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Leistungselektronik / Stromversorgungen
High-Side-Schalter
Spannungs-Detektor
aus nur einem Transistor
Neuartige Schaltung zur Erkennung von Unter- und Überspannung
Eine neuartige Erkennungsschaltung für Unter- und Überspannung (UVOV) kann mit einer einfachen
Konfi guration erkennen, ob die Versorgungsspannung innerhalb des Arbeitsbereiches liegt. Die platzsparende
Schaltung benötigt nur einen Transistor für die Erkennung und ist zudem robuster gegen Offset und
Fehlanpassung.
Autoren: Duckki Kwon, Kyoungmin Lee, Eunchul Kang, Jaehyun Hann
Intelligente High-Side-Schalter kommen in vielen Anwendungen,
etwa in der Industrieelektronik und im Automotive- und
Haushaltsbereich, zum Einsatz. Normalerweise verfügen intelligente
High-Side-Schalter über eine Steuerung mit Selbstdiagnosefunktionen,
die eine Erkennung von Überstrom und offener
Last ermöglicht und Schäden verhindert. Eine der wichtigsten Diagnosefunktionen
ist die Erkennung von Unter- und Überspannung
(UVOV). Diese schaltet den High-Side-Schalter ab, sobald
die Versorgungsspannung außerhalb des Arbeitsbereichs liegt. Dadurch
wird ein Durchbruch auf Grund eines kurzzeitigen Einbruchs
der Versorgungsspannung oder bei Überschwingen verhindert.
In den bisherigen UVOV-Erkennungsschaltungen werden
normalerweise zwei Komparatoren mit zwei konstanten Referenzsignalen
für die unteren und oberen Spannungsgrenzwerte der
UVOV-Erkennung benötigt. Die zwei Komparatoren belegen allerdings
eine große Halbleiterfläche und haben einen hohen Stromverbrauch
und eine hohe Komplexität zur Folge. Die gezeigte
UVOV-Erkennungsschaltung benötigt dagegen nur einen Spannungsdetektor
anstatt zwei Komparatoren. Gegenüber den bisherigen
Lösungen lässt sie sich dadurch einfacher auf unterschiedliche
Prozesse portieren und ist zudem kostengünstiger.
Die neuartige UVOV-Erkennungsschaltung
Die hier vorgeschlagene UVOV-Erkennungsschaltung besteht aus
einem Pegelumsetzer, einer Spannungsklemmung, einem Spannungsregler
und einem Spannungsdetektor (Bild 1). Der Pegelumsetzer
setzt die Versorgungsspannung V BB
auf einen vorgegebenen
Pegel V shift
um, wobei die Spannungsklemmung die maximale
Spannung V A
am Knotenpunkt A auf eine vordefinierte Klemmspannung
V clamp
, begrenzt. Der integrierte Spannungsregler generiert
aus V BB
eine geregelte Spannung V reg
. Der Spannungsdetektor
vergleicht V B
und V reg
und generiert gegebenenfalls das UVOV-Signal
zum Abschalten des High-Side-Schalters. Um einen robusten
Betrieb sicherzustellen, verändert eine Hysterese-Schaltung zwischen
den Schaltungsknoten A und B den UVOV-Erkennungspegel
entsprechend dem bisherigen Status des UVOV-Signals. Bild 2
zeigt die Abhängigkeit der Spannungen V A
und V reg
von V BB
und
verdeutlicht damit das einfache Funktionsprinzip der vorgeschlagenen
UVOV-Erkennungsschaltung. Das Diagramm zeigt, dass
die Spannung V A
immer um einen gewissen Betrag kleiner ist als
V BB
, zudem wird sie bei Vclamp geklemmt. Zudem gewährleistet
V reg
eine konstante Spannung bei kleinen Werten von V BB
, während
bei höheren Werten von V BB
die Spannung immer um einen festen
Wert kleiner ist als V BB
. Solange V BB
innerhalb des Arbeitsbereiches
liegt, ist der konstante Spannungsabfall des Pegelumsetzers niedriger
als der des Spannungsreglers und somit die Spannung V A
immer
höher als V reg
. Liegt V BB
außerhalb des Arbeitsbereiches ist die
Spannung V A
in der vorgeschlagenen Schaltung dagegen niedriger
als V reg
. Sinkt die Spannung V BB
vom normalen Betriebsbereich auf
GND ab, dann sinkt auch V A
kontinuierlich auf GND. Dagegen
Bilder: Fairchild Semiconductor
Bild 1 (links): Vereinfachtes Modell der vorgeschlagenen UVOV-Erkennungsschaltung.
Bild 3 (rechts): Schaltplan der vorgeschlagenen UVOV-Erkennungsschaltung.
34 elektronik industrie 04 / 2011
www.elektronik-industrie.de
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