DE19702136A1 - Elektronischer Leistungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Leistungsschalter mit einem N-Kanal-Leistungs-MosFet laut Oberbegriff des Hauptanspruches.

Leistungsschalter dieser Art sind bekannt. Sie besitzen ge­ genüber Leistungsschaltern mit P-Kanal-Leistungs-MosFet's den Vorteil eines geringen Einschaltwiderstandes von beispiels­ weise nur 8 mΩ und eines geringeren Preises. Zur Ansteuerung solcher N-Kanal-Leistungs-MosFet's muß an das Gate eine Span­ nung angelegt werden, die um 10 bis 18 V über dem Source-Po­ tential liegt. Wenn diese Steuerspannung von der gleichen Spannungsquelle erzeugt werden soll, die auch dem Leistungs­ schalter zum Schalten zugeführt wird, muß eine entsprechende Spannungsvervielfachung vorgenommen werden. Die bisher hier­ für angebotenen Spannungsvervielfacher in Form von integrier­ ten Schaltkreisen besitzen relativ hohen Eigenstrombedarf und sind teuer.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen elektronischen Lei­ stungsschalter dieser Art zu schaffen, bei dem die Gate-Steuerspannung einfach und preiswert ohne zusätzlichen Strom­ verbrauch der Gesamtschaltung erzeugt wird.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem elektronischen Lei­ stungsschalter laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Eine besondere vor­ teilhafte Weiterbildung ergibt sich aus dem Unteranspruch.

Beim erfindungsgemäßen Leistungsschalter wird die für die Speisung des Spannungsvervielfachers erforderliche Wechsels­ pannung unmittelbar vom Taktgenerator eines Mikrokontrollers abgeleitet. Solche Mikrokontroller mit integriertem Taktgene­ rator sind zwischenzeitlich sehr preisgünstig und stromspa­ rend erhältlich und eignen sich daher besonders gut für die­ sen Zweck. Besonders vorteilhaft ist es, wenn für diesen Zweck der Taktgenerator eines in der Schaltung bereits vor­ handenen Mikrokontrollers benutzt wird, der für die Erfüllung anderer Aufgaben in der Schaltung benutzt wird, in welcher der Leistungsschalter betrieben werden soll. In diesem Fall ist es nur erforderlich zwei freie Ausgangsanschlüsse des vorhandenen Mikrokontrollers und einen geringen Anteil an Re­ chenzeit vom Mikrokontroller für den erfindungsgemäßen Zweck zu nutzen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die Fig. zeigt einen elektronischen Leistungsschalter T1 in Form eines N-Kanal-Leistungs-MosFet's mit einem Drain-Source-Wi­ derstand von beispielsweise nur 8 mΩ, der bei einem Last­ strom von beispielsweise 10 A nur einen Spannungsabfall von 80 mV erzeugt. Der Leistungsschalter T1 ist zwischen einer Spannungsquelle 1 und einer Last 2 geschaltet, das Source-Po­ tential des Transistors T1 entspricht also dem Plus-Potenti­ al der Spannungsquelle 1.

Die Steuerspannung für den Gate-Anschluß des Transistors T1 wird über eine bekannte Spannungsvervielfacherschaltung mit einem Transistor T3, den Kondensatoren C1 und C2, den Dioden D3 und D4 sowie den Widerständen R1 bis R6 kosten- und strom­ sparend erzeugt. Die beiden Zehnerdioden D1 und D2 verhindern eine Beschädigung des Transistors T1 durch zu hohe Gate-Span­ nungen. Mit dem Transistor T2 kann der Leistungs-MosFet T1 wieder abgeschaltet werden. Der Spannungsvervielfacher wird über die Taktfrequenz eines Mikrokontrollers 3 gesteu­ ert, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel für die Erfül­ lung anderer Aufgaben in der nicht näher dargestellten Schal­ tung, in welcher der Leistungsschalter T1 benutzt wird, vor­ gesehen ist. Die an den beiden Anschlüssen 4 und 5 des Mikro­ kontrollers erzeugte Wechselspannung wird unmittelbar von der Taktfrequenz des im Mikrokontroller integrierten Taktgenera­ tors 6 abgeleitet, beispielsweise durch entsprechende Fre­ quenzteilung oder Frequenzvervielfachung, je nach Anforderung an die den Spannungsvervielfacher steuernde Wechselspannung.

Durch Ansteuerung des Transistors T2 wird das Gate des Tran­ sistors T1 gegen Masse gezogen, T1 wird gesperrt, die Zehner­ diode D2 schützt das Gate vor zu hoher Source-Spannung. Bei nicht angesteuertem Transistor T2 wird der Gate-Anschluß des Transistors T1 mit der durch den Spannungsvervielfacher er­ zeugten und gegenüber der Ausgangsspannung der Spannungsquel­ le 1 um etwa 10 bis 18 V höheren Steuerspannung angesteuert.

Der Transistor T3 wird über die im Mikrokontroller erzeugte Wechselspannung periodisch geschaltet. Solange T3 angesteuert ist wird der Kondensator C2 über die Diode D3 auf den durch den Spannungsteiler R3 bis R6 reduzierten Wert der Eingangs­ spannung aufgeladen. Wenn T3 nicht mehr angesteuert ist wird die negativ geladene Seite des Kondensator C2 mit Hilfe von R3 an die positive Versorgungsspannung geklemmt. Die Diode D3 wird dann gesperrt und D4 wird leitend und läßt die Ladung des Kondensators über R2 und R1 auf den Kondensator C1 flie­ ßen. Dadurch entsteht am Gate des Transistors T1 eine höhere Spannung als die Eingangsspannung. Durch periodische Wieder­ holung werden die Leckströme ausgeglichen und der Transistor T1 kann dauerhaft eingeschaltet bleiben.

Claims (2)

1. Elektronischer Leistungsschalter mit einem N-Kanal-Leistungs-MosFet (T1), dessen Drain-Source-Strecke zwi­ schen einer Spannungsquelle (1) und einer Last (2) ge­ schaltet ist und dessen Gate-Anschluß über einen von der Spannungsquelle (1) gespeisten und mit einer Steuerwech­ selspannung gesteuerten Frequenzvervielfacher (R1 bis R6, T2, T3, C1, C2, D3 und D4) steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwechselspannung des Frequenzvervielfachers vom Taktgenerator (6) eines Mikrokontrollers (3) abgeleitet ist.

2. Elektronischer Leistungsschalter nach Anspruch 1, der in einer Schaltung benutzt wird, die einen Mikrokontroller (3) mit integriertem Taktgenerator (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwechselspan­ nung des Spannungsvervielfachers vom Taktgenerator (6) des in der Schaltung für andere Zwecke vorgesehenen Mi­ krokontrollers abgeleitet wird.