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Gateladeschaltung mit reduzierter Störemission

IP.com Disclosure Number: IPCOM000017570D
Original Publication Date: 2001-Apr-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-23
Document File: 2 page(s) / 37K

Publishing Venue

Siemens

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Dr. Frank Klotz: AUTHOR [+7]

Abstract

Bisher erfolgt die Gate-Spannungsversorgung von N-Kanal MOS-Transistoren in High-Side Schalter Konfiguration im wesentlichen über Ladungspumpenschaltungen. Deren Arbeitsprinzip besteht in der periodischen Ladung der Ladungspumpenkapazität gegen Masse und einer Entladung in die Gatekapazität des zu steuernden Transistors. Dieser Betrieb erzeugt periodische Lade- und Entladestromspitzen, die die Quelle unerwünschter elektromagnetischer Störungen darstellen. Durch eine Stromquellenversorgung der Ladungspumpenschaltungen lassen sich diese Störungen im stationären Betrieb (DC) des zu steuernden Schalters nahezu vermeiden, es muss nur der Entladestrom im Gatekreis kompensiert werden. Für den ersten Ladevorgang, in dem der Entladestrom nahezu ungebremst in die Gatekapazität fließen kann, eröffnet sich ein unkompensierter Störstrompfad (Gate-Source- Last-Masse). Dies hat Konsequenzen für gepulste Anwendungen (PWM-Betrieb), da hier dieser Störausbreitungsweg immer wieder eröffnet wird. Dieses Problem lässt sich dadurch beseitigen, dass die Gateladedepletion-Transistoren für die Schnelladung im ersten Moment aus der Versorgungsspannung und der hochfrequente Ladungspumpenstrom auf getrennten Pfaden zum Gateanschluß geführt werden. Somit wird nach wie vor eine schnelle Aufladung des Gates bis nahezu Vbb ermöglicht und das dU/dt der Schaltflanke nicht beeinflußt. Der für den Ladungspumpenstrompfad vorgesehene Depletion-Transistor wird dagegen so ausgeführt, dass er die Entladestromspitzen deutlich begrenzt. Die aus der Ladungspumpe zur Verfügung stehende Energie kann in einer Kapazität gegen Versorgungsspannung zwischengespeichert werden, so dass keine Verluste in der Ladungspumpe entstehen. Die Gate-Source Schutzstruktur wird nach den Gateladedepletion-Transistoren angeordnet. Das Einschalten der Ladungspumpe erfolgt verzögert zum Abschalten des Entladetransistors, um einen Kurzschluß der Pumpe zur Source des Leistungstransistors im ersten Moment des Einschaltens zu verhindern.

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Industrie

Gateladeschaltung mit reduzierter Störemission

Idee: Dr. Frank Klotz, München; Christoph Schulz-Linkholt, München;Martin Bertele, München; Zenko Gergintschew, München;Gerold Schrittesser, A-Köstenberg; Rainald Sander, München;Axel Christoph, A-Graz

Bisher erfolgt die Gate-Spannungsversorgung von N-Kanal MOS-Transistoren in High-SideSchalter Konfiguration im wesentlichen über Ladungspumpenschaltungen. Deren Arbeitsprinzipbesteht in der periodischen Ladung der Ladungspumpenkapazität gegen Masse und einerEntladung in die Gatekapazität des zu steuernden Transistors. Dieser Betrieb erzeugt periodischeLade- und Entladestromspitzen, die die Quelle unerwünschter elektromagnetischer Störungendarstellen. Durch eine Stromquellenversorgung der Ladungspumpenschaltungen lassen sich dieseStörungen im stationären Betrieb (DC) des zu steuernden Schalters nahezu vermeiden, es mussnur der Entladestrom im Gatekreis kompensiert werden.

Für den ersten Ladevorgang, in dem der Entladestrom nahezu ungebremst in die Gatekapazitätfließen kann, eröffnet sich ein unkompensierter Störstrompfad (Gate-Source- Last-Masse). Dieshat Konsequenzen für gepulste Anwendungen (PWM-Betrieb), da hier dieserStörausbreitungsweg immer wieder eröffnet wird. Dieses Problem lässt sich dadurch beseitigen,dass die Gateladedepletion-Transistoren für die Schnelladung im ersten Moment aus derVersorgungsspannung und der hochfrequente Ladungspumpenstrom auf getrennten Pfaden zumGate...