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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Last gemäß den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus der US-Patentschrift 4,658,203
ist eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Motors bekannt,
die einen Leistungs-MOSFET aufweist, dessen Laststrecke (Drain-Source-Strecke) zwischen
eine Anschlussklemme des Motors und Masse geschaltet ist. Der Gate-Anschluss
des MOSFET ist dabei an einen Pulsweitenmodulator zur Ansteuerung
des MOSFET angeschlossen. Um die Spannung über der Laststrecke des MOSFET
zu begrenzen ist eine Zenerdiode in Sperrrichtung zwischen den Drain-Anschluss
und den Gate-Anschluss des MOSFET geschaltet. Übersteigt das Potential an
dem Drain-Anschluss des MOSFET einen vorgegebenen, von der Durchbruchspannung
der Zenerdiode abhängigen
Wert, so leitet die Zenerdiode und lädt die Gate-Kapazität des MOSFET auf, wodurch der
MOSFET leitet und wodurch die Spannung über dessen Laststrecke begrenzt
wird. Die Zenerdiode ist dabei so dimensioniert, dass sie leitet,
um den MOSFET anzusteuern, bevor die Durchbruchspannung des Transistors
erreicht ist.
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Zum Schalten von Lasten ist es des
weiteren bekannt, sogenannte Smart-Power-FET einzusetzen. Derartige
Bauelemente enthalten neben einem Leistungstransistor unter anderem
eine Schutzschaltung für
den Leistungstransistor, welche den Leitungstransistor beispielsweise
vor einem zu großen Laststrom
oder einer zu hohen Temperatur schützen soll. Diese Schutzschaltung
weist üblicherweise
einen Schalter auf, der an den Gate-Anschluss des Leitungstransistors
angeschlossen ist und der dazu dient, die Gate-Kapazität des Transistors
zu entladen, um den Transistor zu sperren, wenn beispielsweise der
Laststrom des Transistors oder dessen Temperatur einen Wert annimmt,
bei dem die Gefahr einer Beschädigung
des Transistors besteht.
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Sind bei einem Leistungstransistor
zum Ansteuern einer Last eine Schutzschaltung mit einem Schalter
zum Entladen der Gate-Kapazität
und auch eine Zenerdiode zur Spannungsbegrenzung vorhanden, so kann
der Fall eintreten, dass der Schalter der Schutzschaltung leitet,
um den Leistungstransistor zu sperren, und dass gleichzeitig die
Zenerdiode leitet, um den Leistungstransistor anzusteuern und dadurch
die Spannung über
dessen Laststrecke zu begrenzen. Während bei sperrendem Schalter
der Schutzschaltung nur ein kurzer Stromimpuls durch die Zenerdiode
fließen,
um die Gate-Kapazität
aufzuladen, fließt
bei leitendem Schalter der Schutzschaltung und leitender Zenerdiode
dauerhaft ein Strom durch die Zenerdiode. Bedingt durch einen unvermeidbar
vorhandenen Innenwiderstand der Zenerdiode oder einer anderen Spannungsbegrenzungsschaltung,
der insbesondere bei integrierten Zenerdioden nicht unerheblich
sein kann, besteht dann die Gefahr, dass aufgrund des zusätzlich über der
Zenerdiode hervorgerufenen Spannungsabfalls, der sich aus dem Produkt
des fließenden
Stromes und des Innenwiderstandes ergibt, das Drain-Potential des Leistungstransistors
auf einen Wert ansteigt, bei dem eine Zerstörung des Leistungstransistors
droht.
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Ausserdem sperrt der MOSFET schnell, wenn
dessen Gate-Kapazität durch
die Schutzschaltung entladen wird. Bedingt durch induktive Lasten oder
auch nur bedingt durch die Induktivität der Zuleitungen kann es dabei
zu hohen induzierten Spannungen in den Zuleitungen kommen, die die
Höhe der Durchbruchspannung
des MOSFET Erreichen können.
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Die
DE 40 29 794 A1 beschreibt eine Ansteuerschaltung
für einen
elektromagnetischen Verbraucher. Die Ansteuerschaltung umfasst einen
in Reihe zu dem Verbraucher geschalteten Halbleiterschalter und
eine Spannungsbegrenzungsschaltung für den Halbleiterschalter, wobei
diese Spannungsbegrenzungsschaltung zwischen einen dem Verbraucher und
den Halbleiterschalter gemeinsamen Anschluss und einen Ansteueranschluss
des Halbleiterschalters geschaltet ist. Die Spannungsbegrenzungsschaltung umfasst
eine Reihenschaltung einer Diode und mehrerer Zenerdioden, wobei
einzelne Zenerdioden überbrückbar sind.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist
eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Last zur Verfügung zu
stellen, bei der ein Halbleiterschaltelement mit einer Schutzschaltung,
insbesondere mit einer Schutzschaltung gegen eine Übertemperatur
oder zur Strombegrenzung, eingesetzt werden kann und wobei das Halbleiterschaltelement
zudem gegen eine Überspannung
an dessen Laststrecke geschützt
ist.
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Dieses Ziel wird durch eine Schaltungsanordnung
gemäß den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist
eine erste und eine zweite Anschlussklemme zum Anschließen einer
Last, einen ersten Ansteuereingang zum Anlegen eines ersten Ansteuersignals,
ein erstes Halbleiterschaltelement mit einem ersten Lastanschluss,
der an die erste Anschlussklemme angeschlossen ist, einem zweiten Lastanschluss,
der an die zweite Anschlussklemme angeschlossen ist, und mit einem
Ansteueranschluss, der an den Ansteuereingang gekoppelt ist, auf.
Zwischen den ersten Lastanschluss und den Ansteueranschluss des
Halbleiterschaltelements ist eine Spannungsbegrenzungsschaltung
geschaltet, der ein zweites Ansteuersignal zugeführt ist, wobei eine über der
Spannungsbegrenzungsschaltung anliegende Durchbruchspannung, bei
der die Spannungsbegrenzungsschaltung durchschaltet von diesem zweiten
Ansteuersignal abhängig
ist.
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Das zweite Ansteuersignal kann beispielsweise
abhängig
von dem Schaltzustand des ersten Halbleiterschaltelements, einer
Temperatur im Bereich des ersten Halbleiterschaltelements oder einem Strom
durch das erste Halbleiterschaltelements veränderlich sein. Die Spannungsbegrenzungsschaltung
ist derart ausgebildet, dass eine Einsatzspannung der Spannungsbegrenzungsschaltung
bei solchen Zuständen
des ersten Halbleiterschaltelements reduziert ist, bei denen eine
dauerhafte Stromaufnahme der Spannungsbegrenzungsschaltung eintreten kann
oder bei denen die Möglichkeit
besteht, dass der Halbleiterschalter schnell durch eine Schutzschaltung
abgeschaltet wird. Dadurch wird verhindert, dass durch einen Anstieg
der Spannung über
der Spannungsbegrenzungsschaltung, der aus einem durch einen dauerhaften
Strom an einem Innenwiderstand der Spannungsbegrenzungsschaltung
hervorgerufenen Spannungsabfall resultiert, das Potential an dem
ersten Lastanschluss des ersten Halbleiterschaltelements auf einen
Wert ansteigt, bei dem eine Zerstörung des ersten Halbleiterschaltelements
droht. Eine dauerhafte Stromaufnahme der Spannungsbegrenzungsschaltung
kann dann Auftreten, wenn eine Schutzschaltung vorhanden ist, die den
Ansteueranschluss und den zweiten Lastanschluss des ersten Halbleiterschaltelements
im Überlastfall
kurzschließt,
um das erste Halbleiterschaltelement zu sperren.
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Befindet sich der Schalter in einem
Zustand, bei dem eine schnelle Abschaltung durch eine Schutzschaltung
eintreten kann so ist die Einsatzspannung der Spannungsbegrenzungsschaltung vorzugsweise
ebenfalls reduziert. Die Spannungsbegrenzungsschaltung wirkt dabei
der Schutzschaltung entgegen und verhindert bei Einsetzen der Schutzschaltung
ab dem Erreichen der reduzierten Einsatzspannung, dass die Gate-Kapazität zu schnell
entladen wird und verhindert dadurch können hohe induzierte Spannungen
an der Laststrecke des MOSFET.
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Gemäß einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
ist vorgesehen, dass die Spannungsbegrenzungsschaltung eine Reihenschaltung
eines ersten und eines zweiten Spannungsbegrenzungselements aufweist,
wobei eines der Spannungsbegrenzungselemente nach Maßgabe des
zweiten Ansteuersignals kurzschließbar ist. Zum Kurzschließen des
einen Spannungsbegrenzungselements ist bei einer Ausführungsform der
Erfindung ein Schalter, insbesondere ein Halbleiterschaltelement,
parallel zu dem Spannungsbegrenzungselement geschaltet, wobei der
Schalter einen Ansteueranschluss aufweist, dem das zweite Ansteuersignal
zugeführt
ist. Die in Reihe geschalteten Spannungsbegrenzungselemente sind
vorzugsweise Zenerdioden, welche den Vorteil besitzen, dass sie
in einfacher Weise in demselben Halbleiterkörper wie das erste Halbleiterschaltelement
integrierbar sind.
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Anhängig von der Schalterstellung
des zweiten Schalters besitzt die erfindungsgemäße Spannungsbegrenzungsschaltung
eine Durchbruchspannung auf, welche der Summe der Durchbruchspannungen
der beiden Spannungsbegrenzungselemente oder der Durchbruchspannung
des nicht kurzschließbaren
Spannungsbegrenzungselements entspricht.
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Das zweite Ansteuersignal ist bei
einer Ausführungsform
der Erfindung von einem Schaltzustand des ersten Halbleiterschaltelements
abhängig. Dadurch
kann bei einem ersten Schaltzustand, bei welchem das erste Halbleiterschaltelement
sperrt, eine hohe Durchbruchspannung der Spannungsbegrenzungsschaltung
eingestellt werden, während
bei einem zweiten Schaltzustand, bei welchem das erste Halbleiterschaltelement
leitet, eine niedrigere Durchbruchspannung der Spannungsbegrenzungsschaltung
eingestellt wird. Bei dem zuletzt genannten Schaltzustand kann bei
Vorhandensein einer Schutzschaltung, die dazu dient, das erste Halbleiterschaltelement
in einem Überlastungsfall
zu sperren, der Fall eintreten, dass die Spannungsbegrenzungsschaltung
dauerhaft von einem Strom durchflossen wird, da ein Teil des Stromes
durch die Spannungsbegrenzungsschaltung, welcher das erste Halbleiterschaltelement
leitend ansteuern soll, durch die Schutzschaltung aufgenommen wird.
Die Schutzschaltung dient einem entgegengesetzten Ziel, nämlich das
erste Halbleiterschaltelement zu sperren. Bedingt durch einen in
der Spannungsbegrenzungsschaltung unweigerlich vorhandenen Innenwiderstand
steigt bei einem dauerhaften Stromfluss durch die Spannungsbegrenzungsschaltung
die Spannung über
dieser Spannungsbegrenzungsschaltung an. Durch die in diesem Fall
jedoch reduzierte Durchbruchspannung der Spannungsbegrenzungsschaltung
wird verhin dert, dass die Spannung über der Laststrecke des ersten
Halbleiterschaltelements auf einen Wert ansteigt, bei welchem die
Gefahr einer Zerstörung
des ersten Halbleiterschaltelements droht.
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht eine
Schutzschaltung mit einem dritten Halbleiterschaltelement vor, wobei
dieses dritte Halbleiterschaltelement zwischen den Steueranschluss
des ersten Halbleiterschaltelements und dessen zweiten Laststreckenanschluss
geschaltet ist. Dieses dritte Halbleiterschaltelement dient dazu,
das erste Halbleiterschaltelement nach Maßgabe eines Ansteuersignals
zu sperren, in dem es den Ansteueranschluss und den zweiten Laststreckenanschluss
kurzschließt.
Das Ansteuersignal des dritten Halbleiterschaltelements ist dabei
vorzugsweise von einer Temperatur im Bereich des ersten Halbleiterschaltelements
und/oder von einem Laststrom des ersten Halbleiterschaltelements
abhängig.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Ansteuersignal von
einer Temperatur im Bereich des ersten Halbleiterschaltelements
abhängig
ist. Dadurch kann die Durchbruchspannung der Spannungsbegrenzungsschaltung
beispielsweise dann reduziert werden, wenn die Temperatur im Bereich
des ersten Halbleiterschaltelements einen vorgegebenen Wert übersteigt,
bei welchem eine Schutzschaltung reagiert, um das erste Halbleiterschaltelement
zu sperren. Auch in diesem Fall verfolgt die Schutzschaltung ein
der Spannungsbegrenzungsschaltung entgegengesetztes Ziel, nämlich das
erste Halbleiterschaltelement zu sperren, wodurch es zu einem dauerhaften Stromfluss
durch die Spannungsbegrenzungsschaltung. Die in diesem Fall verringerte
Durchbruchspannung der Spannungsbegrenzungsschaltung verhindert,
dass die Durchbruchspannung des ersten Halbleiterschaltelements
erreicht wird, bei welcher eine Zerstörung des ersten Halbleiterelements
droht.
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In entsprechender Weise ist bei einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen, dass das zweite Ansteuersignal von einem
Strom durch das erste Halbleiterschaltelement abhängig ist. Übersteigt
der Strom durch das erste Halbleiterschaltelement dabei einen Wert,
bei welchem eine Schutzschaltung zum Sperren des ersten Halbleiterschaltelements
einschaltet, so wird wie bei dem zuvor beschriebenen Übertemperaturfall
die Durchbruchspannung der Spannungsbegrenzungsschaltung reduziert,
um den bei einen dauerhaften Stromfluss hervorgerufenen Spannungsanstieg über der
Spannungsbegrenzungsschaltung abzufangen und ein Erreichen der Durchbruchspannung
des ersten Halbleiterschaltelements zu verhindern.
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Die Spannungsbegrenzungsschaltung
weist vorzugsweise eine Ansteuerschaltung zur Ansteuerung des parallel
zu dem einen Spannungsbegrenzungselement geschalteten zweiten Schalters
auf, wobei dieser Ansteuerschaltung ein von dem Strom durch das
erste Halbleiterschaltelement abhängiges Stromsignal und/oder
ein von der Temperatur im Bereich des ersten Halbleiterschaltelements
abhängige Temperatursignal
zugeführt
ist. Zur Bereitstellung des Stromsignals ist dabei ein Stromsensor
in Reihe zu dem ersten Halbleiterschaltelement geschaltet und zur
Bereitstellung des Temperatursignals ist ein Temperatursensor im
Bereich des ersten Halbleiterschaltelements angeordnet.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in
Ausführungsbeispielen
anhand von Figuren näher erläutert. In
den Figuren zeigt:
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1 eine
Schaltungsanordnung mit einer Spannungsbegrenzungsschaltung zum
Ansteuern einer Last gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung,
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2 eine
erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung, die ne ben einer Spannungsbegrenzungsschaltung eine
weitere Schutzschaltung aufweist,
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3 eine
erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung,
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4 eine
erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung,
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5 eine
erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der Erfindung.
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6 ein
sechstes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
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In den Figuren bezeichnen, sofern
nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit
gleicher Bedeutung.
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum
Anschließen
einer Last Z an ein Versorgungspotential V+, GND. Die Schaltungsanordnung
weist eine erste Anschlussklemme K1 auf, die zur Veranschaulichung
der Funktion der Schaltungsanordnung in 1 an eine Last Z angeschlossen ist, wobei
eine der Anschlussklemmen K1 abgewandte Klemme der Last Z an ein
erstes Versorgungspotential V+ angeschlossen ist. Die Schaltungsanordnung
weist eine zweite Anschlussklemme K2 auf, die in 1 an ein zweites Versorgungspotential
GND angeschlossen ist. Neben der ersten und zweiten Anschlussklemme K1,
K2 ist ein Ansteuereingang K3 zur Zuführung eines Ansteuersignals
S1 vorhanden.
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In der Schaltungsanordnung 10 ist
ein erstes Halbleiterschaltelement T1, welches in dem Ausführungsbeispiel
als n-Kanal Leistungs-MOSFET
ausgebildet ist, vorhanden. Der Transistor T1 weist einen Drain-Anschluss
als ersten Laststreckenanschluss auf, der an die erste Anschlussklemme
K1 angeschlossen ist, und der Transistor T1 weist einen Source- Anschluss als zweiten
Laststreckenanschluss auf, der an die zweite Anschlussklemme K2
angeschlossen ist. Ein Gate-Anschluss
G als Ansteueranschluss des Transistors T1 ist über einen Widerstand R1, der den
Ansteuerstrom des Transistors T1 begrenzt, an den Ansteuereingang
K3 zur Zuführung
des ersten Ansteuersignals S1 angeschlossen. Der Transistor T1 weist
eine Gate-Source-Kapazität
auf, die in 1 als Kondensator
Cg zwischen Gate G und Source S eingezeichnet ist.
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Zwischen den Drain-Anschluss D und
den Gate-Anschluss G des Transistors T1 ist eine Spannungsbegrenzungsschaltung
SB geschaltet, der erfindungsgemäß ein zweites
Ansteuersignal S2 zugeführt
ist. Die Spannungsbegrenzungsschaltung SB ist dazu ausgebildet,
den Transistor T1 durch Aufladen der Gate-Source-Kapazität Cg anzusteuern, wenn ein
Potential an dem Drain-Anschluss D einen Wert erreicht, bei dem
die Gefahr einer Zerstörung des
Transistors T1 besteht. Der Transistor T1 wird in diesem Fall angesteuert
durch Spannungsbegrenzungsschaltung SB leitend, wodurch ein weiteres
Ansteigen des Drain-Potentials bzw. der Laststreckenspannung Uds
des Transistors T1 verhindert wird.
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Über
der Spannungsbegrenzungsschaltung SB liegt die zwischen dem Drain-Anschluss
D und dem Gate-Anschluss G des Transistors anliegende Spannung Udg
an. Der Wert dieser Spannung Udg, bei welcher eine Einsatzspannung
der Spannungsbegrenzungsschaltung SB erreicht ist und diese durchschaltet,
um den Transistor anzusteuern ist veränderlich und von dem zweiten
Eingangssignal S2 abhängig.
Vorzugsweise sind wenigstens zwei verschiedene Einsatzspannungen
abhängig
von dem zweiten Ansteuersignal S2 einstellbar.
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2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung, bei welchem die Spannungsbegrenzungsschaltung SB
eine Reihenschaltung zweier Spannungsbegrenzungselemente Z1, Z2,
in dem Ausführungsbeispiel
eine erste Zenerdiode Z1 und eine zweite Zenerdiode Z2, aufweist.
Parallel zu der zweiten Zenerdiode Z2 ist ein zweiter Transistor
T2 geschaltet, der als p-Kanal MOSFET ausgebildet ist, wobei einem
Gate-Anschluss G dieses zweiten Transistors T2 das zweite Ansteuersignal
S2 zugeführt
ist. Die beiden Zenerdioden Z1, Z2 sind in Sperrrichtung zwischen
den Drain-Anschluss D und den Gate-Anschluss G des ersten Transistor
T1 geschaltet. Eine in Reihe zu der ersten und zweiten Zenerdiode
Z1, Z2 geschaltete Diode D1, die in Flussrichtung zwischen den Drain-Anschluss
D und den Gate-Anschluss
G des ersten Transistors T1 geschaltet ist, dient dazu, einen Stromfluss
vom Gate-Anschluss G zum Drain-Anschluss
D des ersten Transistors T1 zu verhindern.
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Die Schaltungsanordnung 10 gemäß 2 weist weiterhin eine Schutzschaltung
SC auf, die zwischen den Gate-Anschluss G und den Source-Anschluss
S des ersten Transistors T1 geschaltet ist. Diese Schutzschaltung
SC weist einen dritten Transistor T3 auf, dessen Drain-Source-Strecke
D-S zwischen den Gate-Anschluss
G und dem Source-Anschluss S des ersten Transistors T1 geschaltet
ist. Einem Gate-Anschluss G des dritten Transistors T3 ist ein drittes
Ansteuersignal S3 von einer Ansteuerschaltung A3 der Schutzschaltung
SC zugeführt.
Der Ansteuerschaltung A3 ist ein Temperatursignal S4 zugeführt, welches
von einer Temperatur im Bereich des ersten Transistors T1 abhängig ist
und welches in dem Ausführungsbeispiel
von einem Temperatursensor TS erzeugt wird, der thermisch gekoppelt
an den ersten Transistor T1 angeordnet ist.
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Ist bei der Schaltungsanordnung 10 gemäß 2 der zweite Transistor
T2 durch das zweite Ansteuersignal S2 leitend angesteuert, so ist
die zweite Zenerdiode Z2 kurzgeschlossen und der erste Transistor
T1 wird durch die Spannungsbegrenzungsschaltung SB dann leitend
angesteuert, wenn das Drain-Potential
des ersten Transistors T1 etwa um den Wert der Durchbruchspannung
der ersten Zenerdiode Z1 über
dem Wert des Gate-Potentials des ersten Transistors T1 liegt. Sperrt
der zweite Transistor T2 angesteuert durch das zweite Ansteuersignal
S2, so wird der erste Transistor T1 durch die Span nungsbegrenzungsschaltung
SB leitend angesteuert, wenn das Drain-Potential des ersten Transistors
T1 etwa um einen Wert oberhalb des Gate-Potentials liegt, der der
Summe der Durchbruchspannungen der ersten und zweiten Zenerdiode
Z1, Z2 entspricht.
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Der Schaltzustand des zweiten Transistors T2
ist dabei vorzugsweise vom Schaltzustand des ersten Transistors
T1 abhängig,
wobei die Einsatzspannung der Spannungsbegrenzungsschaltung SB, bei
welcher die Spannungsbegrenzungsschaltung SB den ersten Transistor
T1 ansteuert, bei leitenden ersten Transistor T1 kleiner als bei
sperrendem ersten Transistor T1 ist.
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Leitet der erste Transistor T1 und
kommt es dabei zu einer durch den Temperatursensor TS registrierten Übertemperatur,
bei welcher die Gefahr eine Zerstörung des ersten Transistors
T1 droht, so wird der dritte Transistor T3 durch das von der Ansteuerschaltung
A3 erzeugte dritte Ansteuersignal S3 leitend angesteuert, um die
Gate-Source-Kapazität
Cg des ersten Transistors T1 zu entladen und den ersten Transistor
T1 dadurch zu sperren. Dadurch steigt die Laststreckenspannung Uds
des ersten Transistors T1 an, wobei es bei Vorhandensein einer induktiven Last
Z oder auch bedingt durch die Induktivität der Zuleitungen zu dem Transistor
T1 zu einem durch Induktion bedingten erheblichen Spannungsanstieg der
Laststreckenspannung Uds kommen kann. Erreicht dabei das Drain-Potential des ersten
Transistors T1 einen Wert, der um den Wert der Durchbruchspannung
der ersten Zenerdiode Z1 über
den Gate-Potential des ersten Transistor T1 liegt, so fließt ein Strom
von dem Drain-Anschluss D über
den zweiten Transistor T2 die erste Zenerdiode Z1 und die Diode
D1 an den Gate-Anschluss
G des ersten Transistors T1, wobei ein Teil dieses Stromes über den
leitenden dritten Transistor T3 nach Bezugspotential GND abfließt.
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Die erste Zenerdiode Z1 weist unvermeidlich einen
Innenwiderstand auf, durch den es bei einem permanent durch die
erste Zenerdiode Z1 fließenden Strom
zu einem zusätzlichen
Spannungsabfall über der
Zenerdiode Z1 kommt, der sich aus dem Produkt des Innenwiderstandes
und des fließenden
Stromes ergibt. Dieser zusätzliche
Spannungsabfall resultiert in einem Anstieg des Drain-Potential
bzw. der Laststreckenspannung Uds des ersten Transistors T1. Die
Durchbruchspannung Z1 der Zenerdiode ist dabei so gewählt, dass
es auch durch diesen zusätzlichen
durch den Innenwiderstand und den dauerhaften Strom bedingten Spannungsanstieg
nicht zu einer Laststreckenspannung Uds kommt, bei der eine Zerstörung des
ersten Transistors T1 droht.
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Zudem wirkt die erste Zenerdiode
Z1 einer schnellen Entladung der Gate-Kapazität Cg entgegen, um hohe induzierte
Spannungen, die durch eine induktive Last oder durch die Induktivität der Zuleitungen
bedingt sein können,
zu vermeiden. Die Durchbruchspannung der Zenerdiode Z1 ist dabei
so dimensioniert, dass ein weiterer Spannungsanstieg der Laststreckenspannung
bedingt durch induktive Effekte nicht zum Erreichen der Durchbruchspannung
des Transistors T1 führt.
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Die Zenerdiode Z1 und der dritte
Transistor T3 sind so aufeinander abgestimmt, dass bei leitendem
dritten Transistor T3 und Erreichen der Einsatzspannung der Spannungsbegrenzungsschaltung
die Stromaufnahme der Zenerdiode Z1 größer als die Stromaufnahme des
dritten Transistors T3 ist.
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Sperrt der erste Transistor T1 so
kann es üblicherweise
nicht zu einer Übertemperatur
an dem ersten Transistor T1 kommen, das heißt die Schutzschaltung zur
Entladung der Gate-Kapazität Cg ist deaktiviert.
In diesem Fall kann über
die Spannungsbegrenzungsschaltung SB nur kurz ein Strom fließen, um
die Gate-Kapazität
Cg aufzuladen. Der zweite Schalter T2 ist in diesem Fall geöffnet, die
Spannungsbegrenzungsschaltung SB leitet dann, wenn das Drain-Potential
um einen Wert oberhalb des Gate-Potentials liegt, der der Summe
der Durchbruchspannungen der ersten und zweiten Zenerdiode Z1, Z2
ent spricht. Da ein dauerhafter Stromfluss durch die Spannungsbegrenzungsschaltung
SB in diesem Fall nicht stattfinden kann, muss kein zusätzlicher
Spannungsanstieg bedingt durch den dauerhaften Stromfluss und den
Innenwiderstand der Zenerdioden Z1, Z2 berücksichtigt werden.
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3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung, bei welcher das zweite Ansteuersignal S2 das in dem
Ausführungsbeispiel
einem p-leitenden zweiten Transistor T2 zugeführt ist, durch Invertieren des
ersten Ansteuersignals S1 mittels eines Invertierers INV gebildet
ist. Bei dieser Ausführungsform
der Erfindung ist sichergestellt, dass der zweite Transistor T2
leitet, um die zweite Zenerdiode Z2 kurzzuschließen, wenn der erste Transistor
T1 leitet. Der zweite Transistor T2 sperrt, wenn der erste Transistor T2
sperrt. Der Ansteuerschaltung A3 des dritten Transistors T3 der
Schutzschaltung SC ist ein Ansteuersignal S5 zugeführt, welches
entsprechend dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2 ein von der Temperatur
im Bereich des ersten Transistors T1 abhängiges Signal oder auch ein
von dem Laststrom I des ersten Transistors T1 abhängiges Signal
sein kann.
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4 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
bei welcher dem Invertierer INV ein Verzögerungsglied T vorgeschaltet
ist. Der zweite Transistor T2 schaltet dann jeweils zeitverzögert zu
dem ersten Transistor T1.
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5 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
bei welcher zur Erzeugung des zweiten Ansteuersignals S2 des zweiten
Transistors T2 eine Ansteuerschaltung A2 vorgesehen ist, der wie
auch der Ansteuerschaltung A3 des dritten Transistors T3 ein von
der Temperatur im Bereich des ersten Transistors T1 abhängiges Temperatursignal
S4 zugeführt
ist. Die zweite Ansteuerschaltung A2 ist dazu ausgebildet, den zweiten
Transistor T2 anzusteuern, wenn das Temperatursignal S4 einen vorgegebenen
Wert erreicht, der vorzugsweise kleiner ist als der Wert, bei dem
der dritte Schalter T3 einschaltet. Die Durchbruchspannung der Spannungsbegrenzungsschaltung
SB wird auf diese Weise reduziert, bevor bei einem weiteren Anstieg
der Temperatur der dritte Schalter T3 durchschaltet.
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Gemäß einer weiteren nicht näher dargestellten
Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Transistor T2 und
der dritte Transistor T3 gleichzeitig angesteuert werden, wobei das
zweite Ansteuersignal S2 durch Invertieren mittels eines Invertierers
aus dem dritten Ansteuersignal S3 resultiert. Die Durchbruchspannung
der Spannungsbegrenzungsschaltung SB wird dadurch erst dann reduziert,
wenn der dritte Transistor T3 durchschaltet.
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Während
bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 5 die Durchbruchspannung
der Spannungsbegrenzungsschaltung SB von der Temperatur im Bereich
des ersten Transistors abhängig
ist, zeigt 6 ein weiteres
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
bei welchem der Ansteuerschaltung A3 des dritten Transistors T3 und
der Ansteuerschaltung A2 des zweiten Transistors T2 ein von dem
Strom durch den Transistor T1 abhängiges Signal S6 zugeführt ist:
Dieses Signal S6 wird von einem Stromsensor IS erzeugt, der in Reihe zu
den ersten Transistor T1 geschaltet ist.
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- 10
- Schaltungsanordnung
- A2,
A3
- Ansteuerschaltungen
- Cg
- Gate-Source-Kapazität
- D3
- Diode
- D
- Drain-Anschluss
- G
- Gate-Anschluss
- GND
- Bezugspotential
- I
- Laststrom
- INV
- Invertierer
- IS
- Stromsensor
- K1,
K2
- Anschlussklemmen
der Schaltungsanordnung
- K3
- Ansteuereingang
der Schaltunganordnung
- S1
- erstes
Ansteuersignal
- S2
- zweites
Ansteuersignal
- S3
- drittes
Ansteuersignal
- S4
- Temperatursignal
- S5
- Ansteuersignal
- S6
- Stromsignal
- S
- Source-Anschluss
- SB
- Spannungsbegrenzungsschaltung
- T1
- erster
Transistor
- T2
- zweiter
Transistor
- T3
- dritter
Transistor
- T
- Verzögerungsglied
- TS
- Temperatursensor
- Uds
- Laststreckenspannung
- V+
- erstes
Ansteeurpotential
- Z1,
Z2
- Zenerdioden
- Z
- Last