DE4031288C1 - Incorrect polarity protection CCT - has drain-source connected into minus or positive line between DC source - Google Patents
Incorrect polarity protection CCT - has drain-source connected into minus or positive line between DC sourceInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 2. Eine solche
Anordnung ist bekannt aus DE 35 35 788 A1.
Die Schutzschaltung gemäß DE 35 35 788 A1 besteht aus einem
Feldeffekttransistor, der entweder in der Plus- oder
Minusleitung zwischen Gleichspannungsquelle und Verbraucher
angeordnet ist. Sein Gate ist jeweils mit dem Gegenpol
verbunden. Diese Anordnung ermöglicht die Ableitung von
Rückströmen bei Falschpolung und weist nur eine geringe
Verlustleitung im Normalbetrieb auf. Über
Spannungsteilerwiderstände zwischen Gate und der Plus- und
Minusleitung ist diese Schutzschaltung auch für höhere
Betriebsspannungen geeignet.
Aus Electronic Design, 14. Juni 1990, Seite 77 ist ebenfalls
eine Schaltung zum Schutz gegen Falschpolung eines an einer
Gleichspannungsquelle betriebenen Verbrauchers unter
Verwendung eines Feldeffekttransistors bekannt. Die Drain-
Source-Strecke des Feldeffekttransistors ist in die Minus- oder
Plusleitung zwischen Gleichspannungsquelle und Verbraucher
geschaltet. Sein Gate ist mit dem Gegenpol der
Gleichspannungsquelle über einen hochohmigen Widerstand
verbunden. Zwischen Gate und der zum Verbraucher weisenden
Hauptelektrode des Feldeffekttransistors ist eine Zenerdiode
angeordnet, die Überspannungen am Gate dann verhindert, wenn
eine Gleichspannungsquelle mit höherer Spannung,
beispielsweise größer 15 V, verwendet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschaltung
ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufzuzeigen,
mit der ein schnell wirksamer Schutz gegen Falschpolung,
insbesondere bei Betriebsspannungen, die höher als die
zulässige Gatespannung des Feldeffekttransistors sind,
erreichbar ist. Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen des
Patentanspruchs 1 oder 2 gelöst. Der Anspruch 3 enthält eine
vorteilhafte Ausgestaltung.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß
Spannungsteilerwiderstände zwischen Gate und der Plus- bzw.
Minusleitung wie bei der Realisierung gemäß DE 35 35 788 A1
zusammen mit der Gatekapazität des Feldeffekttransistors
Verzögerungsglieder bilden. Dies führt dazu, daß der
Feldeffekttransistor bei Falschpolung nicht sofort sperrt und
so Schäden beim Verbraucher auftreten können. Mit den
Maßnahmen der Erfindung wird der Feldeffekttransistor bei
Falschpolung unverzögert gesperrt. Die auftretende
Verlustleistung ist sehr gering. Die Realisierung gemäß
Anspruch 2 hat den zusätzlichen Vorteil, daß für die
Ansteuerung des Feldeffekttransistors keine zusätzliche
Hilfsspannungsquelle vorhanden sein muß.
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert. Es
zeigen
Fig. 1 eine Schutzschaltung mit Steuerung eines N-Kanal
Feldeffekttransistors über eine Hilfsspannungsquelle,
Fig. 2 eine Schutzschaltung mit Steuerung eines P-Kanal
Feldeffekttransistors über eine Hilfsspannungsquelle,
Fig. 3 eine Schutzschaltung mit Steuerung des
Feldeffekttransistors über das Potential der
Versorgungsgleichspannungsquelle,
Fig. 4 eine Ausgestaltung der Erfindung gemäß dem
Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.
In Fig. 1 ist ein N-Kanal Feldeffekttransistor FET mit seiner
Drain-Source-Strecke in die Minusleitung zwischen einer
Gleichspannungsquelle Q, an der die Versorgungsspannung UV
ansteht, und einem Verbraucher V geschaltet. Das Gate G des
Feldeffekttransistors FET ist über die Diode D1 mit dem
Gegenpol - hier Plusleitung - der Gleichspannungsquelle Q
verbunden. Die Anode der Diode D1 ist in diesem
Ausführungsbeispiel an das Gate G und die Katode an die
Plusleitung angeschlossen. Zwischen Gate G und der zum
Verbraucher V weisenden Elektrode des Feldeffekttransistors
FET - hier Source S - ist eine Hilfsspannungsquelle HQ über
ein Entkopplungselement - Widerstand R1 - angeschlossen. Bei
richtiger Polung der Gleichspannungsquelle Q fließt der
Verbraucherstrom IV über den leitenden FET, der als
niederohmiger Widerstand mit kleiner Verlustleistung wirkt.
Der Feldeffekttransistor FET ist leitend, weil seine
Gatekapazität (Gate-Source-Kapazität) zuvor von der
Hilfsspannungsquelle HQ über den Widerstand R1 geladen wurde.
Bei Falschpolung der Gleichspannungsquelle Q - Potentiale in
Klammer - wird die Gatekapazität (Gate-Source-Kapazität) über
die Diode D1 schnell entladen und der Feldeffekttransistor FET
damit schnell gesperrt. Es fließt der Ausräumstrom IA
(gestrichelt). Wenn die Gleichspannungsquelle wieder richtig
gepolt ist, kann sich die Gate-Source-Kapazität des
Feldeffekttransistors FET wieder aufladen, da die Diode D1 nun
in Sperrichtung ist. Die Schutzschaltung ist für höhere
Betriebsspannungen geeignet, z. B. UV=100 V an der
Gleichspannungsquelle Q. Bei einem Drain-Source-Widerstand
RDS on von 0,1 Ohm bei Normalbetrieb - Richtigpolung -
entsteht bei einem maximalen Laststrom von 2 A eine maximale
Verlustleistung von nur 0,4 W. Zum Schutz des
Feldeffekttransistors kann eine Gate-Source-Schutzdiode D2
vorgesehen werden. Die Spannung am Verbraucher V ist mit der
Realisierung gemäß der Erfindung frei wählbar und keinen
Dimensionierungszwängen wie bei der Realisierung gemäß DE
35 35 788 A1 unterworfen. Bei Falschpolung ist im Gegensatz zur
Realisierung gemäß
DE 35 35 788 A1 ein praktisch unverzögertes Sperren des
Feldeffekttransistors FET möglich.
Fig. 2 zeigt eine Variante der Erfindung mit einem P-Kanal-
Feldeffekttransistor FET in der Plusleitung. Die
Funktionsweise ist entsprechend zum Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 1. Bei Richtigpolung ist der Feldeffekttransistor FET
vollständig leitend und wirkt als niederohmiger Widerstand.
Bei Falschpolung wird die Gate-Source-Kapazität über die Diode
D1 schnell entladen und der Feldeffekttransistor FET praktisch
unverzögert gesperrt.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist der
Feldeffekttransistor FET über den Widerstand R2, der zwischen
dem Gegenpol - hier Plusleitung - und dem Gate des
Feldeffekttransistors FET parallel zur Diode D1 angeordnet
ist, steuerbar. Bei Richtigpolung fließt im ersten Moment ein
Strom IG von der Plusleitung über den Widerstand R2 und die
Gatekapazität des Feldeffekttransistors FET zur Minusleitung.
Sobald diese Gatekapazität aufgeladen ist, ist der
Feldeffekttransistor FET leitend und es fließt der
Verbraucherstrom IV über den als niederohmigen Widerstand
wirkenden Feldeffekttransistor FET. Bei Falschpolung entlädt
sich die Gatekapazität wie zuvor sehr schnell über die Diode
D1. Es fließt der Ausräumstrom IA, nach dessen Beendigung der
Feldeffekttransistor FET sperrt. Zum Schutz des
Feldeffekttransistors FET ist zwischen Gate G und Source S
eine Zenerdiode ZD1 angeordnet, deren Zenerspannung geringer
ist als die zwischen Gate G und Source S maximal zulässige
Spannung UGS max. Durch diese Maßnahme wird die Spannung
zwischen Gate und Source des Feldeffekttransistors FET auf
einen Wert begrenzt, der die Zerstörung des
Feldeffekttransistors FET verhindert unabhängig davon, wie
hoch die Versorgungsspannung UV ist. In letzterem
Ausführungsbeispiel ist ein N-Kanal Feldeffekttransistor in
der Minusleitung vorgesehen (entsprechend zum
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1). Natürlich kann die Variante
nach Fig. 3 auch mit einem P-Kanal Feldeffekttransistor in der
Plusleitung entsprechend realisiert werden.
Die Hilfsspannungsquelle HQ kann durch die in Fig. 4
dargestellte Ausgestaltung der Erfindung realisiert werden.
Diese Ausgestaltung ist dann vorteilhaft, wenn in der
Stromversorgungseinheit nicht sowieso schon eine
Hilfsspannungsquelle etwa zur Versorgung von Steuereinheiten
bei Verbrauchern, die über einen Schaltregler betrieben
werden, vorhanden ist. Die Hilfsspannungsquelle gemäß Fig. 4
besteht aus einer Zenerdiode ZD2 mit einem Parallelkondensator
C1. Diese Zenerdioden-Kondensatoranordnung ist über den
Widerstand R1 mit dem Gate des Feldeffekttransistors FET
verbunden. Eine Serienschaltung, bestehend aus der Diode D3,
die anodenseitig mit der Plusleitung verbunden ist, und dem
Widerstand R3 ist an die Katode der Zenerdiode ZD2
angeschlossen. Die Funktionsweise ist entsprechend dem
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 mit dem Unterschied, daß die
Hilfsspannungsquelle HQ erst dann wirksam werden kann, wenn
der Kondensator C1 über die Diode D3 und den Widerstand R3
aufgeladen ist. Natürlich läßt sich diese Ausgestaltung
entsprechend auf das Ausführungsbeispiel mit einem P-Kanal
Feldeffekttransistor FET in der Plusleitung übertragen.
Die Diode D3 ist übrigens normalerweise nicht erforderlich,
kann also überbrückt sein. In Fig. 4 ist sie zum Schutz bei
defektem Feldeffekttransistor und Falschpolung für den Fall
vorgesehen, daß parallel zur Zenerdiode ZD2 ein zusätzlicher
Verbraucher angeschlossen ist.
Zum zusätzlichen Schutz des Feldeffekttransistors FET vor zu
hohen Spitzenströmen I oder zu schnellen Stromänderungen di/dt
kann er eingangsseitig mit einer Siebschaltung S,
beispielsweise bestehend aus einer Längsinduktivität L und
einem Querkondensator C (Fig. 1), beschaltet sein.
Claims (3)
1. Schaltungsanordnung zum Schutz gegen Falschpolung eines an
einer Gleichspannungsquelle (Q) betriebenen Verbrauchers (V)
unter Verwendung eines Feldeffekttransistors (FET), dessen
Drain-Source-Strecke in die Minus- oder Plusleitung zwischen
Gleichspannungsquelle (Q) und Verbraucher (V) geschaltet ist,
und dessen Gate mit dem Gegenpol der Gleichspannungsquelle
verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Hilfsspannungsquelle (HQ) vorgesehen ist, die über ein
Entkopplungselement (R1) mit dem Gate des
Feldeffekttransistors (FET) verbunden ist und daß in die
Verbindung zwischen Gate und Gegenpol eine Diode (D1)
geschaltet ist, die derart gepolt ist, daß bei Falschpolung
der Gleichspannungsquelle (Q) die Gatekapazität des
Feldeffekttransistors (FET) über diese Diode (D1) entladen
werden kann.
2. Schaltungsanordnung zum Schutz gegen Falschpolung eines an
einer Gleichspannungsquelle (Q) betriebenen Verbrauchers (V)
unter Verwendung eines Feldeffekttransistors (FET), dessen
Drain-Source-Strecke in die Minus- oder Plusleitung zwischen
Gleichspannungsquelle (Q) und Verbraucher (V) geschaltet ist,
und dessen Gate mit dem Gegenpol der Gleichspannungsquelle
verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem
Gateanschluß des Feldeffekttransistors (FET) und jener
Hauptelektrode (S) des Feldeffekttransistors (FET), die zum
Verbraucher (V) weist, eine Zenerdiode (ZD1) angeordnet ist,
deren Zenerspannung geringer ist als die zwischen dem
Gateanschluß und dieser Hauptelektrode maximal zulässige
Spannung, daß in die Verbindung zwischen Gate und Gegenpol
eine Diode (D1) geschaltet ist, die derart gepolt ist, daß bei
Falschpolung der Gleichspannungsquelle (Q) die Gatekapazität
des Feldeffekttransistors (FET) über diese Diode (D1) entladen
werden kann, und daß parallel zur Diode (D1) ein Widerstand
(R2) vorgesehen ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Hilfsspannungsquelle (HQ) durch eine Zenerdiode (ZD2) mit
einem Parallelkondensator (C1) realisiert ist und daß diese
Zenerdioden-Kondensatoranordnung (ZD2, C1) über einen
Widerstand (R3) mit dem Gegenpol in Verbindung steht.
Priority Applications (1)
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Publications (1)
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