DE3040530A1

DE3040530A1 - Vorrichtung zur galvanisch getrennten ansteuerung eines mos-leistungsschalters

Info

Publication number: DE3040530A1
Application number: DE19803040530
Authority: DE
Inventors: Valentin Dipl.-Phys. 8000 München Magori
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-10-28
Filing date: 1980-10-28
Publication date: 1982-05-13
Also published as: DE3040530C2

Description

Vorrichtung zur galvanisch getrennten Ansteuerung
eines MOS-Leistungs-halters.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur galvanisch getrennten Ansteuerung eines MOS-Leistungsschalters, wie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben.
Aus "Siemens Components" 18 (1980), Heft 4, Seiten 187/188 ist eine Schaltung für eine galvanisch getrennte Ansteuerung eines SIPMOS-Leistungsschalters bekannt, wobei als Vorrichtung zur galvanisch getrennten Ubertragung des Ansteuersignals ein übertrager mit drei Wicklungen vorgesehen ist. Bild 1 dieser Druckschrift zeigt ein Schaltungsbeispiel für eine derartige Ansteuerung mit Ubertrager. Der SIPMOS-Leistungsschalter ist ein Halbleiterbauelement und diese Bezeichnung hat die Bedeutung "Siemens-Power-MOS-Leistungsschalter". Wie auch das Bild 1 der Druckschrift erkennen läßt, ist dieser Leistungsschalter im wesentlichen ein Feldeffekttransistor, der einen derartigen (konstruktiven) Aufbau in dem Halbleiter-Chip hat und der nach der bekannten MOS-Technologie hergestellt ist, so daß mit diesem Halbleiterbauelement große Ströme geschaltet werden können. Solche Leistungsschalter können z.B. zum Schalten des Betriebsstromes eines Motors verwendet werden.
Einzelheiten über MOS-Leistungsschalter gehen auch aus "Siemens Forschungs- und Entwicklungsberichte, Bd.9 (1980), Nr.4, Seiten 181-189 hervor.
Galvanisch getrennte Ansteuerung derartiger MOS-Le istungsschalter ist überall dort erwünscht, wo BerWhrungsschutz mit hohen Spannungen erforderlich ist. Ein MOS-Leistungsschalter läßt sich bereits mit 6 Volt zuverlässig ein- und ausschalten, obwohl die von dem Leistungsschalter zu schaltende Spannung ohne weiteres mehrere hundert Volt betragen kann und insbesondere die Netzspannung ist.
Für die galvanisch getrennte Ansteuerung eines MOS-Leistungsschalters kann prinzipiell auch ein Kleinrelais oder ein optoelektronischer Koppler (auf optischem Wege koppelndes Element aus eingangsseitiger Fotodiode und ausgangsseitigem Fototransistor) verwendet werden, was Jedoch zu zusätzlichen Aufwendungen, wie z.B. Zusatzschaltungen, insbesondere für Strombegrenzung und/oder zum Erfordernis einer zusätzlichen Spannungsquelle auf der Lastseite führt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine weitere galvanisch getrennte Ansteuerungsmöglichkeit eines MOS-Leistungsschalters anzugeben, die nicht nur die Vorteile des Prinzips nach der obengenannten Druckschrift hat, sondern die außerdem auch noch mit weniger aufwendigen Mitteln zu realisieren ist.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentbegehrens' erfindungsgemäß mit den Mitteln des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 gelöst.
Für die vorliegende Erfindung wird von einem Prinzip ausgegangen, das in den nichtvorveröffentlichten Patentanmeldungen P 30 15 301.6 (VPA 80 P 7046) und P 30 35 503.4 (VPA 80 P 7138) für Ansteuerung von Thy- ristoren und Triacs beschrieben ist. In diesen beiden Patentanmeldungen ist ein neuartiger Koppler beschrieben, der aus einem Körper aus piezoelektrischer Keramik besteht und auf dessen Oberflächen Elektroden derart angebracht sind, daß ein Eingangselektrodenpaar und wenigstens ein Ausgangselektrodenpaar vorliegen. Diese Elektrodenpaare sind auf der elektrisch isolierenden Piezokeramik so weit voneinander im Abstand entfernt, daß ausreichende galvanische Trennung dieser Elektrodenpaare voneinander vorliegt. Ein solcher für Thyristoren und Triacs bereits vorgeschlagener Piezo-Koppler läßt sich dem Prinzip nach erfindungsgemäß auch fUr die Ansteuerung von MOS-Leistungsschaltern verwenden. Das in das Eingangselektrodenpaar eingegebene primärseitige Ansteuersignal wird auf piezoelektrischem Wege in den Bereich des wenigstens einen Ausgangselektrodenpaares übertragen, und an den Ausgängen dieses Elektrodenpaares tritt das dem Gate-Anschluß des MOS-Leistungsschalters zuzuführende, diesen Schalter steuernde Signal auf..
Der bei der Erfindung vorgesehene Piezo-Koppler ersetzt die aufwendigen Trenntransformatoren der Schaltung nach der obengenannten Druckschrift "Siemens Components".
Da der Piezo-Koppler der vorliegenden Erfindung auf der Sekundärseite in sich als Spannungsgenerator wirksam wird, kann mit diesem Koppler eine elektrische Spannung bzw. eine elektrische Leistung erzeugt werden, die nicht nur vom Eingang galvanisch getrennt ist, sondern die auch gegen ein Bezugspotential der Sekundärseite bzw. gegen Masse frei ist. Steht z.3. eine Betriebsspannung von 12 Volt mit an Masse liegendem Minuspol zur Verfügung (Autoelektrik), so kann mSt dem erfindungsgemäßen Piezo-Eoppler ohne weiteres eine solche Gate-Spannung erzeugt werden, deren Minus-Potential auf wenigstens angenähert 12 Volt liegt und deren Plus-Potential beispielsweise bis zu +18 Volt gegenüber dem Minus-Potential der Betriebsspannung beträgt. Damit kann nämlich der MOS-Leistungsschalter in bezug auf den Lastwiderstand auch so eingefügt werden, daß der Drain-Anschluß des Leistungsschalters direkt mit dem Pluspol der Betriebs Spannung verbunden ist und dessen Source-Anschluß mit dem einen Anschluß des Lastwiderstands verbunden ist, wobei dessen anderer Anschluß mit dem auf Masse liegenden Minuspol verbunden ist.
Es kann dann also, wie in der Autoelektrik Ublich, der eine Pol des Lastwiderstands (z.B. Scheinwerferbirne, Scheibenwischermotor, Gebläsemotor u.s.w.) wie bisher mit der auf dem Minuspol liegenden Fahrzeugkarosserie direkt verbunden werden und dennoch ein verfügbarer Halbleiter-MOS-Leistungsschalter verwendet werden (der einen N-Kanal-Aufbau hat;. Feldeffekttransistor vom Anreicherungstyp).
Die erfindungsgemäße Ansteuerung mit einem Piezo-Epppler kann auf der Eingangs- bzw. auf der Primärseite mit einer Betriebsspannung betrieben werden, die sogar kleiner als 5 Volt sein kann, womit die Eingangsseite sogar an Mikroprozessor-Systeme angepaßt sein kann.
Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden, anhand der Figuren gegebenen Beschreibung hervor.
Fig.1 zeigt ein Schaltbild nach der Erfindung.
Fig.2 zeigt einen Piezo-Koppler für eine Schaltung nach Fig.l in verschiedenen Formvarianten.
Fig. 3 zeigt eine Erläuterung zum Oberwellen-Schwingungsmode.
Fig.4 zeigen weitere Ausführungsformen eines Piezobis 6 KOpplers.
Fig-l zeigen Ausgestaltungen bezüglich der halternden Ans chluß le itungen .
In Fig.1 ist mit T der verwendete Piezo-Koppler und mit 1 ist dessen plättchenförmiger Körper aus Piezokeramik wie Bariumtitanat oder Bleizirkonat-Titanat bezeichnet.
Auf der in der Figur oberen (senkrecht zur Darstellungsebene der Figur liegenden) Oberflächenseite des Körpers 1 befinden sich die streifenförmigen Elektroden 13 und 14. Diese Elektroden 13 und 14 haben einen so großen Abstand voneinander, daß den VDE-Bestimmungen (und den nationalen bzw. internationalen Bestimmungen anderer Länder) genügender Isolationswiderstand, d.h. genügende galvanische Entkopplung, vorliegt. Auf der Unterseite des Körpers befinden sich die ebenfalls streifenförmigen Elektroden 13' und 14'. Auch sie haben den vorgeschriebenen Isolationsabstand voneinander, sofern zweipolige galvanische Trennung von Eingang und Ausgang voneinander gefordert ist. Die Elektroden 13 und 13' bilden das eingangsseitige Elektrodenpaar und die Elektroden 14 und 14' das ausgangsseitige Elektrodenpaar des Piezo-Kopplers. Die einander gegentiberliegenden Elektroden 13, 13' bzw. 14, 14' der einzelnen Elektrodenpaare sind einander deckend angeordnet. Die Elektrodenpaare 13, 13t und 14, 14' bilden zwei Eapazitäten, zwischen deren Elektroden bei einer auf der Eingangsseite anliegenden elektrischen Wechselspannung im Körper 1 eine mechanische Schwingung bzw. akustische Welle erzeugt werden kann, und zwischen denen auf der Ausgangsseite bei angeregter mechanischer Schwingung des Körpers 1 eine elektrische Spannung (umgekehrter Piezo-Effekt) abgenommen werden kann. Die örtliche Verteilung der Größe des piezoelektrischen Effekts bzw.
des umgekehrten piezoelektrischen Effekts hängt bei Resonanzschwingung des Körpers 1 von der schwingungsmäßigen mechanischen Spannungsverteilung ab, die bei der für die Erfindung vorgesehenen Radialschwingung für die Grundschwingung ein Maximum in der Plattenmitte (Schwingungsbauch) und z.B. für die ebenfalls in Frage kommende erste Oberwelle wiederum ein Maximum in der Plattenmitte und dazu ein symmetrisches (bei Kreisplatte ringförmig konzentrisch) verteiltes weiteres Maximum mit zwischen beiden Maxima vorhandener Enotenlinie hat. Dies gilt für die freischwingende Platte, wie sie bei der Erfindung vorgesehen ist, denn die noch zu erläuternden Halterungen sind so angebracht und ausgebildet, daß sie freie Resonanzschwingung der Platte des Körpers 1 zulassen.
Mit § ist eine Treiberschaltung bezeichnet, die bei Anliegen von H-Potential am Steuereingang § der vorgesehenen Ansteuerung des MOS-Leistungsschalters entsprechend getaktetes Signal an das Elektrodenpaar 13, 13' liefert. Dieses Signal ist ein Wechselspannungssignal mit wie vorgegebener, durch die Abmessung des Körpers 1 bestimmter Frequenz zwischen 20 kHz und 500 kHz.
Die Frequenz f der Wechselspannung und die zur Anregung vorgesehene Schwingungsresonanz des Körpers 1 sind somit übereinstimmend.
Eine solche Treiberschaltung 7 nach Fig.1 ist als integrierte Schaltung in TTL-Technik mit der Typenbezeichnung 74132 verschiedener Hersteller im Handel. Ihre Bestandteile gehen aus der Darstellung und dem angege- benen Symbol hervor. Diese Treiberschaltung § liefert eine Wechselspannung an das Eingangselektrodenpaar 13, 13' des Piezo-Kopplers.
Die Ausgangsseite des Piezo-Kopplers T, d.h. das Elektrodenpaar 14, 14', ist über die Anschlußleitungen 7', 8' mit einer Gleichrichterschaltung mit den wie dargestellten Gleichrichtern 7 und § verbunden. Ein hochohmiger Ableitwiderstand ist mit 78 bezeichnet. Mit 210 ist der zu schaltende MOS-Leistungsschalter und mit 211 ist der mit dem Schalter 210 in Reihe liegende Lastwiderstand bezeichnet. Wie ersichtlich und wie oben schon angedeutet, liegt der Schalter 210 bei kurzgeschlossenem Schalter, d.h. bei Öffnen der Kanalstrecke des den Schalter 210 bildenden Feldeffekttransistors, mit seinen beiden Anschlüssen Source und Drain auf hohem Potential, d.h. am "heißen'' Anschluß des Lastwiderstands 211. Ohne Schwierigkeiten ist eine solche Schaltung bei der Erfindung möglich, weil in der Ausgangsseite des Piezo-Kopplers T, dh. im Schaltungsteil bestehend aus dem Elektrodenpaar 14, 14' und den Schaltungselementen'7, § und 5§, eine solche elektrische Spannung erzeugt wird, die von Bezugspotentialen frei ist und die genügend groß ist, um für das Öffnen des den Schalter 210 bildenden Feldeffekttransistors erforderliche Spannung zwischen Source 212 und 213 zu gewährleisten. Die Anschlußleitung § ist dementsprechend mit dem Source-Anschluß 212 des Schalters 210 verbunaren. Der Drain-Anschl1ß 214 des Schalters 210 ist mit positivem Betriebspotential verbunden, wenn der Schalter 210 wie im vorliegenden Falle ein. Feldeffekttransistor vom Anreicherungstyp mit N-Eanal ist.
Die weiteren Erläuterungen beziehen sich auf den bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Piezo-Koppler 7.
In Fig.2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel dargestellt. Mit 11 ist eine Scheibe mit z.B. 20 mm Durchmesser und z.B. 0,1 bis 0,2 mm Dicke aus piezoelettrischer Keramik bezeichnet. Bei der piezoelektri schen Keramik handelt es sich z.3. um ein als Bleisirkonat-Titanat bekanntes Material, das wie das noch bekanntere, ebenfalls in Frage kommende Bariumtitanat durch Sinterung zu einem Keramikkörper hergestellt wird. Dieses Plättchen 11 bzw. diese Folie hat auf ihren beiden Oberflächen, von denen in der Darstellung der Fig.2 nur die eine Oberfläche zu sehen ist, je eine Elektrode. Diese Elektroden sind eine kreisrunde Elektrode 3 und eine ringförmige Elektrode 4, die konzentrisch zueinander sind. Zu der Elektrode 3 gehört eine praktisch gleich große, auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Plättchens 11 befindliche Gegenelektrode, die beide zusammen ein Elektrodenpaar, z.B.
das Eingangselektrodenpaar, bilden. Der Elektrode 4 liegt eine entsprechende ringförmige Gegenelektrode auf der anderen Oberflächenseite des Plättchens 1 gegenüber.
Diese Elektroden sind vorzugsweise auf der Keramikoberfläche angebrachte Metallisierungsschichten. Sie bestehen z.B. aus Einbrennsilber, wie dies für Elektroden auf Keramik üblich ist.
Mit 5 ist eine auf der Oberfläche des Plättchens 11 angebrachte Zuleitung als Anschluß für die Elektrode 3 bezeichnet. Mit 6 ist die Zuleitung der zur Elektrode 3 gehörenden Gegenelektrode der Rückseite bezeichnet; soweit die Zuleitung 6 auf der Rückseite des Plättchens 1 verläuft, ist sie gestrichelt dargestellt. Mit 7 ist eine an dem Keramikplättchen 1 angebrachte Zuleitung der Elektrode 4 und mit 8 die entsprechende weitere Zuleitung der rückwärtigen, zur Elektrode 4 gehörenden, ringförmigen Gegenelektrode bezeichnet.
Die Zuleitungen 5 bis 8 bilden Anschlußkontakte, mit denen der mit Elektroden versehene Plättchenkörper 1 als fertiges Bauelement eines erfindungsgemäßen Kopplers in die Schaltung mechanisch und elektrisch eingesteckt werden kann. Gestrichelt ist mit 9 wieder die eingangsseitige Steuerelektronik bezeichnet und das mit 10 bezeichnete gestrichelte Kästchen deutet auf die Ausgangsseite mit dem darin enthaltenen Thyristor oder Triac hin.
Die Aufteilung der insgesamt für die Elektroden 3 und 4 zur Verfügung stehenden Scheibenoberfläche auf diese Elektroden 3 und 4 (das gleiche gilt für die auf der Rückseite der Scheibe 11 befindlichen Gegenelektroden) ist so gewählt, daß für die Gesamtfläche der Elektrode 3 und für die Gesamtfläche der Elektrode 4 Jeweils integral gleich großer piezoelektrischer Effekt vorliegt, wobei zu berücksichtigen ist, daß im zentralen Bereich der Scheibe 11, d.h. im Bereich der Elektrode 3, große mechanische Wechselspannung der Schwingungsbewe~gung vorliegt, wohingegen im Randbereich der Scheibe 11, d.h. im wesentlichen im Bereich der Elektrode 4, bekanntermaßen weniger große - bis zum Rand der Scheibe auf Null heruntergehende - mechanische Wechselspannung vorliegt. Dies entspricht für die, wie oben bereits erörtert, freischwingenden Scheiben den physikalischen Gesetzen.
In der Fig.2 ist gestrichelt auch eine quadratische Umrandung der Scheibe 11 angedeutet, womit darauf hingewiesen sein soll, daß eine der Fig.1 entsprechende Ausführungsform auch mit einem quadratischen Plättchen statt einer kreisrunden Scheibe, und zwar mit kreisrun- der Mittelelektrode, zu realisieren ist. ZweckmäDigerweise füllt dann die Elektrode 4 auch die für das Quadrat hinzukommenden vier Ecken mit aus. Zur Wahrung des piezoelektrischen Gleichgewichts innerhalb der Bereiche der Elektroden 3 und 4 kann der Außendurchmesser der Elektrode 3 und der Innendurchmesser der Elektrode 4 dann entsprechend (geringfügig) größer gewählt werden.
Mit strichpunktierter Linie ist außerdem in Fig.2 noch eine Umrandung des Plättchens 11 in regelmäßiger hexagonaler Form eingezeichnet. Für diese Form gilt insbesondere bezüglich der Elektrodenaufteilung dasåenige, was bereits zu der quadratischen Form gesagt worden ist.
Alle diese im Zusammenhang mit der Fig.2 erörterten Formen des Plättchens bzw. der Scheibe 11 sind durch eine einzige Längenabmessung bereits vollständig beschrieben, so z.3. mit dem Durchmesser für die Xreisscheibe, mit der Kantenlänge a für die quadratische Scheibe und mit der Kantenlänge a' für das hexagonale Plättchen. Die Schwingungsbewegung des Grundmode ist in der Fig.2 durch die eingetragenen Pfeile angedeutet. - Diese Schwingungsform gilt prinzipiell unabhängig davon, ob die äußere Umrandung dieses Plättchens 11 ein Kreis, ein Quadrat, ein Sechseck oder ein sonstiges regelmäßiges Vieleck ist.
In der Fig. 3 ist für die Plättchenformen der Fig.2 mit den in dieser Fig.3 angegebenen Doppelpfeilen die Schwingungsverteilung des nur in Fig.2 dargestellten ersten Oberwellenmode angedeutet mit der Knotenlinie c. Diese Knotenlinie ist im Falle der Kreisscheibe und im Falle eines vieleckigen Plättchens eine Kreislinie, die im Extremfall des Quadrats dem Quadrat entsprechende geringe Ausbauchungen zu den vier Ecken hin hat.
Fig.4 zeigt ein Plättchen 1 mit quadratischem Querschnitt (wie als alternative Ausführungsform in Fig.2 gestrichelt eingetragen). Die Ausführungsform der Fig.4 läßt aber die abweichende Elektrodenform erkennen, die z.B. derJenigen entspricht, wie sie bei der prinzipiellen Darstellung nach Fig.1 gezeigt ist. Mit 13 und 14 sind die beiden streifenförmigen, im Abstand voneinander liegenden (den Elektroden 3 und 4 der Fig.2 entsprechenden) Elektroden der einen Oberfläche bezeichnet. Auf der Rückseite befinden sich die - wie in Fig.1 ersichtlichen - Gegenelektroden 13' und 14'. Für flächengleiche Elektroden 13 und 14 ergeben sich ohne weiteres gleich große piezoelektrische Wirkungen zwischen dem Eingangselektrodenpaar 13, 13' und dem Ausgangselektrodenpaar 14, 14'.
Die mit 5' bis 8' bezeichneten Anschluß-Zuleitungen wie in Fig.1 entsprechen den Zuleitungen 5 bis 8 der Fig.2. Vorzugsweise sind diese Zuleitungen am Rande des Plättchens auf den Jeweiligen Elektroden befestigt.
In Fig.5 ist eine Ausführungsform mit kreisrunder Form des Plättchens 11 gezeigt, auf dem' sich halbkreisförmige Elektroden 3' und 4' befinden.
Eine weitere Ausführungsform zeigt Fig.6 mit einer weiteren Art der Aufteilung der Elektroden 13" und 14", denen jeweils gleich große Gegenelektroden auf der RUckseite des Plättchens direkt gegenüberliegen. Es ist dies ein Beispiel einer Ausführungsform mit unregelmäßig ineinandergreifenden Elektroden des Eingangs- und des Ausgangselektrodenpaares.
Es wurde bereits oben erwähnt, daß die Anschluß-Zulei- tungen 5 bis 8 vorzugsweise am Rande des Plättchens 1, 11 angebracht werden. Dies steht in scheinbarem Gegensatz zu der Angabe, daß das Plättchen des erfindungsgemäßen Kopplers freischwingend gehalten sein soll.
Dies läßt sich aber vor allem durch Verwendung von mit Sicken oder dergl. versehenen oder (mit genügend langen Enden) umgebogenen Anschluß-Zuleitungen 5 bis 8 erreichen. Die Fig.7 und 8 zeigen derart ausgestaltete Anschluß-Zuleitungen, und zwar in Seitenansichten bezogen auf die Fig.2 bis 6. Diese Fig.7 und 8 zeigen den plättchenförmigen Körper 1, 11 des Piezo-Eopplers, wie er durch die in die Fassung 50 eingesteckten Anschluß-Zuleitungen 5 bis 8 bzw. 5' bis 8' gehaltert wird. Zur Halterung sind nur diese Zuleitungen verwendet.
In den Fig.7 und 8 ist außerdem die beim erfindungsge mäßen Koppler vorgesehene Umhüllung 51 aus vorzugsweise Kunstharzlack gezeigt. Diese Umhüllung umschließt das gesamte Plättchen 1, 11, unabhängig von seiner gemäß einem Merkmal der Erfindung vorgesehenen speziellen Formgebung. In diese Umhüllung 51 sind auch die Anschluß-Zuleitungen 5 bis 8 mit eingeschlossen. Insbesondere kann durch diese Umhüllung bereits eine ausreichende mechanische Verbindung der einzelnen Anschluß-Zuleitungen 5 bis 8 mit der Jeweiligen Elektrode 3, 3' bzw. 4', 4' erreicht werden, so daß beispielsweise ein Anlöten der Zuleitungen am Material der Elektrode entbehrlich ist.
Von besonderem Vorzug ist es, für die Umhüllung 51 ein als Prepreg bekanntes Glasfaser-Polyestervlies zu verwenden, das nach Auflegen und Anpassen am Plättchen 1, 11 thermisch ausgehärtet wird. Durch das Anpassen der beiden über den Plättchenrand hinausragenden Glasfaser- Vliesfolien ergibt sich eine dichte randseitige Verbindung der auf die beiden Seiten aufgelegten Vliese miteinander, die auch die durch diese Verbindung herausgeführten Zuleitungen 5 bis 8 besonders gut festhält.
Für das Material der Isolationsumhüllung 51 wird ein Material eines solchen Elastizitätsmoduls EU verwendet, der um ein n-faches (mit n zwischen 5 und 30) kleiner ist als der Elastizitätsmodul EK des Plättchens 1, 11.
Damit ist gewährleistet, daß die Schwingfähigkeit des Plättchens durch die notwendige Isolationsumhüllung 51 nicht beeinträchtigt wird. Hinzukommt, daß die Isolationsumhüllung auch als mechanisches Stabilisierungsmittel für das notwendigerweise dünne, nur maximal 0,3 mm dicke Plättchen wirksam ist. Es empfiehlt sich, die Dicke der Umhüllung 51 auf den Oberflächenseiten des Körpers 1, 11 z.B. für Kunstharzlack 30 bis 100zum dick zu machen. FUr die Verwendung des oben erwähnten Glasfaser-Epoxydvlieses empfiehlt sich, eine Dicke des Vlieses von 50 bis 150/um zu wählen.
In Fig.1 ist zusätzlich noch gestrichelt eine Strombegrenzungsschaltung, und zwar in zwei Varianten, eingetragen. Mit 101 ist ein elektronisches Bauelement mit den Anschlüssen a, b, c bezeichnet, und ein zusätzlicher Widerstand Rm hat das Bezugszeichen 102. Gemäß einer Alternative kann das Bauelement 101 ein Transistor sein, dessen Anschluß a der Emitter, dessen Anschluß b der Kollektor und dessen Anschluß c die Basis ist. Wenn Rm so bemessen ist, daß Ima- X E0,5 Volt wird, worin Imax der maximal zulässige Strom für den M0S-Leistungsschalter 210 ist, so wird infolge des Umstands, daß der Transistor 101 bei diesen 0,5 Volt leitend wird, der Eingang des Leistungsschalters 210 kurzgeschlossen und der durch den Leistungsschalter 210 fließende Strom in zunehmendem Maße blockiert.
Das Bauelement 101 kann auch ein Thyristor sein, bei dem die Anschlüsse a und b Anode und Kathode sind und c der Anschluß der Zündelektrode ist. Ist X so bemessen, daß Imas Volt beträgt, so zündet der Thyristor 101 und schaltet den bisher durch den Leistungsschalter 210 (und den Lastwiderstand RL) fließenden Strom schlagartig ab.
2 Patentansprüche 8 Figuren Leerseite

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur galvanisch getrennten Ansteuerung eines MOS-Le istungs scha Iters , g e k e n n z e i c h -n e t dadurch, daß diese Vorrichtung ein Piezo-Koppler in Form eines weniger als 0,3 mm dicken Plättchens (1) aus piezokeramischem Material ist, auf dessen einer Oberfläche wenigstens zwei Elektroden (13, 14) und auf dessen gegenüberliegender Oberfläche wenigstens zwei weitere, im wesentlichen Jeweils gleich große Gegenelektroden (13', 14') angeordnet sind, wobei Jeweils eine Elektrode (13, 14) und ihre im wesentlichen dekkungsgleich gegenüberliegende Gegenelektrode (13', 14 ein Elektrodenpaar bilden, wobei ein Elektrodenpaar als Eingangselektrodenpaar (13, 13') mit der Steuerelektronik (9) verbunden ist, ein weiteres Elektrodenpaar (14, 14') als Ausgangselektrodenpaar mit dem Eingang (213) des MOS-Schalters (210) verbunden ist, wobei die Elektroden (13, 13') des Eingangselektrodenpaares einen für die galvanische Entkopplung ausreichenden elektrischen Isolationswiderstand von den Elektroden des Ausgangselektrodenpaares (14, 14') haben, und wobei das Plättchen (1) eine Form mit einer mehr als zweizähligen Drehsymmetrieachse hat und daß von der Steuerelektronik (9) ein Wechselstromsignal an das Eingangselektrodenpaar (13, 13') gegeben wird, wobei die Frequenz (f) dieses Wechselstromsignals und eine durch die flächenbestimmende Längenabmessung (a, a') gegebene Resonanzfrequenz des Plättchens (1) auf einen Wert zwischen 20 kHz und 500 kHz für einen Schwingungsmode nach dem Prinzip der Radialschwingung aufeinander abgestimmt sind.
2. Schaltung zu einer Vorrichtung nach Anspruch 1, g e k a n n z e i c h n e t dadurch, daß zusätzlich eine Strombegrenzung vorgesehen ist, mit der der Ein gang des MOS-Leistungsschalters kurzgeschlossen wird, wobei diese Schaltung einen Transistor oder Thyristor (101) und einen Widerstand ( ) haty der in den vom MOS-Leistungsschalter zu schaltenden Stromkreis eingefügt ist, und wobei der Spannungsabfall an diesem Widerstand ( ) den Transistor bzw. Thyristor (101) steuert.