DE102015014588A1 - Device for limiting the voltage of a consumer - Google Patents
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Abstract
Es ist eine Vorrichtung (100) zum Begrenzen der Spannung eines Verbrauchers (200) angegeben. Die Vorrichtung weist ein erstes Anschlusselement (102) zum Aufnehmen eines elektrischen Potentials (10) und ein zweites Anschlusselement (105) zum Abgeben eines elektrischen Potentials an den Verbraucher auf. Weiterhin weist die Vorrichtung einen ersten Feldeffekttransistor, FET, (Q4) und einen zweiten FET (Q3), welche jeweils als selbstleitender FET ausgeführt sind, auf. Der erste FET (Q4) und der zweite FET (Q3) sind zwischen dem ersten Anschlusselement (102) und dem zweiten Anschlusselement (105) in Reihe geschaltet.There is provided a device (100) for limiting the voltage of a load (200). The device has a first connection element (102) for receiving an electrical potential (10) and a second connection element (105) for outputting an electrical potential to the consumer. Furthermore, the device has a first field effect transistor, FET, (Q4) and a second FET (Q3), which are each designed as a self-conducting FET on. The first FET (Q4) and the second FET (Q3) are connected in series between the first terminal (102) and the second terminal (105).
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Begrenzen der Spannung eines Verbrauchers und ein Testsystem zum Testen einer Spannungsquelle mit einer Vorrichtung zum Begrenzen der Spannung.The invention relates to a device for limiting the voltage of a consumer and a test system for testing a voltage source with a device for limiting the voltage.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Vorrichtungen zum Begrenzen der Spannung werden genutzt, um eine Potentialdifferenz an der Vorrichtung bzw. einen Spannungsabfall entlang der Vorrichtung hervorzurufen.Voltage limiting devices are used to cause a potential difference across the device and a voltage drop across the device, respectively.
Eine Vorrichtung mit einer solchen Funktion kann beispielsweise notwendig sein, wenn eine Spannungsquelle genutzt wird, die eine für einen Verbraucher zu hohe Spannung bereit stellt. Die Vorrichtung wird in einem solchen Fall zwischen die Spannungsquelle und den Verbraucher geschaltet, so dass sich ein Spannungsteiler ergibt und die an dem Verbraucher anliegende Spannung reduziert wird.A device with such a function may, for example, be necessary if a voltage source is used which provides a voltage which is too high for a consumer. The device is switched in such a case between the voltage source and the consumer, so that there is a voltage divider and the voltage applied to the load voltage is reduced.
Für den Fall einer Spannungsquelle mit variabler Ausgangsspannung kann es erforderlich sein, den Spannungsabfall an der Vorrichtung zum Begrenzen der Spannung ebenfalls zu variieren, so dass eine Spannung an dem Verbraucher konstant bleibt.In the case of a voltage source having a variable output voltage, it may be necessary to vary the voltage drop across the voltage limiting device so that a voltage at the load remains constant.
Wird der Spannungsabfall an der Vorrichtung zum Begrenzen der Spannung variiert, kann es für eine Übergangszeit zu Spannungsschwankungen kommen, da die Vorrichtung sich stabilisieren muss. In diesem Zusammenhang spricht man von notwendigen Stabilisierungszeiten der Vorrichtung.If the voltage drop across the voltage limiting device is varied, voltage fluctuations may occur for a transitional time since the device must stabilize. In this context, one speaks of necessary stabilization times of the device.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Es kann als Aufgabe der Erfindung betrachtet werden, eine Vorrichtung zum Begrenzen der Spannung eines Verbrauchers anzugeben, welche sich durch kurze Stabilisierungszeiten und eine hohe Spannungsfestigkeit auszeichnet.It can be regarded as an object of the invention to provide a device for limiting the voltage of a consumer, which is characterized by short stabilization times and high dielectric strength.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.This object is solved by the subject matter of the independent claims. Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims and from the following description.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Begrenzen der Spannung eines Verbrauchers, insbesondere eines elektrischen Verbrauchers, angegeben. Die Vorrichtung weist ein erstes Anschlusselement zum Aufnehmen eines elektrischen Potentials und ein zweites Anschlusselement zum Abgeben eines elektrischen Potentials an den Verbraucher auf. Weiterhin weist die Vorrichtung einen ersten Feldeffekttransistor, FET, und einen zweiten FET auf, welche jeweils als selbstleitender FET ausgeführt sind. Der erste FET und der zweite FET sind zwischen dem ersten Anschlusselement und dem zweiten Anschlusselement in Reihe geschaltet.According to a first aspect of the invention, a device for limiting the voltage of a consumer, in particular an electrical consumer, specified. The device has a first connection element for receiving an electrical potential and a second connection element for outputting an electrical potential to the consumer. Furthermore, the device has a first field effect transistor, FET, and a second FET, which are each designed as a self-conducting FET. The first FET and the second FET are connected in series between the first connection element and the second connection element.
Die Vorrichtung ist ausgeführt, mit dem ersten Anschlusselement an eine Spannungsquelle und mit dem zweiten Anschlusselement an den Verbraucher angeschlossen zu werden. In Abhängigkeit der Konfiguration der Vorrichtung ergibt sich eine Potentialdifferenz bzw. ein Spannungsabfall zwischen dem ersten Anschlusselement und dem zweiten Anschlusselement, so dass hierdurch die an dem Verbraucher anliegende Spannung reduziert bzw. begrenzt wird.The device is designed to be connected to the first connection element to a voltage source and with the second connection element to the consumer. Depending on the configuration of the device results in a potential difference or a voltage drop between the first connection element and the second connection element, so that thereby the voltage applied to the load voltage is reduced or limited.
Dass die beiden in Reihe geschalteten Feldeffekttransistoren selbstleitend ausgeführt sind, hat den Vorteil, dass sie keinerlei aktive und somit schaltungstechnisch aufwändige Ansteuerung bedürfen. Vielmehr sind die Feldeffekttransistoren ohne angelegte Steuerspannung konstruktiv bedingt leitend.The fact that the two series-connected field-effect transistors are designed to be self-conducting has the advantage that they require no active and thus circuit-complex control. Rather, the field effect transistors without applied control voltage structurally conductive.
Indem zwei Feldeffekttransistoren in Reihe geschaltet werden, erhöht sich die Spannungsfestigkeit der Vorrichtung bzw. es können höhere Potentialdifferenzen zwischen dem ersten Anschlusselemente und zweiten Anschlusselement hervorgerufen werden, als dies für einen einzelnen Feldeffekttransistor der Fall wäre. Die Spannungsfestigkeit kann beispielsweise bis zu 10 kV oder mehr betragen.By connecting two field-effect transistors in series, the dielectric strength of the device increases or higher potential differences between the first connection element and the second connection element can be caused than would be the case for a single field-effect transistor. The withstand voltage may be, for example, up to 10 kV or more.
Der Spannungsbereich, in welchem die Vorrichtung verwendet werden kann, d. h. die Spannung, die über die Vorrichtung abgebaut werden kann, kann zwischen 0 Volt und mehreren Kilovolt liegen.The voltage range in which the device can be used, d. H. the voltage that can be dissipated through the device can be between 0 volts and several kilovolts.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Abfluss des ersten FET mit dem ersten Anschlusselement verbunden. Eine Quelle des ersten FET ist mit einem Abfluss des zweiten FET verbunden. Eine Quelle des zweiten FET ist mit dem zweiten Anschlusselement verbunden.According to one embodiment of the invention, a drain of the first FET is connected to the first connection element. A source of the first FET is connected to a drain of the second FET. A source of the second FET is connected to the second terminal.
Der Abfluss des ersten FET kann mittelbar oder unmittelbar mit dem ersten Anschlusselement verbunden sein. Die Quelle des ersten FET ist insbesondere unmittelbar mit dem Abfluss des zweiten FET verbunden. Alternativ können hier auch andere Bauteile (wie z. B. Widerstände oder Dioden) dazwischen geschaltet sein. Die Quelle des zweiten FET kann mittelbar oder unmittelbar mit dem zweiten Anschlusselement verbunden sein. Bei diesen Verbindungen handelt es sich um elektrische Verbindungen, beispielweise mittels eines elektrisch leitfähigen Elements.The outflow of the first FET may be indirectly or directly connected to the first connection element. In particular, the source of the first FET is directly connected to the outflow of the second FET. Alternatively, other components (such as resistors or diodes) may be connected in between. The source of the second FET may be connected directly or indirectly to the second connection element. These compounds are electrical connections, for example by means of an electrically conductive element.
Für den Fall einer mittelbaren Verbindung können abgesehen von einem elektrischen Verbindungselement (elektrischer Leiter, Leiterbahn, usw.) eines oder mehrere aktive oder passive elektrische oder elektronische Bauteile zwischen den mittelbar verbundenen Elementen angeordnet sein. Eine unmittelbare Verbindung ist eine Verbindung zwischen zwei Elementen, welche abgesehen von einem elektrischen Verbindungselement keine weiteren Bauteile zwischen den unmittelbar verbundenen Elementen aufweist. In the case of an indirect connection, apart from an electrical connection element (electrical conductor, conductor track, etc.), one or more active or passive electrical or electronic components may be arranged between the indirectly connected elements. A direct connection is a connection between two elements which, apart from an electrical connection element, has no further components between the directly connected elements.
Eine elektrische Verbindung im Sinne dieser Anmeldung ist eine Verbindung, die einen Stromfluss zwischen den verbundenen Elementen ermöglicht.An electrical connection in the sense of this application is a connection which allows a current flow between the connected elements.
Der Aufbau eines Feldeffekttransistors ist an sich bekannt. Im Zusammenhang mit dieser Beschreibung können sämtliche Feldeffekttransistortypen genutzt werden, solange diese in einer selbstleitenden Ausführungsform vorliegen. Ein Feldeffekttransistor, FET, weist üblicherweise zumindest drei Anschlusselemente auf: die Steuerelektrode (auch als gate bezeichnet), den Abfluss (auch als Senke oder drain bezeichnet) und die Quelle (auch als Zufluss oder source bezeichnet).The structure of a field effect transistor is known per se. In connection with this description, all field effect transistor types can be used as long as they are present in a self-conducting embodiment. A field effect transistor, FET, usually has at least three connection elements: the control electrode (also referred to as gate), the drain (also referred to as sink or drain) and the source (also referred to as inflow or source).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der erste FET ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, MOSFET.According to another embodiment of the invention, the first FET is a metal oxide semiconductor field effect transistor, MOSFET.
MOSFETs bieten einen hohe Spannungsfestigkeit von mehreren hundert Volt bis hin zu über 1000 V und eignen sich damit in vorteilhafter Weise für eine Vorrichtung wie hierin beschrieben.MOSFETs offer a high withstand voltage of several hundred volts up to over 1000 V and thus are advantageously suitable for a device as described herein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung einen dritten FET auf, der mittelbar oder unmittelbar in Reihe mit dem ersten FET und dem zweiten FET geschaltet ist (d. h. dass keine anderen Bauteile in der Reihenschaltung zwischen den FETs angeordnet sind bzw. dass weitere Bauteile in der Reihenschaltung zwischen den FETs angeordnet sind), so dass ein Abfluss des dritten FET mit einer Quelle des zweiten FET und eine Quelle des dritten FET mit dem zweiten Anschlusselement verbunden ist.According to a further embodiment of the invention, the device has a third FET which is connected directly or indirectly in series with the first FET and the second FET (ie that no other components are arranged in the series connection between the FETs or that further components in the series connection between the FETs are arranged), so that a drain of the third FET is connected to a source of the second FET and a source of the third FET to the second connection element.
Der zweite FET ist damit über den dritten FET mittelbar oder unmittelbar mit dem zweiten Anschlusselement verbunden. Durch das Bereitstellen des dritten FET wird die Spannungsfestigkeit der Anordnung weiter erhöht bzw. es kann eine höhere Potentialdifferenz zwischen dem ersten Anschlusselement und dem zweiten Anschlusselement vorliegen, ohne die Bauteilen dazwischen, also den ersten, zweiten und dritten FET, zu beschädigen oder zu zerstören.The second FET is thus connected via the third FET indirectly or directly to the second connection element. By providing the third FET, the voltage resistance of the arrangement is further increased or there may be a higher potential difference between the first connection element and the second connection element without damaging or destroying the components therebetween, ie the first, second and third FETs.
Die Vorrichtung kann auch mehr als drei in Reihe geschaltete FETs aufweisen, um so die Spannungsfestigkeit der Vorrichtung bzw. den maximalen Spannungsabfall an der Vorrichtung zu erhöhen. Dabei kann jeder der FETs als MOSFET in selbstleitender Konfiguration ausgeführt sein.The device may also have more than three FETs connected in series so as to increase the device withstand voltage or the maximum voltage drop across the device. In this case, each of the FETs can be designed as a MOSFET in a self-conducting configuration.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung wie hierin beschrieben weiterhin ein erstes Halbleiterelement mit definierter Durchbruchspannung auf, wobei dieses Halbleiterelement zwischen einer Steuerelektrode des ersten FET und dem ersten Anschlusselement angeordnet ist.According to a further embodiment of the invention, as described herein, the device furthermore has a first semiconductor element with a defined breakdown voltage, this semiconductor element being arranged between a control electrode of the first FET and the first connection element.
Alternativ kann die Vorrichtung statt des ersten Halbleiterelements ein anderes Bauteil aufweisen, an dem eine definierte Spannung abfällt bzw. welches einen Spannungsabfalls verursacht, aufweisen.Alternatively, instead of the first semiconductor element, the device may have another component at which a defined voltage drops or which causes a voltage drop.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Halbleiterelement mit definierter Durchbruchspannung eine Z-Diode.According to a further embodiment of the invention, the semiconductor element with a defined breakdown voltage is a Zener diode.
Die Z-Diode liefert damit eine benötigte Spannung an die Steuerelektrode des ersten FET, um diesen aus dem leitenden Zustand in den Sperrzustand zu versetzen. In Abhängigkeit der benötigten Spannung können eine oder mehrere Z-Dioden in Reihe geschaltet werden.The Zener diode thus supplies a required voltage to the control electrode of the first FET in order to put it from the conducting state into the blocking state. Depending on the required voltage, one or more Zener diodes can be connected in series.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung weiterhin ein zweites Halbleiterelement mit definierter Durchbruchspannung auf, welches zusammen mit dem ersten Halbleiterelement zwischen der Steuerelektrode des ersten FET und dem ersten Anschlusselement in Reihe geschaltet ist.According to a further embodiment of the invention, the device furthermore has a second semiconductor element with a defined breakdown voltage, which is connected in series with the first semiconductor element between the control electrode of the first FET and the first connection element.
In einer Ausführungsform sind die Z-Dioden (die Halbleiterelemente mit definierter Durchbruchspannung), die jedem einzelnen FET zugeordnet sind, so bemessen, dass die Durchbruchspannung bzw. die Summe der Durchbruchspannungen einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Z-Dioden bei allen FETs gleich ist. In einer Ausführungsform kann die Anzahl der Z-Dioden, welche den einzelnen FETs zugeordnet ist, bei jedem FET gleich sein und ihre jeweilige Durchbruchspannung ist identisch, z. B. 200 V. Die Mehrzahl von in Reihe geschalteten und einem FET zugewiesenen Z-Dioden können als Spannungsstufe bezeichnet werden. Die Vorrichtung kann mehrere Spannungsstufen aufweisen, welche von ihrer Bemessung und Dimensionierung her unterschiedlich sein können. Die Summe der Durchbruchspannungen einer Spannungsstufe darf nicht größer sein als die am FET maxiamal zulässige Spannung.In one embodiment, the zener diodes (the breakdown breakdown voltage semiconductor elements) associated with each individual FET are sized such that the breakdown voltage or the sum of the breakdown voltages of a plurality of serially connected zener diodes is the same for all FETs. In one embodiment, the number of Zener diodes associated with each FET may be the same for each FET, and their respective breakdown voltage is identical, e.g. 200V. The plurality of Z-diodes connected in series and assigned to a FET may be referred to as a voltage step. The device may have multiple voltage levels, which may be different from their sizing and dimensioning ago. The sum of the breakdown voltages of a voltage stage must not be greater than the maximum permissible voltage at the FET.
In einer Ausführungsform können statt Z-Dioden auch Widerstände, z. B. ohmsche Widerstände, zur Spannungsbegrenzung verwendet werden. Dann verteilt sich die Spannung gleichmäßig auf die Gates der FETs. In one embodiment, instead of zener diodes, resistors, e.g. As ohmic resistors are used to limit the voltage. Then the voltage is evenly distributed to the gates of the FETs.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung weiterhin einen vierten FET auf, welcher parallel zu dem ersten FET geschaltet ist.According to a further embodiment of the invention, the device further comprises a fourth FET, which is connected in parallel to the first FET.
Bei dem vierten FET kann es sich ebenfalls um einen MOSFET handeln, der die gleiche Spezifikation aufweist, wie die übrigen MOSFETs. Dieser parallel zu dem ersten FET geschaltete vierte FET erhöht die Stromfestigkeit der Vorrichtung zum Begrenzen der Spannung.The fourth FET may also be a MOSFET having the same specification as the other MOSFETs. This fourth FET connected in parallel with the first FET increases the current capability of the voltage limiting device.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Testsystem angegeben. Das Testsystem weist eine Spannungsquelle, eine Vorrichtung zum Begrenzen der Spannung für einen Verbraucher wie oben beschrieben und einen elektrischen Verbraucher auf. Die Vorrichtung ist ausgeführt, eine an dem elektrischen Verbraucher anliegende Spannung auf einen vorgebbaren Wert zu begrenzen.According to another aspect of the invention, a test system is given. The test system includes a voltage source, a voltage limiting device for a consumer as described above, and an electrical load. The device is designed to limit a voltage applied to the electrical load voltage to a predetermined value.
Das Testsystem kann insbesondere ausgeführt sein, die Spannungsquelle zu testen, wobei der Verbraucher gemeinsam mit der Vorrichtung zum Begrenzen der Spannung dazu dient, eine mit der Spannungsquelle verbundene Last und deren Verhalten zu simulieren.In particular, the test system may be designed to test the voltage source, the consumer, together with the voltage limiting device, serving to simulate a load connected to the voltage source and its behavior.
Die Vorrichtung zum Begrenzen der Spannung für einen Verbraucher ermöglicht durch ihren Aufbau mit selbstleitenden FETs geringe Stabilisierungszeiten und eine hohe Spannungsfestigkeit, so dass ein dynamisches Verhalten der Last mit schnellen Arbeitspunktwechseln vorteilhaft simuliert werden kann und beispielsweise die Anzahl der Testfälle pro Zeiteinheit erhöht werden kann, was die Gesamtdauer für das Durchführen mehrerer Testfälle nacheinander reduzieren kann.The device for limiting the voltage for a consumer allows by their construction with self-conducting FETs low stabilization times and high voltage resistance, so that a dynamic behavior of the load can be simulated advantageous with rapid operating point changes and, for example, the number of test cases per unit time can be increased can reduce the total time required to perform multiple test cases one after the other.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem elektrischen Verbraucher um eine Stromlast, welche ausgeführt ist, das Verhalten einer Wanderfeldröhre zu simulieren.According to a further embodiment of the invention, the electrical load is a current load which is designed to simulate the behavior of a traveling wave tube.
Damit können mit dem Testsystem in dieser Ausführungsform Spannungsversorgungen einer Wanderfeldröhre getestet werden.In this way, power supplies of a traveling-wave tube can be tested with the test system in this embodiment.
Im Folgenden wird mit beispielhaftem Bezug auf diese Ausführungsform die Funktion des Testsystems und der Vorrichtung zum Begrenzen der Spannung beschrieben, wobei als FET beispielsweise die Verwendung von MOSFETs genannt ist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Vorrichtung nicht auf diesen Verwendungszweck beschränkt ist.In the following, the function of the test system and the device for limiting the voltage is described by way of example with reference to this embodiment, wherein the use of MOSFETs is mentioned as FET, for example. It should be noted, however, that the device is not limited to this use.
Für die Inbetriebnahme einer Spannungsversorgung und die anschließenden Tests wird eine Wanderfeldröhre mittels einer elektronischen Last simuliert und es werden Testfälle durchgeführt. Für den Fall, dass eine elektronische Last in ihrem Verhalten schwankt und lange Stabilisierungszeiten benötigt, wird die Dauer für das Durchführen der Testfälle erhöht, was unerwünscht sein kann. Dieses Verhalten der elektronischen Last kann auf ein nachteiliges dynamisches Verhalten und eine hohe Dauer für das Einstellen eines Arbeitspunktes zurückgeführt werden.For commissioning a power supply and the subsequent tests, a traveling wave tube is simulated by means of an electronic load and test cases are carried out. In the event that an electronic load fluctuates in its behavior and requires long stabilization times, the duration for performing the test cases is increased, which may be undesirable. This behavior of the electronic load can be attributed to an adverse dynamic behavior and a long duration for setting an operating point.
Es wurde erkannt, dass ein hoher Aufwand für die Ansteuerung einzelner MOSFETs zu betreiben ist, wenn als Last beispielsweise mehrere in Reihe geschaltete MOSFETs oder Leistungs-MOSFETs in selbstsperrender Ausführung verwendet werden. Die wesentliche Herausforderung kann es sein, dass für die Ansteuerung der einzelnen in Reihe geschalteten selbstsperrenden MOSFETs auf dem jeweiligen Spannungsniveau eine Steuerspannung zur Verfügung stehen muss. Diese muss entweder aus der am Lastmodul anliegenden Hochspannung selbst oder durch eine potentialfreie Spannungsquelle erzeugt werden. Beide Varianten sind technisch aufwändig. Weiterhin wurde erkannt, dass elektronische Lasten aus Laststufen mit selbstsperrenden Leistungs-MOSFETs einen nicht spannungsunabhängigen Laststrom und ein unbefriedigendes dynamisches Verhalten aufweisen. Wird nur ein einzelner MOSFET verwendet, so ist die Spannungsfestigkeit einer entsprechenden Vorrichtung auf die Spannungsfestigkeit dieses einzelnen MOSFETs begrenzt, typischerweise auf mehrere hundert Volt bis zu etwa 1000 V, je nach Ausführung des MOSFETs.It has been recognized that a great deal of effort is required to drive individual MOSFETs when, for example, several series-connected MOSFETs or self-locking power MOSFETs are used as the load. The main challenge may be that a control voltage must be available for the control of the individual self-blocking MOSFETs connected in series at the respective voltage level. This must be generated either from the high voltage applied to the load module itself or from a potential-free voltage source. Both variants are technically complex. Furthermore, it has been recognized that electronic loads from load stages with normally-off power MOSFETs have a non-voltage-independent load current and an unsatisfactory dynamic behavior. When only a single MOSFET is used, the withstand voltage of a corresponding device is limited to the withstand voltage of that single MOSFET, typically several hundred volts to about 1000 volts, depending on the design of the MOSFET.
Die Vorrichtung wie hierin beschrieben trägt diesen Erkenntnissen Rechnung und ermöglicht einen hohe Spannungsfestigkeit bei gleichzeitig kurzen Stabilisierungszeiten.The device as described herein takes into account these findings and enables a high dielectric strength with simultaneously short stabilization times.
Dies wird erreicht, indem die in Reihe geschalteten MOSFETs zum Erreichen der benötigten Spannungsfestigkeit selbstleitend ausgeführt sind. Der Vorteil besteht darin, dass die selbstleitenden MOSFETs keinerlei aktive und somit schaltungstechnisch aufwändige Ansteuerung bedürfen. Die MOSFETs sind ohne angelegte Steuerspannung konstruktiv bedingt leitend. Die benötigte Gatespannung zum Sperren der MOSFETs kann sehr einfach durch jeweils einen zu den Laststufen parallel geschalteten Zweig mit einer oder mehreren in Reihe geschalteten Z-Dioden oder Widerständen erzeugt werden.This is achieved by making the series-connected MOSFETs self-conducting to achieve the required dielectric strength. The advantage is that the self-conducting MOSFETs do not require any active and therefore circuitry-consuming control. The MOSFETs are structurally conductive without an applied control voltage. The required gate voltage for blocking the MOSFETs can be generated very easily by a respective branch connected in parallel to the load stages with one or more series-connected Zener diodes or resistors.
Dadurch entfällt der Bedarf einer aufwändigen Spannungsversorgung jeder Laststufe, also jedes MOSFETs. Die elektronische Last ist dadurch gekennzeichnet, dass sich der Laststrom von wenigen Volt, beispielsweise 10 V, bis in den Kilovolt-Bereich linear zur Sollvorgabe verhält, im Wesentlichen keinen Drift aufweist und der Laststrom bei Bedarf bis in einen Frequenzbereich von ca. 1 MHz Sinus moduliert werden kann. Das heißt, dass ein Sollwert für einen Laststrom vorgegeben werden kann, welcher über den gesamten Spannungsbereich konstant bleibt. Des Weiteren zeichnet sich die Vorrichtung durch einen sehr einfachen und ökonomisch vorteilhaften Aufbau unter der Verwendung von üblicherweise als Standardbauteilen erhältlichen Elementen aus. Eine aktiv geregelte Laststufe, welche der Vorrichtung zum Begrenzen der Spannung in dem Testsystem nachgeschaltet ist, kann durch eine beliebige Anzahl von passiven Laststufen (Anzahl der MOSFETs in der Vorrichtung) erweitert werden, so dass dem Bedarf in Bezug auf die Spannungsfestigkeit der elektronischen Last sehr einfach Rechnung getragen werden kann. Die Stromfestigkeit der elektronischen Last (als Last wird die Kombination der Vorrichtung und des Verbrauchers wie mit Bezug zu dem Testsystem beschrieben bezeichnet) lässt sich durch Parallelschalten von Laststufen beliebig erhöhen. Die Vorrichtung zeichnet sich durch einen geringen Aufwand für das Abgleichen aus. Da die beschriebene Last sich durch kurze Stabilisierungszeiten auszeichnet, können durch den Entfall von Zeiten für das Nachstellen und Stabilisieren der elektronischen Last die Test- und Messzeiten signifikant reduziert werden.This eliminates the need for a complex power supply of each load level, ie every MOSFET. The electronic load is characterized in that the load current of a few volts, for example 10 V, linearly to the target specification behaves up to the kilovolt range, has substantially no drift and the load current, if necessary, to a frequency range of about 1 MHz sinewave can be modulated. This means that a setpoint for a load current can be specified which remains constant over the entire voltage range. Furthermore, the device is characterized by a very simple and economically advantageous construction using elements usually available as standard components. An actively controlled load stage, downstream of the voltage limiting device in the test system, may be extended by any number of passive load stages (the number of MOSFETs in the device) so that the demand for the withstand voltage of the electronic load is very high can be easily taken into account. The current capability of the electronic load (referred to as the combination of the device and the load as described with reference to the test system) can be arbitrarily increased by connecting load stages in parallel. The device is characterized by a low effort for matching. Since the load described is characterized by short stabilization times, the elimination of times for adjusting and stabilizing the electronic load, the test and measurement times can be significantly reduced.
Im Folgenden werden mit Bezug zu den Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.In the following, embodiments of the invention will be described with reference to the figures.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Detaillierte Beschreibung von AusführungsbeispielenDetailed description of embodiments
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Werden in der folgenden Figurenbeschreibung gleiche Bezugszeichen verwendet, so beziehen sich diese auf gleiche oder ähnliche Elemente.The illustrations in the figures are schematic and not to scale. If the same reference numbers are used in the following description of the figures, they refer to the same or similar elements.
Es sei der Vollständigkeit halber darauf hingewiesen, dass es sich bei dem Verbraucher
Dem Verbraucher
Es wird beispielhaft die erste Laststufe
Der Abfluss
Zur Erhöhung der Stromfestigkeit der Vorrichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Testsystemtest system
- 22
- Spannungsquellevoltage source
- 1010
- elektrisches Potentialelectrical potential
- 2020
- MasseDimensions
- 100100
- Vorrichtung zum Begrenzen der SpannungDevice for limiting the voltage
- 102102
- erstes Anschlusselementfirst connection element
- 105105
- zweites Anschlusselementsecond connection element
- 110110
- erste Laststufefirst load level
- 112112
- Steuerelektrode (gate)Control electrode (gate)
- 114114
- Abfluss (drain)Drainage
- 116116
- Quelle (source)Source
- 120120
- zweite Laststufesecond load level
- 130130
- dritte Laststufethird load level
- 200200
- Verbraucherconsumer
Claims (10)
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2015
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: LKGLOBAL | LORENZ & KOPF PARTG MBB PATENTANWAE, DE Representative=s name: LKGLOBAL ] LORENZ & KOPF PARTG MBB PATENTANWAE, DE |
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