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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.

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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...