DE19709233A1 - Treiberschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Treiberschaltung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art und insbe­ sondere auf eine Treiberschaltung für eine Wechselrichter­ schaltung zur Ansteuerung einer Last, wie z. B. eines Motors.

In Fig. 1 ist die Schaltung eines Teils einer typischen inte­ grierten Schaltung für ein Motor-Steuergerät gezeigt, in der die Bezugszeichen A, B und C die Treiber bezeichnen, die IGBT/ MOSFET-Schalttransistoren Q₂, Q₄, Q₆ auf der "unteren" rückleitungsseitigen Stromversorgungsschiene ansteuern.

Weil diese Art von integrierter Schaltung üblicherweise lediglich einen Anschluß oder Ausgangsanschlußstift für den gemeinsamen Anschluß (den COM-Anschlußstift) aufweist, be­ steht die übliche Praxis darin, alle Emitter der Schalter­ bauteile mit einem gemeinsamen Punkt zu verbinden und diesen Punkt mit dem COM-Anschlußstift zu verbinden. Dies ergibt jedoch das nachstehend beschriebene Problem.

Wenn ein Transistor an der "oberen" oder spannungsseitigen Versorgungsleitung (beispielsweise Q₈ in Fig. 1) abgeschal­ tet wird, führt dies dazu, daß der Ausgangsstrom zu der Diode umgelenkt wird, die längs des entsprechenden rückleitungs­ seitigen Schalttransistors angeschaltet ist, d. h. die Diode D2 in Fig. 1. In der Praxis sind jedoch aufgrund der endlichen Leiterbahnlängen der Verbindung auf der Leiterplatte Streu­ induktivitäten vorhanden, wie sie beispielsweise durch die Bezugsziffern L₂, L₄, L₆, L₁₄, L₁₆ usw. in Fig. 1 bezeichnet sind. Diese Streuinduktivitäten sind in der Größen­ ordnung von einigen 10 nH. Diese Streuinduktivitäten erzeugen in Verbindung mit den hohen Abschalt-Werten von di/dt (die über 1000 A/µs betragen) beim Schalten der IGBT/MOSFET-Bauteile Spannungen an dem V_S-Anschlußstift, die in der Größenordnung von einigen 10 Volt mit einer -ve-Polarität gegenüber dem COM-Anschlußstift sein können.

Dies führt dazu, daß eine Parasitärdiode D_S1, die zwischen V_B und COM vorhanden ist, in Durchlaßrichtung vorgespannt wird, was zu einem Stromfluß durch die Parasitärdiode D_S1 von COM nach V_B führt. Dieser Strom kann in einer ungesteuer­ ten Weise fließen und kann eine Fehlfunktion der Logik der integrierten Schaltung oder sogar eine "Verriegelung" der integrierten Schaltung aufgrund einer Thyristorwirkung führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Treiberschaltung für Schalttransistoren zu schaffen, die einen unkontrollierten Stromfluß in der integrierten Schaltung ver­ hindert, der zu einer Zerstörung der Schalttransistoren führen könnte. Diese Treiberschaltung soll vorzugsweise in Form einer integrierten Schaltung auszubilden sein, die in einfacher Weise herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird eine Treiberschaltung für eine Wechsel­ richterschaltung geschaffen, in der eine Vielzahl von Schalt­ transistoren von der Treiberschaltung angesteuert werden, wobei diese Schalttransistoren entlang einer (oberen) Spannungsver­ sorgungsleitung und einer (unteren) Rückleitung angeordnet sind. Die an der Rückleitung angeordneten Schalttransistoren sind mit getrennten Kelvin-Emitterverbindungen zu dem gemein­ samen Anschluß der integrierten Treiberschaltung verbunden, um die Parasitäreinduktanzen zu verringern. Weiterhin sind getrennte Leiterbahnen auf der Leiterplatte von dem COM- Anschluß der Treiberschaltung zu den Kelvin-Emitterverbindungen vorgesehen. Weiterhin ist ein kleiner Widerstand (wenige Ohm) in Serie mit jeder Kelvin-Emitter-Verbindung angeordnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Teils einer typischen integrierten Schaltung für ein Motor-Steuergerät,

Fig. 2 ein Schaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Treiberschaltung mit mehrfachen getrennten Kelvin-Emitterverbindungen für die Schalttransistoren an der Rückleitung.

Das vorstehend beschriebene Problem, d. h. die Stromleitung durch die Parasitärdiode D_S1 der integrierten Treiberschal­ tung 12 kann dadurch verringert werden, daß die folgende Schaltung und die folgenden Auslegungskriterien verwendet werden:

• 1. Die Schalttransistoren Q₂, Q₄, Q₆ an der Rückleitung sind mit getrennten Kelvin-Emitterverbindungen zu dem COM-An­ schluß der integrierten Schaltung versehen, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Dies verringert die parasitäre Induktivität oder Parasitärinduktanz L₂, L₄, L₆ der Emitterleitungen in großem Umfang (typischerweise auf unter einem nH liegenden Wert). In der Praxis wird dies durch eine getrennte Verbin­ dung von dem gemeinsamen Punkt oder von der Anode der Diode erreicht. Somit bezieht sich das erste Kriterium auf die Ver­ bindung jedes der drei IGBT-Bauteile auf der Rückleitungs- oder Erdseite. Die Verbindung der Leiterbahnen so eng wie möglich an dem Bauteil verringert die Parasitärinduktanz, wie sie von dem Treiber in dem Hochstrompfad gesehen wird.
• 2. Es sind getrennte Leiterbahnen 14, 16, 18 auf der gedruck­ ten Leiterplatte von dem COM-Anschluß 20 zu den Kelvin-Emittern vorgesehen, anstelle einer einzigen verbundenen Leiterbahn, wie dies schematisch in Fig. 1 gezeigt ist. Das zweite Kriterium bezieht sich auf die Stelle, an der die drei Leiterbahnen miteinander verbunden sind. Wenn diese Leiterbahnen auf der gedruckten Leiterplatte direkt bis zu der integrierten Treiber­ schaltung getrennt gehalten werden, so werden die Impedanzen jeder Gate-Ansteuerung voneinander getrennt.
• 3. Ein kleiner Widerstand (wenige Ohm, beispielsweise 1-10 Ohm) R₂, R₄, R₆ ist in Serie mit jeder Kelvin-Emitter­ verbindung vorgesehen. Dies führt einen zusätzlichen Widerstand in Serie mit den Parasitärdioden ein und verringert damit den in den Parasitärdioden fließenden Strom, wodurch der Fehlfunk­ tions-Schwellenwert vergrößert wird.

Fig. 2 zeigt den an der Spannungsversorgungsleitung angeord­ neten Transistor Q₃ und die an der Rückleitung angeordneten Transistoren Q₂, Q₄, Q₆. Es sei darauf hingewiesen, daß die oben erwähnten Eigenschaften und Vorteile der Erfindung auch auf eine Schaltung anwendbar sind, bei der lediglich ein an der Spannungsversorgungsleitung und/oder an der Rückleitung angeordnete Schalttransistoren angesteuert werden.

Obwohl die vorliegende Erfindung bezüglich spezieller Aus­ führungsformen beschrieben wurde, sind vielfältige andere Abänderungen und Modifikationen und andere Anwendungen für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich.

Claims (5)

1. Treiberschaltung zur Ansteuerung einer Last, mit einer Spannungsversorgungsleitung und einer Rückleitung, mit zumindest einem Transistor, der an der Rückleitung angeordnet ist, mit einer integrierten Treiberschaltung, die mit dem zumindest einen Schalttransistor an der Rückleitung gekoppelt ist und zu dessen Ein- und Ausschalten dient, wobei die integrierte Treiberschal­ tung zumindest eine Parasitärdiode aufweist und mit der Rück­ leitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem zumindest einen Schalttran­ sistor an der Rückleitung eine jeweilige Parasitärinduktanz zugeordnet ist, und daß der zumindest eine Schalttransistor (Q₂, Q₄, Q₆) mit einer getrennten Kelvin-Emitterverbindung versehen ist, um die Parasitärinduktanzen (L₂, L₄, L₆) zu verringern, die dem zumindest einen an der Rückleitung angeord­ neten Schalttransistor zugeordnet sind.

2. Treiberschaltung nach Anspruch 1, mit einer Vielzahl von Schalttransistoren, die den zumindest einen an der Rückleitung angeordneten Transistor einschließen und die zumindest einen Transistor (Q₈) einschließen, der an der Spannungsversorgungs­ leitung angeordnet ist.

3. Treiberschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Treiberschaltung weiterhin mit dem zumindest einen an der Spannungsversor­ gungsleitung angeordneten Schalttransistor gekoppelt ist und zu dessen Einschalten dient.

4. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberschaltung weiterhin eine gedruckte Leiterplatte aufweist, auf der die integrierte Schal­ tung und die Schalttransistoren angeordnet sind, daß die inte­ grierte Treiberschaltung einen gemeinsamen COM-Anschluß auf­ weist und daß die Leiterplatte einzelne Leiterbahnen von dem COM-Anschluß zu der Kelvin-Emitterverbindung einschließt.

5. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein jeweiliger kleiner Widerstand von wenigen Ohm in Serie mit jeder Kelvin-Emitterverbindung angeschaltet ist.