DE2248937A1

DE2248937A1 - Transistor-schaltvorrichtung

Info

Publication number: DE2248937A1
Application number: DE19722248937
Authority: DE
Inventors: Gregory Justice
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1971-05-18
Filing date: 1972-05-16
Publication date: 1973-04-19
Also published as: DE2248937B2; FR2138103B1; DE2223793A1; FR2138103A1; GB1394736A; JPS5316494B1; DE2248938A1

Description

Hewlett-Packard Comp.
Palo Alto .
California 94304

P 22 23 793.0 Tr.A.II
Case 648 Tr.A.II

8. Sept. 1972

TRANSISTOR-SCHAIiTVORRICHTUNG

Die Erfindung betrifft eine Transistor-Schaltvorrichtung mit ersten und zweiten Transistoren, einer mit der ersten Elektrode des ersten Transistors verbundenen Eingangsspannungsquelle, einer ersten Einrichtung, welche die zweite Elektrode des ersten Transistors mit der ersten Elektrode des zweiten Transistors verbindet und einer Quelle für Schaltsignale, die mit der zweiten Elektrode des zweiten Transistors verbunden ist. Diese Schaltung ist vorzugsweise als Schaltregler in Verbindung mit einer Gleichrichteranordnung gemäß der deutschen Patentanmeldung P 22 23 793 verwendbar.

Derartige elektronische Schaltvorrichtungen, bei denen die Emitter/Kollektorstrecke eines Schalttransistors zwischen einer Eingangsleitung für Gleichspannung und der Ausgangsleitung verbunden ist und über das Tastverhältnis des Transistors die Ausgangsgleichspannung geregelt wird, sind allgemein bekannt.

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ORIGINAL INSPECTED

Bei derartigen Schaltvorrichtungen führt jeglicher Verlust in der Abfallzeit des Schalttransistors, d.h. der Zeit zwischen dem Beginn der Abschaltung und dem Abfall der Spannung auf Null zu einem Leistungsverlust.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Transistorschaltanordnung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß die Schaltverluste herabgesetzt werden. Insbesondere soll in schaltungstechnisch einfacher und zuverlässiger Weise die Abschaltzeit des Schalttransistors herabgesezzt werden.

Diese Aufga:"· wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine zweite Einrichtung die dritte Elektrode des ersten Transistors mit der dritten Elektrode des zweiten Transistors verbindet, so daß der erste Transistor in Sättigung gehen kann und eine Ausgangsschaltung mit der zweiten Einrichtung verbunden ist. Es ist eine Schaltung vorgesehen, um die Abschaltzeit des Schalttransistors und damit dessen Leistungsverbrauch herabzusetzen. Wenn der Schalttransistor sich in Sättigung befindet und die Abschaltung vorbereitet, ist er im Ladungsspeicherbetrieb. Vorzugsweise wird eine Schaltung mit der Basis des Schalttransistors, beispielsweise ein Transistor mit seiner Emitter-Kollektorstrecke parallel zur Emitter-Basisstrecke des Schalttransistors gelegt, der im Betriebszustand die Ladung schnell aus dem Basisbereich des Schalttransistors

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herausbringt und damit die Abfallzeit herabsetzt. Diese Schaltung kann durch eine Differenzierschaltung betätigt werden/ die mit dem Schalttransistor verbunden ist und entsprechend der Spannungsänderung am Schalttransistor beim Beginn der Abschaltung arbeitet.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert, welche die Schaltung eines im Schaltbetrieb arbeitenden Reglers angibt.

Der Regler erhält eine Eingangsspannung von 30 V und ist von 18,9 bis 24,5 V regelbar. Er weist einen Schalttransistor Q8 auf, der it den Eingang durch eine Filterschaltung L5, C7 verbunden ist, welche als Puffer zwischen der Eingangsspannung von 30 V und den Schaltspitzen des Schalttransistors Q8 wirkt.

Wie bei im Schaltbetrieb arbeitenden Reglern bekannt ist, wird der Pegel der Ausgangsspannung bei der Ausgangsklemme 54 durch das Verhältnis der Einschaltzeit zu der Ausschaltzeit des Schalttransistors Q8 geregelt. Dieses Verhältnis wird gesteuert durch ein Rückkopplungssignal, das von der Ausgangsspannung abgeleitet ist. Die Ausgangsspannung an der Klemme 54 wird über ein Widerstandsteilernetzwerk 55 an einen Eingang eines Differentialverstärkers 57 zurückgespeist. Die Bezugsspannung wird den anderen Eingang 58 zugeführt. Aus beiden Spannungen wird eine dem Fehlersignal

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proportionale Spannung abgeleitet.

Ii

Der Ausgang des Verstärkers 57 wird einem Eingang 59 einer Komperatorschaltung 61 zugeführt, und der andere Eingang 62 der Komperatorschaltung erhält eine dreieckförmige Spannung vom Spannungserzeuger 63. Die Komperatorschaltung gibt eine Reihe von Rechteckimpulsen ab, deren Breite durch die Amplitude des Fehlersignals vom Verstärker 57 bestimmt ist. Diese rechteckförmigen Signale v/erden über den Transistor QlO dem Transistor Q9 zugeführt, der mit der Basis des Transistors Q8 derart verbunden ist, daß die Einschalt zeit des Transistors Q9 das Verhältnis von Einschaltzi- ** zu Ausschaltzeit des Schalttransist.ors Q8 regelt.

Typischerweise wird der Transistor Q9, der Transistor Q8 dagegen nicht in der Sättigung betrieben. Wenn sich der Transistor Q9 in der Sättigung befindet, ist der Spannungsabfall am Transistor Q8 gleich der Spannung zwischen Basis und Emitter plus der Sättigungsspannung zwischen Kollektor und Emitter des Transistors Q9. Wenn diese Basis-Emitterspannung l,!j V ist. und die Sättigungsspannung des Transistors Q9 1 V beträgt, so ergibt sich ein Spannungsabfall von 2,5 V und bei 6 A ein Leistungsverlust von etwa 15 W. Bei dieser abgewandelten Schaltung ist jedoch an der Induktivität L6 eine Abzweigung vorgesehen, die ein kleines Ausgangssignal von beiypjeisweise 2 V abgibt, um den Kollektor des

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Transistors Q9 anzutreiben, so daß dieser Transistor nicht in die Sättigung gelangt. Der Schalttransistor Q8 kann dann in der Sättigung arbeiten. Angenommen der Schalttransistor Q8 hat eine Stromverstärkung von β = 10 und durch den Kollektor fließt ein Strom von 6 A, so fließen am Basisanschluß 0,6 A, und der Basis-Emitter-Spannungsabfall beträgt 1,5 V und die Kollektor-Emitterspannung am Transistor Q9 beträgt 0,5 V, so daß sich an der Basis ein Verlust von 1,2 W und an der Kollektor-Emitterstrecke des Transistors Q8 ein Verlust von 6 W ergibt. Dabei ist vorausgesetzt, daß die Sättigungsspannung zwischen Kollektor und Emitter des Transistors Q8 1 V ist, und die gesamte Verlustleistung beträgt 7,2 Γ¹* oder ^die Hälfte der Verlustleistung, die sich ergäbe, wenn der Transistor Q9 in der Sättigung betrieben würde. Zusätzlich wird der Strom für die Basis des Transistors Q8 über den Kollektor des Transistors Q9.an die Last zurückgeführt. Obgleich dieses Beispiel eine Verminderung der Verlustleistung um den Faktor 2 angibt, wird in der Praxis in vielen Fällen noch eine größere Leistungsersparnis erzielt. Außerdem setzt der Betrieb des Transistors Q9 außerhalb des Sättigungsbereichs seine Schaltzeit herab.

Bei dieser Anordnung, bei welcher sich der Transistor Q8 in der Sättigung befindet, falls ein entsprechender Strom in die Basis des Transistors Q9 fließt, wird der Transistor Q9 das Bestreben haben, in die Sättigung zu gehen und die Kollektor-Emitterspannung herabzusetzen, so daß er

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einen beträchtlichen Strom durch die Basis-Emitterverbindung des Transistors Q8 zieht, was zu einer hohen Verlustleistung führt. Es wird daher angestrebt, den Strom durch die Basis des Transistors Q8 zu begrenzen und dies wird durch den Transistor QlI und den Widerstand R7 erreicht. Wenn der Strom durch den Widerstand R8 fließt, nimmt der Strom durch den Emitter des Widerstandes Q9 und durch den Widerstand R7 zu. Wenn der Spannungsabfall am Widerstand R7 auf einen bestimmten Wert steigt, wird der Transistor QIl eingeschaltet, so daß Strom vom Widerstand R8 um die Basis-Emitterstrecke des Transistors Q9 geleitet wird. Dieser Strom wird nicht mit dem Wert 3 des Transistors Q9 multiplizit"""-, und dies begrenzt den Strom zur Basis des Transistors Q8, so daß eine wesentliche Leistungsersparnis erreicht wird.

Ein anderer leistungssparender Schaltkreis weist einen Kondensator C8 und einen Widerstand R9 auf, der mit der Basis des Transistors Q12 verbunden ist. Wenn^er Transistor Q3 in der Sättigung befindet und auf die Abschaltung vorbereitet wird, ändert sich die Spannung an diesem Transistor. Der sich ändernde Wert der Spannung wird durch das Kapazitäts/Widerstandsnetzwerk differenziert und in der Basis des Transistors Q12 fließt ein entsprechender Strom. Der Transistor Q12 wird dann eingeschaltet und bringt die Ladung aus dem Basisbereich des Transistors Q8. Dadurch nimmt die Abfallzeit des Transistors Q& ab und der Leistungs-

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verlust während der Abschaltung des Transistors Q8 wird herabgesetzt.

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Claims

Hewlett-Packard Comp. λ^ ^J'

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Case 648 Tr.A.II

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Patentansprüche

1.J Transistorschaltvorrichtung mit ersten und zweiten Transistoren, einer mit der ersten Elektrode des ersten Transistors verbundenen Eingangsspannungsquelle, einer ersten Einrichtung, welche die zweite Elektrode des ersten Transistors mit der ersten Elektrode des zweiten Transistors verbindet und einer Quelle für Schaltsignale, die mit der zweiten Elektrode des zweiten Transistors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Einrichtung (L2) die dritte Elektrode des ersten Transistors (Q8) mit der dritten Elektrode des zweiten Transistors (Q9) verbindet, so daß der erste Transistor in Sättigung gehen knnn und eine Ausgangsschaltung (54) mit der zweiten Einrichtung verbunden ist.

2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die ersten, zweiten und dritten Elektroden der Emitter, die Basis und der Kollektor jedes Transistors sind und in Reihe mit dem Emitter und Kollektor des zweiten Transistors (Q8) ein Strombegrenzer (Q9) geschaltet ist.

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3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Einrichtung eine Induktionsspule (L2) mit einer Anzapfung enthält.

4. Schaltvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Strombegrenzer mit der Basis , des ersten Transistors (Q8) und dem Emitter des zweiten Transistors (Q9) verbunden ist.

5. Schaltvorrichtung nach' Anspruch 1 bis 4, bei we3.cher die Basis/Emitterstrecke des ersten Transistors seriell zwischen einer Spannungsquelle und einer Last geschaltet ist und die Einschaltzeit des Transistors durch eine mit dessen Basis verbundene Einrichtung gesteuert wird, dadurch g e kennzeichnet , daß diese Einrichtung einen Steuertransistor (Q12) aufweist, dessen Emitter/Kollektorschaltung parallel zur Basis/Emitterstrecke des Schalttransistors(Q8) liegt, wobei der Steuertransistor die Ladung aus dem Basisbereich des Schalttransistors entfernt und dessen Schaltzeit verkürzt, und mit der Basis des Steuertransistors eine Differenzierschaltung (C8, R9) verbunden ist, welche die Spannung am Schalttransistor differenziert und bei der Änderung dieser Spannung wirksam wird, wenn der Schalttransistor gerade abgeschaltet wird, um die Ladung im Basisbereich des Transistors zu entfernen.

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6. Transistorschaltvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Schaltein'-richtung einen Steuertransistor (Q12) aufweist, dessen Emitter/Kollektorstrecke mit der Basis/Emitterstrecke des Schalttransistors verbunden ist und die Basis des Steuertransistors mit der Differenzierschaltung verbunden ist.

7. Schaltvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzierschaltung einen Kondensator (C8) und einen Widerstand (R9) parallel zur Emitter/Kollektorstrecke des Schalttransistors aufweist.

8. Schaltvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e η η zeichnet, daß eine Einrichtung mit der Differenzierschaltung verbunden ist, welche den Kondensator nach der Anstiegszeit des Schalttransistors entlädt.

9. Schaltvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß diese Einrichtung eine mit der Basis des Transistors (Q12) verbundene Diode aufweist und eine zusätzliche Schaltung (52) mit der Differenzierschaltung verbunden ist, um jegliche auf dem Kondensator befindliche Ladung zu entfernen, die auf diesem nach der anfänglichen

oder
Entladung durch die Diode die Emitter/Kollektorstrecke des

Steuertransistors verblieben ist.

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