DE19848159A1

DE19848159A1 - Schaltungsanordnung für eine elektronische Leistungsendstufe

Info

Publication number: DE19848159A1
Application number: DE1998148159
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-10-20
Filing date: 1998-10-20
Publication date: 2000-04-27
Also published as: WO2000024107A1; EP1123575A1; JP2002528938A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verpolschutzschaltung für eine Leistungsendstufe mit mindestens einem Highside-Halbleiterschalter, der eine Ansteuerspannung größer als das Pluspotential der Versorgungsspannung benötigt und die von einer vorgeordneten Elektronik erzeugt wird, bei der in die Zuleitung des Pluspotentials als Verpolschutz ein N-Kanal-Power-FET eingeschleift ist, der bei angesteuerter Leistungsendstufe leitend gesteuert wird. Die Schaltung wird im Teileaufwand dadurch erheblich reduziert, dass die aus der Elektronik (E) dem(n) Highside-Halbleiterschalter(n) (T1, T2, T3, T4) zugeführte(n) Ansteuerspannung(en) zur Steuerung des N-Kanal-Power-FETs (T) des Verpolschutzes zurückgeführt ist (sind).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Verpolschutzschaltung für eine Leistungsendstufe mit mindestens einem Highside-Halbleiterschalter, der eine Ansteuerspannung größer als das Pluspotential der Versorgungsspannung benötigt und die von einer vor geordneten Elektronik erzeugt wird, bei der in die Zuleitung des Pluspotentials als Verpolschutz ein N-Kanal-Power-FET eingeschleift ist, der bei angesteuerter Leistungsendstufe leitend gesteuert wird.

Bei den bekannten Verpolschutzschaltungen dieser Art wird die Elektronik über die Reverse-Diode des N-Kanal-Power-FET in die Zuleitung des Pluspotentials so versorgt, dass sie ein- und ausgeschaltet, d. h. angesteuert werden kann. Die Elektronik aktiviert eine Ladungspumpe zur Ansteuerung des Gate-Anschlusses des N-Kanal-Power-FET's, der dann leitend und damit niederohmig wird. Das Pluspotential wird daraufhin entsprechend niederohmig der Elektronik und der Leistungsendstufe zugeführt. Die Ladungspumpe wird dabei durch einen Oszil lator oder einen Mikrocontroller getaktet. Diese Ansteuerung des N-Kanal-Power- FET's unterbleibt bei falscher Polung der Versorgungsspannung. Die Sperrung des N-Kanal-Power-FET's bei falsch gepolter Versorgungsspannung übernimmt ein eigener Steuerkreis für den N-Kanal-Power-FET, der mit dem Minuspol der Versorgungsspannung verbunden ist.

Für die Steuerung des N-Kanal-Power-FET's bei richtiger Polung der Versor gungsspannung wird bei der bekannten Verpolschutzschaltung mit der Ladungs pumpe und dem Oszillator ein beachtlicher Teileaufwand benötigt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einer Verpolschutzschaltung der eingangs er wähnten Art den Teileaufwand wesentlich zu reduzieren und damit die benötigte Leiterplattenfläche und die Ausfallrate der Schaltung klein zu halten.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass die aus der Elek tronik dem(n) Highside-Halbleiterschalter(n) zugeführte(n) Ansteuerspannun g(en) zur Steuerung des N-Kanal-Power-FET's des Verpolschutzes zurückgeführt ist (sind).

Mit der Verwendung der Ansteuerspannung(en) der Elektronik für die Leistungs endstufe auch für die Steuerung des N-Kanal-Power-FET's des Verpolschutzes entfallen die Ladungspumpe und der Oszillator, d. h. es werden keine zusätz lichen Bauteile für die Durchschaltung des N-Kanal-Power-FET's benötigt, was sich in einer wesentlichen Vereinfachung des Leiterplattenaufbaus und einer hö heren Ausfallsicherheit der Schaltung auswirkt.

Nach einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass bei Taktbetrieb der Leistungsend stufe der Gate-Source-Strecke des N-Kanal-Power-FET des Verpolschutzes ein RC-Glied in Parallelschaltung parallelgeschaltet ist. Dieses RC-Glied wird zur Glättung der Steuerspannung für den N-Kanal-Power-FET benötigt, der damit im Taktbetrieb dauernd leitend geschaltet bleibt.

Eine Erweiterung der Verpolschutzschaltung ist nach einer Ausgestaltung da durch gekennzeichnet, dass bei einer als Halb- oder Vollbrückenschaltung ausge legten Leistungsendstufe nur die den am Pluspotential der Versorgungsspannung angeschalteten Highside-Halbleiterschaltern von der Elektronik zugeführten An steuerspannungen zugeführt werden. Die positiveren Ansteuerspannungen die ser Highside-Halbleiterschalter reichen zur Steuerung des N-Kanal-Power-FET's des Verpolschutzes aus.

Damit die auf den N-Kanal-Power-FET zurückgeführten Ansteuerspannungen der Elektronik unbeeinflußt bleiben, muß vorgesehen sein, dass die dem N-Kanal- Power-FET des Verpolschutzes zugeführten Steuerspannungen mittels Dioden gegeneinander entkoppelt sind.

Weiterhin ist in bekannter Weise vorgesehen, dass die Elektronik mittels eines Startsignals ein- und ausschaltbar ist. Damit läßt sich Beginn und Ende der Steuerung des Verpolschutzes auf einfachste Weise festlegen.

Für die Sperrung des N-Kanal-Power-FET's bei verpolter Versorgungsspannung ist in bekannter Weise vorgesehen, dass der N-Kanal-Power-FET des Verpol schutzes über einen an dem Minuspotential der Versorgungsspannung ange schalteten Steuerkreis bei Verpolung der Versorgungsspannung gesperrt wird.

Die Erfindung wird anhand von zwei in den Zeichnungen dargestellten Ausfüh rungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Verpolschutzschaltung in Verbindung mit einer Leistungsend stufe aus einer Reihenschaltung aus Highside-Halbleiterschalter und Verbraucher und

Fig. 2 eine Verpolschutzschaltung mit einer als Vollbrückenschaltung auf gebauten Leistungsendstufe aus vier Highside-Halbleiterschaltern und einem Verbraucher.

Wie die Fig. 1 zeigt, wird als Verpolschutz ein N-Kanal-Power-FET T mit seiner Source-Drain-Strecke S-D in die Zuleitung des Pluspotentials + der Versor gungsspannung u eingeschleift. Der Steuerkreis zur Sperrung des N-Kanal- Power-FET's T bei verpolter Versorgungsspannung U, der mit dem Minuspol (Masse) der Versorgungsspannung U verbunden ist, kann in bekannter Weise ausgelegt sein und wird daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung wegge lassen. Es wird dafür nur auf die niederohmige Durchschaltung des Verpol schutzes bei Ansteuerung der Leistungsendstufe näher eingegangen.

Ist die Versorgungsspannung U richtig angeschaltet, dann greift das Pluspoten tial + über die Reverse-Diode RD des nicht angesteuerten N-Kanal-Power-FET's T zur Elektronik E und der Leistungsendstufe mit dem Highside-Halbleiterschalter T1 und dem Verbraucher V durch. Über das dem Eingang der Elektronik E zuge führte Startersignal st kann die Elektronik E ein- und ausgeschaltet werden. Wird die Elektronik E eingeschaltet, dann gibt sie am Ausgang ein Ansteuersignal für den Highside-Halbleiterschalter T1 ab, das positiver als das Pluspotential + der Versorgungsspannung U ist.

Der als Highside-Transistor ausgebildete Highside-Halbleiterschalter T1 benötigt diese höhere positive Ansteuerspannung, damit er in den niederohmigen Schalt zustand kommt und den Verbraucher V einschaltet, d. h. niederohmig mit dem Pluspol der Versorgungsspannung U verbindet. Dazu ist es jedoch auch erfor derlich, dass der N-Kanal-Power-FETT des Verpolschutzes in den leitenden, d. h. niederohmigen Zustand gebracht wird. Dies wird am einfachsten dadurch er reicht, dass die Ansteuerspannung der Elektronik E auch dem Gateanschluß G des N-Kanal-Power-FET's T zugeführt wird. Da der N-Kanal-Power-FET T darüber in den leitenden Zustand gebracht ist, kann der Verbraucher V mit vollem Strom beaufschlagt werden.

Wird für den Verbraucher V ein Taktbetrieb gewählt, dann ist das Ansteuersignal am Ausgang der Elektronik E eine entsprechende Impulsfolge. Der Gate-Source- Strecke G-S des N-Kanal-Power-FET's T wird dann ein zusätzliches RC-Glied, in Parallelschaltung eines Widerstandes R und eines Kondensators C, parallelge schaltet, um den N-Kanal-Power-FET T auch in den Impulspausen der Impulsfol ge leitend zu halten.

Wie Fig. 2 zeigt, kann der Verbraucher V auch über eine Vollbrückenschaltung aus vier Highside-Halbleiterschaltern T1 bis T4 ein- und ausgeschaltet werden, die paarweise, z. B. T1 und T4 bzw. T2 und T3 ansteuerbar sind. Ist der Ver braucher V z. B. ein Motor, dann kann durch die Ansteuerung der Paare T1 und T4 sowie T2 und T3 die Drehrichtung des Motors verändert werden. Die Elek tronik E gibt dabei jeweils an zwei der Ausgänge 1 und 4 bzw. 2 und 3 An steuersignale mit unterschiedlich hohem positivem Potential ab, das jeweils größer ist als das an den Drain-Anschlüssen der zugeordneten Highside-Halb leiterschalter T1 und T4 bzw. T2 und T3 ist. Für die Steuerung des Verpol schutzes mit dem N-Kanal-Power-FET T brauchen jedoch nur die Ansteuersignale mit dem höheren positiven Potential, d. h. der Ansteuersignale der Ausgänge 1 bzw. 2 der Elektronik E, zugeführt werden. Die Ansteuerspannungen für die Highside-Halbleiterschalter T1 und T2, die zwischen Gate- und Source-Anschluß wirken, werden an den Ausgängen 1 und 5 bzw. 2 und 6 abgegriffen. Die von den Ausgängen 1 und 2 abgegriffenen Ansteuerspannungen der Elektronik E werden über die Dioden D1 und D2 entkoppelt und dem Gate-Anschluß G des N- Kanal-Power-FET's T des Verpolschutzes zugeführt, um die Ansteuerung der Leistungsendstufe mit der Vollbrückenschaltung der Highside-Halbleiterschalter T1 bis T4 nicht zu beeinflussen.

Auch bei einer als Halbbrückenschaltung ausgelegten Leistungsendstufe kann die Steuerspannung zur Durchschaltung des N-Kanal-Power-FET's von dem An steuersignal der Elektronik E für den mit dem Pluspotential + der Versorgungs spannung U verbundenen Highside-Halbleiter abgegriffen werden, wobei das RC- Glied aus dem Widerstand R und dem Kondensator C nur im Taktbetrieb erfor derlich ist und in der einzigen rückgeführten Steuerleitung zum Verpolschutz keine Diode benötigt wird.

Claims

1. Verpolschutzschaltung für eine Leistungsendstufe mit mindestens einem Highside-Halbleiterschalter, der eine Ansteuerspannung größer als das Pluspotential der Versorgungsspannung benötigt und die von einer vorge ordneten Elektronik erzeugt wird, bei der in die Zuleitung des Pluspoten tials als Verpolschutz ein N-Kanal-Power-FET eingeschleift ist, der bei an gesteuerter Leistungsendstufe leitend gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Elektronik (E) dem(n) Highside-Halbleiterschalter(n) (T1, T2, T3, T4) zugeführte(n) Ansteuerspannung(en) zur Steuerung des N- Kanal-Power-FET's (T) des Verpolschutzes zurückgeführt ist (sind).

2. Verpolschutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Taktbetrieb der Leistungsendstufe der Gate-Source-Strecke (G-S) des N-Kanal-Power-FET (T) des Verpolschutzes ein RC-Glied (R, C) in Pa rallelschaltung parallelgeschaltet ist.

3. Verpolschutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer als Halb- oder Vollbrückenschaltung ausgelegten Leistungs endstufe nur die den am Pluspotential (+) der Versorgungsspannung (U) angeschalteten Highside-Halbleiterschaltern (T1, T2) von der Elektronik (E) zugeführten Ansteuerspannungen (1, 2) zugeführt werden.

4. Verpolschutzschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dem N-Kanal-Power-FET (T) des Verpolschutzes zugeführten Steuerspannungen mittels Dioden (D1, D2) gegeneinander entkoppelt sind.

5. Verpolschutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik (E) mittels eines Startsignals (st) ein- und ausschaltbar ist.

6. Verpolschutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der N-Kanal-Power-FET (T) des Verpolschutzes über einen an dem Minuspotential (Masse) der Versorgungsspannung (U) angeschalteten Steuerkreis bei Verpolung der Versorgungsspannung (U) gesperrt wird.