DE3243660A1

DE3243660A1 - Schaltungsanordnung fuer eine potentialgetrennte ansteuerung wenigstens eines feldeffekttransistors

Info

Publication number: DE3243660A1
Application number: DE19823243660
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing. Dum; Otto Dipl.-Ing. Götzis Jagschitz; Johannes Dipl.-Ing. Wien Neier; Heinrich Dipl.-Ing. Dr.Techn. Pichler
Original assignee: Zumtobel Ag 6850 Dornbirn; Zumtobel AG
Current assignee: Zumtobel AG
Priority date: 1981-11-26
Filing date: 1982-11-25
Publication date: 1983-06-01
Also published as: AT377138B; ATA510381A; DE3243660C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für eine
potentialgetrennte Ansteuerung wenigstens eins Feldeffekttransistors im Schaltbetrieb mittels eines Ubertragers, an welchem primärseitig und sekundärseitig je, weils eine Treiberschaltung angeschlossen ist, wobei die Spannungsversorgung der sekundärseitigen Treiberschaltung lediglich durch die Sekundärspannung des Ubertragers erfolgt, und wobei der Ausgang der sekundärseitigen Treiberschaltung an den Steuereingang des (der) Feldeffektransistors(en) geführt ist.
Bei den bekannten Schaltungsanordnungen dieser Art erfolgt die Ansteuerung des Feldeffekttransistors mit unipolaren Gatespannungsimpulsen. Dies hat den Nachteil eines nicht optimalen Schaltverhaltens des gesteuerten Feldeffektransistors, wobei insbesondere der Ausschaltvorgang nicht schnell genug erfolgt. Es wurde zwar versucht den Ausschaltvorgang zu beschleunigen jedoch war dies nur unter großem schaltungstechnischen Aufwand bei höheren Verlustleistungen oder einem komplizierten Aufbau des potentialtrennenden Ubertragers möglich.
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, ein optimales Schaltverhalten des (der) Feldeffektransistors -(en) unter Vermeidung der umseitigen Nachteile zu erreichen. Erfindungsgemäß wird dies bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die sekundärseitige Treiberschaltung für eine Impulsansteuerung des (der) Feldeffekttransistors(en) eine Gegentaktstufe, vorzugsweise eine komplementäre Gegentaktstufe ist ,deren Speisespannungsklemmen über eine Gleichrichterschaltung an die Sekundärseite des Ubertragers angeschlossen sind, wobei die Gleichrichterschaltung mit Bezug auf das (die) Bezugspotential(e) des (der) Feldeffekttransistors(en) , beispielsweise das Sourcepotential, positive und negative Betriebsspannungen liefert, sodaß an der (den) Steuerelektrode(n) des (der) Feldbeispielsweise effekttransistors(en)/ier (den) Gateelektrode(n) positive und negative Steuerspannungen anliegen. Hiedurch wird das Schaltverhalten des Feldeffekttransistors deshalb verbessert, weil der Einschalt- wie Ausschaltvorgang des Feldeffekttransistors durch die positive wie negative Versorgungsspannung der Treiberschaltung beschleunigt wird und das. Ausschaltverhalten des Feldeffekttransistors durch die schnellere Entladung der Gate-Kapazität infolge der negativen Gatespannung verbessert wird.
Nachstehend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigen: Fig. 1 schematisch das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung , Fig. 2 Spannungsverläufe an einigen charakteristischen Punkten der Schaltung gemäß Fig. 1, Fig. 3 schematisch das Schaltbild einer weiteren erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, Fig. 4 in Block form eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Ansteuerung mehrerer Feldeffekttransistoren und Fig. 5 in Blockform ein Schaltbild zum symmetrischen Betrieb einer Last unter Verwendung einer Schaltung gemäß Fig. 4.
In Fig. 1 ist der potentialtrennende Übertrager mit 1, die primärseitige Treiberschaltung mit 2, die sekundärseitige Treiberschaltung mit 3 und der zu steuernde Feldeffekttransistor mit 4 bezeichnet. Die primärseitige Treiberschaltung besteht aus der Gegentaktanordnung zweier Transistoren 5, 6, die eingangsseitig mit einem von einem Taktgenerator mit variablem Tastverhältnis gelieferten Eingangssighal Ue angesteuert werden. Der Taktgenerator kann beispielsweise ein Ansteuer-IC der Type 3524 sein, dessen beide Ausgänge parallel geschaltet sind. Die Transistoren 5,6 sind als komplementäre Emitterfolger geschaltet und die zum Schaltungspunkt 7 zusammengeschalteten Emitter liegen über einem Kondensator 8 an der Primärwicklung 1a des Ubertragers 1.
Im Falle einer symmetrischen Spannungsversorgung der Transistoren 5, 6 kann dieser Kondensator auch entfallen.
Die sekundärseitige Treiberschaltung 3 weist eine Versorgungsspannungsschaltung auf, welche aus 2 Einweggleichrichterschaltungen besteht. Jede Eingweggleichrichterschaltung umfaßt die Serienschaltung einer Diode 9 bzw. 11 mit einem Kondensator 10 bzw. 12. Beide Einweggleichrichterschaltungen sind gegensinnig zwischen dem Ende 20 der Sekundärwicklung 1b des Vbertragers 1 und einem Schaltungspunkt 21 angeordnet, der über einen Kondensator 15 mit den anderen Ende der ikundärwicklung ib des Ubertragers 1 verbunden ist. Der Kondensator 15 hat den Zweck, die durch eine unsymmetrische Stromaufnahme der sekundärseitigen Treiberschaltung entstehende Gleichstromdurchflutung des Ubertragers zu verhindern.
Die Gegentaktstufe der sekundärseitigen Treiberschaltung weist zwei Transistoren 13, 14 auf, die als komplementäre Emitterfolger angeordnet sind. Die Kollektoren dieser Transistoren sind jeweils an einem Gleichspannungsausgang 22 bzw. 23 der aus Dioden 9, 11 und Kondensatoren 10, 12 bestehenden Einweggleichrichterschaltungen angeschlossen. Für die Ansteuerung der miteinander verbundenen Basisanschlüsse der Transistoren 13, 14 ist ein, für beide Polaritäten Begrenzerwirkung aufweisender Spannungsbegrenzer 24 vorgesehen. Dieser besteht aus der Reihenschaltung eines Widerstandes 16 und zweier gegensinnig angeordneter Zenerdioden 17, 18. Diese Serienschaltung liegt zwischen den Punkten 20 und 21, wobei die Basisanschlüsse der Transistoren 13, 14 an den Verbindungspunkten des Widerstandes 16 mit der Serienanordnung der Zenerdioden 17, 18 verbunden sind. Der Verbindungspunkt der beiden Emitteranschlüsse der Transistoren 13, 14 stellt den Steuerausgang für die Ansteuerung der Steuerelektrode(n) des (der) Feldeffekttranstors(n) 4 dar. Für eine gezielte Verlangsamung des Schaltvorganges des (der) angeschlossensn Feldeffekttransistors(en) kann die Ansteuerung über einen Widerstand 19 erfolgen. Eine Beschleunigung des Schaltvorganges des (der) angeschlossenen Feldeffekttransistors(en) kann durch einen Kondensator 25 erfolgen, welcher dem Widerstand 16 parallel geschaltet ist.
Das Ubersetzungsverhältnis des Ubertragers 1 ist mitbestimmend für die mögliche Variation des Tastverhältnisses (je größer das Ubersetzungsverhältnis umso größer die mögliche Variaton das Tastverhältnisses), das Über setzungsverhältnis geht aber auch wesentlich in den Leistungsverbrauch der Ansteuerschaltung ein. Die beiden Dioden 9 und 11 laden abwechselnd die Kondensatoren 10 und 12. Der Kondensator 15 soll so groß gewählt werden, daß der an ihm auftretende Wechselspannungsanteil möglichst klein ist. Wenn der Transistor 13 leitet und somit der Transistor 14 sperrt wird die Eingangskapazität des Feldeffekt-transistors über den Gatewiderstand 19 geladen (der Feldeffekttransistor leitet) wenn der Transisotr 14 leitet und der Transistor 13 sperrt wird diese Eingangskapazität entladen (der Feldeffekttransistor sperrt). Besonders vorteilhaft ist die Entladung der Eingangskapazität des Feldeffekttransistors mit negativer Gatespannung, denn dadurch wird die Ausschaltzeit verringert und außerdem die. Ausgangskapazität des Feldeffekttransistors verkleinert. Die beiden Zenerdioden 17, 18 bestimmen die am Widerstand 16 abfallende Spannung und. damit die positive bzw. negative Gatespannung. Dadurch wird die Größe der Gatespannungsimpulse ab einem bestimmten Wert der Versorgungsspannung der primärseitigen Treiberschaltung unabhängig gegenüber einer Erhöhung der Versorgungsspannung. Eine Erniedrigung der Versorgungsspannung unter den obigen Wert der Versorgungsspannung führt zu, abhängig vom jeweiligen Tastverhältnis des Steuersignales, unsymmetrischen Gatespannungsimpulsen, deren Amplitude von der Versorungsspannung abhängt. Dies bewirkt eine nur graduelle Verschlechterung der Eigenschaften der Treiberschaltung und gestattet so einen Betrieb über einen weiteren Versorgungsspannungsbereich.
Die Schaltzeiten der sekundärseitigen Treiberschaltung und des angeschlossenen Feldeffektransistors werden im wesentlichen durch den Widerstand 19, durch die Eingangskapazität des Feldeffektransistors, durch die Kazapzit&tswerte der Kondensatoren 10 und 12 und die Zenerspannung der Zenerdioden 17 und 18 bestimmt. Die Kapazität der Kondensatoren 10 und 12 soll so groß gewählt werden, daß die Spannung U1 im Einschaltzeitpunkt und die SpannungU9 Ausschaltzeitpankt nicht wesentlich zusammenbricht Bei dem in Fig. 3 gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist in Ubereinstimmung mit der Schaltung gemäß Fig. 1 der potentialtrennende Übertrager mit 1, die primärseitige Treiberschaltung mit 2, die sekundärseitige Treiberschaltung mit 3 und ein anzusteuernder Feldeffekttansistor mit 4 bezeichnet. Die primärseitige Treiberschaltung besteht aus zwei Gegentaktstufen von welchen jede aus zwei Transistoren 44, 45 bzw. 46, 47 besteht, die als komplementäre Emitterfolger angeordnet sind. Die Primärwicklung 1a ist zwischen den miteinander verbundenen Emitterelektroden der Transistoren 44, 45 und 46, 47 angeordnet, wobei die Basisanschlüsse der Transistoren 44, 45 mit jenen der Transistoren 46, 47 über eine Inverterschaltung 48 verbunden sind.
Durch diese Ausbildung der primärseitigen Treiberschaltung wird im Vergleich zu jener gemäß Fig. 1 erreicht, daß die Primärwicklung 1a des Übertragers 1 ebenfalls gleichstromfrei angesteuert wird,jedoch der Wechselspannungshub an der Primärwicklung des Übertragers doppelt so groß wie in einer Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ist. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist jedoch auf die dargestellte primärseitige Treiberschaltung nicht beschränkt, es kann ebenso eine primärseitige Treiberschaltung gemäß Fig. 1 Verwendung finden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Versopngsschaltung der sekundären Treiberschaltung weist zwei Zweiweggleichrichterschaltungen auf. Von den beiden Zweiweggleichrichterschaltungen sind die in Serie liegenden Dioden 30, 31 und 33, 34 der Sekundärwicklung 1b des Ubertragers parallel geschaltet, wobei die Dioden 30, 31 und 33, 34 gegensinnig zueinander angeordnet sina Die vom Verbindungspunkt der Diode jeweils wegführenden Kondensatoren 32, 35 sind an die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung des Übertragers 1 geführt. Der Gleichspannungsausgang der Zweiweggleichrichterschaltung 30, 31, 32 ist mit 36 und jener der Zweiweggleichrichterschaltung 33, 34, 35 mit 49 bezeichnet. Zwischen diesen Gleichspannungsausgängen 36, 49 ist eine Gegentaktstufe angeordnet, welche aus den Transistoren 37 und 38 besteht, welche als komplementäre Emitterfolger angeordnet sind Die miteinander verbundenen Basisanschlüsse dieser Transistoren sind an ein Ende der Sekundärwicklung ib des Übertragers 1 geführt. Die miteinander verbundenen Emitteranschlüsse der Transistoren 37 und 38 stellen den Steuerausgang für die Ansteuerung eines oder mehrerer Feldeffekttransistoren 4 dar.
Ein Begrenzerwirkung aufweisender Spannungsbegrenzer besteht bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 aus der Serienschaltung zweier gegensinnig angeordneter Zenerdioden 39, 40 und einem in der Zuleitung der Basisanschlüsse der Transistoren 37. 38 zu einem Ende der Sekundärwicklung des Übertragers 1 liegenden Widerstand 41.
Die Serienschaltung der Zenerdioden ist zwischen den Basisanschlüssen der Transistoren 37, 38 und dem Gleichspannungsausgang 38 angeordnet.
Da bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 im Gegensatz zu jenem gemäß Fig. 1 die wirksame Steuerspannung für die Gegentaktstufe 37, 38 nicht vom Tastverhältnis des Steuersignales für den Feldeffekttransistor abhängt, kann, wenn eine hinreichende Konstanz der Versorgungsspannung der primärseitigen Treiberschaltung gewährleistet ist, auf einen Begrenzerwirkung aufweisenden Spannungsbegrenzer 41, 40, 39 verzichtet werden.
In Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 kann auch bei jenem gemäß Fig. 3 zur Verlangsamung des Schaltvorganges des Feldeffekttransistors 4 ein Widerstand 43 und zur Beschleunigung desselben ein Kondensator 42 vorgesehen sein.
Fig. 4 zeigt in Blockform eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Ansteuerung mehrerer voneinander potentialmäßig getrennter Feldeffekttransistoren bei welcher für jeden einzelnen Feldeffekttransistor eine gesonderte sekundäre Treiberschaltung 3 vorgesehen ist.
Die primärseitige Treiberschaltung kann bei dieser Ausführungsform sowohl von der in Fig 1 als auch von der in Fig. 3 gezeiqten Art sein. Von besonderem Vorteil anordnung, ist bei dieser Schaltungs/ daß z.B. durch Anderung des Wicklungsinnes einer oder mehrere Sekundärwicklungen das gegenphasige Schalten der an die G, S Anschlüsse der sekundärseitigen Treiberschaltungen 3.
angeschlossenen Feldeffekttransistoren erreicht werden kann.
Fig. 5 zeigt in Blockform einen besonders vorteilhaften Anwendungsfall einer Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4 nämlich zum symmetrischen Betreiben einer Last 60 durch vier Feldeffekttransistoren 61, 62, 63, 64.
Bei einer Versorgungsspannungsschaltung, die durch zwei Einweggleichrichterschaltungen gebildet ist kann in Weiterführung dw Erfindung gemäß Fig. 6 die Anordnung auch so getroffen sein, daß jede Einweggleichrichterschaltung 70, 71 bzw. 72, 73 zwischen einem anderen Ende der Sekundärwicklung 1b des Übertragers liegen, die Einweggleichrichterschaltungen gegensinnig angeordnet sind und der Ubertrager eine gegen Bezugspotential geführte Mittelanzapfung aufweist. An den Gleichspannungsausgängen 74 und 75 kann eine Gegentaktstufe gemäß Fig. 1 oder Fig. 3 angeschlossen sein, ebenso kann die primärseitige Treiberschaltung in Ubereinstimmung mit diesen letzteren Figuren ausgebildet sein.

Claims

Titel: Schaltungsanordnung fUr eine potent jalgetrennte Ansteuerung wenigstens eines Feldeffekttransistors 1. Schaltungsanordnung für eine potentialgetrennte An Steuerung wenigstens eines Feldeffekttransistors im Schaltbetrieb mittels eines Ubertragers, an welchem primarseitig und sekundärseitig jeweils eine Treiberschaltung angeschlossen ist, wobei die Spannungsversorgung der sekunden seitigen Treiberschaltung lediglich durch die Sekundärspannung des Übertragers erfolgt, und wobei der Ausgang der sekundärseitigen Treiberschaltung an den Steuereingang des (der) Feldeffektransistors(en) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundärseitige Treiberschaltung (3) für eine Impulsansteuerung des (der) Feldeffektransistors(en) (4) eine Gegentaktstufe (13,14; 37,38), vorzugsweise eine komplementäre Gegentaktstufe ist, deren Speisespannungsklemmen über eine Gleichrichterschaltung (9,10,11,12; 30, 31,32,33,34,35) an die Sekundärseite des Übertragers (1) angeschlossen sind, wobei die Gleichrichterschaltung mit Bezug auf das (die) Bezugspotential(e) des (der) Feldeffekttransistors (en) beispielsweise das Sourcepotentlal, positive und negative Betriebsspannungen liefert, sodaß an der (den) Steuereletrode (n) des (der) Feldeffektransistors(en)der (den) Gateelektrode (n), positive und negative Steuerspannungen anliegen 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaltung in an sich bei kannter Weise aus zwei Einweg-Gleichrichterschaltungen (9, 10, 11, 12) besteht, die gegensinnig angeordnet sind und unter Zwischenschaltung eines Kondensators (15) der Sekundärwicklung (lb) des Ubertragers (1) parallel geschaltet sind (Fig. 1).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang der Gegentaktstufe (13, 14; 37, 38) an einen an die Sekundärwicklung (1b) des Ubertragers (1) geführten und für beide Polaritäten Begrenzerwirkung aufweisenden Spannungsbegrenzer (16, 17, 18; 39, 40, 41) angeschlossen ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die primärseitige Treiberschaltung (2) als komplementäre Gegentaktstufe (5, 6) ausgebildet ist (Fig. 1).

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die primärseitige Treiberschaltung (2) zwei Gegentaktstufen (44, 45 und 46,47) aufweist, zwischen deren Ausgängen die Primärwicklung (1a) des Ubertragers (1) angeordnet ist und deren Eingänge durch eine Inverterschaltung (48) miteinander verbunden sind (Fig. 3).