DE3121508A1 - Verwendung einer schaltungsanordnung zum potentialfreien ansteuern fuer in reihe geschaltete leistungs-fet - Google Patents

Verwendung einer schaltungsanordnung zum potentialfreien ansteuern fuer in reihe geschaltete leistungs-fet

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DE3121508A1
DE3121508A1 DE19813121508 DE3121508A DE3121508A1 DE 3121508 A1 DE3121508 A1 DE 3121508A1 DE 19813121508 DE19813121508 DE 19813121508 DE 3121508 A DE3121508 A DE 3121508A DE 3121508 A1 DE3121508 A1 DE 3121508A1
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fet
fets
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Ernst Dipl.-Ing. 8000 München Hebenstreit
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors

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  • Power Conversion In General (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Description

  • Verwendung einer Schaltungsanordnung zum potential-
  • freien Ansteuern für in Reihe geschaltete Leistuhgs-FET Zusatz zum Patent .. . .... .. (Patentanmeldung P 30 45 7/1.7) Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines Lei stungs-FET, mit einem Ubertrager, dessen Primärwicklung über ein Differenzierglied mit einem Steuereingang verbunden ist, dessen Sekundärwicklung an einer Klemme über einen Schalter mit dem Gateanschluß und dessen-andere Klemme mit dem Sourceanschluß des FET verbunden ist, mit einem im Schalter vorgesehenen, der Gate-Sourcestrecke des FET parailelgeschalteten Transistor, der durch eine den FET leitend steuernden Spannung gesperrt wird und durch eine Spannung entgegengesetzter Polarität leitend gesteuert wird, nach Patent .. . .... ..
  • (P 30 45 7/1.7) für in Reihe geschaltete Leistungs-FET.
  • Mit der Schaltungsanordnung gemäß Hauptpatent läßt-sich ein Leistungs-FET potentialfrei ansteuern, d. h. öffnen und sperren. Damit ist es möglich, die Last wahlweise sourceseitig, drainseitig oder zu beiden Seiten des Leistungs-FET verteilt anzuordnen.
  • Ziel der Erfindung ist, mindestens zwei in Reihe geschaltete Leistungs-FET potentialfrei anzusteuern.
  • Dieses Ziel wird erreicht durch eine der Anzahl der FET entsprechende Anzahl von gleichsinnig gewickelten Sekundärwicklungen, deren eine Klemme über je einen Schalter mit dem Gateanschluß und deren andere Klemme mit dem Sourceanschluß einer der FET verbunden ist.
  • Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 näher erläutert: In Fig. 1 ist die Schaltungsanordnung gemäß Hauptpatent zum potential'freien Ansteuern eines einzigen Le&stungs-FET dargestellt. Sie besteht aus einem Ubertrager 7 mit einer Primärwicklung 8 und einer Sekundärwicklung 9, einem primärseitigen Differenzierglied und einem sekundärseitigen Schalter 10. Das primärseitige Differenzierglied besteht im einfachsten Fall aus einem im Strompfad -liegenden Kondensator 5 und einem Widerstand 6, der der Primärwicklung 8 parallelgeschaltet ist. Eine Klemme 3 der Sekundärwicklung ist über eine Diode 11 des Schalters 10 mit dem Gateanschluß G eines n-Kanal-Leistungs-FET 12 verbunden. Die andere Klemme 4 der Sekundärwicklung ist mit dem Sourceanschluß S verbunden. Der FET 12 liegt über eine Last 13 an einer Spannung Ug. Die Eingangskapazität CG des FET 12 ist durch einen Kondensator mit gestrichelten Zuleitungen symbolisiert. Zwischen dem Gateanschluß G und dem Sourceanschluß S bzw. parallel zur Eingangskapazität CG liegt die Laststrecke (Emitter-Kollektorstrecke) eines bipolaren Transistors 14. Der Basis-Kollektorstrecke des Transistors 14 ist ein Kondensator 15 parallelgeschaltet, dessen einer Anschluß an der Klemme 4 der Sekundärwicklung 9 bzw. am Sourceanschluß S liegt. Der andere, mit dem Basisanschluß des Transistors 14 verbundene Anschluß des Kondensators 15 ist über eine Zenerdiode 17 mit der einen Klemme 13 verbunden. Die Zenerdiode ist so gepolt, daß sie bei einer die Eingangskapazität aufladenden Spannung ebenfalls leitet. Ferner ist noch ein Widerstand 16 vorgesehen, der zwischen dem Gateanschluß G und dem Basisanschluß des Transistors 14 liegt. Der Bipolartransistor 14 kann auch durch einen p-Kanal-FET ersetzt werden. Bei diesem ist die Laststrecke durch die Strecke Sourcezone-Drainzone gebildet.
  • Bei Anlegen einer Eingangsspannung Ue, z. B. eines Rechteckimpulses an die Eingangsklemmen 1, 2 wird dieser differenziert und erscheint sekundärseitig an den Klemmen 3, 4 als Ausgangsspannung Ua in Form eines positiven und eines negativen Impulses. Der positive Impuls gelangt über die Diode zum Gateanschluß G und lädt die Eingangskapazität CG auf. Der FET 12 wird damit eingeschaltet. Gleichzeitig wird der Kondensator 15 über die Zenerdiode 17 aufgeladen. Dann nimmt die Spannung an der Sekundärwicklung 9 ab und wird wegen des Abbaus der magnetischen'Energie im Übertrager negativ. Diese negative Spannung treibt einen Strom durch den Widerstand 18. Sie ist wesentlich kleiner als die Spannung Ua Erreicht das Potential an der Klemme 3 jedoch einen Wert, -bei dem die Differenz zwischen der Spannung UG an der Kapazität CG und der erwähnten negativen Spannung größer als die Zenerspannung der Zenerdiode 17 ist, so bricht diese durch und entlädt die Eingangskapazität CG so lange, bis die Spannungsdifferenz kleiner als die Zenerspannung .geworden ist. Bei entsprechender Wahl der Zenerspannung entlädt sich die Eingangskapazität CG aber nur so-weit, daß der FET 12 leitend bleibt.
  • Bei der rückwärtigen Flanke des Steuerimpulses erscheint an den Ausgangsklemmen 3, 4 ein negativer Impuls. Dieser hat die Größe ~usa, so daß nun an den Klemmen 3, 4 eine Spannung liegt, die der Summe der Spannungen a + UG entspricht. Hierbei bricht die Zenerdiode durch, der Kondensator 15 entlädt sich und der Transistor wird geöffnet. Dadurch wird die Eingangskapazität CG entladen und der FET 12 wird gesperrt. Nach dem Abklingen des negativen Impulses an den Klemmen 3, 4 entsteht'ein positiver Impuls, der wieder auf dem Abbau der magnetischen Energie im Übertrager 7-zurückzuführen ist. Dieser.
  • Impuls hat geringe Amplitude und wird durch den Widerstand 18 bedämpft. Durch entsprechende Dimensionierung kann erreicht werden, daß er kleiner als die Schwellspannungen von Diode 11 und Zenerdiode 17 ist. Damit kann die Eingangskapazität nicht mehr aufgeladen werden und ein erneutes Einschalten des FET 12 ist ausgeschlosen.
  • In Fig. 2 ist nun die auf der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 basierende Schaltungsanordnung zum potentialfreien Ansteuern für in Reihe geschaltete Leistungs-FET gezeigt. Der übertrager 7 ist hier entsprechend. der Anzahl zweier in Reihe geschalteter Leistungs-FET 12 und 20 mit zwei gleichsinnig gewickelten Sekundärwicklungen 9 und 19 versehen. Bei Anlegen eines positiven Steuerimpulses an die Klemmen 1, 2 werden in den Sekundärwicklungen 9 und 19 zunächst positive Steuerimpulse erzeugt, die über die Schalter 10 auf die in Verbindung mit Fig. 1 beschriebene Weise die Leistungs-FET 12 und 20 gleichzeitig leitend: steuern. Damit liegt die Last 13 an Spannung. Mit der negativen Flanke des Eingangsimpulses werden in beiden Sekundärwicklungen negative Impulse erzeugt, die gleichzeitig die Eingangskapazitäten der Leistungs-FET 12 und 20 entladen und die FET damit sperren.
  • Eine Erweiterung der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 auf mehr als zwei hintereinandergeschaltete FET ist möglich.
  • Dazu ist der Ifbertrager'7 mit weiteren Sekundärwicklungen zu versehen, die über je einen separaten Schalter 10 auf die in Verbindung mit Fig. 1 beschriebene Weise mit dem Gateanschluß und dem Sourceanschluß der weiteren Leistungs-FET verbunden werden. Damit ist eine potentialfreie, gleichzeitige Ansteuerung aller FET möglich.
  • Der Vorteil der Reihenschaltung von Leistungs-FET liegt darin, daß sich die maximale Sperrspannung gegenüber einem einzigen Leistungs-FET vervielfacht. Es ist zwar möglich, Leistungs-FET für hohe Sperrspannungen VDS zu konzipieren. Diese FET haben jedoch einen hohen Durchlaßwiderstand im eingeschalteten Zustand (RDS ON), da dieser proportional zu VDs steigt. Mit der Schaltung DS gemäß der Erfindung läßt sich also eine Vervielfachung der Sperrspannung bei einer der Anzahl der FET lediglich proportionalen Erhöhung des Durchlaßwiderstands erreichen.
  • 2 Figuren 1 Patentanspruch.

Claims (1)

  1. PatentansPruch 1. Verwendung einer Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines Leistungs-FET (12), mit einem übertrager (7), dessen Primärwicklung (8) über ein Differenzierglied (5, 6) mit einem Steuereingang (1, 2) verbunden ist, dessen. Sekundärwicklung (9) an einer Klemme (3) über einen Schalter (10) mit dem Gateanschluß (G) und dessen andere Klemme (4) mit dem Sourceanschluß (S) des FET verbunden ist, mit einem im Schalter (10) vorgesehenen, der Gate-Sourcestrecke des FET parallelgeschalteten Transistor (14), der durch eine den FET leitend steuernden Spannung gesperrt wird und durch eine Spannung entgegengesetzter Polarität leitend gesteuert wird, nach Patent .. ....
    (P 30 45 771.7) für in Reihe geschaltete Leistungs-FET, g e k e n n z e i c h n e t durch eine der Anzahl der FET (12, 20) entsprechende Anzahl von gleichsinnig gewickelten Sekundärwicklungen (9, 19), deren eine Klemme über je einen Schalter (10) mit dem Gateanschluß und deren andere Klemme mit dem Sourceanschluß einer der FET verbunden ist.
DE19813121508 1980-12-04 1981-05-29 Verwendung einer schaltungsanordnung zum potentialfreien ansteuern fuer in reihe geschaltete leistungs-fet Withdrawn DE3121508A1 (de)

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EP81109050A EP0053709B1 (de) 1980-12-04 1981-10-27 Schaltungsanordnung zum Ansteuern mindestens eines Leistungs-FET
AT81109050T ATE12060T1 (de) 1980-12-04 1981-10-27 Schaltungsanordnung zum ansteuern mindestens eines leistungs-fet.
US06/326,433 US4461966A (en) 1980-12-04 1981-12-01 Circuit for controlling at least one power-FET

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