DE4113676C1 - Semiconductor switch control circuit - includes beat source for activating inverters and comparator to deactivate them - Google Patents
Semiconductor switch control circuit - includes beat source for activating inverters and comparator to deactivate themInfo
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- H03K17/0412—Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit
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Description
Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für einen
Halbleiterschalter.
Halbleiterschalter, insbesondere Leistungs-Halbleiterschalter,
werden häufig über spezielle integrierte Steuerbausteine
angesteuert. Zwischen den Ausgängen dieser Steuerbausteine und
den anzusteuernden Halbleiterschaltern sind dann meistens
Treiberstufen erforderlich (Siemens Components 18 (1980) Heft
2, Seiten 82 bis 88). Aus der EP 00 14 833 A1 ist es bekannt,
einen Halbleiterschalter über eine bistabile Kippstufe (Flip-
Flop) zu steuern. Dieses Flip-Flop ist durch Taktimpulse eines
Taktgebers setzbar. Zum Desaktivieren der bistabilen Kippstufe
ist ein Komparator vorgesehen, welcher in Abhängigkeit eines
Regelsignals und eines Bezugssignals arbeitet. Das Regelsignal
wird von der Ausgangsspannung eines Schaltreglers über ein RC-
Netzwerk gewonnen. Das Abschaltsignal für den
Halbleiterschalter wird vom Flip-Flop erzeugt, wenn das
Regelsignal den Wert des Bezugssignals übersteigt. Aus der DE
33 30 026 A1 ist es an sich bekannt für die Ansteuerung eines
Halbleiterschalters eine Flip-Flop-Schaltung aus zwei
kreuzgekoppelten Invertern zu verwenden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuerschaltung für einen
Halbleiterschalter, insbesondere einen
Leistungsfeldeffekttransistor, anzugeben, welche geringe
Signalverzögerungen aufweist. Diese Aufgabe wird durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche
zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen auf.
Die Erfindung hat insbesondere den Vorteil, daß einer der
Inverter Stromtreiber und gleichzeitig Bestandteil der
Steuerschaltung ist. Dadurch reduziert sich der
Bauteileaufwand. Eine zusätzliche Treiberstufe ist nicht
erforderlich. Signallaufzeiten werden dadurch reduziert. Die
Steuerschaltung ist für Anwendungen mit höheren
Schaltfrequenzen geeignet, z. B. für Schaltregler mit
Schaltfrequenzen oberhalb von 100 kHz.
Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung nun näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Steuerschaltung,
Fig. 2 Signalverläufe an ausgewählten Stellen der
Steuerschaltung und
Fig. 3 ein Prinzipschaltbild für den Betrieb des
Halbleiterschalters mit konstanter Ausschaltzeit.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist ein Halbleiterschalter
TS in Form eines Leistungsfeldeffekttransistors dargestellt,
der das Stellglied eines Schaltreglers bildet. Die
Eingangsspannung UE des Schaltreglers liegt in Serie zur
Schaltstrecke des Leistungsfeldeffekttransistors TS und der
Primärwicklung des Schaltreglertransformators Tr. Nach
Gleichrichtung und Siebung steht im Sekundärkreis die
Ausgangsspannung UA zur Verfügung. Der
Leistungsfeldeffekttransistor wird über zwei kreuzgekoppelte
Inverter IN1 und IN2 angesteuert. Ein Regelsignal UR als
Steuerkriterium für den Leistungsfeldeffektransistor TS wird
z. B. vom trapezförmigen Energieaufnahmestrom IA über den
Spannungsabfall am Meßwiderstand RM abgeleitet (Fig. 2 Zeile
2) und mittels eines Komparators KO mit einem Bezugssignal UB
verglichen. Zur Erzeugung des Regelsignals UR kann auch wie
üblich ein von der Ausgangsspannung UA abgeleitetes Signal
herangezogen werden. (Fig. 1 Fehlersignalverstärker FV,
Addierer AD).
Die Aktivierung der Inverter und damit des
Feldeffekthalbleiterschalters TS erfolgt über die
Anstiegsflanken des Ausgangssignals des Taktgebers TG, das in
Fig. 2, erste Zeile, dargestellt ist, und die Desaktivierung
über das Ausgangssignal des Komparators KO (Fig. 2, Zeile 4),
der als Pulsdauermodulator des Schaltreglers wirkt. Das
Bezugssignal UB ist eine Sägezahnspannung (Fig. 2, Zeile 3),
die sich aus der Referenzspannung Ur an der
Referenzspannungsquelle Q und der Spannung UC über dem
Kondensator C1 als Bestandteil des RC-Gliedes R1, R2, C1
ergibt zu:
UB = Ur - UC
Das RC-Glied ist an die Verbindungsleitung der beiden Inverter IN1, IN2 - Ausgang Inverter IN1/Eingang Inverter IN2 - angeschlossen und zwar folgendermaßen: die Serienschaltung bestehend aus Widerstand R1, Kondensator C1, Referenzgleichspannungsquelle Q führt zur Masseleitung; parallel zum Widerstand R1 liegt die Serienschaltung bestehend aus Widerstand R2 und Diode D2; dem Kondensator C1 ist eine Diode D1 parallel geschaltet.
UB = Ur - UC
Das RC-Glied ist an die Verbindungsleitung der beiden Inverter IN1, IN2 - Ausgang Inverter IN1/Eingang Inverter IN2 - angeschlossen und zwar folgendermaßen: die Serienschaltung bestehend aus Widerstand R1, Kondensator C1, Referenzgleichspannungsquelle Q führt zur Masseleitung; parallel zum Widerstand R1 liegt die Serienschaltung bestehend aus Widerstand R2 und Diode D2; dem Kondensator C1 ist eine Diode D1 parallel geschaltet.
Wenn der Taktgeber TG am Ausgang auf H-Potential springt
(ansteigende Flanke) wird der Schalter S1 geschlossen und
damit der Inverter IN1 über den Kondensator C2 angetriggert
(positiver Nadelimpuls). Der Inverter IN1 schaltet
ausgangsseitig auf L-Potential und damit der an ihn gekoppelte
Inverter IN2 ausgangsseitig auf H-Potential. Der
Feldeffekthalbleiterschalter TS wird eingeschaltet (Fig. 2,
Zeile 5). Falls noch kein Regelbetrieb vorliegt, d. h. UR < Ur
- UC, wird der Feldeffekthalbleiterschalter TS über die
Inverter IN1, IN2 abgeschaltet, wenn das Ausgangssignal des
Taktgebers TG wieder auf L springt. Der Schalter S1 wird dann
geöffnet und der Kondensator C2 wird über den Inverter IN2 den
Widerstand R4 und die Diode D3 entladen. Im Regelbetrieb
erfolgt das Abschalten des Feldeffekttransistors TS früher und
zwar dann, wenn die Bedingung
UR < Ur - UC
erreicht wird. Der Ausgang des Komparators KO führt dann H- Potential (Fig. 2, Zeile 4), was ein Einschalten des Schalters S2 bewirkt. Der Inverter IN2 springt ausgangsseitig auf H und damit der Inverter IN2 ausgangsseitig auf L, wodurch der Feldeffekttransistor TS abschaltet (Fig. 2, Zeile 5).
UR < Ur - UC
erreicht wird. Der Ausgang des Komparators KO führt dann H- Potential (Fig. 2, Zeile 4), was ein Einschalten des Schalters S2 bewirkt. Der Inverter IN2 springt ausgangsseitig auf H und damit der Inverter IN2 ausgangsseitig auf L, wodurch der Feldeffekttransistor TS abschaltet (Fig. 2, Zeile 5).
Der zeitliche Verlauf des Bezugssignals UB ist in Fig. 2,
Zeile 3 dargestellt. Wenn der Inverter IN2 ausgangsseitig auf
L springt wird der Kondensator C1 über den Widerstand R1
entladen. Springt der Ausgang des Inverters IN1 dagegen auf H
wird der Kondensator C1 über den Widerstand R2 und die Diode
D2 geladen auf den Wert der Schwellenspannung der Diode D1,
z. B. 0,7 V.
Der Schalter S2 kann zusätzlich zur Steuerung über den
Komparator KO auch von weiteren Komparatorschaltungen
gesteuert werden, z. B. solche, die auf Überstrom,
Überspannung, Fernsteuersignale ansprechen.
Als Inverter IN1, IN2 können beispielsweise auch Schmitt-
Trigger verwendet werden.
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt, das eine konstante Abschaltzeit des
Halbleiterschalters TS zuläßt. In Abweichung zu Fig. 1
entfällt die Beschaltung - Schalter S1, Diode D3, Kondensator
C2. Der Ausgang des Taktgebers TG steuert hier den Schalter
S3. Der Schalter S3 verbindet den Eingang des Inverters IN2
mit Masse. Der Taktgeber TG ist hier mit einem
frequenzbestimmenden Kondensator C2 beschaltet, der vom
Ausgangssignal des Inverters IN1 über den Widerstand R5
geladen und im Regelbetrieb über die Diode D4 bzw. im
ungeregelten Betrieb über die Diode D3 entladen werden kann.
Beim Entladen über die Diode D4 fließt ein Entladestrom über
den Schalter S2 nach Masse. Beim Entladen über die Diode D3
hingegen fließt ein Entladestrom über den nach Masse
geschalteten Ausgang des Inverters IN1. Die Ladezeit des
Kondensators C2 und damit die Abschaltzeit des
Halbleiterschalters TS wird hier also nur durch die
Ladezeitkonstante R5, C2 bestimmt. Die Funktionsweise dieser
Schaltung ist abweichend vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 1
folgendermaßen:
Ist der Halbleiterschalter TS ausgeschaltet, ist das Ausgangspotential des Inverters IN1 auf H-Potential. Dann wird der Kondensator C2 über den Widerstand R5 geladen. Während der invertierende Eingang des Taktgebers TG mit dem Kondensator C2 verbunden ist, führt der nichtinvertierende Eingang des Taktgebers TG zur Referenzspannungsquelle Q. Wenn die Spannung am Kondensator C2 größer wird als die Referenzspannung Ur, schaltet der Taktgeber TG den Schalter S3 ein, was bewirkt, daß der Eingang des Inverters IN2 Massepotential erhält und damit an seinem Ausgang auf H-Potential springt und den Halbleiterschalter TS einschaltet. Das Abschalten des Halbleiterschalters TS wird wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 über den Komparator KO veranlaßt. Zur Realisierung des Taktgebers TG kann ein üblicher Komparator mit der in Fig. 3 aufgezeigten Beschaltung verwendet werden.
Ist der Halbleiterschalter TS ausgeschaltet, ist das Ausgangspotential des Inverters IN1 auf H-Potential. Dann wird der Kondensator C2 über den Widerstand R5 geladen. Während der invertierende Eingang des Taktgebers TG mit dem Kondensator C2 verbunden ist, führt der nichtinvertierende Eingang des Taktgebers TG zur Referenzspannungsquelle Q. Wenn die Spannung am Kondensator C2 größer wird als die Referenzspannung Ur, schaltet der Taktgeber TG den Schalter S3 ein, was bewirkt, daß der Eingang des Inverters IN2 Massepotential erhält und damit an seinem Ausgang auf H-Potential springt und den Halbleiterschalter TS einschaltet. Das Abschalten des Halbleiterschalters TS wird wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 über den Komparator KO veranlaßt. Zur Realisierung des Taktgebers TG kann ein üblicher Komparator mit der in Fig. 3 aufgezeigten Beschaltung verwendet werden.
Als weitere Ausführung der Erfindung kann der Taktgeber TG so
ausgestaltet werden, daß eine Pulsfrequenzregelung des
Halbleiterschalters TS in Abhängigkeit der zu regelnden Größe
z. B. Energieaufnahmestrom IA, Ausgangsspannung UA und/oder
Eingangsspannung UE ermöglicht wird. Dies kann beispielsweise
dadurch realisiert werden, daß das Ausgangssignal des
Komparators KO nach Fig. 1 den Taktgeber TG in der Frequenz
beeinflußt.
Wenn für den Komparator KO oder den Taktgeber TG ein Baustein
mit "open-collector" verwendet wird, können die Schalter S2
und S3 durch die "open-collector" Funktion dieser Bausteine
realisiert werden.
Die Triggerfunktion der Beschaltung - Schalter S1, Diode D3,
Kondensator C2 - kann bedarfsweise schon im Taktgeber TG
integriert sein.
Claims (3)
1. Steuerschaltung für einen Halbleiterschalter (TS) bestehend
aus:
- - einer Treiberstufe aus zwei kreuzgekoppelten Invertern (IN1, IN2),
- - einem Taktgeber (TG) zum Aktivieren der Inverter (IN1, IN2), einem Komparator (KO) zum Desaktivieren der Inverter (IN1, IN2) in Abhängigkeit eines Regelsignals und eines Bezugssignals,
- - einem mit einer Referenzgleichspannungsquelle (Q) verbundenem RC-Glied (R1, R2, C1), welches an den Bezugssignaleingang des Komparators (KO) und an die Verbindungsleitung der beiden Inverter (IN1, IN2) untereinander angeschlossen ist.
2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Regelsignaleingang des Komparators (KO) an einen
Strommeßwiderstand (RM) zur Erfassung des
Energieaufnahmestroms (IA) über den Halbleiterschalter (TS)
angeschlossen ist.
3. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Taktgeber (TG) so beschaltet ist, daß
der Halbleiterschalter (TS) über die Inverter (IN1, IN2)
pulsdauer- oder pulsfrequenzgeregelt oder mit konstanter
Ausschaltzeit betreibbar ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19914113676 DE4113676C1 (en) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | Semiconductor switch control circuit - includes beat source for activating inverters and comparator to deactivate them |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19914113676 DE4113676C1 (en) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | Semiconductor switch control circuit - includes beat source for activating inverters and comparator to deactivate them |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4113676C1 true DE4113676C1 (en) | 1992-09-17 |
Family
ID=6430424
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19914113676 Expired - Lifetime DE4113676C1 (en) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | Semiconductor switch control circuit - includes beat source for activating inverters and comparator to deactivate them |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4113676C1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE3330026A1 (de) * | 1983-08-19 | 1985-02-28 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Integrierte rs-flipflop-schaltung |
-
1991
- 1991-04-26 DE DE19914113676 patent/DE4113676C1/de not_active Expired - Lifetime
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