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Kurzschlussabschaltung

IP.com Disclosure Number: IPCOM000020542D
Original Publication Date: 2003-Dec-25
Included in the Prior Art Database: 2003-Dec-25
Document File: 3 page(s) / 140K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Problematisch bei Leistungsschaltern ist besonders die Leistungsaufnahme des Schalters im Fall eines Kurzschlusses der Last am Leistungsschalter. Das Problem bezieht sich insbesondere auf immer hoeher integrierte Leistungsschalter, deren Leistungsdichte durch die verkleinerte Chipflaeche immer weiter vergroessert wird. Die vom Schalter zu beherrschende Leistung im Falle des Kurzschlusses ergibt sich einerseits aus der Kurzschlussspannung ueber dem Schalter und andererseits aus dem Kurzschlussstrom. Es soll nachfolgend eine neue Moeglichkeit aufgezeigt werden, einen verbesserten Kurzschlussschutz fuer Leistungsschalter im eingeschalteten Zustand zu realisieren. Abbildung 1 zeigt den exemplarischen zeitlichen Verlauf der Signale am Beispiel eines Highside-Leistungsschalters. Zum Zeitpunkt t1 wird der Kurzschluss angelegt und zum Zeitpunkt t2 wird der Schalter T1 ausgeschaltet, wobei die Abkommutierspannung durch die Gate-Drain-Zenerspannung an T1 bestimmt wird. Die zeitliche Zunahme des Stromes ergibt sich aus den induktiven Leitungsanteilen in den Zuleitungen und dem induktiven Anteil der Kurzschlussleitung selbst. Die maximale Leistung am Schalter T1 entsteht zum Zeitpunkt t2. Die zwei Moeglichkeiten die Leistung zu begrenzen bestehen darin, den maximalen Strom zum Zeitpunkt t2 und die Abkommutierspannung zu begrenzen. Fuer die Minimierung des Stromes ist die Zeit zwischen t1 und t2 zu minimieren, da die Steigung des Stromes durch die induktiven Leitungsanteile gegeben ist. Zu beachten ist das Problem, dass im Falle eines Kurzschlusses am Ausgang von T1 und die dadurch entstehenden hohen Stroeme, der zunehmende Spannungsabfall an der Zuleitungsinduktivitaet L1 dafuer sorgt, dass die interne Betriebsspannung zusammenbricht.

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S

Kurzschlussabschaltung

Idea: Rainald Sander, DE-Muenchen; Dr. Veli Kartal, DE-Muenchen

Problematisch bei Leistungsschaltern ist besonders die Leistungsaufnahme des Schalters im Fall eines Kurzschlusses der Last am Leistungsschalter. Das Problem bezieht sich insbesondere auf immer hoeher integrierte Leistungsschalter, deren Leistungsdichte durch die verkleinerte Chipflaeche immer weiter vergroessert wird. Die vom Schalter zu beherrschende Leistung im Falle des Kurzschlusses ergibt sich einerseits aus der Kurzschlussspannung ueber dem Schalter und andererseits aus dem Kurzschlussstrom. Es soll nachfolgend eine neue Moeglichkeit aufgezeigt werden, einen verbesserten Kurzschlussschutz fuer Leistungsschalter im eingeschalteten Zustand zu realisieren.

Abbildung 1 zeigt den exemplarischen zeitlichen Verlauf der Signale am Beispiel eines Highside- Leistungsschalters. Zum Zeitpunkt t1 wird der Kurzschluss angelegt und zum Zeitpunkt t2 wird der Schalter T1 ausgeschaltet, wobei die Abkommutierspannung durch die Gate-Drain-Zenerspannung an T1 bestimmt wird. Die zeitliche Zunahme des Stromes ergibt sich aus den induktiven Leitungsanteilen in den Zuleitungen und dem induktiven Anteil der Kurzschlussleitung selbst. Die maximale Leistung am Schalter T1 entsteht zum Zeitpunkt t2.

Die zwei Moeglichkeiten die Leistung zu begrenzen bestehen darin, den maximalen Strom zum Zeitpunkt t2 und die Abkommutierspannung zu begrenzen. Fuer die Minimierung des Stromes ist die Zeit zwischen t1 und t2 zu minimieren, da die Steigung des Stromes durch die induktiven Leitungsanteile gegeben ist. Zu beachten ist das Problem, dass im Falle eines Kurzschlusses am Ausgang von T1 und die dadurch entstehenden hohen Stroeme, der zunehmende Spannungsabfall an der Zuleitungsinduktivitaet L1 dafuer sorgt, dass die interne Betriebsspannung zusammenbricht.

Abbildung 2 zeigt die neue Loesung. Diese begrenzt den maximalen Strom zum Zeitpunkt t2 fuer minimale Betriebsspannungen. Wie bei modernen Leistungsschaltern ueblich wird auch hier ein Sensetransistor TSense, der zum Leistungstransistor T1 gespiegelt ist, mit einem Widerstand R1 in Serie ben...