DE2753915B2 - Schaltungsanordnung mit einem Hochspannungsleistungstransistor - Google Patents
Schaltungsanordnung mit einem HochspannungsleistungstransistorInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit einem Hochspannungsleistungstransistor mit
einer dicken Kollektorschicht, mit Steuermittcln, die ">"■
über eine Induktivität an den Basis-Emitterkrcis des Transistors angeschlossen sind zum daran Abgeben
eines impulsförmigen Schaltsignals und mit einer mit dem Kollektor des Transistors und mit einer Spciscspannungsquelle
verbundenen Belastungsimpedanz,1" wobei der von der Spannungsquelle gelieferte Kollektorstrom
des bis in den Sättigungszustand gesteuerten Transistors unter dem Einfluß des impulsförmigen
Schaltsignals unterbrechbar ist.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der ■ · niederländischen Patentschrift 1 38 210 bekannt und ist
in »Elektronic applications bulletin«, Heft 33, Nr. 2, Seite bis einschließlich 72 näher erläutert. Zum schnellen
Unterbrechen des Kolleklorslromes wird die geinmnte
Induktivität vorgesehen, wodurch die Änderung des rückwärts fließenden Hasissiroiiies beschränkt wird, bis
der Transistor aus dem gesättigten Zustand gerat. Wird der Transistor in Schaliungsaiiordnungen verwendet,
bei denen der Kollektorstrom beim Neueinschalten des Transistors allmählich anwachsen muß, verursacht die-.e
Maßnahme nur wenig Schwierigkeiten. Ein derartiger Fall tritt u.a. auf in der Zeilenablenkschaltung von
Fernsehempfängern, in der der genannte Transistor als Schalter wirksam ist und vom Zeilenabienkstrom
während der zweiten Hälfte der Zeilenhinlauf/eit
durchflossen wird, welcher Strom zunächst Null ist.
Bei anderen Anwendungsbereichen jedoch muli der Kollektorstrom beim Neueinsthalten des Transistors
einen großen Wert ziemlich schnell annehmen. Dies tritt beispielsweise in Gleichspannungswandlern auf, in
denen eine Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung umgewandelt wird, und zwar mittels
eines Schalttransistors, der von einem .Schaltsignal wechselweise in den leitenden und den gesperrten
Zustand gebracht wird. Aus der obengenannten Veruffcnihchiiiig gehl hervor, daß ein Stromimpuls mil
einer ziemlich großen Amplitude und einer steilen Vorderflanke für optimale Einschalteigenschaften erforderlich
ist. Weil das Vorhandensein in der Basisleitung der für ein befriedigendes Ausschalten erforderlichen
Induktivität die Zunahme des Einschaltstromes verzögert, wodurch eine große Verlustleistung entstehen
kann, wird in der genannten Veröffentlichung vorgesehen, die Induktivität und ein gegebenenfalls
damit reihenges'.haltetes ftC-Parallelnet/werk, das das
Ausschalten weiter verbessert, durch eine Reihenschaltung /u überbrücken, die aus einer Diode und einem
ftC'-Parallclnetzwerk besteht. Dabei hat die Diode eine
derartige l.eistungsrichuing, dali der vorwärts fließende
Basisstrom (bei leitendem Transistor) wohl und der rückwärts fließende Basisslorm(bci sperrendem Transistor)
nicht hindiirchflicUen kann, wahrend das RC' Parallelnetzwerk
für einen steilen Stromimpuls sorgt.
Die vorgeschlagene Ma'Jnahn.c bietet nicht unter
allen Umständen eine befriedigende Lösung. Dies läßt sich wie folgt erkennen.
Etwa /u demselben Zeitpunkt beim Ausschalten, in dem der rückwärts fließende Basisstrom seinen
maximalen Wert annimmt, verursacht die in der Induktivität gespeicherte Energie eine Zunahme der
inverscn Basisspanniing. Bei einem ausreichend hohen
Induktivilätswcrt ist diese Energie groß genug, um die Basisspannung auf den Wert der Diirchbruchspannung
der Basis-Emitterschicht zu bringen und auf diesem Wert zu halten, während der Basisstrom wieder
abnimmt. Zu dem Zeitpunkt, wo der Basisstrom Null wird, nimmt die Basisspannung ilen Wert der von den
Steuermitteln abgegebenen .Schaltspannung an. Ist nun,
wie obenstehend erwähnt, eine Diode vorgesehen und ist die Durchbruchspannung höher als die Summe der
Schaltspannung, der Spannung am KC-Net/werk und
der Anode-Kathodenspannung der Diode im leitenden Zustand, so fängt die Diode ni leiten an, sobald die
Basisspannung der genannten Summe gleich geworden ist, und die Basisspannung behält diesen Wert bei. Die
Diode schließt die Induktivität kurz und die darin gespeicherte Energie verursacht einen Kurzschlußstrom,
der durch die Diode fließt. Der Basisstrom wird schnell Null. Eine Vielzahl Ladungsträger wird daher
nicht aus der Kollektorschicht entfernt, so daß der Kollektorstrom länger fließt als sonst der Fall wäre. Das
Anbringen der Iljode hat folglieh eine Verlängerung der
Ausschallzeit des Transistors /ur Folge, was zu einer wesentlich höheren Ausschultverlustleistung führt. Diese
Effekt wird schlechter, je nachdem die Durchbruchspannung
höher ist.
F.s dürfte einleuchten, daß eine Verbesserung erhalten
werden kann durch eine höhere .Schallspannung. Dies bedeutet jedoch, daß die Steuermittel mehr Energie
liefern müssen. Wenn lußerdem diese Mittel einen Treibertransformator, an dessen Sekundärseite die
betreffende ijthaltungsanordnung angeschlossen ist; enthalten, so wird dieser Transformator dadurch teurer,
während die zum Einschalten des Transistors erforderliche .Schallspannung entsprechend höher wird, wodurch
der Basisstrom während der l.eitungsdauer des Transistors größer wird. Dies erhöht die Verlustleistung.
Die Erfindung bezweckt nun, eine .Schaltungsanordnung
zu schaffen, bei der mit wenig zusätzlichen Mitteln gewährleistet wird, daß das Aus- sowie Einschalten des
llochspannungsleistungstransistors auf optimale Weise erfolgt und da/u weist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
das Kennzeichen auf, daß parallel zur Induktivität ein steuerbarer Schalter zum kurzzeitigen
Kurzschließen der Induktivität beim Einschalten des Transistors angeordnet ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden
näher beschrieben. Hs /eigen
F-i g. I und F ig. 2 Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Schal Hingsanordnung.
In der Schaltungsanordnung nach Fig. I ist 2 eine
Primärwicklung eines rreibertransformators 1, welche
Wicklung 2 einerseits mit dem Kollektor eines npn-Treiber-Transistors 3 und andererseits mit der
positiven Klemme einer eine Spannung V», liefernden Spannungsquellc verbunden ist, deren negative Klemme
ebenso wie der Emitter des Transistors 3 an Masse liegt. Der Basis wird eine- von einem nicht dargestellten
Oszillator herrühren'1" impulsförmige Spannung zugeführt.
Eine Sekundärwicklung 5 des Transformators I ist auf noch /u erläuternde Weise zwischen der Basis und
dem Emitter eines npn-Hochspannungsleistungstransistors
6 angeschlossen. Der Emitter dieses Transistors liegt an Masse, während der Kollektor über eine
Wicklung 7 mit der positiven Klemme einer eine Spannung Vn, liefernden Spannungsquelle verbunden
ist, deren negative Klemme an Masse liegt. Die Wicklung 7 ist eine Primärwicklung eines weiter nicht
dargestellten Transformators, der einen Teil eines Gleichspannungswandler vom bekannten Typ bildet,
der eine oder mehrere gegen Änderungen der Spannung Vn2 stabilisierte Gleichspannungen erzeugt,
beispielsweise /.um Speisen von Sehaltungsanordnungen
in einem Fernsehempfänger. Diese Stabilisierung wird auf bekannte Weise erhalten, beispielsweise mittels
einer von der Spannung Vfl, abhängigen Phasenverschiebung
einer der Hanken der impulsförmigen Spannung, die der Basis des Transistors 3 zugeführt
wird.
Die Steuermittel 1, 3 führen die genannte impulsförmige
Spannung zu den Eingangselektroden des Transistors 6 weiter, Durch die abfallenden Flanken der
an der Wicklung 5 vorhandenen sekundären Spannung 4 soll der Transistor 6 in den gesperrten Zustand gebracht
werden, während der Transistor durch die ansteigende Flanke in den leitenden Zustand gebracht werden muß.
Zwischen der Wicklung 5 und der Basis des Transistors 6 liegt eine Spule 8, während die
Reihenschaltung aus zwei Widerständen 9 und 10 und einem Kondensator 11 parallel zur Wicklung 5 liegt. Der
Emitter eines pnp-Transistors 12 ist mit di:m Verbiirdungspunkt
der Wicklung 5, der Spule 8 und des Widerslandes 9 verbunden, während der Kollektor mit
der Basis des Transistors 6 und die Basis mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 9 und ICl verbunden
ist.
Zu dem Zeitpunkt, an dem die ansteigende Flanke der Spannung 4 auftritt, fließt durch die Widerstände 9 und
10 und den Kondensator 11 ein Strom. Dadurch wird mit
dem positiven Aufladen des Kondensators angefangen und die Spannung am Verbindungspunkt der Widerstände
9 und 10 wird eine solche, daß der Transistor 12 leitend wird, so daß die Spule 8 durch die Kollektor-Emitterstrecke
desselben kurzgeschlossen wird. Der Kollektorstrom des Transistors 12 fließt zur Basis des
Transistors 6 und bringt diesen in den leitenden Zustand. Durch die Wicklung 7 fließt der KoMektorstrom des
Transistors 6. Durch Anordnung des Transistors 12 wird folglich dafür gesorgt, daß der Einschaltstrom die
gewünschte Amplitude und die .ewünschte schnelle Änderung hat.
Nach einer Zeit, die von der Zeitkonstante der
Schaltungsanordnung 10, Il abhängig ist, ist der Ladestrom des Kondensators 11 so klein geworden, daß
der Transistor 12 in den gesperrten Zustand gerät. Diese l.eitfähigkeitsverringerung des Transistors 12 erfolgt
jedoch allmählich, so daß parallel zur Spule 8 ein in seinem Wert zunehmender Widerstand gedacht werden
kann. Der Basisstrom des Transistors 6 wird daher für einen größer werdenden Teil durch die Spule übernommen.
Wenn der Transistor 12 gesperrt ist, fließt der ganze Basisstrom des Transistors 6 durch die Spule 8
und erfährt nahezu keine Hemmung.
Zu dem Zeitpunkt, wo die abfallende Flanke der Spannung 4 auftritt, fließt abermals durch die Widerstände
9 und 10 und den Kondensator 11 ein Strom, der
den Kondensator zunächst entlädt und danach negativ auflädt. Der Transistor 12 ist nach wie voi gesperrt, und
d.is Ausschalten des Transistors 6 erfolgt auf bekannte
Weise.
Eine Bedingung für ein einwandfreies Funktionieren ist, daß die Zeitkonstante der Schaltungsanordnung 10,
11 groß genug ist um zu gewährleisten, daß das Übernehmen des vorwärts fließenden Basisstromes
durch die Spule allmählich erfolgt. Bei einem Wandler, bei dem die Frequenz der .Schaltspannung 4 die
Fernseh-Zcilenfrequenz (d. h. etwa 15 kHz) betrug, hat es sich herausgestellt, daß eine Zeitkonstante von etwa 1
bis 2 us ausreicht. Dabei betrug der Induktivitätswert
der Spule 8 etwa 5 μΙΙ. Der Wert des Widerstandes 9 ist
weniger wichtig, Ja dieser Widerstand durch die leitende Basis-Emittcr-Diode des Transistors 12 schnell
kufTj/cschlossen wird.
F i g. 2 zeigt eine Abwandlung der Fig. I, wobei der
Widerstand 10 /.,vischen der Basis des Transistors 12
und dem Verbindungspunkt des Widerstandes 9 und dos Kondensators 11 liegt. Es dürfte einleuchten, daß die
Wirkungsweis; dieser Ausführungsform der der Ausführungsform
aus Fig. I entspricht. Bei einer praktischen Ausführungsform, wie diese Obenstehend beschrieben
wurde, war in Fig. 2 die Kapazität des Kondensators 11 etwa 10 nF, während der Widerstand 9
bzw. 10 einen Wert von etwa 470 bzw. 100 Ω aufwies.
An den Transistor 12 wird nur die Anforderung gestellt, daß er eine niedrige Sättigungsspannung hat.
Zwar ist der Kollektorstrom ziemlich groß, aber dieser
Strom flieUl wahrend einer sehr kiir/en /eil.
Ks sei erwähnt, dall die beschriebene Sthaltungsan
orilming ein A'C-l'arallelnct/.werk auf bekannle Weise
enthalten kann, das entweder in Reihe mil der Wicklung
2 oder mil der Wicklung 5 aufgenommen ist.
Hierzu 1 Walt Zeichnungen
Claims (5)
1. Schaltungsanordnung mit einem Hochspannungsleistungstransistor
mit einer dicken Kollektorschicht, mit Steuermilteln, die über eine Induktivität
an den Basis-Emilterkreis des Transistors angeschlossen sind zum daran Abgeben eines impulsförmigen
Schaltsignals und mit einer mit dem Kollektor des Transistors und mit einer Speisespannungsquelle m
verbundenen Belastungsimpedanz, wobei der von der Spannungsquelle gelieferte Kollektorstrom des
bis in den gesättigten Zustand gesteuerten Transistors unter dem Einfluß des impulsförmigen
Schaltsignals unlerbrechbar ist, dadurch gel»
kennzeichnet, daß parallel zur Induktivität (8) ein steuerbarer Schalter (12) zum kurzzeitigen
Kurzschließen der Induktivität beim Einschalten des Transistors (6) angeordnet ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch n>
gekennzeichnet, daß der steuerbare Schaller ein Hilfstrans^stor (12) ist, dessen Kollcktor-Emitterstrecke
paraiiei /ur indukiiviiäi (S) iiegi.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung aus einem r.
ersten (9) und einem zweiten (10) Widerstand und einem Kondensator (11) zwischen dem von der Basis
des llochspannungsleistunfslransistors (6) abgewandten
Anschluß der Induktivität (8) und einem Punkt mit Bezugspotential (Masse) liegt, wobei der s»
Verbindungspunkt der Widerstände mit der Basis des Hilfstransistors(12) verbunden ist.
4. Schalt -igsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung aus einem
ersten Widerstand (9) und einem Kondensator (II) η
zwischen dem von der Basis d"S Hochspannungsleistungsiransistors
(6) abgewandten Anschluß der Induktivität (8) und einem Punkt mit Bezugspotential
(Masse) und ein zweiter Widerstand (10) zwischen der Basis des Hochspannungslcistungs- »>
transistors und dem Verbindungspunkt des ersten Widerstandes und des Kondensators liegt.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Frequenz des Schaltsignals in 'ter
Größenordnung von 15 kHz ist, dadurch gekenn- f>
zeichnet, daß die Zeitkonstante des durch den zweiten Widerstand (10) und den Kondensator (11)
gebildeten Netzwerkes etwa 1 bis 2 μ-s beträgt.
Applications Claiming Priority (1)
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Legal Events
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| OD | Request for examination | ||
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