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Einrichtung zur Steuerung von Hochleistungstransistoren In der letzten
Zeit sind Transistoren auf Germanium- und Siliziumgrundlage bekanntgeworden, die
es gestatten, erhebliche Verbraucherleistungen zu steuern. Hierfür sind jedoch auch
auf der Steuerseite des Transistors beträchtliche Ströme erforderlich, die in der
Größenordnung von mehreren Ampere liegen können. Bei der üblichen Speisung von Transistoren
aus einem Gleichstromverstärker mußte man bisher zu diesem Zweck mehrere Transistoren
in Kaskade schalten, was einen beträchtlichen Aufwand verursacht.
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Es wurde daher bereits vorgeschlagen, die Transistoren an ein Wechselspannungsnetz
zu legen, wodurch es möglich ist, durch eine Rückkopplung aus dem Arbeitskreis des
Transistors die erforderlichen hohen Steuerströme zu erzeugen. Der Anschluß von
Transistoren an Wechselspannungsnetze ist jedoch nicht in allen Fällen möglich oder
vorteilhaft. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, auch für gleichstromgespeiste
Hochleistungstransistoren einfache Mittel zur Erzeugung des Steuerstromes zu schaffen,
ohne daß die Anwendung von Transistorkaskaden erforderlich wird.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch einen stromsteuernden
Reihentransduktor zur Lieferung des Steuerstromes gelöst. Ein stromsteuemder Reihentransduktor
hat bekanntlich die Eigenschaft, daß seine Ausgangswechselspannung Rechteckform
aufweist, wobei die Amplitude dieser Rechteckspannung vom Steursignal abhängig ist.
Bei symmetrischem Aufbau des Transduktorarbeitskreises haben diese Rechteckwellen
gleiche Länge. Sie können entweder unmittelbar oder nach Gleichrichtung zur Steuerung
des Transistors verwendet werden.
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Versieht man die beiden Transduktordrosseln mit verschieden großer
Vormagnetisierung oder wählt man den Arbeitswiderstand des Transduktors für die
beiden Halbwellen verschieden groß, so haben die Rechteckwellen verschiedene Länge,
wobei das Verhältnis beliebig eingestellt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich,
mit einem unsymmetrisch aufgebauten Reihentransduktor auch Schalttransistoren zu
steuern.
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Nähere Einzelheiten der Erfindung sollen im folgenden an Hand von
Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, die in der Zeichnung schematisch dargestellt
sind.
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F i g. 1 zeigt ein grundsätzlich einfaches Schaltbild zur Steuerung
eines Transistors gemäß der Erfindung. Der Reihentransduktor besteht aus zwei Drosseln
1
und 2, die Arbeitswicklungen 3, 4 und Steuerwicklungen
5, 6 tragen. Die Steuerwicklungen sind in en-tgegengesetztem Sinne in Reihe
geschaltet und können mit einem durch ein Potentiometer 7 oder auf be#-liebige
andere Weise einstellbaren Steuerstrom gespeist werden. Zur Unterdrückung von induzierten
Oberwellen ist in bekannter Weise in den Steuerkreis eine Glättungsdrossel
8 eingeschaltet.
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Die Rechteckwellen der Ausgangsspannung werden mit Hilfe eines #Gleichrichtersatzes
9 in eine Gleichspannung umgewandelt, die durch die Steuerstrecke des Transistors
10 den erforderlichen Steuerstrom treibt. Der Transistor 10 liegt
in Reihe mit einem Verbraucherwiderstand 11 an der Speisespannung, die an
den Klemmen 12 und 13 zugeführt wird.
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Eine Abwandlung der Einrichtung nach F! g. 1 ist in F i
g. 2 schematisch dargestellt. Die Schaltung enthält einen Transformator 14,
der an Stelle des Gleichrichtersatzes 9 in die Schaltung nach F i
g. 1 einzusetzen ist. Die Sekundärwicklung des Transformators 14 ist mit
einer Mittelanzapfung versehen, so daß die beiden Rechteckwellen der Ausgangsspannung
abwechselnd die Transistoren 15 und 16 steuern. Im Verbraucher
11 fließt Gleichstrom. Um ein sicheres Sperren der Transistoren auch beim
Steuerstrom Null zu erreichen, ist es vorteilhaft, eine Vorspannung anzuwenden,
die in der F i g. 2 schematisch durch eine Batterie 17 angedeutet
ist. In Reihe zu dieser Vorspannung kann eine kleine Glättungsdrossel
18 liegen, um eine schnelle Umsteuerung der Transistoren zu erzielen.
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F i g. 3, die ebenfalls eine Abwandlung der F i g. 1
darstellt,
bezieht sich auf die Steuerung des Transistors 10 als Schalttransistor. An
Stelle des Gleichrichtersatzes 9 tritt eine Reihenschaltung eines veränderbaren
Widerstandes 19 und einer Diode 20. Auf diese Weise wird es möglich, für
die beiden Halb--wellen der Trailsduktorausgangsspannung verschiedene
Arbeitswiderstände
vorzugeben, so daß die Halbwellen verschiedene Länge aufweisen. Man kann also den
Zeitpunkt, zu dem in einer Halbwelle der Schalttransistor 10 geöffnet wird,
in einem weiten Bereich durch Ändern des Widerstandes 19 verschieben. Die
Vormagnetisierung des Transduktors wird auf einen festen Wert derart eingestellt,
daß der Ausgangsstrom zur völligen Öffnung des Transistors ausreicht.
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Statt einer unsymmetrischen Bemessung des Arbeitskreises des Transduktors
kann man auch eine unsymmetrische Vormagnetisierung anwenden. Zu diesem Zweck wird
der Vormagnetisierungskreis des Transduktors in zwei einzelne Kreise aufgespalten,
wie dies in F i g. 4 angedeutet ist. Die beiden Steuerwicklungen
5 und 6 werden getrennt voneinander mit verschieden großem Vormagnetisierungsstrom
beschickt, wobei in Reihe mit jeder Steuerwicklung eine Glättungsdrossel
8 bzw. 8' vorgesehen ist. Der Widerstand 19 in Reihe mit der
Diode 20 muß in diesem Fall nicht veränderbar sein.
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F i g. 5 zeigt die Kurvenform der Transduktorausgangsspannung
in Zeile b und dementsprechend die Kurvenform der Verbraucherspannung am
Widerstand 11 in Zeile a.
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Zur Verwirklichung der Erfindung bestehen noch andere Möglichkeiten,
beispielsweise hinsichtlich der Ausbildung des Gleichrichtersatzes für den Steuerstrom
der Transistoren. Auch beim Schalttransistorbetrieb kann durch geeignete Abwandlung
der Schaltung eine Ausnutzung beider Halbwellen erzielt werden.
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Die Vorteile der Erfindung liegen vor allem darin, daß zwischen dem
Steuerkreis und dem Ausgangskreis der gesamten Einrichtung eine galvanische Trennung
vorgenommen wird, #so daß Strom- und Spannungsrückführungen auf einfachste Weise
erzielbar sind. Dies ist vor allem in der Regelungstechnik wichtig. Ferner hat auch
der Reihentransduktor selbst eine gewisse Leistungsverstärkung und darüber hinaus
eine verhältnismäßig geringe Zeitkonstante.
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Von besonderer Bedeutung ist bei der Anwendung der Erfindung die Möglichkeit,
die Amplitude des Steuersignals so zu wählen, daß der Transistor gerade voll geöffnet
ist. Bei den vorgeschlagenen Schaltungen für wechselstromgespeiste Transistoren
mit Rückkopplung ist es nicht zu vermeiden, daß das Steuersignal des Transistors
als Teil einer Wechselspannungshalbwelle zumindest zeitweise einen übermäßig hohen
Wert aufweist, wenn im Bereich des Nulldurchganges der Netzwechselspannung noch
eine genügende Öffnung des Transistors erzielt werden soll. Beim Erfindungsgegenstand
wird dagegen kein überschüssiger Steuerstrom erzeugt und damit auch die thermische
Belastung des Transistors wesentlich verringert. Die Erfindung kann daher auch bei
wechselstromgespeisten Transistoren Vorteile bringen.