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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Ansteuerschaltung für
eine Halbleiter-Schaltvorrichtung,
wie z.B. einen IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) und
einen MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor).
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Die 3A bis 3C zeigen Schaltungsdiagramme
zur schematischen Erläuterung
der Arbeitsweise von herkömmlichen
Halbleiter-Schaltvorrichtungen. Schaltvorrichtungen Qa und Qb sind
zwischen einer Stromversorgungsleitung (z.B. 300 V) einer Stromversorgung
PS und einer Erdungsleitung (z.B. 0 V) in Totem-pole-Konfiguration in
Reihe geshaltet, wobei eine einer Last zugeführte Ausgangsspannung Vout
durch abwechselndes Schalten der Schaltvorrichtungen Qa und Qb variiert.
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Genauer gesagt, es kommt dann, wenn
die Source-Schaltvorrichtung Qa auf der Seite der Stromversorgungsleitung
einschaltet und die Senken- bzw. Drain-Schaltvorrichtung Qb auf der Seite der
Erdungsleitung ausschaltet, zu einem Ansteigen der Ausgangsspannung
Vout auf eine Spannung nahe der Stromversorgungsspannung von 300
V. Wenn andererseits die Schaltvorrichtung Qa ausschaltet, während die
Schaltvorrichtung Qb einschaltet, fällt die Ausgangsspannung Vout
auf eine Spannung nahe der Erdungsspannung von 0 V.
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Wenn die Schaltvorrichtungen Qa und
Qb gemäß einem
Spannungsansteuerungs-Typ
einer Halbleiter-Schaltvorrichtung, wie einem IGBT und einem MOSFET,
konfiguriert sind, werden die Kapazität C1 zwischen dem Gate und
dem Kollektor und die Kapazität
C2 zwischen dem Gate und dem Emitter relativ hoch. Mit einem derartigen
Einfluß muß gerechnet
werden.
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Wenn in Bezug auf 3A die Gate-Spannung VGa der Schaltvorrichtung
Qa 0 V beträgt
und die Schaltvorrichtung Qa ausschaltet, während die Gate-Spannung VGb
der Schaltvorrichtung Qb 15 V beträgt und die Schaltvorrichtung
Qb einschaltet, wird die Kapazität
C1 der Schaltvorrichtung Qa auf eine Spannung von ca. 300 V geladen.
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Wenn in 3B die Gate-Spannung VGa 315 V beträgt und die
Schaltvorrichtung Qa einschaltet, während die Gate-Spannung VGb
0 V beträgt und
die Schaltvorrichtung Qb ausschaltet, fließt die in der Kapazität C1 der
Schaltvorrichtung Qa gespeicherte elektrische Ladung durch die Schaltvorrichtung
Qa, um anschließend
in der Kapazität
C1 der Schaltvorrichtung Qb gespeichert zu werden. Der Ladestrom
Ia wird ausgedrückt
als C1 × (dv/dt),
und die elektrische Ladung Q (= C1 × V) wird in der Kapazität C1 der
Schaltungsvorrichtung Qb gespeichert.
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Da in diesem Fall der parasitäre Widerstand R
in dem Gate der Schaltvorrichtung Qb vorhanden ist, steigt die Gate-Spannung
VGb um den Ladestrom Ia an. Der Spannungsanstieg ΔVGb wird
ausgedrückt
durch folgende Gleichung: R × Ia = R × Ci × (dv/dt).
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In 3C erfolgt
dann, wenn die Gate-Spannung VGa 300 V beträgt und die Schaltvorrichtung Qa
ausschaltet, während
die Gate-Spannung VGb 15 V beträgt
und die Schaltvorrichtung Qb einschaltet, ein Fließen der
in der Kapazität
C1 gespeicherten elektrischen Ladung durch die Schaltvorrichtung
Qb, um anschliessend zu der Erdungsleitung abzufließen.
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Andererseits wird die Kapazität C1 der Schaltvorrichtung
Qa auf eine Spannung von ca. 300 V geladen. Da in diesem Fall der
parasitäre
Widerstand R (d.h. der parasitäre
Zwischenverbindungs-Widerstand und der Einschaltwiderstand eines
MOSFET in einer Gate-Senkenschaltung) auch in dem Gate der Schaltvorrichtung
Qa vorliegt, steigt die Gate-Spannung VGa um den in die Kapazität C1 fließenden Ladestrom
an.
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Im allgemeinen ist die Vorstufe der
Schaltvorrichtungen Qa und Qb mit einer Gate-Ansteuerschaltung zum
Ansteuern ihres jeweiligen Gates versehen. Wenn ein Senken-Transistor
der Gate-Ansteuerschaltung eine Emitterfolgerschaltung (Kollektorschaltung)
aufweist, steigt die Gate-Spannung des Senken-Transistors entsprechend
dem Spannungsanstieg ΔVGb
an.
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In 3B fällt die
Gate-Spannung VGb der Schaltvorrichtung Qb nicht vollständig auf
0 V ab, und es wird eine sogenannte Restspannung erzeugt. Im allgemeinen
ist eine Gate-Senkenschaltung vorgesehen, um den vorstehend geschilderten
Gate-Spannungsanstieg zu verhindern.
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4A zeigt
ein Schaltbild zur Erläuterung eines
Beispiels einer herkömmlichen
Gate-Senkenschaltung, und 4B zeigt
ein Zeitdiagramm zur Erläuterung
der Arbeitsweise derselben. Eine Gate-Ansteuerschaltung B1 beinhaltet
einen sourceseitigen Transistor Q1, wie z.B. einen p-leitenden MOSFET, und
einen senkenseitigen Transistor Q2, wie z.B. einen n-leitenden MOSFET,
die komplementär
in Reihe geschaltet sind, um das Gate einer Schaltvorrichtung Q3
anzusteuern. Ein Inverter G1 invertiert ein Eingangssignal, das
an einem Eingangsanschluß Tin zugeführt wird,
um das invertierte Signal der Gate-Ansteuerschaltung B1 zuzuführen.
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Im folgenden wird die Arbeitsweise
der Gate-Ansteuerschaltung B1 beschrieben. Wenn die Eingangsspannung
Vin auf einem hohen Pegel ist, schaltet der Transistor Q1 der Gate-Ansteuerschaltung
B1 ein, während
der Transistor Q2 ausschaltet, so daß die Gate-Spannung VG der
Schaltvorrichtung Q3 einen hohen Pegel erreicht, wobei die Schaltvorrichtung
Q3 infolgedessen einschaltet.
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Wenn die Eingangsspannung Vin einen
niedrigen Pegel erreicht, schaltet der Transistor Q1 aus, während der
Transistor Q2 einschaltet, so daß die Gate-Spannung VG ebenfalls einen niedrigen
Pegel erreicht und die Schaltvorrichtung Q3 infolgedessen ausschaltet.
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Die Schaltvorrichtung Q3 kann somit
abhängig
von dem Pegel des Eingangssignals abwechselnd leitend oder nicht-leitend
geschaltet werden.
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Eine Gate-Senkenschaltung B2 beinhaltet einen
Komparator CMP, eine Senken-Schaltvorrichtung
Qs, wie z.B. einen n-leitenden MOSFET, und einen Inverter G2. Der
Komparator CMP überwacht
die Gate-Spannung VG der Schaltvorrichtung Q3 und vergleicht die
Gate-Spannung mit einer vorbestimmten Schwellenspannung Vth. Die
Senken-Schaltvorrichtung Q3 ist zwischen das Gate der Schaltvorrichtung
Q3 und die Erdungsleitung geschaltet.
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Der Inverter G2 invertiert ein Ausgangssignal des
Komparators CMP zum Ansteuern der Senken-Schaltvorrichtung Qs. Die
Schwellenspannung Vth für
den Komparator CMP wird durch den Ausdruck Stromversorgungsspannung
Vcc × (Teilungsverhältnis der
Widerstände
R3 und R4) vorgegeben.
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Im folgenden wird die Arbeitsweise
der Gate-Senkenschaltung B2 erläutert.
Unter Bezugnahme auf 4B ist
dann, wenn die Eingangsspannung Vin auf einem hohen Pegel ist, die
Gate-Spannung VG höher
als die Schwellenspannung Vth des Komparators CMP. Somit ist der
Ausgang des Komparators CMP auf einem hohen Pegel, während der Ausgang
des Inverters G2 auf einem niedrigen Pegel ist, so daß die Senken-Schaltvorrichtung
Qs abschaltet.
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Wenn die Eingangsspannung Vin zu
einem Zeitpunkt t1 von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel
wechselt, schaltet die Schaltvorrichtung Q3 aus, wobei dies dem Übergangszustand
von 3A zu 3B entspricht. Anschließend fließt der Ladestrom
zu der Kapazität
zwischen dem Gate und dem Kollektor der Schaltvorrichtung Q3, und
in der Gate-Spannung VG wird die Restspannung erzeugt.
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Der Ladestrom nimmt dann ab, wenn
die Gate-Spannung VG zu einem Zeitpunkt t2 niedriger wird als die
Schwellenspannung Vth des Komparators CMP, und der Ausgang des Komparators
CMP invertiert auf einen niedrigen Pegel. Infolgedessen gelangt
der Ausgang des Inverters G2 auf einen hohen Pegel, und die Senken-Schaltvorrichtung
Qs schaltet ein. Das Gate der Schaltvorrichtung Q3 ist zur Erdungsleitung
geführt,
so daß die
Gate-Spannung VG auf der Erdungsspannung stabilisiert werden kann.
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Wenn dann die Eingangsspannung Vin
zu einem Zeitpunkt t5 von einem niedrigen Pegel auf einen hohen
Pegel wechselt, schaltet die Schaltvorrichtung Q3 ein, wobei dies
dem Übergangszustand von 3B auf 3C entspricht. Anschließend fließt ein Entladestrom
von der Kapazität
zwischen dem Gate und dem Kollektor der Schaltvorrichtung Q3, und
die Gate-Spannung VG steigt allmählich
an.
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Wenn der Entladestrom abnimmt und
die Gate-Spannung VG zu einem Zeitpunkt t6 höher wird als die Schwellenspannung
Vth des Komparators CMP, invertiert der Ausgang des Komparators
CMP auf einen hohen Pegel. Dadurch erreicht das Ausgangssignal des
Inverters G2 einen niedrigen Pegel, und die Senken-Schalt vorrichtung
Qs schaltet aus. Das Gate der Schaltvorrichtung Q3 wird gegenüber der
Erdungsleitung gesperrt bzw. von dieser abgeschnitten.
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Im Hinblick auf den Stand der Technik
wird auf folgende Dokumente verwiesen: Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichungen
JPA-03-3415 (1991),
S. 6,
1;
JPA-08-18423 (
1996),
1;
JPA-09-298870 (1997),
1;
JPA-2000-197343 (
2000),
1.
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Wenn der Einschaltwiderstand der
Senken-Schaltvorrichtung Qs relativ hoch ist, können Schwankungen der Gate-Spannung
VG nicht ausreichend unterdrückt
werden, wenn der in die Kapazität zwischen
dem Gate und dem Kollektor der Schaltvorrichtung Qs fließende Ladestrom
zu dem Zeitpunkt t2 in 4B hoch
wird.
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Außerdem wird in dem Zeitraum
t3 bis t4 in 4B, wenn
die Gate-Spannung einer sourceseitigen, mit der Schaltvorrichtung
Q3 gekoppelten Schaltvorrichtung ansteigt, dadurch auch die Gate-Spannung
VG beeinflußt
und zum Ansteigen gebracht. Wenn die Gate-Spannung VG zu diesem Zeitpunkt
die Schwellenspannung Vth des Komparators CMP übersteigt, schaltet die Senken-Schaltvorrichtung
Qs aus, und die Gate-Senkenschaltung B2 ist außer Betrieb.
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Wie vorstehend beschrieben, ist eine
Schaltvorrichtung mit einer hohen Kapazität und einem geringen Einschaltwiderstand
als Senken-Schaltvorrichtung Qs notwendig, um den in das Gate der Schaltvorrichtung
Q3 fließenden
Strom sicher zur Erdungsleitung umzuleiten.
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Ferner schaltet der Transistor Q1
in der Gate-Ansteuerschaltung B1 in dem Zeitraum t5 bis t6 in 4B ein, und die Senken-Schaltvorrichtung
Qs schaltet ebenfalls ein. Aus diesem Grund fließt ein hoher Durchflußstrom sowohl
durch den Transistor Q1 als auch durch die Senken-Schaltvorrichtung
Qs, woraus sich eine Verminderung der Leistungseffizienz ergibt.
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Die Ansteuerschaltung für Halbleiter-Schaltvorrichtungen
der im einschlägigen
Stand der Technik (d.h. den vorstehend genannten Referenzdokumenten)
beschriebenen Art weist in der Konfiguration andere Gate-Senkenschaltung
auf.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung
besteht in der Angabe einer Ansteuerschaltung für eine Halbleiter-Schaltvorrichtung,
die einen Aus-Zustand einer Halblei ter-Schaltvorrichtung sicher
aufrechterhalten kann und den Durchflußstrom beim Einschalten stark reduzieren
kann.
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Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden
Erfindung wird eine Ansteuerschaltung für eine Halbleiter-Schaltvorrichtung
angegeben, die folgendes aufweist:
eine Gate-Ansteuerschaltung
zum Ansteuern des Gates einer Halbleiter-Schaltvorrichtung in Abhängigkeit
von einem Eingangssignal;
eine Komparatorschaltung zum Vergleichen
einer Gate-Spannung der Halbleiter-Schaltvorrichtung mit einem vorbestimmten
Schwellenwert;
eine Speicherschaltung, die sich in Abhängigkeit
von einer Invertierung eines Ausgangssignals der Komparatorschaltung
setzen läßt und sich
in Abhängigkeit
von einer Invertierung des Eingangssignals rücksetzen läßt; und
eine Gate-Senken-Vorrichtung
zum Stabilisieren der Gate-Spannung der Halbleiter-Schaltvorrichtung, wenn
die Speicherschaltung gesetzt wird.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt
der vorliegenden Erfindung wird eine Ansteuerschaltung für eine Halbleiter-Schaltvorrichtung
angegeben, die folgendes aufweist:
eine Gate-Ansteuerschaltung
zum Ansteuern des Gates einer Halbleiter-Schaltvorrichtung in Abhängigkeit
von einem Eingangssignal;
eine Filterschaltung zum Verzögern des
Eingangssignals;
eine Komparatorschaltung zum Vergleichen eines Ausgangssignals
der Filterschaltung mit einem vorbestimmten Schwellenwert; und
eine
Gate-Senken-Vorrichtung zum Stabilisieren der Gate-Spannung der
Halbleiter-Schaltvorrichtung in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal
der Komparatorschaltung.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
läßt sich der
Aus-Zustand der Halbleiter-Schaltvorrichtung
sicher aufrechterhalten, und der Durchflußstrom beim Einschalten läßt sich
stark vermindern, so daß sich die
Leistungseffizienz verbessern läßt.
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Die Erfindung und Weiterbildungen
der Erfindung werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen
mehrere Ausführungsbeispiele noch
näher erläutert. In
den Zeichnungen zeigen:
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1A ein
Schaltbild zur Erläuterung
eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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1B ein
Zeitdiagramm zur Erläuterung der
Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels;
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2A ein
Schaltbild zur Erläuterung
eines weiteren Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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2B ein
Zeitdiagramm zur Erläuterung der
Arbeitsweise dieses zweiten Ausführungsbeispiels;
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3 ein
Schaltbild zur schematischen Erläuterung
der Arbeitsweise einer herkömmlichen Halbleiter-Schaltvorrichtung;
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4A ein
Schaltbild zur Erläuterung
eines Beispiels einer herkömmlichen
Gate-Senkenschaltung; und
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4B ein
Zeitdiagramm zur Erläuterung der
Arbeitsweise dieses herkömmlichen
Beispiels.
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Im folgenden werden die bevorzugten
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung ausführlich
beschrieben.
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Ausführungsbeispiel 1
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1A zeigt
ein Schaltbild zur Erläuterung eines
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung, und 1B zeigt
ein Zeitdiagramm zur Erläuterung
seiner Arbeitsweise. Eine Gate-Ansteuerschaltung B1 beinhaltet einen
sourceseitigen Transistor Q1, wie z.B. einen p-leitenden MOSFET,
und einen drain- bzw. senkenseitigen Transistor Q2, wie einen n-leitenden
MOSFET, die komplementär
in Reihe geschaltet sind, um das Gate einer Schaltvorrichtung Q3
anzusteuern. Ein Inverter G1 invertiert ein an einem Eingangsanschluß Tin zugeführtes Eingangssignal,
um das invertierte Signal der Gate-Ansteuerschaltung B1 zuzuführen.
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Die Arbeitsweise der Gate-Ansteuerschaltung
B1 wird im folgenden erläutert.
Wenn die Eingangsspannung Vin auf einem hohen Pegel ist, schaltet
der Transistor Q1 der Gate-Ansteuerschaltung B1 ein, während der
Transistor Q2 ausschaltet, so daß die Gate-Spannung VG der
Schaltvorrichtung Q3 einen hohen Pegel erreicht und infolgedessen
die Schaltvorrichtung Q3 einschaltet.
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Wenn die Eingangsspannung Vin dann
einen niedrigen Pegel erreicht, schaltet der Transistor Q1 aus,
während
der Transistor Q2 einschaltet, so daß die Gate- Spannung VG einen niedrigen Pegel erreicht
und die Schaltvorrichtung Q3 infolgedessen aussschaltet.
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Die Schaltvorrichtung Q3 kann somit
in Abhängigkeit
von dem Pegel des Eingangssignals abwechselnd leitend geschaltet
und nicht-leitend geschaltet bzw. gesperrt werden. Eine Gate-Senken- bzw.
Gate-Drain-Schaltung (bzw. GTS-Schaltung)
B2 beinhaltet einen Komparator CMP, eine Senken-Schaltvorrichtung
Qs, wie z.B. einen n-leitenden MOSFET, einen Inverter G3, eine UND-Schaltung
G4 sowie ein RS-Flipflop FF.
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Der Komparator CMP überwacht
die Gate-Spannung VG der Schaltvorrichtung Q3 und vergleicht die
Gate-Spannung mit einem vorbestimmten Schwellenwert Vth. Die Senken-Schaltvorrichtung
Qs ist zwischen das Gate der Schaltvorrichtung Q3 und eine Erdungsleitung
geschaltet. Der Inverter G2 invertiert ein Ausgangssignal des Komparators
CMP, während
der Inverter G3 das Eingangssignal von dem Anschluß Tin invertiert.
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Die UND-Schaltung G4 verarbeitet
das logische Produkt jedes Ausgangssignals von den Invertern G2
und G3. Dem RS-Flipflop FF werden das Ausgangssignal der UND-Schaltung
G4 als Setzsignal und das Eingangssignal von dem Anschluß Tin als
Rücksetzsignal
zugeführt.
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Dem Gate der Senken-Schaltvorrichtung
Qs wird ein Ausgangssignal Q des RS-Flipflop FF zugeführt. Die
Schwellenspannung Vth für
den Komparator CMP wird durch den folgenden Ausdruck vorgegeben:
Stromversorgungsspannung Vcc × (Teilungsverhältnis der
Widerstände
R3 und R4).
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Im folgenden wird die Arbeitsweise
der Gate-Senkenschaltung B2 beschrieben. Unter Bezugnahme auf 1B ist dann, wenn die Eingangsspannung
Vin auf einem hohen Pegel ist, die Gate-Spannung VG höher als
die Schwellenspannung Vth des Komparators CMP. Das Ausgangssignal
des Komparators CMP erreicht somit einen hohen Pegel, und das Ausgangssignal
des Inverters G2 gelangt auf einen niedrigen Pegel, während das
Ausgangssignal der UND-Schaltung G4 ebenfalls einen niedrigen Pegel
erreicht. Andererseits erreicht das Rücksetzsignal des RS-Flipflop
FF einen hohen Pegel, während
dessen Ausgangssignal Q einen niedrigen Pegel erreicht, so daß die Senken-Schaltvorrichtung
Qs abschaltet.
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Wenn zu einem Zeitpunkt t1 die Eingangsspannung
Vin von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel wechselt, erreicht
das Ausgangssignal des Inverters G3 einen hohen Pegel, und das Rücksetzsignal
des RS-Flipflop FF erreicht einen niedrigen Pegel. Zu diesem Zeitpunkt
wechselt auch die Gate-Spannung VG auf einen niedrigen Pegel, und die
Schaltvorrichtung Q3 schaltet aus.
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Ein Ladestrom fließt zu der
Kapazität
zwischen dem Gate und dem Kollektor der Schaltvorrichtung Q3, und
in der Gate-Spannung VG entsteht eine Restspannung. Anschließend nimmt
der Ladestrom ab. Wenn die Gate-Spannung VG zu einem Zeitpunkt t2
niedriger wird als die Schwellenspannung Vth des Komparators CMP,
wechselt das Ausgangssignal des Komparators CMP auf einen niedrigen
Pegel, und das Ausgangssignal des Inverters G2 erreicht einen hohen
Pegel.
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Daraufhin erreicht das Ausgangssignal
der UND-Schaltung G4 einen hohen Pegel, und das Setzsignal des RS-Flipflop
FF wechselt um auf einen hohen Pegel, und das Ausgangssignal Q erreicht
einen hohen Pegel, so daß die
Senken-Schaltvorrichtung Qs somit einschaltet. Das Gate der Schaltvorrichtung
Q3 wird dann zur Erdungsleitung hin leitend, so daß die Gate-Spannung
VG auf der Erdungsspannung stabilisiert werden kann.
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Wenn dann in einem Zeitraum von t3
bis t4 die Gate-Spannung einer mit der Schaltvorrichtung Q3 gekoppelten
sourceseitigen Schaltvorrichtung (nicht gezeigt) ansteigt, hat dies
Einfluß auf
die Gate-Spannung VG hat und bringt diese zum Ansteigen (siehe gestrichelte
Linie in 1B). Wenn die Gate-Spannung
VG die Schwellenspannung Vth des Komparators CMP übersteigt,
erreicht das Ausgangssignal des Komparators CMP einen hohen Pegel,
und das Ausgangssignal des Inverters G2 erreicht einen hohen Pegel,
woraufhin die UND-Schaltung G4 einen niedrigen Pegel erreicht und
das Setzsignal des RD-Flipflop FF einen niedrigen Pegel erreicht.
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Da das Ausgangssignal Q des RS-Flipflop FF
auf einem hohen Pegel gehalten bleibt, dauert bei diesem Ausführungsbeispiel
der Ein-Zustand der Senken-Schaltvorrichtung
Qs fort, so daß die Gate-Spannung
VG auf der Erdungsspannung stabilisiert werden kann.
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Während
das Eingangssignal auf einem niedrigen Pegel ist, kann der Ein-Zustand
der Senken-Schaltvorrichtung Qs somit unabhängig von Schwankungen im Ausgangssignal
des Komparators CMP fortdauern.
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Zu einem Zeitpunkt t5, wenn die Eingangsspannung
Vin von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel wechselt, gelangt
das Ausgangssignal des Inverters G3 auf einen niedrigen Pegel, und
das Setzsignal des RS-Flipflop FF wird auf einen niedrigen Pegel
invertiert, während
das Rücksetzsignal
auf einen hohen Pegel invertiert wird. Darauf hin wechselt das Ausgangssignal
Q auf einen niedrigen Pegel, und die Senken-Schaltvorrichtung Q3
schaltet aus, so daß das
Gate der Schaltvorrichtung Q3 somit gegenüber der Erdungsleitung getrennt
ist.
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Zu einem Zeitpunkt t7 wechselt die Gate-Spannung
VG aufgrund der Gate-Ansteuerschaltung
B1 auf einen hohen Pegel, so daß die Schaltvorrichtung
Q3 einschalteten kann.
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Wenn das Eingangssignal von einem
niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel umschaltet, schaltet die Senken-Schaltvorrichtung
Qs aufgrund der logischen Schaltung direkt aus, so daß die Periode
verkürzt
werden kann, wenn sowohl der Transistor Ql in der Gate-Ansteuerschaltung
B1 als auch die Senken-Schaltvorrichtung Qs in der Gate-Senkenschaltung
B2 gleichzeitig einschalten. Infolgedessen läßt sich der Durchflußstrom vermindern,
woraus sich eine Verbesserung der Leistungseffizienz ergibt.
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Ferner ist die Gate-Senkenschaltung
B2 vorzugsweise mit der UND-Schaltung G4 versehen, die das logische
Produkt aus dem niedrigen Pegel des Eingangssignals von dem Anschluß Tin und
dem niedrigen Pegel des Ausgangssignals des Komparators CMP verarbeiten
kann, so daß dadurch,
während
das Eingangssignal auf einem niedrigen Pegel ist, das Setzsignal
des RS-Flipflop FF unabhängig von
Schwankungen in dem Ausgangssignal des Komparators CMP sicher auf
einem niedrigen Pegel gehalten werden kann.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird
das RS-Flipflop FF für
die Speicherschaltung verwendet. Alternativ kann auch ein anderer
Typ von Flipflop und bistabiler Schaltung verwendet werden. Ferner
wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel
die UND-Schaltung als Logikprodukt-Schaltung verwendet. Alternativ
können
auch andere Arten von Gate-Schaltungen verwendet werden. Die logische Form
(d.h. hoch-aktiv oder niedrig-aktiv) der logischen Schaltung kann
in Abhängigkeit
von der logischen Form des Eingangssignals geeignet modifiziert
werden.
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Ausführungsbeispiel 2
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2A zeigt
ein Schaltbild zur Erläuterung eines
weiteren Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung, und 2B zeigt
ein Zeitdiagramm zur Erläuterung
der Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels.
Eine Gate-Ansteuerschaltung B1 beinhaltet einen sourceseitigen Transistor
Q1, wie z.B. einen p-leitenden MOSFET, und einen senkenseitigen
Transistor Q2, wie z.B. einen n-leitenden MOSFET, die komplementär in Reihe
geschaltet sind, um das Gate einer Schaltvorrichtung Q3 anzusteuern. Ein
Inverter G1 invertiert ein an einem Eingangsanschluß Tin zugeführtes Eingangssignal,
um das invertierte Signal der Gate-Ansteuerschaltung B1 zuzuführen.
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Im folgenden wird die Arbeitsweise
der Gate-Ansteuerschaltung B1 beschrieben. Wenn die Eingangsspannung
Vin auf einem hohen Pegel ist, schaltet der Transistor Q1 der Gate-Ansteuerschaltung
B1 ein, während
der Transistor Q2 ausschaltet, so daß die Gate-Spannung VG der
Schaltvorrichtung Q3 auf einen hohen Pegel gelangt, wobei infolgedessen
die Schaltvorrichtung Q3 einschaltet.
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Wenn dann die Eingangsspannung Vin
einen niedrigen Pegel erreicht, schaltet der Transistor Q1 aus,
während
der Transistor Q2 einschaltet, so daß die Gate-Spannung VG auf einen niedrigen Pegel
gelangt, wobei infolgedessen die Schaltvorrichtung Q3 ausschaltet.
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Die Schaltvorrichtung Q3 kann somit
in Abhängigkeit
von dem Pegel des Eingangssignals abwechselnd leitend geschaltet
und nicht-leitend geschaltet bzw. gesperrt werden.
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Eine Gate-Senken-Schaltung (bzw. GTS-Schaltung)
B2 beinhaltet eine Filterschaltung B3, einen Komparator CMP und
eine Senken-Schaltvorrichtung Qs, wie z.B. einen n-leitenden MOSFET. Die
Filterschaltung B3 verzögert
das Eingangssignal von dem Anschluß Tin. Der Komparator CMP vergleicht
ein Ausgangssignal der Filterschaltung B3 mit einem vorbestimmten
Schwellenwert Vth. Die Senken-Schaltvorrichtung
Qs ist zwischen das Gate der Schaltvorrichtung Q3 und eine Erdungsleitung
geschaltet.
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Dem Gate der Senken-Schaltvorrichtung
Qs wird das Ausgangssignal des Komparators Q zugeführt. Die
Schwellenspannung Vth für
den Komparator CMP wird durch den Ausdruck vorgegeben: Stromversorgungsspannung
Vcc × (Teilungsverhältnis der
Widerstände
R3 und R4).
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Die Filterschaltung B3 beinhaltet
eine Schaltvorrichtung Q4, einen Kondensator C1 und eine Stromquelle
CC. Die Schaltvorrichtung Q4 kann in Abhängigkeit von dem Pegel des
Eingangssignals abwechselnd leitend geschaltet und nicht-leitend
geschaltet werden. Der Kondensator C1 ist der Schaltvorrichtung
Q4 parallel geschaltet. Die Stromquelle CC führt dem Kondensator C1 Strom
zu.
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Im folgenden wird die Arbeitsweise
der Gate-Senkenschaltung B2 beschrieben. Unter Bezugnahme auf 2B schaltet dann, wenn die
Eingangsspannung Vin auf einem hohen Pegel ist, die Schaltvorrichtung
Q4 in der Filterschaltung B3 ein, so daß das Potential des Kondensators
C1 nahezu bis auf die Erdungsspannung abfällt und anschließend niedriger
wird als die Schwellenspannung Vth. Zu diesem Zeitpunkt erreicht
das Ausgangssignal des Komparators CMP einen niedrigen Pegel, und
die Senken-Schaltvorrichtung Qs schaltet aus.
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Wenn zu einem Zeitpunkt t1 die Eingangsspannung
Vin von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel wechselt, schaltet
die Schaltvorrichtung Q4 aus, und ein Ladestrom fließt von der
Stromquelle CC in den Kondensator C1, so daß das Potential des Kondensators
C1 allmählich
ansteigt. Der Spannungsanstieg ist hinsichtlich der Zeit in etwa
linear, und sein Gradient ist bestimmt durch den Stromwert des Stromquelle
CC und die Kapazität
des Kondensators C1.
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Wenn zu einem Zeitpunkt t2 das Potential des
Kondensators C1 die Schwellenspannung Vth übersteigt, wechselt das Ausgangssignal
des Komparators CMP auf einen hohen Pegel, und die Senken-Schaltvorrichtung
Qs schaltet ein. Das Gate der Schaltvorrichtung Q3 wird dann zur
Erdungsleitung hin leitend geschaltet, so daß die Gate-Spannung VG auf
der Erdungsspannung stabilisiert werden kann.
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Durch Steuern der Ladezeitkonstante
für den Kondensator
C1 kann somit die Verzögerungszeit von
dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t2 auf einen gewünschten
Wert eingestellt werden. Zum Beispiel wird die Ladezeitkonstante
vorzugsweise derart eingestellt, daß der Einfluß aufgrund
eines Fließens von
Ladestrom in die Kapazität
zwischen dem Gate und dem Kollektor der Schaltvorrichtung Q3 verhindert
ist.
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Wenn dann in dem Zeitraum von t3
bis t4 die Gate-Spannung einer mit der Schaltvorrichtung Q3 gekoppelten
sourceseitigen Schaltvorrichtung (nicht gezeigt) ansteigt, hat dies
Einfluß auf
die Gate-Spannung VG hat und bringt diese zum Ansteigen (siehe gestrichelte
Linie in 2B). Da bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
der Ein-Zustand der Senken-Schaltvorrichtung Qs fortdauert, kann
die Gate-Spannung VG auf der Erdungsspannung stabilisiert werden.
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Zu einem Zeitpunkt t5, wenn die Eingangsspannung
Vin von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel wechselt, schaltet
die Schaltvorrichtung Q4 ein, und das Potential des Kondensators
C1 sinkt allmählich.
Die Abfallkurve der Spannung wird durch eine Entladezeitkonstante
des Kondensators C1 bestimmt, die im allgemeinen durch die Eigenimpedanz der
Schaltvorrichtung Q4 und die Kapazität des Kondensators C1 bestimmt
wird.
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Wenn zu einem Zeitpunkt t6 das Potential des
Kondensators C1 niedriger wird als die Schwellenspannung Vth, wechselt
das Ausgangssignal des Komparators CMP auf einen niedrigen Pegel,
und die Senken-Schaltvorrichtung Qs schaltet aus. Das Gate der Schaltvorrichtung
Qs wird somit gegenüber
der Erdungsleitung gesperrt bzw. von dieser getrennt.
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Zu einem Zeitpunkt t7 wechselt die Gate-Spannung
VG aufgrund der Gate-Ansteuerschaltung B1 auf einen hohen Pegel,
so daß die Schaltvorrichtung
Q3 einschalten kann.
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Durch Steuern der Entladezeitkonstante
für den
Kondensator C1 kann somit die Verzögerungszeit von t6 bis t7 auf
einen gewünschten
Wert gesetzt werden. Wenn z.B. die Entladezeitkonstante relativ niedrig
gesetzt ist, kann dies die Periode verkürzen, wenn sowohl der Transistor
Q1 in der Gate-Ansteuerschaltung B1 als auch die Senken-Schaltvorrichtung Qs
in der Gate-Senkenschaltung B2 gleichzeitig einschalten. Infolgedessen
läßt sich
der Durchflußstrom vermindern,
woraus sich eine Verbesserung der Leistungseffizienz ergibt.
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Ferner ist die Gate-Senkenschaltung
B2 vorzugsweise mit der vorstehend beschriebenen Filterschaltung
B3 versehen, bei der die Lade- und Entladezeitkonstanten für den Kondensator
C1 voneinander unabhängig
gesetzt werden können.
Somit können
optimale Verzögerungszeiten
für Ereignisse beim
Einschalten und Ausschalten der Schaltvorrichtung Q3 in getrennter
Weise gesetzt werden, indem diese Zeitkonstanten voneinander verschieden
eingestellt werden.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird
die Gate-Spannung VG der Schaltvorrichtung Q3 nicht überwacht,
um dadurch eine Fehlfunktion der Gate-Senkenschaltung B2 aufgrund eines Fließens von
Ladestrom in die Kapazität
zwischen dem Gate und dem Kollektor der Schaltvorrichtung Q3 zu verhindern.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird
die Kondensatorlade- und -Entladeschaltung für die Filterschaltung verwendet.
Alternativ hierzu können
auch andere analoge und digitale Schaltungen verwendet werden.