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Schaltung zur Leerlauferkennung eines Leistungsschalters

IP.com Disclosure Number: IPCOM000017218D
Original Publication Date: 2000-Apr-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-22
Document File: 2 page(s) / 17K

Publishing Venue

Siemens

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Heinz Zitta: AUTHOR

Abstract

Ob sich ein Leistungsschalter im Leerlaufzustand befindet oder nicht, wird üblicherweise über die Messung eines Leerlaufstroms festgestellt, der im Verhältnis zum nominellen Betriebsstrom des Leistungshalbleiters sehr klein ist. Es sind Meßverfahren bekannt, die zum Messen dieses Leerlaufstroms den Spannungsabfall am Leistungstransistor selbst als Maß für die Strommessung benutzen. Da jedoch insbesondere bei kleinen Leerlaufströmen der zu messende Spannungsabfall zu gering wird, um ihn auswerten zu können, sind Meßverfahren bekannt, bei denen der Rds-on des Leistungstransistors erhöht wird. Für derartige Meßverfahren wird jedoch eine rückgekoppelten Schaltung benötigt, die neben dem Nachteil des zusätzlichen Schaltungsaufwands vor allen Dingen latent zu Schwingungen neigt. Um die Nachteile der bekannten Meßverfahren zu umgehen, wird folgend eine neuartige Lösung vorgestellt, die für die erforderliche Erhöhung des Rds-on des Leistungstransistors, diesen in zwei unterschiedlich große Transistoren M 1 und M 2 mit einem definierten Größenverhältnis aufteilt. Im normalen Betriebsfall unter Nennlastbedingungen sind M 1 und M 2 parallel geschaltet, so daß bei Betriebsströmen die Drainspannung als Produkt (Rds-on * I) größer als ein vorgegebener Schwellwert V ref ist. Sinkt der Betriebsstrom, so daß die Drainspannung V ref unterschreitet, wird der Ausgang des Komparators K 1 in den Betriebszustand „High“ und das Flip Flop in den Betriebszustand „FF1“ gesetzt. Dadurch das der Flip Flop Ausgang Q statt eines „High“-Signals ein „Low“-Signal ausgibt, wird der größer dimensionierte Transistor M 2 abgeschaltet. Bei gleichem Laststrom steigt der Spannungsabfall sprunghaft an (vgl. - A). Sinkt der Betriebsstrom weiter ab, wird die Schwellspannung V ref2 unterschritten (vgl. - B). Entsprechend dem im Vergleich zu M 2 größeren Rds-on des Transistors M 1 entspricht dies einem wesentlich kleinerem Stromwert, der als Leerlaufstromschwelle identifiziert werden kann. Ein in die Schaltungsanordnung integriertes UND-Gatter liefert zur Signalisierung des Leerlaufzustandes das Ausgangssignal V out „High“. Steigt der Betriebsstrom wieder an, so wird die Leerlaufstromschwelle wieder überschritten (vgl. – C) und das UND-Gatter signalisiert V out „Low“. Bei einem weiteren Ansteigen des Betriebsstroms erreicht die Drainspannung V d einen zweiten Schwellwert V ref2 (vgl. – D). Ist dieser Schwellwert erreicht, wird mit Hilfe des Komparators K 2 der Flip Flop gesetzt und somit der größere Leistungstransistor M 2 wieder zugeschaltet.

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Bauelemente

Schaltung zur Leerlauferkennung eines Leistungsschalters

Idee: Heinz Zitta, Drobollach (Österreich)

Ob sich ein Leistungsschalter im Leerlaufzustand befindet oder nicht, wird üblicherweiseüber die Messung eines Leerlaufstroms festgestellt, der im Verhältnis zum nominellenBetriebsstrom des Leistungshalbleiters sehr klein ist. Es sind Meßverfahren bekannt, diezum Messen dieses Leerlaufstroms den Spannungsabfall am Leistungstransistor selbst alsMaß für die Strommessung benutzen. Da jedoch insbesondere bei kleinen Leerlaufströmender zu messende Spannungsabfall zu gering wird, um ihn auswerten zu können, sindMeßverfahren bekannt, bei denen der Rds-on des Leistungstransistors erhöht wird. Fürderartige Meßverfahren wird jedoch eine rückgekoppelten Schaltung benötigt, die nebendem Nachteil des zusätzlichen Schaltungsaufwands vor allen Dingen latent zuSchwingungen neigt.

Um die Nachteile der bekannten Meßverfahren zu umgehen, wird folgend eine neuartigeLösung vorgestellt, die für die erforderliche Erhöhung des Rds-on des Leistungstransistors,diesen in zwei unterschiedlich große Transistoren M 1� und M 2� mit einem definiertenGrößenverhältnis aufteilt. Im normalen Betriebsfall unter Nennlastbedingungen sind M 1� undM 2� parallel geschaltet, so daß bei Betriebsströmen die Drainspannung als Produkt (Rds-on *I) größer als ein vorgegebener Schwellwert V ref� ist. Sinkt der Betriebsstrom, so daß dieDrainspannung V ref� unterschreitet, wird der Ausgang des Komparators K 1� in denBetriebszustand „High“ und das Flip Flop in den Betriebszustand „FF1“ gesetzt. Dadurchdas der Flip Flop Ausgang Q statt eines „High“-Signals ein „Low“-Signal ausgibt, wird dergrößer dimensionierte Transistor M 2� abgeschaltet. Bei gleichem Laststrom steigt derSpannungsabfall sprunghaft an (vgl. - A). Sinkt der Betriebsstrom weiter ab, wir...