DE1204750B

DE1204750B - Device for controlling high power transistors

Info

Publication number: DE1204750B
Application number: DES61503A
Authority: DE
Inventors: Dr Rudolf Weppler
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1959-01-23
Filing date: 1959-01-23
Publication date: 1965-11-11

Description

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.Device for controlling high power transistors In the last Transistors based on germanium and silicon have become known allow to control substantial consumer services. For this, however, are also requires considerable currents on the control side of the transistor, which in the Can be of the order of several amps. With the usual supply of transistors Up to now, a DC amplifier had to have several transistors for this purpose switch in cascade, which causes considerable effort.

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.It has therefore already been proposed to connect the transistors to an AC voltage network through which it is possible, through feedback from the working group of the Transistor to generate the required high control currents. The connection of Transistors on AC voltage networks is not possible or not in all cases advantageous. The invention is therefore based on the object, also for DC-fed High-performance transistors to create simple means for generating the control current, without the need to use transistor cascades.

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.This object is achieved according to the invention by a current-controlling Detached series transducer for supplying the control current. A current-controlling series transducer is known to have the property that its output AC voltage is square-wave has, the amplitude of this square wave voltage is dependent on the control signal. With a symmetrical structure of the transducer working group, these have square waves same length. You can either immediately or after rectification to control of the transistor can be used.

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.If you provide the two transductor chokes with different sizes Bias or one chooses the working resistance of the transductor for the the two half-waves are of different sizes, the square waves have different lengths, whereby the ratio can be set as desired. In this way it is possible with an asymmetrically constructed series transducer also switching transistors steer.

Nähere Einzelheiten der Erfindung sollen im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind.Further details of the invention are given below with reference to Embodiments are explained in more detail, which are shown schematically in the drawing are.

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.F i g. 1 shows a basically simple circuit diagram for controlling a transistor according to the invention. The series transducer consists of two chokes 1 and 2, which carry working windings 3, 4 and control windings 5, 6. The control windings are connected in series in the opposite sense and can be fed with a control current that can be set by a potentiometer 7 or in any other way. In order to suppress induced harmonics, a smoothing throttle 8 is switched into the control circuit in a known manner.

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.The square waves of the output voltage are converted into a DC voltage with the help of a rectifier set 9 , which drives the required control current through the control path of the transistor 10. The transistor 10 is connected in series with a load resistor 11 to the supply voltage which is fed to the terminals 12 and 13.

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.A modification of the facility according to F ! G. 1 is in FIG. 2 shown schematically. The circuit contains a transformer 14 which, instead of the rectifier set 9, is used in the circuit according to FIG. 1 is to be used. The secondary winding of the transformer 14 is provided with a center tap so that the two square waves of the output voltage control the transistors 15 and 16 alternately. Direct current flows in the consumer 11. In order to achieve reliable blocking of the transistors even when the control current is zero, it is advantageous to use a bias voltage which is shown in FIG. 2 is indicated schematically by a battery 17. A small smoothing choke 18 can be connected in series with this bias voltage in order to achieve rapid reversal of the transistors.

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.F i g. 3, which is also a modification of FIG. 1 , relates to the control of transistor 10 as a switching transistor. Instead of the rectifier set 9 there is a series connection of a variable resistor 19 and a diode 20. In this way it is possible to specify different working resistances for the two half-waves of the trail ductor output voltage so that the half-waves have different lengths. The point in time at which the switching transistor 10 is opened in a half-cycle can thus be shifted over a wide range by changing the resistor 19 . The bias of the transducer is set to a fixed value such that the output current is sufficient to completely open the transistor.

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.Instead of an asymmetrical dimensioning of the working group of the transducer, an asymmetrical premagnetization can also be used. For this purpose, the bias circuit of the transducer is split into two individual circles, as shown in FIG. 4 is indicated. The two control windings 5 and 6 are charged separately from one another with different sized bias currents, a smoothing choke 8 or 8 'being provided in series with each control winding. The resistor 19 in series with the diode 20 does not have to be variable in this case.

F i g. 5 zeigt die Kurvenform der Transduktorausgangsspannung in Zeile b und dementsprechend die Kurvenform der Verbraucherspannung am Widerstand 11 in Zeile a.F i g. 5 shows the curve shape of the transducer output voltage in line b and, accordingly, the curve shape of the load voltage at resistor 11 in line a.

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.There are other possibilities for realizing the invention, for example with regard to the design of the rectifier set for the control current of the transistors. In the case of switching transistor operation, too, suitable modification the circuit an utilization of both half-waves can be achieved.

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.The advantages of the invention are mainly that between the Control circuit and the output circuit of the entire device a galvanic separation is made, # so that current and voltage feedback in the simplest possible way are achievable. This is particularly important in control engineering. Furthermore also has the series transducer itself has some power gain and beyond a relatively low time constant.

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.Of particular importance when using the invention is the possibility of to choose the amplitude of the control signal so that the transistor is just fully open is. In the proposed circuits for AC-fed transistors with feedback it is impossible to avoid the control signal of the transistor as part of an AC voltage half-wave, at least at times an excessively high one Has value if in the area of the zero crossing of the mains alternating voltage a sufficient opening of the transistor is to be achieved. With the subject matter of the invention on the other hand, no excess control current is generated and thus also the thermal Load on the transistor is significantly reduced. The invention can therefore also be used in AC-fed transistors bring advantages.

Claims

Claims: 1. Device for controlling high-power transistors, in a DC power consumer circuit fed by a rectifier from the AC network, gek ennz ei chnet by a current-controlling computing transducer whose rectangular working current serves as the control current of the transistor.

2. Device according to claim 1, characterized in that the working current of the transducer is passed through the control path of the transistor after rectification. 3. Device according to claim 1, characterized in that the half-waves of the transductor work current alternately control two transistors in push-pull circuit. 4. Device according to claim 1 for switching transistors, characterized in that the electrical structure of the transductor is adjustable asymmetrically and that one of the two half-waves of the working current is used to control the transistor. 5. Device according to claims 1 to 4, characterized in that a bias source is switched on in the control circuit of the transducer. Documents considered: German Patent No. 1085 967; ETZ-A 79, 1958, p. 495; Elektronik, 1958, p. 371.