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Schaltnetzteil-Überstromschutz durch Auswertung der Gate-Spannung am MOS FET

IP.com Disclosure Number: IPCOM000017845D
Original Publication Date: 2001-Oct-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-23
Document File: 2 page(s) / 176K

Publishing Venue

Siemens

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Peter Preller: AUTHOR

Abstract

Der Primärstrom eines Schaltnetzteiles soll auf einen höchsten zugelassenen Wert begrenzt werden, um eine Zerstörung von Bauteilen zu vermeiden.

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Energie

Der Primärstrom eines Schaltnetzteiles soll auf einenhöchsten zugelassenen  Wert  begrenzt  werden,  umeine Zerstörung von Bauteilen zu vermeiden.

Bisher wurde zwischen  Source  und  Massepotentialein sogenannter Shunt-Widerstand eingebaut, dessenSource-seitiges Ende über ein RC-Glied einemStromüberwachungseingang des  Ansteuer-ICs  zuge-führt wurde.

In der hier vorgestellten Schaltung ist ebenfalls einShunt- Widerstand notwendig. Auf das RC-Glied undeine  zusätzliche  Verbindung  zwischen  dem Shunt-Widerstand und dem Ansteuer-IC kann jedoch ver-zichtet werden. Die Neuerung gegenüber bisherigenSchaltungskonzepten  liegt  in  der  Ausweitung derGate-Spannung während der Einschaltzeit des MOSFETs, da diese über die Gate-Source-Kapazität mitzunehmendem  Drainstrom  ansteigt.  Während  derEinschaltzeit  des  MOS  FETs wird dessen Gate-Spannung überwacht.

Fig.1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Schaltungs-prinzips. Die Primärwicklung Lp eines Schaltnetzteil-Transformators Tr ist über einen MOS FET T1 undeinen Shunt- Widerstand R s  nach Masse verbunden.Das Gate  des  MOS  FETs  T1  ist  über  den  Gate-Widerstand R g  mit dem Ausgang OUT des Ansteuer-ICs IC1 verbunden. Zwischen Gate und Source vonT1 liegt die Kapazität C gs , zwischen Drain und Gatevon T1 liegt die Miller-Kapazität C ds . Beide Konden-satoren sind in Wirklichkeit interne Kapazitäten desTransistors T1 und müssen deshalb nicht als diskreteKondensatoren ausgeführt sein. Die Ausgangs-Treiberstufe des ICs IC1 besteht aus den TransistorenT2 und T3, welche zwischen den Klemmen V cc  undMasse angeordnet sind. Sie werden vom Ausgangs-Buffer B angesteuert.

Funktion der Überstrombegrenzung

Die Funktion der Überstrombegrenzung wird anhandvon Fig.2 erläutert.

Zwischen  den  Zeitpunkten  t1  und  t2  schaltet  derTransistor  T2  des  Ausgangstreibers durch und er-zeugt einen Einschaltimpuls am Ausgang OUT. DieAusgangsspannung V out  und die Gate-Spannung V gssteigen nahezu bis auf V cc -Pegel an. Wegen der blei-benden Basis-Emitter-Spannung von  T2  kann  derV cc -Pegel nicht ganz erreicht werden. Der DrainstromI d   zeigt  zunächst  eine  Einschaltstromspitze, da erstder sogenannte  Snubber-Kondensator  C sn   entladenwerden muss, der zwischen dem Drain-Anschluss vonT1  und  Masse  angeordnet  ist.  Danach  steigt der

Drainstrom linear bis zum Wert I d1  zum Zeitpunkt t2an. Es ist zu erkennen, dass nach dem Einschaltpunktt1 die Gate-Spannung V g  langsamer ansteigt als dieAusgangsspannung V out . Dieser Unterschied kommtdurch die Wirkung des RC-Gliedes aus dem Gate-Widerstand  R g   und  dem Gate-Source-KondensatorC gs  zustande. Die Einschaltstromspitze desDrainstromes I d  ist auch als Spannungsspitze an derSpannung V sr  zu sehen. Diese Spannungsspitze über-trägt sich aber nicht auf die Spannung V out , da V out  zudiesem Zeitpunkt noch wesentlich größer als V gs  istund der Widerstand R g  zwischen beiden Spannungenliegt. Durch R g  fließt ein S...