DE19506977C2

DE19506977C2 - Gate-Treiberschaltung

Info

Publication number: DE19506977C2
Application number: DE19506977A
Authority: DE
Inventors: Peter N Wood
Original assignee: International Rectifier Corp USA
Current assignee: Infineon Technologies Americas Corp
Priority date: 1994-03-04
Filing date: 1995-02-28
Publication date: 1999-12-02
Anticipated expiration: 2015-03-01
Also published as: FR2717642A1; US5559394A; TW290784B; US5545955A; GB2287143B; GB9503538D0; IT1276007B1; ITMI950421A0; US5757141A; GB2287143A; FR2717642B1; ITMI950421A1; DE19506977A1; CN1113068A; SG49699A1; CN1047908C; JPH0837092A

Abstract

Eine in einem Siliziumsubstrat ausgebildete integrierte Treiberschaltung zum Anteuern erster und zweiter gategesteuerter MOS-Leistungsbauteile, insbesondere für eine Gasentladungslampen-Vorschaltgeräteschaltung, schließt eine Zeitgeberschaltung zur Erzeugung eines Rechteckschwingungs-Ausgangssignals mit der Resonanz-Eigenfrequenz der Lastschaltung ein. Es sind Totzeit-Verzögerungsschaltungen in der integrierten Schaltung vorgesehen, um den gleichzeitigen leitenden Zustand der beiden in einer Halbbrückenschaltung angeordneten MOS-Leistungsbauteile zu verhindern.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine in einem Siliziumsubstrat ausgebildete integrierte Treiberschaltung zum Ansteuern erster und zweiter Gate-gesteuerter MOS-Leistungsbau teile der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Elektronische Vorschaltgeräte für Gasentladungs- oder Leucht stofflampen finden weite Verbreitung, und zwar aufgrund der Verfügbarkeit von MOSFET-Leistungsschalterbauteilen, die die bisher verwendeten bipolaren Leistungstransistorbauteile erset zen. Die meisten elektronischen Vorschaltgeräte verwenden zwei MOSFET-Leistungsschalter in einer Totem-Pole- (Halbbrücken-) Anordnung, wobei die Gasentladungslampen-Schaltungen aus L-C- Serienresonanzschaltungen bestehen, in denen die Lampe oder Lampen längs einer der Reaktanzen der L-C-Schaltung angeschaltet sind. Die MOSFET-Leistungsschalter werden dann so angesteuert, daß sie abwechselnd leiten, wobei die Steuerung durch Eingangs signale von Sekundärwicklungen eines Stromtransformators er folgt, dessen Primärwicklung den Strom der Lampenschaltungen leitet. Der Primärwicklungsstrom wechselt mit der Resonanz frequenz des Resonanzkreises.

Derartige bekannte Schaltungen weisen vielfältige Nachteile auf. Beispiel hierfür sind folgende:

1. Die Schaltungen sind nicht selbststartend und er fordern ein Bauteil vom DIAC- (Triggerdioden-) Typ, um die Schaltung zu Anfang in Betrieb zu setzen.
2. Die Schaltungen weisen schlechte Schaltzeiten auf.
3. Die Schaltungen sind arbeitsaufwendig, insbesondere weil sie einen Ringkern-Stromtransformator erfordern.
4. Die Schaltungen sind nicht ohne weiteres für eine Helligkeitssteuerung geeignet.
5. Die Schaltungen eignen sich nicht sehr gut für eine Herstellung in der Massenproduktion.

Aus der DE-43 27 608 A1 ist weiterhin ein elektronisches Vorschalt gerät der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die Leistungs bauteile von einer Treiberschaltung angesteuert werden, die eine mit dem Wechselspannungsnetz synchronisierte und durch dieses gesteuerten Logikschaltung aufweist, wobei jedoch das Ausgangs signal der Leistungsbauteile der Gasentladungslampe über einen Transformator gespeist wird, der unerwünschte Kosten und einen großen Raumbedarf aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine transformatorlose Treiberschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine verbesserte Steuerung der Schaltzeiten aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird eine integrierte MOS-Gate-Treiberschaltung geschaffen, die die Ansteuerung von erdseitigen und spannungs seitigen Leistungs-MOSFET's oder Leistungs-IGBT's (oder irgend eines anderen Gate-gesteuerten MOS-Bauteil) durch einen Logik pegel aufweisende, auf Erde bezogene Eingangssignale ermöglicht. Derartige Schaltungen sind gemäß einer bevorzugten Ausführungs form besonders für die Ansteuerung von Gasentladungslampen- Vorschaltgeräten geeignet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die MOS-Gate- Treiberschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zur Ansteue rung von Lampen-Vorschaltgeräten oder allgemeiner zur Ansteue rung von irgendeiner Gate-gesteuerten MOS-Schaltung verwendet werden, wobei sich die folgenden Merkmale ergeben:

1. Die Treiberschaltung liefert Gate-Treiber- oder An steuerspannungssignale für zwei Gate-gesteuerte Leistungs-MOS- Halbleiterbauteile, wie zum Beispiel Leistungs-MOSFET's oder Leistungs-IGBT's, von denen eines als der 'erdseitige Schalter' und der andere als der "spannungsseitige Schalter" bezeichnet wird. Die beiden Leistungsschalter sind üblicherweise in einer Totem-Pole- oder Halbbrücken-Schaltung miteinander verbunden.
2. Die Schaltung ergibt Pegelschieberschaltungen mit einer OFFSET-Spannungsmöglichkeit von bis zu 600 Volt, um auf Erde (Substrat) bezogene Signale über einen isolierten Abschnitt des Siliziumplättchens umzusetzen, um die Ansteuerfunktion des spannungsseitigen Schalters zu erleichtern.
3. Die Treiberschaltung weist folgende Teile auf: eine auf Erde (Substrat) bezogene Schaltung, die aus Vergleichern, einem Spannungsregler zur Steuerung der Größe der Ausgangssig nale, wenn der Treiber aus ungeregelten Gleichspannungsver sorgungen gespeist wird, Unterspannungs-Sperrschaltungen zur Verhinderung eines Grenzbereichsbetriebs der MOS-Leistungs schalter, sowohl des erdseitigen als auch des spannungsseitigen Schalters, eine Totbereichs-Verzögerungsschaltung, die das gleichzeitige Hindurchfließen von Strömen durch beide MOS- Leistungsschalter verhindert, und eine Logikfunktion, die es ermöglicht, daß die spannungsseitigen und erdseitigen Treiberausgänge einander auf einer 50%-Zeitbasis abwechseln.
4. Es ist ein zusätzlicher Logikausgang vorgesehen, so daß der Treiber eine Eigenschwingung bei einer Frequenz ausfüh ren kann, die durch externe Widerstände und Kondensatoren R_T bzw. C_T bestimmt ist, wobei die Schwingungsfrequenz F₀ durch die folgende Beziehung bestimmt ist:
5. Das monolithische Halbleiterplättchen kann in einem üblichen, 8 Stifte aufweisenden DIP- oder SMD-Gehäuse angeordnet werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein bekanntes elektronisches Vorschaltgerät unter Verwendung einer Stromtransformator-Ansteuerung,

Fig. 2 ein verallgemeinertes elektronisches Vorschalt gerät für Gasentladungslampen, das eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen monolithischen Schaltung verwendet,

Fig. 3 ein Schaltbild für ein Vorschaltgerät für zwei 40 W-Leuchtstofflampen ('double 40'), das die Ausführungsform des monolithischen MOS-Gate-Treibers gemäß der Erfindung verwendet,

Fig. 4 ein Schaltbild eines Vorschaltgerätes für Hochdruck-Natriumlampen, wobei die Ausführungsform der MOS-Gate- Treiberschaltung gemäß der Erfindung verwendet wird,

Fig. 5 ein Blockschaltbild der in den Fig. 2, 3 und 4 gezeigten Ausführungsform der monolithischen Gate-Treiberschal tung gemäß der Erfindung.

Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen. In dieser Figur ist ein bekanntes Vorschaltgerät gezeigt, das eine Stromtransfor mator-Ansteuerung verwendet. Die Schaltung verwendet Leistungs- MOSFET's 20 und 21, die in einer "Totem-Pole" -, d. h. einer Halbbrücken-Schaltung miteinander verbunden sind und aus einer Gleichspannungsquelle an den Anschlüssen 22 und 23 gespeist werden. Der Ausgangskreis schließt eine Gasentladungslampe 24 irgendeiner gewünschten Art ein, die mit einer Serien L-C- Schaltung verbunden ist, die aus einer Induktivität 25 und Kondensatoren 26, 27 besteht. Ein Stromtransformator 28 weist eine Primärwicklung 29 in Serie mit der Lampe 24 und Sekundär wicklungen 30, 31 auf, die mit den Gateelektroden der MOSFET's 20 bzw. 21 verbunden sind. Ein DIAC oder eine Triggerdiode 32 ist zwischen dem Verbindungspunkt eines Widerstandes 33 und eines Kondensators 34 und der Gate-Elektrode des MOSFET 21 angeschaltet, um einen Startimpuls zu liefern, um die Schwingung der Schaltung zu starten. Nach dem Starten arbeitet die Schal tung mit der Resonanzfrequenz der Induktivität 25 und des Kondensators 26.

Im einzelnen wird, nachdem der MOSFET 21 eingeschaltet hat, eine Schwingung aufrechterhalten, und eine hohe Frequenz (30-80 KHz) erregt die L-C-Schaltung. Die sinusförmige Spannung längs des Kondensators 27 wird durch die Güte Q der Schaltung im Resonanz zustand vergrößert und entwickelt eine ausreichende Größe, um die Lampe 24 zu zünden.

Die Schaltung nach Fig. 1 stellt ein Überbleibsel von bekannten Vorschaltgerätekonstruktionen unter Verwendung bipolarer Tran sistoren dar und ist aufgrund der schlechten Schwingungsform nicht besonders gut für Leistungs-MOSFET's geeignet. Das neu artige monolithische Halbleiterplättchen gemäß der Erfindung ermöglicht die Ansteuerung einer Vorschaltgeräteschaltung, die selbststartend ist, eine verbesserte Schaltzeit aufweist, für eine Helligkeitssteuerung geeignet ist und arbeitsaufwendige Induktivitätsbauteile vermeidet, wie zum Beispiel den Strom transformator 28 nach Fig. 1.

Fig. 2 zeigt die neuartige monolithische MOS-Gate-Treiber schaltung 40 gemäß der Ausführungsform der Erfindung in der Vorschaltgeräteschaltung einer Gasentladungslampe. Im einzelnen weist die Schaltung nach Fig. 2 eine Gasentladungslampe 24 auf, die mit den Serien-L-C-Schaltungen 25, 26, 27 gemäß Fig. 1 verbunden ist. Zwei Leistungs-MOSFET's 20 und 21 sind ebenfalls mit Gleichspannungsquellen-Anschlüssen 22 und 23 verbunden, wie dies in Fig. 1 der Fall war. Die Leistungs-MOSFET's 20 und 21 können durch irgendein Leistungsbauteil gebildet sein, das ein MOS-Gate aufweist, beispielsweise durch einen IGBT oder durch einen Gate-gesteuerten MOS-Thyristor. Das Halbleiterplättchen 40 nach Fig. 2 liefert Ansteuersignale an die MOSFET's 20 und 21, wodurch die Nachteile der bekannten Schaltung nach Fig. 1 vermieden werden.

Im Einzelnen kann das Halbleiterplättchen 40 in einem 8 Stifte aufweisenden DIP- oder Oberflächenmontage-Gehäuse angeordnet sein und eine integrierte Halbleiterschaltung bilden, die die folgenden Anschlußstifte aufweist:
H₀ - einen Ausgangsanschlußstift an das Gate des spannungsseitigen MOSFET's 20,
V_S - einen Anschlußstift an die Mittelanzapfung der mit in einer Totem-Pole- oder Halbbrücken-Schaltung miteinander verbundenen MOSFET's 20 und 21.
L₀- einen Ausgangsanschluß an das Gate des erdsei tigen MOSFET 21.
G - einen mit dem negativen Anschluß 23 der Gleich spannungsquelle verbundenen Anschlußstift.
C_T - einen einzigen Eingangssteuer-Anschlußstift, der mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Zeitsteuerkondensator C_T und dem Zeitsteuerwiderstand R_T verbunden ist. Der andere Anschluß des Kondensators C_T ist mit der Induktivität 25 verbunden. Steuersignale an den einzigen Anschlußstift C_T steuern beide Ausgänge H₀ und L₀.
R_T - einen Anschlußstift, der mit dem anderen Anschluß des Zeitsteuerwiderstandes R_T verbunden ist.
V_CC - einen Anschlußstift, der die Halbleiterplätt chen-Betriebsspannung von dem Knoten zwischen dem Widerstand 41 und dem Kondensator 42 empfängt.
V_B - einen Anschlußstift, der mit dem Verbindungspunkt einer Diode 43 mit einem Kondensator 44 verbunden ist, die als 'bootstrap'-Schaltung wirken, um Leistung für den Betrieb des spannungsseitigen Schalters zu liefern.

In Fig. 2 sind weiterhin zwei mit entgegengesetzter Polung parallel geschaltete Dioden 50 und 51 in Serie mit dem Lampen kreis vorgesehen. Diese Dioden 50 und 51 bilden einen Nulldurch gangsdetektor für die Lampe 24.

Im Betrieb und vor dem Zünden der Lampe 24 besteht der Resonanz kreis aus der Induktivität 25 und den beiden Kondensatoren 26 und 27. Die Kapazität des Kondensators 27 ist niedriger als die des Kondensators 26, so daß er bei einer höheren Wechselspannung als der Kondensator 26 arbeitet. Diese Spannung an dem Konden sator 27 zündet die Lampe 24. Nach dem Zünden der Lampe 25 wird der Kondensator 27 im wesentlichen durch den Lampen-Spannungs abfall kurzgeschlossen, und die Frequenz des resonanten Lampen kreises hängt nunmehr von der Induktivität 25 und dem Konden sator 26 ab.

Hierdurch wird eine Verschiebung zu einer niedrigeren Resonanz frequenz im Normalbetrieb hervorgerufen, die mit den Nulldurch gängen des Wechselstromes an den Dioden 50 und 51 synchronisiert ist, wobei die resultierende Spannung zur Steuerung des Oszilla tors auf dem Halbleiterplättchen 40 verwendet wird. Wie dies gezeigt wird, wird die Schwingungsfrequenz der Schaltung durch die Hinzufügung des Widerstandes R_T und des Kondensators C_T synchronisiert.

Das Halbleiterplättchen 40 ist für eine OFFSET-Spannung oder eine Spannungsdifferenz von bis zu oder mehr als 600 Volt Gleichspannung geeignet und weist Eingangseigenschaften auf, die von ihrer Funktion her ähnlich denen sind, wie sie die gut bekannte integrierte Zeitgeberschaltung vom Typ CMOS 555 auf weist.

Das Halbleiterplättchen 40 weist weiterhin eingebaute Schal tungen auf, um eine Totzeit mit einem Nennwert von einer Mikro sekunde zwischen den einander abwechselnden spannungsseitigen und erdseitigen Ausgangssignalen zur Ansteuerung der Schalter 20 und 21 zu liefern.

Wie dies weiter unten gezeigt wird, wird das Halbleiterplättchen 40 am Anschluß 22 mit einer gleichgerichteten Wechselspannung gespeist und ist daher für einen minimalen Ruhestrom ausgelegt, und das Halbleiterplättchen weist einen 15-Volt-Intervall- Nebenschlußregler auf. Daher kann ein einziger einen Spannungs abfall hervorrufender Widerstand 41 von einem halben Watt verwendet werden.

Zusätzlich zu dem Ruhestrom ergeben sich zwei andere Komponenten des Gleichstrom-Speisestroms, die eine Funktion der tatsächlich verwendeten Anwendungsschaltung sind:

1. Strom aufgrund der Ladung der Eingangskapazitäten der Leistungsschalter.
2. Strom aufgrund des Ladens und Entladens einer Grenzschicht-Isolationskapazität des Gate-Treiber- Halbleiterplättchens.

Beide Komponenten des Stromes sind ladungsbezogen und folgen daher den Regeln:

Q = CV

Es ist ohne weiteres zu erkennen, daß zum Laden und Entladen der Leistungsschalter-Eingangskapazitäten die erforderliche Ladung ein Produkt der Gate-Treiber-Spannung und der tatsäch lichen Eingangskapazitäten ist, und die erforderliche Eingangs leistung ist direkt proportional zum Produkt der Ladung und der Frequenz sowie der quadrierten Spannung:

Wenn eine praktisch verwendbare Vorschaltgeräteschaltung aufge baut wird, sollte im Hinblick auf die vorstehenden Beziehungen folgendes beachtet werden:

1. Wähle die niedrigste Betriebsfrequenz aus, die die Verwendung einer möglichst kleinen Größe der Induk tivität ermöglicht.
2. Wähle die kleinste Halbleiterplättchengröße für die Leistungsschalter aus, die niedrige Durchgangsver luste ermöglicht (hierdurch werden die Ladungsanfor derungen verringert).
3. Verwende die niedrigstmögliche Gleichspannung.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß die Schaltung nach Fig. 2 bei ihrer Ansteuerung durch das Halbleiterplättchen 40 einen selbstschwingenden Rechteckgenerator mit einer Totzeitsteuerung und einer Pegelverschiebung für die Gate-gesteuerten MOS-Bau teile in der Schaltung ergibt. Im Gegensatz zu dem bekannten Stromtransformator-Treiber liefert das neuartige System saubere, nahezu ideale Schwingungsformen, um Schalterverluste zu einem Minimum zu machen. In vielen Fällen können MOSFET's geringerer Größe ausgewählt werden oder alternativ können Kühlkörper ver kleinert oder fortgelassen werden.

Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Vorschaltgeräteschaltung, die die Halbleiterschaltung des Halbleiterplättchens 40 nach Fig. 2 für ein Vorschaltgerät für ein 40-Watt-Leuchtstofflampenpaar verwenden könnte. In Fig. 3 sind Bauteile, die denen nach Fig. 2 ähnlich sind, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Die Lampenschaltung nach Fig. 3 verwendet zwei 40-Watt-Leuchtstoff lampen 60 und 61 in einem gemeinsamen Reflektor, wobei die Leuchtstofflampen jeweilige Serieninduktivitäten 62 und 63 und einen Serienkondensator 64 aufweisen. Jede der Lampen 60, 61 weist parallele Kondensatoren 66 bzw. 67 und parallele, einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisende Thermistoren 68 bzw. 69 auf. Eine Entstörschaltung mit einem Kondensator 70 und einem Widerstand 70a ist zwischen dem Verbindungspunkt zwischen den MOSFET's 20 und 21 und der neutralen Leitung eingeschaltet.

Der Wechselspannungs-Eingangskreis schließt eine Wechselspan nungsquelle mit zwei Wechselspannungsanschlüssen L₁ und L₂ und einem neutralen Anschluß N ein. Eine übliche Filterschal tung, die 30 µH-Induktivitäten 71a und 71b einschließt, ist mit einem Einphasen-Vollweggleichrichter 74 verbunden, der einen mit dem Widerstand 41 verbundenen positiven Ausgangsanschluß und einen mit dem Kondensator 42 verbundenen negativen Anschluß aufweist und 320 Volt Gleichspannung bei einer Eingangsspannung von 220 Volt Wechselspannung liefert. Die Eingangsfilterschal tung schließt weiterhin Kondensatoren 75, 76 und 77 sowie Gleichspannungskondensatoren 78 und 79 ein.

Es sei bemerkt, daß die Halbleiterschaltung des Halbleiterplätt chens 40 nach Fig. 3 über den einen Spannungsabfall hervorrufen den Widerstand 41 direkt an der Gleichspannungs-Sammelschiene betrieben wird und bei ungefähr 45 kHz schwingt, so daß die folgende Beziehung erfüllt ist:

Die Leistung für die Gate-Ansteuerung des spannungsseitigen Schalters wird über einen Bootstrap-Kondensator 49 (0,1 µF) geliefert, der jedesmal dann auf ungefähr 14 Volt geladen wird, wenn der Anschlußstift V_S während des leitfähigen Zustandes des erdseitigen Leistungsschalters auf einen niedrigen Pegel gezogen wird. Die Bootstrap-Diode 43 (11DF4) sperrt die Gleichspannungs-Sammelschienen-Spannung, wenn der spannungs seitige Schalter leitet. Die Diode 43 ist eine Diode mit kurzer Erholzeit (< 100 ns), um sicherzustellen, daß der Bootstrap- Kondensator 44 nicht teilweise entladen wird, während sich die Diode 43 erholt und die Hochspannungs-Sammelschiene sperrt.

Das Hochfrequenz-Ausgangssignal von der Halbbrücke 20-21 ist eine Rechteckschwingung mit sehr kurzen Anstiegszeiten (ange nähert 50 ns). Um die Abstrahlung übermäßiger Störungen von den schnellen Wellenfronten zu vermeiden, wird eine 0,5 Watt-Stör unterdrückungsschaltung 70-70a (10 Ohm bzw. 0,001 µF) verwen det, um die Schaltzeiten auf ungefähr 0,5 µs zu verlangsamen.

Es sei bemerkt, daß eine eingebaute Totzeit von ungefähr 0,1 µs vorgesehen ist, um einen durchgehenden Stromfluß durch die Halbbrücke zu verhindern.

Die Leuchtstofflampen 60 und 61 werden parallel betrieben, jede mit ihrer eigenen L-C-Resonanzschaltung. Eine Anzahl von Lampenschaltungen kann aus dem einzigen Paar vom MOSFET's 20 und 21 betrieben werden, wenn diese so bemessen sind, daß sie für diesen Leistungspegel geeignet sind.

Die Reaktanzwerte für die Lampenschaltung werden aus L-C-Reak tanztabellen oder aus der Gleichung für eine Serienresonanz ausgewählt:

Die Güte Q der Lampenschaltungen ist ziemlich niedrig, und zwar aufgrund der Notwendigkeit eines Betriebs an einer festen Frequenz, die sich selbstverständlich aufgrund von Toleranzen der Werte von R_T und C_T ändern kann. Leuchtstofflampen erfordern normalerweise nicht sehr hohe Zündspannungen, so daß eine Güte Q von zwei oder drei ausreichend ist. "Flache" Q-Kurven ergeben sich sehr leicht aus größeren Induktivitäts- und kleineren Kondensator-Verhältnissen, worin:

ist,
wobei R größer wird, wenn mehr Windungen verwendet werden.

Ein weicher Startvorgang mit einer Vorheizung der Lampenheiz fäden wird durch die PTC-Thermistoren 68 und 69 längs jeder Lampe erreicht. Auf diese Weise steigt die Spannung längs der Lampe graduell an, während der PTC-Thermistor sich selbst er hitzt, bis schließlich die Zündspannung mit heißen Heizfäden erreicht wird und die Lampe zündet.

Die folgende Tabelle gibt die Werte der Bauteile an, die für eine bevorzugte Ausführungsform der Fig. 5 verwendet werden:

MOSFETS's 20, 21	Typ IRF 720 (International Rectifier)
PTC 68, 69	TDK 911P97ES014U10
Brücke 74	4 × IN 4007
Diode 43	11DF4
Widerstand 41	91 Kiloohm, ½ Watt
Widerstand 70a	10 Ohm, ½ Watt
Widerstand R_T	15 Kiloohm
Kondensator 42	47 µf, 20 V
Kondensator 64	1 µf, 400 V
AL=L<Kondensator
66, 67	0,01 µf, 600 V
70	0,001 µf, 600 V
75, 76, 77	0,22 µf, 250 V Wechselspannung
78, 79	100 µf, 200 V
C_T	0,001 µf
Induktivitäten 62, 63	1,35 mH

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung für die Ansteuerung eines Vorschaltgerätes für Hochdruck-Natriumlampen. Die Schaltung nach Fig. 4 weist die Synchronisationsschaltung nach Fig. 2 sowie weiterhin eine automatische Abschalt-Schaltung auf. In Fig. 4 sind Bauteile, die denen nach den Fig. 2 und 3 ähnlich sind, mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. In Fig. 4 ist die Lampe eine Hochdruck-Natriumlampe 90 mit einem Parallel kondensator 91 und einer Induktivität 92. Die Induktivität 92 weist eine Anzapfung auf, die einen Teil der Abschalt-Schaltung bildet, die weiterhin einen Widerstand 93, Dioden 94 und 95 und einen Kondensator 96 einschließt.

In Fig. 4 besteht die Synchronisierschaltung aus den Nulldurch gangs-Detektordioden 50 und 51, die die Eigenschwingungs- Frequenz auf die Eigenresonanz der LC-Schaltung 91, 92 synchronisieren. Die Güte Q des Serienresonanzkreises wird auf ungefähr 20 gelegt und ergibt eine ausreichende Spannung zur Zündung der Lampe. Die Synchronisationsmöglichkeit der Halb leiterschaltung 40 ermöglicht es dem Serienkreis nach Fig. 4, mit einer hohen Güte Q zu schwingen, um die 3 kV-Startspannung für die Lampe 90 zu liefern, ohne daß eine getrennte Zündein richtung verwendet wird.

Bei einem Wiederzündfall in heißem Zustand, bei dem die Güte Q nicht ausreicht, die erforderliche Wiederzündspannung zu liefern, liefert die Abschalt-Schaltung mit den Dioden 94 und 95 eine Gleichspannungs-Vorspannung, die verhindert, daß die Span nung am Anschlußstift C_T den bei einem Abfall auf 1/3 V_CC liegenden Schaltpunkt erreicht. Daher liefert die Schaltung kurze Schwingungsimpulspakete, bis der Wiederzündvorgang er reicht wird (ungefähr 90 Sekunden) und aufrechterhalten wird, wobei zu einer Zerstörung führende hohe MOSFET-Ströme vermieden werden.

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild der Halbleiterschaltung des Halb leiterplättchens 40 nach den Fig. 2, 3 und 4. Die 8 Anschluß stifte der Halbleiterschaltung 40 sind in Fig. 5 wiederholt. Alle anhand der Fig. 5 zu beschreibenden Schaltungsblöcke sind auf einem einzigen gemeinsamen Silizium-Halbleiterplättchen integriert. Der erste Schaltungsblock ist die Klemmschaltung 100, die aus einer Mehrzahl von Zenerdioden besteht. Diese sind zwischen dem Anschlußstift V_CC und dem Anschlußstift V_SS eingeschaltet, der mit dem Siliziumsubstrat verbunden ist, das als Halbleiterplättchen-Erde wirkt. Eine Digital-Speiseleitung und eine analog-Speiseleitung erstrecken sich beide von dem Anschlußstift V_CC. Eine Analog-Erdleitung und eine Digital- Erdleitung sind ebenfalls mit dem Anschlußstift V_SS verbunden.

Die nächste Gruppe von Schaltungsblöcken bildet eine Zeitgeber schaltung. Diese Blöcke schließen eine Tellerschaltung 101, die mit der Analog-Versorgungsleitung und Analog-Erde verbunden ist, einen N-Vergleicher 102 und einen P-Vergleicher 103 ein. Zwei Anzapfungen von dem Teiler 101 sind mit den positiven Eingängen der Vergleicher 102 und 103 verbun den. Der Eingangs-Anschlußstift C_T ist mit dem negativen Eingang des Vergleichers 103 verbunden. Die Ausgänge der Ver gleicher 102 und 103 sind mit einem RS-Signalspeicher 104 in der gezeigten Weise verbunden.

Der RS-Signalspeicher 104 ist weiterhin mit der Unterspannungs- Blockierschaltung 105 verbunden, die einen Teil der integrierten Halbleiterschaltung bildet. Wenn daher V_CC zu weit verringert wird, so wird der RS-Signalspeicher 104 gesperrt.

Eine Vorspannungsschaltung 106 liefert Vorspannungsausgänge an den RS-Signalspeicher 104, die Blockierschaltung 105 und an die Totzeit-Verzögerungsschaltungen 107 und 108 in den spannungs seitigen und erdseitigen Schaltungszügen. Die Zeitverzögerungs schaltungen 107 und 108 liefern eine Totzeit oder Verzögerung von ungefähr 1 µs zwischen dem Einschalten des spannungseitigen oder erdseitigen Schalters nach dem Abschalten des jeweils anderen Schalters. Diese Totzeit stellt sicher, daß eine einen Stromfluß durch beide Leistungsschalter ermöglichende Schaltung, bei der beide Leistungs-MOSFET's 20 und 21 gleichzeitig einge schaltet sind, nicht gebildet wird.

Der Ausgang der Totzeit-Schaltung 108 wird der erdseitigen Verzögerungsschaltung 109 und dem erdseitigen Treiber 110 zuge führt, der mit dem Anschlußstift L₀ verbunden ist.

Der Ausgang der Totzeitschaltung 107 wird einem Pegelschieber- Impulsgenerator 111 in dem spannungsseitigen Ausgangszweig zugeführt. Der spannungsseitige Schaltungszweig schließt weiter hin eine spannungsseitige Vorspannungsversorgungsschaltung 112 ein, die eine dv/dt-Filterschaltung 113 ansteuert, die Störungen aus dem Impuls ausfiltert, der von der Schaltung 113 weiterge leitet wird, sowie eine analoge Unterspannungs-Blockierschaltung 114. Der Eingang an die spannungsseitige Vorspannungsschaltung 112 ist mit dem Anschlußstift V_B verbunden.

Der Ausgang der Blockierschaltung 114 und des dv/dt-Filters 113 wird einer Signalspeicherschaltung 115 zugeführt, und deren Ausgang ist mit einem Puffer 116 verbunden, der Verstärkerstufen enthält und den Anschlußstift H₀ ansteuert. Es sei bemerkt, daß der Anschlußstift V_SS mit den Schaltungen 113, 114, 115 und 116 verbunden ist.

Claims

1. In einem Siliziumsubstrat ausgebildete integrierte Treiber schaltung zum Ansteuern erster und zweiter Gate-gesteuerter MOS-Leistungsbauteile, die in einer Halbbrücken-Schaltung mit einander verbunden sind, die erste und zweite Gleichspannungs anschlüsse und einen gemeinsamen Anschluß zwischen den ersten und zweiten Gate-gesteuerten MOS-Leistungsbauteilen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Schaltung eine Zeit geberschaltungseinrichtung (101, 102, 103) mit einem Eingangs steueranschluß (C_T), der durch ein Logikpegel aufweisendes und auf das Potential des Substrates bezogenes Steuersignal steuer bar ist, eine Signalspeichereinrichtung (104), die mit der Zeitgeberschaltungseinrichtung (101, 102, 103) verbunden ist, um die Frequenz zu steuern, mit der die ersten und zweiten MOS- Bauteile (20, 21) ein- und ausgeschaltet werden, wobei die Signalspeichereinrichtung (104) ein Ausgangssignal aufweist, das in Abhängigkeit von dem Steuersignal geschaltet wird, das dem Eingangssteueranschluß (C_T) zugeführt wird, eine spannungsseitige Totzeit-Verzögerungsschaltung (107) und eine erdseitige Totzeit-Verzögerungsschaltung (108), die jeweils mit der Signalspeichereinrichtung (104) verbunden sind, um die Übertragung eines Signalspeicher-Ausgangssignals für eine vorgegebene Zeitverzögerung nach dem Schalten des Ausganges der Signalspeichereinrichtung (104) zu verzögern, eine spannungs seitige Treiberschaltungseinrichtung (116) sowie eine erdseiti ge Treiberschaltungseinrichtung (110), wobei die spannungssei tige Treiberschaltungseinrichtung (116) über eine spannungssei tige Pegelschiebereinrichtung (111) mit der spannungsseitigen Totzeitschaltung (107) und die erdseitige Treiberschaltungsein richtung (110) mit der erdseitigen Totzeitschaltung (108) ver bunden sind und spannungsseitige bzw. erdseitige Ausgangsan schlußstifte (H₀, L₀) aufweist, die Ausgangssignale zum Ein schalten und Abschalten der ersten und zweiten Gate-gesteuerten MOS-Leistungsbauteile (20, 21) in Abhängigkeit von dem Steuer signal an dem Eingangssteueranschluß (C_T) erzeugt, wobei die Totzeit-Verzögerungsschaltungen (107, 108) die gleichzeitige Leitfähigkeit der ersten und zweiten Gate-gesteuerten MOS- Leistungsbauteile (20, 21) verhindern.

2. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-gesteuerten MOS-Leistungs bauteile MOS-Bauteile sind, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Leistungs-MOSFET's, Leistungs-IGBT's und Gate gesteuerten MOS-Leistungsthyristoren besteht.

3. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Betriebsspannungsquelle vorgesehen ist, die mit den ersten und zweiten Gleichspannungs anschlüssen (22, 23) verbunden ist, um Betriebsleistung für jede der Schaltungseinrichtungen in der integrierten Schaltung (40) zu liefern, und daß die integrierte Schaltung (40) einen V_CC- Anschlußstift zur Verbindung mit zumindestens einem der ersten oder zweiten Gleichspannungsanschlüsse (22, 23) aufweist.

4. Integrierte Schaltung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Widerstandselemente (41) zum Verbinden des V_CC-Anschlußstiftes mit dem ersten Gleichspannungsanschluß.

5. Integrierte Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Zeitverzögerung ungefähr eine Mikrosekunde beträgt.

6. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 3-5, gekennzeichnet durch eine Unterspannungs-Auslöseschaltungsein richtung (105), die mit der Spannung an dem V_CC-Anschlußstift gekoppelt ist und diese überwacht und einen Ausgangsanschluß aufweist, der mit der Signalspeicherschaltungseinrichtung (104) und mit den spannungsseitigen und erdseitigen Totzeit-Verzöge rungsschaltungen (107, 108) verbunden ist, um die Signal speicherschaltungseinrichtung (104) und die Totzeit-Verzöge rungsschaltungen (107, 108) zu sperren, wenn die Spannung an dem V_CC-Anschlußstift unter einen vorgegebenen Wert absinkt.

7. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitgeberschaltung einen wei teren Eingangssteueranschluß (R_T) zur Steuerung der Frequenz einschließt, mit der die Gate-gesteuerten MOS-Bauteile ein- und ausgeschaltet werden, und daß die beiden Eingangssteueranschlüsse (C_T und R_T) mit einem äußeren Zeitsteuerkondensator mit einem Wert C_T bzw. einem Zeitsteuerwiderstand mit einem Wert R_T verbunden sind, um die Schwingungsfrequenz f₀ der Zeitgeberschaltung so einzustellen, daß sie gleich:
ist.

8. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß sie als elektronische Vorschalt geräteschaltung beschaltet ist, die zumindest eine Gasentla dungslampe (24) und zumindest einen L-C-Kreis (25, 26) in Serie mit der Gasentladungslampe (24) aufweist, wobei die zumindest eine Lampe (24) und der L-C-Serienkreis (25, 26) längs des zweiten MOS-Leistungsbauteils (21) angeschaltet sind.