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Schaltungsanordnung zur Klemmung der Lastspannung bei High-Side Schaltern

IP.com Disclosure Number: IPCOM000017997D
Original Publication Date: 2001-Dec-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-23
Document File: 2 page(s) / 432K

Publishing Venue

Siemens

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Wolfgang Horn: AUTHOR

Abstract

Mit nachfolgender Idee soll das Problem gelöst wer- den, die bei einem integrierten High-Side Schalter beim Abschalten induktiver Lasten auftretende nega- tive Source-Spannung auf einen definierten Wert zu begrenzen. Ziel ist dabei, durch eine einfache Schal- tungsanordnung eine in weiten Grenzen einstellbare Klemmspannung zu erhalten. Da negative Spannun- gen (bezogen auf Substrat) gemessen werden müssen, können nur Bauteile verwendet werden, die unter Substrat abtauchen können. Eine gängige Methode für die Klemmung von High- Side Schaltern ist in Abb. 1 dargestellt. Die verwen- dete Zenerdiode muß unter Substrat abtauchen. Sol- che Dioden sind in BCD-Technologien (Bipolar CMOS DMOS) schwer zu realisieren und oft nicht vorhanden. Die Klemmspannung muß ein ganzzahli- ges Vielfaches der Durchbruchspannung der Zenerdi- ode betragen und bezieht sich auf das Gate des Leis- tungstransistors. Bezogen auf Source kommt noch die stromabhängige Gate-Source Spannung dazu, was zu einer ungenau definierten Klemmspannung führt.

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Energie

Schaltungsanordnung zur Klem-mung der Lastspannung bei High-Side Schaltern

Idee: Wolfgang Horn, A-Villach

Mit nachfolgender Idee soll das Problem gelöst wer-den,� die� bei� einem integrierten High-Side Schalterbeim Abschalten induktiver Lasten auftretende nega-tive Source-Spannung auf einen definierten Wert zubegrenzen. Ziel ist dabei, durch eine einfache Schal-tungsanordnung eine in weiten Grenzen einstellbareKlemmspannung zu erhalten. Da negative Spannun-gen (bezogen auf Substrat) gemessen werden müssen,können� nur� Bauteile� verwendet werden, die unterSubstrat abtauchen können.

Eine gängige Methode für die Klemmung von High-Side Schaltern ist in Abb. 1 dargestellt. Die verwen-dete Zenerdiode muß unter Substrat abtauchen. Sol-che Dioden� sind� in� BCD-Technologien� (BipolarCMOS DMOS) schwer zu realisieren und oft nichtvorhanden. Die Klemmspannung muß ein ganzzahli-ges Vielfaches der Durchbruchspannung der Zenerdi-ode betragen und bezieht sich auf das Gate des Leis-tungstransistors. Bezogen auf Source kommt noch diestromabhängige Gate-Source Spannung dazu, was zueiner ungenau definierten Klemmspannung führt.

Abb. 1

Abb. 2

Operations-Verstärker O1 vergleicht die Spannung anKnoten 2 mit einer Referenzspannung Vref und steu-ert die Stromquelle CS1 so, daß beide Spannungenidentisch sind. Dies funktioniert im Detail wie folgt:

Knoten 1 taucht unter Vref ab. Über R1 wird Knoten2 ebenfalls nach unten gezogen. O1 erhält damit einepositive Differenzspannung� am� Eingang� (Vref-V2)und steuert CS1 auf. Der Strom I1 fliesst dann durchR1 und erzeugt� einen� Spannungsabfall� V1=R1*I1.Dies setzt sich solange fort, bis Vout+V1=Vref, d.h.am Knoten 2 wieder Vref anliegt. Der Strom I1 istdabei� ein� Maß� für die Ausgangsspannung Vout:I1=(Vref-Vout)/R1.� Um� die Ausgangsspannung aufeinen definierten Wert zu begrenzen ist es nötig, dasGate� des� DMOS� T1� bei� Erreichen dieser Klemm-spannung aufzusteuern. Dies wird durch StromquelleCS2� erreicht,� die� einen� Strom I2=n*I1 liefert undebenfalls durch� O1� gesteuert� wird.� Die� Klemmungsetzt ein, sobald I2 größer wird als der EntladestromI3. Für die Klemmspannung gilt Vcl=Vref-(I3*R1)/n.

Da Knoten 2 durch das Schaltungsprinzip nicht unterVref absinkt, müssen außer R1 und T1 keine weiterenBauelemente unter Substrat abtauchen. Die Höhe derKlemm...