DE19739999C2 - Ansteuerschaltung für ein mittels Feldeffekt gesteuertes Leistungs-Halbleiterbauelement - Google Patents

Ansteuerschaltung für ein mittels Feldeffekt gesteuertes Leistungs-Halbleiterbauelement

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Description

Die Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung für ein mittels Feldeffekt gesteuertes Halbleiterbauelement gemäß den Merkma­ len des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Eine solche Ansteuerschaltung ist aus der US 5,506,539 be­ kannt. Die US 5,506,539 beschreibt eine Ansteuerschaltung für ein durch Feldeffekt gesteuertes Leistungs-Halbleiterbaue­ lement mit einem steuerbaren Widerstand, der aus den Elemen­ ten R3, R5 und Q2 gebildet wird, und über den ein Ansteuer­ signal dem Gate des Leistungs-Halbleiterbauelements zugeführt wird. Die Ansteuerschaltung weist weiterhin eine steuerbare Einrichtung Q4, in der Form eines Leistungs-MOSFET, auf, die zum Begrenzen der Gatespannung des Leistungs-Halbleiterbau­ element dient, indem der MOSFET zwischen das Gate und den Sourceanschluß des Leistungs-Halbleiterbauelements geschaltet ist. Die Ansteuerschaltung beinhaltet weiterhin eine Schutz­ schaltung 10, die den MOSFET Q4 ansteuert, wenn ein unnorma­ ler Zustand des Leistungs-Halbleiterbauelements 2 auftritt. Der steuerbare Widerstand wird bei Aktivierung der Schutz­ schaltung niederohmig geschaltet. Der steuerbare Widerstand der Ansteuerschaltung beinhaltet dabei einen Enhancement- MOSFET Q2.
Die DE 39 36 544 A1 beschreibt eine Schaltungsanordnung zum Erfassen eines Kurzschlusses einer mit einem Leistungs-MOSFET in Reihe liegenden Last, wobei die Drain-Source-Spannung mit einer Referenzspannung verglichen wird. Beim Übersteigen ei­ nes vorgegebenen Wertes wird ein zwischen dem Gate und dem Sourceanschluss liegender Schalter leitend gesteuert, der die Gate-Source-Kapazität des Leistungs-MOSFET entlädt. Der Schalter steuert gleichzeitig einen steuerbaren Widerstand in einen Bereich eines höheren Widerstandes, so dass zusätzlich der Ladestrom der Gate-Source-Kapazität verringert wird.
Die aus Fig. 3 der US 5,506,539 bekannte Ansteuerschaltung weist den Nachteil auf, dass der MOSFET Q2 in der Ansteuer­ strecke des Leistungs-Halbleiterbauelements 2 zu sperren be­ ginnt, wenn das Potential an dem Gate des Leistungs- Halbleiterbauelements ansteigt.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ansteuerschal­ tung für ein Leistungs-Halbleiterbauelement zur Verfügung zu stellen, die das Leistungs-Halbleiterbauelement sicher an­ steuert, sofern keine Abschaltbedingung für das Leistungs- Halbleiterbauelement vorliegt.
Dieses Ziel wird durch eine Ansteuerschaltung gemäß den Merk­ malen des Anspruchs 1 gelöst.
Zusätzliche Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprü­ che.
Bei der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung wird ein MOSFET als Steuerwiderstand eingesetzt, zwischen dessen Gate- und Source-Anschlüsse eine externe Kapazität geschaltet ist. Pa­ rallel zu der Drain-Source-Strecke des Steuerwiderstandes kann ein ohmscher Widerstand geschaltet sein.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand einer Fi­ gur, in der ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung gezeigt ist, näher erläutert.
In der Figur ist mit 1 eine Eingangsklemme bezeichnet, an welche das Ansteuersignal anlegbar ist. Diese Klemme 1 ist ü­ ber die Laststrecke eines Enhancement-MOSFET 4 mit dem Gate eines Leistungs-MOSFET 9 verbunden. Des weiteren ist die Ein­ gangsklemme 1 über einen Widerstand 9 und eine in Flussrich­ tung geschaltete Diode 3 mit dem Gate des Enhancement-MOSFET 4 verschaltet. Das Gate des Enhancement-MOSFET 4 ist über die Laststrecke eines Enhancement-MOSFET 6 mit Masse verbunden. Der Substratanschluss des Enhancement-MOSFET 4 ist ebenso mit Masse verschaltet. Mit 5' ist gestrichelt die Gate-Source- Kapazität des Enhancement-MOSFET 4 dargestellt. Das Bezugs­ zeichen steht für eine externe, parallel zur Gate-Source- Kapazität 5' geschaltete Kapazität. Eine Schutzschaltung 8 ist vorgesehen, welche die Spannung zwischen Drain und Source des Leistungs-MOSFET 9 abgreift. Die Schutzschaltung 8 er­ zeugt ein Ausgangssignal, das einerseits dem Gate des MOSFET 6 sowie andererseits dem Gate eines weiteren Enhancement- MOSFET 7 zugeführt wird. Die Laststrecke des MOSFET 7 ist zwischen Gateanschluss des Leistungs-MOSFET 9 und Masse ge­ schaltet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Leistungs-MOSFET 9 ein Low-Side-Schalter, dessen Drai­ nanschluss mit einer Anschlussklemme 10 und dessen Sour­ ceanschluss mit Masse verbunden ist. Zwischen Source und Drain des Enhancement-MOSFET 4 ist zusätzlich ein Widerstand 12 geschaltet.
Im Normalfall wird durch ein positives Ansteuersignal an der Eingangsklemme 1 sowohl die Gatekapazität 5' des Enhancement- MOSFET 4 als auch die externe Kapazität 5 durch die Diode 3 auf eben diese Ansteuerspannung aufgeladen und steuert somit den Enhancement-MOSFET 4 niederohmig. So lange die Schaltung normal arbeitet und kein Überstrom vorliegt, bleibt dieser Zustand erhalten. Im Kurzschlussfall wird die Überstrombe­ grenzungsschaltung 8 aktiviert und steuert sowohl den MOSFET 6 wie auch den MOSFET 7 an. Dadurch wird der MOSFET 6 leitend geschaltet und entlädt die Gatekapazität 5' des Enhancement- MOSFET 4. Durch diese Maßnahme erhöht sich der Widerstand der Laststrecke des Enhancement-MOSFET 4 und die Strombegrenzung des Leistungs-MOSFET 9 wird nun dadurch aktiviert, dass der MOSFET 7 leitend geschaltet wird und die Gate-Sourcespannung des Leistungs-MOSFET verringert.
Die Erfindung ist sowohl bei Low-Side-Schaltern, gemäß der Figur, wie auch bei High-Side-Schaltern anwendbar. Wesentlich ist, dass durch die Erfindung erreicht wird, dass der Gatewiderstand des Leistungs-MOSFET, d. h. die Laststrecke des Enhancement-MOSFET 4, im Normalbetrieb klein und im Kurz­ schlussfall groß ist. Die Erfindung kann in allen bekannten Technologien in integrierter Form ausgeführt werden.
Bezugszeichenliste
1
Eingangsklemme
2
Widerstand
3
Diode
4
steuerbarer Widerstand, Enhancement-MOSFET
5
externe Kapazität
5
' Gate-Source-Kapazität
6
MOSFET
7
MOSFET
8
Schutzschaltung
9
Leistungs-MOSFET
10
Anschlussklemme
12
Widerstand

Claims (5)

1. Ansteuerschaltung für ein mittels Feldeffekt gesteuertes Leistungs-Halbleiterbauelement (9) mit einem Widerstand (4), über den ein Ansteuersignal dem Gate (G) des Leistungs- Halbleiterbauelements (9) zugeführt wird, mit einer steuerba­ ren Einrichtung (7) zum Begrenzen der Gatespannung des Leistungs-Halbleiterbauelements (9), die zwischen den Gate- und Sourceanschluss (G, S) des Leistungs- Halbleiterbauelements (9) geschaltet ist, mit einer Schutz­ schaltung (8), die die steuerbare Einrichtung (7) ansteuert, wobei der Widerstand (4) ein steuerbarer Widerstand ist, der bei Aktivierung der Schutzschaltung (8) hochohmig geschaltet wird und bei Deaktivierung der Schutzschaltung (8) niederoh­ mig geschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Widerstand (4) die Laststrecke eines MOS­ FET (4) ist, der einen Gate- und einen Source-Anschluss auf­ weist, zwischen denen eine externe Kapazität (5) verschaltet ist.
2. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein ohmscher Widerstand (12) parallel zu der Laststrecke des MOSFET geschaltet ist.
3. Ansteuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schalteinrichtung (2, 3) vorgesehen ist, die in Abhängig­ keit des Ansteuersignals den als MOSFET (4) ausgebildeten, steuerbaren Widerstand niederohmig schaltet.
4. Ansteuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gateanschluß des den steuerbaren Widerstand bildenden MOSFET (4) und Masse die Laststrecke eines Enhance­ ment-MOSFET (6) geschaltet ist, der durch die Schutzschaltung angesteuert wird.
5. Ansteuerschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung einen Widerstand (2) und eine Diode (3) umfasst, die in Reihe zwischen Eingangsklemme (1) und Gate des als Enhancement-MOSFET ausgebildeten steuerbaren Widerstandes (4) geschaltet sind.
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