DE19736894A1

DE19736894A1 - Integrierte Treiberschaltung

Info

Publication number: DE19736894A1
Application number: DE19736894A
Authority: DE
Inventors: Talbott M Houk
Original assignee: International Rectifier Corp USA
Current assignee: Infineon Technologies Americas Corp
Priority date: 1996-10-21
Filing date: 1997-08-25
Publication date: 1998-04-30
Anticipated expiration: 2017-08-26
Also published as: IT1294753B1; KR19980032985A; CN1196382C; US6005354A; TW396714B; FR2754954A1; DE19736894C2; JPH10149889A; GB9721933D0; ITMI972123A1; GB2318933B; CN1180988A; GB2318933A; SG65675A1; JP2994314B2; KR100358892B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Treiberschaltung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Vergleichbare Treiberschaltungen sind in den US-Patenten 5 612 597, 5 545 955, 5 559 394 und 5 550 436 beschrieben.

Derartige Treiberschaltungen sind insbesondere für Lampen-Vor schaltgeräte geeignet, wobei praktisch ausgeführte Lampen-Vor schaltgeräte mit integrierten Treiberschaltungen Bauteile vom Typ IR2155 oder IR2151 von der Firma International Rectifier verwenden.

Um eine derartige integrierte Treiberschaltung für Lampen- Vorschaltgeräte bei bestimmten Ausfallbetriebsarten im Lampen betrieb abzuschalten, wird eine Einrichtung zum Abschalten der Gate-Treiberausgänge bei der Feststellung von Fehlerzu ständen (wie zum Beispiel ein unterbrochener Heizfaden oder eine Lampe, die beim Starten nicht zündet) und zum nachfol genden Abschalten der Ausgangsleistungs-Transistoren benötigt.

Aufgrund der Topologie der integrierten Treiberschaltungen vom Typ IR2155 und IR2151 sind diese Schaltungen im Normal betrieb selbst schwingend, wie dies in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist.

Fig. 1 zeigt die Bauteile einer typischen Lampen-Treiberschal tung. Ein Brückengleichrichter 10 leitet eine Versorgungs spannung (V_BUS) aus der Wechselspannungsleitung ab. Die Versorgungsspannung ist angenähert eine Gleichspannung und wird von Kondensatoren 56 und 58 gestützt.

Die Lampen-Treiberschaltung nach Fig. 1 schließt eine inte grierte MOS-Gate-Treiberschaltung 30 mit einer zugehörigen Beschaltung zur Steuerung des Betriebs eines oberspannungs seitigen MOSFET-Bauteils 40 und eines unterspannungsseitigen MOSFET-Bauteils 41 ein. Die integrierte MOS-Gate-Treiberschal tung 30 liefert Ansteuersignale an die MOSFETs 40 und 42, die mit V_BUS verbunden sind. Obwohl Leistungs-MOSFET-Bauteile gezeigt sind, kann irgendein Leistungsbauteil mit einer MOS- Gate-Steuerung, wie zum Beispiel ein IGBT oder ein Thyristor mit MOS-Gate-Steuerung, anstelle der Leistungs-MOSFETs 40 und 42 eingesetzt werden.

Der Ausgang an der Mittelanzapfung der in Halbbrückenschaltung verbundenen MOSFET-Bauteile 40 und 42 steuert eine Schaltung an, die eine Serien-LC-Lastschaltung einschließt, die aus einer Induktivität 46 und einem Kondensator 52 besteht.

Die an dem Anschluß V_BUS gelieferte Spannung kann von bis herunter zu 140 Volt Gleichspannung bis über 600 Volt Gleich spannung reichen, und zwar in Abhängigkeit von der zugeführten Wechselspannungs-Eingangsspannung.

Die Schwingfrequenz des Ausgangskreises wird durch die Resonanz frequenz der Induktivität 46 und des Kondensators 52 gesteuert. Der gewünschte Induktivitätswert der Induktivität 46 hängt von dem Wert der Spannung V_BUS ab und ist so ausgewählt, daß die Schwingfrequenz der Schaltung innerhalb eines gewünschten Be reiches liegt.

Das Halbleiterplättchen der integrierten Schaltung 30 kann in einem DIP- oder einem Oberflächenbefestigungsgehäuse mit 8 Anschlußstiften angeordnet sein und weist die folgenden Anschlußstifte auf:

V_CC - ein Anschlußstift, der eine Betriebsspannung für die integrierte Schaltung aus der Gleichspannungsver sorgung V_BUS empfängt.

C_T - ein einzelner Eingangssteueranschlußstift, der mit dem Knoten zwischen dem Zeitsteuerkondensator 14 und dem Zeitsteuerwiderstand 16 verbunden ist. Das Signal am Anschluß C_T steuert beide Ausgänge H_O und L_O.

R_T - ein Anschlußstift, der mit dem anderen Anschluß des Zeitsteuerwiderstandes 16 verbunden ist.

V_B - ein Anschlußstift, der mit Verbindungsknoten zwischen einer Diode 22 und einem Kondensator 24 verbunden ist, die als "bootstrap"-Schaltung wirken, um Leistung für den Betrieb des oberspannungsseitigen Schalters zu liefern.

H_O - ein Ausgangsanschluß an das Gate (oder an einen Widerstand 26 an das Gate) des oberspannungsseitigen MOSFET- Bauteils 40.

V_S - ein Anschlußstift an die Mittelanzapfung der in Totem-Pol- oder Halbbrückenschaltung verbundenen MOSFET-Bauteile 40 und 42.

L_O - ein Ausgangs-Anschlußstift an das Gate (oder an einen Widerstand 28 an das Gate) des unterspannungsseitigen MOSFET-Bauteils 42.

COM - ein Anschlußstift, der mit dem negativen oder Erdanschluß verbunden ist.

Ein Widerstand 18 und ein Kondensator 12 versorgen die inte grierte Schaltung 30 mit ihren Gleichspannungs- und Wechsel spannungs-Leistungsversorgungen. Der Widerstand 16 und der Kondensator 14 steuern die Schwingfrequenz gemäß der folgenden Gleichung:

Eine Diode 22 und ein Kondensator 24 bilden die "Bootstrap" Leistungsversorgung für die schwimmende CMOS-Treiberschaltung in der integrierten Schaltung. Die Widerstände 26 und 28 dämpfen LC-Überschwinger an den Gate-Anschlüssen der Leistungs- MOSFET-Bauteile 40 und 42 und dienen weiterhin zur Pufferung der integrierten Schaltung 30 gegenüber der Leistungsstufe.

Die Lastschaltung, die die Induktivität 46 und den Resonanz kondensator 52 einschließt, schließt weiterhin Sperrkonden satoren 56 und 58, einen einen positiven Temperaturkoeffizient aufweisenden PTC-Widerstand 54 und eine Lampe 50 ein. Ein Kondensator 44 steuert normalerweise den Wert von dV/dt, der an dem V_S-Knoten auftritt, um abgestrahlte elektromagnetische Störungen zu einem Minimum zu machen.

Ein Nachteil dieser grundlegenden Schaltung besteht darin, daß, wenn die Lampe entweder defekt ist (wie z. B. am Ende ihrer Betriebslebensdauer) oder aus der Schaltung entfernt wird, katastrophale Ausfälle anderer Bauteile in der Schaltung die Folge sein können. Daher müssen Benutzer der integrierten Gate-Treiberschaltung 30 typischerweise zusätzliche externe Schaltungen vorsehen, um die Fehlerzustände festzustellen und nachfolgend die integrierte Schaltung abzuschalten. Vor zugsweise werden beide Ausgänge der integrierten Gate-Treiber schaltung in einem Abschaltzustand abgeschaltet.

Weil die integrierte Gate-Treiberschaltung selbstschwingend ist, ist einer der Gate-Treiber-Ausgänge L_O und H_O-V_S immer eingeschaltet, mit Ausnahme der kurzen "Totzeit", die in Fig. 2 gezeigt ist. Unter normalen Betriebsbedingungen ist entweder der MOSFET 40 oder der MOSFET 42 eingeschaltet. Als Ergebnis ist ein Abschalten der integrierten Gate-Treiber schaltung durch einfaches externes Kurzschließen des Zeit steuerkondensators 14 gegen Erde, wie dies beispielsweise in Fig. 3 gezeigt ist, nicht ausreichend, um die Schaltung zu schützen.

Fig. 3 zeigt die Schaltung nach Fig. 1 nach Modifikation durch Einfügen eines Transistors 60, der den Eingangs-Steuerkonden sator 14 nach Erde kurzschließt, wenn die Lampe entfernt wird. Ein Spannungsteiler, der durch Widerstände 62, 64, 66 und einen Kondensator 68 gebildet ist, bildet die Meßschaltung. Unter normalen Betriebsbedingungen ist die Spannung am Knoten VA angenähert gleich der halben Gleichspannungs-Versorgungs spannung, d. h. V_BUS/2, wenn die Kondensatoren 56 und 58 einen identischen Wert aufweisen.

Der einzige Unterschied zwischen der Spannung am Knoten VA und der Spannung an dem Knoten, der an dem Mittelpunkt zwischen den Kondensatoren 56 und 58 liegt, ergibt sich aus dem Spannungsabfall längs des Heizfadens der Lampe 50.

Unter normalen Betriebsbedingungen ist der Spannungsabfall längs des Heizfadens relativ klein, nämlich lediglich wenige Volt, und die Spannung am Knoten Vc reicht nicht aus, um den Nebenschluß-Transistor 60 einzuschalten. Wenn jedoch die Lampe entfernt wird, so steigt die Spannung am Knoten VA an, und zwar ebenso wie die Spannung am Knoten Vc, so daß der Tran sistor 60 einschaltet. Die Werte der Widerstände 62, 64, 66 sind derart gewählt, daß die Schaltung während normaler Betriebsbe dingungen den Transistor 60 niemals einschaltet, den Transistor 60 jedoch immer dann einschaltet, wenn die Lampe entfernt wird oder ausfällt. Der Kondensator 68 bildet weiterhin einen Teil eines Tiefpaßfilters in der Abschalt-Ansprechschaltung, wodurch eine Störunempfindlichkeit vergrößert wird.

Die in Fig. 3 gezeigte Schaltung schaltet jedoch nicht beide Leistungs-MOSFET-Bauteile 40 und 42 ab, wenn die Lampe aus dem Lastkreis entfernt wird. Bei diesem Zustand ohne Lampen last würde der C_T-Anschlußstift der integrierten Schaltung 30 durch den Transistor 60 gegen Erde kurzgeschlossen, wodurch der interne Oszillator der integrierten Schaltung und das Schalten der Ausgänge dieser Schaltung gestoppt wird, wie dies erwünscht ist. Obwohl jedoch der Ausgang der Halbbrücke abgeschaltet wurde, bleibt der Transistor 42 eingeschaltet.

Eine weitere Lösung zum Abschalten beider MOSFET-Bauteile 40 und 42 in einem Fehlerzustand besteht darin, den V_CC Anschlußstift der integrierten Schaltung gegen Erde kurzzu schließen, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Hier ist die Meßschaltung im wesentlichen die gleiche wie in Fig. 3, doch schließt ein gesteuerter Siliziumgleichrichter SCR 70 den V_CC-Anschlußstift über einen Widerstand 72 gegen Erde kurz, um den Ausgang abzuschalten.

Ein Nachteil der Schaltung nach Fig. 4 besteht darin, daß wenn der Fehlerzustand beendet ist, beispielsweise wenn die Lampe wieder in ihre Fassung eingesetzt wird, die gesamte Leistungseinschaltfolge wiederholt werden muß, weil die Ver sorgungsspannung V_CC, die der integrierten Schaltung zu geführt wird, unter ihren Unterspannungs-Schwellenwert ent laden wurde. Tatsächlich beruht die Schaltung darauf, daß die Unterspannungs-Sperrschaltung der integrierten Schaltung 30 beide Leistungstransistoren 40 und 42 abschaltet.

Ein weiterer Nachteil der Schaltung nach Fig. 4 besteht darin, daß der SCR 70 ein aufwendigeres Bauteil ist, als der NPN- Transistor 60 nach Fig. 3.

Weiterhin muß ein Widerstand 72 in den V_CC-Kondensator-Ent ladepfad eingefügt werden, um die Spannungsänderung dV/dt am V_CC-Anschlußstift zu verringern. Dieser Wert von dV/dt muß begrenzt werden, weil die Versorgungsspannung an die Gate-Treiberausgangsstufen abgeschaltet werden kann, bevor die Ausgangsstufen die Gate-Elektroden der Leistungs-MOSFET-Bauteile vollständig entladen haben. Wenn beispielsweise der obere Leistungs-MOSFET 40 eingeschaltet ist, und die Versorgungs spannung sehr schnell auf OV gebracht wird, so kann der Transistor 40 nicht abgeschaltet werden und verbleibt effek tiv mit einer Ladung (oder Spannung) an seiner Gate-Elektrode, wobei lediglich der von Natur aus vorliegende Gate-Source- Leckstrom den MOSFET entladen kann. Die Restladung kann einen katastrophalen Ausfall hervorrufen, wenn die integrierte Schaltung 30 wieder gestartet wird, während der obere MOSFET 40 noch eingeschaltet ist. Wenn die integrierte Schaltung 30 neu startet, nämlich wenn ihre V_CC-Spannung den Anstiegs schwellenwert für die Unterspannungs-Sperrschaltung übersteigt, so schaltet zunächst der untere MOSFET 42 ein. Wenn der Transistor 40 noch eingeschaltet ist, während der Transistor 42 einschaltet, ergibt sich ein Kurzschluß längs der Gleich spannungs-Versorgung und der Wechselspannungs-Leitung, der zumindest eine Sicherung durchbrennen läßt und wahrscheinlich sogar einen Ausfall eines oder beider Leistungs-MOSFET-Bauteile hervorrufen würde.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine integrierte Treiberschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ein einwandfreies Abschalten der Treiberschaltung bei Auftreten von Fehlerzuständen derart sicherstellt, daß alle Gate-Treiberausgänge abgeschaltet werden.

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

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

Die erfindungsgemäße integrierte Treiberschaltung ergibt einen Schutz für die Bauteile der Treiberschaltung bei Fehlerzu ständen und insbesondere bei einem Ausfall des Verbrauchers in dem Lastkreis, beispielsweise einer Leuchtstofflampe, wenn die Treiberschaltung in einem Vorschaltgerät verwendet wird.

Hierbei werden gleichzeitig beide Ausgänge der Treiberschaltung abgeschaltet, wenn ein derartiger Fehler, beispielsweise der Ausfall einer Lampe oder die Entfernung einer Lampe aus der Lampenfassung auftritt.

Wenn die Last, beispielsweise die Lampe, in dem Lastkreis er setzt wird, startet die integrierte Treiberschaltung automa tisch neu, ohne daß es erforderlich ist, die Betriebsleistung ein- und auszuschalten.

Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung steuert eine in einem Siliziumsubstrat ausgebildete integrierte Schaltung erste und zweite Leistungshalbleiterbauteile mit MOS-Gate-Steuerung an. Die Leistungshalbleiterbauteile sind in einer Halbbrücken schaltung miteinander verbunden, die erste und zweite Gleich spannungsanschlüsse und einen gemeinsamen Anschluß aufweist, der an einem Verbindungsknoten zwischen den ersten und zweiten Leistungshalbleiterbauteilen mit MOS-Gate-Steuerung angeordnet ist. Der gemeinsame Anschluß liefert ein Ausgangssignal an einen Lastkreis. Eine Zeitsteuerschaltung weist einen Steuer- Eingangsanschluß auf, der mit einem einen niedrigen Pegel auf weisenden Logiksignal verbunden ist. Eine erste Signalspeicher schaltung ist mit der Zeitgeberschaltung verbunden und steuert die Frequenz, mit der die ersten und zweiten Leistungshalb leiterbauteile mit MOS-Gate-Steuerung ein- und ausgeschaltet werden, und sie liefert ein Ausgangssignal, das in Abhängigkeit von dem Signal ein- und ausgeschaltet wird, das dem Steuer- Eingangsanschluß zugeführt wird. Oberspannungs- und unter spannungsseitige Totzeit-Verzögerungsschaltungen sind jeweils mit der ersten Signalspeicherschaltung gekoppelt und verzögern die Übertragung des Signalspeicher-Ausgangssignals für ein Zeitintervall, das auf das Schalten des Ausganges der Signal speicherschaltung folgt, um einen gleichzeitigen leitenden Zustand der ersten und zweiten Leistungshalbleiterbauteile mit MOS-Gate-Steuerung zu verhindern. Oberspannungsseitige und unterspannungsseitige Treiberschaltungen sind mit der ober spannungsseitigen bzw. unterspannungsseitigen Totzeitschaltung verbunden, und sie weisen oberspannungs- bzw. unterspannungs seitige Ausgangsanschlüsse auf, die oberspannungs- und unter spannungsseitige Ausgänge zum Abschalten der jeweiligen ersten und zweiten Leistungshalbleiterbauteile mit MOS-Gatesteuerung in Abhängigkeit von dem Signal liefern, das dem Steuer-Eingangs anschluß zugeführt wird. Eine Schutzschaltung ist mit dem einen niedrigen Pegel aufweisenden Logiksignal gekoppelt und verhin dert die Lieferung der oberspannungs- und unterspannungsseitigen Ausgangssignale, wenn das einen niedrigen Pegel aufweisende Logiksignal unterhalb eines Schwellenwertes liegt.

Gemäß diesem Grundgedanken der Erfindung kann die Schutzschal tung eine Schwellenwertspannungs-Meßschaltung, die mit dem einen niedrigen Pegel aufweisenden Logiksignal gekoppelt ist, sowie eine zweite Signalspeicherschaltung einschließen, die mit der Meßschaltung gekoppelt ist und deren Ausgänge den oberspannungs- und unterspannungsseitigen Totzeit-Verzögerungsschaltungen zugeführt werden. Die Schwellenwertspannung kann kleiner als der niedrigste Wert der unteren Logikpegel-Signalspannung sein, bei der Ausgangssignale zum Ein- und Ausschalten der ersten und zweiten Leistungshalbleiterbauteile mit MOS-Gatesteuerung gelie fert werden. Wenn das einen niedrigen Pegel aufweisende Logik signal unter die Schwellenwertspannung absinkt, so können die oberspannungsseitigen und unterspannungsseitigen Totzeitverzö gerungsschaltungen daran gehindert werden, das Signalspeicher- Ausgangssignal zu übertragen.

Gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung steuert eine die Treiberschaltung einschließende Schaltung einen Lastkreis aus einer Gleichspannungsversorgung an und schließt erste und zweite Leistungshalbleiterbauteile mit MOS-Gatesteuerung sowie eine selbstschwingende Treiberschaltung ein.

Gemäß einem weiteren Grundgedanken der vorliegenden Erfindung steuert eine die Treiberschaltung einschließende Schaltung eine Gasentladungs-Beleuchtungseinrichtung an und schließt erste und zweite Leistungshalbleiterbauteile mit MOS-Gatesteuerung und eine selbstschwingende Treiberschaltung ein.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Erfindung ersichtlich, die sich auf die nachfolgend genannten Zeichnungen bezieht.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild, das eine typische bekannte Lampenvorschaltgeräteschaltung zeigt,

Fig. 2 die Schwingungsformen der in Fig. 1 gezeigten Schaltung,

Fig. 3 eine bekannte Lampenvorschaltgeräteschaltung, die einen Nebenschlußtransistor einschließt, der die Schaltung im Fall des Ausfalls der Lampe abschaltet,

Fig. 4 eine bekannte Lampenvorschaltgeräteschaltung, bei der ein gesteuerter Siliziumgleichrichter den V_CC-Anschlußstift im Fall eines Ausfalls einer Lampe kurzschließt,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer integrierten Lampen- Treiberschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 die Schwingungsformen der integrierten Lampen- Treiberschaltung nach Fig. 5.

Die erfindungsgemäße Treiberschaltung ermöglicht die Verwendung der einfachen Schaltung, wie sie beispielsweise in Fig. 3 gezeigt ist, durch Modifikation der internen Schaltung der integrierten Schaltung. Die in Fig. 3 gezeigte Schaltung stellt jedoch lediglich ein Beispiel einer Abschalt-Schaltung dar. Andere ähnliche Schaltungen sind ebenfalls möglich.

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild der Schaltung des integrierten Halbleiterplättchens 30 der Erfindung, die zur Verwendung in der Schaltung nach Fig. 3 geeignet ist. Die acht Anschlußstifte der integrierten Schaltung bzw. des Halbleiterplättchens 30 sind in Fig. 5 wiederholt. Alle nachfolgend anhand der Fig. 5 zu be schreibenden Schaltungsblöcke sind typischerweise in ein gemein sames Silizium-Halbleiterplättchen integriert.

Der in Fig. 5 gezeigte äußerste linke Schaltungsblock ist die Klemmschaltung 110, die typischerweise eine Mehrzahl von Zener dioden aufweist. Die Klemmschaltung ist zwischen dem Anschluß stift V_CC und dem Anschlußstift V_SS angeschlossen, der mit dem Siliziumsubstrat verbunden ist, das als Halbleiterplättchen- Erde wirkt. Sowohl eine digitale Versorgungsleitung als auch eine Analog-Versorgungsleitung erstrecken sich von dem Anschluß stift V_CC. Eine Analog-Erdleitung und eine digitale Erdleitung sind ebenfalls mit dem Anschlußstift V_SS verbunden.

Die nächste Gruppe von Schaltungsblöcken bildet eine Zeit steuerschaltung. Die Blöcke schließen eine Teilerschaltung 112, die mit der Analog-Versorgungsleitung und der Analog-Erdleitung verbunden ist, einen N-Vergleicher 114, einen P-Vergleicher 116 und einen RS-Signalspeicher 120 ein. Zwei Anzapfungen von dem Teiler 112 sind mit den positiven Eingängen der Vergleicher 114 und 116 verbunden und liefern diesen Spannungen VR1 bzw. VR2. Der Eingangsanschlußstift C_T ist mit dem negativen Ein gang der Vergleicher 116 und 114 verbunden. Die Ausgänge der Vergleicher 114 und 116 sind in der gezeigten Weise mit dem RS- Signalspeicher 120 verbunden.

Der RS-Signalspeicher 120 ist weiterhin mit einer Unterspan nungs-Sperrschaltung 122 verbunden, die in die Schaltung des Halbleiterplättchens integriert ist. Wenn daher V_CC auf einen zu niedrigen Wert verringert wird, so wird der RS-Signalspeicher 120 gesperrt.

Eine Vorspannungsschaltung 132 liefert Vorspannungs-Ausgangs signale an die Sperrschaltung 122 und an die Totzeitverzöge rungsschaltungen 126 und 130 in den oberspannungsseitigen und unterspannungsseitigen Schaltungszügen. Die Totzeitverzögerungs schaltungen 126 und 130 liefern eine Totzeit oder Verzögerung von ungefähr 1 Mikrosekunde zwischen dem Einschalten des ober spannungs- oder unterspannungsseitigen Schalters nach dem Abschalten des jeweils anderen Schalters. Diese Totzeit stellt sicher, daß keine "Durchschlag"-Schaltungen gebildet werden, bei der beide Leistungs-MOSFET-Bauteile 40 und 42 nach Fig. 3 gleichzeitig eingeschaltet sind.

Das Ausgangssignal der Totzeit-Verzögerungsschaltung 130 wird der unterspannungsseitigen Verzögerungsschaltung 140 und damit dem unterspannungsseitigen Treiber 142 zugeführt, der mit dem Anschlußstift L_O verbunden ist.

Der Ausgang der Totzeit-Verzögerungsschaltung 126 wird einem Pegelschieber-Impulsgenerator 128 im oberspannungsseitigen Ausgangszweig zugeführt. Der oberspannungsseitige Zweig schließt weiterhin eine dV/dt-Filterschaltung 134 ein, die Störungen aus dem Impuls ausfiltert, der von dem Impulsgenerator 128 weitergeleitet wird. Die Versorgung des dV/dt-Filters 134 ist mit dem Anschlußstift V_B verbunden.

Das Ausgangssignal der dV/dt-Filterschaltung 134 wird einer Signalspeicherschaltung 136 zugeführt, deren Ausgang mit einer Pufferschaltung 138 verbunden ist, die Verstärkerstufen enthält und den Ausgangsanschlußstift H_O ansteuert. Es sei bemerkt, daß der Anschlußstift V_S mit den Schaltungen 134, 136, 138 verbunden ist.

Die erfindungsgemäße Treiberschaltung behält alle diese Funk tionen innerhalb der integrierten Schaltung bei, wie sie in den beschriebenen integrierten Schaltungen IR2155 und IR2151 vor liegen und in den vorstehend genannten Patenten beschrieben sind, und zusätzlich wird ein neuartiges Abschaltmerkmal unter Verwendung des C_T-Anschlußstiftes eingeführt. Gemäß der Er findung wurden zwei zusätzliche Schaltungsblöcke hinzugefügt: (1) ein dritter C_T-Meßvergleicher 118 und (2) eine Abschalt- Signalspeicherschaltung 124. Der Eingangsanschluß C_T ist mit dem negativen Eingang des dritten Vergleichers 118 verbunden, der feststellt, ob die Spannung an dem C_T-Anschlußstift kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist, der als VR3 bezeichnet ist, der von dem Teiler 112 geliefert wird. Der drit te Vergleicher 118 liefert dann sein Ausgangssignal an die Abschalt-Signalspeicherschaltung 124 und an die unterspannungs seitige Totzeit-Verzögerungsschaltung 130. Das Ausgangssignal des Abschalt-Signalspeichers wird dem Eingang der oberspannungs seitigen Totzeit-Verzögerungsschaltung 126 zugeführt.

Die Schwellenwertspannung VR3, bei der der dritte Vergleicher 118 seinen Zustand ändert, ist so gewählt, daß sie kleiner als die untere Schwellenwertspannung VR2 ist, die für die Eigen schwingung verwendet wird. Ein Beispiel der Betriebsweise ist in Fig. 6 gezeigt. Hier sind die Werte von VR1 und VR2 so gewählt, daß sie zwei Dritteln von V_CC bzw. einem Drittel von V_CC entsprechen, und der Wert von VR3 ist hauptsächlich aus Zweckmäßigkeitsgründen so gewählt, daß er einem Sechstel von V_CC entspricht. Andere spezielle Verhältnisse könnten gewählt werden, solange wie V_R3 < V_R2 < V_R1 ist.

Fig. 6 zeigt, wie die Spannung am C_T-Anschlußstift die Be triebsweise der Ausgänge regelt. Beim Einschalten des Systems sind alle Eingangs- und Ausgangs-Knotenspannungen und Ströme der integrierten Schaltung zu Anfang gleich Null. Der Gleichrichter 10 (s. Fig. 3) erzeugt sehr schnell eine Gleichspannungs-Versor gungsspannung (beispielsweise + 320 Volt) und bewirkt eine Auf ladung des Kondensators 12 über den Widerstand 18. Der Konden sator 12 liefert eine Spannung an den V_CC-Anschluß der inte grierten Schaltung 30, die ihrerseits Leistung an alle internen Schaltungen der integrierten Schaltung 30 liefert.

Wenn eine ausreichende Spannung an dem Kondensator 12 erzeugt wurde, bewirkt die Unterspannungs-Sperrschaltung 122 des unter spannungsseitigen Schaltungszweiges (s. Fig. 5 ) eine Vorein stellung vieler der anderen Schaltungen auf einen gewünschten Zustand. Im einzelnen wird (1) der Gate-Treiber-Ausgang L_O auf einem niedrigen Pegel gehalten, um einen unerwünschten leitenden Zustand des Leistungs-MOSFETs 42 zu verhindern, (2) der R_T Anschlußstift wird auf einen hohen Pegel (auf das V_CC-Poten tial) gebracht, (3) der C_T-Anschlußstift wird dazu gebracht, seine Aufladung zu beginnen, und (4) die Vorspannungsschaltung 132 wird auf eine "Mikroleistungs"-Betriebsart gesetzt, in der die meisten der Schaltungsblöcke der integrierten Schaltung nicht vorgespannt sind. Diese "Mikroleistungs"-Startbetriebsart ist wünschenswert, weil sie den Strombedarf über den Startwider stand 18 verringert, was es dem Benutzer ermöglicht, einen einen höheren Widerstandswert und eine geringere Leistung aufweisenden Widerstand zu verwenden (d. h. der Leistungsverbrauch wird ver ringert). In weitgehend ähnlicher Weise wie die Unterspannungs- Sperrschaltung 122 stellt der Schaltungsblock HS Signalspeicher 132 sicher, daß für ein V_B-zu-V_S-Potential, das kleiner als ein voreingestellter bestimmter Spannungspegel ist (beispiels weise 8,6 Volt) der Ausgang H_O auf dem V_S-Pegel gehalten wird, wodurch ein unerwünschter leitfähiger Zustand des oberen Leistungs-MOSFET-Bauteils 40 verhindert wird.

Wenn die Spannung am C_T-Anschlußstift VR3 übersteigt, so er gibt sich folgendes: (1) die unterspannungsseitige Gatetreiber- Ausgangsspannung L_O nimmt nach einer Totzeit-Verzögerung t_d einen hohen Pegel an, wodurch der unterspannungsseitige Leistungs-MOSFET 42 eingeschaltet wird, (2) der Vorspannungs block 132 erhält einen Befehl, Leistung an die Oszillator- Vergleicher NCOMP 114, PCOMP 116 und COMP 118 sowie die Tot zeitschaltungen 126 und 130 zu liefern, (3) der R_T-Anschluß stift wird durch den Oszillator-Signalspeicher 124 auf einem hohen Pegel gehalten, und (4) der C_T-Anschlußstift wird weiter über den Widerstand 16 aufgeladen.

Im Normalbetrieb tritt, nachdem die Spannung an dem C_T- Anschlußstift den Wert von VR3 überschritten hat, eine Eigen schwingung auf, und das Ausgangssignal der Halbbrückenschaltung V_S führt eine Umschaltschwingung mit einem trapezförmigen Ausgangssignal aus.

Wenn der C_T-Anschlußstift eine Spannung von zwei Dritteln der V_CC-Spannung erreicht, so liefert der NCOMP-Vergleicher 114 ein negatives Rücksetzsignal an den RS-Signalspeicher 120. Dieses negative Rücksetzsignal bewirkt, daß die Ausgänge (R_T und dessen Komplement R_T/N) des RS-Signalspeichers 120 ihre Logikzustände umkehren, und der R_T-Anschlußstift nimmt einen niedrigen Pegel an (R_T/N nimmt einen hohen Pegel an). Es sei bemerkt, daß die Phasenbeziehung zwischen R_T und L_O will kürlich ist; gewisse Benutzer dieser integrierten Schaltung fordern, daß R_T außer Phase mit L_O ist, obwohl L_O während des Inbetriebsetzens als erstes einen hohen Pegel annehmen muß. Als Ergebnis wird, wenn R_T einen niedrigen Pegel annimmt, der L_O-Ausgang auf einen niedrigen Pegel gebracht, wodurch der unterspannungsseitige Leistungs-MOSFET 42 abgeschaltet wird. Der Signalpfad von R_T zu L_O ist absichtlich so schnell wie möglich gemacht (minimale Verzögerung) und er ist so ausgelegt, daß er genau an die Abschalt-Ausbreitungsverzögerung von R_T/N zu H_O angepaßt ist. Dies stellt sicher, daß eine Ausbreitungs verzögerungs-Fehlanpassung zwischen den oberspannungsseitigen und den unterspannungsseitigen Treibern nicht systematisch das Tastverhältnis an dem Ausgang V_S der Halbbrücke gegenüber ihrem gewünschten 50%-Wert abweichen läßt.

Wenn der Anschlußstift R_T seinen Logikpegel von einem hohen auf einen niedrigen Pegel schaltet, so nimmt R_T/N (der zweite Ausgang des RS-Signalspeichers 120) einen hohen Pegel an. Die ses letztere Signal steuert die oberspannungsseitige Totzeit- Schaltung 126 an, die den Impulsgenerator 128 ansteuert, der eine Pegelverschiebung der oberspannungsseitigen Ein-/Aus- Signale auf den oberspannungsseitigen Schaltungszweig bewirkt. Die Totzeit-Schaltungen sind so ausgelegt, daß sie eine kleine Verzögerung (beispielsweise 1 µsec) für das "Einschalt"-Signal erzeugen, damit (1) eine Durchgangsleitungs-Totzeit für die Leistungs-MOSFETs 40 und 42 geschaffen wird, und (2) Null spannungs-Schalttechniken für Treiberfrequenzen oberhalb der L-C-Resonanzfrequenz begünstigt werden (bei denen die Lastimpe danz induktiv ist). Andererseits sind diese Totzeit-Schaltungen so ausgelegt, daß sie eine so geringe Verzögerung wie möglich für die "Abschalt"-Signale an die Gate-Treiber 138 und 142 hinzufügen. Nach der Zeitablaufperiode der oberspannungsseitigen Totzeit-Schaltung 126 (beispielsweise 1 µsec) wird dem Impuls generator 128 das Logiksignal geliefert, um ein "Einschalt"- Signal an den oberspannungsseitigen Gate-Treiber 138 zu erzeu gen. Die dV/dt-Schaltung 134 stellt kurze Impulse (beispiels weise von 50 - 200 msec) fest, die von dem Impulsgenerator erzeugt werden, und setzt diese Impulse in "Setz"- und "Rück setz"-Signale für die HS-Signalspeicherschaltung 136 um. Der Übergang von R_T/N auf einen hohen Pegel entspricht einem "Setz"-Signal am Eingang des HS-Signalspeichers, wodurch andererseits die HS-Treiberschaltung 138 den Befehl erhält, den Ausgang H_O auf einen hohen Pegel anzusteuern.

Ein weiteres Ergebnis des Schaltens des R_T-Anschlußstiftes von einem hohen auf ein niedriges Potential besteht darin, daß der Widerstand 16 damit beginnt, den Kondensator 14 von dem Schwellenwert von zwei Dritteln der Spannung V_CC (was durch den Teilerblock 112 eingestellt ist) auf den Schwellenwert von einem Drittel von V_CC zu entladen (der ebenfalls durch den Teilerblock 112 eingestellt ist). Bei Erreichen des Schwellen wertes von einem Drittel von V_CC nimmt der PCOMP-Vergleicher 116 an seinem Ausgang einen hohen Pegel an, wodurch ein "Setz"- Signal an den RS-Signalspeicher 120 geliefert wird. Dieses "Setz"-Signal bringt R_T auf einen hohen Pegel, R_T/N auf einen niedrigen Pegel und führt dazu, daß das Ausgangssignal des Anschlusses V_S der Halbbrücke einen niedrigen Pegel an nimmt. Die gegenphasige Beziehung zwischen R_T und C_T führt zu einer Eigenschwingung bei einem Tastverhältnis von 50%, unabhängig von dem Potential V_CC und der Temperatur. Diese Tastverhältnis-Steuerung führt zusammen mit sorgfältig aneinan der angepaßten Abschalt-Ausbreitungsverzögerungen von R_T zu L_O und von R_T/N zu H_O zu einem Tastverhältnis von 50% an dem Ausgang V_S der Halbbrücke.

Wenn im Normalbetrieb ein Fehler auftritt, der die Entladung des Kondensators 14 auslöst, werden beide Gate-Treiberausgänge abgeschaltet, und das Ausgangssignal der Halbbrücke beendet die Schwingung. Die Spannung des R_T-Anschlußstiftes bleibt hoch, um einen automatischen Neustart zu ermöglichen, sobald der Fehlerzustand beendet ist.

Wenn der Fehlerzustand die Entfernung der Lampe ist und die Schaltung nach Fig. 3 verwendet wird, so wird der Anschlußstift C_T entladen und beide Gate-Treiberausgänge schalten ab. Wenn die Lampe wieder eingesetzt wird, so schaltet der in Fig. 3 gezeigte Transistor 60 ab, und der Kondensator 14 lädt sich wieder auf.

Die automatische Neustartfunktion wird durch den Abschalt- Signalspeicher 124 in Fig. 5 erreicht, und der Benutzer der Lampe muß den Leistungsschalter für die Lampe nicht aus- und einschalten, um das System neu zu starten.

Obwohl die vorliegende Erfindung bezüglich spezieller Ausfüh rungsformen hiervon beschrieben wurde, sind vielfältige andere Abänderungen und Modifikationen sowie andere Anwendungen für den Fachmann ohne weiteres zu erkennen.

Claims

1. Integrierte Treiberschaltung, die in einem Silizium substrat ausgebildet ist und zur Ansteuerung erster und zweiter Leistungshalbleiterbauteile mit MOS-Gate-Steuerung dient, die in einer Halbbrückenschaltung miteinander verbunden sind, die erste und zweite Gleichspannungsanschlüsse und einen gemeinsamen Anschluß aufweist, der an einem Knoten zwischen den ersten und zweiten Leistungshalbleiterbauteilen mit MOS-Gate-Steuerung liegt, wobei der gemeinsame Anschluß ein Ausgangssignal an einen Lastkreis liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Treiberschaltung folgende Teile umfaßt:
eine Zeitsteuerschaltung mit einem Steuereingangsan schluß, der mit einem einen niedrigen Pegel aufweisenden Logik signal verbunden ist,
eine erste Signalspeicherschaltung, die mit der Zeit geberschaltung gekoppelt ist, um die Frequenz zu steuern, mit der die ersten und zweiten Leistungshalbleiterbauteile mit MOS- Gate-Steuerung ein- und ausgeschaltet werden, und um ein Aus gangssignal zu liefern, das in Abhängigkeit von dem an den Steuer-Eingangsanschluß angelegten Signal geschaltet wird,
eine oberspannungsseitige Totzeit-Verzögerungsschaltung und eine unterspannungsseitige Totzeit-Verzögerungsschaltung, die jeweils mit der ersten Signalspeicherschaltung gekoppelt sind, um die Übertragung des Signalspeicher-Ausgangssignals für ein Zeitverzögerungsintervall nach dem Schalten des Ausgangs signals der ersten Signalspeicherschaltung zu verzögern, um einen gleichzeitigen leitenden Zustand der ersten und zweiten Leistungshalbleiterbauteile mit MOS-Gate-Steuerung zu verhin dern,
eine oberspannungsseitige Treiberschaltung und eine unterspannungsseitige Treiberschaltung, die mit der oberspan nungsseitigen Totzeit-Verzögerungsschaltung bzw. der unterspan nungsseitigen Totzeit-Verzögerungsschaltung gekoppelt sind und oberspannungsseitige bzw. unterspannungsseitige Ausgangsan schlüsse aufweisen, die oberspannungsseitige und unterspannungs seitige Ausgangssignale zum Ein- und Ausschalten der ersten und zweiten Leistungshalbleiterbauteile mit MOS-Gate-Steuerung in Abhängigkeit von den Signalen liefern, die dem Steuer-Eingangs anschluß zugeführt werden, und
eine Abschaltschaltung, die mit dem einen niedrigen Pegel aufweisenden Logiksignal gekoppelt ist, um die Zuführung der oberspannungsseitigen und unterspannungsseitigen Ausgangs signale zu verhindern, wenn das einen niedrigen Pegel aufwei sende Logiksignal kleiner als eine Schwellenwertspannung ist.

2. Integrierte Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschaltung eine Schwellen wert-Meßschaltung, die mit dem einen niedrigen Pegel aufweisen den Logiksignal gekoppelt ist, und eine zweite Signalspeicher schaltung umfaßt, die mit der Meßschaltung gekoppelt ist, um ein Ausgangssignal an die oberspannungsseitigen und unterspan nungsseitigen Totzeit-Verzögerungsschaltungen zu liefern.

3. Integrierte Treiberschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenwertspannung kleiner als der niedrigste Wert des einen niedrigen Pegel aufweisenden Logiksignals ist, bei dem die oberspannungsseitigen und die unterspannungsseitigen Ausgänge im Normalbetrieb an die ersten und zweiten Leistungshalbleiterbauteile mit MOS-Gate-Steuerung geliefert werden.

4. Integrierte Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschaltung die oberspan nungsseitigen und unterspannungsseitigen Totzeit-Verzögerungs schaltungen daran hindert, das Signalspeicher-Ausgangssignal zu übertragen, wenn das einen niedrigen Pegel aufweisende Logik signal kleiner als die Schwellenwertspannung ist.

5. Integrierte Treiberschaltung nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuerschaltung einen zwei ten Steuereingangsanschluß zur Steuerung der Frequenz aufweist, mit der die Leistungshalbleiterbauteile mit MOS-Gate-Steuerung ein- und ausgeschaltet werden, wobei die ersten und zweiten Steuereingangsanschlüsse mit einem externen Zeitsteuerkondensa tor und einem externen Zeitsteuerwiderstand zur Einstellung der Schwingfrequenz der Zeitsteuerschaltung verbunden sind.

6. Schaltung zur Ansteuerung eines Lastkreises aus einer Gleichspannungsversorgung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung folgende Teile umfaßt:
erste und zweite Leistungshalbleiterbauteile mit MOS- Gate-Steuerung, die in einer Halbbrückenkonfiguration geschaltet sind, die erste und zweite Gleichspannungsanschlüsse, die längs der Gleichspannungsversorgung angeschaltet sind, und einen ge meinsamen Anschluß am Verbindungspunkt zwischen den ersten und zweiten Leistungshalbleiterbauteilen mit MOS-Gate-Steuerung auf weist, um ein Ausgangssignal an den Lastkreis zu liefern, und
eine selbstschwingende Treiberschaltung mit ersten und zweiten Ausgängen zur Ansteuerung des ersten bzw. zweiten Leistungshalbleiterbauteils mit MOS-Gate-Steuerung, mit einer Totzeit-Verzögerungsschaltung zur Verhinderung der gleichzeiti gen Ansteuerung der ersten und zweiten Leistungshalbleiterbau teile mit MOS-Gate-Steuerung durch Verzögern des Einschaltens eines der ersten und zweiten Leistungshalbleiterbauteile mit MOS-Gate-Steuerung für ein Zeitintervall nach dem Abschalten des anderen der ersten und zweiten Leistungshalbleiterbauteile mit MOS-Gate-Steuerung, und mit einer Abschaltschaltung, die mit dem einen niedrigen Pegel aufweisenden Logiksignal gekoppelt ist, um die Zuführung der oberspannungsseitigen und unterspan nungsseitigen Ausgänge zum Ein- und Ausschalten der ersten und zweiten Leistungshalbleiterbauteile mit MOS-Gate-Steuerung, wenn das einen niedrigen Pegel aufweisende Logiksignal kleiner als eine Schwellenwertspannung ist.

7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschaltung eine Schwellen wertspannungs-Meßschaltung, die mit dem einen niedrigen Pegel aufweisenden Logiksignal gekoppelt ist, und eine zweite Signal speicherschaltung umfaßt, die mit der Meßschaltung gekoppelt ist, um ein Ausgangssignal an die oberspannungsseitigen und unterspannungsseitigen Totzeit-Verzögerungsschaltungen zu liefern.

8. Schaltung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenwertspannung kleiner als der niedrigste Wert des einen niedrigen Pegel aufweisenden Logiksignals ist, bei dem die oberspannungsseitigen und unter spannungsseitigen Ausgänge im Normalbetrieb an die ersten und zweiten Leistungshalbleiterbauteile mit MOS-Gate-Steuerung geliefert werden.

9. Schaltung nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschaltung die oberspan nungsseitigen und unterspannungsseitigen Totzeit-Verzögerungs schaltungen daran hindert, das Signalspeicher-Ausgangssignal zu übertragen, wenn das einen niedrigen Pegel aufweisende Logik signal kleiner als die Schwellenwertspannung ist.

10. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastkreis eine Gasentladungs lampe enthält.