• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:

    公开号:WO1988000413A1
    申请号:PCT/DE1987/000217
    申请日:1987-05-09
    公开日:1988-01-14
    发明作者:Peter Flohrs；Klaus Heyke；Hartmut Michel；Ulrich Nelle
    申请人:Robert Bosch Gmbh；
    IPC主号:H03K17-00
    专利说明:
    [0001] Transistoranordnung mit einem Endstufentransistor
    [0002] Stand der Technik
    [0003] Die Erfindung geht aus von einer Transistoranordnung mit einem Endstufenstransistor nach der Gattung des Hauptanspruchs.
    [0004] Aus der DE-OS 34 39 366 ist bereits eine Transistoranordnung mit einem als Darlington-Transistor ausgebildeten Leistungstransistor bekannt. Die Transistoranordnung dient als Zündungsendstufe zur Ansteuerung von Transistorzündungen in Kraftfahrzeugen. Hierfür ist in den Kollektor-Emitter-Kreis des Leistungstransistors die Primärwicklung einer Zündspule geschaltet. Damit eine möglichst hohe Zündspannung an der Sekundärseite der Zündspule erreicht wird, ist es nach dem Induktionsgesetz notwendig, daß der Strom durch die Primärwicklung der Zündspule möglichst rasch abgeschaltet wird.
    [0005] Bekanntlich vergeht beim Abschalten eines Transistors eine gewisse Zeit, bis der Transistor nach Beendigung der Basisansteuerung seine volle Sperrfähigkeit erlangt. Diese Ausschaltzeit wird vor allem durch in der Basisregion des Transistors gespeicherte Ladungsträger verursacht. Häufig spricht man auch von einer geladenen KollektorBasis-Kapazität des Transistors. Die Ausschaltzeit des Transistors ist daher verhältnismäßig lang, wenn zum Abschalten des Kollektorstroms einfach der Basisstrom unterbrochen wird. Sie läßt sich deutlich verkürzen, wenn die im Transistor gespeicherten Ladungsträger mit Hilfe einer Umkehrung des Basisstroms ausgeräumt werden. Entsprechendes gilt auch für Leistungstransistoren in Darlington-Schaltung, wobei aber eine minimale Schaltzeit nur dann erreicht werden kann, wenn nicht nur die Basis des Treibertransistors sondern auch die Basis des Endstufentransistors ausgeräumt wird. In vielen Anwendungsfällen ist es aus schaltungstechnischen Gründen allerdings nicht möglich, eine Umkehrung des Basisstroms zur Erreichung eines raschen Abschaltvorgangs durchzuführen.
    [0006] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Transistoranordnung mit einem Leistungstransistor zu finden, die eine möglichst geringe Ausschaltzeit des Leistungstransistors ermöglicht, auch wenn der Basisstrom zur Ausschaltung nur unterbrochen wird.
    [0007] Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Transistoranordnung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs erreicht.
    [0008] Vorteile der Erfindung
    [0009] Die erfindungsgemäße Transistoranordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den besonderen Vorteil, sehr einfach monolithisch integrierbar zu sein. Da ihre Funktion im wesentlichen unabhängig von den jeweiligen Transistordaten ist, weist sie eine sehr geringe Streuung der Ausschaltzeit innerhalb einer Serie auf. Sie ist daher besonders zuverlässig einsetzbar, wo an die Toleranz der Ausschaltzeit ein hoher Qualitätsanspruch gestellt wird, also insbesondere bei einer Verwendung als Zündungsendstufe zur Ansteuerung von Transistorzündungen in Kraftfahrzeugen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. So ist es besonders vorteilhaft, wenn dem Ausräumtransistor ein Folgetransistor nachgeschaltet ist, der die eigentliche Ausräumfunktion übernimmt. Damit dient der Ausräumtransistor nur zur Ansteuerung des Folgetransistors und kann daher besonders klein und leistungsarm in monolithisch integrierter Technik unter Verwendung von Diffusionsbereichen benachbarter Bauelemente realisiert werden. Weiterhin ist besonders vorteilhaft, wenn der Leistungstransistor durch eine Darlington-Transistoranordnung dargestellt ist, deren Basis-Emitter-Dioden durch parallele Widerstände überbrückt sind. Dann erfolgt eine Ausräumung der Basisregionen von nachgeschalteten Transistoren auch über die Widerstände und es wird eine geringe Abschaltzeit erreicht.
    [0010] Zeichnung
    [0011] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figur 1 zeigt ein Schaltbild des Ausführungsbeispiels, während Figur 2 eine mögliche Diffusionsstruktur auf einem Substrat zeigt.
    [0012] Beschreibung des Ausführungsbeispiels
    [0013] In Figur 1 ist das Schaltbild einer Transistoranordnung dargestellt, die eine Basisklerame B, eine Kollektorklerame C und eine Eraitterklemrae E aufweist. Die Transistoranordnung weist einen Endstufen-Darlington-Transistor, bestehend aus einem Treibertransistor T1 und einem Leistungstransistor T2 auf. Die Kollektoren der Transistoren T1, T2 sind geraeinsam an die Kollektorklemme C gelegt. Die Basis des Treibertransistors T1 führt zur Basisklemme B, während sein Emitter mit der Basis des Leistungstransistors T2 verbunden ist. Der Emitter des Leistungstransistors T1 führt dagegen zur Eraitterklemme E. Parallel zur Basis-Emitter-Diode des Treibertransistors T1 ist ein Widerstand R1 geschaltet, während entsprechend parallel zur Basis- Emitter-Diode des Leistungstransistors T2 ein Widerstand R2 geschaltet ist. Ein Widerstand R3 führt von der Basisklemme B zum Kollektor eines Transistors T3, der als Folgetransistor von einem Ausräumtransistor T4 angesteuert wird. Hierfür ist der Folgetransistor T3 mit der Basis an den Kollektor des Ausräumtransistors T4 angeschlossen, während der Emitter des Folgetransitors T3 an der Emitterklemme E liegt. Der Emitter des Ausräumtransistors T4 ist mit der Basisklemme B verbunden, während seine Basis mit der Kollektorklemme C verbunden ist. Der Leitfähigkeitstyp des Transistors TM ist invers zum Leitfähigkeitstyp der Transistoren T1, T2, T3.
    [0014] Die Funktionsweise des Endstufen-Darlington-Transistors T1, T2 und der Widerstände R1, R2 ist dem Fachmann bekannt und zur Vereinfacfhung der Darstellung darum hier nicht näher erläutert.
    [0015] Die Ausschaltzeit eines Leistungstransistors hängt stark von der Höhe der Übersteuerung oder Sättigung im eingeschalteten Zustand ab. Die Übersteuerung ist abhängig von der Verstärkung des Leistungstransistors und unterliegt daher wie diese starken Exemplarstreuungen. Durch den Ausräumtransistor T4 und den Folgetransistor T3 kann der Treibertransistor T1 zwar voll aufgesteuert werden, er gerät jedoch nicht in eine Übersteuerung. Denn wenn das Potential an der Kollektorklemme C in die Nähe des Emitterpotentials des Treibertransistors T1 gerät, wird der Ausräumtransistors T4 aufgesteuert und damit der Folgetransistor T3. Daraufhin fließt über den Widerstand R3 und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T3 Basisstrom von der Basis des Treibertransistors T1 ab, so daß einer Übersteuerung entgegengewirkt wird.
    [0016] Nach dem Abschalten des Basisstroms an der Basisklemme B sind noch Ladungsträger in den Basisregionen der Transistoren vorhanden. Die gespeicherte Ladung in der Basisregion des Folgetransistors T3 führt dazu, daß noch eine gewisse Zeit lang der Transistor T3 aufgesteuert bleibt. Dadurch wird auch die Basisregion des Transistors T1 und über die Widerstände R1 und R2 die Basisregion des Transistors T2 ausgeräumt. Es ist damit eine maximale Verkürzung der Ausschaltzeit der gesamten Transistoranordnung erreicht.
    [0017] In Figur 2 ist eine Diffusionsstruktur einer monolithischen Integration der in Figur 1 gezeigten Schaltung dargestellt, wie sie vor Aufbringen des metallischen Verbindungsnetzwerks auf der Oberfläche unter einem Mikroskop erscheinen könnte. Das Substrat zur Bildung des gemeinsamen Kollektors ist negativ dotiert und weist eine nicht dargestellte Rückseitenmetallisierung für den elektrischen Anschluß mit der Kollektorklemme C auf. Der rechte äußere Teil der in Figur 2 gezeigten Diffusionsstruktur stellt dementsprechend den Kollektorbereich C2 des Leistungsiransistors T2 dar, während der linke äußere Teil entsprechend die Kollektorzone C1 des Treibertransistors T1 darstellt. In die Kollektorbereiche werden anschließend positiv dotierte Basiszonen eingebracht. Die geometrische Form der Basiszonen entsteht durch Maskierung der nicht zu verändernden Bereiche. Und zwar entstehen gleichzeitig die Basiszone B1 des Treibertransistors T1 auf der linken Seite der Figur 2, die Basiszone B2 des Leistungstransistors T2 auf der rechten Seite der Figur 2 und es entsteht die Basiszone B3 des Folgetransistors T3, die zwischen den Basiszonen B1, B2 angeordnet ist. Die Basiszone B1 ist über zwei schmale außenliegende Stege mit der Basiszone B2 verbunden. Durch die Stege wird der Widerstand R1 gebildet. Ein der Basiszone B3 benachbarter Teil der Basiszone B1 stellt gleichzeitig den Emitter E4 des Ausräumtransistors T4 dar. Der dazwischenliegende negativ dotierte Bereich des Kollektorsubtrats stellt die Basiszone B4 des Ausräumtransistors T4 dar. Der Kollektor des Ausräumtransistors T4 wird auf diese Weise durch die Basiszone B3 des Folgetransistors T3 dargestellt, ohne daß eiie gesonderte Diffusion notwendig wäre. In die positiv dotierten Basiszonen B1, B2, B3 werden in bekannter Weise stark negativ dotierte Emitterzonen eingebracht. Auf der linken Seite der Figur 2 ist der Emitter E1 des Treibertransistors T1 dargestellt. Auf der rechten Seite ist entsprechend der Emitter E2 des Leistungstransistors T2 dargestellt. Kollektor C3 und Emitter E3 des Folgetransistors T3 werden durch zwei benachbarte kleine Zonen innerhalb der Basiszone B3 gebildet. Der Widerstand R3 wird durch eine kleine Ausbuchtung der Basiszone B1 gebildet. Er wird an die Kollektorzone C3 des Folgetransistors T3 mit einer in Figur 2 nicht dargestellten kleinen metallischen Verbindung angeschlossen. Der in Figur 2 nicht dargestellte Widerstand R2 entsteht durch einen kleinen Kurzschluß an einem Teil des an der Oberfläche des Substrats liegenden 3asis-Emitter-Übergangs des Leistungstransistors T2. Durch die Integration des Darlington-Endstufentransistors als Vertikalstruktur und das Ausräumtransistors mit Folgetransistor als benachbarte Horizontalstruktur wird also ein besonders geringer Flächenbedarf auf dem Substrat erreicht.
    权利要求:
    ClaimsAnsprüche
    1. Transistoranordnung mit einem Endstufentransistor (T1, T2), insbesondere einem Schalttransistor zum Schalten induktiver Lasten, dadurch gekennzeichnet,
    - daß ein Ausräumtransistor (T4) mit zum Endstufentransistor (T2) entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp so an den Endstufentransistor (T1, T2) angeschlossen ist,
    - daß die Basis (B4) des Ausräumtransistors (T4) mit dem Kollektor (C) des Endstufentransistors (T1, T2) verbunden ist,
    - daß der Emitter (E4) des Ausräumtransistors (T4) mit der Basis (B) des Endstufentransistors (T1, T2) verbunden ist, und
    - daß der Kollektor (C4) des Ausräumtransistors (T4) mit dem Emitter (E) des Endstufentransistors (T1, T2) verbunden ist.
    2. Transistoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor (C4) des Ausräumtransistors (T4) über die Basis-Emitter-Diode eines Folgetransistors (T3) mit dem Emitter (E) des Endstufentransistors (T1, T2) verbunden ist, wobei der Kollektor (C3) des Folgetransistors (T3) mit der Basis (B) des Endstufentransistors (T1, T2) verbunden ist.
    3. Transistoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kollektor (C3) des Folgetransistors (T3) und die Basis (B) des Endstufentransistors (T1, T2) ein Schutzwiderstand (R3) geschaltet ist.
    4. Transistoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Endstufentransistor durch einen Darlington-Transistor bestehend aus einem Treibertransistor (T1 ) und einem Leistungstransistor (T2) gebildet wird.
    5. Transistoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Basis-Emitter-Dioden des Darlington-Transistors (T1, T2) je ein Hilfswiderstand (R1, R2) geschaltet ist.
    6. Transistoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoranordnung auf einem Substrat monolithisch integriert ist, wobei der Endstufentransistor (T2) als Vertikaltransistor und der Ausräumtransistor (T4) als benachbarter Lateraltransistor integriert sind.
    类似技术:
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    公开号 | 公开日
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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:
    1988-01-14| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP US |
    1988-01-14| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1988-11-17| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1987902434 Country of ref document: EP |
    1989-04-19| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1987902434 Country of ref document: EP |
    1993-03-31| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1987902434 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE19863621396|DE3621396A1|1986-06-26|1986-06-26|Transistoranordnung mit einem endstufentransistor|
    DEP3621396.9||1986-06-26||DE19873785208| DE3785208D1|1986-06-26|1987-05-09|Transistoranordnung mit einem endstufentransistor.|
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