DE102005034365B3 - Schaltungsanordnung mit einem Leistungs-MOS-Transistor und einer Ansteuerschaltung - Google Patents

Schaltungsanordnung mit einem Leistungs-MOS-Transistor und einer Ansteuerschaltung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einem Leistungs-MOS-Transistor (M1), der einen Ansteueranschluss (G) und eine Laststrecke (D-S) aufweist, und mit einer Ansteuerschaltung. Die Ansteuerschaltung umfasst eine Treiberschaltung (10), die einen Eingang zur Zuführung eines Steuersignals (S1) und einen Ausgang (12) zur Bereitstellung einer Ansteuerspannung für den Leistungstransistor (I10) aufweist, wobei der Ausgang (12) an den Steueranschluss (G) des Leistungs-MOS-Transistors (M1) angeschlossen ist. Die Ansteuerschaltung weist außerdem eine Entladeschaltung (20) auf, die an den Steueranschluss des Leistungs-MOS-Transistors angeschlossen ist und die dazu ausgebildet ist, nach Maßgabe des Steuersignals (S1) einen von der Ansteuerspannung (Vgs) des Leistungs-MOS-Transistors (M1) abhängigen Entladestrom (I2) zu erzeugen, der mit kleiner werdender Ansteuerspannung (Vgs) abnimmt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einem Leistungs-MOS-Transistor und mit einer Ansteuerschaltung für diesen Leistungs-MOS-Transistor.
  • Leistungs-MOS-Transistoren, insbesondere Leistungs-MOSFET oder Leitungs-IGBT, werden zunehmend als steuerbare Schalter zum Schalten elektrischer Lasten eingesetzt. 1 zeigt ein Anwendungsbeispiel für einen als MOSFET M ausgebildeten Leistungs-MOS-Transistor zur Ansteuerung einer Last Z. Die Laststrecke (Drain-Source-Strecke) des MOSFET M ist dabei in Reihe zu der Last Z zwischen Klemmen für ein positives Versorgungspotential V+ und negatives Versorgungspotential bzw. Bezugspotential GND geschaltet. Bei leitend angesteuertem MOSFET M liegt annähernd die gesamte zwischen den Versorgungspotentialklemmen anliegende Versorgungsspannung über der Last Z an, während bei gesperrtem MOFET M die über der Last Z anliegende Spannung Null ist. Die Steuerung des MOSFET M erfolgt in bekannter Weise durch Anlegen einer Ansteuerspannung Vgs zwischen dessen Gate-Anschluss, der einen Steueranschluss bildet, und dessen Source-Anschluss S, der einen der Lastanschlüsse des MOSFET bildet. Eine Ansteuer- bzw. Treiberschaltung für diesen MOSFET M umfasst im einfachsten Fall eine steuerbare Spannungsquelle, die nach Maßgabe des Steuersignals S1 eine recheckförmige Eingangsspannung Vin erzeugt, und einen dem Gate-Anschluss des MOSFET M vorgeschalteten Widerstand Rg, der den Gate-Ladestrom bzw. den Gate-Entladestrom begrenzt.
  • Der MOSFET M leitet in bekannter Weise, wenn dessen Gate-Source-Kapazität Cgs, die in 1 ebenfalls dargestellt ist, bis auf einen Wert aufgeladen ist, der oberhalb der Einsatzspannung des MOSFET liegt. Entsprechend sperrt der MOSFET, wenn die Gate-Source-Kapazität Cgs bis auf einen Wert unterhalb der Einsatzspannung entladen ist.
  • Bedingt durch diese Gate-Source-Kapazität und weitere noch zu erläuternde Effekte führen Änderungen des Steuersignals S1 bzw. der Eingangsspannung Vin nur zeitverzögert zu einer Änderung des Schaltzustandes des MOSFET M, wie nachfolgend anhand von 2 erläutert wird.
  • 2 zeigt im oberen Teil beispielhaft den zeitlichen Verlauf des Steuersignals S1 bzw. den daraus resultierenden zeitlichen Verlauf der Eingangsspannung Vin. Diese Eingangsspannung nimmt zu einem ersten Zeitpunkt t1 einen oberen Spannungspegel V1 an der so gewählt ist, dass der MOSFET M sicher leitet, wenn diese Spannung V1 als Gate-Source-Spannung Vgs anliegt. Zu einem späteren Zeitpunkt t2 sinkt die Eingangsspannung Vin auf Null ab, um den MOSFET M zu sperren.
  • Nach dem Einschaltzeitpunkt t1 steigt die Gate-Source-Spannung Vgs für eine erste Zeitdauer T1 rasch bis auf einen Wert knapp oberhalb der Einsatzspannung des MOSFET M an. Die Gate-Source-Spannung Vgs bleibt dann für eine zweite Zeitdauer T2 annähernd auf einem konstanten Spannungsniveau, dem sogenannten "Miller-Plateau" bevor die Gate-Source-Spannung weiter bis auf den Wert der Eingangsspannung Vin ansteigt und der MOS-Transistor vollständig einschaltet. Mit T3 ist in 2 die Zeitdauer bezeichnet, während der der MOS-Transistor vollständig eingeschaltet ist. Diese Zeitdauer endet mit dem Abschaltzeitpunkt t2.
  • Nach diesem Abschaltzeitpunkt t2 sinkt die Gate-Source-Spannung Vgs bis auf den Wert des Miller-Plateaus ab, verbleibt dann für eine Zeitdauer T5 in etwa auf dem Niveau des Miller-Plateaus und sinkt danach rasch auf Null ab. Während einer Zeitdauer T4 nach dem Abschaltzeitpunkt t2, bis die Gate-Source-Spannung Vgs den Wert des Miller-Plateaus erreicht, ist der MOSFET M noch leitend und wird erst während der nachfolgenden Zeitdauer T5, während der die Gate-Source-Spannung Vgs auf dem Niveau des Miller-Plateaus langsam absinkt, abgeregelt. Die durch den Miller-Effekt bedingte vergleichsweise langsame Änderung der Spannung Vds über der Laststrecke des MOSFET M bzw. die korrespondierende Spannungsänderung über der Last Z ist im Hinblick auf eine Abflachung der Schaltflanken und damit im Hinblick auf eine Reduzierung von EMV-Störstrahlung erwünscht. Nicht erwünscht ist allerdings die Verzögerungszeit bzw. Totzeit T4 nach dem Ausschaltzeitpunkt T2 innerhalb der der MOSFET M noch vollständig leitet, bevor er während der nachfolgenden Zeitperiode T5 abgeregelt wird.
  • Die EP 0 744 098 B1 beschreibt eine Schaltungsanordnung mit einem Leistungs-MOSFET und einer Ansteuerschaltung, die in der Lage ist, den Entladestrom der Gate-Source-Kapazität des Leistungstransistors zu beeinflussen.
  • Die US 2004/0 104 743 A1 beschreibt eine Treiberschaltung mit reduzierter Verzögerungszeit.
  • Die DE 102 40 167 A1 beschreibt eine Schaltungsanordnung mit einem Leistungstransistor und einer Ansteuerschaltung für den Leistungstransistor. Die Ansteuerschaltung ist hierbei dazu ausgebildet, zur sperrenden Ansteuerung des Leistungstransistors den Gate-Entladestrom so einzustellen, dass dieser mit abnehmender Spannung über einer in Reihe zu dem Leistungstransistor geschalteten Last erhöht wird.
  • Die DE 198 55 604 C1 beschreibt eine Ansteuerschaltung für einen in Reihe zu einer Last geschalteten Leistungstransistor. Diese Ansteuerschaltung ist dazu ausgebildet, zur sperrenden Ansteuerung die Gate-Source-Kapazität zunächst mit einem großen Strom zu entladen, bis die Laststreckenspannung des MOSFET auf einen vorgegebenen Schwellenwert angestiegen ist, die Gate-Source-Kapazität anschließend mit einem kleine ren Entladestrom zu entladen, bis ein Laststrom auf einen unteren Schwellenwert abgesunken ist, und die Gate-Source-Kapazität abschließend wieder mit einem großen Entladestrom zu entladen.
  • Die WO 00/27032 beschreibt eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Leistungs-MOSFET, die den Gate-Entladestrom während des Abschaltvorganges mit abnehmender Spannung über einer in Reihe zu dem Leistungstransistor geschalteten Last stufenweise absenkt (vgl. 4).
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung mit einem Leistungs-MOS-Transistor und einer Ansteuerschaltung für den Leistungs-MOS-Transistor zur Verfügung zu stellen, bei welcher die Verzögerungszeit zwischen dem Beginn des Abschaltvorganges und dem tatsächlichen Beginn des Sperrens des Leistungs-MOS-Transistors reduziert ist.
  • Dieses Ziel wird durch eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist einen Leistungs-MOS-Transistor mit einem Ansteueranschluss und einer Laststrecke sowie eine Ansteuerschaltung für den Leistungs-MOS-Transistor auf. Die Ansteuerschaltung umfasst eine Treiberschaltung, die einen Eingang zur Zuführung eines Steuersignals und einen Ausgang zur Bereitstellung einer Ansteuerspannung für den Leistungstransistor aufweist, wobei der Ausgang an den Steueranschluss des Leistungs-MOS-Transistors angeschlossen ist.
  • Die Treiberschaltung kann eine herkömmliche, zur leitenden und sperrenden Ansteuerung eines Leistungs-MOS-Transistors geeignete Treiberschaltung sein.
  • Zusätzlich zu dieser Treiberschaltung weist die Ansteuerschaltung eine Entladeschaltung auf, die ebenfalls an den Steueranschluss des Leistungs-MOS-Transistors angeschlossen ist, und die dazu ausgebildet ist, nach Maßgabe des Steuersignals einen von der Ansteuerspannung des Leistungs-MOS-Transistors abhängigen Entladestrom zu erzeugen, der mit kleiner werdender Ansteuerspannung abnimmt.
  • Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist durch die Entladeschaltung sicher gestellt, dass die Ansteuerspannung des Leistungs-MOS-Transistors nach Beginn des Abschaltvorganges rasch absinkt, um dadurch die Verzögerungszeit zwischen dem Beginn des Abschaltvorgangs und dem Beginn des Sperrens des Leistungs-MOS-Transistors zu verkürzen.
  • Vorzugsweise weist die Entladeschaltung einen Entladetransistor mit einem Steueranschluss und einer Laststrecke auf, dessen Laststrecke an den Steueranschluss des Leistungs-MOS-Transistors angeschlossen ist und der nach Maßgabe des Steuersignals als Diode mit einer von der Ansteuerspannung des Leistungs-MOS-Transistors abhängigen Spannung betrieben wird.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
  • 1 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem Leistungs-MOS-Transistors zur Ansteuerung einer Last nach dem Stand der Technik.
  • 2 zeigt zeitliche Verläufe ausgewählter, in der Schaltung gemäß 1 vorkommender Signale während eines Einschalt- und eines Ausschaltvorganges des MOS-Transistors.
  • 3 zeigt ein erste Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, die eine Ansteuerschaltung mit einer Treiberschaltung und einer zusätzlichen Entladeschaltung aufweist.
  • 4 zeigt ein mögliches Realisierungsbeispiel für die Treiberschaltung.
  • 5 zeigt ein weiteres mögliches Realisierungsbeispiel für die Treiberschaltung.
  • 6 zeigt zeitliche Verläufe ausgewählter, in der Schaltung gemäß 3 vorkommender Signale während eines Abschaltvorganges des Leistungs-MOS-Transistors.
  • 7 zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinie eines in der zusätzlichen Entladeschaltung angeordneten, als Diode betreibbaren Entladetransistors.
  • 8 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
  • 9 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
  • In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Bauelemente und Signale mit gleicher Bedeutung.
  • 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einem Leistungs-MOS-Transistor und einer Ansteuerschaltung. Zum besseren Verständnis der Funktionsweise der Schaltungsanordnung ist in 3 ebenfalls eine Last Z dargestellt, die in Reihe zu einer Laststrecke des Leistungs-MOS-Transistors T1 zwischen Klemmen für ein positives Versorgungspotential V+ und ein negatives Versorgungspotential GND, das in dem Beispiel das Bezugspotential GND ist, geschaltet ist. Der MOS-Transistor T1 ist in dem Beispiel als MOSFET ausgebildet, der als Low-Side-Schalter verschaltet ist, dessen Laststrecke (Drain-Source-Strecke) also zwischen das Bezugspotential GND und die Last Z geschaltet ist. Ein Gate-Anschluss G dieses Leistungs-MOSFET T1 bildet dessen Steueranschluss.
  • Die Ansteuerschaltung für diesen Leistungs-MOSFET T1 umfasst eine Treiberschaltung 10 mit einem Eingangsanschluss 11 zur Zuführung eines Steuersignals S1 sowie mit einem Ausgang 12 zum Bereitstellen einer Ansteuerspannung Vgs für den MOSFET T1 bzw. zur Bereitstellung eines Lade- oder Entladestromes I10 für die Gate-Source-Kapazität Cgs des MOSFET T1, die in 3 der Vollständigkeit halber ebenfalls dargestellt ist.
  • Diese Treiberschaltung 10 kann einer herkömmlichen Treiberschaltung entsprechen, die dazu ausgebildet ist, nach Maßgabe des Steuersignals S1 den MOSFET leitend anzusteuern. Zur leitenden Ansteuerung liefert die Ansteuerschaltung 10 einen Ladestrom I10 für die Gate-Source-Kapazität Cgs, der entgegen der in 3 eingezeichneten Richtung fließt, und lädt die Gate-Source-Kapazität Cgs bis auf eine zur leitenden Ansteuerung des MOSFET ausreichende Ansteuerspannung auf. Zur sperrenden Ansteuerung liefert die Ansteuerschaltung einen Entladestrom, der in der in 3 eingezeichneten Richtung fließt, und entlädt die Gate-Source-Kapazität bis auf einen zur sperrenden Ansteuerung geeigneten Wert.
  • Ein einfaches Realisierungsbeispiel für eine solche Treiberschaltung 10 umfasst Bezug nehmend auf 4 einen Schalter 15, der nach Maßgabe des Steuersignals S1 den Ausgang der Treiberschaltung 12 über einen Widerstand R10 entweder an ein erstes Ansteuerpotential V1 oder an ein zweites Ansteuerpotential V2 anschließt. Das erste Ansteuerpotential V1 ist dabei so gewählt, dass der MOSFET M leitet, nachdem dessen Gate-Source-Kapazität Cgs über den Widerstand R10 auf den wert dieses Ansteuerpotentials V10 aufgeladen wurde. Das zweite Ansteuerpotential V2, das bei einem Low-Side-Schalter dem Bezugspotential GND entsprechen kann, ist so gewählt, dass der MOSFET M sperrt, wenn dessen Gate-Source-Kapazität Cgs über den Widerstand R10 bis auf den Wert dieses Ansteuerpotentials V2 entladen wurde.
  • 5 zeigt eine alternative Realisierungsmöglichkeit für die Treiberschaltung 10, die sich von der in 4 dargestellten darin unterscheidet, dass zwischen die Klemme für das erste Ansteuerpotential V1 und den Schalter 15 eine erste Stromquelle 13 geschaltet ist und zwischen die Klemme für das zweite Ansteuerpotential V2 und den Schalter 15 eine zweite Stromquelle 14 geschaltet ist. Diese Stromquellen 13, 14 sorgen dafür, dass der Lade- bzw. Entladestrom (I10 in 3) für die Gate-Source-Kapazität Cgs jeweils wenigstens annäherungsweise konstant ist, bis die Gate-Source-Kapazität Cgs auf den Wert des ersten Ansteuerpotentials V1 aufgeladen bzw. auf den Wert des zweiten Ansteuerpotentials V2 entladen ist.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die in den 4 und 5 dargestellten Realisierungsbeispiele für die Treiberschaltung 10 lediglich als Beispiele zu verstehen sind und dem besseren Verständnis dienen. Selbstverständlich sind beliebige weitere schaltungstechnische Realisierungen für die Treiberschaltung 10 einsetzbar.
  • Bezug nehmend auf 3 weist die Ansteuerschaltung zusätzlich zu der Treiberschaltung 10, die während des Abschaltvorganges des Leistungs-MOSFET T1 als Entladeschaltung wirkt, eine weitere Entladeschaltung 20 auf. Diese Entladeschaltung 20 ist ebenfalls an den Steueranschluss G des Leistungs-MOSFET T1 angeschlossen und ist dazu ausgebildet, nach Maßgabe des Steuersignals S1 während des Abschaltvorganges einen zu dem Entladestrom der Ansteuerschaltung 10 zusätzlichen Entladestrom I2 zu erzeugen, der von der Ansteuerspannung, d.h. von der Gate-Source-Spannung Vgs, des Leistungs-MOSFET T1 abhängig ist und der mit kleiner werdender Gate-Source-Spannung Vgs abnimmt.
  • In dem Beispiel gemäß 3 weist die Entladeschaltung 20 zur Bereitstellung des zusätzlichen Entladestromes einen Entladetransistor T2 auf, der in dem Beispiel ebenfalls als MOS-FET ausgebildet ist und dessen Laststrecke (Drain-Source-Strecke) parallel zu der Ansteuerstrecke bzw. Gate-Source-Strecke des Leistungs-MOSFET T1 und damit parallel zu der Gate-Source-Kapazität Cgs des Lasttransistors T1 geschaltet ist. Dieser Entladetransistor T2 wird nach Maßgabe des Steu ersignals S1 als Diode betrieben, die einen zusätzlichen Entladestrompfad für die Gate-Source-Kapazität Cgs bereitstellt, oder sperrend betrieben. Zur Ansteuerung dieses Entladetransistors T2 ist ein Schalter 21 vorhanden, der durch das Steuersignal S1 angesteuert ist und der den Gate-Anschluss des Entladetransistors T2 wahlweise an den Gate-Anschluss des Leistungs-MOSFET T1 bzw. den Drain-Anschluss des Entladetransistors T2 anschließt oder an den Source-Anschluss des Entladetransistors T2 anschließt. Der Entladetransistor T2 wird als Diode betrieben, wenn dessen Gate-Anschluss G mit dessen Drain-Anschluss D bzw. dem Gate des Leistungs-MOSFET T1 kurzgeschlossen ist. Der Entladetransistor T2 sperrt, wenn dessen Gate und Source über den Schalter 21 miteinander kurzgeschlossen sind.
  • Die Ansteuerung des Schalters S1 erfolgt in nicht näher dargestellter Weise derart, dass der Entladetransistor T2 während des Abschaltvorganges des Leistungs-MOSFET T1 als Diode betrieben wird, was nachfolgend anhand von 6 erläutert wird.
  • 6 zeigt beispielhaft die zeitlichen Verläufe des Steuersignals S1, des durch die Treiberschaltung 10 aufgenommenen Entladestroms I10, des durch die zusätzliche Entladeschaltung 20 bewirkten zusätzlichen Entladestroms I2 sowie der Gate-Source-Spannung Vgs für einen Abschaltvorgang des Leistungs-MOSFET T1. In dem Beispiel wird angenommen, dass der MOSFET T1 leitend angesteuert werden soll, wenn das Steuersignal S1 einen High-Pegel annimmt, und dass der MOSFET T1 sperrend angesteuert werden soll, wenn das Steuersignal S1 einen Low-Pegel annimmt.
  • Es sei angenommen, dass der MOSFET T1 zunächst leitend angesteuert ist, dass das Steuersignal S1 also einen High-Pegel annimmt. Des Weiteren wird für die Darstellung in 6 davon ausgegangen, dass die Gate-Source-Spannung Vgs während der Phase der leitenden Ansteuerung (Einschaltdauer) des MOS- FET T1 bis auf den Wert eines Ansteuerpotentials V1 angestiegen ist. Außerdem sei zu Zwecken der Erläuterung angenommen, dass ein Ladestrom der Gate-Source-Kapazität Cgs annähernd Null ist, wenn die Gate-Source-Kapazität Cgs bis auf den Wert des Ansteuerpotentials V1 aufgeladen ist.
  • Das Steuersignal S1 nimmt zu einem Zeitpunkt t3 einen Low-Pegel an und bestimmt damit den Beginn des Abschaltvorganges des MOSFET T1. Die Treiberschaltung entlädt die Gate-Source-Kapazität Cgs ab diesem Abschaltzeitpunkt t3 mit einem Ladestrom I10, der Bezug nehmend auf 5 beispielsweise einem von der Entladestromquelle 14 aufgenommenen Strom I14 entspricht.
  • Mit Beginn des Abschaltvorganges t3 wird der Entladetransistor T2 vom sperrenden Zustand in den Diodenbetriebszustand überführt. Die über dem als MOS-Diode betriebenen Entladetransistor T2 anliegende Spannung entspricht dabei der Gate-Source-Spannung Vgs des Leistungs-MOSFET T1, die bedingt durch den Entladestrom I10 der Treiberschaltung 10 über der Zeit absinkt. Der Entladetransistor T2 bewirkt zusätzlich zu dem Entladestrom der Ansteuerschaltung einen zusätzlichen Entladestrom I2, der umso größer ist, je größer die Gate-Source-Spannung Vgs des Leistungs-MOSFET T2 ist. Dieser zusätzliche Entladestrom bewirkt insbesondere zu Beginn des Abschaltvorgangs, wenn die Gate-Source-Spannung Vgs noch einen großen Wert annimmt, der deutlich oberhalb der Einsatzspannung des MOSFET T1 liegt, eine deutliche Beschleunigung des Abschaltvorganges.
  • Der Betrag des zusätzlichen Entladestromes I2 durch den Entladetransistor T2 abhängig von dessen Gate-Source-Spannung und damit abhängig von der Gate-Source-Spannung Vgs des Leistungs-MOSFET T1 ist in 7 dargestellt. Diese Strom-Spannungs-Kennlinie entspricht der herkömmlichen Kennlinie einer MOS-Diode.
  • Bezug nehmend auf 6 bewirkt der Entladetransistor T2 insbesondere während der Zeitdauer T6 zwischen dem Beginn des Abschaltvorganges t3 und einem späteren Zeitpunkt t4, zu dem die Gate-Source-Spannung Vgs in etwa bis auf das Miller-Plateau abgesunken ist, eine deutliche Beschleunigung des Abschaltvorganges und damit eine Verringerung der Totzeit, die in der Darstellung gemäß 6 der Zeitdauer T6 entspricht.
  • 8 zeigt ein schaltungstechnisches Realisierungsbeispiel für die zuvor anhand von 3 erläuterte Umschaltung des Entladetransistors T2 zwischen dem sperrenden Betriebszustand und dem Dioden-Betriebszustand. Hierzu ist in dem Beispiel gemäß 8 ein hochohmiger Widerstand R2, der alternativ auch durch eine Stromquelle ersetzt sein kann, zwischen den Drain-Anschluss D und den Gate-Anschluss G des Entladetransistors T2 geschaltet. Zwischen Gate und Source des Entladetransistors T2 ist die Laststrecke eines weiteren Transistors T3 geschaltet, der nach Maßgabe des Steuersignals S1 derart angesteuert ist, dass der Transistor T3 leitet, um den Entladetransistor T2 zu sperren, wenn der Leistungs-MOSFET T1 leitend angesteuert werden soll. Dieser Transistor dient als Steuertransistor, der die Diodenfunktion des Entladetransistors T2 steuert.
  • Bezogen auf das in 6 erläuterte Beispiel leitet der Steuertransistor T3, wenn das Steuersignal S1 einen High-Pegel annimmt. Der hochohmige Widerstand R2 verhindert bei leitendem Steuertransistor T3, dass die Gate-Source-Kapazität des Leistungs-MOSFET T1 entladen wird.
  • Sperrt der Steuertransistor T3 so wird das Gate des Entladetransistors T2 über den hochohmigen Widerstand R2 auf das Potential des Gate-Anschlusses G des Leistungs-MOSFET T1 gezogen, wodurch der Entladetransistor T2 als Diode betrieben wird und entsprechend der in 6 erläuterten Weise die Entladung der Gate-Source-Kapazität zu Beginn des Abschaltvorganges beschleunigt.
  • Der MOSFET T1 ist in dem Beispiel gemäß 8 als High-Side-Schalter eingesetzt, dessen Laststrecke D-S ist also zwischen die Klemme für das positive Versorgungspotential V+ und die Last Z geschaltet. Die grundsätzliche Ansteuerung dieses als High-Side-Schalter eingesetzten MOSFET T1 entspricht der zuvor für den Leistungs-MOSFET T1 in 3 erläuterten Ansteuerung mit dem Unterschied, dass zur leitenden Ansteuerung des High-Side-Schalters T1 in 8 ein Ansteuerpotential durch die Treiberschaltung 10 zur Verfügung gestellt werden muss, das oberhalb des Versorgungspotentials V+ liegt. Hierzu kann beispielsweise eine Ladungspumpe eingesetzt werden, die aus dem Versorgungspotential V+ ein oberhalb des Versorgungspotential V+ liegendes Ansteuerpotential erzeugt. Derartige Ladungspumpen und deren Einsatz zur Ansteuerung eines High-Side-Schalters sind hinlänglich bekannt, so dass auf eine weitere Erläuterung hierzu verzichtet werden kann.
  • Gegebenenfalls ist auch dem weiteren Transistor eine geeignete Treiberschaltung 22 vorzuschalten, die das Steuersignal S1 in geeignete, zur leitenden bzw. sperrenden Ansteuerung dieses Transistors T1 dienende Ansteuerspannungen umsetzt.
  • Bei den anhand der 3 und 8 erläuterten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erfolgt die zusätzliche Entladung der Gate-Source-Kapazität Cgs des Leistungs-MOSFET T1 durch die Entladeschaltung 20 über den während dieses Betriebszustandes als Diode betriebenen Entladetransistors T2, dessen Laststrecke unmittelbar zwischen Gate und Source des Leistungs-MOSFET T1 bzw. parallel zu der Gate-Source-Kapazität geschaltet ist.
  • 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Der Entladetransistor T2 ist hierbei permanent als Diode verschaltet, indem dessen Gate und Drain miteinander kurzgeschlossen und an den Gate- Anschluss G des Leistungs-MOSFET T1 angeschlossen sind. Eine Entladung der Gate-Source-Kapazität Cgs des MOSFET T1 erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel allerdings nicht über den Source-Anschluss S des MOSFET T1, sondern über einen weiteren Transistor T4 der nach Maßgabe des Steuersignals S1 angesteuert ist, nach Bezugspotential GND. Der Source-Anschluss des Leistungs-MOSFET T1 ist über eine Diode D5 an den Source-Anschluss des Entladetransistors T2 angeschlossen, wodurch das Source-Potential des Entladetransistors T2 um den Wert der Durchlassspannung dieser Diode D5 unterhalb des Wertes des Source-Potentials des Leistungs-MOSFET T1 liegt. Die über der Laststrecke des als Diode verschalteten Entladetransistors T2 anliegende Spannung entspricht der Gate-Source-Spannung Vgs des Leistungs-MOSFET T1 abzüglich der Durchlassspannung der Diode D5 und ist damit ebenfalls von der Gate-Source-Spannung des Leistungs-MOSFET T1 abhängig. Ein Entladestrom über den als Diode verschalteten Transistor T2 fließt dabei nur dann, wenn der weitere Transistor T4 leitend angesteuert ist. Ein diesem Transistor T4 zugeführtes Steuersignal S4 wird in nicht näher dargestellter Weise so erzeugt, dass dieses wenigstens für eine vorgegebene Zeitdauer nach einer fallenden Flanke des Steuersignals S1, also mindestens zu Beginn des Abschaltvorganges des Leistungs-MOSFET, diesen Transistor T4 leitend ansteuert, um den zusätzlichen Entladestrom I2 durch den Entladetransistor T2 zu bewirken. Als Steuersignal S4 dieses Transistors T4 eignet sich insbesondere ein zu dem Steuersignal S1 komplementäres Signal, das durch Invertieren des Steuersignals S1 erhalten werden kann.
  • Der Vorteil der Schaltungsanordnung nach 9 gegenüber der in 8 dargestellten Schaltungsanordnung besteht darin, dass der zusätzlich zu dem Entladetransistor T2 vorhandene weitere Transistor T4 der zusätzlichen Entladeschaltung 20 durch ein auf Bezugspotential GND bezogenes Steuersignal angesteuert werden kann, so dass zur Ansteuerung dieses Transistors T4 keine weitere Treiberschaltung, insbesondere keine Ladungspumpe erforderlich ist.
  • Grundsätzlich gilt bei allen dargestellten Schaltungen, dass der Entladetransistor T2 zumindest zu Beginn des Abschaltvorgangs als Diode verschaltet ist und einen Entladestrompfad von dem Steueranschluss G des Leistungs-MOSFET auf einen Knoten mit einem gegenüber dem Ansteuerpotential niedrigeren Potential bereitstellt. Dieses niedrigere Potential kann wie bei den Schaltungen gemäß der 3 und 8 beispielweise Source-Potential oder wie bei der Schaltung gemäß 9 beispielsweise Bezugspotential sein. Darüber hinaus ist die über dem als Diode verschalteten Entladetransistor T3 anliegende Spannung, die den zusätzlichen Entladestrom bestimmt, von der Ansteuerspannung Vgs des Leistungs-MOSFET abhängig.
  • Der Leistungs-MOS-Transistor T1 ist in den zuvor erläuterten Schaltungsanordnung gemäß der 3, 8 und 9 als Leistungs-MOSFET ausgebildet. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung funktioniert in entsprechender Weise auch für die Ansteuerung eines als Leistungs-IGBT ausgebildeten Lasttransistors. Vorzugsweise ist der als Diode betreibbare Entladetransistor T2 dann ebenfalls als IGBT realisiert.
  • In beiden Fällen gilt, dass der als Diode betreibbare Entladetransistor T2 und der Leistungstransistor T1 vorzugsweise gleiche Einsatzspannung besitzen, wodurch sichergestellt ist, dass der erhöhte Ladestrom durch die Entladeschaltung 20 nur so lange bereit gestellt wird, bis die Gate-Source-Spannung Vgs des Leistungstransistors auf den Wert des Miller-Plateaus und damit in etwa auf den Wert der Einsatzspannung abgesunken ist.
  • V+
    erstes Versorgungspotential, positives Versorgungs
    potential
    GND
    negatives Versorgungspotential, Bezugspotential
    Z
    Last
    M
    Leistungs-MOSFET
    Vds
    Drain-Source-Spannung
    Vgs
    Gate-Source-Spannung
    Cgs
    Gate-Source-Kapazität
    Rg
    Gate-Vorwiderstand
    G
    Gate-Anschluss
    D
    Drain-Anschluss
    S
    Source-Anschluss
    S1
    Steuersignal
    Vin
    Eingangsspannung
    Vq
    steuerbare Eingangsspannungsquelle
    10
    Treiberschaltung
    20
    zusätzliche Entladeschaltung
    11
    Eingangsklemme der Treiberschaltung
    12
    Ausgangsklemme der Treiberschaltung
    I10
    Entladestrom
    I2
    zusätzlicher Entladestrom
    21
    Schalte
    R10
    Widerstand
    15
    Umschalter
    V1
    erstes Ansteuerpotential
    V2
    zweites Ansteuerpotential
    13, 14
    Stromquellen
    I14
    Strom der Stromquelle 14
    T1
    Leistungs-MOSFET
    T2
    Entladetransistor
    T3
    Ansteuertransistor
    T4
    Hilfstransistor
    S4
    Ansteuersignal des Transistors T4
    D5
    Diode

Claims (5)

  1. Schaltungsanordnung, die folgende Merkmale aufweist: – einen Leistungs-MOS-Transistor (T1) mit einem Ansteueranschluss (G) und einer Laststrecke (D-S), – eine Ansteuerschaltung mit einer Treiberschaltung (10), die einen Eingang zur Zuführung eines Steuersignals (S1) und einem Ausgang (12) zur Bereitstellung einer Ansteuerspannung für den Leistungs-MOS-Transistor (T1) aufweist, wobei der Ausgang (12) an den Steueranschluss (G) des Leistungs-MOS-Transistors (T1) angeschlossen ist, wobei – die Ansteuerschaltung eine Entladeschaltung (20) aufweist, die an den Steueranschluss des Leistungs-MOS-Transistors angeschlossen ist und die – einen Entladetransistor (T2) mit einem Steueranschluss und einer Laststrecke aufweist, dessen Laststrecke an den Steueranschluss des Leistungs-MOS-Transistors angeschlossen ist und der als Diode mit einer von der Ansteuerspannung des Leistungs-MOS-Transistors abhängigen Spannung betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass – ein erster Lastanschluss des Entladetransistors und dessen Steueranschluss an den Steueranschluss (G) des Leistungs-MOS-Transistors (T1) angeschlossen sind, – ein zweiter Lastanschluss des Entladetransistors (T2) potentialmäßig an einen Lastanschluss (S) des Leistungs-MOS-Transistors (T1) gekoppelt ist, und – ein nach Maßgabe des Steuersignals (S1) angesteuertes Schaltelement (T4) zwischen den zweiten Lastanschluss des Entladetransistors (T2) und ein Bezugspotential (GND) geschaltet ist.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der der zweite Lastanschluss des Entladetransistors (T2) über ein Gleichrichterelement (D5) an den Lastanschluss (S) des Leistungs-MOS-Transistors (T1) gekoppelt ist.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Schaltelement (T4) ein durch das Steuersignal (S1) angesteuerter Transistor ist.
  4. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Leistungs-MOS-Transistor (T1) und der Entladetransistor (T2) wenigstens annähernd dieselbe Einsatzspannung besitzen.
  5. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Leistungs-MOS-Transistor als MOSFET oder als IGBT ausgebildet ist.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000027032A1 (en) * 1998-10-30 2000-05-11 Siemens Automotive Corporation Combined voltage and current slew rate limiting
DE19855604C1 (de) * 1998-12-02 2000-06-15 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern einer Leistungsendstufe
EP0744098B1 (de) * 1994-12-07 2000-09-27 Koninklijke Philips Electronics N.V. Geschützter schalter
DE10240167A1 (de) * 2002-08-30 2004-03-18 Infineon Technologies Ag Schaltungsanordnung mit einem Leistungstransistor und einer Ansteuerschaltung für den Leistungstransistor
US20040104743A1 (en) * 2001-12-19 2004-06-03 Norifumi Honda Driving circuit

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0744098B1 (de) * 1994-12-07 2000-09-27 Koninklijke Philips Electronics N.V. Geschützter schalter
WO2000027032A1 (en) * 1998-10-30 2000-05-11 Siemens Automotive Corporation Combined voltage and current slew rate limiting
DE19855604C1 (de) * 1998-12-02 2000-06-15 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern einer Leistungsendstufe
US20040104743A1 (en) * 2001-12-19 2004-06-03 Norifumi Honda Driving circuit
DE10240167A1 (de) * 2002-08-30 2004-03-18 Infineon Technologies Ag Schaltungsanordnung mit einem Leistungstransistor und einer Ansteuerschaltung für den Leistungstransistor

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