DE3243467C2

DE3243467C2 - Einrichtung zum Schutz eines Schalttransistors

Info

Publication number: DE3243467C2
Application number: DE3243467A
Authority: DE
Inventors: Anton Ing.(grad.) 8255 Schwindegg Huber; Jenö Dr.-Ing. 8000 München Tihanyi
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-11-24
Filing date: 1982-11-24
Publication date: 1986-02-20
Also published as: JPH0378005B2; JPS59108423A; US4595966A; DE3243467A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Schutz eines MOS-Transistors (1). Es ist vorgesehen, daß eine zwischen Gate (110) und Source (120) geschaltete Zenerdiode (9) das Gatepotential begrenzt. Zur Überwachung des Drain-Source-Stromes wird das Sourcepotential der Basis (310) eines dritten Transistors (3) zugeleitet, der ein an seinem Kollektor (330) anliegendes Batteriepotential erdet, wenn sein Basispotential sich von Erde unterscheidet, und der - von einem ersten Zeitglied (17) gesteuert - das Batteriepotential der Basis (210) eines zweiten Transistors (2) zuführt, wenn sein Basispotential infolge eines Kurzschlusses im Laststromkreis auf Erdpotential liegt. Zur weiteren Überwachung werden die Potentiale an Drain (130) und Source (120) des MOS-Transistors (1) den Eingängen eines Operationsverstärkers (19) zugeleitet. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Spannungswertes zwischen seinen Eingängen (18 und 20) wird, von einem zweiten Zeitglied (26) gesteuert, das Batteriepotential ebenfalls der Basis (210) des zweiten Transistors (2) zugeführt. Dadurch wird die Versorgungsleitung (7) des Gates (110) des MOS-Transistors (1) geerdet. In dieser Versorgungsleitung (7) ist ein mechanischer Schalter (8) angeordnet.

Description

der Warmlaufzeit der Lampe mit einer hohen Spannung belastet, die im Dauerbetrieb unzulässig ist Damit diese während der Warmlaufzeit nicht zur AbschiJtung führt, wird das von diesem Rückkopplungskreis gelieferte Abschaltsignal während einer — durch eis weiteres Zeitglied bestimmten — Sperrzeit nach dem Einschalten des Laststromkreises unwirksam gemacht Die Sperrzeit dieses Zeitgliedes ist dabei — mit Rücksicht auf aie Lampe — wesentlich größer — 100 ms — als die des ersten Zeitgliedes.

Die Erfindung ermöglicht es somit, den Schalttransistor für die maximale Dauerbelastung zu bemessen, da sie eine Überlastung des Schalttransistors während der zeitlich begrenzten Einschaltphase mit Sicherheit verhindert

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur näher erläutert:

Im Lampenkreis eines Kraftfahrzeuges sind eine Lampe 4 und ein MOS-Feldeffekttransistor 1 in Reihe geschaltet Parallel zur Lampe 4 können dabei auch weitere Lampen geschaltet sein. Die Spannungsversorgung erfolgt durch eine Batterie mit dem Klemmenpotential U_n. Ein Steuerpotential U\ von beispielsweise 12VoIt wird, an den ohmschen Widerständen 5 und 6 reduziert, über eine Versorgungsleitung 7 dem Gate 110 des MOS-Feldeffekttransistors 1 zugeführt In der Versorgungsleitung 7 ist ein mechanischer Schalter 8 zum manuellen Ein- und Ausschalten der Lampen 4 angeordnet

Drei sich ergänzende Maßnahmen schützen den MOS-Feldeffekttransistor 1 vor Überlastung, indem sie seinen Drain-Source-Strom, auch bei einem Kurzschluß in den Lampen 4 begrenzen:

Erstens ist eine Zenerdiode 9 für zum Beispiel 6,2 Volt zwischen Source 120 und Gate 110 des MOS-Feldeffekttransistors 1 geschaltet. Sie begrenzt das Gatepotential und damit auch den Drain-Source-Strom.

Zweitens ist um einen schon zum Einschaltzeitpunkt vorhandenen Kurzschluß in den Lampen 4 zu erkennen, die Source 120 des MOS-Feldeffekttransistors 1 über einen Spannungsteiler 10, bestehend aus einer Zenerdiode 11 für zum Beispiel 3,6 Volt und einem ohmschen Widerstand 12, mit der Basis 310 eines dritten Transistors 3 verbunden. Am Kollektor 330 des dritten Transistors 3 liegt ein festes Potential an, das aus einem Batteriepotential Ub von beispielsweise 24 Volt durch Reduzieren an einem ohmschen Widerstand 13 entsteht Der Emitter 320 ist geerdet. Das Potential wird auf Erde gelegt, solange das Basispotential des dritten Transistors 3 groß ist. Sonst wird das Potential über eine Leitung 14 der Basis 210 eines zweiten Transistors 2 zügeführt. Diese Leitung 14 beginnt bei einer Verzweigung 15 vor dem Kollektor 330 des dritten Transistors 3, enthält eine Diode 16 und wird durch ein erstes Zeitglied 17 kurzfristig, zum Beispiel bereits 30 μ5 nach Einschalten der Anlage freigegeben.

Der Kollektor 230 des zweiten Transistors 2 steht mit der Versorgungsleitung 7 des Gates 110 des MOS-Feldeffekttransistors 1 in Verbindung. Der Emitter 220 des zweiten Transistors 2 ist geerdet. Der Ableitung eines möglichen Kollektor-Basis-Reststromes dient ein mit βο der Basis 210 des zweiten Transistors 2 verbundener geerdeter ohmscher Widerstand 30. Wenn an der Basis 210 ein Potential anliegt, fließt ein Strom vom Kollektor 230 zum Emitter 220, so daß die Versorgungsleitung 7 des Gates 110 des MOS-Feldeffekttransistors 1 geerdet ist. Der MOS-Feldeffekttransistors 1 wird also durch ein an der Basis 210 des zweiten Transistors 2 anliegendes Potential ausgeschaltet.

Drittens nimmt zur weiteren Überwachung des durch den MOS-Feldeffekttransistors 1 fließenden Drain-Source-Stromes der erste Eingang 18 eines Operationsverstärkers 19 das Potential an der Source 120 und der zweite Eingang 20 durch eine Spanungsteilerschaltung 21 modifiziert das Potential an der Drain 130 auf. Diese Spannungsteilerschaltung 21 wird durch die beiden ohmschen Widerstände 22 und 23 gebildet Bei Unterschreiten eines vorgegebenen Wertes für die Spannung zwischen Drain 130 und Source 120 des MOS-Feldeffekttransistors 1 gibt der Operationsverstärker 19 eine Leitung 27 frei, falls diese bereits auch durch ein zweites Zeitglied 26, zum Beispiel 100 ms nach Einschalten der Anlage freigegeben ist Diese Leitung 27 enthält eine Diode 29 und führt ein festes Potential, das aus dem Batteriepotential Ub von zum Beispiel 24 Volt durch Reduzieren an einem ohmschen Widerstand 28 entsteht, ebenfalls der Basis 210 des zweiten Transistors 2 zu.

Die beiden Zeitglieder 17 und 26 werden beide von den Potentialen U\ und Ub versorgt

An den Minuseingängen von Operationsverstärkern 34 und 35 liegt jeweils ein festes Potential von zum Beispiel 5 Volt an, das mittels einer Spannungsteilerschaltung aus dem Potential Ub gewonnen wird.

Der Spannungsteiler besteht aus zwei in Reihe geschalteten ohmschen Widerstände 32 und 33. Drei Abgriffe zwischen diesen Widerständen 32 und 33 sind mit den Operationsverstärkern 34 und 35 und mit einem Kondensator 43 verbunden, der die Spannung stabilisiert

Solange die Potentiale an den Plus-Eingängen der Operationsverstärker 34 und 35 kleiner sind als die Potentiale an den Minus-Eingängen, sind die Ausgänge 45 und 46 der in ihrem Aufbau bekannten Operationsverstärker 34 und 35 geerdet, so daß die Leitungen 14 und 27 der Funktion nach blockiert sind.

Das Potential U, lädt Kondensatoren 36 und 37 auf, die so dimensioniert sind, daß die nach 100 ms bzw. 30 μβ geladen sind. Nach diesen Zeitspannen liegen dann Potentiale, größer als 5 Volt jeweils an den Plus-Eingängen der Operationsverstärker 34 und 35, so daß deren Ausgänge 45 und 46 nicht mehr geerdet und die Leitungen 14 und 27 freigegeben sind.

Die Ladungen der Kondensatoren 36 und 37 werden nach jedem Ausschalten über einen Widerstand 31 abgeleitet

Das Laden des Kondensators 36 erfolgt über einen ohmschen Widerstand 38 und seine Entladung erfolgt beschleunigt über eine Leitung, in der nur eine Diode 39 geschaltet ist.

Der Kondensator 37 wird über einen ohmschen Widerstand 40 mit in Reihe geschalteter Diode 41 geladen und über einen großen ohmschen Widerstand 42 mit zum Beispiel 100 ΚΩ zeitlich verzögert entladen.

Die Dioden 39 und 41 definieren die Entlade- bzw. Ladeleitung für die Kondensatoren 36 und 37.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Schutz Patentansprüche: eines Schalttransistors, über den ein eine Lampe enthal tender Laststromkreis an eine Gleichspannungsquelle

1. Einrichtung zum Schutz eines Schalltransistors angeschlossen ist, gemäß Oberbegriff von Anspruch 1. (1) mit einer Schaltstrecke (120, 130), über die ein 5 Eine solche Einrichtung ist aus der DE-OS 20 37 4S8 eine Lampe (4) enthaltender Laststromkreis an eine bekannt: Die Begrenzereinrichtung besteht dabei aus Gleichspannungsquelle (UB)angeschlossen ist, einem in dem Lastkreis liegenden Widerstand und einer

— mit einem Steuerkreis (U 1,8,5,7) zum Anlegen im Steuerkreis liegenden Zenerdiode. Diese altbekannte eines Durchsteuersignales an den Schalttransi- Schaltung zur Strombegrenzung hat aber Dauerverlustor(l), 10 ste an dem nur zu diesem Zweck im Laststromkreis

— mit einer Begrenzereinrichtung (9) für den vorzusehenden Widerstand zur Folge.

Strom durch den Schalttransistor, Die bekannte Einrichtung enthält ferner einen Ab-

— mit einem Abschalttransistor (2), der im durch- schalttransistor zur Abschaltung des Schalttransistors gesteuerten Zustand das Durchsteuersignal für sowie einen Rückkopplungskreis zur Ansteuerung dieden Schalttransistor (1) unwirksam macht, 15 ses Abschalttransistors abhängig von der Spannung an

— und mit einem ersten RQckkopplungsfcreis (19, der Schaltstrecke des Schalttransistors. Auf diese Weise 21) der ein Abschaltsignal zum Durchsteuern wird der Schalttransistor in den Abschaltzustand gedes Abschalttransistors (2) liefert, wenn die steuert, wenn die an ihm liegende Spannung einen kriti-Spannung an der Schaltstrecke des Schalttran- sehen Grenzwert überschreitet Dieser Grenzwert muß sistors (1) einen Grenzwert übersteigt, 20 so bemessen werden, daß der hohe Einschaltstrom einer

dadurch gekennzeichnet, kalten Lampe — der fast ein Kurzschlußstrom ist —

— daß der Schalttransistor (1) ein MOS-Transistor nicht zur Abschaltung führt Dementsprechend ist die ist und die Begrenzereinrichtung (9) unmittel- Schaltung nicht geeignet, den Schalttransistor im Norbar die Spannung zwischen Gate (110) und malbetrieb zu schützen, da die hierbei am Transistor Source (120) und damit den Strom im Last- 25 maximal zulässige Spannung wesentlich unter dem Stromkreis auf einen Höchstwert begrenzt, der Spannungsabfall während der Einschaltphase liegt
über dem dauernd zulässigen Maximalwert Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, die liegt, Einrichtung gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 so aus-

— daß ein zweiter Rückkopplungskreis (10,3) vor- zubilden, daß der Schalttransistor sowohl während der gesehen ist, der ein Abschaltsignal zum Durch- 30 Einschaltphase wie auch im Dauerbetrieb gegen Übersteuern des Abschalttransistors (2) liefert, solan- lastung geschützt ist, ohne daß er unwirtschaftliche ge der Spannungsabfall an dem Laststromkreis überdimensioniert werden müßte und ohne einen zuunter einem Mindestwert liegt, sätzlichen Widerstand im Laststromkreis auszukom-

— daß die beiden Rückkopplungskreise über Ent- men.

kopplungsdioden (16,29) an den Abschalttransi- 35 Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in stör (2) angeschlossen sind, Anspruch 1 gekennzeichnet Die Erfindung geht davon

— daß jedem Rückkopplungskreis ein Zeitglied aus, daß es für einen optimalen Schutz des Transistors (26, 17) zugeordnet ist, das während einer nicht genügt, lediglich die Ströme und Spannungen ihrer Sperrzeit — die mit dem Beginn des Durchsteu- Größe nach zu berücksichtigen. Vielmehr muß in einer ersignales für den Schalttransistor (1) beginnt 40 Optimierung auch die Zeit, während der ein bestimmter — ein Sperrsignal liefert, durch das das Ab- Strom fließt, berücksichtigt werden.

schaltsignal des zugehörigen Rückkopplungs- Davon ausgehend setzt die Überwachung auf einen

kreises unwirksam gemacht wird, Kurzschluß im Laststromkreis um Mikrosekunden ver-

— und daß die Sperrzeit des dem zweiten Rück- zögert nach dem Einschalten des Laststromkreises ein. kopplungskreis (10,3) zugeordneten Zeitgliedes 45 In dem Intervall bis zu diesem Zeitpunkt — im folgen-(17) kleiner als die Sperrzeit des anderen Zeit- den Sperrzeit genannt — ist der Strom nur durch eine gliedes (26) ist. Zenerdiode zwischen Gate und Source auf einen

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Höchstwert begrenzt, der deutlich über dem maximal zeichnet daß der erste Rückkopplungskreis einen zulässigen Dauerstrom liegt Die Dauer dieses Stromes Operationsverstärker (19) enthält, der einerseits 50 ist aber auf die kurze Sperrzeit begrenzt, während der über einen Spannungsteiler (21) an die Gleichspan- ein Zeitglied Abschaltsignale unterdrückt, die von Spannungsquelle (UB) und andererseits an die Source- nungswerten im Laststromkreis abgeleitet werden. Elektrode (120) des Schalttransistors (1) angeschlos- Liegt nach Ablauf dieser Sperrzeit der Spannungsabfall sen ist. an dem Laststromkreis immer noch unter einem — für

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 55 einen Kurzschluß signifikanten — Mindestwert, so wird zeichnet, daß der zweite Rückkopplungskreis einen bleibend abgeschaltet. Die um die Sperrzeit verzögerte Transistor (3) enthält, dessen Steuerstrecke über ei- Abfrage des Kurzschlußfalles hat auch den Vorteil, daß ne Zenerdiode (11) dem Lastkreis (4) parallelge- der niedrige Lampenwiderstand im ersten Augenblick schaltet ist. des Einschaltens nicht als Kurzschluß interpretiert wird.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 60 Auch im Dauerbetrieb darf die Spannung an der dadurch gekennzeichnet, daß jedes Zeitglied (17; 26) Schaltstrecke des Schalttransistors einen bestimmten einen Operationsverstärker (35; 34) enthält, der mit Grenzwert nicht übersteigen. Daher wird diese Spaneinem Eingang an die Gleichspannungsquelle (UB) nung ebenfalls überwacht und mit Hilfe eines weiteren und mit dem anderen Eingang über ein ÄC-GIied Rückkopplungskreises ein weiteres Abschaltsignal zur (40,37; 38,36) an den Steuerkreis (7) des Schalttran- 65 Durchsteuerung des Abschalttransistors gewonnen, sistors (1) angeschlossen ist. wenn die Spannung an der Schaltstrecke oberhalb des

genannten Grenzwertes liegt. Bei einer optimalen Ausnutzung des Schalttransistors ist dieser jedoch während