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DE102011001691B4 - Transistorschalteranordnung mit verbesserter Abschaltcharakteristik - Google Patents

Transistorschalteranordnung mit verbesserter Abschaltcharakteristik Download PDF

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DE102011001691B4
DE102011001691B4 DE102011001691A DE102011001691A DE102011001691B4 DE 102011001691 B4 DE102011001691 B4 DE 102011001691B4 DE 102011001691 A DE102011001691 A DE 102011001691A DE 102011001691 A DE102011001691 A DE 102011001691A DE 102011001691 B4 DE102011001691 B4 DE 102011001691B4
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gate electrode
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Martin Bulling
Elmar Hinrichs
Markus Mayer
Manfred Abele
Andreas Lusch
Stefan Raithel
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Vossloh Schwabe Deutschland GmbH
Vossloh Schwabe GmbH
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Vossloh Schwabe GmbH
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Abstract

Schaltungsanordnung (10), insbesondere für Wechselrichterschaltungen, mit einem Feldeffekttransistor (12), dessen Source-Elektrode (17) mit einem Bezugspotenzial (14), dessen Drain-Elektrode (18) mit einer Last (11) und dessen Gate-Elektrode (15) mit einer Ansteuerschaltung (24) verbunden ist, wobei die Ansteuerschaltung eine Treiberschaltung (19) und eine Ausräumschaltung (23) umfasst, die mit der Treiberschaltung (19), der Gate-Elektrode (15) und dem Bezugspotenzial (14) verbunden ist und die zwischen der Gate-Elektrode (15) und dem Bezugspotenzial (14) einen gesteuerten Strompfad (27) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausräumschaltung (23) einen ersten Widerstand (31), der in einem ersten Ausräumstrompfad (26) von der Gate-Elektrode (15) zu der Treiberschaltung (19) liegt, und einen zweiten Widerstand (32), der in einem zweiten Ausräumstrompfad (27) von der Gate-Elektrode (15) zu dem Bezugspotenzial (14) liegt, sowie einen Verstärker (29) aufweist, der den Spannungsabfall über dem zweiten Widerstand (32) anhand des Spannungsabfalls über dem ersten Widerstand (31) steuert, wobei der Verstärker einen Bipolartransistor (30) mit...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einem schaltenden Transistor insbesondere für Wechselrichterschaltungen.
  • Wechselrichterschaltungen und andere Schaltungen, bei denen Schalttransistoren im Schalterbetrieb betrieben werden, sollen möglichst steile Ein- und Ausschaltflanken erzeugen, um an dem Schalttransistor umgesetzte Verlustleistung möglichst klein zu halten. Als Schalttransistoren werden heute meist Feldeffekttransistoren oder Bipolartransistoren mit isolierter Steuerelektrode (IGBTs) eingesetzt. Bei beiden Transistorarten stellt die Steuerelektrode eine kapazitive Last für eine vorgeschaltete Treiberschaltung dar. Um steile Schaltflanken zu erzielen, muss diese kapazitive Last möglichst schnell auf- und vor allem entladen werden. Dies gilt insbesondere, wenn an den Schalttransistor eine induktive Last angeschlossen ist.
  • Die JP02113622 offenbart dazu eine Ausräumschaltung, bei der der Ausräumstrom zu einem geringen von einem Schaltkreisausgang und zu einem überwiegenden Teil von einem Stromverstärker aufgebracht wird. Der Stromverstärker ist durch einen in Kollektorschaltung arbeitenden, d. h. als Emitterfolger genutzten pnp-Transistor gebildet.
  • Eine ähnliche Schaltung ist aus der US 2003/0021073 A1 bekannt.
  • Weiter ist es aus der EP 1 581 999 B1 bekannt, zum Laden und Entladen der Gatekapazität eines MOSFET-Schalttransistors Stromquellen vorzusehen.
  • Bei höheren Schaltfrequenzen und/oder größeren Schalttransistoren können herkömmliche Treiberschaltungen, die als integrierte Schaltkreise verfügbar sind, schnell an ihre Grenzen kommen oder auch überlastet werden. Ein Beispiel für eine Treiberschaltung ist beispielsweise die kommerziell erhältliche integrierte Schaltung TDA 4862. Sie weist einen Gatetreiberausgang GTDRV auf, der ein zwischen Bezugspotenzial und Betriebsspannung pendelndes Potenzial aufweist und zum direkten Anschluss von MOSFETs eingerichtet ist.
  • Bei leistungskritischen Anwendungen kommt es insbesondere darauf an, die Abschaltflanke so steil wie möglich zu machen. Wird hierbei ein zu großer Ausräumstrom des angeschlossenen MOSFETs zugelassen, kann es zur Überlastung der Treiberschaltung kommen.
  • Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Konzept anzugeben, mit dem sich der Anwendungsbereich herkömmlicher Treiberschaltungen erweitern lässt.
  • Diese Aufgabe wird mit der Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 gelöst:
    Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung enthält eine Ansteuerschaltung für den Feldeffekttransistor, wobei zu der Ansteuerschaltung eine Treiberschaltung und eine Ausräumschaltung gehören. Die Ausräumschaltung weist einen gesteuerten Strompfad auf, der von der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors zu einem Bezugspotenzial führt. Dieser Strompfad wird vorzugsweise von dem von der Gate-Elektrode zu der Treiberschaltung fließenden Strom gesteuert und entlastet die Treiberschaltung. Außerdem beschleunigt er das Entladen der Gatekapazität des Feldeffekttransistors, so dass dessen Abschaltflanke versteilert wird. Insbesondere gelingt es damit, an dem Gate sehr schnell niedrige Spannungen zu erreichen, bei denen der Feldeffekttransistor abschaltet. Bei induktiven Lasten, bei denen der abzuschaltende Strom zumindest bei einigen Betriebsarten im Abschaltmoment durchaus von Null verschieden sein kann, wird ein verlustarmes Abschalten erreicht.
  • Der Feldeffekttransistor kann ein MOSFET, ein IGBT, ein Sperrschichtfeldeffekttransistor oder ein sonstiger Feldeffekttransistor sein. Seine Source-Elektrode ist direkt unmittelbar oder unter Zwischenschaltung anderer Bauelemente, wie bspw. eines Shuntwiderstands zur Stromkontrolle, eines Stromwandlers oder dergleichen, mit Bezugpotenzial (Masse) verbunden. Der Stromwandler kann bspw. dazu eine vorzugsweise nur wenige oder lediglich eine Windung umfassende Wicklung aufweisen, die zu einem Stromtransformator oder Übertrager gehört.
  • Der Feldeffekttransistor schaltet eine Last, die bspw. durch einen ohmschen Widerstand, eine induktive Impedanz oder eine sonstige lineare oder nichtlineare Impedanz gebildet wird, die von einer Versorgungsspannung zu der Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors führt. Alternativ kann an dieser Stelle auch ein anderer Schalttransistor angeordnet sein. Die Last ist dann zum Beispiel ein Lampenzweig mit einer Gasentladungslampe und einer vorzugsweise induktiven Impedanz, die z. B. durch eine Strombegrenzungsdrossel gebildet ist. Der Feldeffekttransistor gehört in diesem Fall zu einer Wechselrichterhalbbrücke. Der Lampenzweig kann zu einem kapazitiven Spannungsteiler, einem festen Speisepotenzial oder auch einer weiteren Wechselrichterhalbbrücke führen. In letzterem Fall ist er somit Teil einer Vollbrückenschaltung. Sowohl bei der Halbbrückenschaltung wie auch bei der Vollbrückenschaltung kann der Feldeffekttransistor als Bezugspotenzial mit Masse oder einer anderen, auch zeitlich variablen Spannung verbunden sein. Die Erfindung lässt sich also sowohl für den unteren, massebezogenen wie auch für den oberen, nicht massebezogenen Feldeffekttransistor anwenden.
  • Der Ausräumschaltung ist vorzugsweise ein Widerstand parallel geschaltet, der die Treiberschaltung mit der Gate-Elektrode verbindet. Dieser Widerstand dient der Begrenzung des Gate-Ladestroms beim Einschaltvorgang. In diesem Fall ist die Ausräumschaltung vorzugsweise inaktiv. Um dies zu erzielen, enthält die Ausräumschaltung vorzugsweise zwischen der Treiberschaltung und der Gate-Elektrode eine Diode. Im Fall positiver Betriebsspannung und negativerem Bezugspotenzial ist die Kathode der Diode zu der Treiberschaltung hin gepolt.
  • Die Ausräumschaltung weist einen Schaltungsknoten auf, an dem sich der Ausräumstrom in einem direkt zu der Treiberschaltung fließenden Anteil und in einen zu dem Bezugspotenzial fließenden Anteil aufteilt. Der letztgenannte Anteil fließt über den gesteuerten Strompfad. Vorzugsweise wird dieser Stromanteil durch einen Widerstand begrenzt, wobei ein Verstärker den Spannungsabfall über diesen Widerstand anhand des Spannungsabfalls steuert bzw. regelt, der über den von dem Gate des Feldeffekttransistors zu der Treiberschaltung führenden Widerstand abfällt. Auf diese Weise kann z. B. der zur Treiberschaltung fließende Ausräumstrom und der zum Bezugspotenzial fließende Ausräumstrom in einem festen Verhältnis oder wenigstens in einem Verhältnisbereich aufgeteilt werden. Dadurch wird eine sehr zuverlässige Stromaufteilung auch bei widrigen Umgebungsbedingungen, wie sehr niedrigen oder sehr hohen Temperaturen, möglich. Es kann sichergestellt werden, dass auch bei Worst-Case Betrachtungen ein Ausräumstrom, der an sich für die Treiberschaltung zu hoch wäre, niemals zur Überlastung der Treiberschaltung führt, weil immer ein ausreichender Anteil direkt gegen das Bezugspotenzial abgeführt wird. Andererseits kann zur Abfuhr auf das Bezugspotenzial ein relativ schwacher Transistor eingesetzt werden, weil umgekehrt sichergestellt wird, dass auch dieser Transistor nie den gesamten Ausräumstrom übernehmen muss. Dieser Umstand liefert doppelten Nutzen. Zum einen wird die Zuverlässigkeit erhöht und zum anderen können kleine und kostengünstige Bauelemente eingesetzt werden.
  • Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, der Beschreibung oder Unteransprüchen. Es zeigen:
  • 1 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einer schematisierten Darstellung,
  • 24 abgewandelte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schaltung und
  • 5 und 6 Spannungs- und Stromverläufe an der erfindungsgemäßen Schaltung als Zeitdiagramm.
  • In 1 ist eine Schaltungsanordnung 10 veranschaulicht, die eine Last 11 mit einem gepulsten Strom speist. Die Last 11 kann ein ohmscher Widerstand oder eine sonstige Impedanz sein. Es kann sich um Aktoren wie Magnete, Motoren oder dergleichen, wie auch um sonstige Stromverbraucher wie Heizelemente, Lichtquellen, Gluhlampen, LEDs oder dergleichen handeln. Die Last 11 kann auch eine Kombination aus mehreren Elementen, wie zum Beispiel mehreren Leuchtdioden, einer Gasentladungslampe mit Vorschaltdrossel und Freilaufdiode oder dergleichen mehr symbolisieren.
  • Zum Betrieb der Last 11 dient ein Feldeffekttransistor 12, über den, ausgehend von einer Betriebsspannung 13, ein Strompfad zu einem Bezugspotenzial 14 führt. Das Bezugspotenzial 14 wird hier als Masse-Nullpotenzial angenommen. Es kann sich aber auch um andere zeitlich konstante oder variable Potenziale handeln. Die Betriebsspannung 13 kann je nach Anwendungsfall im Bereich von wenigen Volt, zum Beispiel 10 oder 15 Volt bis hin zu mehreren Hundert Volt, zum Beispiel 300 oder 400 Volt, liegen. Der Feldeffekttransistor 12 ist hier als n-MOS-Transistor dargestellt. Es kann sich aber auch um sonstige Transistoren handeln, die Feldeffekte nutzen, wie beispielsweise Sperrschichtfeldeffekttransistoren, Bipolartransistoren mit isolierter Steuerelektrode (IGBTs) oder ähnliches. Insbesondere kann es sich um Feldeffekttransistoren mit hoher Steuerelektrodenkapazität handeln. Zur Veranschaulichung ist in 1 an die Gate-Elektrode 15 in gestrichelten Linien ein gegen Masse wirksamer Kondensator als Gatekapazität 16 eingetragen, der die Kapazitat der Gate-Elektrode 15 gegen Masse symbolisieren soll. Diese Gatekapazität 16 stellt kein eigenständiges Bauelement dar.
  • Mit seiner Source-Elektrode 17 ist der Feldeffekttransistor 12 direkt oder unter Zwischenschaltung weiterer Elemente mit Masse-Nullpotenzial 14 (oder einem sonstigen Bezugspotenzial) verbunden. Seine Drain-Elektrode 18 ist mit der Last 11 verbunden.
  • Die Steuerimpulse fur den Feldeffekttransistor 12 werden von einer Treiberschaltung 19 generiert, die vorzugsweise als integrierte Schaltung vorliegt. Es kann sich hier um jeden handelsüblichen Treiber IC, wie beispielsweise den TDA 4862 oder den IR 2153, handeln. Die Daten dieser integrierten Schaltungen sind herstellerseitig verfügbar. Als Quelle wird auf http://datasheetcatalog.com verwiesen. Die Treiberschaltung 19 enthält Ausgangstreibertransistoren 20, 21, die beide mit dem Ausgang 22 der Treiberschaltung 19 verbunden sind. Der Ausgangstreibertransistor 20 fuhrt mit seinem Emitter gegen Bezugspotenzial 14.
  • Zwischen dem Ausgang 22 und der Gate-Elektrode 15 ist eine Ausräumschaltung 23 angeordnet, die von einem Einschaltstrompfad 24 überbrückt ist. Dieser wird im einfachsten Falle von einem ohmschen Widerstand 25 gebildet, der einen Widerstand von einigen 10 Ohm, zum Beispiel 47 Ohm aufweisen kann. Bei einer Gatekapazität 16 von beispielsweise 3 nF und einer Betriebsfrequenz von zum Beispiel 47 kHz lassen sich somit ausreichend steile Einschaltflanken an dem Feldeffekttransistor 12 erzielen.
  • Zu der Ausräumschaltung 23 gehört ein erster Ausraumstrompfad 26, der von der Gate-Elektrode 15 zu dem Ausgang 22 führt, sowie ein zweiter Ausräumstrompfad 27, der von der Gate-Elektrode 15 gegen das Bezugspotenzial 14 führt. Der erste Ausraumstrompfad 26 dient der Steuerung des zweiten Ausräumstrompfads. Damit die beiden Ausräumstrompfade 26, 27 der Ausräumschaltung 23 beim Einschalten des Feldeffekttransistors 12 inaktiv sind, ist in dem ersten Ausräumstrompfad 26 eine Diode 28 angeordnet. Diese ist so gepolt, dass der Ausraumstrompfad 26 nur beim Abschalten des Feldeffekttransistors 12 Strom fuhrt. Bei einer vereinfachten Ausführungsform kann diese Diode 28 jedoch auch entfallen.
  • In dem zweiten Ausräumstrompfad 27 ist ein Verstärkerbauelement 29 angeordnet, das im bevorzugten Ausfuhrungsfalle als Bipolartransistor, zum Beispiel als pnp-Transistor 30 ausgebildet ist. Der erste Ausraumstrompfad 26 enthalt vorzugsweise zwischen der Diode 28 und der Gate-Elektrode 15 einen ersten Widerstand 31. Außerdem enthält der zweite Ausraumstrompfad 27 einen zweiten ohmschen Widerstand 32. Der zweite Widerstand 32 ist vorzugsweise geringer als der erste Widerstand 31. Vorzugsweise ist er zum Beispiel etwa halb so groß wie dieser. Bei der oben genannten Gatekapazität 16 von 3 nF kann der Widerstand 31 zum Beispiel 25 Ohm aufweisen, während der zweite Widerstand 32, 12 Ohm haben kann.
  • Der pnp-Transistor 30 ist mit seinem Emitter vorzugsweise mit dem Widerstand 32 und mit seinem Kollektor, vorzugsweise mit dem Bezugspotenzial 14 verbunden. Somit bildet die Emitter-Kollektorstrecke dieses pnp-Transistors 30 einen Teil des zweiten Ausraumstrompfads 27. Das Gate des pnp-Transistors 30 ist vorzugsweise mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 31 und der Diode 28 verbunden. Das Verstärkerbauelement 29 greift die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Widerständen 31, 32 ab. Mit anderen Worten, die Basisemitterspannung UBE des pnp-Transistors 30 entspricht der Differenz der beiden an den Widerständen 31, 32 abfallenden Spannungen. Damit wird der Strom in dem zweiten Widerstand 32 entsprechend dem Strom in dem ersten Widerstand 31 reguliert.
  • Die in soweit beschriebene Schaltungsanordnung 10 arbeitet wie folgt:
    Zu einem gegebenen Zeitpunkt t1 wird wie in 5 veranschaulicht der Feldeffekttransistor 12 eingeschaltet. Dazu muss die Gatespannung UG an seiner Gate-Elektrode 15 von Null (Bezugspotenzial) auf einen gegebenen Wert von zum Beispiel 15 Volt geführt werden. Dabei wird die Gatekapazität 16 über den Widerstand 25 aufgeladen. Dies geht mit einem gewissen Anstieg einher, wobei der Feldeffekttransistor 12 bereits bei relativ geringen Spannungen von zum Beispiel 5 oder 6 Volt einschaltet. In 5 ist dies durch eine gestrichelte, horizontale Line symbolisiert, die von der Vorderflanke 33 des UG-Impulses relativ schnell durchlaufen wird. Zudem ist die Einschaltflankensteilheit bei induktiven Lasten und dem Laststrom Null im Einschaltzeitpunkt unkritisch.
  • Nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne soll der Feldeffekttransistor 12 zu einem Zeitpunkt t2 wieder abgeschaltet werden, um den Laststrom zu sperren. Um die niedrige Abschaltspannung (gestrichelte horizontale Linie in 5) möglichst schnell zu erreichen, muss der Abschaltvorgang schnell ausgeführt werden. Dafür ist der Widerstand 25 zu hochohmig. Der Abschaltvorgang wird von der Ausräumschaltung 23 ausgeführt. Es wird dazu auf 6 verwiesen. Zu einem Zeitpunkt t2 springt das Potenzial an dem Ausgang 22 auf Null, dass heißt der Ausgangs-Treibertransistor 21 wird leitend. An der Gate-Elektrode 15 steht noch das zuvor gehaltene hohe Potenzial von zum Beispiel 15 Volt oder auch mehr an. Die Diode 28 wird dadurch leitend und es fließt ein durch den Widerstand 31 begrenzter Strom durch den ersten Ausraumstrompfad 26. Dieser Strom i1 ist zum Zeitpunkt t2 am größten und klingt dann ab (siehe 6). Er ist (bei entsprechender Schaltungsauslegung der Ausräumschaltung) auf einen Wert begrenzt, der von dem Ausgangs-Treibertransistor 21 gut vertragen wird. Er ist auch nicht zu gering. Er ist auf einen solchen Wert festgelegt, dass in der Treiberschaltung 19 möglicherweise vorhandene Überwachungsschaltungen den fließenden Ausraumstrom feststellen können und keine Fehlfunktion signalisieren.
  • Der Spannungsabfall uber dem Widerstand 31 wird, vermindert um die Basisemitterspannung UBE, auch an dem vergleichsweise niederohmigeren Widerstand 32 erzwungen. Insoweit arbeitet der Verstärker 29 als Emitterfolger. Entsprechend dem Widerstandsverhältnis der beiden Widerstände 31, 32 fließt somit ein höherer Strom i2 (6) durch den zweiten Ausräumstrompfad 27 direkt gegen Masse ab. Somit wird die Gatekapazitat 16 durch die Summe der beiden Ströme i1, i2 entladen, wobei im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel lediglich etwa ein Drittel des Endladestroms bzw. Ausräumstroms in den Ausgang 22 fließt. Durch entsprechende Anderung des Verhältnisses der Widerstände 31, 32 zueinander können auch wesentlich höhere oder niedriger Stromverhaltnisse erzielt werden.
  • 6 veranschaulicht den Abschaltvorgang in extremer Zeitdehnung. Der bei t2 begonnene Abschaltvorgang endet bei t2' wenn die Gatespannung UG die Abschaltspannung U0 unterschreitet. Es wird eine sehr steile Schaltflanke erzielt, die allein mit der Treiberschaltung 19, jedenfalls bei Feldeffekttransistoren 12 mit hoher Kapazität, nicht sicher zu erreichen gewesen wäre.
  • 2 veranschaulicht eine abgewandelte Ausführungsform der Schaltungsanordnung 10. Zur Verdeutlichung des Aufbaus und der Funktion wird unter Zugrundelegung der eingeführten Bezugszeichen vollständig auf die vorige Beschreibung verwiesen. Wiederum kann die Last 11 als Induktivität ausgebildet sein. Die Schaltungsanordnung 10 ist hier beispielsweise Teil eines Hochsetzstellers. Die Drain-Elektrode 18 des Feldeffekttransistors 12 ist zum Beispiel uber eine Diode 35 mit einem gegen Masse gepolten Kondensator 36 verbunden. Auch hier kann die besonders steile Hinterflanke 34 dazu genutzt werden, die Verlustleistung an dem Feldeffekttransistor 12 zu minimieren und den Wirkungsgrad der gesamten Schaltungsanordnung 10 zu verbessern.
  • 3 veranschaulicht, dass bei allen vorbeschriebenen Schaltungen nach 1 oder 2 die Source-Elektrode 17 des Feldeffekttransistors 12 zum Beispiel über einen Shunt 37 mit Masse-Bezugspotenzial 14 verbunden sein kann. Es wird so ein Abgriff 38 bereitgestellt, uber den der durch den Feldeffekttransistor 12 fließende Strom als Spannungsabfall messbar ist.
  • 4 veranschaulicht die Anwendung der vorgestellten Schaltungsanordnung 10 im Rahmen einer Halbbrückenschaltung oder Brückenschaltung. Der Feldeffekttransistor 12 ist wiederum direkt oder auch unter Zwischenschaltung des Shunts 37 mit Bezugspotenzial 14 verbunden. Anstelle der Last 11 stellt nun ein oberer Schalttransistor 39 die Verbindung zur Betriebspannung 13 her. Der Verbindungspunkt der beiden Transistoren 39, 12 kann mit der Last 11 verbunden sein. Das andere Ende der Last 11 kann mit einem festen zwischen Null und Betriebspannung liegenden Potenzial, mit einem kapazitiven Spannungsteiler oder mit einer weiteren Wechselrichterhalbbrücke verbunden sein. Hinsichtlich der Last 11 gelten alle im Zusammenhang mit der 1 getroffenen Ausführungen. Im Übrigen gilt für die Funktion der Ausführungsbeispiele nach 3 und 4 die Beschreibung des Ausführungsbeispiels nach 1 in vollem Umfang.
  • Weiter wird darauf hingewiesen, dass das Gate des Transistors 39 mit einer Ausräumschaltung verbunden sein kann, die mit der Ausraumschaltung 23 strukturell ubereinstimmt. Sie kann auch hinsichtlich der Bauelementewerte mit dieser übereinstimmen. Eine solche bildlich nicht dargestellte Ausräumschaltung ist dann eingangsseitig mit einem entsprechenden, nicht weiter veranschaulichten Ausgang der Treiberschaltung 19 verbunden. Das Verstärkerbauelement, kann z. B. ein entsprechender Transistor, z. B. wiederum ein pnp-Transistor sein. Der stromfuhrenden Zweig des Verstärkerbauelements, also z. B. sein Kollektor, ist mit einem Bezugspotenzial verbunden. Dies kann das Masse-Nullpotenzial 14 oder auch das an der Bezugselektrode des Transistors 39 anliegende Potenzial sein. Im Falle eines n-MOS-Transistors, wie er in 4 dargestellt ist, ist dies das an dem Verbindungspunkt zwischen den beiden Transistoren 12, 39 anliegende Potenzial. Wird als oberer Transistor ein p-MOS-Transistor angewendet, ist das Bezugspotenzial, mit dem die Ausraumschaltung 23 verbunden ist, die Betriebsspannung 13.
  • Die Verwendung einer Ausraumschaltung fur den oberen Transistor 39 ist unabhängig davon, ob der untere Transistor 12 mit einer Ausräumschaltung verbunden ist. Im Falle einer Halbbrücke ist wenigstens einer der Transistoren 12, 39 über eine Ausräumschaltung 23 angesteuert. Im Falle einer Vollbrückenschaltung sind ein, zwei, drei oder alle Transistoren der Vollbrücke jeweils über eine entsprechende Ausräumschaltung angesteuert.
  • In allen vorgenannten Ausführungsbeispielen konnen auch parallel geschaltete Transistoren uber die Ausraumschaltung angesteuert werden. Dabei können die Gates parallel geschalteter Transistoren individuell jeweils mit einer eigenen Ausraumschaltung verbunden sein. Es ist aber auch möglich, die Gates parallel geschalteter Transistoren miteinander zu verbinden und über eine gemeinsame, nach einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele ausgebildete Ausraumschaltung anzusteuern.
  • Zur Entlastung einer Treiberschaltung für einen Schalter mit kapazitiver Steuerelektrode sieht die Erfindung eine Ausraumschaltung 23 mit zwei Ausräumstrompfaden 26, 27 vor, wobei der Strom in dem zweiten Ausräumstrompfad 27 anhand des Stroms in dem ersten Ausräumstrompfad 26 gesteuert wird um ein wenigstens in Grenzen konstantes Verhältnis der beiden in den Ausräumstrompfaden fließenden Ausräumströme zu garantieren. Auf diese Weise wird die Überlastung einzelner Bauelemente auch bei widrigen Einsatzbedingungen wie hohen oder niedrigen Temperaturen, hohen Bauteiletoleranzen und dergleichen vermieden.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Schaltungsanordnung
    11
    Last
    12
    Feldeffekttransistor (MOSFET, IGBT o. a.)
    13
    Betriebsspannung
    14
    Masse-Nullpotenzial
    15
    Gate-Elektrode
    16
    Kondensator
    17
    Source-Elektrode
    18
    Drain-Elektrode
    19
    Treiberschaltung
    20
    Ausgangs-Treibertransistor
    21
    Ausgangs-Treibertransistor
    22
    Ausgang
    23
    Ausräumschaltung
    24
    Einschaltstrompfad
    25
    Widerstand
    26
    erster Ausräumstrompfad
    27
    zweiter Ausräumstrompfad
    28
    Diode
    29
    Verstärkerbauelement
    30
    pnp-Transistor
    31
    erster Widerstand
    32
    zweiter Widerstand
    33
    Vorderflanke
    34
    Hinterflanke
    35
    Diode
    36
    Kondensator
    37
    Shunt
    38
    Abgriff
    39
    Schalttransistor (MOSFET, IGBT o. ä.)

Claims (7)

  1. Schaltungsanordnung (10), insbesondere für Wechselrichterschaltungen, mit einem Feldeffekttransistor (12), dessen Source-Elektrode (17) mit einem Bezugspotenzial (14), dessen Drain-Elektrode (18) mit einer Last (11) und dessen Gate-Elektrode (15) mit einer Ansteuerschaltung (24) verbunden ist, wobei die Ansteuerschaltung eine Treiberschaltung (19) und eine Ausräumschaltung (23) umfasst, die mit der Treiberschaltung (19), der Gate-Elektrode (15) und dem Bezugspotenzial (14) verbunden ist und die zwischen der Gate-Elektrode (15) und dem Bezugspotenzial (14) einen gesteuerten Strompfad (27) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausräumschaltung (23) einen ersten Widerstand (31), der in einem ersten Ausräumstrompfad (26) von der Gate-Elektrode (15) zu der Treiberschaltung (19) liegt, und einen zweiten Widerstand (32), der in einem zweiten Ausräumstrompfad (27) von der Gate-Elektrode (15) zu dem Bezugspotenzial (14) liegt, sowie einen Verstärker (29) aufweist, der den Spannungsabfall über dem zweiten Widerstand (32) anhand des Spannungsabfalls über dem ersten Widerstand (31) steuert, wobei der Verstärker einen Bipolartransistor (30) mit einem Emitter und mit einem Kollektor umfasst, wobei der Emitter mit dem zweiten Widerstand (32) und der Kollektor mit dem Bezugspotenzial (14) verbunden ist.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Feldeffekttransistor (12) ein MOSFET, ein IGBT oder ein Sperrschicht-Feldeffekttransistor ist.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Source-Elektrode (17) über einen Shuntwiderstand (37) oder einen Stromwandler mit dem Bezugspotenzial (14) verbunden ist.
  4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausräumschaltung (23) ein Widerstand (25) parallel geschaltet ist, der die Treiberschaltung (19) mit der Gate-Elektrode (15) verbindet.
  5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausräumschaltung (23) eine zwischen der Treiberschaltung (19) und der Gate-Elektrode (15) angeordnete Diode (28) aufweist.
  6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bipolartransistor ein pnp-Transistor (30) ist.
  7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis des Bipolartransistors (30) mit der Diode (28) verbunden ist.
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