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Die Beschreibung bezieht sich auf Treiberschaltungen.
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Eine oder mehrere Ausführungsformen können sich auf Treiberschaltungen zur Verwendung z. B. in Hochspannungs-Halbbrücken-Schaltschaltungen beziehen.
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Hochspannungs(HV)-Halbbrücken-Schaltschaltungen können in verschiedenen Anwendungen wie z. B. Motorantrieben, elektronischen Vorschaltgeräten für Leuchtstofflampen und Energieversorgungen verwendet werden. Eine solche Halbbrückenschaltung kann ein Paar Totem-Pole-verbundene Schaltelemente (z. B. Leistungs-MOSFET, IGBT, FET und GaN-Vorrichtungen) verwenden, die über eine Hochspannungsschienen-Gleichspannungs-Energieversorgung angeordnet sind.
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In Anbetracht der Vielfalt von möglichen Anwendungen wird eine kontinuierliche Verbesserung von Treiberschaltungen verfolgt.
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Eine Aufgabe einer oder mehrerer Ausführungsformen ist der Beitrag zur Schaffung einer solchen Verbesserung.
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Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen kann diese Aufgabe mittels einer Treiberschaltung mit den in den anliegenden Ansprüchen dargelegten Merkmalen erreicht werden.
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Eine oder mehrere Ausführungsformen können sich auch auf eine entsprechende integrierte Schaltung und eine entsprechende Vorrichtung (z. B. eine Hochspannungs-Halbbrücken-Schaltschaltung) beziehen.
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Die Ansprüche bilden einen festen Bestandteil der Offenbarung einer oder mehrerer Ausführungsformen wie hierin dargelegt.
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Eine oder mehrere Ausführungsformen können eine Schaltung für Kapazitätsladung mittels z. B. integrierter Hochspannungs-Verarmungstransistoren aufweisen, die derart gesteuert werden, dass sie als eine Hochspannungs-Diode mit extrem niedrigem (Durchlass)-Spannungsabfall fungieren.
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Eine oder mehrere Ausführungsformen können als solche Transistoren MOS-Verarmungstransistoren (wie z. B. Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor oder LDMOS) aufweisen.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen können solche Transistoren in eine Isolierwannentasche integriert sein, die der Hochspannungsbelastung zwischen der Hochspannungsversorgung und dem Massepotenzial der integrierten Schaltung standhält.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen kann eine äquivalente Bootstrap-Diodenschaltung einen ersten (z. B. Hochspannungs-LDMOS-Verarmungs-)Transistor, der als eine Hochspannungs-Kaskoden-Vorrichtung fungieren kann, und einen zweiten (z. B. Hochspannungs-LDMOS-Verarmungs-)Transistor, der als ein Entkopplungstransistor für einen Niederspannungsmesskomparator fungieren kann, aufweisen, wobei die beiden Transistoren gemeinsame Gate-Anschlüsse, Körper-Anschlüsse und Drain-Anschlüsse, aber unterschiedliche Source-Anschlüsse haben.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen können die Transistor-Drain-Anschlüsse mit einem hochseitigen Versorgungsknoten gekoppelt sein, während die Gate-Anschlüsse direkt mit einem tiefseitigen Versorgungsknoten gekoppelt sein können; eine mit den Körpern der Transistoren gekoppelte Körper-Polarisierungsschaltung kann z. B. verwendet werden, um das Einschalten von LDMOS-intrinsischen Bipolartransistoren bei verschiedenen Anwendungsbedingungen zu verhindern.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der Source-Anschluss eines ersten Transistors mittels eines Niederspannungsschalters mit einem tiefseitigen Versorgungsknoten verbunden werden, wobei ein solcher Schalter während der Phase, in der das tiefseitige Gate-Treibersignal hoch ist und der Drain-Anschluss eines zweiten Transistors im Vergleich zu den tiefseitigen Spannungsversorgungen niedrig ist, von einem Logiksignal aktiv gesteuert wird.
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Eine oder mehrere Ausführungsformen werden jetzt lediglich beispielhaft mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In denen zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Halbbrückenschaltschaltung,
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2 ein Blockdiagramm einer Treiberschaltung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen,
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3 ein beispielhaftes Schaltdiagramm einer Treiberschaltung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen und
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4 und 5 Beispiele für die mögliche Integration einer oder mehrerer Ausführungsformen in eine integrierten Halbleitervorrichtung.
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In der folgenden Beschreibung werden eine oder mehrere spezielle Einzelheiten mit dem Ziel dargestellt, ein tieferes Verständnis der beispielhaften Ausführungsformen zu schaffen. Die Ausführungsformen können ohne eine oder mehrere der speziellen Einzelheiten oder mit anderen Verfahren, Komponenten, Materialien usw. erlangt werden. In anderen Fällen sind bekannte Strukturen, Materialien oder Vorgänge nicht im Detail dargestellt oder beschrieben, um bestimmte Aspekte von Ausführungsformen nicht zu verdecken.
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Die Bezugnahme auf „eine Ausführungsform” im Rahmen der vorliegenden Beschreibung soll darauf hinweisen, dass eine bestimmte im Bezug zu der Ausführungsform beschriebene Konfiguration, Struktur oder Eigenschaft in mindestens einer Ausführungsform enthalten ist. Somit beziehen sich Ausdrücke wie z. B. „in einer Ausführungsform”, die in einem oder mehreren Punkten der vorliegenden Beschreibung vorkommen können, nicht notwendigerweise auf ein und dieselbe Ausführungsform. Außerdem können bestimmte Konfigurationen, Strukturen oder Eigenschaften auf jegliche adäquate Weise in einer oder mehreren Ausführungsformen kombiniert werden.
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Die hierin verwendeten Bezugszeichen sind lediglich zum besseren Verständnis vorgesehen und definieren somit nicht den Schutzumfang oder Offenbarungsbereich der Ausführungsformen.
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Hochspannungs-Halbbrücken-Schaltschaltungen können in verschiedenen Anwendungen wie z. B. Motorantrieben, elektronischen Vorschaltgeräten für Leuchtstofflampen und Energieversorgungen verwendet werden.
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Eine Halbbrückenschaltung kann ein Paar Totem-Pole-verbundene Schaltelemente (z. B. Leistungs-MOSFET, IGBT, FET und GaN-Vorrichtungen) verwenden, die über eine Hochspannungsschienen-Gleichspannungs-Energieversorgung angeordnet sind.
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Beispielsweise kann eine herkömmliche Halbbrückenschaltschaltung aufweisen:
- – einen ersten und einen zweiten Leistungstransistor, die an einem Lastknoten miteinander in einer Totem-Pole-Konfiguration gekoppelt sind, wobei z. B. der Source-Anschluss des ersten Transistors und der Drain-Anschluss des zweiten Transistors an dem Lastknoten miteinander verbunden sind;
- – eine Hochspannungsschienen-Gleichspannungsquelle, die elektrisch mit dem Drain-Anschluss des ersten Transistors und dem Source-Anschluss des zweiten Transistors verbunden ist;
- – Gate-Treiber-Puffer, die elektrisch mit den Gate-Anschlüssen der Transistoren gekoppelt sind, um Steuersignale zum Ein- und Ausschalten der Transistoren zuzuführen; und
- – Gleichspannungsversorgungen zum Bereitstellen von elektrischer Energie für die Leistungsvorrichtungen.
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Bei Betriebsbedingungen werden die Transistoren in dem Paar „diametrisch” gesteuert (d. h. alternativ ein- und ausgeschaltet), so dass sie nicht gleichzeitig eingeschaltet sind. Auf diese Weise ist die Spannung am Lastknoten (d. h. dem mit der Last verbundenen Ausgangsknoten) nicht fest, sondern kann entweder auf den Spannungspegel der Hochspannungsschienen-Gleichspannungsquelle oder auf Null Volt gebracht werden, je nachdem, welcher der beiden Transistoren in einem gegebenen Moment eingeschaltet ist.
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Zur Ableitung einer Gleichspannungsversorgung, die bezüglich der Hochspannungsschienen-Gleichspannungsquelle schwebend ist, kann eine Bootstrap-Technik verwendet werden.
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Das Blockdiagramm gemäß 1 ist ein Beispiel für einen solchen Ansatz.
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In dem Diagramm aus 1 kann eine Halbbrückenanordnung HB einen ersten Leistungsschalter PW1 und einen zweiten Leistungsschalter PW2 (z. B. Leistungstransistoren wie z. B. MOSFET) aufweisen, die in einer Totem-Pole-Konfiguration gekoppelt sind, wobei der Source-Anschluss des ersten Transistors PW1 und der Drain-Anschluss des zweiten Transistors PW2 an einem Lastknoten OUT miteinander verbunden sind und eine Hochspannungsschienen-Gleichspannungsquelle elektrisch mit dem Drain-Anschluss des ersten Transistors und dem Source-Anschluss des zweiten Transistors verbunden ist. Gate-Treiber-Puffer HS_DRV (Hochseite) und LS_DRV (Tiefseite), die von entsprechenden hochseitigen und tiefseitigen Steuersignalen HIN und LIN gesteuert werden, sind (z. B. bei HVG und LVG) mit den Gate-Anschlüssen (Steuerelektroden) der Transistoren PW1, PW2 gekoppelt, um Steuersignale zuzuführen, um die Transistoren ein- und auszuschalten.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen kann eine Hochspannungsdiode DB zwischen eine Gleichspannungsversorgung VCC und einen BOOT-Spannungsanschluss geschaltet werden. Die Diode DB und ein Kondensator CB können dann verwendet werden, um von der LS_DRV Spannungsversorgung (VCC) eine HS_DRV Spannungsversorgung (VBO) abzuleiten, die bezüglich der Hochspannungsschienen-Gleichspannungsquelle schwebend ist.
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Wenn der zweite Transistor PW2 eingeschaltet ist, ist der Lastknoten OUT effektiv mit einer Niederspannung (z. B. Null Volt – Masse GND) verbunden und ermöglicht die Hochspannungsdiode DB, dass Strom von der Gleichstromversorgung (VCC) zu dem Kondensator CB fließt, wodurch der Kondensator ungefähr auf den Spannungspegel der Gleichstromversorgung geladen wird. Wenn der zweite Transistor PW2 ausgeschaltet ist und der erste Transistor PW1 eingeschaltet ist, nimmt die Spannung am Lastknoten OUT ungefähr den Spannungspegel der Hochspannungsschienen-Gleichspannungsquelle an, was bewirkt, dass die Diode DB umgekehrt vorgespannt wird, wobei kein Strom von der Gleichstromversorgung zu dem Kondensator CB fließt. Während die Diode DB umgekehrt vorgespannt bleibt, wird die in dem Kondensator gespeicherte Ladung dem Puffer HS_DRV zugeführt. Der Kondensator CB ist jedoch in einer solchen Position, dass er eine solche Spannung nur für eine begrenzte Zeitdauer zuführt, so dass der erste Transistor PW1 ausgeschaltet wird und der zweite Transistor PW2 eingeschaltet wird, um die Ladung an dem Kondensator CB wiederherzustellen.
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In integrierten Schaltungen, die Ausgangsstufen zum Treiben von diskreten Leistungsvorrichtungen aufweisen oder in einem gleichen Chip integriert sind, der sowohl eine Treiber- als auch Steuerschaltungsanordnung aufweist, kann eine Bootstrap-Funktion verwendet werden, um die Bereitstellung einer geeigneten Versorgung der Treiberstufe der Leistungsvorrichtungen zu erleichtern.
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Diese Typen von Systemen können einen Hochspannungs-LDMOS-Transistor anstatt eines PN-Übergangs zum Umsetzen der Bootstrap-Diode verwenden, um ein schnelles Schaltverhalten des OUT-Anschlusses zu erleichtern.
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Bei bestimmten Implementierungen kann ein integrierter LDMOS-Transistor ein Bootstrap-Dioden-Verhalten schaffen. Beispielsweise können der LDMOS-Gate-Anschluss und der Source-Anschluss gemeinsam verbunden sein (d. h. miteinander kurzgeschlossen) und mit einer externen Spannungsversorgung verbunden sein. Eine solche Topologie erleichtert das Erlangen eines unidirektionalen Strompfades von dem Source-Anschluss zu dem Drain-Anschluss des LDMOS, wobei VGS auf Null V gehalten wird und eine komplexe Körper-Anschluss-Polarisierungsschaltungsanordnung vorgesehen ist, um das Auslösen der in der LD-MOS-Struktur integrierten intrinsischen Bipolartransistoren während des schnellen Schwingens des Drain-Anschlusses zu verhindern.
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Ein Nachteil dieses Ansatzes liegt möglicherweise in dem Durchlassspannungsabfall der äquivalenten Diode zwischen dem VCC- und dem BOOT-Anschluss. Dieser kann höher als 1 V sein, da der Durchlassspannungsabfall der äquivalenten Diode gleich der Schwellenspannung des LDMOS sein kann, die eine Funktion von Prozessparametern und dem positiven Spannungsabfall zwischen dem Source-Anschluss und dem Körper-Anschluss des LDMOS ist. Die in
US 6 075 391 A (bereits angeführt) angegebene Struktur kann übernommen werden, um den Hochspannungs-LDMOS zu steuern, indem das Auslösen der intrinsischen Bipolartransistoren verhindert und der Durchlassspannungsabfall der äquivalenten Diode reduziert wird.
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In diesem Fall kann eine Treiberspannung für den Gate-Anschluss des integrierten LDMOS mittels einer Ladungspumpe von einer VCC-Quellenspannung erlangt werden, um den LDMOS einzuschalten, wenn die tiefseitige Leistungsvorrichtung eingeschaltet ist, und dann beträgt der OUT-Anschluss (Ausgangsanschluss) ungefähr Null Volt. Eine Zener-Diode, die zwischen dem Source-Anschluss und der externen tiefseitigen Spannungsversorgung angeordnet ist, kann den LDMOS-Körper-Source-Übergang schützen und den Strompfad von dem integrierten LDMOS-Transistor-Drain-Anschluss zum Versorgungsknoten VCC unter verschiedenen Bedingungen blockieren. Dieser Sperrstrom kann die Vorrichtung beschädigen oder auf alle Fälle den Bootstrap-Kondensator entladen. Schließlich kann eine geeignete Polarisierungsschaltung für den Körper-Anschluss verwendet werden, um das Auslösen der in die LDMOS-Struktur integrierten intrinsischen Bipolartransistoren zu verhindern.
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Ein Nachteil dieses Ansatzes kann in der Komplexität der LDMOS-Ausschaltschaltung und in dem hohen Platzbedarf der LDMOS-Gate-Anschluss-Steuerschaltung aufgrund der Anwesenheit eines recht aufwändigen Ladungspumpenkondensators liegen. Aufgrund der Beschränkungen der Ladungspumpen-Gate Treiberschaltung kann eine solche Architektur beispielsweise einen Durchlassspannungsabfall der äquivalenten Diode zwischen dem VCC- und dem Bootstrap-Anschluss von circa 700 mV (als eine ideale Diode) nur dann, wenn ein tiefseitiges Steuersignal hoch ist, und nur für eine begrenzte Zeitdauer aufweisen.
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Es wurde festgestellt, dass die kontinuierliche Verbesserung von SiC- und GaN-Leistungsvorrichtungs Technologie sowie stringente Beschränkungen bezüglich Mindestspannungsversorgungen für die Treiberstufen, z. B. 5 V oder weniger, es möglicherweise nahelegen, den Durchlassspannungsabfall der zwischen den VCC- und den BOOST-Anschluss geschalteten äquivalenten integrierten Diode drastisch zu reduzieren.
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Eine oder mehrere Ausführungsformen, wie beispielhaft in 2 dargestellt, können das Problem der deutlichen Spannungsdifferenz zwischen VCC und VBO (theoretisch die Spannung über der Diode DB in eingeschwungenen Zuständen) durch sparsamen Umgang mit Flächenbelegung angehen, um Beschränkungen für die Entwicklung einer integrierten Hochspannungs-Gate Treiberschaltung zu überwinden.
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In 2 wurden die gleichen Bezugszeichen wie in Verbindung mit 1 zur Bezeichnung von Teilen und Elementen eingeführt verwendet. Eine entsprechende Beschreibung wird hier deshalb der Kürze halber nicht wiederholt; dies kann für die Tatsache gelten, dass die zwei Schalter (z. B. Transistoren) PW1, PW2 „diametrisch” gesteuert (das bedeutet alternativ ein- und ausgeschaltet) werden können, so dass sie nicht gleichzeitig eingeschaltet sind, d. h. leitend werden.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen, wie in 2 beispielhaft dargestellt, kann die Bootstrap-Diode DB gemäß 1 zwischen dem VCC-Anschluss und dem BOOT-Anschluss der integrierten Schaltung durch einen diodenartigen Leiterpfad ersetzt werden, der über zwei Hochspannungs- z. B. Verarmungs-LDMOS Transistoren LD1, LD2 gebildet wird, wie nachstehend ausführlich beschrieben. In einer oder mehreren Ausführungsformen können diese Transistoren in eine Isolierwannentasche integriert sein, die der Hochspannungsbelastung zwischen der Hochspannungsversorgung und dem Massepotential z. B. der integrierten Schaltung standhalten kann.
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2 ist somit ein Beispiel für eine oder mehrere Ausführungsformen einer Schaltung zum Bereitstellen eines Hochspannungsleiterpfades der Art einer Diode mit niedrigem (Durchlassspannungs)-Abfall zwischen einem Gleichspannungsversorgungsanschluss VCC und einem Bootstrap-Anschluss BOOT, wobei ein Versorgungskondensator CB zum Treiben (z. B. bei HS_DRV) eines Leistungsschalters, wie z. B. PW1, geladen wird, wobei der Kondensator CB zwischen dem Bootstrap-Anschluss BOOT und einem Ausgangsanschluss OUT angeordnet ist, wobei der Ausgangsanschluss OUT alternativ (z. B. über PW1 und PW2) zwischen einer Niederspannung, wie z. B. GND, und einer Hochspannungsgleichspannung, wie z. B. HV rail, schaltbar ist.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen, wie in 2 beispielhaft dargestellt, kann eine äquivalente Bootstrap-Diode einen Hochspannungs- z. B. LDMOS-Verarmungs Transistor LD1, der als eine Hochspannungs-Kaskoden-Vorrichtung fungieren kann, sowie einen zweiten Hochspannungs- z. B. LDMOS-Verarmungs Transistor LD2, der als ein Entkopplungstransistor fungieren kann, zwischen dem Hochspannungs-BOOT-Anschluss und dem Niederspannungs-Messkomparator CMP aufweisen.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen können die Transistoren LD1 und LD2 gemeinsame Gate-Anschlüsse G (Steueranschlüsse), Körper-Anschlüsse B und Drain-Anschlüsse D (das bedeutet gemeinsame Kopplungsanschlüsse zu dem Bootstrap-Anschluss BOOT) haben.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen können die zwei Transistoren LD1 und LD2 unterschiedliche Source(das bedeutet Strom-Emitter)-Anschlüsse haben.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen können die Drain-Anschlüsse von LD1 und LD2 mit dem hochseitigen Versorgungsknoten BOOT gekoppelt sein, während die Gate-Anschlüsse mit dem tiefseitigen Versorgungsknoten VCC gekoppelt sein können.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen kann eine mit den Körper-Anschlüssen der Transistoren gekoppelte Körper-Polarisierungsschaltung vorgesehen sein, z. B. um ein unerwünschtes Einschalten der intrinsischen LDMOS-Bipolartransistoren bei verschiedenen Anwendungsbedingungen zu verhindern.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der Source-Anschluss von LD1 mittels eines Niederspannungsschalters SW mit dem tiefseitigen Versorgungsknoten VCC, der zwischen der Gleichspannungsversorgung VCC und dem Source-Anschluss von LD1 angeordnet ist, gekoppelt sein.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der Source-Anschluss von LD2 mit dem nicht invertierenden Eingang eines Niederspannungs-Komparators CMP gekoppelt sein, dessen invertierender Eingang mit VCC gekoppelt ist.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen schaltet eine Steuerlogik CL den Niederspannungsschalter SW möglicherweise (nur dann) ein, wenn die tiefseitige Leistungsvorrichtung (PW2 in 1) eingeschaltet ist und wenn die BOOT-Spannung geringer ist als die VCC-Spannungsversorgung, wie von dem Niederspannungs-Komparator CMP durch den Hochspannungsverarmungs-LDMOSTransistor LD2 erfasst, der die Funktion eines Entkopplers von Hochspannung hat.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen können Eingänge in die Steuerlogik CL das tiefseitige Steuersignal LIN (vergleiche auch 1) und ein Freigabesignal EN mit dem Zweck aufweisen, die Diode in sicheren Bedingungen zu haben.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen können die Körper-Anschlüsse B des ersten und des zweiten Transistors LD1, LD2 mit einer Körper-Polarisierungsschaltung Vb gekoppelt sein, um die intrinsischen Bipolartransistoren darin gegenläufig einzuschalten.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen kann ein Klemm-Element CP zwischen dem Körper von LD1 (gemeinsam mit LD2) und der Masse GND angeordnet sein.
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Das Diagramm gemäß 3, in dem die gleichen Bezugszeichen verwendet wurden, um Teile und Elemente zu bezeichnen, die bereits in Verbindung mit 1 in 2 eingeführt wurden, zeigt verschiedene Niederspannungstransistoren M1–M6, die verwendet werden, um eine mögliche Implementierung für einen LD2-Quellenspannungsanschluss und einen VCC-Spannungsversorgungs-Komparator CMP zu schaffen.
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In einer möglichen Implementierung kann der Komparator CMP gemäß 2 mittels eines Differentialpaars (M1 und M2) mit gemeinsamem Gate-Anschluss mit Stromgeneratoren (M4, M5 und M6 – Strom IB) und eines von dem tiefseitigen Steuersignal LIN gesteuerten Freigabeschalters M3 zur Reduzierung des Stromverbrauchs zwischen dem BOOT-Anschluss und dem GND-Anschluss umgesetzt sein.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen wird, wenn das tiefseitige Steuersignal LIN (vergleiche auch 1) hoch ist (wobei das Signal EN in UND mit LIN) ist, der Komparator CMP aktiviert (wobei z. B. das Signal EN und das Signal LIN UND-kombiniert werden) und wird ein VSNS-Signal zwischen den Drain-Anschlüssen von M2 und M3 nur dann niedrig, wenn der BOOT-Spannungsanschluss und dann der LD2 Quellenspannungsanschluss niedriger sind als die VCC-Spannungsversorgung.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der Schalter SW, wenn LIN hoch ist und VSNS niedrig ist, einen bidirektionalen Strompfad zwischen dem VCC-Anschluss und dem BOOT-Anschluss aktivieren, was zu VCC = VBOOT führt. Unter diesen Betriebsbedingungen ist die äquivalente Struktur zwischen dem VCC- und dem BOOT-Anschluss im Wesentlichen ein Widerstand.
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Ansonsten kann der Schalter SW geöffnet werden, wobei der Strompfad zwischen BOOT und VCC automatisch blockiert wird, was das Verhindern von Schäden an der integrierten Schaltung und das Erhalten der in dem Bootstrap-Kondensator CB gespeicherten Ladung erleichtern kann.
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Wenn der Schalter SW offen ist, kann mittels der intrinsischen Diode des Schalters SW immer noch ein unidirektionaler Strompfad zwischen dem VCC- und dem BOOT-Anschluss geschaffen werden, selbst wenn die tiefseitige Leistungsvorrichtung (PW2 in 1) ausgeschaltet ist. In diesem Zustand beträgt der Durchlassspannungsabfall der äquivalenten Diode zwischen dem VCC- und dem BOOT-Anschluss circa 700 mV.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen kann eine Schaltungsarchitektur, wie hierin beispielhaft dargestellt, ein Verhalten einer Diode mit niedrigem (Durchlass-)Spannungsabfall zwischen dem VCC-Anschluss und dem BOOT-Anschluss bei verschiedenen Betriebsbedingungen haben.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Möglichkeit der Integration eines Hochspannungs-Verarmungs-LDMOS in eine gleiche Isolierwannentasche zum Erfassen des BOOT-Anschlusses eine Reduzierung des Spannungsabfalls zwischen VCC und VBO am Ende der Ladephase der Bootstrap-Kapazität CB auf Null ermöglichen.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen kann ein Hochspannungs-Verarmungs-MOS in den gleichen Isolierring der schwebenden Hochspannungstasche integriert werden, wie schematisch in 4 und 5 dargestellt.
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4 umfasst zwei Teile, mit a) und b) bezeichnet, die Beispiele von möglichen Implementierungen von schwebenden Hochspannungs(HV)-Wannen mit integriertem Hochspannungs-Verarmungs-MOS darstellen.
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5 ist eine Schnittansicht entlang der Linien V-V' in (beiden Teilen von) 4.
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Bezugszeichenliste
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Fig. 4
- 10
- schwebende Tasche
- 12
- Hochspannungsisolierung
- 14
- Pegelwandler
- 16
- Verarmungs-MOS
- 18
- Mess-Verarmungs-MOS
Fig. 5 - 20
- P-Substrat
- 22
- N-Epitaxie
- 24
- Hochspannungs-N-Wanne
- 26
- P+ Isolierung
- 28
- P– Wanne
- 30
- schwebende Wanne
- 32
- Substrat
- 34
- N-Verarmung
- S
- Source
- D
- Drain
- G
- Gate
- B
- Körper.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen kann ein N-Verarmungsimplantat 34 einen Leiterpfad für Elektronen zwischen dem Drain-Anschluss D (N+/HVWELL) und dem Source-Anschluss S (N+) herstellen. Dieser Leiterpfad kann mit einer geeigneten Polarisierung des Gate-Anschlusses G, die niedriger ist als bei dem Source-Anschluss S, blockiert werden.
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Sowohl der Verarmungs-MOS 16 zum Laden des Bootstrap-Kondensators CB als auch der Mess-Verarmungs-MOS 18, der als ein Entkopplungstransistor zwischen der BOOT-Spannung und der Niederspannungsmessschaltungsanordnung fungiert, können integriert vorgesehen sein. Die Drain-Anschlüsse dieser zwei Verarmungs-MOS können gemeinsam genutzt werden und physikalisch mit der schwebenden Tasche 10 verbunden sein. Die Schwellenspannungen der beiden Verarmungs-MOS 16, 18 können konstruktiv ausgerichtet werden.
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Eine oder mehrere Ausführungsformen können somit anstelle einer Diode (z. B. DB in 1) verwendet werden, um einen Hochspannungsleiterpfad der Art einer Diode mit niedrigem Abfall zwischen einem Gleichspannungsversorgungsanschluss und einem Bootstrap-Anschluss zu bilden, wobei ein Versorgungskondensator zum Treiben eines Leistungsschalters geladen wird, wobei der Kondensator zwischen dem Bootstrap-Anschluss und einem Ausgangsanschluss alternativ zwischen einer Niederspannung (z. B. GND) und einer Hochspannungs-Gleichspannung (z. B. HV rail) schaltbar angeordnet ist.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Schaltung einen ersten und einen zweiten Transistor (z. B. LD1, LD2) aufweisen, wobei der erste Transistor in einer Kaskoden-Anordnung zwischen dem Bootstrap-Anschluss und dem Gleichspannungsversorgungsanschluss angeordnet ist und der zweite Transistor zwischen den BOOT-Anschluss und einen (Niederspannungs)-Messkomparator (z. B. CMP) gekoppelt ist, wobei der Messkomparator zwischen dem zweiten Transistor (LD2) und dem Gleichspannungsversorgungsanschluss (VCC) angeordnet ist.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen können der erste und der zweite Transistor mit dem Gleichspannungsversorgungsanschluss gekoppelte gemeinsame Steueranschlüsse (z. B. Gate-Anschlüsse G) und gemeinsame Kopplungsanschlüsse (z. B. Drain-Anschlüsse D) zu dem Bootstrap-Anschluss haben.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen können der erste und der zweite Transistor gemeinsame Körper-Anschlüsse haben.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der erste Transistor einen Source(das bedeutet einen Strom-Emitter-)Anschluss haben, der mit dem Niederspannungs-Gleichspannungsversorgungsanschluss über einen Schalter gekoppelt ist, wobei der Schalter aktiviert werden kann, wenn der Anschluss (z. B. der Drain-Anschluss) des mit dem Bootstrap-Anschluss gekoppelten ersten Transistors im Vergleich zu dem Gleichspannungsversorgungsanschluss niedrig ist.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen kann ein Komparator zum Vergleichen der Spannung an dem Bootstrap-Anschluss mittels des zweiten Transistors mit der Spannung am Gleichspannungs-Niederspannungsversorgungsanschluss und zum Aktivieren des Schalters als eine Funktion des Vergleichs vorgesehen sein.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen können der erste und der zweite Transistor Verarmungs-Transistoren aufweisen.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen können der erste und der zweite Transistor MOS-Transistoren, optional LDMOS-Transistoren, aufweisen.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen können der erste und der zweite Transistor LDMOS-Verarmungstransistoren aufweisen.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen können die Körper-Anschlüsse (beispielsweise B) des ersten und des zweiten Transistors mit einer Körper-Polarisierungsschaltung zum gegenläufigen Einschalten der intrinsischen Bipolartransistoren darin gekoppelt sein.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen können der erste und der zweite Transistor in eine Isolierwannentasche einer integrierten Halbleiterschaltung integriert sein.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen kann eine Vorrichtung wie z. B. eine Halbbrückenschaltvorrichtung aufweisen:
- – einen Kondensator zum Treiben eines Leistungsschalters (z. B. PW1), wobei der Kondensator zwischen einem Bootstrap-Anschluss und einem Ausgangsanschluss, der alternativ zwischen einer Niederspannung (z. B. GND) und einer Hochspannungs-Gleichspannung (z. B. HV rail) schaltbar ist, angeordnet sein kann
- – eine Treiberschaltung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zum Vorsehen eines Hochspannungsleiterpfades der Art einer Diode mit niedrigem Abfall zwischen einem Gleichspannungsversorgungsanschluss und dem Bootstrap-Anschluss beim Laden des Versorgungskondensators.
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Eine oder mehrere Ausführungsformen können einen weiteren Leistungsschalter (z. B. PW2) zum Schalten des Ausgangsanschlusses zwischen einer Niederspannung (z. B. GND) und einer Hochspannungs-Gleichspannung (z. B. HV rail) aufweisen, wobei der Leistungsschalter und der weitere Leistungsschalter dafür konfiguriert sind, alternativ ein- und ausgeschaltet zu werden (d. h. durch Vermeiden, dass sie beide zur gleichen Zeit leitend sind).
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Unbeschadet der zugrundeliegenden Prinzipien können die Einzelheiten und Ausführungsformen bezüglich der Darstellungen hierin, die rein als nicht beschränkende Beispiele fungieren, – sogar wesentlich – variieren, ohne dadurch von dem Schutzumfang abzuweichen.
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Der Schutzumfang ist durch die folgenden Ansprüche bestimmt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5883547 A [0024]
- EP 0743752 B1 [0024]
- US 6031412 A [0024]
- US 6060948 A [0024]
- US 6075391 A [0024, 0036]
- WO 94/27370 A1 [0024]
