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Verbesserte Schaltung zur Reduktion des Querstroms eines Highside-Schalters beim schnellen Takten des dazugehoerigen Lowside-Schalters

IP.com Disclosure Number: IPCOM000012101D
Original Publication Date: 2003-May-25
Included in the Prior Art Database: 2003-May-25
Document File: 1 page(s) / 66K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

In einer Brueckenkonfiguration besteht die Gefahr, dass der ausgeschaltete Highside-Schalter (HS) durch ein schnelles Einschalten des Lowside-Schalters (LS) kapazitiv eingeschaltet wird. Dies verursacht unerwuenschte „Querstoeme“ ueber HS1 und LS1 vom Pluspol zur Masse (Abbildung 1). Eine Moeglichkeit das Problem zu loesen besteht darin, dass das Gate eine negative Vorspannung bezueglich des Source erhaelt (US-Patent 6185118). Der Nachteil einer solchen Beschaltung ist, dass parasitaere Effekte (Bipolar-Parasiten zwischen der Body-Diode des DMOS und Wannen) die negative Vorspannung reduzieren, da der Spannungsabfall am Widerstand durch den injizierten Strom vergroessert wird. Dies kann bereits bei Stroemen unter 1 A auftreten und verhindert das ordnungsgemaesse Funktionieren der Schaltung. Es wird vorgeschlagen, den Widerstand durch ein aktives Bauelement zu unterstuetzen oder zu ersetzen. Der parasitaere Strom verursacht nun einen wesentlich geringeren Spannungsabfall, so dass der volle Betrag der negativen Vorspannung erhalten bleibt. Die Ersetzung des Widerstandes ist deshalb von Vorteil, weil im eingeschalteten Zustand von HS1 kein Strom durch den Widerstand verloren geht, der im Lastzweig fliessen sollte. Entsprechend wird der Betriebsstrom im eingeschalteten Zustand erniedrigt. Das Grundlegende Prinzip ist in der Abbildung 2 zu erkennen. Im Vergleich zum oben genannten Patent wird ein Transistor M2 zum Widerstand R1 geschaltet. Wahlweise kann der Widerstand durch den Transistor auch ersetzt werden. Dieser Schalter wird eingeschaltet, wenn HS1 ausgeschaltet sein soll. Dadurch wird eine negative Gate-Source-Spannung beibehalten, auch wenn beim Fluten der Body-Diode von HS1 ein parasitaerer Storm Ipar injiziert wird. Der Einschaltwiderstand von M2 sollte so dimensioniert sein, dass die Zenerdiode D1 keinen Schaden nimmt, wenn der Strom durch sie hindurch fliesst. Ausserdem muss der injizierte Strom Ipar ausreichend auf die Masse abgeleitet werden.

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S

© SIEMENS AG 2003 file: ifx_2003J50116.doc page: 1

Verbesserte Schaltung zur Reduktion des Querstroms eines Highside- Schalters beim schnellen Takten des dazugehoerigen Lowside-Schalters

Idea: Ludwig Rossmeier, DE-Muenchen; Marcus Nuebling, DE-Muenchen

In einer Brueckenkonfiguration besteht die Gefahr, dass der ausgeschaltete Highside-Schalter (HS) durch ein schnelles Einschalten des Lowside-Schalters (LS) kapazitiv eingeschaltet wird. Dies verursacht unerwuenschte "Querstoeme" ueber HS1 und LS1 vom Pluspol zur Masse (Abbildung 1).

Eine Moeglichkeit das Problem zu loesen besteht darin, dass das Gate eine negative Vorspannung bezueglich des Source erhaelt (US-Patent 6185118).

Der Nachteil einer solchen Beschaltung ist, dass parasitaere Effekte (Bipolar-Parasiten zwischen der Body-Diode des DMOS und Wannen) die negative Vorspannung reduzieren, da der Spannungsabfall am Widerstand durch den injizierten Strom vergroessert wird. Dies kann bereits bei Stroemen unter 1 A auftreten und verhindert das ordnungsgemaesse Funktionieren der Schaltung.

Es wird vorgeschlagen, den Widerstand durch ein aktives Bauelement zu unterstuetzen oder zu ersetzen. Der parasitaere Strom verursacht nun einen wesentlich geringeren Spannungsabfall, so dass der volle Betrag der negativen Vorspannung erhalten bleibt. Die Ersetzung des Widerstandes ist deshalb von Vorteil, weil im eingeschalteten Zustand von HS1 kein Strom durch den Widerstand verloren geht, der im Lastzweig fliessen sollte. Entsprechend wird der Betriebsstr...