DE3423769A1

DE3423769A1 - Schaltendstufe, insbesondere eines schaltreglers fuer ventilmagnete

Info

Publication number: DE3423769A1
Application number: DE19843423769
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. 7410 Reutlingen Kalkhof; Horst Dipl.-Ing.(FH) 7400 Tübingen Lohmüller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1984-06-28
Filing date: 1984-06-28
Publication date: 1986-01-09
Also published as: US4595968A; JPS6115419A; DE3423769C2

Description

15.6.I98U Ko/Pi

ROBEET BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

Schaltendstufe, insbesondere eines Schaltreglers für Ventilmagnete

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Schalt endstufe nach der Gattung des Hauptanspruches. Schaltendstufen mit einem Endstufentransistor sind bereits aus vielen Veröffentlichungen bekannt, so etwa der US-PS 3 896 3^6. Bei ihr wird die Erregerwicklung eines Magnetventiles als induktive Last von einem Endstufentransistor geschaltet. Weiterhin sind Maßnahmen vorgesehen, die während des Schaltens entstehenden hohen Spannungen an der induktiven Last zu begrenzen, wodurch sich gleichzeitig eine Begrenzung der Anstiegsgeschwindigkeiten der Lastströme ergibt. Hierfür wird jedoch die Induktivität der Last benutzt, um den gewünschten Effekt zu erreichen. Bei Anschluß dieser Schaltendstufe an eine Last anderer Induktivität ist daher eine Anpassung des elektrischen Verhaltens der Endstufe notwendig.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schalt endstufe nach der Gattung des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß

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der Basisstrom des Endstufentransistors durch eine stromgesteuerte Stromquelle steuerbar ist, wobei sich durch die Rückkoppelung der Kapazität vom Kollektor des Endstufentransistors auf den Steuereingang der Stromquelle ein integrales Verhalten der Endstufe ergibt, die unabhängig von der Last ist. Dadurch ist die erfindungsgemäße Endstufe geeignet, Lasten großer Induktivität zu schalten, etwa Dioden auszuräumen, Thyristoren zu löschen oder mit kontrollierter Anstiegs- und Abfallzeit zu schalten, ohne daß die Endstufe durch Spannungs- oder Stromimpulse zerstört würde.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben. Bei monolitischer Integration der Schaltendstufe kann die Kapazität als ein MOS-Kondensator ausgebildet sein. Damit kann die Kapazität ohne Vorspannung betrieben werden, so wie sie etwa bei einer Sperrschichtkapazität erforderlich wäre. Eine besonders geringe Beeinflussung der kapazitiven Rückkopplung ist während des Schaltvorganges der Schaltendstufe gegeben, wenn der Steuerstrom der Stromquelle von einer Konstantstromquelle geliefert wird, der von einem Schalttransistor im Strompfad geschaltet wird. Ist der Schalttransistor als Diode geschaltet, wobei an die Basis des Schalttransistors ein Schaltsignal über einen Vortransistor gegeben wird, so ist ein besonders schneller und gleichmäßiger Schaltvorgang der Schaltendstufe gegeben. Dabei wird der Strom nicht ein- und ausgeschaltet, sondern es erfolgt lediglich eine Umschaltung des Strompfades vom Steuereingang der Stromquelle zum Vortransistor und zurück. Wird die Konstant stromquelle über eine weitere stromgesteuerte Stromquelle vom Schaltvorgang entkoppelt, so ergibt sich ein besonders stabiler Betrieb der Schalt endstufe, wobei eine Temperaturkompensation durch die weitere Stromquelle mit erreicht werden kann.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Figur 1 zeigt das Schaltbild einer monolitisch integrierten Schaltendstufe, Figur 2 zeigt ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in Figur 1 dargestellte elektrische Schaltung ist zwischen zwei Leitungen 1, 2 geschaltet, wobei die Leitung J eine stabilisierte Versorgungsspannung U . _v führt und

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die Leitung 2 eine Bezugsspannung U . Segen die Leitung 2 ist der Emitter eines Endstufentransistors T8 geschaltet, dessen Kollektor mit einer Leitung 3 verbunden ist. Die Leitung 3 führt zu einer induktiven Last L, die einseitig mit einer Batteriespannung U_ verbunden ist. Der Endstufentransistor T8 schaltet also den Strom durch die Last L. Parallel zur Last L ist eine Freilaufdiode D geschaltet, die den Endstufentransistor T8 vor Spannungsspitzen der induktiven Last L nach dem Schaltvorgang schützt.

Die Basis des Endstufentransistors T8 ist über einen Widerstand R2 gegen die Leitung 2 geschaltet. Der Basisstrom des Endstufentransistors T8 wird dabei vom Emitter einer Transistors Τβ geliefert, dessen Kollektor an der Leitung 1 liegt. Die Basis des Transistors Τβ ist mit der Basis und dem Kollektor eines Transistors T5 verbunden, dessen Emitter über einen Widerstand R3 zur Basis des Endstufentransistors T8 führt. Damit stellt die Anordnung der Transistoren T5, T"6 mit dem Widerstand R3

eine gesteuerte Stromquelle dar, bei der Steuerstrom und Ausgangsstrom ungleich sind. Solche Stromquellen sind etwa aus der Druckschrift "Philips Technische Rundschau", 32. Jahrgang 1971/72, Kr. 1, Seite 1 bis 12 "bekannt. Demnach ist die. Stromverstärkung der stromgesteuerten Stromquelle neben den Halbleiterdaten der Transistoren T5_S Τβ und der Temperatur vor allem durch den Widerstand R3 bestimmt (bei R3 - 6 kll ergibt sich etwa eine Stromverstärkung 10). Der Steuerstrom der Stromquelle flie&t über einen Schalttransistor T^, dessen Emitter an den Kollektor des Transistors T5 angeschlossen ist. Wird der Emitterstrom des Schalttransistors T^ geschaltet, so schaltet entsprechend der Endstufentransistor T8.

Zwischen den Eingang der Stromquelle T5, T6 und den Kollektor des Endstufentransistors T8 ist eine Kapazität C geschaltet. Das Eingangssignal am Eingang der stromgesteuerten Stromquelle T5, Τβ erscheint invertiert am Kollektor des Endstufentransistors T8 da der Verstärkungsfaktor der Stromquelle positiv ist. Damit stellt die Kapazität C eine Gegenkopplung mit Hochpaßcharakteristik im Gegenkopplungszweig dar. Das Gesamtsystem bekommt daher Integrationsverhalten, das sich bei Schaltvorgängen durch eine endliche Flankensteilheit der Spannung am Kollektor des Endstufentransistors T8 zeigt, unabhängig von der weiteren äußeren Beschaltung, insbesondere unabhängig von der Induktivität der Last L. In monolitisch integrierter Technik ist die Kapazität dabei als ein MOS-Kondensator von einigen Picofarad aufgebaut. Die Flankensteilheit der Ausgangsspannung wird dann durch den Stromverstärkungsfaktor der Stromquelle T5₅ Τ6 eingestellt.

Der als Diode geschaltete Schalttransistor TU wird von einem Konstant strom an seinem Kollektor beaufschlagt,

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seine Basis wird durch einen Vortransistor TT gegen die Leitung 2 geschaltet. Dafür erhält der Vortransistor T7 eine Eingangsspannung U_E über einen Widerstand R1 an seiner Basis. Diese Anordnung hat den "besonderen Vorteil, daß der Konstantstrom ü"ber den Schalttransistor T^, der der Stromquelle T5, Τβ zugeführt wird, nicht ein- und ausgeschaltet wird, sondern durch das Eingangssignal U^ wird der Strompfad umgeschaltet. 1st der Vortransistor TT geöffnet, so fließt der Strom der Konstant stromquelle über die Kollektor-Emitterstrecke des Vortransistors TT gegen die Leitung 2, "bei geschlossenem Vortransistor TT wird die Stromquelle T5, Τβ über den Schalttransistor Th mit dem Konstant strom beaufschlagt. Hierdurch werden besonders schnelle und kapazitätsarme Umschaltvorgänge erreicht.

Eine .spannungsmäßige Entkoppelung der Konstant stromquelle vom Schalttransistor Tk, der «je nach Schaltzustand unterschiedliches Potential aufweist, wird durch eine weitere stromgesteuerte Stromquelle T3, T2, T3 erreicht, deren Steuerstrom von einer Konstant stromquelle I geliefert wird. Diese weitere Stromquelle T1, T2, T3 ist hierfür an die Leitung 1 gelegt. Weiterhin lassen sich durch entsprechende Dimensionierungen der Emitter der Stromquelle TI, T2, T3 Temperaturgänge der nachfolgenden Schaltung kompensieren. Diese Verfahren sind aber dem Fachmann im Prinzip bekannt und daher zur Vereinfachung der Darstellung nicht näher erläutert.

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Claims

15.6.198U Ko/Pi

ROBERT BOSCH GMBH₅ 7000 STUTTGART 1

Ansprüche

Schaltendstufe, insbesondere eines Schaltreglers für Ventilmagnete, mit einem Endstufentransistor (Τ8), dadurch gekennzeichnet, daß der Basisstrom des Endstufentransistors (Τ8) im "wesentlichen von einer stromgesteuerten Stromquelle (T5, T6) geliefert wird, und daß der Kollektor des Endstufentransistors (T8) über eine Kapazität (C) mit dem Steuereingang der Stromquelle (T5, T6) verbunden ist.

2. Schaltendstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalt endstufe monolitisch integriert ist, daß die Kapazität (C) ein MOS-Kondensator ist, und daß der Verstärkungsfaktor der Stromquelle (T5, To") größer als Null ist.

3. Schaltendstufe nach Anspruch J oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom am Steuereingang der Stromquelle (T5, To) im wesentlichen von einer Konstant stromquelle geliefert wird, und daß in den Strompfad von der Konstantstromquelle zum Steuereingang der Stromquelle (T5, Τβ) die Kollektor-Emitter-Strecke eines Schalttransistors (TU) geschaltet ist.

k. Schaltendstufe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom der Konstant stromquelle (I) den Ein-

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gangsstrom einer weiteren stromgesteuerten Stromquelle (T1, T2, T3) bestimmt, und daß der Ausgangsstrom der weiteren Stromquelle im wesentlichen den Strom durch den Schalttransistor (Tk) bestimmt.

5. Schaltendstufe nach Anspruch 3 oder k, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalttransistor (Tk) als Diode geschaltet ist, und daß dessen Basis mit der Kollektor-Smitter-Strecke eine Vortransistors (TT) verbunden ist.