DE3034927C2

DE3034927C2 - Schaltungsanordnung zum Schutz eines Leistungs-MOSFET gegen Überlastung

Info

Publication number: DE3034927C2
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: 1983-09-22
Also published as: DE3034927A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Leistungs-MOS-FET, der über eine Spanriungsquelle ansteuerbar ist, deren eine Klemme mit dem Sourceanschluß verbunden ist, und zwischen dessen Gate- und Sourceanschluß die Laststrecke eines Hilfstransistors liegt.

Eine solche Schaltungsanordnung ist z. B. in der Zeitschrift »Elektronik«, 1978, Heft 1, Seite 60, BiIdS beschrieben worden. Hier handelt es sich um eine Schaltung zum Schutz eines MOS-Transistors vor Überspannungen. Bei Auftreten einer Überspannung wird der Source-Gate-Übergang des MOS-Transistors von der Laststrecke eines bipolaren Transistors überbrückt und hält ihn auf eir.er Sättigungsspannung von 0,2 Volt. Ein Schutz gegen Überlastung des MOS-Transistors ist hier nicht vorgesehen.

Ein solcher Schutz gegen Überlastung ist beim betriebsmäßigen Einsatz des genannten Schalters wünschenswert. Ein Schutz durch Schmelzsicherungen scheidet insbesondere in komplexen elektronischen Schaltungen aus. Hier läßt sich 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:

An die Steuerstrecke des Hilfstransistors ist über einen Schalter einer der Restspannung zwischen Drainanschluß und Sourceanschluß proportionale Spannung anlegbar; der Schalter wird leitend gesteuert, wenn der

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50 MOS FET eingeschaltet ist.

Bei dieser Schaltungsanordnung wird im Gegensatz zum Stand der Technik die Restspannung nicht konstant gehalten. Vielmehr wird die mit dem Strom ansteigende Restspannung dazu benutzt, ein Kriterium für seine Überlastung zu liefern.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführrngsbeispiels in Verbindung mit der Figur erläutert

Der Leistungsschalter nach der Figur weist einen Leistungs-MOSFET 1 mit einem Sourceanschluß S, einem Drainanschluß D und einem Gateanschluß G auf. Mit dem Sourceanschluß 5 ist eine Last 3 verbunden. Die Reihenschaltung aus dem MOSFET1 und der Last 3 liegt an der Betriebsspannung + Ub. Zwischen Gateanschluß G und Sourceanschluß S des MOSFET1 liegt die Laststrecke (Kollektor-Emitterstrecke) eines Hilfstransistors 2. Diesem kann noch ein V/iderstand 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-Emitterstrekke) 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 mitdem DrainanschluS 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 13 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 ßaerschreiten 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 ζ. B. in der Größenordnung von 1 Volt anliegt. Hierdurch wird das Potential am Punkt Cgrößer 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 Hilfstransistor2 im Normalbetrieb gesperrt ist.

im F^rall 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 u, 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 Übertragers 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 Reihenschaltung aus Widerstand 11 und Steuerstrecke des Hilfstrans'stors 2 ein Kondensator 10 geschaltet Dieser verhindert, daß beim Einschalten, wenn die Ausgangsspannung an der Last noch nicht den in vollen Endwert erreicht hat, der Hilfstransistor 2 bereits leitend gesteuert und das Einschalten des MOSFET 1 unterbrochen wird. Zur Begrenzung der Steuerspannung für den MOSFET 1 kann zwischen den Gateansciiluß 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, ζ. B. aus Silizium bestehen. Der Temperaturgang des Potentiometers 5 kann in bekannter Weise durch Zuschaltung temperaturabhängiger Widerstände kompensiert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Leistungsschalter mit einem Leistungs-MOS-FET, der über eine Spannungsquelle ansteuerbar ist, deren eine Klemme mit dem Sourceahschluß verbunden ist, und zwischen dessen Gate- und Sourceanschluß die Laststrecke eines Hilfstransistors liegt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

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 1,

Z Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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 dies^ Reihenschaltung zwischen Drain- und Sourceanschluß Hegt 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(I) eingeschaltet ist.

3. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspan- _J0 nungsquelle ein Übertrager (13) mit sekundärseitig angeschlosseu.-m Gleichrichter (14) ist.