DE19701188A1

DE19701188A1 - Weichanlaufschaltung für selbstschwingende Treiber

Info

Publication number: DE19701188A1
Application number: DE19701188A
Authority: DE
Inventors: John Edward Parry; Peter N Wood
Original assignee: International Rectifier Corp USA
Current assignee: Infineon Technologies Americas Corp
Priority date: 1996-01-29
Filing date: 1997-01-15
Publication date: 1997-07-31
Also published as: KR100290574B1; GB2309596A; TW359942B; GB9700623D0; GB2309596B; US5796215A; JPH09219978A; IT1289197B1; KR970060666A; ITMI970135A1; JP3621217B2; FR2744298A1; FR2744298B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Weichanlaufschaltung für selbstschwingende Treiber für Gate-gesteuerte MOS-Leistungs- Halbleiter-Bauteile, insbesondere für ein Lampenvorschaltgerät mit Weichanlauf-Eigenschaften.

Eines der grundlegenden Probleme von selbstschwingenden MOSFET- Treibern, beispielsweise denen der IR-215X-Familie, wie sie von der Firma International Rectifier Corporation, El Segundo, Calif., USA, vertrieben wird, besteht darin, daß sie von Natur aus mit einer festen Frequenz arbeiten, wenn die R_T und C_T Eingänge mit festen Werten beschaltet sind.

Bei einer Vorschaltgeräte-Anwendung führt dies zu einer hohen Strombelastung der MOSFET-Bauteile, die in einer Halbbrücken schaltung geschaltet sind, sobald die Schwingung beginnt und nachdem eine Unterspannungs-(UV-)Unterbrechungs-Spannung über schritten ist.

In optimierten Vorschaltgeräte-Konstruktionen, bei denen die MOSFET-Bauteile so ausgewählt sind, daß sie eine ausreichende Betriebsleistung für den eingeschwungenen Zustand haben, er gibt der zusätzliche Anlaufstrom eine Überbelastung der MOS- FET-Bauteile, was zu einer hohen Ausfallrate führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Treiberschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine Überlastung der MOSFET-Halbleiter-Bauteile weitgehend verringert und ein weiches Anlaufen der Schaltung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patent anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Treiberschaltung beseitigt das vorstehend genannte Problem durch einen Weichanlauf der Last, beispiels weise einer Lampe, selbst nach einer Momentanunterbrechung der Eingangsleistung. Die Treiberschaltung beseitigt weiterhin die Notwendigkeit von PTC-Thermistor-Anlaufschaltungen, die von Natur aus eine schlechte Zuverlässigkeit aufweisen.

Die neuartige Treiberschaltung ergibt eine beträchtliche Ver besserung hinsichtlich der Kosteneinsparung und der Verringe rung der Bauteilzahl gegenüber bekannten Konstruktionen für alle Vorschaltgeräte, die selbstschwingende Treiberschaltungen ver wenden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer bekannten Halbbrücken- Vorschaltgeräte-Schaltung für Gasentladungslampen, wie zum Bei spiel Leuchtstofflampen,

Fig. 2 ein Schaltbild einer Treiberschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung ist eine grundlegende, bekannte selbstschwingende Halbbrücke, bei der die Frequenz einer Aus gangs-Rechteckschwingung durch die Werte von R_T und C_T bestimmt ist, die mit einer integrierten Halbleiterschaltung 10 verbunden sind, die vom Typ IR215X ist. Eine positive Spannung V₊ wird dem Anschlußstift V_CC über einen Vorschalt widerstand R_s zugeführt. Eine übliche Bootstrap-Schaltung, die aus einer Diode 12 und einem Kondensator 13 besteht, ist vorgesehen. Wie dies weiter oben angegeben wurde, ist es mög lich, daß ein hoher Anlaufstrom die Leistungs-MOSFETs 10 oder 11 beschädigt.

Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung verwendet die neuartige Weichanlauf-Vorschaltgeräte-Schaltung der vorliegenden Erfindung eine Dioden-Anordnung 20, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, um den Zeitsteuer-Kondensator C_T zu laden und zu ent laden. Die Dioden-Anordnung 20 besteht aus fünf Dioden vom Typ 1N914, und der Kondensator C_T weist eine Kapazität von 0,0022 µF auf. Der Widerstand R_T hat einen Widerstandswert von 24,5 Kiloohm. Bei der verbesserten Schaltung beginnt die Schwingung (wie in Fig. 1), sobald eine minimale Unterspannung V_UV überschritten ist. Weil jedoch die bidirektionale Dioden-Gruppe 20 einen Teil der Kondensator-Lade- oder -Entlade- Spannung subtrahiert, ist die Schwingfrequenz von R_T und C_T höher, als wenn keine Dioden vorhanden wären.

Wenn V_CC von V_UV auf die normale Betriebsspannung ansteigt, üblicherweise von ungefähr 9 Volt auf 15 Volt, so substrahiert die Diodenanordnung 20 eine konstante Spannung von der C_T- Lade-/Entlade-Spannung. Die C_T-Schaltpunkte sind 1/3 und 2/3 von V_CC, wobei diese Spannung ebenfalls ansteigt. Somit vergrößert sich auch die tatsächliche C_T-Schaltspannung eben falls proportional. Weil die Spannung der Diodengruppe konstant und unabhängig von V_CC ist, folgt hieraus, daß die Lade- und Entlade-Spannungen von C_T keine endlichen Werte von 1/3 und 2/3 von V_CC sind, sondern daß, wenn sich V_CC ändert, diese Spannungen eine lineare Funktion von V_CC sind, wie dies durch die folgende Gleichung beschrieben ist:

f_OSC ∝ 1/V_CC + k

worin k die Unterspannungs-Unterbrechungsspannung V_UV ist.

Im Betrieb ist die Frequenz zu Beginn der Schwingung hoch und nimmt ab, wenn V_CC ansteigt. Die Rate, mit der dieser Vorgang erfolgt, kann zur Durchführung eines zeitgesteuerten Vorheiz- Zyklus, eines nachfolgenden Lampen-Weichstarts in der Nähe der Resonanz und schließlich zur Zuführung eines gesteuerten Leistungspegels verwendet werden, wenn die endgültige Schwing frequenz erreicht ist. Jedesmal dann, wenn eine Leistungsunter brechung dazu führt, daß V_CC verringert wird, wird der Weichanlaufvorgang wiederholt.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der die Dioden 20 nach Fig. 2 durch eine 2-Volt-Zener-Diode 30 und einen Kondensator 31 ersetzt sind. Eine veränderliche positive Spannung wird dann an den V_CC-Anschluß der inte grierten Schaltung vom Typ IR215X angelegt. Es kann gezeigt werden, daß die Frequenz f_OSC oberhalb von V_UV proportional zu V_CC ist, was eine ideale Umgebungsbedingung für eine Vor schaltgeräte-Ansteuerschaltung mit weichem Anlauf ist.

Obwohl die vorliegende Erfindung bezüglich spezieller Ausfüh rungsformen beschrieben wurde, sind vielfältige andere Ab änderungen und Modifikationen sowie andere Anwendungen für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich.

Claims

1. Treiberschaltung für eine Resonanzlast zur Erzielung von Weichanlaufeigenschaften für die Resonanzlast, wobei die Treiberschaltung zwei Leistungs-MOSFETs aufweist, die in Form einer Halbbrücke mit der Resonanzlast verbunden sind, um diese Last mit einer Frequenz anzusteuern, die durch die Frequenz be stimmt ist, mit der die Leistungs-MOSFETs abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden, wobei eine Spannungsquelle V_CC mit den beiden Leistungs-MOSFETs verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung Schaltungsein richtungen mit Eingangsanschlüssen, die mit der Spannungsquelle V_CC verbunden sind, und Ausgangsanschlüsse aufweist, wobei Gate-Einschaltsignale an den Ausgangsanschlüssen erzeugt werden, die mit den Gate-Anschlüssen der beiden Leistungs-MOSFETs (10, 11) verbunden sind, daß die Betriebsfrequenz der Ausgangs anschlüsse durch das Eingangssignal an den Eingangsanschlüssen bestimmt ist, und daß Konstantspannungseinrichtungen (20; 30) mit den Eingangsanschlüssen verbunden sind, um eine konstante Spannung von der den Eingangsanschlüssen zugeführten Spannung zu subtrahieren, wodurch ein Weichanlaufen der Treiberschaltung hervorgerufen wird, wenn die Spannung V_CC in Richtung auf ihren Betriebswert ansteigt.

2. Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzlast ein Lampenvor schaltgerät ist.

3. Treiberschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantspannungseinrichtung eine Zenerdiode (30) umfaßt.

4. Treiberschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantspannungseinrichtung zumindest zwei Ketten von Dioden (20) umfaßt, die miteinander anti-parallel geschaltet sind.

5. Treiberschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzlast ein Lampenvor schaltgerät ist.

6. Treiberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Spannung an den Eingangs anschlüssen ändert, um eine Schwingfrequenz der Resonanzlast zu erzeugen, die proportional zum inversen Wert von V_CC plus einer Konstante ist.

7. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungseinrichtung mit Eingangs- und Ausgangsanschlüssen eine integrierte Schaltung der Familie IR215X ist.

8. Treiberschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsanschlüsse durch die R_T und C_T Anschlüsse der integrierten Schaltung gebildet sind.

9. Treiberschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Spannung an den Eingangs anschlüssen ändert, um eine Schwingfrequenz der Resonanz last hervorzurufen, die proportional zum inversen Wert von V_CC plus einer Konstante ist.

10. Treiberschaltung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzlast ein Lampenvor schaltgerät ist.