DE2525632A1 - Schutzschaltung, insbesondere fuer mos-transistorschaltung, aus dioden und widerstaenden - Google Patents

Description

• Schutzschaltung insbesondere für MOS-Transistorschaltung, aus Dioden und Widerständen.
• Es ist bereits bekannt, Halbleiterschaltungen gegen Uberspannungen durch vorgeschaltete Schutzschaltungen zu schützen (siehe z.B. DOS 1 809 438, 2 236 865). Solche Schutzschaltungen sind mit Hilfe von Dioden aufgebaut. Sie eignen sich auch dafür, integrierte Schaltungen zu schützen. Auch Sperrschicht-Feldeffekt-Transistorschaltungen können auf diese Weise geschützt werden, wobei die Schutzschaltung mit Hilfe von Widerständen und Dioden aufgebaut ist (siehe DAS 2 011 303; RCA-Solid State Datenbuch 74 Serie SSD-203B, Seiten 341 und 408).
• Die Erfindung zeigt nun einen Weg, wie solche Schutzschaltungen in besonders vorteilhafter Weise ausgestaltet werden können. Durcn die erfindungsgemäße Schutzschaltung wird nicht nur ein Schutz gegen Überspannungen und gegen Spannungsspitzen erzielt, sondern es wird darüber hinaus auch erreicht, daß für bestimmte Steuerspannungen ein gewisser Schwankungsbereich zulässig ist, sodaß die Steuerung ynn Spannungsabfällen oder eingekoppelten Störspannungen auf einer Steuerleitung kaum behindert wird.
• Die Erfindlmg betrifft also eine Schutzschaltung für eine Halbleiterschaltung, insbesondere Sperrschicht-Feldeffekt-Transistorschaltung, durch welche die der betreffenden Steuerelektrode der Halbleiters schaltung zugeführte Steuerspannung mittels mehrerer Dioden und mindestens eines Widerstandes begrenzt wird. Diese Schutzschaltung ist durch gekennzeichnet, daß ein Stabilwsierungsstronkreis für die Steuerspannung vorgesehen ist, der von einer mittleren Betriebsspanriung über eine Z-Diode in Durchlassrichtung, über eine weitere 7-Diode in Sperrichtung und über einen Widerstand zur unteren Betriebsspannung führt, daß die Steuerspannung am Verbindungspunkt zwiscnen den Dioden abgegriffen wird, von dem noch ein Widerstand zu einer oberen Betriebsspannung führt, daß an dem Verbindungspunkt zwischien der in Sperrichtung betriebenen Diode und dem zur unteren Betriebsapannung führenden Widerstand eine Steuerleitung angeschlossen ist, über die die Halo'eiterschaliong durch Schließen und Unterbrechen eines Steuerstromkreises mittels eines an der oberen Betriebsspannung liegenden Steuerkontaktes gesteuert wird. Durch diese Schaltungstechnik wird erreicht, daß auf der Steuerleitung auftretende Überspannungen sich nur begrenzt auf die Steuerelektrode auswirken können und daß außerdem eine Verfälschung des durch Schließen des Steuerstromkreises durch den Steuerkontakt erzeugten Steuersignales weitgehend verhindert wird. Dies wird beim einzelnen anhand der Beschreibung der verschiedenen Betriebsfälle erläutert werden.
• Zweckmäßigerweise werden zum Schutz gegen Überspannungen noch Strombegrenzungswiderstände in die Schutzschaltung eingefügt. Ferner wird zweckmäßigerweise vorgesehen, daß die an der mittleren Betriebsspannung liegende Diode in Sperrichtung einen Spannungsabfall hat, der etwa gleich der Differenz zwischen der oberen Betriebsspannung und der mittleren Betriebsspannung ist.
• Ein Beispiel für den Aufbau und den Betrieb der erfindungsgemäßen Schutzschaltung wird im folgenden anhand der Figur im einzelnen erläutert. Die betreffende Steuerelektrode der zu schützenden Halbleiterschaltung ist dort das Gate G eines MOS-FET-Transistors. Zum Stabilisierungsstromkreis gehören die Z-Diode D2, die Z-Diode D1 und der Widerstand R1 sowie der Widerstand R3. An die Z-Diode D2 ist die Spannung -U1 und an den Widerstand R1 ißt die Spannung -U2 angelegt. Der Widerstand R3 ist an Masse gelegt. Der Betrag der negativen Spannung -U2 ist größer als der Betrag der negativen Spannung -U1. Die Steuer spannung für die Steuerelektrode G wird am Verbindungspunkt B zwischen den Dioden D2, D1 und dem Widerstand R3 abgegriffen. Es ist hier zwischen diesem Verbindungspunkt B und die Steuerelektrode G noch der Strombegrenzungswiderstand R4 eingefügt.
• Er dient zum Schutz gegen Überspannungen. Der Diode D1 ist noch der Strombegrenzungswiderstand R2 vorgeschaltet, der ebenfalls zum Schutz gegen Überspannungen dient. Diese Überspannungen können gegebenenfalls auf der Steuerleitung L auftreten, über die die Halbleiterschaltung durch Schließen und Unterbrechen des Steuerstromkreises mittels des einseitig an Masse liegenden Steuerkontaktes e gesteuert wird. Mit Überspannungen ist besonders zu rechnen, wenn es sich um eine verhältnismäßig lange Steuerleitung handelt, auf die Störspannungen eingekoppelt werden können. Zweckmäßigerweise hat die Z-Diode D2 in Sperrichtung einen Spannungsabfall, der etwa gleiche Differenz zwischen der oberen Betriebsspannung Masse und der mittleren Betriebsspannung -U1 ist. Hat z.B. die mittlere Betriebsspannung -U1 die Größe -12V, die untere Betriebsspannung -U2 die Größe -60V, so kann z.B. als Diode D2 eine Z-Diode mit einem Spannungsabfall von 15Y in Sperrichtung verwendet werden. Als Diode D1 kann eine gleiche Z-Diode verwendet werden. Es hat sich gezeigt, daß die Schutzschaltung gut arbeitet, wenn die zugehörigen Widerstände folgende Widerstandswerte haben: R1 = 33 k0hm, R2 = 10 k0hm, R3 = 56 k0hm, R4 -390 k0hm.
• Wenn der Steuerstromkreis mit Hilfe des Steuerkontaktes e unterbrochen ist, so fließt ein Stabilisierungsstrom von -U1 über die Diode G2 in Durchlassrichtung, über die Diode GI in Sperrichtung, den Strombegrenzungswiderstand R2 und den Widerstand RI zu -U2. Am Verbindungspunkt B liegt dann eine Spannung, die etwa der mittleren Betriebsspannung -U1 entspricht. Diese Spannung bleibt auch erhalten, wenn auf die Steuerleitung L Spannungen eingekoppelt werden, die unterhalb der Betriebsspannung -U1 liegen. Werden dort Spannungen eingekoppelt, die darüber liegen, so kann am Verbindungspunkt B maximal nur eine Spannung auftreten, die etwa gleich +3V ist, also gleich der Differenz zwischen der mittleren Betriebs spannung -U1 = -12 V und dem Spannungsabfall an der Diode D2, der ,5V beträgt..Die angestrebte Spannungsbegrenzung ist also in diesem Betriebsfall erreicht.
• Wenn der Steuerstromkreis mit Hilfe des Steuerkontaktes e geschlossen ist, so liegt normalerweise am Verbindungspunkt B Massepotential. Über den Widerstand R1 fließt der Frittstrom für diesen Steuerkontakt. Auch am Verbindungspunkt B stellt sich unter Mitwirkung des Widerstandes R3 Massepotential ein. Die Diode D2 ist diesmal in Sperrichtung betrieben. Das Massepotential bleibt am Punkt B auch erhalten, wenn auf die Steuerleitung L negative Störspannungen bis zu etwa -15V eingekoppelt werden. Haben diese negativen Störspannungen einen größeren Betrag, so hat dies zur Folge, daß die Diode D2 in Durchlassrichtung beansprucht wird. Dabei wird die am Verbindungspunkt B auftretende Spannung auf die Spannung -U1 = -12V begrenzt. Wird auf die Steuerleitung L eine positive Störspannung eingekoppelt, so ergibt sich, daß ein Strom über den Widerstand R2 fließt, wobei die Diode D1 in Durchlassrichtung betrieben wird und die Diode D2 in Sperrichtung betrieben wird. Am Verbindungspunkt B kann dabei maximal nur eine Spannung von +3V auftreten, wie es bereits erläutert wurde. Der Widerstand R4 dient zur Begrenzung des Stromes, der bei Störspannungen gegebenenfalls von der Halbleiterschaltung aufgenommen wird. Der Widerstand R2 dient auch zur Begrenzung des Stromes, wenn Störspannungen auftreten.
• Vorstehend wurde gezeigt, daß der Verbindungspunkt B bei geschlossenem Steuerstromkreis normalerweise Massepotential annimmt und dies auch beibehält, wenn negative Störspannungen bis zu -15V auf die Steuerleitung eingekoppelt werden. Das durch die Schließung der Steuerkontakte e zugeführte Steuersignal wird also durch solche eingekoppelte Störspannungen und durch dementsprechende Spannungsabfälle an der Steuerleitung L nicht verfälscht. Die erfindungsgemäße Schutzschaltung bewirkt also nicht nur eine Begrenzung der Spannungen, die der gesteuerten Halbleiterschaltung zugeführt werden, sondern verhindert auch vorteilhafterweise eine Verfälschung des Steuersignals durch betreffende eingekoppelte Störspannungen.
• Zweckmäßigerweise wird der der Steuerelektrode G vorgeschaltete Strombegrenzungswiderstand R4 durch den Kondensator C ergänzt, an dessen freien Anschluß die Spannung -U1 gelegt ist. Es wird dann.
• durch den Strorabegrenzungswiderstand R4 und durch den Kondensator C ein Verzögerungsglied gebildet, das entsprechend seiner Zeitkonstante auch Störimpulse abfängt, die durch Kontaktprellungen oder durch kurzzeitige Störspannungen hervorgerufen werden.
• 5 Patentansprüche 1 Figur

Claims (5)

1. Patentansprüche 9 Schutzschaltung für eine Halbleiterschaltung, insbesondere Sperrschicht-Feldeffekt-Transistorschaltung, durch welche die der betreffenden Steuerelektrode der Halbleiterschaltung zugeführte Steuer spannung mittels mehrerer Dioden und mindestens eines Widerstandes begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stabilisierungsstromkreis für die Steuerspannung vorgesehen ist, der von einer mittleren Betriebsspannung (-U) über eine Z-Diode (D2) in Durchlassrichtung, über eine weitere Z-Diode (D1) in Sperrichtung und über einen Widerstand (R1) zur unteren Betriebsspannung (-U2) führt, daß die Steuerspannung am Verbindungspunkt (B) zwischen den Dioden (D2, D1) abgegriffen wird, von dem noch ein Widerstand (R3) zu einer oberen Betriebsspannung (Masse) führt, daß an dem Verbindungspunkt (E) zwischen der in Sperrichtung betriebenen Diode (D2) und dem zur unteren Betriebsspannung (-U2) führenden Widerstand (R1) eine Steuerleitung (L) angeschlossen ist, über die die Halbleiterschaltung durch Schließen und Unterbrechen eines Steuerstromkreises mittels eines an der oberen Betriebsspannung (Masse) liegenden Steuerkontaktes (e) gesteuert wird.
2. 2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Stabilisierungsstrom in Sperrichtung beanspruchten Diode (D1) ein Strombegrenzungswiderstand (R2) zum Schutz gegen Überspannungen auf der Steuerleitung (L) vorgeschaltet ist.
3. 3. Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verbindungspunkt (B) der Dioden (D1, D2) und der Steuerelektrode (G) der Halbleiterschaltung ein Strombegrenzungswiderstand (R4) zum Schutz gegen Überspannungen auf der Steuerleitung (L) eingefügt ist.
4. 4. Schutzschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der der Steuerelektrode (G) vorgeschaltete Strombegrenzungswiderstand (R4) durch einen Kondensator (C) ergänzt ist, sodaß ein Verzögerungsglied gebildet ist, das Störimpulse abfängt.
5. 5. Schutzschaltung nach eInem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, daß die an der mittleren Betriebsspannung (-U1) liegende Diode (D2) in Sperrichtung einen Spannungsabfall hat, der etwa gleich der Differenz zwischen der oberen Betriebsspannung (Masse) und der mittleren Betriebsspannung (-U1) ist.