DE3509595A1

DE3509595A1 - Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE3509595A1
Application number: DE19853509595
Authority: DE
Inventors: Ralph 7100 Heilbronn Annacker; Joachim Dietl
Original assignee: Telefunken Electronic 7100 Heilbronn GmbH; Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1985-03-16
Filing date: 1985-03-16
Publication date: 1986-09-25
Also published as: US4695807A; IT8619722A1; FR2579040B1; IT8619722A0; FR2579040A1; DE3509595C2; IT1188434B

Description

TELEFUNKEN electronic GmbH
Theresienstr. 2, 7100 Heilbronn

Heilbronn, den 08.03.85 T/E7 La-ma HN 85/03

Schaltungsanordnung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einer Darlingtonstufe mit Mitteln zum Ausräumen von Ladungen beim Abschalten der Darlington-Transistoren.

Eine solche Schaltungsanordnung ist bekannt. Bei der bekannten Schaltung sind parallel zur Basis-Emitter-Strecke der Darlington-Transistoren Dioden geschaltet, die zum Ausräumen unerwünschter Ladungen im Basisraum der Darlington-Transistoren durch ein Ansteuersignal kurzgeschlossen werden, damit die Basisladungen der Darlington-Transistoren abfließen können und dadurch die Basis der Darlington-Transistoren ausgeräumt wird. Zum Ausräumen der Darlington-Transistoren ist bei der bekannten Schaltung eine Abschaltleistung erforderlich, die von außen zugeführt werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei der die Abschaltleistung nicht von außen zugeführt werden muß und bei der die Schaltzeiten möglichst klein sind. Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zum Ausräumen der Ladungen der Darlington-Transistoren, Transistoren vorgesehen sind, die derart geschaltet sind, daß der Basisstrom der dem letzten Darlington-Transistor vorgeschalteten Darlington-Transi-

stören jeweils über die durchgeschaltete Kollektor-Emitter-Strecke eines Ausräum-Transistors an die Basis eines nachgeschalteten Ausräum-Transistors gelangt und diesen durchsteuert.

Bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung werden die Basis-Emitter-Kapazitäten als Spannungsquellen für die Ausräumströme verwendet. Dadurch sind keine zusätzlichen Spannungsversorgungen erforderlich, die der Abschaltung dienen und denen die Abschaltleistung entnommen werden muß. Die Erfindung hat weiterhin den Vorteil, daß die Abschaltströme bzw. die Ausräumströme relativ gering sind und in der Größenordnung der Eingangsströme liegen. Die Schaltzeiten entsprechen denen von gut ausgeräumten Einzeltransistoren.

Bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung sind die dem letzten Ausräum-Transistor vorgeschalteten Ausräum-Transistoren jeweils mit ihrer Kollektor-Emitter-Strecke zwischen die Basis eines Darlington-Transistors und die Basis eines Ausräum-Transistors geschaltet. Die Kollektor-Emitterstrecke des letzten Ausräum-Transistors ist vorzugsweise zwischen die Basis des letzten Darlington-Transistors und den Bezugspunkt geschaltet. Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung findet beispielsweise als Schalter bei der Steuerung von Motoren Anwendung.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen erläutert.

Die Figur 1 zeigt eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung mit einer 3fach-Darlingtonstufe, die die drei Darlington-Transistoren T1, T2 und T3 sowie die sperrstromstabilisierenden Widerstände R1, R2 und R3 aufweist. Wird die Darlingtonstufe durch einen Strom in die Basis des Transistors T1 angesteuert, so entsteht an der Diode D1, die der Basis des Darlington-Transi-

stors T1 vorgeschaltet ist, ein Spannungsabfall, der so gerichtet ist, daß die Ausräum-Transistoren T4, T5 und T6 gesperrt sind, so daß die Funktion der Darlingtonstufe im eingeschalteten Zustand nicht beeinflußt wird. Die Ausräum-Transistoren T4 bis T6 sind in einer Art Darlington-Konfiguration geschaltet, und zwar so, daß jeweils die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors der Basis eines nachgeschalteten Transistors vorgeschaltet ist. Die Ansteuerung der Basen der Ausräum-Transistoren erfolgt also jeweils über die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors.

Zum Ausschalten der Schaltung der Figur 1 wird die Basis des Transistors T7 angesteuert. Dadurch wird der Transistor T7 durchgesteuert, so daß ein Strom über den Strombegrenzungswiderstand R5 und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T7 fließt, der die Basis des Transistors T7 nahezu auf das Bezugspotential E zieht. Dadurch wird die Diode D1 gesperrt und der Transistor T4 eingeschaltet. Bei vollständigem Durchschalten von T4 liegt der Kollektor von T4 (Basis von T5) näherungsweise auf dem Potential UbeTl + UbeT2 + UbeT3. Ist dies der Fall, so wird der Transistor T5 vollständig durchgeschaltet. Dies hat zur Folge, daß der Kollektor des Transistors T5 näherungsweise auf dem Potential UbeT2 + UbeT3 liegt. Ein Durchschalten des Transistors T5 bewirkt gleichzeitig auch ein Durchschalten des Transistors T6, Ist der Transistor T6 durchgeschaltet, so ist die Basis des Darlington-Transistors T3 mit dem Emitter dieses Transistors kurzgeschlossen.

Die Gesamtausräumschaltung mit den Transistoren T4, T5 und T6 hat die Besonderheit, daß der Kollektorstrom des ersten Ausräumtransistors T4 dem Basisstrom des zweiten Ausräum-Transistors T5 und der Emitterstrom des zweiten Ausräum-Transistors T5 dem Basisstrom des dritten Aus-

- ν-

räum-Transistors Τ6 entspricht. Daraus ergibt sich für die Gesamtausräumschaltung eine Stromverstärkung, die der einer 3fach-Darlington-Anordnung ähnlich ist.

In der Endphase der Abschaltung der Darlington-Stufe (T1, T2, T3) stellen sich zwei mögliche Betriebszustände ein, und zwar in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Schalttransistoren (T1, T2, T3) sowie in Abhängigkeit vom gewählten Basisansteuerstrom. Zunächst wird in aller Regel der Schalttransistor T1 über den Ausräum-Transistor T4 entladen. Dabei entsteht an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors T1 für den Fall der Verwendung von npn-Transistoren (erster Ausräum-Transistor jedoch pnp-Transistor) eine negative Basis-Emitter-Spannung, die durch den Spannungsabfall an R1 hervorgerufen wird. Der Emitterstrom von T4 fließt nach der vollständigen Entladung der Basis-Emitter-Strecke von T1 über den Widerstand R1 und ist deshalb maßgeblich von den Widerständen R1 und R5 sowie von der noch verbliebenen Basis-Emitter-Spannung der Transistoren T2 und T3 abhängig. Wird weiterhin der Transistor T2 vollständig entladen, so führt der Widerstand R2 den Kollektorstrom von T5 und über den Widerstand R1 bleibt der Transistor T4 eingeschaltet. Die treibende Spannung ist jetzt die Basis-Emitter-Spannung des Transistors T3. Der Entladestrom der Gesamtanordnung nimmt in der Folge bis zur vollständigen Entladung kontinuierlich ab. In der Regel stellt sich bei ausreichender Dimensionierung der Ausräum-Transistoren (T4 bis T6) ein maximaler Ausräumstrom der Einzeltransistoren (T1 bis T3) ein, der in etwa dem doppelten Wert des jeweiligen Basisansteuerstromes entspricht (Ib2 * 2 · Ib1).

Durch die Verwendung der ausräumenden Transistoren (T4 bis T6) in der gezeigten Schaltung werden Schaltzeiten erreicht, die mit Einzeltransistoren entsprechender Strom- und Spannungsbelastbarkeit nur bei schärfsten

Ausräumbedingungen erreicht werden können. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht auch darin, daß bei Verwendung selbstausräumender Transistoren gemäß der Erfindung keine Spannungsquelle zur Verfügung gestellt werden muß, da die Ausräumleistung den jeweiligen Basis-Emitter-Strecken der Schalttransistoren T1 bis T3 entnommen wird und infolgedessen nicht das Versorgungsnetz belastet werden muß.

Bei der Schaltungsanordnung der Figur 1 kann anstelle des Widerstandes R5 auch eine Diode (D2) verwendet werden. Die Erfindung, d. h. die Verwendung von ausräumenden Transistoren in der beschriebenen Schaltung ist bei einer Darlington-Stufe mit zwei und mehr Darlington-Transistoren anwendbar. Die Darlington-Transistoren können npn- oder pnp-Transistoren sein. Die ausräumenden Transistoren haben entweder alle die gleiche Leitungstypfolge wie die Darlington-Transistoren oder alle die gleiche Leitungstypfolge mit Ausnahme des ersten ausräumenden Transistors. Dieser Unterschied kommt allerdings in der Eingangsbeschaltung zum Ausdruck, worauf noch eingegangen wird.

Die Figur 2a zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit den beiden Darlington-Transistoren T1 und T2 und den beiden Ausräum-Transistoren T4 und T5. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 2a sind die Darlington-Transistoren T1 und T2 sowie der Ausräum-Transistor T5 npn-Transistoren, während der erste Ausräum-Transistor T4 ein pnp-Transistor ist.

Die Figur 2b zeigt eine analoge Schaltung, bei der die beiden Darlington-Transistoren T1 und T2 sowie der zweite Ausräum-Transistor T5 npn-Transistoren sind. Der erste Ausräum-Transistor T4 ist in diesem Fall ein npn-Transistor.

Für den Fall, daß der erste Ausräum-Transistor T4 wie in der Figur 2 eine andere Leitungstypfolge aufweist wie die übrigen Transistoren der Schaltung, erhält die Basis des ersten Ausräum-Transistors dasselbe Ansteuersignal wie die dem ersten Darlington-Transistor T1 vorgeschaltete Diode D1. Bei der Schaltung der Figur 2a hat die Diode D1 eine andere Flußrichtung wie die Diode DI bei der Schaltung der Figur 2b.

In der Figur 3 sind 3fach-Darlington-Stufen einander gegenübergestellt, wobei es sich in der Figur 3a mit Ausnahme des ersten Ausräum-Transistors T4 um npn-Transistoren und in der Figur 3b mit Ausnahme des ersten Ausräum-Transistors um pnp-Transistoren handelt.

Bei der Anordnung der Figur 4 handelt es sich um eine Ansteuervariante, wobei die Basis des ersten Ausräum-Transistors T4 ein Ansteuersignal erhält, das gegenüber demjenigen Strom invertiert ist, den die Basis des ersten Darlington-Transistors erhält. In diesem Fall hat der erste Ausräum-Transistor T4 dieselbe Leitungstypfolge wie die übrigen Transistoren der Schaltung. Die Schaltung der Figur 4a unterscheidet sich von der Schaltung der Figur 4b durch die unterschiedliche Leitungstypfolge der Transistoren.

Gemäß der Figur 5 besteht die Möglichkeit, durch eine Antisättigungsbeschaltung des Endstufentransistors einer n-fach-Darlington-Stufe (in Figur 5 dreifach) die Schalt zeit der Schaltung noch mehr zu verkürzen und das dynamische Verhalten der Darlington-Anordnung bei unterschiedlichen Basisansteuerungen deutlich zu verbessern. Zu diesem Zweck ist in die Basiszuleitung des letzten Darlington-Transistors (T3) eine Diode (D3) und zwischen diese Diode und den Kollektor des letzten Darlington-Transistors (T3) eine Diode D4 geschaltet.

■ ♦ W. * _f

Die Schaltungen der Figuren 5a und 5b unterscheiden sich durch die unterschiedliche Leitungstypfolge der Transistoren.

Claims

TELEFUNKEN electronic GmbH
Theresienstr. 2, 7100 Heilbronn

Heilbronn, den 08.03.85 T/E7 La-ma HN 85/03

Patentansprüche

Schaltungsanordnung mit einer Darlingtonstufe mit Mitteln zum Ausräumen von Ladungen beim Abschalten der Darlington-Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausräumen der Ladungen der Darlington-Transistoren Transistoren vorgesehen sind, die derart geschaltet sind, daß der Basisstrom der dem letzten Darlington-Transistor vorgeschalteten Darlington-Transistoren jeweils über die durchgeschaltete Kollektor-Emitter-Strecke eines Ausräum-Transistors an die Basis eines nachgeschalteten Ausräum-Transistors gelangt und diesen durchsteuert.
2) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem letzten Ausräum-Transistor vorgeschalteten Ausräum-Transistoren jeweils mit ihrer Kollektor-Emitter-Strecke zwischen die Basis eines Darlington-Transistors und die Basis eines Ausräum-Transistors geschaltet sind.
3) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektor-Emitterstrecke des letzten Ausräum-Transistors zwischen die Basis des letzten Darlington-Transistors und den Bezugspunkt geschaltet ist.
4) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß der Basis des ersten Darlington-Transistors eine Diode vorgeschaltet ist.
5) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ausräum-Transistor eine andere Leitungstypfolge aufweist wie die anderen Transistoren der Schaltung.
6) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des ersten Ausräum-Transistors dasselbe Steuersignal erhält wie die der Basis des ersten Darlington-Transistors vorgeschaltete Diode.
7) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ausräum-Transistor die gleiche Leitungstypfolge aufweist wie die übrigen Transistoren der Schaltung und daß der Basis des ersten Ausräum-Transistors ein Basissignal zugeführt wird, welches invertiert zu demjenigen Signal ist, welches der Basis des ersten Darlington-Transistors zugeführt wird.