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Realisierung eines Leistungsschalters mit definierter Strom-Slope

IP.com Disclosure Number: IPCOM000017151D
Original Publication Date: 2000-Jan-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-22
Document File: 3 page(s) / 89K

Publishing Venue

Siemens

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Leo Aichriedler: AUTHOR [+2]

Abstract

In der Halbleiterfertigungstechnik (etwa SPT, BCD, SmartMOS) soll für Anwendung in der Automobilelektronik ein Leistungsschalter (High-Side oder Low-Side) realisiert werden, bei dem der Stromgradient, also die Ableitung des Stromes I LOAD nach der Zeit, definiert und unabhängig ist von der Last resp. der zu schaltenden Spannung. Bei bisherigen Implementierungen wurde zur Begrenzung der Anstiegsgeschwindigkeit des geschalteten Stromes der Gate-Ladestrom des Leistungstransistors (in den gegebenen Technologien vorzugsweise DMOS-Vielzellen-Transistoren) begrenzt. In dieser Methode ist der Stromgradient aber schlecht definiert. Dazu ergibt sich im Bereich kleiner Gate- Source-Spannungen, also bei hochohmigem Schalter, aufgrund der in diesem Betriebspunkt sehr geringen Kapazität C DG ein sehr schnelles Abschalten. Dies ist insbesondere im Hinblick auf elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) sehr ungünstig und in vielen Anwendungen unerwünscht. (Figur 1)

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Bauelemente

Realisierung eines Leistungsschalters mit definierter Strom-Slope

Idee: Leo Aichriedler, Villach (Österreich); Franz Wachter, Villach (Österreich)

In der Halbleiterfertigungstechnik (etwa SPT, BCD, SmartMOS) soll für Anwendung in derAutomobilelektronik ein Leistungsschalter (High-Side oder Low-Side) realisiert werden, beidem der Stromgradient, also die Ableitung des Stromes I LOAD� nach der Zeit, definiert undunabhängig ist von der Last resp. der zu schaltenden Spannung.

Bei bisherigen Implementierungen wurde zur Begrenzung der Anstiegsgeschwindigkeit desgeschalteten� Stromes� der� Gate-Ladestrom� des� Leistungstransistors� (in� den� gegebenenTechnologien vorzugsweise DMOS-Vielzellen-Transistoren) begrenzt. In dieser Methodeist der Stromgradient aber schlecht definiert. Dazu ergibt sich im Bereich kleiner Gate-Source-Spannungen, also bei hochohmigem Schalter, aufgrund der in diesem Betriebspunktsehr geringen Kapazität C DG� ein sehr schnelles Abschalten. Dies ist insbesondere im Hinblickauf elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) sehr ungünstig und in vielen Anwendungenunerwünscht. (Figur 1)

Figur 1:� Konventioneller Leistungsschalter mit Flankensteuerung

Es� wird� daher� vorgeschlagen,� durch� Vorgabe� einer� linearen� Spannungsrampe V GS� � diegewünschte lineare Stromrampe I LOAD� zu erreichen. In der Beziehung I LOAD =k(V GS -Vth,DMOS)ist nämlich der Faktor k, die Transkonduktanz des Transistors, im Bereich der Sättigung desDMOS relativ konstant, wie in Figur 2 veranschaulicht.

Siemens Technik Report

Jahrgang 3� Nr. 6� Januar 2000

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Figur 2:� Eingangskennlinie eines DMOS-Leistungstransistors

Die zu erkennende Abflachung im Bereich der Einsatzspannung ist insofern günstig, als einekonstante Anstiegsgeschwindigkeit von V GS� eine unterproportionaleAnstiegsgeschwindigkeit des resultierenden Stromes bewirkt. Dies ist unter EMV-Gesichtspunkten vorteilhaft.

Die� Generierung� der� Spannungsrampe� wird� etwa� durch� eine� Schaltung� wie� in� Figur 3vorgenommen.

Figur 3:� Realisierung der Flankensteuerung

Die Spannungsrampe wird dabei durch (Ent-)Laden eines chip-internen Kondensators Cslopemit� einem� konstanten� Strom� erzeugt.� Die� so� generierte� Spannungsrampe� dient� alsEingangsspannung für die Differenzverstärker-Schaltung. Im Fall R 1 =R 3 , R 2 =R 4� ergibt sichfür deren Ausgangsspannung V OUT� und den Lasts...