 128, S. 85 ff.