DE3500039A1 - Gegen stromueberlast geschuetztes festkoerperrelais - Google Patents

Abstract

1 Es wird eine Steuerschaltung zum Schutz eines Metalloxyd-Halbleiter-Feldeffekt-Leistungstransistors gegen Stromüberlasten erläutert. Ein siliziumgesteuerter Gleichrichter wird verwendet, um die Vorspannung aus dem MOSFET zu entfernen, wenn ein Überlaststrom auftritt. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein bipolarer Transistor in Verbindung mit einem zweiten MOSFET verwendet, um den Leistungs-MOSFET im Fall eines Überlaststromes abzuschalten. Die am Leistungs-MOSFET auftretende Spannung dient als Anzeige eines Stromüberlastzustandes.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Festkörperrelais und insbes. auf Stromkreise zum Schutz von Festkörperrelais gegenüber Beschädigungen, die durch Stromüberlastungen im Ausgangsstromkreis verursacht werden.

Im Laufe der Jahre ist eine große Vielfalt von Festkörperrelais entwickelt worden, die einen Leistungshalbleiter als Ausgangskreis-Schaltvorrichtung verwenden. In jüngerer Zeit sind Festkörperrelaisschaltungen geschaffen worden, die Metalloxyd-Leistungshalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) als Ausgangskreis-Schaltvorrichtung verwenden. Stromkreise dieser Art sind beispielsweise in der am 16. März 1984 eingereichten US-Anmeldung 590.184 der gleichen Anmelderin beschrieben und dargestellt.

Ein wesentlicher Nachteil bei der Verwendung vieler Festkörperrelais ist darin zu sehen, daß sie nicht in der Lage sind, Stromüberlasten im Ausgangskreis auszuhalten. Selbst ein nur kurz andauernder Kurzschluß an der Last führt üblicherweise zu einem Ausfall der Schaltvorrichtung der Relaisausgangsschaltung.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Festkörperrelais, das durch eine Stromüberlast im Ausgangskreis nicht beschädigt wird, und eine Schaltanordnung, die automatisch den Fluß des Stromes im Ausgangskreis beim Auftreten einer Überlast unterbricht, zu schaffen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der Metalloxyd-Halbleiter-Leistungsfeldeffekttransistor (MOSFET) weist Senken- (drain-) und Quellen- (source-) Anschlüsse auf, die mit den Ausgangsanschlüssen des Stromkreises verbunden sind. Die Ausgangsanschlüsse sind in Reihe zwischen eine Last und eine Leistungsquelle gelegt.

Es ist ein Vorspannstromkreis vorgesehen, der ein Vorspannsignal in Abhängigkeit vom Aufgeben eines Eingangssignales an die Stromkreiseingangsanschlüsse erzeugt. Das Vorspannsignal wird den Gatter- und Quellenanschlüssen des MOSFET aufgegeben und dient dazu, ihn in den stromleitenden Zustand vorzuspannen, so daß der Last Leistung aufgegeben wird.

Des weiteren ist eine Detektorschaltung vorgesehen, die eine Anzeige des Pegels des durch den MOSFET fließenden Laststromes ergibt. Ein Shuntstromkreis, der auf den Detektor anspricht, shuntet das Vorspannsignal, wenn der Pegel des durch den MOSFET fließenden Laststromes einen vorbestimmten Wert übersteigt.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung, bei der ein siliziumgesteuerter Gleichrichter verwendet wird, um ein Vorspannsignal aus einem MOSFET im Falle einer Stromüberlast zu shunten,

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Transistor verwendet wird, um den MOSFET im Falle einer Stromüberlast abzuschalten,

Fig. 3 ein schematisches Schaltbild einer dritten Ausführungsform der Erfindung, bei der ein zweiter MOSFET der Schaltung nach Fig. 2 hinzugefügt wird, um einen Strompfad am ersten MOSFET zu eliminieren, wenn er nicht stromleitend ist, und

Fig. 4 ein schematisches Schaltbild einer vierten Ausführungsform der Erfindung, bei der die Schaltung nach Fig. 3 mit einem dritten MOSFET kombiniert wird, um einen Stromüberlastschutz für eine Schaltanordnung mit der Möglichkeit, einen Laststrom in zwei Richtungen zu führen, zu erzielen.

In Fig. 1 ist eine Steuerschaltung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Schaltung 10 weist ein Paar Eingangsanschlüsse 12, 14 und ein Paar Ausgangsanschlüsse 16, 18 auf. Zwischen den Anschlüssen 12 und 14 ist ein Serienstromkreis eingeschaltet, der erste und zweite Licht emittierende Dioden (LEDs) 20 und 22 sowie ein Strombegrenzungselement, z.B. einen Widerstand 24, besitzt.

Die LEDs 20 und 22 sind in der Nähe einer Photodiodenanordnung 26 positioniert und mit der Anordnung 26 optisch gekoppelt; sie besitzen positive und negative Ausgangsanschlüsse 30 und 32. Die Anordnung 26 weist eine Vielzahl von Photodioden 28 auf, die in Serie geschaltet sind und eine photovoltaische Spannungsquelle bilden. Die Photodiode erzeugt in bekannter Weise eine Spannung und einen Strom (etwa 1/2 Volt bei etwa 3 Mikroampere für eine kleinflächige Siliziumdiode) in Abhängigkeit von dem auf die Oberfläche der Diode auftreffenden Licht. Die Größe des aus einer bestimmten Photodiode erzielten Stromes ist proportional der auf ihre Oberfläche auftreffenden Lichtmenge.

Werden eine Vielzahl von Photodioden 28 in Serie geschaltet, werden die an jeder Diode erzeugten Spannungen addiert und ergeben einen gewünschten Spannungswert an den Ausgangsanschlüssen 30 und 32 der Anordnung 26. Bei der bevorzugten

Ausführungsform der Erfindung sind sechzehn Photodioden 28 in Serie geschaltet, die eine Ausgangsspannung von etwa 8 Volt bei einer Stromgröße von etwa 3 Mikroampere in Abhängigkeit von Licht aus den LEDs 20 und 22 erzeugen. Die Anzahl von LEDs, die zur Beleuchtung der Anordnung 26 verwendet wird, ist eine Frage der konstruktiven Auslegung. Die Anordnung 26 ist als integrierte Schaltvorrichtung hergestellt, die an sich bekannte Herstelltechniken, wie z.B. dielektrische Isolierung, verwendet.

Der positive Anschluß 30 der Anordnung 26 ist mit dem Gatteranschluß 34 eines im Verstärkungsbetrieb arbeitenden N-Kanal-Metalloxyd-Halbleiter-Feldeffekt-Leistungstransistors (MOSFET) 38 verbunden. Der negative Anschluß 32 der Anordnung 26 ist über einen Widerstand 33 mit dem Quellenanschluß 36 des MOSFET 38 verbunden, und die Senken- und Quellenanschlüsse 40 und 36 des MOSFET 38 sind ihrerseits an die Schaltungsausgangsanschlüsse 16 und 18 gelegt.

Leistungs-MOSFETs zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, Ströme mit Stromstärken von mehreren Ampere zwischen ihren Ausgangsanschlüssen (Senken- und Quellenanschlüssen) aus einer Leistungsquelle von bis zu mehreren 100 Volt zu schalten. Diese Vorrichtungen haben einen niedrigen Ausgangswiderstand im Ein- oder stromleitenden Zustand (typischerweise 1/100 bis 3 Ohm) und ergeben einen hohen Ausgangswiderstand im Aus- oder nichtleitenden Zustand (typischerweise 1 - 10 Megaohm). Eine MOSFET-Vorrichtung, wie sie beispielsweise im Falle vorliegender Erfindung verwendet wird, ist der Typ IRF 520 der Firma International Rectifier, El Segundo, Californien.

Der MOSFET 38 wird in den voll leitenden Zustand dadurch vorgespannt, daß eine Spannung mit einem ersten Pegel (typischerweise 6 - 8 Volt) zwischen die Gatter- und Quellenanschlüsse 34 und 36 angelegt wird. Der erste Spannungspegel wird als die Einschaltspannung des MOSFET 38 bezeichnet. Wenn die Gatter-Quellen-Spannung unter einem zweiten Spannungspegel liegt (typischerweise 3 Volt), wird der MOSFET 38 in einen nichtleitenden Zustand vorgespannt. Dieser zweite Spannungspegel wird als die Abschaltspannung des MOSFET 38 bezeichnet.

Die Arbeitsweise der Schaltung 10 ist folgende:

Ein Eingangssignal wird an die Eingangsanschlüsse 12 und 14 gelegt, beispielsweise, indem eine Spannungsquelle 42 mit in Reihe geschaltetem Schalter 44 parallel zu den Anschlüssen 12 und 14 geschaltet wird, wie in Fig. 1 gezeigt. In Abhängigkeit von dem Eingangssignal erzeugen die LEDs 20 und 22 Licht. Dieses Licht wird optisch mit der Diodenanordnung 26 gekoppelt, die bewirkt, daß das Licht eine Spannung an den Gatter- und Quellenanschlüssen 34 und 36 des MOSFET 38 erzeugt. Der MOSFET 38 wird in den voll leitenden Zustand vorgespannt, wodurch ein Strompfad geringer Impedanz an den Ausgangsanschlüssen 16 und 18 entsteht. Wenn der MOSFET 38 stromleitend ist, wird Energie an eine Last 46 aus einer Energiequelle 48 eingespeist. Die Last 46 und die Quelle 48 sind parallel zu den Anschlüssen 16 und 18 in Reihe geschaltet, wie die Fig. 1 zeigt. Wird der Schalter 44 geöffnet, erzeugen die LEDs 20 und 22 kein Licht mehr. Infolgedessen fällt die durch die Anordnung 26 erzeugte Spannung auf Null, und der MOSFET 38 schaltet ab.

Ein Nachteil dieser vorbeschriebenen Schaltung besteht darin, daß sie leicht durch Stromüberlastungen im Ausgangskreis beschädigt werden kann. Im Falle eines in der Last 46 auftretenden Fehlers kann der Pegel des Stromes, der durch den MOSFET 38 fließt, den Nennstrom bei weitem übersteigen. Normalerweise ergibt dies den Ausfall bzw. die Zerstörung des MOSFET 38. Die Schaltung wird gegen solche Überlastungen in folgender Weise geschützt.

Ein siliziumgesteuerter Gleichrichter (SCR) 50 ist so geschaltet, daß er zur Diodenanordnung 26 geshuntet ist, wobei die Anoden- und die Kathodenanschlüsse des SCR 50 mit den Anschlüssen 30 und 32 der Anordnung 26 entsprechend verbunden sind. Der Toranschluß des SCR 50 ist über einen Strombegrenzungswiderstand 52 an den Quellenanschluß 36 des MOSFET 38 gelegt.

Da der Widerstand 33 in Serie mit der Last 46 geschaltet ist, ist die am Widerstand 33 auftretende Spannung proportional dem durch die Last 46 und damit durch den MOSFET 38 fließenden Strom. Die am Widerstand 33 auftretende Spannung wird an das Gatter des SCR 50 angelegt. Wenn diese Spannung die Gattereinschaltspannung des SCR 50 übersteigt, wird letzterer in den stromleitenden Zustand getriggert, wodurch die durch die Diodenanordnung 26 erzeugte Spannung geshuntet wird.

Wenn der Schalter 44 geschlossen ist, erzeugt die Anordnung 26 eine Vorspannung, die den MOSFET 38 in den stromleitenden Zustand vorspannt, so daß Strom aus der Speisequelle 48 in die Last 46 eingeführt wird. Unter normalen Bedingungen liegt die Größe des durch die Last 46 fließenden Stromes innerhalb des Stromnennwertes des MOSFET 38. Der Wert des Widerstandes 33 ist so gewählt, daß unter diesem normalen Zustand die an dem Widerstand 33 anliegende Spannung kleiner ist als die Einschaltspannung des SCR 50. Entsprechend bleibt der SCR 50 in einem nichtleitenden Zustand. Im Falle einer Stromüberlast, wie sie beispielsweise durch einen Fehler oder einen Kurzschluß in der Last 46 verursacht wird, nimmt der durch den MOSFET 38 fließende Strom rasch zu, ebenso die an dem Widerstand 33 auftretende Spannung. Wenn die Spannung die Einschaltspannung des SCR 50 erreicht hat, schaltet sie in den stromleitenden Zustand und shuntet die durch die Anordnung 26 erzeugte Spannung. Dieser Shunteffekt bewirkt, daß der MOSFET 38 unverzüglich in den nichtleitenden Zustand schaltet, wodurch der Laststromfluß beendet wird. Der Wert des Widerstandes 33 ist so gewählt, daß der SCR 50 nicht triggert, wenn Strom normalen Wertes durch den MOSFET 38 fließt, jedoch triggert, wenn die Größe des durch den MOSFET 38 fließenden Stromes zu hoch ist. Dieser zu hohe Stromwert wird so gewählt, daß er von dem MOSFET 38 während des kurzen

Zeitintervalls (typischerweise von wenigen Mikrosekunden), das erforderlich ist, damit der SCR stromleitend wird und den MOSFET 38 abschaltet, ausgehalten werden kann.

Nachdem ein Überlastzustand aufgetreten ist, kann die Schaltung 10 in den normalen Betrieb durch Öffnen des Schalters 44 rückgesetzt werden. Dieser Vorgang beendet den Stromfluß aus der Diodenanordnung 26, und deshalb kann der SCR 50 in einen nichtleitenden Zustand zurückkehren. Der Strom 10 ist nunmehr rückgesetzt und in der Lage, wieder auf normale Überlaststrombedingungen anzusprechen, während der MOSFET 38 gegen Beschädigung durch Stromüberlast geschützt ist.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Schaltung 60 nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die nicht den SCR 50 oder die Widerstände 33 und 52 für den Überlastschutz verwendet. Weitere Unterschiede zwischen der Schaltung 60 und der Schaltung 10 sind folgende. Zwischen den Anschluß 30 der Anordnung 26 und den Gatteranschluß 34 des MOSFET 38 ist eine Diode 62 eingeschaltet, die so orientiert ist, daß sie einen Stromfluß zum Gatteranschluß 34 ermöglicht. Ein bipolarer PNP-Transistor 64 ist mit seinem Emitteranschluß an den Gatteranschluß 34 gelegt, sein Kollektoranschluß ist mit dem Quellenanschluß 36 des MOSFET 38 verbunden, und sein Basisanschluß liegt an dem Anschluß 30 der Anordnung 26. Ein Widerstand 66 ist an die Anschlüsse 30 und 32 der Anordnung 26 gelegt. Die Arbeitsweise der Bauteile 62, 64 und 66 ist im einzelnen in der US-Anmeldung 590 184 vom 16. März 1984 (geht auf die Anmelderin zurück) beschrieben. Der Gegenstand dieser Anmeldung wird durch die Bezugnahme auf diese Patentanmeldung zum Gegenstand vorliegender Anmeldung gemacht. Zum Verständnis vorliegender Erfindung reicht es jedoch aus, wenn festgestellt wird, daß der PNP-Transistor 64 zwischen den Emitter- und Kollektoranschlüssen in seinen stromleitenden Zustand vorgespannt wird, wenn die Anordnung 26 keine Spannung erzeugt. Umgekehrt wird der Transistor 64 in einen nichtleitenden Zustand vorgespannt, wenn die Anordnung 26 Strom erzeugt. Der Transistor 64 wirkt in der Weise, daß er die Abschaltzeit des MOSFET 38 dadurch beschleunigt, daß ein Entladungspfad für den Kondensator geschaffen wird, der den Gatter-Quellen-Elementen des MOSFET 38 zugeordnet wird. Die Diode 62 koppelt die Vorspannung aus der Anordnung 26 in das Gatter 34 des MOSFET 38. Wie bei dem vorausgehenden Ausführungsbeispiel der Schaltung 10 spricht der MOSFET 38 auf das Schließen des Schalters 44 an, indem er in einen stromleitenden Zustand geschaltet wird. Ist der Schalter 44 geöffnet, schaltet der MOSFET 38 in einen nichtleitenden Zustand in einem extrem kurzen Zeitintervall, teilweise bedingt durch die Stromleitung des Transistors 64.

Die Schaltung 60 stellt einen Schutz für Stromüberlasten in folgender Weise dar. Ein bipolarer NPN-Transistor 68 ist mit seinem Kollektoranschluß an den Gatteranschluß 34 des MOSFET 38 gelegt, und ein Emitteranschluß ist mit dem Quellenanschluß 36 des MOSFET 38 verbunden. Ein stromdrosselnder (depletion mode) Sperrschicht-FET bzw. JFET 70 ist mit seinem Senken-Anschluß an den Basisanschluß des Transistors 68 gelegt. Der Quellenanschluß des JFET 70 ist mit dem Quellenanschluß 36 des MOSFET 38 verbunden. Ein Widerstand 72 ist zwischen die Gatteranschlüsse des JFET 70 und des MOSFET 38 gelegt, und ein Kondensator 74 zwischen die Gatter- und Quellenanschlüsse des JFET 70 geschaltet. Ein Widerstand 76 ist zwischen die Senkenanschlüsse des MOSFET 38 und den JFET 70 geschaltet.

Der Widerstand 76 liefert ein Vorspannsignal an die Basis des Transistors 68, das proportional der Spannung ist, die an den Senken- und Quellenanschlüssen 40 und 36 des MOSFET 38 auftritt. Diese Spannung ist ein Maß für den durch den MOSFET 38 fließenden Strom. Dies ist deshalb der Fall, weil der MOSFET 38, wenn er seinen stromleitenden Zustand einnimmt, als Widerstand mit sehr geringem Widerstandswert zwischen seinen Senken- und Quellenanschlüssen 40 und 36 auftritt, und deshalb der Spannungsabfall an diesen beiden Anschlüssen proportional dem durch den MOSFET 38 fließenden Strom ist.

Die Schaltung 60 nutzt die Tatsache aus, daß der Spannungsabfall am MOSFET 38 proportional seinem Strom ist, um diesen Strompegel zu messen.

Fließt Strom normaler Höhe durch den MOSFET 38, ist die Spannung am MOSFET kleiner als die Basis-Emitter-Einschaltspannung des Transistors 68. Es wird somit eine zu geringe Vorspannung an die Basis des Widerstandes 68 über den Widerstand 76 angelegt, um den Transistor 68 in den stromleitenden Zustand zu bringen. Unter Stromüberlastbedingungen jedoch nimmt die Spannung, die an dem Senkenanschluß 40 im Vergleich zu dem Quellenanschluß 36 auftritt, wesentlich zu. Wenn die Spannung die Basis-Emitter-Einschaltspannung des Transistors 68 überschreitet, wird der Transistor stromleitend. Er shuntet dann die Spannung von der Anordnung 26 und bewirkt, daß der MOSFET 38 abgeschaltet wird. Dieser Abschaltvorgang ist regenerativ, weil dann, wenn der Transistor 68 stromleitend zu werden beginnt, der MOSFET 38 abzuschalten beginnt; damit steigt die Spannung am Anschluß 40 ganz erheblich an. Dieser Spannungsanstieg führt der Basis des Transistors 68 zusätzlichen Strom zu und bringt den Transistor weiter in den stromleitenden Zustand. Das Resultat ist, daß der MOSFET 38 im Falle einer Stromüberlast rasch abschaltet.

Wenn der MOSFET 38 den nichtleitenden Zustand einnimmt, entweder, weil der Schalter 44 offen ist, oder weil eine Stromüberlast gerade aufgetreten ist, ist die Spannung an dem Senkenanschluß 40 im wesentlichen die Spannung der Leistungsquelle 48. Diese Spannung reicht aus, um den Transistor 68 im stromleitenden Zustand zu halten, wodurch die Anordnung 26 daran gehindert wird, eine Vorspannung zu erzeugen, um den MOSFET 38 wieder anzuschalten. Die Elemente 70, 72 und 74 werden verwendet, um diesem Einschaltproblem zu begegnen.

Wie weiter oben beschrieben, erzeugt die Anordnung 26 bei offenem Schalter 44 keine Spannung, und der PNP-Transistor 64 ist stromleitend. Dieser stromleitende Zustand des Transistors 64 bewirkt eine Entladung des Kondensators 74 über den

Widerstand 72. Ist der Kondensator 74 vollständig entladen, nimmt der JFET 70 einen stromleitenden Zustand ein. Dieser stromleitende Zustand des JFET 70 shuntet effektiv die Basis-Emitter-Verbindung des Transistors 68 und verhindert, daß der Transistor stromleitend wird. Wird der Schalter 44 zuerst geschlossen, wirkt die Spannung von der Anordnung 26 in der Weise, daß der Kondensator 74 über den Widerstand 72 aufgeladen wird. Der Transistor 68 wird daran gehindert, in den stromleitenden Zustand zu gelangen, bis der Kondensator 74 sich auf die Abschaltspannung des JFET 70 aufgeladen hat.

Der Widerstand 72 und der Kondensator 74 bilden eine Zeitverzögerungsschaltung, die verhindert, daß der Transistor 68 stromleitend wird, bis der MOSFET 38 in den stromleitenden Zustand geschaltet hat. Unterstellt man, daß der Laststrom zum MOSFET 38 innerhalb des normalen Bereiches liegt, wenn der MOSFET 38 vollständig stromleitend ist, ist die Spannung an ihm nicht ausreichend groß, um den Transistor 68 anzuschalten. Wie vorstehend beschrieben, kann der Transistor 68 jedoch unter zu hohen Laststrombedingungen in den stromleitenden Zustand gebracht werden.

Nachdem ein Überlastzustand eingetreten ist, wird der Stromkreis durch Öffnen des Schalters 44 rückgesetzt, was über den Transistor 64 bewirkt, daß der Kondensator 74 sich entlädt, wodurch die Zeitverzögerungsschaltung rückgesetzt und die Schaltung 60 in die Lage versetzt wird, normal auf nachfolgende Schließungen des Schalters 44 anzusprechen.

Fig. 3 ist ein schematisches Schaltbild, das einen Schaltkreis 80 zeigt, der nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung ausgebildet ist. Die Schaltung 80 ist weitgehend identisch mit der Schaltung 60, mit Ausnahme der Hinzufügung eines zweiten MOSFET 82 und eines Widerstandes 84 anstelle des JFET 70. Der MOSFET 82 ist zwischen den Widerstand 76 und die Basis des Transistors 68 eingeschaltet, wobei der Senkenanschluß des MOSFET 82 mit dem Widerstand 76 und der Quellenanschluß mit dem Basisanschluß des Transistors 68 verbunden ist. Der Gatteranschluß des MOSFET 82 ist mit der

Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand 72 und dem Kondensator 74 verbunden. Der Widerstand 84 ist zwischen die Basis- und Emitteranschlüsse des Transistors 68 eingeschaltet.

Durch Hinzufügen des MOSFET 82 wird ein Ableitstrompfad zwischen den Ausgangsanschlüssen 16 und 18 eliminiert, der durch den Widerstand 76 im Stromkreis 60 verursacht wird. Aus Fig. 2 ergibt sich, daß dann, wenn der MOSFET 38 einen nichtleitenden Zustand einnimmt, der Ableitstrompfad über den Widerstand 76 und die Basis-Emitter-Verbindung des Transistors 68 besteht. Dieser Pfad bewirkt, daß ein geringer Strom durch die Last 46 fließt, wenn der MOSFET 38 nicht stromleitend ist. Bei bestimmten Anwendungsfällen ist dieser Ableitstrom unerwünscht.

Bei der Anordnung nach Fig. 3 wird der MOSFET 82 in den stromleitenden Zustand vorgespannt, wenn eine Spannung am Kondensator 74 auftritt. Diese Kondensatorspannung wird durch die Anordnung 26 über den Widerstand 72 erzielt. Ist der Schalter 44 offen und der MOSFET 38 nicht stromleitend, steht keine Spannung am Kondensator 74 an und damit ist der MOSFET 82 nicht stromleitend. Unter dieser Bedingung fließt kein Strom durch den Widerstand 76, so daß das Ableitstromproblem verringert wird. Wenn der Schalter 44 geschlossen ist, lädt die Spannung an der Anordnung 26 den Kondensator 74 auf, bis der MOSFET 82 in den stromleitenden Zustand schaltet. Wie vorstehend beschrieben, werden der Widerstand 72 und der Kondensator 74 so gewählt, daß der MOSFET 82 nicht stromleitend zu werden beginnt, bis der MOSFET 38 vollständig in den stromleitenden Zustand geschaltet ist. Nimmt der MOSFET 82 den stromleitenden Zustand ein, wird die Spannung am MOSFET 38 der Basis des Transistors 68 über die Widerstände 76 und 84 aufgegeben. Der Wert des Widerstandes 84 kann so gewählt werden, daß der Pegel der Stromüberlast eingestellt werden kann, bei der der Transistor 68 in den stromleitenden Zustand schaltet.

Fig. 4 ist ein schematisches Schaltbild eines Stromkreises 90, der eine vierte Ausführungsform der Erfindung darstellt. Der Stromkreis 90 ist im wesentlichen ähnlich dem Stromkreis 80, verwendet jedoch einen MOSFET 92 in Verbindung mit dem MOSFET 38, um eine in zwei Richtungen erfolgende Leitung des Stromes durch die Ausgangsanschlüsse 16 und 18 zu erzielen. Die Unterschiede zwischen dem Stromkreis 90 und dem Stromkreis 80 sind folgende. Der MOSFET 92, der im Aufbau ähnlich dem MOSFET 38 ist, ist mit seinem Quellenanschluß zusammen mit dem Quellenanschluß 36 des MOSFET 38 geschaltet. Der Senkenanschluß des MOSFET 92 ist seinerseits an den Ausgangsanschluß 18 gelegt. Der Gatteranschluß des MOSFET 92 ist mit dem Gatteranschluß 34 des MOSFET 38 verbunden. Es sind Dioden 94 und 96 vorgesehen; die Anode der Diode 94 ist mit dem Ausgangsanschluß 16 und die Anode der Diode 96 mit dem Ausgangsanschluß 18 verbunden. Die Kathodenanschlüsse der Dioden 94 und 96 sind miteinander und mit dem Widerstand 76 verbunden.

Die MOSFETs 38 und 92 ergeben einen Zweirichtungs-Strompfad zwischen den Ausgangsanschlüssen 16 und 18, der ermöglicht, daß der Stromkreis 90 eine Last 46 steuert, die von einer Wechselstromspeisequelle 97 betrieben wird. Die Spannung an der Anordnung 26 dient dazu, die beiden Leistungs-MOSFETs gleichzeitig zu steuern. Die Steuerdioden 94 und 96 ergeben über den Widerstand 76 eine Anzeige des Stromes, der entweder durch den MOSFET 38 oder den MOSFET 92 fließt. Wenn ein Stromüberlastzustand vorhanden ist, wird dieser Vorgang unabhängig von der Richtung des Stromflusses über die Dioden 94 und 96 sowie den Widerstand 76 angezeigt. Dieser Vorgang tritt als eine Erhöhung der Spannung auf, die entweder am MOSFET 38 oder am MOSFET 92 ansteht, je nach der Richtung des Überlaststromes, der durch die Ausgangsanschlüsse 16 und 18 fließt. In jedem Fall wird der Transistor 68 in den stromleitenden Zustand geschaltet und schaltet beide MOSFETs 38 und 92 ab. Wie bei dem Stromkreis 80 wird der Stromkreis 90 durch Öffnen des Schalters 44 rückgesetzt.

Für bestimmte Anwendungsfälle der Stromkreise 80 und 90 ist es erwünscht, einen Widerstand in die Leitung 100 zwischen dem Gatteranschluß 94 und dem Kollektoranschluß des Transistors 68 sowie einen Kondensator parallel zum Widerstand 72 einzuschalten. Diese beiden zusätzlichen Bauteile stellen ein Filter dar, das das Auftreten von parasitären Schwingungen verhindert, insbes., wenn diese Stromkreise bei niedrigen Temperaturen verwendet werden. Bei anderen Anwendungsfällen kann der Widerstand 84 ganz oder teilweise durch einen Thermistor ersetzt werden, der einen negativen Temperaturkoeffizienten hat. Der Effekt dieses Austausches ist, Temperaturschwankungen der Bauteile zu kompensieren, so daß die Größe des Überlaststromes, bei der die Stromkreise abschalten, über einen weiten Temperaturbereich relativ gut konstant gehalten wird.

Claims (7)

1. Elektronische Steuerschaltung mit Eingangs- und Ausgangsanschlüssen, gekennzeichnet durch

a) einen Metalloxyd-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) (38; 82; 92) mit einem Gatteranschluß (34) sowie Quellen- und Senkenanschlüssen (36, 40), wobei die Quellen- und Senkenanschlüsse mit den Ausgangsanschlüssen (16, 18) verbunden sind,

b) eine Vorspannvorrichtung (26, 28), die ein Vorspannsignal erzeugt, wenn der Schaltung (10; 60; 80; 90) ein Eingangssignal aufgegeben wird, wobei die Vorspannvorrichtung mit den Gatter- und Quellenanschlüssen (34, 36) des MOSFET (38) so verbunden ist, daß das Vorspannsignal zum Vorspannen des MOSFET in den stromleitenden Zustand dient, wenn der Pegel des den MOSFET durchfließenden Stromes einen vorbestimmten Wert übersteigt,

c) eine Detektorvorrichtung (33; 66; 70, 76), die eine Anzeige des Pegels des durch den MOSFET fließenden Stromes erzeugt, und

d) eine Shuntvorrichtung (50; 64; 68), die auf die Detektorvorrichtung zum Shunten des Vorspannsignales anspricht, wenn der Pegel des durch den MOSFET fließenden Stromes einen vorbestimmten Wert übersteigt.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorvorrichtung einen Widerstand (33) aufweist, der in Serie zwischen den MOSFET (38) und die Ausgangsanschlüsse (16, 18) geschaltet ist, und daß die Shuntvorrichtung einen siliziumgesteuerten Gleichrichter (50) aufweist, der so geschaltet ist, daß er die Vorspannvorrichtung (26) shuntet, wenn die am Widerstand (33) anstehende Spannung einen vorbestimmten Wert erreicht.

3. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Shuntvorrichtung einen Transistor (64) mit Basis-, Emitter- und Kollektoranschlüssen aufweist, wobei die Emitter- und Kollektoranschlüsse mit den Gatter- und

Quellenanschlüssen (34, 36) des MOSFET (38) verbunden sind, und daß die Detektorvorrichtung eine erste Widerstandsvorrichtung (76), die den ersten Widerstand zwischen den Senkenanschluß (40) des MOSFET (38) und den Basisanschluß des Transistors (64) einschaltet, und eine Verzögerungsvorrichtung (70), die das Aufgeben des durch den ersten Widerstand (76) zum Basisanschluß des Transistors (68) fließenden Stromes verzögert, aufweist.

4. Steuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsvorrichtung (70, 72, 74) aufweist

a) einen Sperrschicht-Feldeffekt-Transistor (JFET) (70) mit Quellen-, Senken- und Gatteranschlüssen, wobei jeweils der Senkenanschluß mit dem Basisanschluß und der Quellenanschluß mit dem Emitteranschluß des Transistors (68) verbunden ist,

b) einen zweiten Widerstand (72), der zwischen Gatteranschluß des MOSFET (38) und Gatteranschluß des JFET (70) eingeschaltet ist, und

c) einen Kondensator (74), der zwischen Gatter- und Quellenanschluß des JFET (70) eingeschaltet ist.

5. Steuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorvorrichtung einen zweiten Widerstand (66) aufweist, der zwischen Basis- und Emitteranschluß des Transistors (64) eingeschaltet ist,

daß die Vorrichtung zum Anschließen des ersten Widerstandes (76) einen zweiten MOSFET (82) aufweist, der zwischen den ersten Widerstand (76) und den Basisanschluß des Transistors (64) eingeschaltet ist, und

daß die Verzögerungsvorrichtung eine Serienschaltung (72, 74) aus einem dritten Widerstand (72) und einem Kondensator (74) aufweist, wobei diese Serienschaltung zwischen Gatter- und Quellenanschlüsse des ersten MOSFET (38) eingeschaltet ist und der Gatteranschluß des zweiten MOSFET (82) an die Verbindungsstelle zwischen drittem Widerstand (72) und Kondensator (74) gelegt ist.

6. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter MOSFET (82) zwischen den Quellenanschluß (36) des ersten MOSFET (38) und einen Ausgangsanschluß (16) geschaltet ist, wobei die Quellenanschlüsse (36) des ersten und des zweiten MOSFET (38, 82) miteinander verbunden sind und der Senkenanschluß des zweiten MOSFET (82) mit dem Ausgangsanschluß (16) verbunden ist, und daß die Detektorvorrichtung (33; 66; 70, 76) so ausgelegt ist, daß sie anzeigt, wenn der durch einen der MOSFETs fließende Strom den vorbestimmten Wert übersteigt und das Abschaltsignal in Abhängigkeit davon erzeugt.

7. Steuerschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorvorrichtung einen Transistor (68) mit Basis-, Emitter- und Kollektoranschlüssen aufweist, wobei die Emitter- und Kollektoranschlüsse jeweils mit den Quellen- und Gatteranschlüssen des ersten und des zweiten MOSFET (38, 82) verbunden sind, daß ein Widerstand (84) am einen Ende mit den Senkenanschlüssen (40) des ersten und des zweiten MOSFET (38, 82) und mit dem anderen Ende mit dem Basisanschluß des Transistors (68) verbunden ist, und daß erste und zweite Dioden (94, 96) mit ihren Anodenanschlüssen an die Senkenanschlüsse (40) des ersten und des zweiten MOSFET (38, 82) sowie die Kathodenanschlüsse der ersten und zweiten Dioden (94, 96) mit dem einen Ende des Widerstandes (84) verbunden sind.