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Dokumentenidentifikation DE3851293T2 22.12.1994
EP-Veröffentlichungsnummer 0312606
Titel VORSTEUERSCHALTUNG.
Anmelder Fanuc Ltd., Oshino, Yamanashi, JP
Erfinder NAKAMURA, Shigeo Mansion Harimomi 7-305, Minamitsuru-gun Yamanashi 401-05, JP
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 3851293
Vertragsstaaten DE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 25.04.1988
EP-Aktenzeichen 889034005
WO-Anmeldetag 25.04.1988
PCT-Aktenzeichen JP8800403
WO-Veröffentlichungsnummer 8808643
WO-Veröffentlichungsdatum 03.11.1988
EP-Offenlegungsdatum 26.04.1989
EP date of grant 31.08.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.12.1994
IPC-Hauptklasse H03K 17/56
IPC-Nebenklasse H03K 17/60   H03K 17/687   H03K 17/16   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Treiberschaltung, geeignet zum Gebrauch in einem Schaltregler, einem Gleichspannungswandler usw.

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.

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.

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.

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.

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.

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;.

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.

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.

Erfindungsgemäß wird eine Treiberschaltung bereitgestellt, die das Steuern des Ein- und Ausschaltens eines Schalttransistorelements über einen Impulstransformator mit zwei Primärwicklungen ausführt, umfassend

erste und zweite Schaltelemente, die zum Steuern des Stroms, der durch die entsprechenden Primärwicklungen fließt, eingerichtet sind; und

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.

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.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 den Schaltplan einer Treiberschaltung mit ihren peripheren Schaltungen als eine Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Diagramm der Zeiteinteilung bei Betrieb der ausführungsgemäßen Schaltung;

Fig. 3 den Schaltplan einer anderen Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 4 den Schaltplan der herkömmlichen Schaltungsanordnung an einem Beispiel.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun mit Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.

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.

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.

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.

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;.

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.

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.

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.

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.

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.

Obwohl zwei Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, kann die Erfindung auf verschiedene Weisen modifiziert werden.

Wenn die Treiberschaltung der Erfindung in einem Schaltregler, einem Gleichspannungswandler usw. gebraucht wird, kann sie deren Stromausnutzung und die Schaltungsauslegung verbessern.


Anspruch[de]

1. Treiberschaltung (2), die das Steuern des Ein- und Ausschaltens eines Schalttransistorelements (Q&sub1;, Q1') über einen Impulstransformator (T) mit zwei Primärwicklungen (P&sub1;, P&sub2;) ausführt, umfassend

erste und zweite Schaltelemente (Q&sub2;, Q&sub3;), die zum Steuern des Stroms, der durch die entsprechenden Primärwicklungen (P&sub1;, P&sub2;) fließt, eingerichtet sind; und

Rückkoppelschaltungen (D&sub1;, D&sub2;), die zwischen die entsprechenden Signalausgabeanschlüsse und Steueranschlüsse des ersten und des zweiten Schaltelements (Q&sub2;, Q&sub3;) geschaltet sind, wobei jede Rückkoppelschaltung (D&sub1;, D&sub2;) so eingerichtet ist, daß sie Strom von dem mit ihr verbundenen Steueranschluß ableitet, wodurch das Schalten des entsprechenden Schaltelements (Q&sub2;, Q&sub3;) verzögert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein aktives Steuerelement (Q&sub4;) mit ersten und zweiten Ausgangsanschlüssen bereitgestellt wird, die mit den entsprechenden ersten und zweiten Schaltelementen (Q&sub2;, Q&sub3;) verbunden sind, geeignet zum Anlegen der jeweiligen Steuersignale an die Schaltelemente.

2. Treiberschaltung nach Anspruch 1, wobei jede Rückkoppelschaltung (D&sub1;, D&sub2;) eine Diode enthält, deren Durchlaßrichtung auf den entsprechenden Signalausgabeanschluß des Schaltelements zeigt.

3. Treiberschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Bipolartransistor (Q&sub2;) als ein Schaltelement verwendet wird, wogegen ein Feldeffekt-Transistor mit isoliertem Gate (Q&sub3;) als anderes Schaltelement verwendet wird.

4. Treiberschaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Steuerelement (Q&sub4;) ein Bipolartransistor ist, dessen Kollektor und Emitter den ersten und zweiten Ausgangsanschluß bilden.







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