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Monolithisch integrierte Anlaufstromquelle mit kapazitiv gekoppeltem Ansteuerelement (CoolMOS++)

IP.com Disclosure Number: IPCOM000010623D
Original Publication Date: 2003-Jan-25
Included in the Prior Art Database: 2003-Jan-25
Document File: 3 page(s) / 232K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Im nachfolgenden Text wird die Integration einer Anlaufstromquelle fuer getaktete Schaltnetzteile (switch mode power supply - SMPS) beschrieben. Bisherige Loesungen weisen das Problem auf, dass beim Start des SMPS die Versorgungsspannung des Control-ICs zunaechst noch auf Null Volt ist. Ziel ist es daher, eine Loesung anzugeben, mit die eine selbstanlaufende, monolithisch auf dem Leistungstransistor integrierte Stromquelle zur Ladung des IC Kondensators zur Verfuegung stellt. Als Stand der Technik existieren derzeit:  die Moeglichkeit einen hochohmigen Widerstand extern zwischen der Zwischenkreisspannung und dem IC-Kondensator zu verwenden. Diese Loesung wird heute im CoolSET F1 und F2 verwendet. Die Nachteile sind ein zusaetzlicher Widerstand, eine nicht zu unterschaetzende Verlustleistung, eine starke Variation der Anlaufzeit im wide-range-Betrieb mit Eingansspannungen von 85 V bis 240 V,  die direkte Anzapfung der Hochspannungsseite (Drainpotential) zwischen Leistungstransistor und Trafo (siehe Fig. 3, EP 0 585 847); setzt Hochvolt-IC Technologie voraus, bei IFX nicht vorhanden,  der Zwischenabgriff einer moderaten Spannung zwischen einem Niedervolt metal oxid semiconductor field effect transistor (MOSFET) und einem Hochspannungs- junction field effect transistor (JFET) nach den Patenten von Rumenik EP 0 618 622 Fig. 7 und Claim 13 und Balakrishnan EP 0 585 847 Fig. 4.. Die vorliegende Loesung des Problems ist eine Weiterentwicklung der Anmeldung 99P1679 DE (CoolMOS+) und bezieht diese vollinhaltlich mit ein. Bezueglich der Anwendung des Prinzips in der Applikation wird ferner auf die Anmeldung 101 08 131.6 verwiesen. In der Anmeldung 99P1679 DE wird das Gate einer Start-up (SU)-Zelle durch die Ladung einer oder mehrerer floatenden p-Saeulen, der sogenannten Gate drive (GD)-Zellen, aufgesteuert, womit der erwuenschte Anlaufstrom aus der Start-up-Zelle aufgesteuert wird. Zum Abschalten dieses Anlaufstroms wird das Potential der Gate-drive-Zelle auf das Potential der SU-Zelle geschaltet. Hierzu wurden die Gate-drive-Zellen mit einem eigenen Bondpad versehen und ihr Potential nach aussen gefuehrt. Damit ist das Verschalten mit dem Potential der SU-Zellen auf dem Contol-IC moeglich. Im Experiment zeigt sich jedoch, dass die Ladung der Gate-drive-Zellen sehr gering ist und bei Anlegen externer Lasten, insbesondere bei Ohmschen Lasten, nicht mehr zur Aufsteuerung der Start-up-Zellen genuegt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass zur Auffrischung der Ladung der Gate-drive-Zellen ein so genannter Refresh-Zyklus erforderlich ist.

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Monolithisch integrierte Anlaufstromquelle mit kapazitiv gekoppeltem Ansteuerelement (CoolMOS++)

Idea: Dr. rer. nat. Gerald Deboy, DE-Muenchen

Im nachfolgenden Text wird die Integration einer Anlaufstromquelle fuer getaktete Schaltnetzteile (switch mode power supply - SMPS) beschrieben.

Bisherige Loesungen weisen das Problem auf, dass beim Start des SMPS die Versorgungsspannung des Control-ICs zunaechst noch auf Null Volt ist.

Ziel ist es daher, eine Loesung anzugeben, mit die eine selbstanlaufende, monolithisch auf dem Leistungstransistor integrierte Stromquelle zur Ladung des IC Kondensators zur Verfuegung stellt.

Als Stand der Technik existieren derzeit:

[g183]die Moeglichkeit einen hochohmigen Widerstand extern zwischen der Zwischenkreisspannung und dem IC-Kondensator zu verwenden. Diese Loesung wird heute im CoolSET F1 und F2 verwendet. Die Nachteile sind ein zusaetzlicher Widerstand, eine nicht zu unterschaetzende Verlustleistung, eine starke Variation der Anlaufzeit im wide-range-Betrieb mit Eingansspannungen von 85 V bis 240 V,

[g183]die direkte Anzapfung der Hochspannungsseite (Drainpotential) zwischen Leistungstransistor und Trafo (siehe Fig. 3, EP 0 585 847); setzt Hochvolt-IC Technologie voraus, bei IFX nicht vorhanden,

[g183]der Zwischenabgriff einer moderaten Spannung zwischen einem Niedervolt metal oxid semiconductor field effect transistor (MOSFET) und einem Hochspannungs- junction field effect transistor (JFET) nach den Patenten von Rumenik EP 0 618 622 Fig. 7 und Claim 13 und Balakrishnan EP 0 585 847 Fig. 4..

Die vorliegende Loesung des Problems ist eine Weiterentwicklung der Anmeldung 99P1679 DE (CoolMOS+) und bezieht diese vollinhaltlich mit ein. Bezueglich der Anwendung des Prinzips in der Applikation wird ferner auf die Anmeldung 101 08 131.6 verwiesen.

In der Anmeldung 99P1679 DE wird das Gate einer Start-up (SU)-Zelle durch die Ladung einer oder mehrerer floatenden p-Saeulen, der sogenannten Gate drive (GD)-Zellen, aufgesteuert, womit der erwuenschte Anlaufstrom aus der Start-up-Zelle aufgesteuert wird. Zum Abschalten dieses Anlaufstroms wird das Potential der Gate-drive-Zelle auf das Potential der SU-Zelle geschaltet. Hierzu wurden die Gate-drive-Zellen mit einem eigenen Bondpad versehen und ihr Potential nach aussen gefuehrt. Damit ist das Verschalten mit dem Potential der SU-Zellen auf dem Contol-IC moeglich. Im Experiment zeigt sich jedoch, dass die Ladung der Gate-drive-Zellen sehr gering ist und bei Anlegen externer Lasten, insbesondere bei Ohmschen Lasten, nicht mehr zur Aufsteuerung der Start-up-Zellen genuegt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass zur Auffrischung der Ladung der Gate-drive-Zellen ein so genannter Refresh-Zyklus erforderlich ist.

Es wird daher vorgeschlagen, das Potential der Gate-drive-Zellen nicht mehr nach aussen zu fuehren, sondern monolithisch mittels eines oder weniger Kontaktloecher mit dem Gate einer oder weniger Start-up-Zellen zu verschalten. Damit ist die zu treibend...