He,
mal wieder so eine Überlegung: Wie bringe ich einen großen
Bipolartransistor im Schaltbetrieb auf Zack?
Hintergrund ist: Beim Ein- und Ausschalten durchläuft die Trajektorie
einen den ungünstigen linearen Bereich und der Transistor produziert
fleißig Verlustleistung. Das betrifft Anstiegs- und Fallzeit.
Beim Ausschalten bleibt die Speicherzeit zurück und verhindert
allzugroße Schaltfrequenzen.
Der Kompromiss: Übersteuern. Mehr Übersteuerung drückt die Anstiegszeit,
dafür kommt Speicherzeit dazu. Negative Vorspannung drückt Speicher- und
Abfallzeit.
Was macht man also praktisch? Hab da wieder ein paar Überlegungen
angestellt:
(1) Die Basis Negativ vorspannen. Das gibt im Betrieb einen
Basisspannungsteiler und der Treiber wird stärker belastet. Benötigt
aber 'wörtlich' eben eine weitere Hilfsspannung.
(2) Ausräumwiderstand, parallel zur B-E-Strecke. Nicht ganz so gut wie
wie Vorspannung, aber besser als garnichts.
(3) Kondensator parallel zum Basisvorwiderstand. Quasi der Kompromiss:
Dimensioniert man den z.B. in der Größenordnung der erwarteten
Speicherladung, kann er ebendiese aus dem Transistor aufnehmen. Anders
formuliert, im Umschaltmoment erzeugt der Kondensator kurz eine negative
Basisspannung. Begrenzt (irgendwann theoretisch) auch die maximale
Schaltfrequenz, denn der Kondensator will selbst ja auch umgeladen
werden, damit er beim nächsten Umschalten wieder mithelfen kann. Aber
der ist vergleichsweise winzig.
(4) Sättigung vermeiden durch schnelle Diode parallel zur B-C-Strecke.
Damit kommt der Transistor garnicht in die Sättigung. Das tut der
Anstiegszeit aber hier keinen Abbruch: Das Kollektorpotential ist
zunächst hoch, die Diode sperrt. Beim Einschalten kriegt der Transistor
seine Übersteuerung und das Kollektorpotential sinkt, als der Transistor
durchsteuert. Dann stellt sich ein Zustand (je nach Diode) knapp an der
Übersteuerungsgrenze ein.
Was davon ist denn praxistauglich für einen einzelnen Transistor? Und
was wäre z.B. für eine Vollbrücke (d.h., mehrere Transistoren) tauglich?
Vielleicht hat ja jemand einen Beitrag aus der Berufspraxis von
früher(tm) dazu -- heute ist ja doch alles FET ;-)
Vielen Dank und Grüße,
Kama
Neumod'scher Krams schrieb:> Sven P. schrieb:>> ... -- heute ist ja doch alles FET ;-)>> Warum wohl?
Und wäre das für dich ein Grund, sich nicht mal Gedanken darüber zu
machen, wie und warum man vor FET gelöst hat?
Mich interessiert halt auch der Weg hin zur Moderne. Sowohl theoretisch
als auch im praktischen Entwurf auf dem Steckbrett.
Sven P. schrieb:> Und wäre das für dich ein Grund, sich nicht mal Gedanken darüber zu> machen, wie und warum man vor FET gelöst hat?
Vielleicht mit Röhren?
Man hat früher einfach nicht so hohe Schaltfrequenzen genommen, wie sie
heute mit FETs möglich sind.
Schaltnetzteile waren auch deutlich fehleranfälliger.
Es gehörte dahinter eine Schmelzsicherung und ein dicker Thyristor, der
im Fehlerfall die VCC kurzgeschlossen hat, bis die Sicherung schmolz.
Und in den ersten Transistorfernsehern sind die Horizontalablenkstufen
gestorben, wie die Fliegen.
Peter
Peter Dannegger schrieb:> Sven P. schrieb:>> Und wäre das für dich ein Grund, sich nicht mal Gedanken darüber zu>> machen, wie und warum man vor FET gelöst hat?>> Vielleicht mit Röhren?>> Man hat früher einfach nicht so hohe Schaltfrequenzen genommen, wie sie> heute mit FETs möglich sind.
Und das liegt daran, dass sich das Gate eines FET deutlich einfacher
entladen lässt? Zum beispiel, weil man zum Sperren nicht unter die
untere Betriebsspannung hinaus muss?
Mir ist das, wie ich ja schrieb, nicht bekannt, was früher damit los
war. Darum interessiert es mich ja. Also gut zu erfahren, dass dieses
wohl ein größeres Problem war.
Um mal eine Größenordnung zu bekommen: Ist denn 100kHz bei meinethalben
5A schon 'viel' für so einen bipolaren Aufbau im Schaltbetrieb?
Kaskode ist natürlich äußerst elegant, braucht aber einen zweiten
Leistungstransistor :-}
Sven P. schrieb:> Um mal eine Größenordnung zu bekommen: Ist denn 100kHz bei meinethalben> 5A schon 'viel' für so einen bipolaren Aufbau im Schaltbetrieb?
Ein paar Tricks sind da schon nötig. Es könnte auch schon fast zuviel
sein.
Schau Dir am besten Schaltpläne von Röhrenmonitoren an (besonders die
damals hochwertigen, Yakumo gehört also nicht dazu). Du wirst
Treiberschaltungen, wie sie jetzt für Mosfets verwendet werden (diskrete
Ausführung), negative Hilfsspannungen und auch mit Kondensatoren
überbrückte Basisvorwiderstände entdecken.
Dann lag ich mit meinen Überlegungen ja garnicht so weit daneben.
Ich such mir mal was zusammen, der Tipp mit den Ablenkstufen war gut, da
hab ich jetzt einiges Interessantes gefunden:
In einigen Geräten war grad dort eben noch eine Röhre verbaut, obwohl
der Rest größtenteils mit Halbleitern konstruiert war. In einer
Schaltung habe ich vor dem Transistor schlicht einen kleinen Übertrager
gefunden...
>(4) Sättigung vermeiden durch schnelle Diode parallel zur B-C-Strecke.
Dieser Punkt ist auch ganz praktikabel, allerdings nimmt man dafür eine
schnelle Schottky-Diode!
Peter schrieb:>>(4) Sättigung vermeiden durch schnelle Diode parallel zur B-C-Strecke.>> Dieser Punkt ist auch ganz praktikabel, allerdings nimmt man dafür eine> schnelle Schottky-Diode!
Er funktioniert sogar, wie ich gemessen habe :-)
Diode und die Sache mit dem Kondensator über dem Basiswiderstand
ergänzen sich allerdings/sogar; wobei die Wirkung der Diode an einem
Brocken wie dem BD243 deutlich stärker ist.
Auch FETs haben das Problem mit dem linearen Bereich durchaus. Bei
PWM-Takten von 100kHz muss man schon etwas Gehirnschmalz dazu verwenden.
Hierzu haben sich Ingenieure das Prinzip der weich schaltenden
Wechselrichtern überlegt. Zu diesem Stichwort findest du paar
Literaturhinweise im Internet, aber quasi nur auf englisch.
