DE102021132970A1

DE102021132970A1 - Electronic circuit arrangement for power distribution

Info

Publication number: DE102021132970A1
Application number: DE102021132970.1A
Authority: DE
Inventors: Paul Gruber
Original assignee: Dspace GmbH
Current assignee: Dspace GmbH
Priority date: 2021-12-14
Filing date: 2021-12-14
Publication date: 2023-06-15

Abstract

Bei einer elektronischen Schaltungsanordnung (1) zur gleichmäßigen Aufteilung eines Stroms bei der mehrere MOSFETs (T11, T21) parallelgeschaltet sind soll im linearen Betrieb die maximale Verlustleistung erhöht werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Schaltungsanordnung (1) einen ersten Transistor (T12) und einen zweiten Transistor (T22) umfasst, wobei der der erste Transistor (T12) in Bezug zum ersten MOSFET (T11) und der zweite Transistor (T22) in Bezug zum zweiten MOSFET (T21) derart in der Schaltungsanordnung (1) angeordnet sind, dass zwischen dem ersten MOSFET (T11) und dem ersten Transistor (T12) eine thermische Kopplung (19) hergestellt ist, ebenso zwischen dem zweiten MOSFET (T21) und dem zweiten Transistor (T22).In an electronic circuit arrangement (1) for the equal distribution of a current, in which a plurality of MOSFETs (T11, T21) are connected in parallel, the maximum power loss is to be increased in linear operation. This is achieved in that the circuit arrangement (1) comprises a first transistor (T12) and a second transistor (T22), the first transistor (T12) in relation to the first MOSFET (T11) and the second transistor (T22) in Are arranged in relation to the second MOSFET (T21) in the circuit arrangement (1) in such a way that a thermal coupling (19) is established between the first MOSFET (T11) and the first transistor (T12), as well as between the second MOSFET (T21) and the second transistor (T22).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltungsanordnung zur Stromverteilung. Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zur gleichmäßigen Aufteilung eines Stroms sowie die Verwendung der elektronischen Schaltungsanordnung in einer Schaltung zur Simulation einer Batterie.The invention relates to an electronic circuit arrangement for power distribution. The invention also relates to a method for the even distribution of a current and the use of the electronic circuit arrangement in a circuit for simulating a battery.

Es gibt viele Gründe Schaltelemente parallel zu betreiben. Ein Grund für eine Parallelschaltung beispielsweise von Transistoren ist es eine verbesserte Entwärmung zu erreichen. Voraussetzung dafür ist eine gleichmäßige Stromverteilung.There are many reasons for operating switching elements in parallel. One reason for connecting transistors in parallel, for example, is to achieve improved heat dissipation. A prerequisite for this is an even current distribution.

Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise die in den 1 a) und 1 b) gezeigten Grundschaltungen parallelgeschalteter Transistoren T1, T2, T3, T4 bekannt. Diese Schaltungen sind u.a. dazu geeignet, die Verlustleistung einen an einem Eingangsanschluss 6 anliegenden Strom nach einem Ausgangsanschluss 9 auf mehrere parallelgeschaltete Transistoren T1, T2, T3, T4 zu verteilen. Die in den 1 a) und b) gezeigten elektronischen Schaltungen verfügen jeweils über einen Anschluss 10 für eine Steuerspannung. Eine Parallelschaltung von Transistoren für eine Stromverteilung birgt jedoch immer die Herausforderung, Strom bzw. Verlustleistung möglichst gleichmäßig zu verteilen, damit einzelne Bauteile nicht überhitzen. Dies ist schaltungstechnisch zwar einfach machbar, z.B. indem man in jede Emitter- bzw. Source-Leitung einen Serienwiderstand R1, R2, R3, R4 einfügt. Dieser Serienwiderstand R1, R2, R3, R4 muss jedoch recht groß sein, um ein thermisches Durchgehen über weite Lastbereiche sicher zu verhindern. Hierdurch können sich jedoch Spannungsabfälle ergeben, die eine zusätzliche Verlustleistung schaffen und daher sich störend auf die Stromverteilung auswirken können. Anwendungen mit kleinen Spannungen bei hohen Strömen machen die Stromverteilung schwieriger als z.B. bei Audioendstufen.From the prior art, for example, in the 1 a) and 1 b) shown basic circuits of parallel transistors T1, T2, T3, T4 known. These circuits are suitable, inter alia, for distributing the power loss of a current present at an input connection 6 downstream of an output connection 9 over a plurality of transistors T1, T2, T3, T4 connected in parallel. The in the 1 a) and b) shown electronic circuits each have a connection 10 for a control voltage. However, a parallel connection of transistors for current distribution always involves the challenge of distributing the current or power loss as evenly as possible so that individual components do not overheat. In terms of circuitry, this is easily feasible, for example by inserting a series resistor R1, R2, R3, R4 in each emitter or source line. However, this series resistance R1, R2, R3, R4 must be quite large in order to reliably prevent thermal runaway over wide load ranges. However, this can result in voltage drops that create additional power loss and can therefore have a disruptive effect on the current distribution. Applications with low voltages at high currents make current distribution more difficult than, for example, with audio power amplifiers.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Stand der Technik weiterzubilden. Bevorzugt wird eine elektronische Schaltung angegeben, bei der mehrere MOSFETs parallelgeschaltet werden, um im vorwiegend linearen Betrieb der MOSFETs die maximale Verlustleistung bei einer gleichmäßigen Aufteilung des Stroms zu erhöhen. Als ein „linearer Betrieb“ oder auch als eine „lineare Betriebsart“ eines MOSFETs wird in Fachkreisen, wie auch in dem vorliegenden Kontext, eine Art und Weise einer Nutzung des MOSFETs bezeichnet, bei der der MOSFET durch eine vordefinierte Gate-Source-Spannung nicht voll durchgesteuert ist, oder anders ausgedrückt: Es weist der MOSFET im linearen Betrieb bei einem gegebenen Drain-Source-Strom eine signifikant höhere N-te Drain-Source-Spannung auf, als - insbesondere bei voll durchgesteuertem MOSFET - eine minimale beim gegebenen Drain-Source-Strom erzielbare M-te Drain-Source-Spannung.It is therefore the object of the present invention to further develop the prior art. An electronic circuit is preferably specified in which a plurality of MOSFETs are connected in parallel in order to increase the maximum power loss with an even distribution of the current in the predominantly linear operation of the MOSFETs. In professional circles, as well as in the present context, a "linear operation" or also as a "linear operating mode" of a MOSFET refers to a way of using the MOSFET in which the MOSFET is not limited by a predefined gate-source voltage is fully turned on, or to put it another way: In linear operation, the MOSFET has a significantly higher Nth drain-source voltage for a given drain-source current than - especially when the MOSFET is fully turned on - a minimum at the given drain Source current achievable Mth drain-source voltage.

Diese Aufgabe wird durch technische Gegenstände nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Technisch vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Zeichnungen.This object is solved by technical objects according to the independent claims. Technically advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims, the description and the drawings.

Gemäß einem Aspekt wird die technische Aufgabe der Erfindung durch eine elektronische Schaltungsanordnung zur gleichmäßigen Aufteilung eines Stroms gelöst, mit einem ersten MOSFET und einem zweiten MOSFET, wobei der erste MOSFET und der zweite MOSFET parallelgeschaltet sind, um einen an einem Eingangsanschluss anliegenden Strom nach einem Ausgangsanschluss der Schaltungsanordnung zu verteilen, wobei der Eingangsanschluss jeweils mit dem Drain-Anschluss des ersten MOSFET und mit dem Drain-Anschluss des zweiten MOSFET verbunden ist, die elektronische Schaltungsanordnung einen Anschluss für eine Steuerspannung umfasst, wobei die Steuerspannung am Gate-Anschluss des ersten MOSFET und am Gate-Anschluss des zweiten MOSFET anliegt, der erste MOSFET am Gate-Anschluss einen ersten Widerstand und der zweite MOSFET am Gate-Anschluss einen zweiten Widerstand umfasst, der Source-Anschluss des ersten MOSFET mit einem ersten Source-Widerstand und der Source-Anschluss des zweiten MOSFET mit einem zweiten Source-Widerstand verbunden sind, wobei der erste Source-Widerstand und der zweite Source-Widerstand mit dem Ausgangsanschluss der Schaltungsanordnung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung einen ersten Transistor umfasst, wobei die Basis des ersten Transistors mit dem Source-Anschluss des ersten MOSFET verbunden ist, die Schaltungsanordnung einen zweiten Transistor umfasst, wobei die Basis des zweiten Transistors mit dem Source-Anschluss des zweiten MOSFET verbunden ist, der Emitter-Anschluss des ersten Transistors und der Emitter-Anschluss des zweiten Transistors mit einer Stromquelle verbunden sind, der Kollektor-Anschluss des ersten Transistors mit dem Gate-Anschluss des ersten MOSFET und der Kollektor-Anschluss des zweiten Transistors mit dem Gate-Anschluss des zweiten MOSFET verbunden sind, wobei der erste Transistor und der zweite Transistor derart eingerichtet sind, den Strom durch den ersten MOSFET und den Strom durch den zweiten MOSFET auszugleichen, der erste Transistor in Bezug zum ersten MOSFET und der zweite Transistor in Bezug zum zweiten MOSFET derart in der Schaltungsanordnung angeordnet sind, dass zwischen dem ersten MOSFET und dem ersten Transistor eine thermische Kopplung hergestellt ist, ebenso zwischen dem zweiten MOSFET und dem zweiten Transistor, wobei der erste Transistor und der zweite Transistor derart eingerichtet sind, die Gatespannungen der zugehörigen MOSFETs basierend auf der thermischen Kopplung anzupassen.According to one aspect, the technical object of the invention is achieved by an electronic circuit arrangement for evenly dividing a current, having a first MOSFET and a second MOSFET, the first MOSFET and the second MOSFET being connected in parallel in order to direct a current present at an input connection to an output connection of the circuit arrangement, the input connection being connected to the drain connection of the first MOSFET and to the drain connection of the second MOSFET, the electronic circuit arrangement comprising a connection for a control voltage, the control voltage at the gate connection of the first MOSFET and applied to the gate terminal of the second MOSFET, the first MOSFET has a first resistor at the gate terminal and the second MOSFET has a second resistor at the gate terminal, the source terminal of the first MOSFET has a first source resistor and the source terminal of the second MOSFET are connected to a second source resistor, the first source resistor and the second source resistor being connected to the output terminal of the circuit arrangement, characterized in that the circuit arrangement comprises a first transistor, the base of the first transistor having the source connection of the first MOSFET is connected, the circuit arrangement comprises a second transistor, the base of the second transistor being connected to the source connection of the second MOSFET, the emitter connection of the first transistor and the emitter connection of the second transistor being connected to a current source are connected, the collector terminal of the first transistor is connected to the gate terminal of the first MOSFET and the collector terminal of the second transistor is connected to the gate terminal of the second MOSFET, the first transistor and the second transistor being arranged in such a way , to balance the current through the first MOSFET and the current through the second MOSFET, the first transistor in relation to the first MOSFET and the second transistor in relation to the second MOSFET are arranged in the circuit arrangement such that between the first MOSFET and the first transistor a thermal coupling is established, also between the second MOSFET and the second transistor, the first transistor and the second Transistor are set up in such a way to adjust the gate voltages of the associated MOSFETs based on the thermal coupling.

Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es, bei jedem MOSFET ein Transistor derart zu platzieren, dass der Transistor mit dem MOSFET thermisch gekoppelt ist. Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass die Transistoren auch als Temperaturfühler dienen und nicht nur der Strom, sondern auch die Temperatur zwischen den parallelgeschalteten MOSFETs ausgeglichen wird. Dabei kann die Schaltung mit sehr kleinen Source-Widerständen arbeiten, was den Spannungsverlust im voll durchgesteuerten Zustand verringert. Hierdurch kann die maximale Verlustleistung bei parallelgeschalteten MOSFETs erhöht werden.The basic idea of the present invention is to place a transistor in each MOSFET in such a way that the transistor is thermally coupled to the MOSFET. This achieves the technical advantage that the transistors also serve as temperature sensors and not only the current but also the temperature between the MOSFETs connected in parallel is balanced. The circuit can work with very small source resistances, which reduces the voltage drop when fully switched on. As a result, the maximum power loss for MOSFETs connected in parallel can be increased.

In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform der elektronischen Schaltungsanordnung umfasst der erste Transistor am Kollektor-Anschluss einen ersten Kondensator und der zweite Transistor umfasst am Kollektor-Anschluss einen zweiten Kondensator. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass das Verhalten bei höheren Frequenzen verbessert wird.In a technically advantageous embodiment of the electronic circuit arrangement, the first transistor has a first capacitor at the collector connection and the second transistor has a second capacitor at the collector connection. This achieves the technical advantage that the behavior at higher frequencies is improved.

In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform der elektronischen Schaltungsanordnung umfasst der erste Transistor am Kollektor-Anschluss eine erste Diode und der zweite Transistor umfasst am Kollektor-Anschluss eine zweite Diode. Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass ein Clampen negativer Gatespannungen vermieden wird. Unter dem Fachausdruck des „Clampens“ (abgeleitet aus dem engl. Wort „to clamp“ für „arretieren“ oder „feststellen“ oder „einklemmen“ etc.) ist in dem vorliegenden Kontext ein Vorgang zu verstehen, der innerhalb der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltungsanordnung unter vordefinierten Randbedingungen auftreten kann, und wobei an dem ersten MOSFET und/oder an dem zweiten MOSFET die jeweils anliegende/n Gate-Source-Spannung/en durch den/die MOSFET/MOSFETs umgebende/n Ansteuerungsschaltung/en in einem für die Anwendung gemäß der vorliegenden Offenbarung unbeabsichtigtem Umfang begrenzt wird/werden.In a technically advantageous embodiment of the electronic circuit arrangement, the first transistor has a first diode at the collector connection and the second transistor has a second diode at the collector connection. This achieves the technical advantage that clamping of negative gate voltages is avoided. The term "clamp" (derived from the English word "to clamp" for "lock" or "fix" or "clamp" etc.) is to be understood in the present context as a process within the electronic circuit arrangement according to the invention Predefined boundary conditions can occur, and wherein on the first MOSFET and / or on the second MOSFET the respective applied / n gate-source voltage / s through the / MOSFET / MOSFETs surrounding / n drive circuit / s in a for the application according to present disclosure is/are limited to unintended scope.

In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform der elektronischen Schaltungsanordnung umfasst der erste Transistor am Emitter-Anschluss einen dritten Widerstand und der zweite Transistor umfasst am Emitter-Anschluss einen vierten Widerstand. Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass der dritte Widerstand und der vierte Widerstand, die an sich exponentielle Spannungs-Strom-Kennlinie der Basis-Emitter-Strecke von dem ersten Transistor und dem zweiten Transistor etwas linearisiert. Hierdurch kann die Wirksamkeit der Korrektur dosiert werden.In a technically advantageous embodiment of the electronic circuit arrangement, the first transistor has a third resistor at the emitter connection and the second transistor has a fourth resistor at the emitter connection. This achieves the technical advantage that the third resistor and the fourth resistor somewhat linearizes the inherently exponential voltage-current characteristic of the base-emitter path of the first transistor and the second transistor. This allows the effectiveness of the correction to be dosed.

In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform der elektronischen Schaltungsanordnung sind der erste Transistor und der zweite Transistor Bipolartransistoren.In a technically advantageous embodiment of the electronic circuit arrangement, the first transistor and the second transistor are bipolar transistors.

In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform der elektronischen Schaltungsanordnung sind der erste MOSFET und der erste Transistor mittels eines wärmeleitenden Mediums thermisch miteinander verbunden, ebenso der zweite MOSFET und der zweite Transistor. Mittels eines wärmeleitenden Mediums kann die thermische Kopplung zwischen den Transistoren sichergestellt werden.In a technically advantageous embodiment of the electronic circuit arrangement, the first MOSFET and the first transistor are thermally connected to one another by means of a heat-conducting medium, as are the second MOSFET and the second transistor. The thermal coupling between the transistors can be ensured by means of a thermally conductive medium.

In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform der elektronischen Schaltungsanordnung ist das wärmeleitende Medium eine Leiterbahn einer gemeinsamen Leiterplatte.In a technically advantageous embodiment of the electronic circuit arrangement, the heat-conducting medium is a conductor track on a common circuit board.

In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform der elektronischen Schaltungsanordnung sind mehr als zwei MOSFETs parallelgeschaltet. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf zwei parallelgeschaltete MOSFETs begrenzt. Es können eine Mehrzahl von MOSFETs parallelgeschaltet und mittels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung die maximale Verlustleistung erhöht werden.In a technically advantageous embodiment of the electronic circuit arrangement, more than two MOSFETs are connected in parallel. The present invention is not limited to two MOSFETs connected in parallel. A plurality of MOSFETs can be connected in parallel and the maximum power loss can be increased by means of the circuit arrangement according to the invention.

In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform der elektronischen Schaltungsanordnung umfasst die elektronische Schaltungsanordnung eine zweite elektronische Schaltungsanordnung, wobei die zweite elektronische Schaltungsanordnung einer Spiegelung der ersten elektronischen Schaltungsanordnung entspricht, wobei bei der gespiegelten zweiten elektronischen Schaltungsanordnung die Dotierungen der Transistoren umgekehrt sind, die Durchlassrichtung von Dioden umgekehrt ist, und die Spannungen und Ströme negiert sind, wobei die erste elektronische Schaltungsanordnung und die zweite elektronische Schaltungsanordnung einen gemeinsamen Ausgangsanschluss mit gemeinsamen Source-Widerständen umfasst, oder einen gemeinsamen Ausgangsanschluss mit separaten Source-Widerständen für die erste elektronische Schaltungsanordnung und die zweite elektronische Schaltungsanordnung umfasst.In a technically advantageous embodiment of the electronic circuit arrangement, the electronic circuit arrangement comprises a second electronic circuit arrangement, the second electronic circuit arrangement corresponding to a mirroring of the first electronic circuit arrangement, the doping of the transistors being reversed in the mirrored second electronic circuit arrangement, and the forward direction of diodes being reversed , and the voltages and currents are negated, wherein the first electronic circuit arrangement and the second electronic circuit arrangement comprises a common output connection with common source resistances, or a common output connection with separate source resistances for the first electronic circuit arrangement and the second electronic circuit arrangement.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird die technische Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren zur gleichmäßigen Aufteilung eines Stroms gelöst, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte:

- Bereitstellen einer elektronische Schaltungsanordnung mit einer im vorherigen Text beschriebenen erfinderischen Merkmalskombination,
- Ausgleichen eines am Eingangsanschluss anliegenden Stroms nach einem Ausgangsanschluss mittels des ersten MOSFETs und des zweiten MOSFETs, wobei die Gatespannung des ersten MOSFET mittels des ersten Transistors und die Gatespannung des zweiten MOSFET mittels des zweiten Transistors angepasst wird, wobei durch eine thermische Kopplung zwischen dem ersten MOSFET und dem ersten Transistor und einer thermischen Kopplung zwischen dem zweiten MOSFET und dem zweiten Transistor, der Strom zusätzlich bei einer Ungleichheit der Temperatur zwischen dem ersten MOSFET und dem zweiten MOSFET ausbalanciert wird.

According to a further aspect, the technical problem of the invention is solved by a method for evenly dividing a stream, the method comprising the following steps:

- Providing an electronic circuit arrangement with an inventive combination of features described in the previous text,
- Compensation of a current present at the input terminal after an output terminal by means of the first MOSFET and the second MOSFET, the gate voltage of the first MOSFET being adjusted by means of the first transistor and the gate voltage of the second MOSFET by means of the second transistor, with thermal coupling between the first MOSFET and the first transistor and a thermal coupling between the second MOSFET and the second transistor, the current is additionally balanced in the event of a disparity in temperature between the first MOSFET and the second MOSFET.

Auch betrifft die Erfindung die Verwendung der zuvor beschriebenen elektronischen Schaltungsanordnung zur gleichmäßigen Aufteilung eines Stroms und einer temperaturabhängigen Ausbalancierung des Stroms gemäß dem Verfahren in einer Schaltung zur Simulation einer Batterie. Die Erfindung ist hilfreich, wenn mehrere MOSFETs parallelgeschaltet werden, um im linearen Betrieb die maximale Verlustleistung zu erhöhen. Dies kann beispielsweise bei einem Batteriezellen-Simulation-Board eingesetzt werden. Eine simulierte Batteriezelle kann dabei sowohl Energie abgeben wie auch aufnehmen. Im letzteren Fall wird diese Energie im Simulator in Wärme umgesetzt.The invention also relates to the use of the electronic circuit arrangement described above for the even distribution of a current and a temperature-dependent balancing of the current according to the method in a circuit for simulating a battery. The invention is helpful when several MOSFETs are connected in parallel in order to increase the maximum power loss in linear operation. This can be used in a battery cell simulation board, for example. A simulated battery cell can both release and absorb energy. In the latter case, this energy is converted into heat in the simulator.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are described in more detail below.

Es zeigen:

1 zwei Schaltbilder zweier Transistorschaltungen aus dem Stand der Technik, wobei Fig. a) ein Schaltbild mit zwei parallelgeschalteten bipolaren Transistoren und 1 b) ein Schaltbild mit zwei parallelgeschalteten MOSFETs zeigt,
2 ein Schaltbild einer elektronischer Schaltungsanordnung zur Aufteilung eines Stroms gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 ein Schaltbild einer elektronischer Schaltungsanordnung zum Aufteilen eines Stroms gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur gleichmäßigen Aufteilung eines Stroms gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Show it:

1 two circuit diagrams of two transistor circuits from the prior art, with Fig. a) a circuit diagram with two parallel-connected bipolar transistors and 1 b) shows a circuit diagram with two MOSFETs connected in parallel,
2 a circuit diagram of an electronic circuit arrangement for dividing a current according to an embodiment of the invention,
3 a circuit diagram of an electronic circuit arrangement for dividing a current according to a further exemplary embodiment of the invention,
4 a flowchart of a method for evenly dividing a stream according to an embodiment of the invention.

Die 1 a) und 1 b) zeigen zwei Schaltbilder zweier Transistorschaltungen aus dem Stand der Technik und wurden bereits im einleitenden Teil der Beschreibung beschrieben.The 1 a) and 1 b) show two circuit diagrams of two transistor circuits from the prior art and have already been described in the introductory part of the description.

Die 2 zeigt ein Schaltbild einer elektronischer Schaltungsanordnung 1 zur gleichmäßigen Aufteilung eines Stroms gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Grundgedanke ist, den Strom von einem Eingangsanschluss 6 der Schaltung nach einem Ausgangsanschluss 9 der Schaltung auf die MOSFETs T11 und T21 zu verteilen. Zur Vereinfachung sind in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels nur zwei parallelgeschaltete MOSFETs T11 und T21 gezeigt. Die erfindungsgemäße Idee kann jedoch auf mehr als zwei parallelgeschalteter MOSFETs ausgeweitet werden. Jeder der in 2 gezeigten MOSFETs T11, T21 hat einen Source-Widerstand R13 bzw. R23, und einen Transistor T12 bzw. T22. Die Transistoren T12, T22 sind dabei derart bezüglich ihrem jeweiligen MOSFET T11, T21 platziert, dass die Transistoren T12, T22 der Temperatur des jeweiligen MOSFETs T11, T21 möglichst gut folgen können. Dies wird durch eine thermische Kopplung zwischen dem ersten MOSFET T11 und dem ersten Transistor T12 und einer thermischen Kopplung 19, ebenso zwischen dem zweiten MOSFET T21 und dem zweiten Transistor T22 sichergestellt. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist für die thermische Kopplung 19 ein wärmeleitendes Medium vorgesehen. Beispielsweise können Leiterbahnen einer gemeinsam genutzten Platine als wärmeleitendes Medium verwendet werden. Der Emitter-Anschluss 22 des ersten Transistors T12 und der Emitter-Anschluss 23 des zweiten Transistors T22 sind mit einer Stromquelle 2 verbunden. Die Stromquelle 2 ist beispielsweise auf 1mA pro MOSFET T11, T21 dimensioniert, so dass über die Widerstände R11, R21 im Mittel knapp 1V abfällt. Die Steuerspannung 10 ist also etwa 1V höher als der Mittelwert der Gatespannungen. Im Idealfall fließt durch die Widerstände R13 und R23 jeweils exakt die Hälfte des Gesamtstroms. Dadurch sind auch identische Strom- und Spannungsverhältnisse an R12/R22, T12/T22, und R11/R21. Ferner haben im Idealfall T11 und T21 sowie T12 und T22 die gleiche Temperatur. Wird die Balance nun gestört, z.B. T11 durch Bauteilstreuung höher belastet, erhöht sich die Basisspannung von T12. Damit erhöht sich auch der Strom durch R12 und R11, während der Strom durch R22 und R21 sinkt. Die Gatespannung sinkt bei T11 und steigt bei T21, und damit wird der Strom durch T11 und T21 ausgeglichen. Dieser Ausgleich wird nicht perfekt sein, sondern eher einem P-Regelverhalten mit einer relativ niedrigen Verstärkung entsprechen. Nun haben ungleiche Ströme durch T11 und T21 auch ungleiche Temperaturen zur Folge, die sich auch auf T12 und T22 übertragen. Die Basis-Emitter-Spannung von T12 bzw. T22 sinkt bei Erwärmung um etwa 2.1 mV/K. Das führt wiederum zu einem Absenken der Gatespannung des zugehörigen MOSFETs T11, T21 und damit zu einer Entlastung. Die Schaltungsanordnung 1 balanciert also nicht nur den Strom zwischen parallelgeschalteten MOSFETs T11, T21, sondern vor allem die Temperatur. Das ist vor allem nützlich, falls ein MOSFET T11, T21 eine schlechtere Anbindung beispielsweise an einen Kühlkörper hat. Anstelle des sonst zu befürchtenden thermischen Durchgehens (fachsprachlich „Thermal Runaway“) wird dieser MOSFET durch die elektronische Schaltungsanordnung 1 gezielt entlastet. Beispielsweise können in einem Ausführungsbeispiel fünf parallelgeschaltete MOSFETs T11, T21, ... für insgesamt 20 A Nennstrom vorgesehen sein. Die Widerstände R13 und R23 können beispielsweise mit 15 mΩ dimensioniert sein. Im Idealfall führt jeder MOSFET T11, T21 4 A und auf die Widerstände R13, R23 fallen 60 mV ab. Wird nun einer der Transistor T12, T22 um 10 °C wärmer, reduziert sich seine Basis-Emitter-Spannung um 21 mV, was am MOSFET T11, T21 in erster Näherung eine Entlastung von gut 1A bringt. Die in 2 am Kollektor-Anschluss 24 des erste Transistors T12 und am Kollektor-Anschluss 25 des zweiten Transistors T22 gezeigten Kondensatoren C11, C21 verbessern das Verhalten bei höheren Frequenzen. Die Dioden D11 und D21 vermeiden das „Clampen“ (siehe hierzu obige Begriffserklärung) negativer Gatespannungen. Die Widerstände R12 und R22 linearisieren etwas die an sich exponentielle Spannungs-Strom-Kennlinie der Basis-Emitter-Strecke T12 bzw. T22. Sie erlauben damit auch, die Wirksamkeit der Korrektur zu dosieren.The 2 shows a circuit diagram of an electronic circuit arrangement 1 for the equal distribution of a current according to a first exemplary embodiment of the invention. The basic idea is to distribute the current from an input terminal 6 of the circuit to an output terminal 9 of the circuit to the MOSFETs T11 and T21. For simplification, in the in 2 shown embodiment shown only two parallel-connected MOSFETs T11 and T21. However, the idea according to the invention can be extended to more than two MOSFETs connected in parallel. Everyone in 2 MOSFETs T11, T21 shown has a source resistor R13 or R23, and a transistor T12 or T22. The transistors T12, T22 are placed in relation to their respective MOSFET T11, T21 in such a way that the transistors T12, T22 can follow the temperature of the respective MOSFET T11, T21 as well as possible. This is ensured by a thermal coupling between the first MOSFET T11 and the first transistor T12 and a thermal coupling 19, also between the second MOSFET T21 and the second transistor T22. In an exemplary embodiment of the invention, a thermally conductive medium is provided for the thermal coupling 19 . For example, traces of a shared circuit board can be used as the thermally conductive medium. The emitter connection 22 of the first transistor T12 and the emitter connection 23 of the second transistor T22 are connected to a current source 2 . The current source 2 is dimensioned, for example, for 1 mA per MOSFET T11, T21, so that an average of just under 1 V drops across the resistors R11, R21. The control voltage 10 is therefore about 1V higher than the mean value of the gate voltages. In the ideal case, exactly half of the total current flows through the resistors R13 and R23. This means that the current and voltage ratios at R12/R22, T12/T22 and R11/R21 are identical. Furthermore, in the ideal case, T11 and T21 as well as T12 and T22 have the same temperature. If the balance is now disturbed, eg T11 is subjected to a higher load due to component scatter, the base voltage of T12 increases. This also increases the current through R12 and R11 while the current through R22 and R21 decreases. The gate voltage decreases at T11 and increases at T21, and thus the current through T11 and T21 is balanced. This balance will not be perfect, but rather corresponds to a P control behavior with a relatively low gain. Now, unequal currents through T11 and T21 also result in unequal temperatures, which are also transferred to T12 and T22. The base-emitter voltage of T12 or T22 drops by about 2.1 mV/K when heated. This in turn leads to a drop in the gate voltage of the associated MOSFET T11, T21 and thus to a relief. The circuit arrangement 1 not only balances the current between parallel connected ten MOSFETs T11, T21, but above all the temperature. This is particularly useful if a MOSFET T11, T21 has a poor connection to a heat sink, for example. Instead of the otherwise feared thermal runaway (technically “thermal runaway”), this MOSFET is specifically relieved by the electronic circuit arrangement 1 . For example, in one embodiment, five MOSFETs T11, T21, . . . connected in parallel can be provided for a total of 20 A nominal current. The resistors R13 and R23 can be dimensioned with 15 mΩ, for example. In the ideal case, each MOSFET T11, T21 carries 4 A and resistors R13, R23 drop 60 mV. If one of the transistors T12, T22 is now 10° C. warmer, its base-emitter voltage is reduced by 21 mV, which in a first approximation results in a load reduction of a good 1A on the MOSFET T11, T21. In the 2 Capacitors C11, C21 shown at the collector connection 24 of the first transistor T12 and at the collector connection 25 of the second transistor T22 improve the behavior at higher frequencies. The diodes D11 and D21 prevent the "clamping" (see above definition of terms) of negative gate voltages. The resistors R12 and R22 somewhat linearize the inherently exponential voltage-current characteristic of the base-emitter path T12 and T22, respectively. They also allow the effectiveness of the correction to be dosed.

Die 3 zeigt ein Schaltbild einer elektronischer Schaltungsanordnung 1 zum Aufteilen eines Stroms gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die in 2 gezeigte elektronische Schaltungsanordnung 1 ist in dem 3 gezeigten Ausführungsbeispiel gespiegelt dargestellt. Gespiegelt bedeutet in diesem Zusammenhang, dass eine zweite elektronische Schaltungsanordnung 3 vorgesehen ist, wobei NPN-Transistoren gegen PNP-Transistoren sowie N-MOSFETs gegen P-MOSFETs getauscht werden, Dioden umgedreht werden, und Spannungen und Ströme negiert werden. In 3 ist die Kombination der Schaltungsanordnung aus 2 und der gespiegelten Schaltung 3 mit je zwei parallelgeschalteten MOSFETs T11, T21, T13, T16 gezeigt. Die in 3 gezeigte Schaltungsanordnung 1, 3 umfasst einen Eingangsanschluss 7 sowie einen Steueranschluss 11 für einen negativen Zweig der Schaltungsanordnung 3 und einen Eingangsanschluss 8 sowie einen Steueranschluss 12 für einen positiven Zweig der Schaltungsanordnung 1. Der negative und der positive Zweig nutzen in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel gemeinsame Source-Widerstände R13, R23. In einem Ausführungsbeispiel kann es auch vorgesehen sein, dass die erste elektronische Schaltungsanordnung 1 und die zweite elektronische Schaltungsanordnung 3 einen gemeinsamen Ausgangsanschluss 9 mit separaten Source-Widerständen R13, R23 für die erste elektronische Schaltungsanordnung 1 und die zweite elektronische Schaltungsanordnung 3 aufweist. Der negative und der positive Zweig umfassen jeweils eine Stromquelle 4, 5. Die Stromquellen 4, 5 werden aus Spannungen versorgt, die die Spannung am Ausgangsanschluss 9 hinreichend übersteigen müssen, z.B. gegen den Eingangsanschluss 7, 8. Die Stromquellen 4, 5 müssen ausreichend sein, und den Verstellbereich der Gatespannungen zum Balancieren sicher abzudecken. Dabei bedeutet „hinreichend“ oder „ausreichend“, dass die Stromquelle (4) von einer so hohen positiven Spannung, und die Stromquelle (5) von einer betragsmäßig so großen negativen Spannung bespeist wird, dass für jede am Ausgang (9) auszugebende Spannung mit allen zu erwartenden Streuungen der Bauteile der Zustand erreichbar ist, in dem alle MOSFETs im M-ten Zustand sind, also die MOSFETs voll durchsteuerbar sind. The 3 shows a circuit diagram of an electronic circuit arrangement 1 for dividing a current according to a further exemplary embodiment of the invention. In the 2 Electronic circuit arrangement 1 shown is in the 3 shown embodiment shown mirrored. In this context, mirrored means that a second electronic circuit arrangement 3 is provided, NPN transistors being exchanged for PNP transistors and N-MOSFETs for P-MOSFETs, diodes being reversed and voltages and currents being negated. In 3 is the combination of circuitry from 2 and the mirrored circuit 3, each with two parallel-connected MOSFETs T11, T21, T13, T16. In the 3 Circuit arrangement 1, 3 shown comprises an input terminal 7 and a control terminal 11 for a negative branch of the circuit arrangement 3 and an input terminal 8 and a control terminal 12 for a positive branch of the circuit arrangement 1. The negative and the positive branch use in the in 3 shown embodiment common source resistors R13, R23. In one embodiment it can also be provided that the first electronic circuit arrangement 1 and the second electronic circuit arrangement 3 have a common output connection 9 with separate source resistors R13, R23 for the first electronic circuit arrangement 1 and the second electronic circuit arrangement 3. The negative and the positive branch each comprise a current source 4, 5. The current sources 4, 5 are supplied from voltages which must sufficiently exceed the voltage at the output terminal 9, eg against the input terminal 7, 8. The current sources 4, 5 must be sufficient , and to safely cover the adjustment range of the gate voltages for balancing. "Sufficient" or "sufficient" means that the power source (4) is supplied with such a high positive voltage and the power source (5) with such a large negative voltage that for each voltage to be output at the output (9) with with all the expected scattering of the components, the state can be reached in which all MOSFETs are in the Mth state, i.e. the MOSFETs are fully controllable.

4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur gleichmäßigen Aufteilung eines Stroms gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Verfahren startet in Schritt S1 mit dem Bereitstellen einer elektronische Schaltungsanordnung 1 wie zuvor beschrieben. In Schritt S2 wird ein am Eingangsanschluss 6 anliegende Strom nach einem Ausgangsanschluss 9 mittels des ersten MOSFETs T11 und des zweiten MOSFETs T21 ausgeglichen. Die Gatespannung 14 des ersten MOSFETs T11 wird dabei mittels des ersten Transistors T12 und die Gatespannung 17 des zweiten MOSFETs T21 mittels des zweiten Transistors T22 angepasst. In Schritt S3 wird aufgrund der thermischen Kopplung 19 zwischen dem ersten MOSFET T11 und dem ersten Transistor T12 und der thermischen Kopplung 19 zwischen dem zweiten MOSFET T21 und dem zweiten Transistor T22, der Strom zusätzlich bei einer Ungleichheit der Temperatur zwischen dem ersten MOSFET T11 und dem zweiten MOSFET T21 ausbalanciert. 4 FIG. 12 shows a flowchart of a method for dividing a stream evenly according to an exemplary embodiment of the invention. The method starts in step S1 with the provision of an electronic circuit arrangement 1 as previously described. In step S2, a current present at the input connection 6 is equalized after an output connection 9 by means of the first MOSFET T11 and the second MOSFET T21. The gate voltage 14 of the first MOSFET T11 is adjusted using the first transistor T12 and the gate voltage 17 of the second MOSFET T21 is adjusted using the second transistor T22. In step S3, due to the thermal coupling 19 between the first MOSFET T11 and the first transistor T12 and the thermal coupling 19 between the second MOSFET T21 and the second transistor T22, the current is additionally increased if the temperature between the first MOSFET T11 and the second MOSFET T21 balanced.

Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren, auch wenn diese zu unterschiedlichen Ausführungsformen beschrieben worden sind.All of the features explained in connection with individual embodiments of the invention can be provided in different combinations in the subject matter according to the invention in order to simultaneously realize their advantageous effects, even if they have been described for different embodiments.

Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Patentansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.The scope of protection of the present invention is given by the patent claims and is not limited by the features explained in the description or shown in the figures.

BezugszeichenlisteReference List

11: Elektronische SchaltungsanordnungElectronic Circuitry
22: Stromquellepower source
33: zweite elektronische Schaltungsanordnungsecond electronic circuit arrangement
44: Stromquelle negativer Zweigpower source negative branch
55: Stromquelle positiver ZweigPower source positive branch
66: Eingangsanschlussinput port
77: Eingangsanschluss negativer ZweigInput terminal negative branch
88th: Eingangsanschluss positiver ZweigInput connection positive branch
99: Ausgangsanschlussoutput port
1010: Steueranschlusscontrol port
1111: Steueranschluss negativer ZweigControl connection negative branch
1212: Steueranschluss positiver ZweigControl connection positive branch
1313: Source-Anschluss erster MOSFETSource connection of first MOSFET
1414: Gate-Anschluss erster MOSFETGate connection of first MOSFET
1515: Drain-Anschluss erster MOSFETDrain connection of first MOSFET
1616: Source-Anschluss zweiter MOSFETSource connection of second MOSFET
1717: Gate-Anschluss zweiter MOSFETGate connection of second MOSFET
1818: Drain-Anschluss zweiter MOSFETDrain connection of second MOSFET
1919: thermische Kopplungthermal coupling
2020: Basis erster TransistorBase of first transistor
2121: Basis zweiter TransistorBase of second transistor
2222: Emitter-Anschluss erster TransistorEmitter connection of first transistor
2323: Emitter-Anschluss zweiter TransistorEmitter connection of second transistor
2424: Kollektor-Anschluss erster TransistorCollector connection of first transistor
2525: Kollektor-Anschluss zweiter TransistorCollector connection of second transistor
R1R1: WiderstandResistance
R2R2: WiderstandResistance
T1T1: bipolarer Transistorbipolar transistor
T2T2: bipolarer Transistorbipolar transistor
R3R3: WiderstandResistance
R4R4: WiderstandResistance
T3T3: MOSFETMOSFET
T4T4: MOSFETMOSFET
R11R11: erster Widerstandfirst resistance
R12R12: dritter Widerstandthird resistance
R13R13: Source-Widerstandsource resistance
R14R14: WiderstandResistance
R15R15: WiderstandResistance
R21R21: zweiter Widerstandsecond resistance
R22R22: vierter Widerstandfourth resistance
R23R23: Source-Widerstandsource resistance
R24R24: WiderstandResistance
R25R25: WiderstandResistance
D11D11: Diodediode
D12D12: Diodediode
D21D21: Diodediode
D22D22: Diodediode
C11C11: Kondensatorcapacitor
C12C12: Kondensatorcapacitor
C21C21: Kondensatorcapacitor
C22C22: Kondensatorcapacitor
T11T11: erster MOSFETfirst MOSFET
T12T12: erster bipolarer Transistorfirst bipolar transistor
T13T13: dritter MOSFETthird MOSFET
T14T14: dritter bipolarer Transistorthird bipolar transistor
T15T15: vierter bipolarer Transistorfourth bipolar transistor
T16T16: vierter MOSFETfourth MOSFET
T21T21: zweiter MOSFETsecond MOSFET
T22T22: zweiter bipolarer Transistorsecond bipolar transistor
S1S1: Bereitstellen elektronische SchaltungsanordnungProvide electronic circuitry
S2S2: Ausgleichen eines Stromsbalancing a current
S3S3: Ausbalancieren einer Temperaturbalancing a temperature

Claims

Electronic circuit arrangement (1) for evenly dividing a current with a first MOSFET (T11) and a second MOSFET (T21), the first MOSFET (T11) and the second MOSFET (T21) being connected in parallel in order to to distribute the current present to an output connection (9) of the circuit arrangement (1), the input connection (6) being connected in each case to the drain connection (15) of the first MOSFET (T11) and to the drain connection (18) of the second MOSFET ( T21) is connected, the electronic circuit arrangement (1) comprises a connection for a control voltage (10), the control voltage at the gate connection (14) of the first MOSFET (T11) and at the gate connection (17) of the second MOSFET (T21 ) is present, the first MOSFET (T11) comprises a first resistor (R11) at the gate connection (14) and the second MOSFET (T21) comprises a second resistor (R21) at the gate connection (17), the source connection (13 ) of the first MOSFET (T11) are connected to a first source resistor (R13) and the source terminal (16) of the second MOSFET (T21) is connected to a second source resistor (R23), the first source resistor (R13 ) and the second source cons Stand (R23) are connected to the output connection (9) of the circuit arrangement (1), the circuit arrangement (1) comprising a first transistor (T12), and the base (20) of the first transistor (T12) being connected to the source connection (13) of the first MOSFET (T11), the circuit arrangement comprises a second transistor (T22), the base (21) of the second transistor (T22) being connected to the source terminal (16) of the second MOSFET (T21). , the emitter connection (22) of the first transistor (T12) and the emitter connection (23) of the second transistor (T22) are connected to a current source (2), the collector connection (24) of the first transistor (T12) connected to the gate terminal (14) of the first MOSFET (T11) and the collector terminal (25) of the second transistor (T22) to the gate terminal (17) of the second MOSFET (T21), the first transistor ( T12) and the second transistor (T22) are set up in such a way to balance the current through the first MOSFET (T11) and the current through the second MOSFET (T21), the first transistor (T12) in relation to the first MOSFET (T11) and the second transistor (T22) are arranged in relation to the second MOSFET (T21) in the circuit arrangement such that a thermal coupling (19) is produced between the first MOSFET (T11) and the first transistor (T12), likewise between the second MOSFET ( T21) and the second transistor (T22), wherein the first transistor (T12) and the second transistor (T22) are set up in such a way that the gate voltages of the associated MOSFETs (T11, T21) are adapted based on the thermal coupling (19).

Electronic circuit arrangement (1) after claim 1 , characterized in that the first transistor (T12) at the collector terminal (24) comprises a first capacitor (C11) and the second transistor (T22) at the collector terminal (25) comprises a second capacitor (C21).

Electronic circuit arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first transistor (T12) at the collector connection (24) comprises a first diode (D11) and the second transistor (T22) at the collector connection (25) a second diode (D21).

Electronic circuit arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first transistor (T12) comprises a third resistor (R12) at the emitter connection and the second transistor (T22) comprises a fourth resistor (R22) at the emitter connection .

Electronic circuit arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first transistor (T12) and the second transistor (T22) are bipolar transistors.

Electronic circuit arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first MOSFET (T11) and the first transistor (T12) are thermally connected to one another by means of a thermally conductive medium (19), as are the second MOSFET (T21) and the second Transistor (T22).

Electronic circuit arrangement according to claim 6 , characterized in that the thermally conductive medium is a conductor track of a common circuit board.

Electronic circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that more than two MOSFETs (T11, T21) are connected in parallel.

Electronic circuit arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic circuit arrangement (1) comprises a second electronic circuit arrangement (3), the second electronic circuit arrangement (3) corresponding to a mirroring of the first electronic circuit arrangement (1), wherein in the mirrored second electronic circuit arrangement (3) the dopings of the transistors (T11, T12, T21, T22, T13, T14, T15, T16) are reversed, the forward direction of diodes (D11, D21, D12, D22) is reversed, and the voltages and currents are negated, the first electronic circuit arrangement (1) and the second electronic circuit arrangement (3) comprising a common output connection (9) with common source resistors (R13, R23), or a common output connection (9) with separate ones Source resistors (R13, R23) for the first electronic circuit arrangement (1) and the second electronic circuit arrangement (3).

Method for evenly dividing a current, the method comprising the following steps: - providing an electronic circuit arrangement (1, 3) according to one of the preceding claims, - equalizing a current present at the input connection (6) to an output connection (9) by means of the first MOSFET (T11) and the second MOSFET (T21), wherein the gate voltage (14) of the first MOSFET (T11) by means of the first transistor (T12) and the gate voltage (17) of the second MOSFET (T21) by means of the two th transistor (T22) is adjusted, with a thermal coupling (19) between the first MOSFET (T11) and the first transistor (T12) and a thermal coupling (19) between the second MOSFET (T21) and the second transistor (T22 ), the current is additionally balanced in the event of an inequality in temperature between the first MOSFET (T11) and the second MOSFET (T21).

Use of the electronic circuit arrangement (1) according to one of the preceding claims 1 until 9 for dividing a current equally and balancing the current as a function of temperature according to the method claim 10 in a circuit simulating a battery.