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Die Erfindung betrifft eine Treiberschaltung, geeignet
zum Gebrauch in einem Schaltregler, einem
Gleichspannungswandler usw.
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Eine Treiberschaltung, die das Ein- und Ausschalten
eines Schalttransistorelements über einen Impulstransformator
steuert, ist so ausgeführt, daß sie das Ein- und Ausschalten
des Leistungstransistors eines Schaltkreises durch den
Einsatz von zwei Treibertransistoren steuert, siehe Fig. 4.
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Ein Schaltkreis 1, siehe Fig. 4, steuert das Ein- und
Ausschalten einer Energiequelle PS für eine Last L über
einen Leistungstransistor Q&sub1; und ist über eine
Treiberschaltung 2 mit einer Steuerschaltung 3 verbunden. Zwischen Basis
und Emitter des Leistungstransistors Q&sub1; ist die
Sekundärwicklung S des Impulstransformators T in Reihe mit der
Parallelschaltung aus dem Widerstands R&sub1; und dem Kondensator C&sub1;
geschaltet. Auf der Primärseite des Impulstransformators ist
ein Transistor Q&sub2; an eine erste Primärwicklung P&sub1; und ein
Transistor Q&sub3; an eine zweite Primärwicklung P&sub2;
angeschlossen.
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Zum Einschalten des Leistungstransistors Q&sub1; wird ein
Signalausgabetransistor Q&sub5; der Steuerschaltung 3
ausgeschaltet, so daß der Transistor Q&sub2; eingeschaltet wird. Nach dem
Einschalten des Transistors Q&sub2; werden im Impulstransformator
T Spannungen mit einer Polarität erzeugt, die in der Figur
mit durchgezogenen Linien dargestellt sind. Weiterhin fließt
Strom zur Basis des Leistungstransistors Q&sub1; und überführt
diesen Leistungstransistor Q&sub1; in den leitenden Zustand.
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Zum Ausschalten des Leistungstransistors Q&sub1; wird der
Signalausgabetransistor Q&sub5; eingeschaltet, so daß der
Transistor Q&sub2; abgeschaltet wird. Zeitgleich wird jedoch ein
Signalausgabetransistor Q&sub4; ausgeschaltet, so daß der
Transistor
Q&sub3; eingeschaltet wird. Die Basisladung des
Leistungstransistors Q&sub1; wird von Spannungen abgeführt, deren
Polaritäten in der Figur durch gestrichelte Linien dargestellt
sind; dadurch wird dieser Leistungstransistor Q&sub1;
abgeschaltet.
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In einer derartigen, herkömmlichen Treiberschaltung
werden zum Ausschalten des Leistungstransistors Q&sub1; der
Transistor Q&sub2; und der Transistor Q&sub3; zeitgleich aus- bzw.
eingeschaltet. So gesehen bringen die herkömmlichen
Transistoren eine Zeitverzögerung abhängig vom Verhältnis
Kollektorstrom zu Basisstrom mit sich. Werden die an die
Treiberschaltung 2 anzulegenden Steuersignale SA und SB genau
gegenphasig bereitgestellt, so werden die Transistoren Q&sub2; und
Q&sub3; gleichzeitig eingeschaltet. In diesem Augenblick fließen
Überströme durch die beiden Transistoren Q&sub1; und Q&sub2;, wodurch
nutzlos Wärme erzeugt wird. Deshalb ist es nötig, die
Einschaltzeit des Transistors Q&sub3; geringfügig zu verzögern.
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Darüberhinaus ergeben sich beim Stand der Technik
Schwierigkeiten bei der Stromausnutzung und dadurch bei der
Schaltungsauslegung. D. h., die Steuerschaltung benötigt die
zwei Signalausgabetransistoren Q&sub4; und Q&sub5; zum Anlegen der
Steuersignale SA und SB an die entsprechenden Transistoren
Q&sub2; und Q&sub3;.
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Im Modern Electronic Circuits Reference Manual, 1982,
J. Marcus, Seite 191, "28-V High Efficiency", ist eine
Treiberschaltung offengelegt, die dem Oberbegriff des
begleitenden Anspruchs 1 entspricht.
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Die Erfindung wurde im Hinblick auf die vorangegangenen
Schwierigkeiten entworfen und stellt eine Treiberschaltung
bereit, in der Rückkoppelschaltungen über die Transistoren
geschaltet sind, die als Schaltelemente dienen. Dabei wird
ein Transistor eingeschaltet, nachdem der andere Transistor
ausgeschaltet wurde, wodurch die Auslegung der
Steuerschaltung vereinfacht und nutzlose Hitzeerzeugung verhindert
wird.
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Erfindungsgemäß wird eine Treiberschaltung
bereitgestellt, die das Steuern des Ein- und Ausschaltens eines
Schalttransistorelements über einen Impulstransformator mit
zwei Primärwicklungen ausführt, umfassend
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erste und zweite Schaltelemente, die zum Steuern des
Stroms, der durch die entsprechenden Primärwicklungen
fließt, eingerichtet sind; und
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Rückkoppelschaltungen, die zwischen die entsprechenden
Signalausgabeanschlüsse und Steueranschlüsse des ersten und
des zweiten Schaltelements geschaltet sind, wobei jede
Rückkoppelschaltung so eingerichtet ist, daß sie Strom von dem
mit ihr verbundenen Steueranschluß ableitet, wodurch das
Schalten des entsprechenden Schaltelements verzögert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß ein aktives Steuerelement
mit ersten und zweiten Ausgangsanschlüssen bereitgestellt
wird, die mit den entsprechenden ersten und zweiten
Schaltelementen verbunden sind, geeignet zum Anlegen der jeweiligen
Steuersignale an die Schaltelemente.
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In der erfindungsgemäßen Treiberschaltung ist eine
entsprechende Rückkoppelschaltung zwischen den
Signalausgangsanschluß eines Schaltelements und das Steuerelement des
anderen Schaltelements geschaltet. Dadurch schaltet nach dem
völligen Abschalten des einen Schaltelements das andere
Schaltelement ein. Somit wird die Ausbildung von Überströmen
in der Treiberschaltung verhindert und die Auslegung der
Steuerschaltung wird vereinfacht.
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In den Zeichnungen zeigt:
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Fig. 1 den Schaltplan einer Treiberschaltung mit ihren
peripheren Schaltungen als eine Ausführungsform der
Erfindung;
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Fig. 2 ein Diagramm der Zeiteinteilung bei Betrieb der
ausführungsgemäßen Schaltung;
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Fig. 3 den Schaltplan einer anderen Ausführungsform der
Erfindung; und
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Fig. 4 den Schaltplan der herkömmlichen
Schaltungsanordnung an einem Beispiel.
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun mit Bezug
auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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Fig. 1 zeigt eine Treiberschaltung, die eine
Ausführungsform der Erfindung erklärt. Wie in der Abbildung
vereinfacht dargestellt ist, enthält ein Schaltkreis 1, der
von einer Treiberschaltung 2 angesteuert wird, einen
Leistungstransistor Q&sub1; usw. Dieser Leistungstransistor Q&sub1;
wird von einen Strom ein- und ausgeschaltet, der von einem
Impulstransformator geliefert wird.
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Der Emitter des Leistungstransistors Q&sub1; ist mit der
negativen Seite der Energiequelle PS des Schaltkreises 1
verbunden. Er ist weiterhin mit einem Ende der Sekundärwicklung
S des Impulstransformators T verbunden. Das andere Ende der
Sekundärwicklung S ist über eine Parallelschaltung aus einem
Widerstand R&sub1; und einem Kondensator C&sub1; mit der Basis des
Transistors Q&sub1; verbunden.
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Auf der Primärseite des Impulstransformators T sind
zwei Primärwicklungen P&sub1; und P&sub2; gegenphasig zueinander
angeordnet. Der Kollektor eines üblichen Bipolartransistors Q&sub2;
ist an die erste Primärwicklung P&sub1; angeschlossen, wogegen
als zweites Schaltelement ein MOSFET Q&sub3; mit der zweiten
Primärwicklung P&sub2; verbunden ist. Zusätzlich ist eine Diode D&sub1;,
die als Rückkoppelschaltung wirkt, in Sperrichtung vom
Kollektoranschluß des Transistors Q&sub2; an den Gateanschluß des
FET Q&sub3; geschaltet, wogegen eine Diode D&sub2;, die als
Rückkoppelschaltung wirkt, in Sperrichtung vom Drainanschluß des
FET Q&sub3; an den Basisanschluß des Transistors Q&sub2; geschaltet
ist. Ferner ist eine Diode D&sub3; in Durchlaßrichtung zwischen
den Emitter des Transistors Q&sub2; und Masse geschaltet, wodurch
die Potentialdifferenz des Transistors Q&sub2; gegen Masse um die
Durchlaßspannung der Diode D&sub3; vergrößert wird. Zudem besitzt
eine Steuerschaltung 3, die Steuersignale für die
Treiberschaltung 2 liefert, einen Signalausgabetransistor Q&sub4;,
dessen Emitter und Kollektor mit der Basis des Transistors Q&sub2;
bzw. dem Gate des FET Q&sub3; verbunden sind. Auf diese Weise
legt die Steuerschaltung eine vorbestimmte Spannung aus
einer Spannungsquelle V&sub1; über einen Widerstand R&sub3; an den
Knoten zwischen dem Kollektor des Transistors Q&sub4; und dem Gate
des FET Q&sub3;, wobei der Basisstrom des Transistors Q&sub2; bei
eingeschaltetem Transistor Q&sub4; festgelegt wird, und legt bei
ausgeschaltetem Transistor Q&sub4; eine ausreichende Spannung an
das Gate des FET Q&sub3;, wobei dieser eingeschaltet wird.
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Fig. 2 veranschaulicht für die Ausführungsform der
obigen Anordnung die Zeiteinteilung im ein- und ausgeschalteten
Zustand. Fig. 2(a) zeigt den Zustand des
Signalausgabetransistors Q&sub4; der Steuerschaltung 3, (b) zeigt den Zustand des
FET Q&sub3;, (c) den Zustand des Transistors Q&sub2; und (d) den
Zustand des Leistungstransistors Q&sub1;.
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Wird der Transistor Q&sub4; mit der Absicht eingeschaltet,
den Leistungstransistor Q&sub1; einzuschalten, so versucht der
Strom aus dem Widerstand R&sub3; und dem Gate des FET Q&sub3; durch
den Transistor Q&sub4; zur Basis des Transistors Q&sub2; zu fließen.
Da aber bei offenem FET Q&sub3; Strom vom Drain des FET Q&sub3; über
die Diode D&sub2; fließt, schaltet der Transistor nicht ein. Wenn
der FET Q&sub3; wegen des Abflusses der Gateladungen abschaltet,
wird der Stromfluß durch die Diode D&sub2; unterbrochen, und der
Strom fließt statt dessen zur Basis des Transistors Q&sub2;, so
daß dieser Transistor einschaltet. Auf diese Weise werden im
Impulstransformator T Spannungen erzeugt, deren Polaritäten
in Fig. 1 mit durchgezogenen Linien dargestellt sind, und
der Leistungstransistor Q&sub1; wird eingeschaltet.
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Wird andererseits der Transistor Q&sub4; mit der
Absicht ausgeschaltet, den Leistungstransistor Q&sub1;
auszuschalten, so wird der Basisstrom des Transistors Q&sub2; unterbrochen
und der Transistor Q&sub2; schaltet nach Ablauf einer Zeitspanne
ab, die zum Abfließen seiner Basisladungen nötig ist.
Während der Einschaltzeit des Transistors Q&sub2; fließt Strom aus
dem Widerstand R&sub3; über die Diode D&sub1; zum Kollektor des
Transistors Q&sub2;, und die Gatespannung des FET Q&sub3; bleibt trotz des
abgeschalteten Transistors Q&sub4; niedrig; somit schaltet der
FET Q&sub3; nicht ein. Wenn der Transistor Q&sub2; abschaltet, um
seine Kollektorspannung zu erhöhen, so steigt die
Gatespannung des FET Q&sub3; und dieser schaltet ein. Auf diese Weise
werden im Impulstransformator T Spannungen erzeugt, deren
Polaritäten in der Abbildung mit gestrichelten Linien
dargestellt sind, und der Leistungstransistor Q&sub1; wird
ausgeschaltet.
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Fig. 3 zeigt den Schaltplan einer anderen
Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform ist der
Leistungstransistor Q1' des Schaltkreises 11, der von der
Treiberschaltung 21 gesteuert wird, ein MOSFET, und die
Schaltungsanordnung des FET Q&sub3;, der mit der zweiten
Primärwicklung verbunden ist, weicht von der in Fig. 1 gezeigten ab.
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Wenn der Leistungstransistor Q1' versucht
einzuschalten, verhält er sich wie im Fall von Fig. 1. Wenn der
Leistungstransistor Q1' versucht abzuschalten, verhält er
sich bis zum Einschalten des FET Q&sub3; wie im Fall von Fig. 2.
Wenn der FET Q&sub3; einschaltet, sind beide Enden der
Sekundärwicklung gleichfalls kurzgeschlossen, so daß die Spannung am
Gate des Leistungstransistors Q1', das an die
Sekundärwicklung angeschlossen ist, ungefähr null wird und den
Leistungstransistor Q1' abschaltet.
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Somit beträgt in der in jeder Ausführungsform
erläuterten Treiberschaltung die zum Einschalten des FET Q&sub3; nötige
Gatespannung 2 V oder mehr; daher sind Emitter und Kollektor
des einzigen Signalausgabetransistors Q&sub4; mit dem Transistor
Q&sub2; bzw. dem FET Q&sub3; verbunden, wobei der Transistor Q&sub2; und
der FET Q&sub3; durch den Transistor Q&sub4; am gleichzeitigen
Einschalten gehindert werden können.
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Obwohl zwei Ausführungsformen der Erfindung beschrieben
worden sind, kann die Erfindung auf verschiedene Weisen
modifiziert werden.
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Wenn die Treiberschaltung der Erfindung in einem
Schaltregler, einem Gleichspannungswandler usw. gebraucht
wird, kann sie deren Stromausnutzung und die
Schaltungsauslegung verbessern.