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  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Eine Schaltung zum Schutz gegen ein Fließen eines Rückwärtsstromes durch die Körperdiode eines FET-Leistungsschalter-Bauteils, der eine Last schaltet, wobei das Leistungsschalter-Bauteil Gate-, Source- und Drain-Anschlüsse aufweist und in Serie mit der Last geschaltet ist, die mit dem Source- oder Drain-Anschluss des Leistungsschalter-Bauteils gekoppelt ist, wobei die Last in der Lage ist, eine Spannung längs der Source- und Drain-Anschlüsse zu liefern, die ausreicht, um ein Leiten der Körperdiode hervorzurufen. Das Leistungsschalter-Bauteil wird durch eine Treiber-Ausgangsstufe gesteuert, die eine Treiber-Ausgangsstufen-Körperdiode aufweist, wobei die Treiber-Ausgangsstufe ein Substrat aufweist, das auf einen Substrat-Spannungspegel eingestellt ist. Die Schutzschaltung gegen ein Fließen eines Rückwärtsstromes umfasst eine Schaltung zum Ändern des Substrat-Spannungspegels der Treiber-Ausgangsstufe, derart, dass die Spannung längs der Treiber-Ausgangsstufen-Körperdiode kleiner als eine Spannung ist, die ausreicht, um ein Leiten der Treiber-Ausgangsstufen-Körperdiode hervorzurufen, wodurch es dem Leistungsschalter-Bauteil ermöglicht wird, den Rückwärtsstrom weiterzuleiten und ein Leiten der Körperdiode des Leistungsschalter-Bauteils zu verhindern.
    公开号:DE102004024111A1
    申请号:DE200410024111
    申请日:2004-05-14
    公开日:2004-12-16
    发明作者:Vincent Thiery
    申请人:Infineon Technologies Americas Corp；
    IPC主号:H01L27-04
    专利说明:
    [0001] DieErfindung bezieht sich auf Leistungsschalter und insbesondere aufLeistungs-Halbleiterschalter,die eine Last schalten, und weiter insbesondere auf eine Schutzschaltungzum Verhindern eines Fließenseines Rückwärtsstromesin der Körperdiode vonLeistungsschaltern, die Feldeffekt-Transistoren als die Leistungsschalter-Bauteileverwenden.
    [0002] DieseAnmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil der provisorischenUS-Patentanmeldung60/477 420 vom 10. Juni 2003 mit dem Titel „IMPROVED METHOD TO REMOTELYSENSE THE TEMPERATURE OF A POWER SEMICONDUCTOR IN PARTICULAR OFA POWER MOS DEVICE" und derprovisorischen US-Anmeldung 60/470 476 vom 14. Mai 2003 mit demTitel „CURRENTSENSING DRIVER OPERABLE IN LINEAR AND SATURATED REGIONS", deren Offenbarungdurch diese Bezugnahme hier mit eingefügt wird.
    [0003] Beitypischen Leistungsschaltern, wie sie in 1 gezeigt sind, schaltet ein Leistungsschalter 10, dereinen MOSFET umfasst, eine Last 20, beispielsweise einenMotor. Der Leistungsschalter 10 schließt den MOSFET-Abschnitt 10A undeine Körperdiode 10B ein.Der Leistungsschalter 10 wird durch einen Treiber 15 angesteuert.Bei einer typischen Kraftfahrzeug-Anwendung schaltet der Leistungsschalterdie Batteriespannung VDD an die Last 20 an, wie dies in 1 gezeigt ist. Es ist möglich, dassdie Last, beispielsweise ein Motor, arbeiten kann, um eine Gegen-EMKzu erzeugen, beispielsweise wenn der Motor als ein Generator wirkt,die höherals die Batteriespannung VDD ist. In einem solchen Fall fließt ein Rückwärtsstrom,der mit R bezeichnet ist, in der Schaltung durch die Körperdiode 10B desFET-Leistungsschalters, wenn der Leistungsschalter abgeschaltetist, weil eine Körperdiode 15B,die in dem Treiber-Ausgangsstufen-Transistor 15A enthaltenist, leitet. Die Treiberstufe ist typischerweise mit einer SubstratspannungS2 verbunden, die um die Spannung Vss schwimmen kann. Als Ergebnishiervon leitet, wenn die Spannung S2 eine Spannung erreicht, dieum 0,6 Volt oberhalb von VDD liegt, die Diode 15B, wasbewirkt, dass der Leistungsschalter 10 abgeschaltet istund was es ermöglicht,dass ein Rückwärtsstromin der Körperdiode 10B desLeistungsschalters 10 fließt. Dies ruft eine stärkere Erwärmung hervor,als wenn der Strom durch den Leistungs-MOSFET parallel zur Körperdiodefließenwürde,und kann den MOSFET beschädigen.
    [0004] Esist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, das Fließen vonRückwärtsströmen durchdie Körperdiodeeines Leistungsschalters zu verhindern, der einen MOSFET umfasst.
    [0005] DieZiele der Erfindung werden durch eine Schaltung zum Schutz gegendas Fließenvon Rückwärtsströmen durchdie Körperdiodeeines FET-Leistungsschalter-Bauteilserzielt, das eine Last schaltet, wobei das Leistungsschalter-BauteilGate-, Source- und Drain-Anschlüsseaufweist, wobei das Leistungsschalter-Bauteil in Serie mit der Lastgeschaltet ist, wobei die Last mit einem Source- oder Drain-Anschluss des Leistungsschalter-Bauteilsverbunden ist und die Last in der Lage ist, eine Spannung längs der Source-und Drain-Anschlüssezu erzeugen, die ausreicht, um ein Leiten der Körperdiode hervorzurufen, wobeidas Leistungsschalter-Bauteil durch eine Treiber-Ausgangsstufe miteiner Treiber-Ausgangsstufen-Körperdiodegesteuert wird, wobei die Treiber-Ausgangsstufe ein Substrat aufweist,das auf einen Substrat-Spannungspegel eingestellt ist, wobei dieSchutzschaltung gegen das Fließeneines Rückwärtsstromeseine Schaltung zum Änderndes Substrat-Spannungspegelsder Treiber-Ausgangsstufe derart aufweist, dass die Spannung längs derTreiber-Ausgangsstufen-Körperdiodekleiner als eine Spannung ist, die ein Leiten der Treiber-Ausgangsstufen-Körperdiodehervorruft, wodurch es ermöglichtwird, dass das Leistungsschalter-Bauteil den Rückwärtsstrom weiterleitet und verhindert,dass die Körperdiodedes Leistungsschalter-Bauteils leitet.
    [0006] Gemäß einemweiteren Gesichtspunkt umfasst die Erfindung eine Schaltung zumSchutz gegen das Fließeneines Rückwärtsstromesdurch die Körperdiodeeines FET-Leistungsschalter-Bauteils, das eine Last schaltet, wobeidas Leistungsschalter-Bauteil Gate-Source- und Drain-Anschlüsse aufweist, wobeidas Leistungsschalter-Bauteil in Serie mit der Last geschaltet istund die Last mit dem Source-Anschluss des Leistungsschalter-Bauteilsverbunden ist, wobei die Last in der Lage ist, eine Spannung an denSource-Anschluss zu liefern, die größer als die Spannung an demDrain-Anschluss ist, wobei das Leistungsschalter-Bauteil durch eineTreiber-Ausgangsstufe gesteuert wird, die eine Treiber-Ausgangsstufen-Körperdiode aufweist, wobei dieTreiber-Ausgangsstufe ein Substrat aufweist, das auf einen Substrat-Spannungspegeleingestellt ist, wobei die Schutzschaltung gegen ein Fließen einesRückwärtsstromeseine Schaltung zur Reduzierung des Substrat-Spannungspegels derTreiber-Ausgangsstufe derart aufweist, dass die Spannung längs der Treiber-Ausgangsstufen-Körperdiodekleiner als eine Spannung ist, die ein Leiten der Treiber-Ausgangsstufen-Körperdiodehervorruft, so dass das Leistungsschalter-Bauteil den Rückwärtsstromweiterleiten und verhindern kann, dass die Körperdiode des Leistungsschalter-Bauteilsleitet.
    [0007] WeitereMerkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus derfolgenden Beschreibung der Erfindung ersichtlich, die sich auf die beigefügten Zeichnungenbezieht.
    [0008] DieErfindung wird nunmehr ausführlicherin der folgenden ausführlichenBeschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, indenen:
    [0009] 1 eine bekannte Schaltungzeigt, die zeigt, wie ein Rückwärtsstromin einen Leistungsschalter fließenkann;
    [0010] 2 die Schaltung gemäß der Erfindung zeigt,die den Rückwärtsstromdurch die Körperdiode desLeistungsschalters beseitigt;
    [0011] 3 eine Stromquelle zeigt,die bei der Schaltung nach 2 verwendbarist; und
    [0012] 4 eine Schwingungsform zurErläuterungder Schaltung nach 4 zeigt.
    [0013] Gemäß 2 ist der Leistungsschalter 10 mitder Last, die beispielsweise einen Motor 20 umfasst, inder gezeigten Weise verbunden. In die Schaltung ist weiterhin eineStromquellenschaltung 30 eingeschaltet, die ein oder mehrereTransistoren umfasst, beispielsweise bipolare Transistoren 31,deren Basis oder deren Basen gemeinsam mit den Source-Anschlüssen desLeistungsschalters 10 verbunden sind. Der Emitter oderdie Emitter der Transistoren 31 sind mit der Basis oderden Basen über einenWiderstand R1 verbunden. Der Kollektor oder die Kollektoren derTransistoren 31 sind mit der Speisespannung VDD gekoppelt.Die Emitter sind über eineStromquelle 33 entweder mit der Spannungsquelle VSS oderirgendeinem anderen Potential verbunden, das in der Nähe des Erdpotentialsliegt.
    [0014] DerTreiber 15 weist eine Ausgangsstufe 15A auf, dietypischerweise einen MOSFET mit einer Körperdiode 15B umfasst.Die Körperdiode 15B leitet,wenn das Substrat (S2) der Treiberstufe eine Spannung von 0,6 Volt über VDDerreicht. Dies ergibt sich daraus, dass die n+-Knotendurch einen parasitärenbipolaren Transistor gegen VDD kurzgeschlossen werden, der in demMOSFET vorhanden ist.
    [0015] ImBetrieb leitet, wenn die Last eine Gegen-EMK oder irgendein Potential,das höherals die Batteriespannung VDD ist, die Körperdiode 15B nicht,weil die Transistoren 31 beim Ziehen der Substrat-AnschlussspannungS2 des Treibers in Richtung auf den VDD Spannungspegel einschalten,wodurch ein Rückwärtsstromin der Körperdiode 15 des Treibersverhindert wird. Die Substratspannung S2 wird reduziert, wie diesin 4 gezeigt ist. Die Stromquelle 33 bildeteine Stromsenke füreinen ausreichenden Strom von dem Substrat S2, um dies sicherzustellen,und somit zu verhindern, dass die Körperdiode 15B leitet.Typischerweise liegen die Ströme,die von der Stromquelle 33 als Stromsenke aufgenommen werden,in dem Bereich von Bruchteilen von Milliampere, was einen ausreichendenStrom darstellt, um ein Leiten der Körperdiode 15B zu verhindern.
    [0016] DerRückwärtsstromR von der Last 20 kann somit frei durch den eingeschaltetenLeistungsschalter 10 fließen, wie dies in 2 gezeigt ist, fließt jedochnicht in der Körperdiode 10B.
    [0017] 3 zeigt ein Beispiel derStromquellenschaltung 33. Der Strom (Gv-Vt)/R, worin Gvdie Spannung längsder Zenerdiode Dz und Vt die Schwellenwertspannung des bipolarenTransistors Q1 ist, fließtin dem Widerstand R. Der Stromspiegel, der die Transistoren Q2 undQ3 umfasst, erzeugt einen Strom ∝ (Gv-Vt)/Rin dem Drain-Source-Pfaddes Transistors Q3.
    [0018] 4 zeigt die Spannung S2an dem Substrat des Treibers 15 mit und ohne die Stromquelle. Wiedies gezeigt ist, reduziert die Stromquelle die Spannung an S2,um die Diode 15B des Treibers 15 an einem Leitenzu hindern, und dies ermöglichtes, dass der Treiber den Leistungsschalter 10 einschaltet,um den RückwärtsstromR von der Last aufzunehmen.
    [0019] Obwohldie vorliegende Erfindung bezüglich speziellerAusführungsformenbeschrieben wurde, sind vielfältigeandere Abänderungenund Modifikationen und andere Verwendungen für den Fachmann ersichtlich.Daher sollte die vorliegende Erfindung nicht durch die vorliegendespezielle Beschreibung sondern lediglich durch die beigefügten Ansprüche beschränkt sein.
    权利要求:
    Claims (7)
    [1] Schaltung zum Schutz gegen das Fließen einesRückwärtsstromesdurch die Körperdiodeeines FET-Leistungsschalter-Bauteils, das eine Last schaltet, wobeidas Leistungsschalter-Bauteil Gate-Source- und Drain-Anschlüsse aufweist,wobei das Leistungsschalter-Bauteil in Serie mit der Last geschaltet istund die Last mit dem Source- oder Drain-Anschluss des Leistungsschalter-Bauteilsverbunden ist, wobei die Last in der Lage ist, eine Spannung längs derSource- und Drain-Anschlüsse zu erzeugen,die ausreicht, um ein Leiten der Körperdiode hervorzurufen, wobeidas Leistungsschalter-Bauteil durch eine Treiber-Ausgangsstufe gesteuert wird, die eineTreiber-Ausgangsstufen-Körperdiodeaufweist, wobei die Treiber-Ausgangsstufe eine Substrat aufweist,das auf einen Substrat-Spannungspegel eingestellt ist, wobei dieSchutzschaltung gegen ein Fließeneines Rückwärtsstromeseine Schaltung zum Änderndes Substrat-Spannungspegelsder Treiber-Ausgangsstufe derart umfasst, dass die Spannung längs derTreiber-Ausgangsstufen-Körperdiode kleinerals eine Spannung ist, die ein Leiten der Treiber-Ausgangsstufen-Körperdiodehervorruft, wodurch es dem Leistungsschalter-Bauteil ermöglicht wird,den Rückwärtsstromweiterzuleiten und ein Leiten der Körperdiode des Leistungsschalter-Bauteils zuverhindern.
    [2] Schaltung zum Schutz gegen ein Fließen einesRückwärtsstromesdurch die Körperdiodeeines FET-Leistungsschalter-Bauteils, das eine Last schaltet, wobeidas Leistungsschalter-Bauteil Gate-, Source- und Drain-Anschlüsse aufweist,wobei das Leistungsschalter-Bauteil in Serie mit der Last geschaltet istund die Last mit dem Source-Anschluss des Leistungsschalter-Bauteilsverbunden ist, wobei die Last in der Lage ist, eine Spannung anden Source-Anschluss zu liefern, die größer als die Spannung an demDrain-Anschluss ist, wobei das Leistungsschalter-Bauteil durch eineTreiber-Ausgangsstufe mit einer Treiber-Ausgangsstufen-Körperdiodegesteuert wird, wobei die Treiber-Ausgangsstufe ein Substrat aufweist,das auf einen Substrat-Spannungspegel eingestellt ist, wobei dieRückwärtsstrom-Schutzschaltung eineSchaltung zur Verringerung des Substrat-Spannungspegels der Treiber-Ausgangsstufe derartumfasst, dass die Spannung längsder Treiber-Ausgangsstufen-Körperdiodekleiner als eine Spannung ist, die ausreicht, um ein Leiten derTreiber-Ausgangsstufen-Körperdiodehervorzurufen, wodurch es dem Leistungsschalter-Bauteil ermöglicht wird,den Rückwärtsstromweiterzuleiten und ein Leiten der Körperdiode des Leistungsschalter-Bauteils zuverhindern.
    [3] Schaltung nach Anspruch 2, bei der die Rückwärtsstrom-Schutzschaltungeine Stromquelle, die mit einem niedrigeren Potential-Spannungspegelgekoppelt ist, der ein Potential kleiner als die Drain-Anschluss-Spannungumfasst, und zumindest einen Transistor umfasst, der mit der Drain-Anschluss-Spannungdes Leistungsschalter-Bauteils und der Stromquelle gekoppelt ist,wobei die Stromquelle mit dem zumindest einen Transistor an einer gemeinsamenVerbindung gekoppelt ist, wobei ein Widerstand zwischen der gemeinsamenVerbindung der Stromquelle und dem zumindest einen Transistor unddem Source-Anschluss des Leistungsschalter-Bauteils eingeschaltetist, und wobei ein Steueranschluss des zumindest einen Transistorsmit dem Source-Anschluss gekoppelt ist.
    [4] Schaltung nach Anspruch 3, bei der der zumindesteine Transistor einen bipolaren NPN-Transistor umfasst, dessen Emittermit der Stromquelle an der gemeinsamen Verbindung gekoppelt ist,und dessen Kollektor mit der Drain-Anschlussspannung verbunden ist, wobeider Widerstand zwischen der Basis und dem Emitter eingeschaltetist und die Basis mit dem Source-Anschluss gekoppelt ist.
    [5] Schaltung nach Anspruch 3, bei der der untere Potentialspannungspegelein Potential nahe bei oder auf Masse umfasst.
    [6] Schaltung nach Anspruch 1, bei der der Substrat-Spannungspegeldurch die Rückwärtsstrom-Schutzschaltungauf einem Spannungspegel gehalten wird, der kleiner als ein Diodenspannungsabfalloberhalb der Drain-Anschluss-Spannung oder kleiner ist.
    [7] Schaltung nach Anspruch 3, bei der die Stromquelleeine Stromsenke füreinen ausreichenden Strom bildet, um die Treiber-Ausgangsstufen-Körperdiodean einem Leiten zu hindern.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2004-12-16| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2016-04-30| R016| Response to examination communication|
    2018-01-09| R082| Change of representative|Representative=s name: WESTPHAL, MUSSGNUG & PARTNER PATENTANWAELTE MI, DE |
    2018-10-01| R081| Change of applicant/patentee|Owner name: INFINEON TECHNOLOGIES AMERICAS CORP., EL SEGUN, US Free format text: FORMER OWNER: INTERNATIONAL RECTIFIER CORP., EL SEGUNDO, CALIF., US |
    2018-10-01| R082| Change of representative|Representative=s name: WESTPHAL, MUSSGNUG & PARTNER PATENTANWAELTE MI, DE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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