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Die
Erfindung betrifft eine Halbleiterschutzschaltung zum Abschalten
eines Halbleiterschaltelements, wenn im Fall einer Störung wie
etwa eines Kurzschlusses in einer Leistungssteuerschaltung des Halbleiterschaltelements
diesem ein Überstrom
zugeführt
wird.
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Im
allgemeinen ist eine Leistungssteuerschaltung, in die ein Halbleiterschaltelement
wie etwa ein IGBT eingebaut ist, mit einer Schutzschaltung versehen,
um das Halbleiterschaltelement vor einem Überstrom zu schützen. Diese
Schutzschaltung detektiert einen Laststrom entsprechend einer Änderung
des Emitterausgangswerts für
die Stromdetektierung oder einer Änderung des Spannungsabfalls
eines Stromdetektierwiderstands in dem Halbleiterschaltelement und
schaltet eine Gateeingangsspannung ab, die an das Halbleiterschaltelement
geführt
wird, wenn beispielsweise ein Hochstrom (nachstehend als Kurzschlußstrom bezeichnet)
nach dem Auftreten einer Störung
wie etwa eines Kurzschlusses zu dem Halbleiterschaltelement geführt wird,
wodurch das Halbleiterschaltelement abgeschaltet wird. Normalerweise
besteht eine Ansprechverzögerung von
einigen Mikrosekunden zwischen dem Auftreten einer Störung wie
etwa eines Lastkurzschlusses und dem Wirksamwerden der Schutzschaltung.
Daher besteht die Gefahr, daß das
Halbleiterschaltelement zerstört
wird, bevor der Gatestrom (oder die Gatespannung) durch das Wirksamwerden
der Schutzschaltung abgeschaltet wird. Um bei diesem Nachteil Abhilfe
zu schaffen, ist bisher eine Echtzeit- bzw. RTC-Steuerschaltung bekannt, die schneller
als die Schutzschaltung anspricht. Die RTC-Schaltung unterdrückt den
Ausgangsstrom des Halbleiterschaltelements auf einen bestimmten
Wert oder darunter und verhindert eine Zerstörung des Halbleiterschaltelements,
bevor die Schutzschaltung mit dem Betrieb beginnt.
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7 zeigt einen Teil der Konfiguration
einer Leistungssteuerschaltung, die eine Halbleiterschutzschaltung
verwendet, die mit einer herkömmlichen RTC-Schaltung
versehen ist. In der Leistungssteuerschaltung ist eine Schutzschaltung 80 mit
dem Gate eines Halbleiterschaltelements 103 durch eine
Ausgangsstufe 101 und einen Widerstand 102 verbunden,
und eine RTC-Schaltung 90 ist zwischen das Gate und die
Source (oder zwischen die Basis und den Emitter) des Halbleiterschaltelements 103 geschaltet.
Die Schutzschaltung 80 hat ein UND-Glied 81, ein
Flipflop 82, einen Komparator 83 und eine Bezugsspannungsquelle 84.
Ein Spannungssignal, das zu einem Ausgangsstrom des Halbleiterschaltelements 103 proportional
ist, wird in diese Schutzschaltung 80 eingeführt. Wenn
eine Eingangsspannung eine von der Bezugsspannungsquelle 84 angelegte Spannung überschreitet,
bringt der Komparator 83 das in die Ausgangsstufe 101 durch
das UND-Glied 81 eingeführte
Signal in einen Aus-Zustand, um dadurch das Halbleiterschaltelement 103 abzuschalten. In
diesem Fall wird jedoch ein Betriebssignal über den Komparator 83,
das UND-Glied 81 und die Ausgangsstufe 101 in
dieser Reihenfolge übertragen. Dadurch
besteht eine große
Verzögerung
ab dem Zeitpunkt, zu dem der Ausgangsstrom einen Schutzwert erreicht,
bis das Halbleiterschaltelement 103 unwirksam wird.
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Wenn
ein Motor verwendet wird und eine Induktivitätskomponente zu einer hohen
Belastung wird, steigt der Ausgangsstrom des Halbleiterschaltelements 103 relativ
mäßig mit
einem Verhältnis
von Zeit × Ausgangsspannung/Lastinduktivität an. Die Verzögerung der
Schutzschaltung stellt kein Problem dar. Wenn jedoch eine Widerstands-
oder Kapazitätskomponente
eine Hauptkomponente wie etwa ein Lastkurzschluß ist, steigt der Ausgangsstrom
des Halbleiterschaltelements 103 abrupt an. Infolgedessen
wird das Element 103 möglicherweise
zerstört, bevor
die Schutzschaltung 80 aktiviert wird, um den Strom zu
dem Halbleiterschaltelement 103 abzuschalten.
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Die
RTC-Schaltung 90 hat normalerweise zwei Widerstandspotential-Teilerelemente 91 und 92, die
die Spannung eines Widerstands 104, der mit dem Stromdetektierausgang
des Halbleiterschaltelements 103 verbunden ist, teilen,
einen MOSFET 93 (oder einen Bipolartransistor) und einen
Widerstand 105, der mit dem Gate des Halbleiterschaltelements 103 verbunden ist.
Wie im Fall der Schutzschaltung 80 wird in die RTC-Schaltung 90 ein
Spannungssignal, das zu dem Ausgangsstrom des Halbleiterschaltelements 103 proportional
ist, eingeführt.
Das Spannungssignal wird in das Gate des MOSFEET 93 (oder
die Basis des Bipolartransistors) durch das Widerstandspotental-Teilerelement 91 eingeführt. Wenn
das Halbleiterschaltelement 103 normalerweise eingeschaltet
ist, wird dem Element 103 eine Gatespannung, die ausreichend
höher als
die Schwellenspannung des Elements 103 ist, bis zu Sättigung
zugeführt,
um dadurch den Einschaltwiderstand ausreichend zu verringern. In
einem Normalzustand, in dem der zu dem Halbleiterschaltelement 103 geführte Strom
gleich einem Nennwert oder niedriger ist, wird der MOSFET 93 abgeschaltet,
und der MOSFET 93 beeinflußt den Betrieb des Halbleiterschaltelements 103 nicht.
Wenn der Ausgangsstrom ansteigt und der MOSFET 93 einschaltet, nimmt
die Gatespannung des Halbleiterschaltelements 103 ab, wodurch
das Halbleiterschaltelement 103 in einen aktiven Betriebszustand
geschaltet wird. Dann steigt der Einschaltwiderstand des Halbleiterschaltelements 103 an,
und der Ausgangsstrom nimmt entsprechend ab. Wenn der Ausgangsstrom abnimmt,
nimmt die Eingangsspannung der RTC-Schaltung 90 ab, wodurch
sich die Funktionsfähigkeit
der RTC-Schaltung 90 in Richtung einer Verringerung der
Eingangsspannung des Halbleiterschaltelements 103 verschlechtert.
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Es
ist ersichtlich, daß die
RTC-Schaltung 90 eine Art von negativer Rückkopplungsschaltung
bildet und wirksam ist, um den Ausgangsstrom des Halbleiterschaltelements 103 auf
einen bestimmten Wert oder darunter zu unterdrücken. Die RTC-Schaltung 90 kann
zwar allein das Halbleiterschaltelement 103 nicht ausschalten,
aber die Schaltungskonfiguration der RTC-Schaltung 90 ist
relativ einfach, und die Wirkverzögerung in bezug auf die Schutzschaltung 80 ist
klein. Wenn eine Störung
wie etwa ein Lastkurzschluß auftritt
und der Ausgangsstrom abrupt ansteigt, ist die RTC-Schaltung 90 vor
der Schutzschaltung 80 wirksam und unterdrückt den Ausgangsstrom des Halbleiterschaltelements 103,
und dann schaltet die Schutzschaltung 80 das Halbleiterschaltelement 103 aus.
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Wenn
die RTC-Schaltung 90 gemeinsam mit der Schutzschaltung 80 verwendet
wird, kann das Halbleiterschaltelement 103 eventuell zerstört werden,
wenn eine Störung
wie etwa ein Lastkurzschluß auftritt. 8 ist ein Diagramm, das
eine Änderung des
Kollektorstroms Ic des Halbleiterschaltelements 103 und
eine Änderung
des Stroms Isens des Stromdetektieranschlusses des Halbleiterschaltelements 103 entsprechend
dem Betrieb der RTC-Schaltung 90 zeigt. Aus 8 ist ersichtlich, daß dann,
wenn die RTC-Schaltung 90 aktiv ist, der Ausgangsstrom des
Halbleiterschaltelements 103 wiederholt rasch ansteigt
und abfällt
unter Bildung einer Schwingungswellenform. Daher ist die Stromverteilung
der jeweiligen Komponenten des Halbleiterschaltelements 103 ungleichmäßig mit
dem Ergebnis, daß die
Erscheinung auftritt, daß ein
Strom nur in einem Teil der Komponenten des Halbleiterschaltelements 103 konzentriert
ist und ein Teil der Komponenten zerstört wird.
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Wenn
ferner die Schutzschaltung 80 aktiv ist, ist der Eingangsstrom
(oder die -spannung) des Halbleiterschaltelements 103 durch
die RTC-Schaltung 90 verringert worden. Daher wird das
Halbleiterschaltelement 103 rascher als gewöhnlich abgeschaltet,
und eine Änderung
des Ausgangsstroms pro Zeiteinheit (di/dt) wird häufig größer. Infolgedessen
wird durch die elektromotorische Kraft der Verdrahtungsinduktivität eine Stoßspannung
erzeugt, die die Haltespannung des Halbleiterschaltelements 103 überschreitet,
und das Halbleiterschaltelement 103 wird zerstört.
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Zur
Vermeidung der vorgenannten Probleme muß die Betriebszeiteinstellung
der Schutzschaltung 80 und diejenige der RTC-Schaltung 90 optimiert werden.
Da jedoch die optimale Zeiteinstellung der Schutzschaltung 80 und
die der RTC-Schaltung 90 sich
entsprechend dem Zustand der Last und des Halbleiterschaltelements 103 ändern, ist
es schwierig, eine Zerstörung
des Halbleiterschaltelements 103 unter allen Bedingungen
zu verhindern.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik gemäß der
7 handelt es sich um einen
intern bei der Anmelderin dokumentierten Stand der Technik. Derartige
Halbleitervorrichtungen sind auch aus der
DE 969 10 457 T2 und der
EP 599 605 A2 bekannt.
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Die
aus den beiden vorstehend genannten Dokumenten bekannten Halbleitervorrichtungen
weisen ein Schaltelement auf, das mit einer langsamen Schutzschaltung
versehen ist, welche bei einem Überstrom,
beispielsweise bei einem Kurzschluß, das Halbleiterschaltelement
abschaltet, während durch
eine schnelle Schutzschaltung eine Strombegrenzung durchgeführt wird.
Bei einem derartigen Aufbau kommt es zu den vorstehend bereits näher erläuterten
Problemen, insbesondere zum Problem, daß das Halbleiterschaltelement
einer Zerstörungsgefahr
ausgesetzt ist, wenn eine Störung,
wie etwa ein Lastkurzschluß,
auftritt. Wenn die Strombegrenzungsschaltung aktiv ist, kann der
Ausgangsstrom des Halbleiterschaltelements wiederholt rasch ansteigen
und abfallen, wobei die Stromverteilung auf die jeweiligen Komponenten
des Halbleiterschaltelements ungleichmäßig ist, so daß die Gefahr
einer Zerstörung
für mindestens
Teile der Komponenten gegeben ist. Ferner sei auf die weiteren,
in den vorstehenden Ausführungen
näher erläuterten
Probleme mit Schaltungen gemäß dem Stand
der Technik verwiesen.
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Die
Erfindung wurde unter Berücksichtigung der
vorstehenden technischen Probleme gemacht, und die Aufgabe der Erfindung
ist daher die Bereitstellung einer Halbleiterschutzschaltung, die
imstande ist, einen zu einem Halbleiterschaltelement geführten Strom
rasch abzuschalten und mit Sicherheit zu verhindern, daß das Halbleiterschaltelement
zerstört
wird, wenn eine Störung
wie etwa ein Lastkurzschluß auftritt.
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Nach
einem Aspekt der Erfindung wird eine Schutzschaltung angegeben,
die folgendes aufweist: eine langsame Schutzschaltung, die einen Überstromdetektor
hat, der einen Überstrom
in einem vorbestimmten Halbleiterschaltelement detektiert und das
Halbleiterschaltelement nach Detektierung des Überstroms ausschaltet; und
eine schnelle Schutzschaltung, die das Halbleiterschaltelement auf
der Basis eines Spannungssignals ausschaltet, das zu einem Ausgangsstrom
des Halbleiterschaltelements proportional ist, wobei die Halb leiterschutzschaltung dadurch
gekennzeichnet ist, daß die
schnelle Schutzschaltung folgendes aufweist: einen MOSFET, der einen
mit einem Gate des Halbleiterschaltelements verbundenen Drain hat;
eine Diode, die eine mit einem Gate des MOSFET verbundene Kathode sowie
eine Anode hat, durch die das zu dem Ausgangsstrom des Halbleiterschaltelements
proportionale Spannungssignal in die Diode eingeführt wird; und
einen Kondensator, der ein mit der Kathode der Diode und mit dem
Gate des MOSFET verbundenes Ende hat.
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Außerdem kann
ein erster Widerstand mit einem vorbestimmten Widerstandswert zu
dem Kondensator parallelgeschaltet sein.
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Ferner
kann der zweite Widerstand mit einem vorbestimmten Widerstandswert
zwischen die Diode und den Kondensator in Reihe geschaltet sein.
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Ferner
kann zwischen dem Kondensator und dem Überstromdetektor eine Übertragungsdiode
vorgesehen sein, die eine mit dem Kondensator verbundene Anode und
eine mit dem Überstromdetektor
in der langsamen Schutzschaltung verbundene Kathode hat.
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Die
Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und
Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen
in:
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1 ein Blockbild, das einen
Teil der Konfiguration einer Leistungssteuerschaltung zeigt, die eine
Halbleiterschutzschaltung verwendet, die aus einer langsamen Schutzschaltung
und einer schnellen Schutz schaltung gemäß der ersten Ausführungsform
der Erfindung besteht;
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2 ein Diagramm, das die
Wellenform des Kollektorstroms Ic eines Halbleiterschaltelements
und diejenige des Stroms Isens des Stromdetektieranschlusses des
Halbleiterschaltelements zeigt, wenn die schnelle Schutzschaltung
aktiv ist;
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3 ein Blockbild, das einen
Teil der Konfiguration einer Leistungssteuerschaltung zeigt, die eine
Halbleiterschutzschaltung verwendet, die aus einer langsamen Schutzschaltung
und einer schnellen Schutzschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung besteht;
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4 ein Blockbild, das einen
Teil der Konfiguration einer Leistungssteuerschaltung zeigt, die eine
Halbleiterschutzschaltung verwendet, die aus einer langsamen Schutzschaltung
und einer schnellen Schutzschaltung gemäß einer dritten Ausführungsform
der Erfindung besteht;
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5 ein Blockbild, das einen
Teil der Konfiguration einer Leistungssteuerschaltung zeigt, die eine
Halbleiterschutzschaltung verwendet, die aus einer langsamen Schutzschaltung
und einer schnellen Schutzschaltung gemäß einer vierten Ausführungsform
der Erfindung besteht;
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6 ein Blockbild, das einen
Teil der Konfiguration einer Leistungssteuerschaltung zeigt, die eine
Halb leiterschutzschaltung verwendet, die aus einer langsamen Schutzschaltung
und einer schnellen Schutzschaltung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung besteht;
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7 ein Blockbild, das einen
Teil der Konfiguration einer Leistungssteuerschaltung zeigt, die eine
herkömmliche
Halbleiterschutzschaltung verwendet, die aus einer langsamen und
einer schnellen Schutzschaltung besteht; und
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8 ein Diagramm, das die
Wellenform des Kollektorstroms Ic eines Halbleiterschaltelements
und diejenige des Stroms Isens des Stromdetektieranschlusses des
Halbleiterschaltelements zeigt, wenn die herkömmliche schnelle Schutzschaltung
aktiv ist.
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Die
Ausführungsformen
der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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Erste Ausführungsform
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1 zeigt einen Teil der Konfiguration
einer Leistungssteuerschaltung, die eine Halbleiterschutzschaltung
verwendet, die aus einer langsamen Schutzschaltung und einer schnellen
Schutzschaltung gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung besteht. Diese Halbleiterschutzschaltung hat eine
langsame Schutzschaltung 5, die in einem Übertragungsweg
zur Übertragung
des Gatesignals zu einem Halbleiterschaltelement 23 vorgesehen
und so ausgebildet ist, daß sie
als Eingangssignal ein Spannungssignal, das einem Ausgangsstrom
von dem Halbleiterschaltelement 23 proportional ist, einführt, und
eine Schnellabschalt- bzw. SAS-Schaltung 10, die eine schnelle
Schutzschaltung ist und das Halbleiterschaltelement 23 auf
der Basis eines Spannungssignals, das zu dem Ausgangsstrom von dem Halbleiterschaltelement 23 proportional
ist, abschaltet. Ferner sind in der Halbleiterschutzschaltung eine Ausgangsstufe 21 und
ein Widerstand 22, die miteinander in Reihe geschaltet
sind, zwischen dem Ausgang der langsamen Schutzschaltung 5 und
dem Gate des Halbleiterschaltelements 23 vorgesehen. Ferner
ist ein Stromdetektierwiderstand (ein sogenannter Nebenschlußwiderstand) 24 mit
dem Stromdetektieremitter des Halbleiterschaltelements 23 verbunden.
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Die
langsame Schutzschaltung 5 hat ein UND-Glied 1,
ein Flipflop 2, einen Komparator 3 und eine Bezugsspannungsquelle 4.
Ein Spannungssignal, das zu einem Ausgangsstrom des Halbleiterschaltelements 23 proportional
ist, wird als ein Eingangssignal in die langsame Schutzschaltung 5 eingeführt. Wenn
eine Eingangsspannung eine von der Bezugsspannungsquelle 4 angelegte
Spannung im Komparator 3 überschreitet, wird das in die
Ausgangsstufe 21 durch das UND-Glied 1 eingeführte Signal
gesperrt, wodurch das Halbleiterschaltelement 23 abgeschaltet
wird. In diesem Fall kann auf der Basis der vorgegebenen Spannung
der Bezugsspannungsquelle 4 ein Ausgangsstromwert, mit
dem die langsame Schutzschaltung 5 betrieben wird, beliebig eingestellt
werden.
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Andererseits
hat die SAS-Schaltung 10 einen MOSFET 15 mit einem
Drain, der mit dem Gate des Halbleiterschaltelements 23 verbunden
ist, eine Schaltdiode 12, die eine Kathode hat, die mit
dem Gate des MOSFET 15 verbunden ist, und eine Anode hat,
durch die ein zu dem Ausgangsstrom des Halbleiterschal telements 23 proportionales
Spannungssignal in die Schaltdiode 12 eingeführt wird,
und einen Kondensator 13, dessen eines Ende mit der Kathode der
Diode 12 und dem Gate des MOSFET 15 verbunden
ist. Die SAS-Schaltung 10 hat ferner einen Widerstand 25,
der zwischen den Drain des MOSFET 15 und das Gate des Halbleiterschaltelements 23 geschaltet
ist.
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Ein
Spannungssignal, das zu einem Strom des Stromdetektieremitters proportional
ist, wird als ein Eingangssignal in die SAS-Schaltung 10 ebenso wie
im Fall der langsamen Schutzschaltung 5 eingeführt. Das
Spannungssignal wird dem Kondensator 13 durch die Schaltdiode 12 zugeführt, wodurch
eine der Kapazität
des Kondensators 13 entsprechende Spannung gehalten wird.
Dabei wirken die Schaltdiode 12 und der Kondensator 13 gemeinsam
als eine Halteschaltung, um die Gatespannung des MOSFET 15 zu
halten.
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Das
Diagramm von 2 zeigt
die Wellenform des Kollektorstroms Ic des Halbleiterschaltelements 23 und
diejenige des Stroms Isens des Stromdetektieranschlusses (des Abfühlemitters)
des Halbleiterschaltelements 23. Ein Strom, der 1/n-mal niedriger als
der Strom des Emitteranschlusses des Halbleiterschaltelements 23 ist,
fließt
in dem Abfühlemitter
des Halbleiterschaltelements 23. Wenn beispielsweise ein
hoher Kollektorstrom Ic in dem Halbleiterschaltelement 23 nach
dem Auftreten einer Störung wie
etwa eines Kurzschlusses fließt,
steigt der Strom Isens des Abfühlemitters
an. Gleichzeitig steigt auch die Gatespannung des MOSFET 15 in
der SAS-Schaltung 10 an.
Wenn die Gatespannung des MOSFET 15 einen Grenzwert (den
SAS-Grenzwert in 2) überschreitet,
schaltet der MOSFET 15 ein. Daraufhin fließt ein Teil
eines zu dem Halbleiterschaltelement 23 geführten Gatesignals durch
den Widerstand 25 in die SAS-Schaltung 10, und
die Gatespannung des Halbleiterschaltelements 23 nimmt
ab. Es wird davon ausgegangen, daß die Widerstandswerte der
Widerstände 25 und 22 so
vorgegeben sind, daß die
Gatespannung darin niedriger als der Gategrenzwert des Halbleiterschaltelements 23 ist.
Als Ergebnis nimmt der Strom Isens in dem Abfühlemitter des Halbleiterschaltelements 23,
d. h. der Ausgangsstrom des Halbleiterschaltelements 23,
ab. In diesem Augenblick wird die Gatespannung des MOSFET 15 durch
die Funktion der Halteschaltung aus der Schaltdiode 12 und
dem Kondensator 13 in der SAS-Schaltung 10 gehalten.
Deshalb wird auch dann, wenn die Spannung des Stromdetektierwiderstands 24 zu
0 V wird, die Gatespannung des MOSFET 15 gehalten und der
MOSFET 15 selber nicht abgeschaltet.
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Wenn,
wie 2 zeigt, die SAS-Schaltung 10 operativ
ist, nimmt der Ausgangsstrom des Halbleiterschaltelements 23 allmählich ab,
und das Halbleiterschaltelement 23 wird vollständig abgeschaltet. Dadurch
kann verhindert werden, daß die
Stromverteilung der jeweiligen Komponenten ungleichförmig wird,
und es kann verhindert werden, daß aufgrund des Betriebs der
langsamen Schutzschaltung 5 eine Stoßspannung auftritt. Wenn im
Fall der langsamen Schutzschaltung 5 und der SAS-Schaltung 10 der ersten
Ausführungsform
nach dem Auftreten einer Störung
wie etwa eines Kurzschlusses ein Überstrom zu dem Halbleiterschaltelement 23 geführt wird,
ist es möglich,
den Schutz des Halbleiterschaltelements 23 sicherzustellen.
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Nachstehend
werden weitere Ausführungsformen
erläutert.
Es ist zu beachten, daß gleiche
Elemente wie bei der ersten Ausführungsform
mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und eine erneute Beschreibung
entfällt.
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Zweite Ausführungsform
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3 zeigt einen Teil der Konfiguration
einer Leistungssteuerschaltung, die eine Halbleiterschutzschaltung
aus einer langsamen Schutzschaltung und einer schnellen Schutzschaltung
(oder SAS-Schaltung) gemäß der zweiten
Ausführungsform
aufweist. Die Halbleiterschutzschaltung hat die gleichen Elemente
wie bei der ersten Ausführungsform.
Ferner hat die SAS-Schaltung 30 der zweiten Ausführungsform
einen Kondensatorentladewiderstand 31, der einen vorbestimmten
Widerstandswert hat und mit einem Kondensator 13 parallelgeschaltet
ist. Es ist zu beachten, daß der
Kondensatorentladewiderstand 31 "einem ersten Widerstand" entspricht, der
in den Patentansprüchen
genannt ist.
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Bei
der Konfiguration der Halbleiterschutzschaltung der ersten Ausführungsform
wird der MOSFET 15 der SAS-Schaltung 10 eingeschaltet
gehalten, bis die in dem Kondensator 13 gespeicherte Ladung
durch einen Ableitstrom entladen wird. Selbst wenn daher Störungen wie
ein Kurzschluß,
die zu einer Fehlfunktion der SAS-Schaltung 10 führen, beseitigt
sind, kann das Halbleiterschaltelement nicht in den Normalbetrieb
zurückkehren.
Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist der Kondensatorentladewiderstand 31 bei
der zweiten Ausführungsform
mit dem Kondensator 13 parallelgeschaltet. Es ist dadurch
möglich,
einen Anstieg der Kapazität
des Kondensators 13 in Abhängigkeit von der Einstellung
des Widerstandswerts des Kondensatorentladewiderstands 31 zu
realisieren, wodurch der Einstellbereich einer Schaltungskonstanten
erweitert wird.
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Beispielsweise
ist es möglich,
die Zeitdauer, während
der der MOSFET 15 eingeschaltet gehalten werden soll, d.
h. die Betriebsdauer der SAS-Schaltung 30, wenn diese aktiv
ist, auf der Basis der Zeitkonstanten des Kondensatorentladewiderstands 31 und
derjenigen des Kondensators 13 beliebig einzustellen. Wenn
ferner die Kapazität
des Kondensators 13 zunimmt, ist es möglich, eine Fehlfunktion aufgrund
einer äußeren Einwirkung
wie etwa von externem Rauschen zu verhindern.
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Dritte Ausführungsform
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4 zeigt einen Teil der Konfiguration
einer Leistungssteuerschaltung, die eine Halbleiterschutzschaltung
aus einer langsamen Schutzschaltung und einer schnellen Schutzschaltung
(oder SAS-Schaltung) gemäß der dritten
Ausführungsform
aufweist. Diese Halbleiterschutzschaltung hat die gleichen Komponenten
wie die vorstehende erste Ausführungsform.
Ferner ist bei der dritten Ausführungsform ein
Widerstand 41 mit einem vorbestimmten Widerstandswert in
Reihe mit einer Schaltdiode 12 an der Kathodenseite der
Diode 12 in der SAS-Schaltung 40 geschaltet. Es
ist zu beachten, daß der
Widerstand 41 "einem
zweiten Widerstand" entspricht,
der in den Patentansprüchen
angegeben ist.
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In
diesem Fall bilden der Widerstand 41 und der Kondensator 13 eine
Art von primären
Verzögerungsfilter.
Es ist möglich,
den Betriebszeitpunkt der SAS-Schaltung 40 beliebig so
einzustellen, daß er entsprechend
der Zeitkonstanten dieses Filters verzögert wird. Auch in diesem Fall
ist es möglich,
eine Fehlfunktion aufgrund einer äußeren Einwirkung wie etwa von
externem Rauschen zu verhindern.
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Vierte Ausführungsform
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5 zeigt einen Teil der Konfiguration
einer Leistungssteuerschaltung, die eine Halbleiterschutzschaltung
aus einer langsamen Schutzschaltung und einer schnellen Schutzschaltung
(oder SAS-Schaltung) gemäß einer
vierten Ausführungsform
aufweist. Bei der vierten Ausführungsform
wird eine Kombination aus den Konfigurationen der zweiten und der
dritten Ausführungsform
verwendet. In der SAS-Schaltung 50 ist ein Kondensatorentladewiderstand 31 mit einem
Kondensator 13 parallelgeschaltet, und ein Widerstand 41 ist
in Reihe mit einer Schaltdiode 12 an der Kathodenseite
der Diode 12 geschaltet.
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Bei
dieser Konfiguration ist es durch Vorsehen des Kondensatorentladewiderstands 31 und
des Widerstands 41 möglich,
den Ein-/Aus-Zeitpunkt eines MOSFET 15, d. h. den Betriebszeitpunkt
der SAS-Schaltung 50, beliebig einzustellen, und zwar aus
den Gründen,
die in Verbindung mit der zweiten und der dritten Ausführungsform
angegeben wurden.
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Fünfte Ausführungsform
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6 zeigt einen Teil der Konfiguration
einer Leistungssteuerschaltung, die eine Halbleiterschutzschaltung
aus einer langsamen Schutzschaltung und einer schnellen Schutzschaltung-(oder
SAS-Schaltung) gemäß einer
fünften
Ausführungsform
aufweist. Eine Halbleiterschutzschaltung hat die gleichen Komponenten
wie bei der vorstehenden zweiten Ausführungsform. Ferner ist in der
SAS-Schaltung 60 eine Übertragungsdiode 61,
deren Kathode mit dem Komparator 3 in der langsamen Schutzschaltung 5 verbunden
ist, mit einem Kondensatorentladewiderstand 31 verbunden.
Diese Übertragungsdiode 61 überträgt die Information,
daß ein Halbleiterschaltelement 23 nach
dem Betrieb der SAS-Schaltung 60 abgeschaltet ist, an die
langsame Schutzschaltung 5.
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Wenn
bei der Halbleiterschutzschaltung (siehe 2) der obigen zweiten Ausführungsform
das Halbleiterschaltelement 23 durch den Betrieb der SAS-Schaltung 30 abgeschaltet
wird, wird der MOSFET 15 nach einer bestimmten Zeitdauer
durch die Funktion des Kondensatorentladewiderstands 31 abgeschaltet.
Bis der MOSFET 15 der SAS-Schaltung 30 abgeschaltet
wird, ist es dabei erforderlich, daß die langsame Schutzschaltung 5 die
Ausgangsspannung der Treiberschaltung des Halbleiterschaltelements 23 negativ
oder bei 0 V hält.
Normalerweise ist jedoch ein Tiefpaßfilter 70 (in 2 nicht gezeigt) zum Verhindern
von Störungen
mit einem Widerstand 71 und einem Kondensator 72 an
der Aufstromseite des Komparators 3 angeordnet und dient als Überstromdetektor
in der langsamen Schutzschaltung 5. Wenn also eine Störung wie
etwa ein Kurzschluß auftritt
und die SAS-Schaltung 30 das Halbleiterschaltelement 23 innerhalb
einer kürzeren Zeitdauer
als die Zeitkonstante des Tiefpaßfilters 70 abschaltet,
kann die Schutzschaltung 30 nicht detektieren, daß eine Störung wie
etwa ein Lastkurzschluß auftritt.
Wenn somit der MOSFET 15 der SAS-Schaltung 30 abgeschaltet
wird, wird das Halbleiterschaltelement 23 eingeschaltet,
und eine Störung
wie etwa ein Lastkurzschluß kann
eventuell erneut auftreten.
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Zur
Vermeidung dieses Nachteils ist bei der fünften Ausführungsform in der SAS-Schaltung 60 die Übertragungsdiode 61 zwischen
dem Kondensator 31 und dem Komparator der langsamen Schutzschaltung 5 vorgesehen.
Selbst wenn daher das Halbleiterschaltelement 23 innerhalb
eines Zeitraums abgeschaltet wird, der kürzer als die Verzögerung der Überstromdetektierung
der langsamen Schutzschaltung 5 ist, kann die langsame
Schutzschaltung 5 auf der Basis der in dem Kondensator 31 gespeicherten
Spannung detektieren, daß eine
Störung
wie etwa ein Kurzschluß auftritt,
und kann die Störung
beseitigen. Infolgedessen ist es möglich sicherzustellen, daß eine Zerstörung des
Halbleiterschaltelements 23 vermieden wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt.
Verschiedene Modifikationen und Abwandlungen können im Rahmen der Erfindung
vorgenommen werden.