CH677991A5

CH677991A5 -

Info

Publication number: CH677991A5
Application number: CH151189A
Authority: CH
Inventors: Benno Dreier; Kurt Strunk
Original assignee: Alcatel Nv
Priority date: 1988-04-22
Filing date: 1989-04-20
Publication date: 1991-07-15
Also published as: AU613467B2; DE3813536A1; DE3813536C2; AU3236989A

Description

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Beschreibung description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a circuit arrangement according to the preamble of patent claim 1.

Solche Schaltungen sollen verhindern, dass es beim Stecken von Baugruppen in ein bereits in Betrieb befindliches Gerät zu Einbrüchen der Versorgungsspannung und damit zu Störungen kommt, wenn ungeladene Kapazitäten der zu steckenden Baugruppen in kürzester Zeit aufgeladen werden müssen. Such circuits are intended to prevent the supply voltage from collapsing when modules are plugged into a device that is already in operation and thus lead to malfunctions if uncharged capacities of the modules to be plugged in have to be charged in the shortest possible time.

Es sind bereits verschiedene Schaltungen dieser Art bekannt. Diese weisen entweder einen Vorwiderstand in der Versorgungsspannungszuleitung auf, der nach einer gewissen Zeit mittels eines Schalters überbrückt wird - eine solche Schaltung ist z.B. in der DE-OS 2 348 524 offenbart -, oder sie verwenden Drosseln in der Versorgungsspannungszuleitung, die allzu starke Stromanstiege dämpfen. Various circuits of this type are already known. These either have a series resistor in the supply voltage supply line, which is bridged after a certain time by means of a switch - such a circuit is e.g. disclosed in DE-OS 2 348 524 - or they use chokes in the supply voltage supply line which dampen excessively high current increases.

Die Verwendung eines Vorwiderstandes bewirkt, dass die zu ladenden Kapazitäten immer nur zu einem Teil geladen werden. Eine Restaufladung, deren Spannungsdifferenz dem durch die Verbraucher der Baugruppe am Vorwiderstand hervorgerufenen Spannungsabfall entspricht, erfolgt schlagartig beim Durchsteuern des den Vorwiderstand überbrückenden Schalters. The use of a series resistor means that the capacities to be charged are only ever partially charged. A residual charge, the voltage difference of which corresponds to the voltage drop caused by the consumers of the module at the series resistor, occurs suddenly when the switch bridging the series resistor is turned on.

Drosseln eigenen sich vor allem zum Dämpfung kurzer, extrem steiler Stromanstiege. Sollen breitere Stromspitzen mittels Drosseln gedämpft werden, so müssen diese Drosseln grosse Induktivitätswerte aufweisen, sind daher gross, schwer und teuer. Chokes are particularly suitable for damping short, extremely steep current increases. If broader current peaks are to be damped by means of chokes, these chokes must have large inductance values and are therefore large, heavy and expensive.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung anzugeben, mit deren Hilfe ein langsames Aufladen der Kapazitäten einer zu steckenden Baugruppe bis zur Volladung möglich ist und die gegenüber gleich wirksamen induktiven Bauelementen geringes Gewicht und geringen Platzbedarf aufweist. It is an object of the invention to provide a circuit arrangement with the aid of which a slow charging of the capacities of an assembly to be plugged in up to full charge is possible and which is lightweight and requires little space compared to inductive components having the same effect.

Eine Schaltungsanordnung, die die Aufgabe der Erfindung löst, ist irrt kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegeben. A circuit arrangement that achieves the object of the invention is err characterizing part of claim 1 specified.

Der hier verwendete N-Kanal MOS-Feldef-fekttransistor (MOSFET) vom Anreicherungstyp ist im durchgesteuerten Zustand extrem niederoh-mig, so dass nur wenig Verlustleistung in Form von Wärme abgeführt werden muss und ein an seiner Drain-Source-Strecke auftretender Spannungsabfall vernachlässigt werden kann. Als spannungsgesteuertes Bauelement benötigt der MOSFET zu seiner Ansteuerung kaum Energie, so dass zur Erzeugung der Steuerspannung eine Steuerschaltung ausreicht, die nur wenig Strom abzugeben braucht und deshalb zur sehr kleine Kapazitäten zur Glättung ihrer Ausgangsspannung benötigt. Eine solche Steuerschaltung kann direkt an die Versorgungsspannung angeschaltet werden, ohne dass zu Ver-sorgungsspannungseinbrüchen führende Ladevorgänge befürchtet werden müssen. The N-channel MOS field-effect transistor (MOSFET) of the enhancement type used here is extremely low-ohmic in the controlled state, so that only little power loss in the form of heat has to be dissipated and a voltage drop occurring on its drain-source path is neglected can. As a voltage-controlled component, the MOSFET hardly needs any energy to drive it, so that a control circuit is sufficient to generate the control voltage, which only needs to emit little current and therefore requires very small capacitances to smooth its output voltage. Such a control circuit can be connected directly to the supply voltage without fear of charging processes leading to supply voltage drops.

Weiterbildungen der Schaltungsanordnung nach der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Developments of the circuit arrangement according to the invention are specified in the dependent claims.

Anhand zweier Figuren sollen nun Ausführungsbeispiele der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ausführlich beschrieben und ihre Funktion erklärt werden. On the basis of two figures, exemplary embodiments of the circuit arrangement according to the invention will now be described in detail and their function will be explained.

Fig. 1 zeigt die Schaltungsanordnung mit einem über zwei antivalent arbeitende Schmitt-Trigger gespeisten Ansteuerschaltkreis, 1 shows the circuit arrangement with a control circuit fed via two Schmitt triggers operating in an equivalent manner,

Fig. 2 zeigt die Schaltungsanordnung mit Ansteuerung über einen Spannungsvervielfacher, 2 shows the circuit arrangement with control via a voltage multiplier,

In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, die aus einem N-Kanal MOS-Feldeffekttran-sistor (MOSFET) vom Anreicherungstyp FT als Schalter, aus einer diesen steuernden Gleichrichterschaltung GS und einem RC-Generator besteht, der in bekannter Weise aus einem Schmitt-Trigger T1, einem Widerstand RG und einer Kapazität CG gebildet wird. Der MOSFET wird von der Gleichrichterschaltung so angesteuert, dass er langsam vom nichtleitenden in den niederohmig leitenden Zustand gelangt und dann (durch einen Widerstand RL und eine Kapazität CL symbolisch wiedergegebene) ohmsche Verbraucher und ungeladene Kapazitäten einer neu gesteckten Baugruppe BG mit einer Versorgungsspannung +VB verbindet. 1 shows a circuit arrangement which consists of an N-channel MOS field-effect transistor (MOSFET) of the enhancement type FT as a switch, a rectifier circuit GS controlling it and an RC generator which, in a known manner, consists of a Schmitt Trigger T1, a resistor RG and a capacitor CG is formed. The rectifier circuit controls the MOSFET in such a way that it slowly changes from the non-conductive to the low-resistance conductive state and then (through a resistor RL and a capacitor CL symbolically represented) connects ohmic consumers and uncharged capacitors of a newly inserted module BG to a supply voltage + VB .

Sobald die Baugruppe, auf der sich die in Fig. 1 gezeigte Schaltungsanordnung befindet, über einen Steckkontakt ST mit der Versorgungsspannung verbunden ist, erhält der Schmitt-Trigger T1 Betriebsspannung. Er schwingt dann als Multivibrator mit einer Frequenz, die durch das aus dem Widerstand RG und der Kapazität CG gebildete RC-GIied festgelegt ist. As soon as the module on which the circuit arrangement shown in FIG. 1 is connected is connected to the supply voltage via a plug contact ST, the Schmitt trigger T1 receives operating voltage. It then vibrates as a multivibrator at a frequency which is determined by the RC element formed from the resistor RG and the capacitance CG.

Das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers T1 wird einerseits direkt, andererseits vom zweiten Schmitt-Trigger T2 invertiert, über Kappelkondensatoren CK1, CK2 der Gleichrichterschaltung GS zugeführt. The output signal of the Schmitt trigger T1 is supplied on the one hand directly, on the other hand inverted by the second Schmitt trigger T2, to the rectifier circuit GS via Kappel capacitors CK1, CK2.

Die Gleichrichterschaltung besteht aus zwei antiparallel an die Koppelkondensatoren angeschlossenen Dioden D1, D2 und einer dritten, die Koppelkondensatoren und damit auch die antiparallelen Dioden einseitig verbindenden Ausgieichsdiode D3. Aus-gangsseitig arbeitet die Gleichrichterschaltung auf einen Glättungskondensator CS, dessen Anschlüsse mit dem Source- und dem Gate-Anschluss des MOSFET verbunden sind und an dem die Steuerspannung für den MOSFET ansteht. Dem Glättungskondensator ist ein Entladewiderstand RS parallelgeschaltet, um eine rasche Entladung des Glät-tungskondensators nach Abtrennung der Versorgungsspannung und damit die Funktionsfähigkeit der Strombegrenzungsschaltung auch nach nur kurzzeitiger Unterbrechung der Versorgungsspannung sicherzustellen. The rectifier circuit consists of two diodes D1, D2 connected antiparallel to the coupling capacitors and a third compensating diode D3 connecting the coupling capacitors and thus also the antiparallel diodes on one side. On the output side, the rectifier circuit works on a smoothing capacitor CS, the connections of which are connected to the source and the gate connection of the MOSFET and to which the control voltage for the MOSFET is applied. A discharge resistor RS is connected in parallel to the smoothing capacitor in order to ensure rapid discharge of the smoothing capacitor after disconnection of the supply voltage and thus the functionality of the current limiting circuit even after only a brief interruption of the supply voltage.

Wird die Spannung des Glättungskondensators nach Stecken der Baugruppe langsam erhöht, so wird der MOSFET entsprechend dem Verlauf seiner Kennlinie langsam vom hochohmigen in den leitfähigen Zustand gesteuert. If the voltage of the smoothing capacitor is slowly increased after the module has been plugged in, the MOSFET is slowly controlled from the high-resistance to the conductive state in accordance with the course of its characteristic curve.

Da bei Verwendung eines N-Kanal MOSFET vom Anreicherungstyp eine Sättigung und damit ein nie-derohmiges Durchsteuern erst erreicht wird, wenn die Gate-Source-Spannung etwa 4 V beträgt, muss die Steuerspannung mindestens 4 V höher liegen als die zu schaltende Versorgungsspannung. Dies Since when using an N-channel MOSFET of the enhancement type, saturation and thus low-impedance control is only achieved when the gate-source voltage is approximately 4 V, the control voltage must be at least 4 V higher than the supply voltage to be switched. This

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wird mit der in Fig. 1 dargestellten, aus FtC-Genera-tor und Gleichrichterschaltung bestehenden Steuerschaltung erreicht. Durch die antivalente Speisung der Gleichrichterschaltung verdoppelt sich die Steuerspannung gegenüber der eingespeisten unterhalb der Versorgungsspannung liegenden Ausgangsspannung der Schmitt-Trigger. Zusätzlich ist die am Glättungskondensator CS anstehende Steuerspannung aufgrund der kapazitiven An-kopplung der Gleichrichterschaltung potentialfrei, so dass sie unabhängig vom Source-Potential an der Gate-Source-Strecke des MOSFET ansteht. is achieved with the control circuit shown in FIG. 1, consisting of an FtC generator and a rectifier circuit. As a result of the non-equivalent supply of the rectifier circuit, the control voltage is doubled compared to the output voltage of the Schmitt triggers which is below the supply voltage. In addition, the control voltage applied to the smoothing capacitor CS is potential-free due to the capacitive coupling of the rectifier circuit, so that it is applied to the gate-source path of the MOSFET regardless of the source potential.

Ist in dem Gerät, das die zu steckende Baugruppe aufnehmen soll, ein Taktgeber in Betrieb, so kann anstelle eines besonderen RC-Generators auch eine Verbindung zum Taktgeber CLK vorgesehen werden und die Steuerspannung kann durch Gleichrichtung des Taktsignals gewonnen werden. In Fig. 1 tritt dann die mit durchbrochenen Linien gezeichnete Verbindung zum Taktgeber CLK in Funktion. Der aus dem Schmitt-Trigger T1, dem Widerstand RG und dem Kondensator CG bestehende RC-Generator entfällt. If a clock generator is in operation in the device which is to accommodate the module to be inserted, a connection to the clock generator CLK can also be provided instead of a special RC generator and the control voltage can be obtained by rectifying the clock signal. In Fig. 1, the connection to the clock generator CLK drawn with broken lines then comes into operation. The RC generator consisting of the Schmitt trigger T1, the resistor RG and the capacitor CG is eliminated.

Die Einschaltzeit einer solchen Schaltungsanordnung ist durch die Werte des Glättungskondensa-tors und der Koppelkondensatoren sowie durch die Frequenz des RC-Generators bzw. des Taktgebers bestimmt und dem Verhältnis der Kapazitäten von Glättungskondensator und Koppelkondensator direkt, der Frequenz des RC-Generators umgekehrt proportional. The switch-on time of such a circuit arrangement is determined by the values of the smoothing capacitor and the coupling capacitors as well as by the frequency of the RC generator or the clock generator, and the ratio of the capacitances of the smoothing capacitor and coupling capacitor is directly proportional to the frequency of the RC generator.

Sind relativ kurze Einschaltzeiten erlaubt, genügt als Glättungskondensator oft die Gate-Source-Kapazität des MOSFET. Bei besonders langen Einschaltzeiten lässt sich dem Glättungskondensator ein weiteres RC-Glied nachschalten, an dessen Kapazität dann die Steuerspannung abgegriffen wird und dessen Widerstand zur rascheren Entladung durch eine in Sperrichtung geschaltete Diode überbrückt ist. If relatively short turn-on times are allowed, the gate-source capacitance of the MOSFET is often sufficient as the smoothing capacitor. In the case of particularly long switch-on times, the smoothing capacitor can be followed by a further RC element, the capacitance of which is then used to tap the control voltage and the resistance of which is bridged by a diode connected in the reverse direction for faster discharge.

Um eine hohe Steuerspannung zu erreichen, kann, wie in Fig. 2 dargestellt, auch eine Span-nungsvervielfacherschaltung (Villard-Schaltung) anstelle der in Fig. 1 dargestellten Gleichrichterschaltung verwendet werden. Eine antivalente Ein-speisung kann dann entfallen. Der RC-Generator (Schmitt-Trigger T3) in Fig. 2 mit Widerstand RG und Kapazität (G) arbeitet dann über einen Koppelkondensator CK4 einphasig auf die Villard-Schaltung. Die Villard-Schaltung besteht aus Dioden D4 bis D7, Kondensatoren CK3, CS1 und CS2 und einem Entladewiderstand RS. Die Steuerspannung wird an der als Glättungskondensator wirksamen Reihenschaltung der Kondensatoren CS1 und CS2 entnommen. Anstelle eines RC-Generators kann auch bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung ein externes Taktsignal zur Gewinnung der Steuerspannung verwendet werden, In order to achieve a high control voltage, as shown in FIG. 2, a voltage multiplier circuit (Villard circuit) can also be used instead of the rectifier circuit shown in FIG. 1. An equivalent feed-in can then be omitted. The RC generator (Schmitt trigger T3) in FIG. 2 with resistor RG and capacitance (G) then works single-phase on the Villard circuit via a coupling capacitor CK4. The Villard circuit consists of diodes D4 to D7, capacitors CK3, CS1 and CS2 and a discharge resistor RS. The control voltage is taken from the series connection of the capacitors CS1 and CS2, which acts as a smoothing capacitor. Instead of an RC generator, an external clock signal can also be used in the circuit arrangement shown in FIG. 2 to obtain the control voltage.

Claims

1.Circuit arrangement for limiting the current surge, which is caused by the effect of uncharged capacities of the module when a module is plugged into operation, with a semiconductor switch located on the module to be plugged in, the switching path of which is in the supply voltage input and from a control circuit after completion of the plug-in process is controlled in a conductive manner, characterized in that an N-channel MOS field-effect transistor of the enhancement type (FT) is used as the semiconductor switch, that the control circuit is acted upon by the control circuit with a slowly increasing control voltage such that the switching path after a predetermined time function is brought from the non-conductive to the low-resistance conductive state.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the control circuit consists of an alternating voltage generator (T1, RG, CG; T3, RG, CG) and a downstream rectifier circuit (GS) and that the control voltage at a capacitance parallel to the output of the rectifier circuit ( CS) is tapped.

3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the rectifier circuit (GS) is capacitively coupled to the AC voltage generator.

4. Circuit arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the parallel to the output of the rectifier circuit capacitance is the gate-source capacitance of the MÖS field effect transistor.

5. Circuit arrangement according to one of claims 2, 3 or 4, characterized in that the rectifier circuit consists of two antiparallel connected diodes (D1, D2), into which the AC signal to be rectified via separate coupling capacitors (CK1, CK2) is fed once directly and once inverted and that the anti-parallel diodes (D1, D2) on the feed side are connected to each other by a compensating diode (D3).

6. Circuit arrangement according to one of claims 2, 3 or 4, characterized in that the rectifier circuit is designed as a voltage multiplier circuit.

7. Circuit arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the rectifier circuit is supplied with an external clock signal.

8. Circuit arrangement according to one of claims 2 to 7, characterized in that the entire circuit or essential parts thereof are realized by a single LSI module.

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