DE4013731A1

DE4013731A1 - Schaltungsanordnung zur begrenzung des einschaltstromstosses

Info

Publication number: DE4013731A1
Application number: DE19904013731
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl Ing Puethe
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1990-04-28
Filing date: 1990-04-28
Publication date: 1991-10-31
Anticipated expiration: 2010-04-29
Also published as: AU641491B2; DE4013731C2; AU7503591A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur Begrenzung von Einschaltstromstößen ist es bekannt, einen Strombegrenzungswiderstand in die Versorgungsspannungszuleitung zu schalten und diesen durch ein von einer Steuerschaltung betätigtes Schaltglied zu überbrücken, sobald der am Strombegrenzungswiderstand auftretende Spannungsabfall einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet.

In einer aus der DE-AS 22 47 816 bekannten Schaltungsanordnung wird als überbrückendes Schaltglied ein Thyristor verwendet.

In einer eigenen älteren Anmeldung mit dem Aktenzeichen P 39 03 789.4 wird ein MOS-Feldeffekttransistor (MOSFET) als überbrückendes Schaltglied benutzt.

Obgleich der in diesen Schaltungen verwendete Strombegrenzungswiderstand im Normalfalle nur kurzzeitig belastet wird, muß er für höhere Leistung ausgelegt sein, da Fälle, in denen - z. B. aufgrund eines zu großen Stromverbrauchs der Last - der die Überbrückung auslösende Schwellwert nicht erreicht wird, nicht auszuschließen sind. Der Strombegrenzungswiderstand benötigt deshalb wegen seiner Baugröße und zu erwartender Hitzeentwicklung, die die Anordnung anderer Bauelemente in unmittelbarer Nähe verbietet, viel Platz.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zur Stromstoßbegrenzung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die keinen besonderen Strombegrenzungswiderstand mehr aufweist und deshalb platzsparender aufgebaut werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Hier wird anstelle separater Bauelemente zur Strombegrenzung und zu deren Unwirksamscha ltung nur noch ein Bauelement verwendet, welches, abhängig vom Ladezustand der Lastkapazität, als Strombegrenzungswiderstand und als dessen Wirkung aufhebender Schalter betrieben wird. Bei Verwendung eines Leistungs-MOSFET als den Strombegrenzungswiderstand und seinen Überbrückungsschalter ersetzendes Bauelement wird der Platz für den Strombegrenzungswiderstand eingespart.

Eine Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben. Sie betrifft eine einfache, aus wenigen Bauelementen bestehende Steuerschaltung zur Einstellung der Gate-Source-Spannung des MOSFET.

Anspruch 3 betrifft eine Maßnahme zur Kompensation der schaltverzögernden Wirkung der Gate-Drain-Kapazität des MOSFET.

Anhand einer Figur soll nun ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung nach der Erfindung eingehend beschrieben und seine Funktion erklärt werden.

Die Figur zeigt eine aus einem ohmschen Anteil R_L und einem kapazitiven Anteil C_L bestehende Last, die aus einer Stromquelle mit der Ausgangsspannung U_V mit Laststrom versorgt werden soll. In Reihe mit der Last liegt die Source-Drain-Strecke eines MOSFET V₂, dessen Gate-Anschluß mit dem Mittenanschluß eines aus Widerständen R₂ und R₃ bestehenden Spannungsteilers verbunden ist. Der Spannungsteiler ist einerseits mit einem durch eine Reihenschaltung eines Widerstandes R₁ mit einer Z-Diode V₁ hergestellten durch die Z-Diode stabilisierten positiven Potential, andererseits über einen Transistor V₃ mit der negativen Klemme der Stromquelle und dem Source-Anschluß des MOSFET V₂ verbunden. Die beiden Widerstände des Spannungsteilers sind so dimensioniert, daß bei durchgeschaltetem Transistor V₃ die am Mittenanschluß gegenüber dem Source-Potential des MOSFET anstehende Spannung so groß ist, daß der sich entsprechend der Kennlinie des MOSFET einstellende Source-Drain-Widerstand die gewünschte Strombegrenzung bewirkt.

Wird die Last über die in der Figur dargestellte Schaltungsanordnung an die Stromquelle angeschlossen, so ist die Lastkapazität zunächst ungeladen. Der Drain-Anschluß des MOSFET erhält über die Last positives Potential in bezug auf den mit der negativen Klemme der Stromversorgung verbundenen Source-Anschluß des MOSFET. Über einen Widerstand R₄ wird durch die an der Source-Drain-Strecke des MOSFET anliegende Spannung Strom über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors V₃ getrieben und dieser damit durchgesteuert. Damit stellt sich am Mittenanschluß des Spannungsteilers die für den strombegrenzungsbetrieb des MOSFET erforderliche Spannung ein. Die Source-Drain-Strecke des MOSFET wird leitend und ermöglicht die Aufladung des kapazitiven Lastanteils C_L mit begrenztem Strom.

Mit zunehmender Aufladung der Lastkapazität verringert sich der Spannungsabfall an der Source-Drain-Strecke des MOSFET und wird schließlich so klein, daß er zur Durchsteuerung des Transistors V₃ nicht mehr ausreicht. Der Transistor V₃ sperrt deshalb und die am Mittenanschluß des Spannungsteilers anstehende Gate-Source-Spannung des MOSFET steigt auf den Wert der Schwellenspannung der Z-Diode V₁ an. Dies bewirkt das völlige Durchschalten des MOSFET. Letzterer stellt nun nur noch einen sehr niedrigen Widerstand dar, der keine nennenswerten Verluste mehr verursacht.

Der MOSFET zeigt in der dargestellten Schaltungsanordnung bistabiles Verhalten, da die Abnahme seines Source-Drain-Widerstandes das Sperren des Transistors V₃ beschleunigt. Eine Rückkehr in den Strombegrenzungsbetrieb ist hier ohne zwischenzeitliches Abschalten der Stromquelle nicht möglich. Eine solche Möglichkeit kann jedoch, z. B. mittels eines die Gate-Source-Strecke des MOSFET kurzzeitig überbrückenden Schalters, geschaffen werden.

Ein Kondensator C₁ ist dem Spannungswiderstand R₃ parallelgeschaltet. Er kompensiert die Gate-Drain-Kapazität des MOSFET und verhindert ein kurzzeitiges Durchschalten des MOSFET bei Anschluß der Last.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Begrenzung eines beim Anschalten einer kapazitiven Last (C_L) an eine Stromquelle auftretenden Stromstoßes mit einem mit der Last in Reihe geschalteten Strombegrenzungswiderstand und einer Steuerschaltung, die abhängig vom Ladezustand der kapazitiven Last die Wirkung des Strombegrenzungswiderstandes aufhebt, dadurch gekennzeichnet, daß als Strombegrenzungswiderstand die Source-Drain-Strecke eines MOS-Feldeffekttransistors (MOSFET) (V₂) verwendet wird, daß die Steuerschaltung die Gate-Source-Spannung des MOSFET (V₂) beeinflußt und so einstellt, daß die Source-Drain-Strecke des MOSFET einen vorgegebenen, zur Strombegrenzung geeigneten Widerstand annimmt, solange die Lastkapazität (C_L) einen vorgegebenen Ladezustand noch nicht erreicht hat, jedoch niederohmig durchschaltet, wenn der vorgegebene Ladezustand erreicht oder überschritten ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung einen Spannungsteiler (R₂, R₃) enthält, dessen einer Teilwiderstand (R₂) mit gegenüber dem Source-Potential des MOSFET stabilisiertem positiven Potential, dessen anderer Teilwiderstand (R₃) über die Schaltstrecke eines Transistors (V₃) mit dem Source-Potential des MOSFET und dessen Mittenanschluß mit dem Gate-Anschluß des MOSFET verbunden ist, und daß die Steuerelektrode des Transistors über einen Widerstand (R₄) mit dem lastseitigen Ausgang des MOSFET verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem über die Schaltstrecke des Transistors (V₃) mit dem Source-Potential des MOSFET verbundenen Teilwiderstand (R₃) des Spannungsteilers ein Kondensator (C₁) parallelgeschaltet ist.