DE3209070A1

DE3209070A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zum schalten elektrischer lasten

Info

Publication number: DE3209070A1
Application number: DE19823209070
Authority: DE
Inventors: Erwin Dipl.-Ing. FH 8013 Haar Heuwieser; Kurt Dipl.-Ing. FH 8190 Wolfratshausen Schwaiger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-03-12
Filing date: 1982-03-12
Publication date: 1983-09-22
Anticipated expiration: 2002-03-13
Also published as: US4694207A; DE3209070C2

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München 82 P Π 7 h OE

Verfahren und _t Schaltungsanordnung zum Schalten elektrischer Lasten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum Schalten elektrischer Lasten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei derartigen Schaltungen muß der Schalttransistor die volle Gleichspannung des Gleichspannungsnetzes abzüglich des Spannungsabfalles (L·- _as+'Rf)SON^ ^an ^^en ^^er~ braucher schalten; mit RrjoQM ist der Widerstand auf der Drain-Source-Strecke im durchgeschalteten Zustand bezeichnet. Weiterhin darf die notwendige Steuerspannung an der Gate-Source-Strecke die Spannung am Verbraucher nicht vermindern.

Insbesondere bei der Anwendung in Fahrzeugen, wo Gleichspannungsnetze mit relativ niedrigen Spannungen zur Verfügung stehen, wobei die Klemmenspannung an der Batterie beispielsweise bei winterlichen Temperaturen noch weiter erniedrigt ist, besteht nun die Gefahr, daß die aufgezeigten Forderungen nicht mehr erfüllt werden.

Zur Behebung dieser Schwierigkeiten sind zwar Schaltungen bekannt, bei denen mit einem Spannungswandler (mit Potentialtrennung) zwischen der Gate-Source-Strecke der Schalttransistor voll durchgesteuert wird, jedoch sind diese Schaltungen relativ aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, bei denen mit einfachen Mitteln diese Schwierig- -keiten behoben sind.

Sac 1 Gae / 11.03.1982

- si - VPA 82 P 1 17-4 DE

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.

Die Vorteile des Gegenstandes der Erfindung werden anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der dazugehörenden Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild,

Fig. 2 ein weiteres Prinzipschaltbild und Fig. 3 eine Schaltungsanordnung mit mehreren Verbrauchern.

La der Fig. 1 ist ein Prinzipschaltbild dargestellt, bei dem ein Verbraucher, eine elektrische Last Rt,mit Hilfe eines MOS-Schalttransistors T an eine Gleichspannungsquelle U gelegt ist. Der Verbraucher Rr liegt dabei einseitig an Masse. An den Steueranschluß (Gate) des Schalttransistors T wird eine Steuerspannung Ug_T gelegt, deren

20· Wert gleich oder größer ist als die Summe der Spannungen des Gleichspannungsnetzes U zuzüglich der Spannung U«g der Gate-Source-Strecke des Schalttransistors T. Die Größe der Steuerspannung Ugm ist dabei abhängig vom Strom I_L durch den Verbraucher R^, wobei die Beziehung gilt, daß mit höheren Stromwerten L- auch eine höhere Steuerspannung Ug_m zum Durchschalten des Transistors T erforderlich ist. Durch das Anlegen der Steuerspannung Ugm wird der Vorteil erzielt, daß an den Verbraucher Rj. die volle Spannung U des Gleichspannungsnetzes durchgeschaltet werden kann,.ohne daß die Steuerspannung den Spannungsverlust am Schalttransistor T erhöht.

In der Fig. 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Steuerspannung Ug_T, die an die Steuerelektrode des Schalttransistors T gelegt werden soll, fast

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leistungslos mit Hilfe eines Vorstufentransistors V durchgeschaltet werden kann. Mit dieser Vorstufe erzielt man den Vorteil, daß insbesondere bei niedrigen Logik-Spannungen (2. B. TTL) im Gleichspannungsnetz die erforderliche Steuerspannung Ug^, am Schalttransistor T zur Verfügung steht.

Spannungswandler und Lastkreis arbeiten am gleichen Potential, wobei die Ansteuerung des Schalttransistors T statisch oder dynamisch erfolgen kann.

Bei dem in der Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel werden drei Verbraucher R_L ^, ^₂ und R^ , mit Hilfe von drei Schalttransistoren T 1, T 2, und T 3 an das Gleichspannungsnetz geschaltet. Die Steuerung erfolgt mit Hilfe einer Steuerspannung Ug™, die von dem Oszillatorkreis geliefert wird, der aus einem Ferritkern mit den Wicklungen F 1, F 2, F 3, dem Kondensator C 1, den Widerständen R 1, R 2 und dem TransistorTr gebildet wird.

Dieser Oszillatorkreis erzeugt durch Spannungserhöhung eine Spannung, die höher ist als die Spannung U + des Gleichspannungsnetzes. Die Steuerspannung U™ wird, wie in der Figur 2 dargestellt, an die Vorstufentransistoren V 1, V 2 und V 3 über die Widerstände RJ, R 4, R 5 angelegt. An die Gate der Vorstufentransistoren V 1 bis V 3 wird, wie es in der Figur 3 schematisch dargestellt ist, nacheinander, beispielsweise mit Hilfe einer Mikroprozessor-Steuerung, ein Impuls angelegt, wodurch nacheinander alle Gates der Schalttransistoren T 1 bis T 3 aufgeladen werden. Durch die Dioden D 1, D 2 und D 3 wird die Entladung der Gate-Source-Kapazität der Schalttransistoren T 1 bis T 3 verhindert. Die Zenerdioden Z 1, Z 2, Z 3 und die Widerstände R 6, R 7 und R 8 sind zum Schutz

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der Schalttransistoren T 1 bis T 3 angeordnet.

Das in der Figur 3 dargestellte Ausführungsbeispiel arbeitet somit im dynamischen Betrieb, wobei die Ansteuerung der Verbraucher zeitlich versetzt erfolgt. Damit wird die Steuerspannungsquelle gering belastet, und es muß z. B. die SteuerSpannungsquelle nur so ausgelegt werden, daß sie für die Ansteuerung eines einzigen Verbrauchers ausreicht.

Es kann somit die Steuerspannungsquelle auch für mehr als die in der Figur 3 dargestellten Verbraucher benützt werden, wenn für jeden Verbraucher ein Schalttransistor und ein Vorstufentransistor angeordnet wird, so daß neben dem bereits weiter oben erwähnten Vorteil, daß nämlich die volle Spannung des Gleichspannungsnetzes an einen Verbraucher gelegt werden kann, ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung darin besteht, daß die Steuerspannungsquelle nur für die Ansteuerung eines Verbrauchers bei tatsächlich vorhandenen η Verbrauchern ausgelegt werden muß.

4 Patentansprüche
3 Figuren

Claims

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Patentansprüche

Verfahren zum Schalten von einseitig auf Bezugspotential liegenden elektrischen Lasten in Gleichspannungsnetzen mit n-Kanal-MOS-Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß an den Steueranschluß (Gate) des Schalttransistors (T; T 1, I 2, T 3) eine Steuerspannung (Ug₁) angelegt wird, die gleich oder größer ist als die Summe der Spannungen des Gleichspannungsnetzes (U₊) zuzüglich der Spannung der Gate-Source -Strecke (U_GS) des Schalttransistors (T; T 1, T 2, T 3).
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e kennzeichnet, daß für die Steuerung mehrerer Lasten (R_L .,, R-, ₂, %. ^) ^^m dynamischen Betrieb die Ansteuerung der einzelnen Lasten (R-r * ? ^L 2' ^L ^ zeitlich versetzt erfolgt.
3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere für die Anwendung in Fahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Last (Rt » Rt ^> R-r p» R_L ,) ein Schalttransistor (T; T 1, T 2, I 3) vorgesehen ist und daß der Steueranschluß (Gate) der Schalttransistoren (T; T 1, T 2, T 3) an einen Vorstufentransistor (V; V 1, V 2» V 5) gelegt ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch ge kennz e i ohne t, daß zwischen Schalttransistor (T; T 1, T 2j T 3) und Vorstufentransistor (V; V 1, V 2, V 3) eine^Diode (D 1, D 2, D 3) geschaltet ist/