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Energieaufnahmeminimierte Ansteuerschaltung eines Leistungstransistors

IP.com Disclosure Number: IPCOM000017449D
Original Publication Date: 2001-Jan-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-22
Document File: 3 page(s) / 118K

Publishing Venue

Siemens

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Andreas Kucher: AUTHOR [+2]

Abstract

In der Halbleiter-Fertigungstechnologie (z.B. SPT, BCD, SmartMOS) soll für Anwendungen in der Automobilelektronik eine schnelle Ansteuerschaltung für einen NMOS-HS-Schalter realisiert werden, bei dem der statische Stromverbrauch minimiert wird. Bisher realisierte Lösungsansätze verwenden die in Abbildung 1 dargestellte Topologie. Im wesentlichen besteht die Ansteuerschaltung aus einem Lade- und einem Entladepfad. Um die Drain- Source-Spannung (V DS ) und dadurch die Verlustleistung in M1 möglichst klein zu halten, muß dessen Gatespannung um etwa 6 V höher sein als seine Drainspannung (V D ).

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Energie

Energieaufnahmeminimierte Ansteuerschaltung einesLeistungstransistors

Idee: Andreas Kucher, A - Villach; Leo Aichriedler, A - Villach

In der Halbleiter-Fertigungstechnologie (z.B. SPT, BCD, SmartMOS) soll für Anwendungen inder Automobilelektronik eine schnelle Ansteuerschaltung für einen NMOS-HS-Schalter realisiertwerden, bei dem der statische Stromverbrauch minimiert wird.

Bisher realisierte Lösungsansätze verwenden die in Abbildung 1 dargestellte Topologie. Imwesentlichen besteht die Ansteuerschaltung aus einem Lade- und einem Entladepfad. Um dieDrain- Source-Spannung (V DS ) und dadurch die Verlustleistung in M1 möglichst klein zu halten,muß dessen Gatespannung um etwa 6 V höher sein als seine Drainspannung (V D ).

Abbildung 1

Die bisherige Lösung der in Abbildung 1 dargestellten Schaltung hat 2 wesentliche Nachteile:

·� � Der Stromverbrauch aus V++� ist hoch, da die gesamte benötigte Ladung aus V++entnommen wird. Da in vielen Applikationen als Spannungsversorgung für den Ladepfad nurdie zu schaltende Spannung (V+) zur Verfügung steht, muß die in Abbildung 1 gezeichneteAnsteuerschaltung V++ am Chip synthetisiert werden. Um den dazu erforderlichen Aufwandzu minimieren, ist beim Entwurf der Ansteuerschaltung darauf zu achten, daß der kumulierteStromverbrauch an V++ möglichst gering gehalten wird.

·� � M1 hat eine hohe Verlustleistung. Bei den bisherigen Lösungen wurde immer ein Kompromißbezüglich Schaltgeschwindigkeit und Stromverbrauch gemacht. Geringer Ladestrom (Icharge)bedingt ein langsames Laden der Gatekapazität von M1. Dies führt zu einer hohenVerlustleistung in M1, bedingt durch die hohe Drain-Source-Spannung (V DS ) und einen hohen

Siemens Technik Report

Jahrgang 4� Nr. 10� Januar 2001

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Strom im Einschalten des Treibers im Leistungspfad. Die Verlustleistung in M1 beträgtP M1 =I LAST *V DS .

Die folgende Schaltung in Abbildung 2 reduziert den Energieverbrauch drastisch, indem derQuerstrom durch die Transistoren M3 und M5 minimiert wird. Dies hat einen minimalenstatischen Stromverbrauch bei guter dynamischer Performance zur Folge.

Das Einschalten der Treibers erfolgt in zwei Schritten: Erstens wird das Gate vomLeistungstransistor M1 über Transistor M2 aufgeladen, welcher durch den Schalter S1 aktiviertwird (S1 ist z.B. ein P-Kanal-Transistor). Das Gate von M1 wird bis zu einer...