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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. Bisher wurde zwischen Source und Massepotential ein sogenannter Shunt-Widerstand eingebaut, dessen Source-seitiges Ende über ein RC-Glied einem Stromüberwachungseingang des Ansteuer-ICs zuge- führt wurde.

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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...