NL8801996A - Schakelinrichting voor het aansturen van een vermogensveldeffekttransistor. - Google Patents

Description

N.v. Philips' Gloeilampenfabrieken “Schakelinrichting voor het aansturen van een vermogensveldeffekttran¬sistor* .

De uitvinding heeft betrekking op een schakelinrichtingvoor het aansturen van een vermogensveldeffekttransistor, welkeschakelinrichting een scheidingstransformator bevat met een primairewikkeling voor toevoer van een pulsvormig signaal en met ten minsteéén secundaire wikkeling waarvan een eerste aansluitklem via eenbron-put pad van een inschakeltransistor met een poortelektrode van eenvermogensveldeffekttransistor gekoppeld is en waarvan een tweedeaansluitklem met een bronelektrode van de vermogensveldeffekttransistorgekoppeld is, waarbij een poortelektrode van de inschakeltransistor metde tweede aansluitklem gekoppeld is.

Een dergelijke schakelinrichting is toepasbaar invermogensregelsystemen, zoals vermogensregeling van motoren,vermogensregeling in geschakelde voedingen en in hoogspanningssystemen.

Een dergelijke schakelinrichting is bekend uit hetAmerikaans octrooischrift Nr. 4.511.815. De scheidingstransformator,bijvoorbeeld uitgevoerd met een ferrietkern, zorgt voor scheiding vanaanstuurschakelingen voor aansturing van de schakelinrichting en vandoor de vermogensveldeffekttransistor aan te sturenvermogensschakelingen. In genoemd Amerikaans octrooischrift wordtaansturing van de schakelinrichting met een periodiek pulsvormig signaalbeschreven, waarbij het periodiek pulsvormig signaal sterk asymmetrischmag zijn, waardoor een groot verschil in tijd van ingeschakeld en -uitgeschakeld zijn van de vermogensveldeffekttransistor kan optreden.

Als de aansturing op de primaire wikkeling wegvalt terwijl eenvermogenschakeling met de vermogensveldtransistor gekoppeld blijft dankan dat aanleiding geven tot problemen. Theoretisch zou devermogensveldeffekttransistor wel in een aan- of uittoestand kunnenblijven, maar praktisch zal de vermogensveldeffekttransistor van eenaantoestand naar een uittoestand kunnen overgaan en omgekeerd tengevolgevan lek via de altijd aanwezige poort-bron capaciteit van devermogensveldeffekttransistor. Als de vermogensveldeffekttransistor ineen degelijke overgangstoestand terecht komt, wat een relatief langzaam tijdverschijnsel is, dan zal dat gemakkelijk aanleiding kunnen geven totdissipatieproblemên van de vermogensveldeffekttransistor. Invermogensregelingen wordt in normaal bedrijf de vermogensveldeffekttransistor gedimensioneerd op relatief snel in- enuitschakelen en de vermogensveldeffekttransistor zal dan ook in hetalgemeen niet bestand zijn tegen langzame schakelovergangen c.q.instelling in een werkpunt waarin zowel stroom door als spanning over devermogensveldeffekttransistor aanzienlijk is.

Met de uitvinding wordt onder meer beoogd te voorzien ineen schakelinrichting die een dergelijk bezwaar niet heeft.

Een schakelinrichting volgens de uitvinding is erdoorgekenmerkt, dat de eerste aansluitklem via een bron-put pad van eenuitschakeltransistor met de poortelektrode van de vermogensveldeffekttransistor gekoppeld is, dat een poortelektrode vande uitschakeltransistor met de tweede aansluitklem gekoppeld is, waarbijvoor inschakelen en uitschakelen van de vermogensveldeffekttransistorrespectievelijk een pulsvormig signaal met een eerste en een tweedepolariteit aan de primaire wikkeling wordt toegevoerd, en dat deschakelinrichting een met de uitschakeltransistor gekoppeldebewakingsinrichting bevat om te bewaken of na toevoer van een pulsvormigsignaal met de tweede polariteit binnen een voorafbepaalde tijd weer eenpulsvormig signaal met de tweede polariteit wordt toegevoerd. Deschakelinrichting volgens de uitvinding wordt met pulsen van relatiefkorte tijdsduur aangestuurd. De inschakeltransistor reageert oppulsvormige signalen met de eerste polariteit en de uitschakeltransistorop pulsvormige signalen met de tweede polariteit. Als niet binnen devoorafbepaalde tijd pulsvormige signalen met de tweede polariteit elkaaropvolgen dan zorgt de bewakingsschakeling ervoor dat devermogensveldeffekttransistor uitgeschakeld wordt.

Een uitvoeringsvorm van een schakelinrichting volgens deuitvinding is erdoor gekenmerkt, dat de bewakingsinrichting eenbewakingstransistor bevat waarvan een poortelektrode via een eerstediode met de putelektrode van de uitschakeltransistor gekoppeld is,waarvan een putelektrode via een tweede diode met de poortelektrode vande vermogensveldeffekttransistor gekoppeld is en waarvan eenbronelektrode met de tweede aansluitklem gekoppeld is, en dat debewakingsinrichting voorts een parallelschakeling van een weerstand en een condensator tussen de poortelektrode en de bronelektrode van debewakingstransistor bevat die de voorafbepaalde tijd bepaalt. Devoorafbepaalde tijd dient te worden aangepast aan een schakelperiodetussen pulsen waarmee de schakelinrichting normaal wordt bedreven. Isbijvoorbeeld de schakelfrequentie 20 kHz (wat overeenkomt met eenperiode van 50 psec), dan kan de voorafbepaalde tijd bijvoorbeeld 100psec worden gekozen. Een door de weerstand en de condensator bepaaldetijdkonstante kan dan 50 psec bedragen. De bewakingstransistor zal danna ca. 100 psec de poort-bron capaciteit van devermogensveldeffekttransistor ontladen.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand vaneen tekening, waarin fig. 1 een schakelinrichting volgens de uitvinding toont,en fig. 2 een andere uitvoering van een schakelinrichtingvolgens de uitvinding laat zien.

In fig. 1 wordt een schakelinrichting 1 volgens deuitvinding getoond voor het aansturen van eenvermogensveldeffekttransistor Tl. De schakelinrichting 1 bevat eenscheidingstransformator TR met een primaire wikkeling w1 en met eensecundaire wikkeling w2. Aan de primaire wikkeling w1 worden pulsen meteen eerste en een tweede polariteit toegevoerd. In de gegevenuitvoeringsvorm wordt dit bereikt door toevoer van een puls p1 met deeerste polariteit aan een eerste MOS inverter II en een puls p2 met deeerste polariteit aan een tweede MOS inverter 12, waarbij respectieveuitgangen 01 en 02 van de inverters II en 12 met respectieveaansluitklemmen pr1 en pr2 van de primaire wikkeling w1 zijn verbonden.De secundaire wikkeling w2 is met de stuurschakeling st verbonden. .Eeneerste aansluitklem s1 van de secundaire wikkeling w2 is met eenbronelektrode so2 van een MOS transistor T2 verbonden, die van hetzogenaamde verrijkingstype is. Een poortelektrode g2 van de transistorT2 is via een weerstand R1 met een tweede aansluitklem s2 verbonden. Eenputelektrode dr2 van de transistor T2 is met een anode a3 van een derdediode d3 verbonden die met een kathode k3 via een weerstand R2 met eenpoortelektrode g.1 van de transistor Tl is verbonden. Op soortgelijkewijze is een uitschakeltransistor T3 die van het verarmingstype is metrespectieve elektroden so3, dr3 en g3 met de wikkeling w2 verbonden en via een vierde diode d4 met anode a4 en kathode k4 via de weerstand R2met de poortelektrode g1 verbonden. Een bewakingsinrichting wd ("watchdog") bevat een MOS transistor T4, die van het verarmingstype is, metelektroden so4, dr4 en g4, De poortelektrode g4 is via een eerste dioded1 met anode a1 en kathode k1 met de putelektrode dr3 verbonden en deputelektrode dr4 is via een tweede diode d2 met anode a2 en kathode k2met de weerstand R2 verbonden. De poortelektrode g4 is verder via eenweerstand R3 en een condensator C met de tweede aansluitklem s2verbonden. De weerstand R2 is met zenerdiodes Z1 en Z2 verbonden diedienen ter beveiliging tegen overspanning van de poortelektrode g1. Eenputelektrode dr1 is met een uitgangsklem u1 verbonden en eenbronelektrode sol met de aansluitklem s2 en met een uitgangsklem u2. Deuitgangsklemmen u1 en u2 kunnen met een vermogensschakeling gekoppeldworden. Is een grotere stroomsterkte aan uitgangszijde vereist bij eenbepaald type transistor T1 dan kunnen transistoren parallel geschakeldworden. Dit is met een weerstand en een transistor aangegeven die meteen onderbroken lijn zijn aangegeven. De werking van deschakelinrichting volgens de uitvinding is als volgt. De transistor T1wordt met de pulsen pi en p2, die van korte duur zijn (bijv. 1 psec),ingeschakeld respectievelijk uitgeschakeld. Wordt de puls p1 aangelegddan wordt de poort-bron capaciteit van de transistor Tl positiefopgeladen, via het stroompad T2, d3 en R2, waardoor T1 in geleidingkomt. Theoretisch blijft deze toestand bestaan, maar praktisch zalvanwege weglekken van lading uit de poort-bron capaciteit de transistorT1 gaan uitschakelen. Wordt de puls p2 aangelegd dan wordt de poort-broncapaciteit van de transistor T1 negatief opgeladen, via het stroompadT3, d4 en R2, waardoor de transistor T1 wordt uitgeschakeld. Theoretischblijft deze toestand bestaan, maar praktisch zal de transistor T1 naareen geleidingstoestand gaan. Worden de pulsen p1 en p2 gelijktijdigaangelegd dan zal een vorige toestand blijven bestaan. Omdissipatieproblemen te voorkomen moeten regelmatig pulsen wordentoegevoerd, bijvoorbeeld binnen 100 psec. De bewakingsinrichting wdvoorkomt dergelijke problemen, De bewakingsinrichting wd zorgt ernamelijk voor dat de vermogensveldeffekttransistor T1 niet in eenongewenste relatief langzame toestandsverandering kan komen tussen deaan- en uittoestand. Dit gebeurt als volgt. De pulsen p2 zijn er deoorzaak van dat via de diode di de condensator C negatief wordt opgeladen waardoor de MOS transistor T4 die van het verarmingstype isuit geleiding raakt. Als er niet regelmatig pulsen p2 worden toegevoerddan zal de condensator C tot 0 volt ontladen via de weerstand R3,waardoor uiteindelijk de transistor T4 gaat geleiden, die dan snel dei poort-bron capaciteit van de transistor T1 kortsluit waardoor detransistor T1 snel wordt uitgeschakeld en daardoor nooit lang in eenovergangstoestand zal blijven als de besturing wegvalt. Oe door R3 en Cbepaalde tijdkonstante bepaalt de "time out* periode. De weerstand R2dient ervoor om te zorgen dat er geen oscillaties tengevolge vanI transformatorspreidingszelfinductie en de poort-bron capaciteit van detransistor T1 kunnen ontstaan. De weerstand R1 heeft een overeenkomstigefunktie met betrekking tot de transistoren T2 en T3. De weerstand R1wordt zodanig gekozen dat poort-bron capaciteiten van T2 en T3 snelontladen kunnen worden zonder dat doorschot optreedt. Een i transformatieverhouding van de transformator TR kan aan de pulsamplitudevan de pulsen worden aangepast.

Fig. 2 laat een andere uitvoering van eenschakelinrichting volgens de uitvinding zien, om bij een bepaald typevermogensveldeffekttransistor hogere spanningen toe te laten aanvermogenszijde. De transformator TR bevat een primaire wikkeling w1zoals in fig. 1 en een aantal secundaire wikkelingen w2a, w2b en w2c.Vermogensveldeffekttransistoren T1a, Ttb en T1c staan met elkaar inserie en worden met aan fig. 1 identieke stuurschakelingen stl, st2 enst3 aangestuurd.

Binnen het kader van de uitvinding zijn voor de vakmanvele variaties mogelijk. Zo kan bijvoorbeeld met twee secundairewikkelingen en een serieschakeling van twee vermogensveldeffekttransis-toren, waarbij een belasting op een aftakking van de vermogensveldeffekt-transistoren wordt aangesloten en waarbij de secundaire wikkelingentegengesteld gewikkeld zijn een omschakelaar worden gebouwd.

Claims (3)

1. Schakelinrichting voor het aansturen van eenvermogensveldeffekttransistor, welke schakelinrichting eenscheidingstransformator bevat met een primaire wikkeling voor toevoervan een pulsvormig signaal en met ten minste één secundairewikkeling waarvan een eerste aansluitklem via een bron-put pad van eeninschakeltransistor met een poortelektrode van eenvermogensveldeffekttransistor gekoppeld is en waarvan een tweedeaansluitklem met een bronelektrode van de vermogensveldeffekttransistorgekoppeld is, waarbij een poortelektrode van de inschakeltransistor metde tweede aansluitklem gekoppeld is, met het kenmerk, dat de eersteaansluitklem via een bron-put pad van een uitschakeltransistor met depoortelektrode van de vermogensveldeffekttransistor gekoppeld is, dateen poortelektrode van de uitschakeltransistor met de tweedeaansluitklem gekoppeld is, waarbij voor inschakelen en uitschakelen vande vermogensveldeffekttransistor respectievelijk een pulsvormig signaalmet een eerste en een tweede polariteit aan de primaire wikkeling wordttoegevoerd, en dat de schakelinrichting een met de uitschakeltransistorgekoppelde bewakingsinrichting bevat om te bewaken of na toevoer van eenpulsvormig signaal met de tweede polariteit binnen een voorafbepaaldetijd weer een pulsvormig signaal met de tweede polariteit wordttoegevoerd.

2. Schakelinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk,dat de bewakingsinrichting een bewakingstransistor bevat waarvan eenpoortelektrode via een eerste diode met de putelektrode van deuitschakeltransistor gekoppeld is, waarvan een putelektrode via eentweede diode met de poortelektrode van de vermogensveldeffekttransistorgekoppeld is en waarvan een bronelektrode met de tweede aansluitklemgekoppeld is, en dat de bewakingsinrichting voorts eenparallelschakeling van een weerstand en een condensator tussen depoortelektrode en de bronelektrode van de bewakingstransistor bevat diede voorafbepaalde tijd bepaalt.

3. Schakelinrichting volgens conclusie 1 of 2, met hetkenmerk, dat de inschakeltransistor een HOS transistor van het verrijkingstype is, waarvan de putelektrode via een derde diode met depoortelektrode van de vermogensveldeffekttransistor gekoppeld is, en datde uitschakeltransistor een MOS transistor van het verarmingstype is,waarvan de putelektrode via een vierde diode met de poortelektrode van de vermogensveldeffekttransistor gekoppeld is.