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Maximierung der Clamping-Energie bei parallelgeschalteten Transistoren

IP.com Disclosure Number: IPCOM000166842D
Original Publication Date: 2008-Feb-14
Included in the Prior Art Database: 2008-Feb-14
Document File: 3 page(s) / 66K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Eine Vielzahl von elektronischen Komfortfunktionen im Automobil wird von intelligenten Leistungshalbleitern angesteuert. Besonders in Bereich von Mehrkanal-Schaltern tritt oftmals die Anforderung der Parallelschaltung von zwei oder mehreren Kanaelen auf, um hoehere Stroeme bzw. Energien schalten zu koennen. Nur durch eine gleichmaessige Energieverteilung kann eine maximale Clamping-Energie erreicht werden. Bei der Parallelschaltung von mehreren Kanaelen ist aber darauf zu achten, dass die Energieverteilung entsprechend der Stromtragfaehigkeit, Waermekapazitaet bzw. Waermeleitfaehigkeit der einzelnen Kanaele abgestimmt ist. Ansonsten kann es zu Schaedigung bzw. Zerstoerung des Bauteiles kommen. Ein beispielhafter Schaltkreis fuer die vorgestellte Thematik ist in Abbildung 1 dargestellt, wo zwei Kanaele zum Schalten einer induktiven Last vorhanden sind. Bisher sind folgende Loesungen zur gleichmaessigen Verteilung von Energie bei parallelgeschalteten Transistoren bekannt.

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Maximierung der Clamping-Energie bei parallelgeschalteten Transistoren

Idea: Herbert Gietler, AT-Villach; Bernhard Auer, AT-Villach

Eine Vielzahl von elektronischen Komfortfunktionen im Automobil wird von intelligenten Leistungshalbleitern angesteuert. Besonders in Bereich von Mehrkanal-Schaltern tritt oftmals die Anforderung der Parallelschaltung von zwei oder mehreren Kanaelen auf, um hoehere Stroeme bzw. Energien schalten zu koennen. Nur durch eine gleichmaessige Energieverteilung kann eine maximale Clamping-Energie erreicht werden. Bei der Parallelschaltung von mehreren Kanaelen ist aber darauf zu achten, dass die Energieverteilung entsprechend der Stromtragfaehigkeit, Waermekapazitaet bzw. Waermeleitfaehigkeit der einzelnen Kanaele abgestimmt ist. Ansonsten kann es zu Schaedigung bzw. Zerstoerung des Bauteiles kommen. Ein beispielhafter Schaltkreis fuer die vorgestellte Thematik ist in Abbildung 1 dargestellt, wo zwei Kanaele zum Schalten einer induktiven Last vorhanden sind.

Bisher sind folgende Loesungen zur gleichmaessigen Verteilung von Energie bei parallelgeschalteten Transistoren bekannt.

Eine Loesung sieht die Einfuehrung einer Klemm-Ketten-Struktur fuer jeden Kanal vor. Z.B. fuer eine Klemmspannung von 52V werden ca. 8 Zenerdioden und eine Reverse-Vierpoldiode in Serie zum DMOS (Diffused Metal Oxide Semiconductor) Gate geschaltet. Diese Funktion begrenzt die Spannung zwischen Drain und Source durch Einschalten des DMOS, und fuehrt somit zum Clamping der in der Last gespeicherten Energie. Schliesst man jetzt zwei oder mehrere Kanaele parallel, (Drain auf Drain und Source auf Source. Gate bleibt "unbeeinflusst", da nur intern beschaltbar), kann es wegen der Toleranzen der Zenerdioden zu unterschiedlichen DMOS-Gate-Source-Spannungen waehrend des Clampings kommen und dadurch zu unterschiedlichen unerwuenschten Energieverteilungen. Aufgrund der gewuenschten, hoeheren Clamping-Energie im parallel geschalteten Fall kann es zu Zerstoerungen an einem Kanal kommen, wenn dieser eine niedrigere Klemmspannung als sein parallelgeschalteter Kanal aufweist, da dann die gesamte Energie in einem Kanal in Waerme umgesetzt wird.

Des Weiteren wurde eine zentrale Klemmschaltung eingefuehrt, um den Einfluss der Streuung der Zenerdioden zu eliminieren. Bei diesem Konzept bleibt jedoch das Problem bestehen, dass die DMOS-Transistoren unterschiedliche Einsatzspannungen und damit unterschiedliche Energieverteilungen besitzen. Dieses Problem kann auch durch ein Parallelschalten der Gates nicht beseitigt werden.

Daher ist es ein Nachteil jetziger Mehrkanal-Leistungsschalter, dass bei parallelgeschalteten Kanaelen zwar der doppelte/dreifache etc Nominalstrom im Betrieb garantiert w...