DE3034927A1

DE3034927A1 - Schaltungsanordnung zum schutz eines leistungs-mosfet gegen ueberlastung

Info

Publication number: DE3034927A1
Application number: DE19803034927
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. 8000 München Hebenstreit
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-09-16
Filing date: 1980-09-16
Publication date: 1982-03-25
Also published as: DE3034927C2

Description

Schaltungsanordnung zum Schutz eines Leistungs-MOSFET
deren Uberla«tung Die Erfindung bezieht sich auf einen Leistungsschalter mit einem Leistungs-MOSFET, der über eine Spannungsquelle ansteuerbar ist, deren eine Klemme mit dem Source-Anschluß verbunden ist.
Ein solcher Leistungsschalter ist z. B. in der Zeitschrift "Siemens Components", 18 (1980), Heft 4, Seite 187, 188 beschrieben worden.
Beim betriebsmäßigen Einsatz des genannten Schalters ist ein Schutz des Leistungs-MOSFET gegen Uberlastung wünschenswert. Ein Schutz durch Schmelzsicherungen scheidet insbesondere in komplexen elektronischen Schaltungen aus. Hier läßt stich ein Schutz des Transistors nur dadurch erreichen, daß er abgeschaltet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leistungsschalter der eingangs angegebenen Art so weiterzubilden, daß dieser bei Überlastung sicher und zuverlässig abgeschaltet wird.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch folgende Merkmale: Zwischen Gate- und Sourceanschluß des MOSFET liegt die Laststrecke eines Hilfstransistors, an-die Steuerstrecke des Hilfstransistors ist über einen Schalter eine der Rest spannung zwischen Drain und Source proportionale Spannung anlegbar, der Schalter wird leitend gesteuert, wenn der MOSFET eingeschaltet ist.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels In Verbindung mit der Figur erläutert.
Der Leistungsschalter nach der Figur weist einen Leistungs-MOSFET 1 mit einem Sourceanschluß S, einen Drainanschluß D und einem Gateanschluß G auf. Mit dem Sourceanschluß S ist eine Last 3 verbunden. Die Reihenschaltung aus dem MOSFET 1 und der Last 3 liegt an der Betriebsspannung +U3. Zwischen Gateanschluß G und Sourceanschluß S des MOSFET 1 liegt die Laststrecke (Kollektor-Emitterstrecke) eines Hilfstransistors 2. Diesem kann noch ein Widerstand 11 in Reihe geschaltet sein. Zwischen Gateanschluß G und Sourceanschluß S liegt außerdem ein Widerstand 4, der zur Entladung der dem MOSFET 1 zugehörigen Eingangskapazität dient. Die Steuerstrecke (Basis-Emitterstrecke) des Hilfstransistors 2 ist mit dem Abgriff eines Potentiometers 5 verbunden, dessen einer Anschluß auf Source-Potential liegt und dessen anderer Anschluß über eine Diode 6 mit dem Drainanschluß des MOSFET 1 verbunden ist. Der Gateanschluß G des MOSFET 1 liegt über einen Widerstand 9 an der positiven Klemme einer Spannungsquelle 8, während der Sourceanschluß direkt mit der anderen Klemme der Spannungsquelle 8 verbunden ist. Die Anode der Diode 6 ist über einem Widerstand 7 mit der positiven Klemme der Spannungsquelle 8 verbunden.
Zur Erläuterung der Funktion sei angenommen, daß der MOSFET 1 ausgeschaltet ist. Wird zwischen Gateanschluß und Sourceanschluß durch Schließen des Schalters 16 eine Steuerspannung angelegt, so wird die Eingangskapazität von der Spannungsquelle 8 aufgeladen und der MOSFET beginnt bei Uberschreiten seiner Einsatzspannung zu leiten.
Bei einer Steuerspannung von z. B. 5 bis 8 Volt ist er voll durchgesteuert, so daß zwischen Source- und Drainanschluß eine Restspannung z. B. in der Größenordnung von 1 Volt anliegt. Hierdurch wird das Potential am Punkt C größer als das Potential am Drainanschluß und die Diode 6 wird leitend. Am Spannungsteiler 5 liegt somit die Restspannung abzüglich der Schwellspannung der Diode 6. An der Steuerstrecke des Hilfstransistors 2 liegt dann eine Spannung,. die der Restspannung proportional ist. Das Potentiometer 5 wird so eingestellt, daß der Hilfstransistor 2- im Normalbetrieb gesperrt ist.
Im Fall einer Überlastung oder eines Kurzschlusses an der Last 3 steigt die Restspannung am MOSFET 1 wegen seines im leitenden Zustand ohmschen Verhaltens proportional zum Strom an. Damit steigt auch die Spannung am Eingang des Hilfstransistors 2. Dieser beginnt damit zu leiten und entlädt die Eingangskapazität des MOSFET 1, so daß dieser sperrt und die Ausgangsspannung ua gleich Null wird. Damit wird auch die Diode 6 gesperrt. Der Hilfstransistor 2 bleibt noch solange leitend, wie die Eingangsspannung zwischen den Punkten A und B liegt. Mit Öffnen des Schalters 16 wird dann auch der Hilfstransistor 2 gesperrt und der MOSFET 1 bleibt gesperrt.
Die Spannungsquelle 8 ist als Batterie dargestellt. Sie kann jedoch z. B. auch durch die Sekundärwicklung 13 eines Ubertragers mit nachgeschaltetem Gleichrichter 14 ersetzt werden. In diesem Fall ist ein Glättungskondensator 15 vorgesehen, der zusammen mit dem Widerstand 9 eine Glättung des gleichgerichteten Steuerstroms bewirkt.
Der Widerstand 11 dient zur Strombegrenzung, er ist nicht unbedingt erforderlich. Zweckmäßigerweise wird parallel zur Reihenschaitung aus Widerstand 11 und Steuerstrecke des Hilfstransistors 2 ein Kondensator 10 geschaltet. Dieser verhindert, daß beim Einschalten, wenn die Ausgangsspannung an der Last noch nicht den vollen Endwert erreicht hat, der Hilfstransistar 2 bereits leitend gesteuert und das Einschalten des MOSFET 1 unterbrochen wird. Zur Begrenzung der Steuerspannung für den MOSFET 1 kann zwischen den Gateanschluß und Sourceanschluß noch eine Zenerdiode 12 eingefügt werden. Die Last 3 kann auch drainseitig oder drain- und sourceseitig liegen.
Die Wirkung der Schaltung ist im wesentlichen temperaturunabhängig, wenn die Diode 6 und der Hilfstransistor 2 aus dem gleichen Halbleitermaterial, z. B. aus Silizium bestehen. Der Temperaturgang des Potentiometers 5 kann in bekannter Weise durch Zuschaltung temperaturabhängiger Widerstände kompensiert werden.
1 Figur 5 Patentansprüche

Claims

Patentansrüche rX W Leistungsschalter mit einem Leistungs-MOSFET, der -über eine Spannungsquelle ansteuerbar ist, deren eine Klemme mit dem Sourceanschluß verbunden ist, g e -k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: Zwischen Gate- und Sourceanschluß des MOSFET (1) liegt die Laststrecke eines Hilfstransistors (2), an die Steuerstrecke des Hilfstransistors (2) ist über einen Schalter eine der Restspannung zwischen Drainanschluß (D) und Sourceanschluß (s) proportionale Spannung anlegbar, der Schalter wird leitend gesteuert, wenn der MOSFET (1) eingeschaltet ist.
2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schalter eine Diode (6) ist und daß zur Einstellung der proportionalen Spannung ein Potentiometer (5) vorgesehen ist, daß das Potentiometer mit der Diode (6) in Reihe geschaltet ist, daß diese Reihenschaltung zwischen Drain- und Sourceanschluß liegt derart, daß der eine Anschluß der Diode mit dem Drainanschluß verbunden ist, daß der andere Anschluß der Diode über einen Widerstand (7) mit der anderen Klemme der Spannungsquelle (8) verbunden ist und daß die Diode (6) so gepolt ist, daß sie leitend wird, wenn der MOSFET (1) eingeschaltet ist.
3. Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen Gate- -und Sourceanschluß eine Zenerdiode (12) liegt.
4. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Steuerstrecke des Hilfstransistors (2) ein Kondensator (10) parallel geschaltet ist.
5. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g o k e n n z e i c h n e t , daß die Steuerspannungsquelle ein Ubertrager (13) mit sekundärseitig angeschlossenem Gleichrichter (14) ist.