DE3538584A1 - Anordnung bestehend aus mehreren parallel arbeitenden feldeffekttransistoren sowie anwendungen - Google Patents

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.