DE3538584A1 - Anordnung bestehend aus mehreren parallel arbeitenden feldeffekttransistoren sowie anwendungen - Google Patents
Anordnung bestehend aus mehreren parallel arbeitenden feldeffekttransistoren sowie anwendungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 sowie Anwendungen hierzu. Eine solche
Anordnung ist bekannt aus "Power Conversion International",
1981, Heft 4, Seiten 22 bis 44.
Für Leistungsanwendungen müssen oft mehrere Feldeffekttran
sistoren parallel geschaltet werden. Gemäß "Power Conversion
International" werden die Drain-Source-Strecken der Feld
effekttransistoren direkt (Fig. 18) parallel geschaltet, bzw.
unter Zwischenschaltung von Entkopplungselementen (Fig. 19
und 20). Die Gateanschlüsse sind alle mit einem externen
Steuersignal - im Bedarfsfall über Entkopplungselemente -
beaufschlagt. Diese Betriebsart ist problematisch, da die
Leistungsverteilung auf die parallelgeschalteten Feldeffekt
transistoren durch unterschiedliche Parameter - Schwell
spannungen, Bahnwiderstände, Verstärkungsfaktoren - unter
schiedlich sein kann und so leicht zur Zerstörung des
schwächsten der Feldeffekttransistoren führen kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Anord
nung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so zu gestal
ten, daß die Leistungsverteilung auf die parallelgeschalte
ten Feldeffekttransistoren gleichmäßig, bzw. in Anpassung
auf ihre unterschiedlichen Parameter erfolgen kann. Außerdem
sollen vorteilhafte Anwendungen der Anordnung aufgezeigt wer
den.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des
Patentanspruchs 1 gelöst. Die Ansprüche 2 und 3 betreffen
eine Ausgestaltung der Erfindung und die Ansprüche 4 und 5
zeigen Anwendungen auf.
Es ist zwar bekannt, parallel arbeitende Bipolartransistoren
durch geeignete Basis- und Emitterwiderstände zu symmetrie
ren. Diese Methode ist bei Feldeffekttransistoren jedoch
nicht anwendbar.
Die Anordnung gemäß der Erfindung weist folgende Vorteile
auf:
Da die externe Steuerung nur an einem Feldeffekttransistor
erfolgt, ergeben sich sichere und zuverlässige Betriebszu
stände. Sämtliche weiteren Feldeffekttransistoren werden
durch den Spannungsabfall am Sourcewiderstand des extern ge
steuerten Feldeffekttransistors geregelt oder durch den
Spannungsabfall am Sourcewiderstand eines bereits nachge
führten weiteren Feldeffekttransistors. Der Strom durch die
weiteren Feldeffekttransistoren kann auf einfache Weise
durch die den Drain-Source-Strecken in Serie geschalteten
Sourcewiderstände eingestellt werden. Dadurch kann eine ge
nau definierte Symmetrierung bezüglich der Leistung der
Feldeffekttransistoren erfolgen.
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nun beispielhaft
erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Schaltung der Anordnung gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine modifizierte Schaltung und
Fig. 3 eine Anwendung der Anordnung für einen Längsregler.
In Fig. 1 sind drei parallel arbeitende Feldeffekttransisto
ren F 1, F 2, F 3, ... dargestellt, zu denen beliebig viele wei
tere Feldeffekttransistoren parallel geschaltet werden können.
Der erste Feldeffekttransistor F 1 wird an seinem Gateanschluß
von einem externen Steuersignal St gesteuert. Die weiteren
Feldeffekttransistoren F 2, F 3 werden nicht unmittelbar von
diesem Steuersignal St gesteuert, sondern vom Spannungsab
fall am Sourcewiderstand R 1 des ersten Feldeffekttransistors
F 1. Die weiteren Feldeffekttransistoren F 2, F 3 werden über
eine eigene Regelung nachgeführt und stellen jeweils vom
ersten Feldeffekttransistor F 1 gesteuerte parallele Strom
quellen dar. Die Beschaltung ist folgendermaßen:
Die Serienschaltungen von jeweils einer Drain-Source-Strecke
eines Feldeffekttransistors mit zugehörigem Sourcewiderstand
R 1, bzw. R 2, R 3 liegen parallel zueinander. Über diese
Parallelschaltung kann, wie anschließend in Verbindung mit
Fig. 3 noch genauer erläutert wird, ein Laststrom fließen.
An den Verbindungspunkt der Sourceelektrode des ersten
Feldeffekttransistors F 1 mit zugehörigem Sourcewiderstand
R 1 ist eine Leitung Ltg angeschlossen, an die alle nicht
invertierenden Eingänge der Differenzverstärker V 1, V 2 an
geschlossen sind. Die Differenzverstärker V 1, V 2 sind je
weils den weiteren Feldeffekttransistoren F 2, F 3 zugeordnet
und steuern diese am Gateanschluß über ihr Ausgangssignal.
Die invertierenden Eingänge der Differenzverstärker V 1, V 2
sind jeweils an den Verbindungspunkt zwischen der Drain-
Source-Strecke ihres Feldeffekttransistors mit dem zugehöri
gen Sourcewiderstand angeschlossen.
Natürlich ist es möglich, die Feldeffekttransistoren anstatt
mit Sourcewiderständen mit Drainwiderständen zu beschalten
und die Differenzverstärker V 1 und V 2 sowie die Leitung Ltg
an die entsprechenden Verbindungspunkte zwischen diesen
Drainwiderständen und den zugehörigen Drain-Source-Strecken
anzuschließen.
Fig. 2 zeigt eine modifizierte Schaltung. Hier ist der Feld
effekttransistor F 2 auf den extern gesteuerten Feldeffekt
transistor F 1 nachgeführt (Verbindungsleitung Ltg 1: nicht
invertierender Eingang des Differenzverstärkers V 1/Ver
bindungspunkt F 1 mit zugehörigem Sourcewiderstand R 1). Der
Feldeffekttransistor F 3 ist jedoch nicht direkt auf den
extern gesteuerten Feldeffekttransistor F 1 nachgeführt,
sondern auf den von F 1 nachgeführten weiteren Feldeffekt
transistor F 2 (Verbindungsleitung Ltg 2: nichtinvertierender
Eingang des Differenzverstärkers V 2/Verbindungspunkt F 2
mit zugehörigem Sourcewiderstand R 2).
Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Anwendung der Anordnung ge
mäß der Erfindung für einen Längsregler zur Gleichstromver
sorgung. Der Eingang des Längsreglers, an dem die zu
regelnde Gleichspannung U E ansteht, wird über die Anord
nung gemäß Fig. 1 (parallelgeschaltete Drain-Source-Strecken
der Feldeffekttransistoren) mit dem Ausgang, an dem die ge
regelte Gleichspannung U A abgreifbar ist, verbunden. Über
einen Spannungsteiler R 4, R 5 wird eine zur Ausgangsspan
nung U A proportionale Spannung mittels des Differenzver
stärkers DV mit einer Referenzspannung U ref verglichen. Das
Ausgangssignal des Differenzverstärkers DV kann direkt als
Steuersignal St zur Steuerung des ersten Feldeffekttransistors
F 1 verwendet werden.
Entsprechend läßt sich die Anordnung der Erfindung auch an
stelle des Ausgangstransistors/der Ausgangstransistoren
einer Verstärkerschaltung einsetzen, bei der es auf eine
genaue Strom-Leistungssymmetrierung ankommt.
Die Feldeffekttransistoren F 1, F 2, F 3, ... können PN-FETs
oder IG-FETs, beispielsweise MOS-FETs vom selbstleitenden
oder selbstsperrenden Typ, sein.
Claims (5)
1. Aus mehreren parallel arbeitenden Feldeffekttransistoren
bestehende Anordnung gekennzeichnet durch folgende Merk
male:
- - nur einer der Feldeffekttransistoren (F 1, F 2, F 3, ...) wird an seinem Gateanschluß von einem externen Steuer signal (St) gesteuert,
- - die weiteren Feldeffekttransistoren (F 2, F 3, ...) werden über eine eigene Regelung nachgeführt in dem Sinne, daß sie jeweils auf einen zuvor gesteuerten Feldeffekttran sistor (F 1) nachgeführte parallele Stromquellen dar stellen.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
jeder Gateanschluß der weiteren Feldeffekttransistoren
(F 2, F 3, ...) jeweils mit dem Ausgang eines Differenzver
stärkers (V 1, V 2, ...) verbunden ist, daß die nichtinver
tierenden Eingänge der Differenzverstärker (V 1, V 2, ...)
gemeinsam an den Verbindungspunkt der Serienschaltung,
bestehend aus der Drain-Source-Strecke des extern ge
steuerten Feldeffekttransistors (F 1) und seinem Source
widerstand (R 1), angeschlossen sind, und daß die inver
tierenden Eingänge der Differenzverstärker (V 1, V 2, ...)
jeweils mit dem Verbindungspunkt der Serienschaltung,
gebildet aus dem ihnen zugeordneten weiteren Feldeffekt
transistor (F 2, F 3, ...) sowie jeweils seinem Source
widerstand (R 2, R 3, ...), verbunden sind (Fig. 1).
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
jeder Gateanschluß der weiteren Feldeffekttransistoren
(F 2, F 3, ...) jeweils mit dem Ausgang eines Differenz
verstärkers (V 1, V 2, ...) verbunden ist, daß bei den
Feldeffekttransistoren (F 2, ...), die direkt auf den
extern gesteuerten Feldeffekttransistor (F 1) nachgeführt
sind, die nichtinvertierenden Eingänge der ihnen zugeord
neten Differenzverstärker (V 1, ...), an den Verbindungs
punkt der Serienschaltung, bestehend aus der Drain-Source-
Strecke des extern gesteuerten Feldeffekttransistors (F 1)
und dessen Sourcewiderstand (R 1) angeschlossen sind, daß
bei den Feldeffekttransistoren (F 3 ...), die auf einen
zuvor gesteuerten, nicht direkt mit dem externen Steuer
signal (St) beaufschlagten Feldeffekttransistor (F 2 ...)
nachgeführt sind, die nichtinvertierenden Eingänge der
ihnen zugeordneten Differenzverstärker (V 2, ...) an den
Verbindungspunkt der Serienschaltung, bestehend aus der
Drain-Source-Strecke des sie nachführenden Feldeffekt
transistors (F 2) und dessen Sourcewiderstand (R 2) ange
schlossen sind, und daß die invertierenden Eingänge der
Differenzverstärker (V 1, V 2, ...) jeweils mit dem Ver
bindungspunkt der Serienschaltung, gebildet aus dem ihnen
zugeordneten weiteren Feldeffekttransistor (F 2, F 3, ...)
sowie jeweils seinem Sourcewiderstand (R 2, R 3, ...), ver
bunden sind (Fig. 2).
4. Anwendung der Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3 an
stelle des Längstransistors eines Längsreglers zur Gleich
stromversorgung.
5. Anwendung der Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3 an
stelle des Ausgangstransistors/der Ausgangstransistoren
einer Verstärkerschaltung.
Priority Applications (1)
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