DE3730503A1 - Gleichstrom-steuerschaltung - Google Patents
Gleichstrom-steuerschaltungInfo
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/06—Modifications for ensuring a fully conducting state
- H03K17/063—Modifications for ensuring a fully conducting state in field-effect transistor switches
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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- H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
- H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
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Description
Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung zum Ein- und Aus
schalten, insbesondere zur Leistungssteuerung, des durch
einen induktiven Verbraucher fließenden Gleichstromes. Als
Schalter in einer solchen Schaltung wird häufig ein N-Kanal-
MOSFET für hohe Leistungen verwendet. Würde ein solcher Tran
sistor durch Anwenden einer sprunghaften Änderung der Gate-
Spannung gesperrt oder durchgeschaltet werden, würde dies,
wenn nicht weitere Maßnahmen ergriffen würden, zur Zerstö
rung des Transistors aufgrund hoher Ströme führen, die durch
die induzierte Gegenspannung des induktiven Verbrauchers ent
stehen. Damit induzierte Ströme nicht über den Transistor
fließen, wird eine Freilaufdiode verwendet, die parallel zum
Verbraucher geschaltet ist, an die Source des Transistors
angeschlossen ist und bei durchgeschaltetem Transistor
sperrt, jedoch Strom, der durch die induzierte Gegenspannung
hervorgerufen wird, durchläßt.
Problematisch bei einer solchen Schaltung ist, daß die Frei
laufdiode nicht innerhalb beliebig kurzer Zeit vom sperren
den in den durchlassenden Zustand übergeht, oder umgekehrt.
Es ist daher darauf zu achten, daß beim Abschalten durch
Steuern der Gate-Spannung des Transistors der durch den Ver
braucher fließende Strom zunächst nur soweit abgesenkt wird,
daß die induzierte Gegenspannung noch nicht zu einem Strom
führt, der den Transistor zerstört, jedoch ausreichend groß
wird, um die Freilaufdiode vom sperrenden in den durchlassen
den Zustand zu überführen. Beim Einschalten muß umgekehrt
die Freilaufdiode sperren, bevor der Transistor ganz öffnet.
Die entsprechende Steuerung der Gate-Spannung wird über eine
Steuerschaltung vorgenommen. Die herkömmliche Steuerschal
tung verändert das Potential der Gate-Elektrode in bezug auf
das negative Potential der Stromquelle, also in der Regel in
bezug auf Masse.
Es hat sich herausgestellt, daß es trotz der besonderen
Steuerung der Gate-Spannung bei den herkömmlichen Schaltun
gen noch zu Stromspitzen am N-Kanal-MOSFET kommt, die diesen
zerstören können, oder die zu leitungsgebundenen Störimpul
sen oder Störstrahlung führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung der
beschriebenen Art anzugeben, bei der besonders wenig Störim
pulse auftreten.
Die Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 gegeben.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist Gegenstand eines Unteran
spruches.
Die erfindungsgemäße Gleichstrom-Steuerschaltung zeichnet
sich dadurch aus, daß das Gate so geschaltet ist, daß das an
ihm anliegende Potential auf das Source-Potential und nicht
auf Masse bezogen ist. Dies hat den Vorteil, daß der Poten
tialunterschied zwischen Gate und Source, d. h. die Gate/
Source-Spannung genau definiert ist. Nur diese legt aber die
Durchlaßcharakteristik des N-Kanal-MOSFET fest.
Bei der herkömmlichen Schaltung wie auch bei der erfindungs
gemäßen hängt das Source-Potential unter anderem von der vom
induktiven Verbraucher erzeugten Gegenspannung ab. Bei der
herkömmlichen Schaltung führte dies dazu, daß die Gate/
Source-Spannung nicht nur von dem auf Masse bezogenen Gate-
Potential abhing, sondern auch von dem auf Masse bezogenen
Source-Potential, das sich aufgrund der induktiven Eigen
schaften der Gesamtschaltung in nicht genau vorhersehbarer
Weise änderte. Das Durchlaßverhalten des Transistors war da
her nicht genau steuerbar, was dazu führen konnte, daß eine
hohe induktive Gegenspannung bereits auftrat, bevor die Frei
laufdiode geöffnet hatte. Dies ist bei der erfindungsgemäßen
Schaltung ausgeschlossen, da die Gate/Source-Spannung genau
einstellbar ist und daher genau festgelegt werden kann, in
nerhalb welcher Zeitspanne die Stromleitfähigkeit des Tran
sistors auf einen vorgegebenen Wert heruntergesteuert wird.
Diese Zeitspanne wird in herkömmlicher Weise an die Zeitkon
stanten für das Sperren bzw. Durchlassen der Freilaufdiode
angepaßt.
Es wird darauf hingewiesen, daß Gleichstrom-Steuerschaltun
gen mit genau definierter Gate/Source-Spannung auch aus dem
Stand der Technik bekannt sind, jedoch nur für solche Ausfüh
rungsarten, bei denen der N-Kanal-MOSFET zwischen Masse und
den Verbraucher geschaltet ist. In diesem Fall kann sich das
Source-Potential nicht aufgrund einer induzierten Gegenspan
nung ändern, so daß die Gate/Source-Spannung zu jeder Zeit
eindeutig durch das gesteuerte, auf Masse bezogene Potential
der Gate-Elektrode festgelegt ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines durch eine Fi
gur veranschaulichten Ausführungsbeispieles näher beschrie
ben.
Die Steuerschaltung gemäß der Figur weist einen N-Kanal-
MOSFET auf, der im folgenden als Schalttransistor bezeichnet
wird. Der Drain-Anschluß D des Schalttransistors 1 ist mit
einer Stromquelle verbunden, die im Ausführungsbeispiel als
Batterie 2 dargestellt ist. Der Source-Anschluß S steht mit
einem induktiven Verbraucher 3 in Verbindung, der mit einem
weiteren Anschluß geerdet ist. Der Gate-Anschluß G des
Schalttransistors 1 wird von einer Steuerschaltung 4 mit
einer vorgegebenen Spannung versorgt. Je nach angelegter
Spannung zwischen Gate und Source kann ein bestimmter Maxi
malstrom durch den Schalttransistor 1 fließen.
Wird der Schalttransistor 1 durch Anlegen einer entsprechen
den Gate-Spannung vom leitenden in den sperrenden Zustand
überführt, wird vom induktiven Verbraucher 3 eine Gegenspan
nung erzeugt, die über eine parallel zum Verbraucher 3 liegen
de Freilaufdiode 5 kurzgeschlossen wird, sobald diese durch
geschaltet hat, was dann der Fall ist, wenn das
eingangsseitige Potential am Verbraucher 3, und damit das
Potential am Source-Anschluß S negativ geworden ist. Dabei
wird die Gate/Source-Spannung durch die Steuerschaltung 4
und den Kondensator 6 so geführt, daß die Diode 5 durchge
schaltet hat, bevor der induzierte Strom so groß wird, daß er
den Schalttransistor 1 zerstören kann oder zu starken Stör
impulsen führen kann.
Damit für die Freilaufdiode 5 ausreichend Zeit zur Verfügung
steht, um vom sperrenden in den leitenden Zustand überzuge
hen, bevor der Schalttransistor 1 weitgehend sperrt, wird die
steuernde Spannung zwischen Gate G und Source S durch die
Steuerschaltung 4 in vorgegebener Weise abhängig von der
Zeit abgesenkt. Das zeitliche Verhalten wird beim dargestell
ten Ausführungsbeispiel durch einen Kondensator 6 mitbe
stimmt, der zwischen den Gate-Anschluß G und den Source-An
schluß S geschaltet ist. Die Spannung zwischen Gate-Anschluß
G und Source-Anschluß S wird allein über die Spannung am Kon
densator 6 bestimmt, unabhängig davon, auf welchem Potential
der Source-Anschluß S zu einem jeweiligen Zeitpunkt aufgrund
einer jeweils gerade induzierten Gegenspannung liegt. Durch
die genau festliegende Gate/Source-Spannung zu einem jeweili
gen Zeitpunkt liegt auch das Durchlaßverhalten des Schalt
transistors 1 zum jeweiligen Zeitpunkt genau fest. Dieses
wird durch die Steuerschaltung so bestimmt, daß die Freilauf
diode 5 mit Sicherheit durchgeschaltet hat, wenn aufgrund
des Verringerns der Durchlaßfähigkeit des Schalttransistors
1 die induzierte Gegenspannung so weit zugenommen hat, daß
sie über die Freilaufdiode 5 kurzgeschlossen werden kann.
Entsprechendes wie für den Ausschaltvorgang vorstehend be
schrieben, gilt auch für den Einschaltvorgang. Ist zum Zeit
punkt des Einschaltens die Sourcespannung noch negativ, ist
die Freilaufdiode 5 noch leitend. Durch die Steuerschaltung
4 und den Kondensator 6 wird vor dem Durchschalten des
Schalttransistors 1 zunächst das Sourcepotential auf einen
positiven Wert gezogen, so daß die Freilaufdiode 5 sperrt.
Öffnet danach der Schalttransistor 1 ganz, ist die direkte
Verbindung zu Masse über die Freilaufdiode gesperrt, so daß
es zu keinem starken Stromfluß durch den Schalttransistor 1
nach Masse kommt.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Zeitverhal
ten der Gate/Source-Spannung durch die Kapazität des Konden
sators 6 bestimmt. Das Zeitverhalten kann jedoch auch direkt
in der Steuerschaltung 4 festgelegt werden, die dann zwi
schen den Gate-Anschluß G und den Source-Anschluß S geschal
tet wird, um die Spannung zwischen diesen Anschlüssen in vor
gegebener Weise beim Ein- und Ausschalten zu variieren.
Claims (2)
1. Gleichstrom-Steuerschaltung mit
- - einem induktiven Verbraucher
- - einer Gleichstromquelle für den Verbraucher
- - einem N-Kanal-MOSFET, der mit seinem Drain mit der Strom quelle und mit seiner Source mit dem Verbraucher und mit sei nem Gate mit einer Steuerschaltung verbunden ist, um den durch den Verbraucher fließenden Strom ein- und auszuschal ten, und
- - einer Freilaufdiode, die an die Source angeschlossen ist und parallel zum Verbraucher liegt und bei durchgeschaltetem N-Kanal-MOSFET sperrt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gate (G) so geschaltet ist, daß das an ihm anliegende Potential auf das Source-Potential bezogen ist.
2. Gleichstrom-Steuerschaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen Gate (G) und Source (S) ein Kondensator (6) geschal
tet ist, der durch die Steuerschaltung (4) ge- und entladen
wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873730503 DE3730503A1 (de) | 1987-09-11 | 1987-09-11 | Gleichstrom-steuerschaltung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873730503 DE3730503A1 (de) | 1987-09-11 | 1987-09-11 | Gleichstrom-steuerschaltung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3730503A1 true DE3730503A1 (de) | 1989-03-30 |
Family
ID=6335764
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873730503 Ceased DE3730503A1 (de) | 1987-09-11 | 1987-09-11 | Gleichstrom-steuerschaltung |
Country Status (1)
Country | Link |
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- 1987-09-11 DE DE19873730503 patent/DE3730503A1/de not_active Ceased
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8127 | New person/name/address of the applicant |
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8181 | Inventor (new situation) |
Free format text: MARKS, WALTER, 74653 KUENZELSAU, DE |
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8131 | Rejection |