DE19816791A1 - Circuit arrangement, in particular for controlling an ignition output stage - Google Patents

Circuit arrangement, in particular for controlling an ignition output stage

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Abstract

A circuit arrangement, in particular for triggering an ignition end stage, has a power switching transistor and a switchable free-wheeling circuit or auxiliary channel. The free-wheeling circuit (42) or auxiliary channel are designed as a controllable four-layer element.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, ins­ besondere zum Ansteuern einer Zündendstufe, mit einem Lei­ stungsschalttransistor und mindestens einem schaltbaren Freilaufkreis und/oder schaltbaren autonomen Hilfskanal.The invention relates to a circuit arrangement, ins especially for driving an ignition stage with a Lei power switching transistor and at least one switchable Freewheeling circuit and / or switchable autonomous auxiliary channel.

Stand der TechnikState of the art

Es ist bekannt, daß beim Abschalten induktiver Lasten auf­ grund von in der induktiven Last gespeicherter Energie Span­ nungsspitzen auftreten können. Ist ein möglichst verlustar­ mer Schalter gewünscht, wie zum Beispiel bei einer getakte­ ten Stromregelung im Lastkreis, so ist bekannt, daß ein Freilaufkreis mit möglichst niedrigem Innenwiderstand, auf den der Laststrom beim Abschalten des Leistungsschalters um­ kommutiert wird, eine geeignete Lösung darstellt.It is known that when switching off inductive loads due to energy span stored in the inductive load voltage peaks can occur. Is as lossable as possible More switches are required, such as with a clocked ten current control in the load circuit, it is known that a Freewheeling circuit with the lowest possible internal resistance the load current when the circuit breaker is switched off commutated represents a suitable solution.

Ist dagegen ein schneller Abbau der induktiven Energie zum Beispiel beim Schalten eines Magnetventils oder das Erzielen einer hohen Primärspannung beim Betrieb eines Zünd- Transformators gewünscht, so muß ein gegebenenfalls vorhan­ dener Freilaufkreis schaltbar ausgeführt werden.On the other hand, is a rapid reduction of inductive energy to Example when switching a solenoid valve or achieving a high primary voltage when operating an ignition  If the transformer is required, it must be present if necessary whose freewheeling circuit can be switched.

Aus der DE 43 44 126 A1 ist beispielsweise eine Schaltungs­ anordnung mit einem schaltbaren Freilaufkreis bekannt, wobei dieser eine Freilaufdiode, einen Freilauf-Schalttransistor und ein Halbleiterbauelement mit definierter Durchbruchspan­ nung aufweist. Diese Schaltungsanordnung ist relativ kompli­ ziert und nur aufwendig herstellbar.DE 43 44 126 A1, for example, is a circuit arrangement known with a switchable freewheeling circuit, wherein this a free-wheeling diode, a free-wheel switching transistor and a semiconductor device with a defined breakdown chip has. This circuit arrangement is relatively complicated adorns and can only be produced with great effort.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den Vorteil, daß diese einfach aufgebaut ist und ohne zusätzliche Prozeß­ schritte bei der Herstellung des Leistungsschalttransistors erhalten werden kann. Dadurch, daß der Freilaufkreis bzw. ein autonomer Hilfskanal von einem ansteuerbaren Vierschich­ telement gebildet wird, kann mittels weniger, mit einer Pro­ zessierung des Leistungsschalttransistors verknüpfbarer Pro­ zeßschritte die gesamte Schaltungsanordnung geschaffen wer­ den. Die Erfindung besteht insbesondere in der Bereitstel­ lung vertikaler Leistungstransistoren mit autonomen Hilfska­ nälen, deren Spannungsfestigkeit mit der des zugehörigen Leistungstransistors vergleichbar ist und die einfach (ohne zusätzliche Prozeßschritte) realisiert werden können. In be­ vorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Thyristor in den Leistungsschalttransistor monolithisch integriert ist und vorzugsweise als laterales Bauelement in den Randbereich eines Leistungsschalttransistor-Kristalls integriert ist. Hierdurch entsteht nur ein geringer zu­ sätzlicher Platzbedarf für die Aufnahme des Thyristors, wo­ bei durch die laterale Anordnung des Thyristors in dem Kri­ stall gleichzeitig eine hohe Temperaturstabilität einstell­ bar ist.The circuit arrangement according to the invention with the in the claim Features mentioned 1 offers the advantage that this is simple and without any additional process steps in the manufacture of the power switching transistor can be obtained. Because the freewheeling circuit or an autonomous auxiliary channel from a controllable four-layer Telement can be formed using less, with a pro cessation of the power switching transistor connectable Pro zeßschritte who created the entire circuit arrangement the. The invention consists in particular in the provision vertical power transistors with autonomous auxiliary capacitors channel whose dielectric strength matches that of the associated Power transistor is comparable and simple (without additional process steps) can be realized. In be preferred embodiment of the invention provides that a thyristor in the power switching transistor monolithic is integrated and preferably as a lateral component in the edge region of a power switching transistor crystal is integrated. This creates only a slight increase additional space required to accommodate the thyristor where  at by the lateral arrangement of the thyristor in the Kri stable temperature stability at the same time is cash.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merk­ malen.Further advantageous embodiments of the invention result from the other notes mentioned in the subclaims to paint.

Zeichnungendrawings

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zei­ gen:The invention is described below in one embodiment explained in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows gene:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung eines Leistungs­ schalttransistors mit schaltbarem Freilaufkreis; Figure 1 shows a circuit arrangement of a power switching transistor with switchable freewheeling circuit.

Fig. 2 schematisch eine Schnittdarstellung durch einen Teilbereich eines die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 aufweisenden Halbleiter-Kristalls und FIG. 2 schematically shows a sectional view through a partial region of a semiconductor crystal and having the circuit arrangement according to FIG. 1

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Halbleiter-Kristall gemäß Fig. 2, unter Weglassung von Metallisierungen; Fig. 3 is a plan view of the semiconductor crystal of Figure 2, with omission of metallizations.

Fig. 4 eine Schaltungsanordnung mit einem schaltbaren au­ tonomen Hilfskanal, Fig. 4 a circuit arrangement with a switchable au tonomen auxiliary channel,

Fig. 5 schematisch eine Schnittdarstellung analog Fig. 2 für eine Schaltung nach Fig. 4. Fig. 5 shows schematically a sectional view analogous to FIG. 2, for a circuit according to Fig. 4.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung 10 einer im Detail nicht dargestellten Zündendstufe dargestellt. Mittels der Schaltungsanordnung 10 wird eine Primärwicklung 12 einer Zündspule mit einer Spannungsversorgung U, beispielsweise einer Batterie eines Kraftfahrzeuges, verbunden. Hierzu ist ein Leistungsschalttransistor 14 vorgesehen, dessen Kollek­ tor mit dem einen Anschluß der Primärwicklung 12 verbunden ist. Der Emitter des Leistungsschalttransistors 14 ist mit Masse verbunden, während die Basis mit einem Ansteuersignal beaufschlagbar ist.In Fig. 1, a circuit arrangement 10 is illustrated an ignition output stage, not shown in detail. A primary winding 12 of an ignition coil is connected to a voltage supply U, for example a battery of a motor vehicle, by means of the circuit arrangement 10 . For this purpose, a power switching transistor 14 is provided, the collector gate is connected to one terminal of the primary winding 12 . The emitter of the power switching transistor 14 is connected to ground, while a trigger signal can be applied to the base.

Ferner ist ein Thyristor 16 vorgesehen, dessen Anode mit dem Kollektor des Leistungsschalttransistors 14 und dessen Ka­ thode mit der Versorgungsspannung U verbunden ist. Die Steu­ erelektrode des Thyristors 16 ist mit dem Kollektor eines Schalttransistors 18 verbunden, dessen Emitter an Masse liegt und dessen Basis über eine nicht dargestellte Ansteu­ erschaltung ansteuerbar ist. Zwischen der Anode des Thyri­ stors 16 und dem Kollektor des Schalttransistors 18 ist fer­ ner ein Widerstand 20 geschaltet.Furthermore, a thyristor 16 is provided, the anode of which is connected to the collector of the power switching transistor 14 and the Ka of which is connected to the supply voltage U. The control electrode of the thyristor 16 is connected to the collector of a switching transistor 18 , the emitter of which is connected to ground and the base of which can be controlled via a control circuit (not shown). Between the anode of the thyristor 16 and the collector of the switching transistor 18 fer ner a resistor 20 is connected.

In Fig. 2 ist der planare Aufbau des Thyristors 16 in einer schematischen Schnittdarstellung durch ein planares mono­ lithisch integriertes Bauelement 22 gezeigt. Das Bauelement 22 weist ferner den Leistungsschalttransistor 14 auf, der jedoch hier nicht näher dargestellt ist. Das Bauelement 22 besitzt ein Kristall 24 aus einem n⁻-dotierten Material, das gleichzeitig den Kollektor des Leistungsschalttransistors 14 bildet. In diesem n⁻-dotierten Bereich 24 sind die einzelnen Zonen des Thyristors 16, der quasi von einer Reihenschaltung von drei Dioden mit dem Steueranschluß 26 gebildet wird, in an sich bekannter Weise für die Erzeugung von Zonen bestimm­ ter Dotierung in Halbleiter-Kristallen eingebracht. Der Thy­ ristor 16 weist eine mit der Spannungsversorgung U verbunde­ ne n⁺-dotierte Zone 28, eine die Zone 28 umgreifende p-dotierte Zone 30, eine mit dem Kollektor C verbundene p-dotierte Zone 32 und eine zwischen den p-dotierten Zonen 30 und 32 liegende Zone 34 des n⁻-dotierten Bereiches 24 auf. Ferner sind übliche Metallkontaktierungen 36 A, B, C zur elektrischen Kontaktierung des Thyristors 16 und Fel­ doxidschichten 38 zum Erreichen einer Isolierung der einzel­ nen Kontakte untereinander vorhanden. Das Bauelement 22 weist ferner eine Metallisierung 40 auf, die über den Kol­ lektor des Leistungsschalttransistors 14 mit der p-dotierten Zone 32 kurzgeschlossen ist. Der Thyristor 16 bildet mit dem Schalttransistor 18 einen schaltbaren Freilaufkreis 42 (Fig. 1) für die Primärwicklung 12.In Fig. 2 the planar structure of the thyristor 16 is shown in a schematic sectional view through a planar monolithically integrated component 22 . The component 22 also has the power switching transistor 14 , which is not shown here, however. The component 22 has a crystal 24 made of an n⁻-doped material, which simultaneously forms the collector of the power switching transistor 14 . In this n⁻-doped region 24 , the individual zones of the thyristor 16 , which is quasi formed by a series connection of three diodes with the control terminal 26 , are introduced in a manner known per se for the generation of zones of certain doping in semiconductor crystals. The thyristor 16 has a n-doped zone 28 connected to the voltage supply U, a p-doped zone 30 encompassing the zone 28 , a p-doped zone 32 connected to the collector C and one between the p-doped zones 30 and 32 lying zone 34 of the n⁻-doped region 24 . Furthermore, conventional metal contacts 36 A, B, C for electrical contacting of the thyristor 16 and Fel doxidschichten 38 to achieve isolation of the individual NEN contacts are available. The component 22 also has a metallization 40 , which is short-circuited via the collector of the power switching transistor 14 with the p-doped zone 32 . The thyristor 16 forms with the switching transistor 18 a switchable freewheeling circuit 42 ( FIG. 1) for the primary winding 12 .

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Schaltungsanordnung übt folgende Funktionen aus:
Im normalen Betrieb ist der Thyristor 16 deaktiviert, so daß bei angesteuertem Leistungsschalttransistor 14 die Primär­ wicklung 12 mit der Versorgungsspannung U und Masse verbun­ den ist. Zur Erreichung dieser Deaktivierung des Thyristors 16 wird über den Schalttransistor 18 das Potential der p-dotierten Zone 30 auf Masse gelegt, so daß eine Verbindung zwischen dem n⁺-dotierten Bereich 28 und der n⁻-dotierten Zone 34 gesperrt ist.The circuit arrangement shown in FIGS. 1 and 2 performs the following functions:
In normal operation, the thyristor 16 is deactivated, so that when the power switching transistor 14 is driven, the primary winding 12 is connected to the supply voltage U and ground. To achieve this deactivation of the thyristor 16 , the potential of the p-doped zone 30 is connected to ground via the switching transistor 18 , so that a connection between the n⁺-doped region 28 and the n⁻-doped zone 34 is blocked.

Ist der Schalttransistor 18 gesperrt, kann beim Abschalten des Leistungsschalttransistors 14 durch das hiermit verbun­ dene Ansteigen der Kollektorspannung des Leistungsschalt­ transistors 14 der Thyristor 16 über den Widerstand 20 ge­ zündet werden. Der Widerstand 20 dient als Strombegrenzungs­ widerstand und ist beispielsweise als externer Widerstand oder als sogenannter Brunnenwiderstand innerhalb des Bauele­ mentes 22 ausgebildet. Der Brunnenwiderstand ist der Quoti­ ent aus Spannung zwischen Metallisierung 40 und Anschluß 26 und des Stroms durch eine n⁺-dotierte Zone 41 in der p-Zone 30 (Fig. 3). Durch das Ansteigen der Kollektorspannung des Leistungsschalttransistors 14 wird über den Steueranschluß 26 die p-dotierte Zone 30 auf eine höhere Spannung gezogen, als die mit der Versorgungsspannung U verbundene n⁺-dotierte Zone 28. Durch einen hierdurch eingespeisten Zündstrom zün­ det der Thyristor 16. Die Einspeisung des Zündstromes wird hierbei auf einen kleinen Bereich der p-dotierten Zone 30 beschränkt, so daß ein Bahnwiderstand in der n⁻-dotierten Zone 34 von der Grenze zur Feldoxidschicht 38 bis zur Metal­ lisierung 40 mehrere kΩ beträgt. Hieraus resultiert, daß bei der Zündung des Thyristors 16 bereits eine geringe In­ jektion von Elektronen in die n⁻-dotierte Zone 34 von der n⁺-dotierten Zone 28 in der Größenordnung von einigen 100 µA ausreicht, um das Potential der n⁻-dotierten Zone 34 ge­ genüber der p-dotierten Zone 32 um eine Flußspannung abzu­ senken.If the switching transistor 18 is blocked, the thyristor 16 can be ignited via the resistor 20 when the power switching transistor 14 is switched off due to the increase in the collector voltage of the power switching transistor 14 . The resistor 20 serves as a current limiting resistor and is formed, for example, as an external resistor or as a so-called well resistor within the component 22 . The well resistance is the quotient ent of voltage between metallization 40 and terminal 26 and the current through an n⁺-doped zone 41 in the p-zone 30 ( FIG. 3). Due to the increase in the collector voltage of the power switching transistor 14 , the p-doped zone 30 is drawn to a higher voltage than the n⁺-doped zone 28 connected to the supply voltage U via the control connection 26 . The thyristor 16 detects an ignition current fed thereby. The supply of the ignition current is limited to a small area of the p-doped zone 30 , so that a path resistance in the n⁻-doped zone 34 from the boundary to the field oxide layer 38 to the metalization 40 is several kΩ. The result of this is that when the thyristor 16 is ignited, even a small injection of electrons into the n⁻-doped zone 34 from the n⁺-doped zone 28 in the order of magnitude of a few 100 μA is sufficient to the potential of the n⁻-doped Zone 34 ge compared to the p-doped zone 32 to lower a forward voltage.

Um die Zündung des Thyristors 16 noch wirksamer zu gestal­ ten, kann vorgesehen sein, die n⁺-dotierte Zone 28 zu schlitzen (Bereich 43) und den Zündstrom direkt in den Grenzbereich zwischen der p-dotierten Zone 30 und der n⁻-dotierten Zone 34 einzuspeisen (Fig. 3). Nach der Zündung werden die Ladungsträger nach allen Seiten in die p-dotierte Zone 30 und die n⁻-dotierte Zone 34 injiziert, der Stromfluß breitet sich über den gesamten als Vierschichtelement 28, 30, 34, 32 ausgebildeten Rand aus.In order to make the ignition of the thyristor 16 even more effective, provision can be made for the n⁺-doped zone 28 to be slit (region 43 ) and the ignition current directly into the boundary region between the p-doped zone 30 and the n⁻-doped zone 34 feed ( Fig. 3). After the ignition, the charge carriers are injected on all sides into the p-doped zone 30 and the n + -doped zone 34 , the current flow spreads over the entire edge formed as a four-layer element 28 , 30 , 34 , 32 .

Parallel zu diesem Stromfluß entsteht ein weiterer durch den direkten Elektronenstrom von der n⁺-dotierten Zone 28 (mit der p-dotierten Zone 30 als Basis) nach der Metallisierung 40. Dadurch erhöht sich der stromtragende Querschnitt erheb­ lich.In parallel to this current flow, another occurs due to the direct electron current from the n⁺-doped zone 28 (with the p-doped zone 30 as the base) after the metallization 40 . This increases the current-carrying cross-section significantly.

Durch Zünden des Thyristors 16 ist der Freilaufkreis 42 (Fig. 1) aktiviert. Wird der Leistungsschalttransistor 14 über eine Ansteuerung wieder eingeschaltet, sinkt das Poten­ tial der p-dotierten Zone 32 und der n⁻-dotierten Zone 34, so daß der Thyristor 16 gelöscht wird.The free-wheeling circuit 42 ( FIG. 1) is activated by firing the thyristor 16 . If the power switching transistor 14 is switched on again via a control, the potential of the p-doped zone 32 and the n⁻-doped zone 34 drops, so that the thyristor 16 is extinguished.

Um bei hohen Kollektorspannungen des Leistungsschalt­ transistors 14 ein ungewolltes Zünden des Thyristors 16 durch Sperrschichtberührung (punch through) zwischen der p-dotierten Zone 30 und der p-dotierten Zone 32 zu vermeiden, kann der Metallkontakt 36 C des Kollektors C (in Fig. 2 rechts dargestellt) über den Rand 44 überstehen, so daß durch die daraus resultierende Schirmwirkung eine laterale Sperrschichtberührung von der p-dotierten Zone 30 nach der p-dotierten Zone 32 sicher vermieden wird.In order to avoid unwanted ignition of the thyristor 16 by punch through junction between the p-doped zone 30 and the p-doped zone 32 at high collector voltages of the power switching transistor 14 , the metal contact 36 C of the collector C (in FIG. 2 shown on the right) protrude beyond the edge 44 , so that the resulting shielding effect reliably prevents lateral barrier layer contact from the p-doped zone 30 to the p-doped zone 32 .

Wird das beschriebene Prinzip angewendet, um zum Beispiel eine verlustarme getaktete Stromregelung des Spulenstroms in der Primärwicklung 12 zu realisieren, so ist zu beachten, daß die Einleitung der Zündung bei aktiviertem Freilauf durch den Thyristor 16 nach folgendem Ablauf geschehen muß:
If the principle described is used, for example to implement a low-loss clocked current control of the coil current in the primary winding 12 , it should be noted that the initiation of the ignition when the freewheel is activated by the thyristor 16 must take place according to the following sequence:

  • 1. Der Leistungsschalttransistor 14 wird leitend geschaltet und löscht den Thyristor 16. Der Schalttransistor 18 wird gleichzeitig leitend geschaltet.1. The power switching transistor 14 is turned on and clears the thyristor 16 . The switching transistor 18 is turned on at the same time.
  • 2. Nach der Freiwerdezeit von dem Thyristor 16 wird der Lei­ stungsschalttransistor 14 abgeschaltet und damit die Zündung auf hohem Spannungsniveau am Kollektor C eingeleitet.2. After the release time of the thyristor 16 , the power switching transistor 14 is switched off and thus the ignition is initiated at a high voltage level at the collector C.

Die gewählte Lateralgeometrie für den Thyristor 16 mit An­ odenkurzschluß zwischen der Metallisierung 36 und der Metal­ lisierung 40 und der Option eines Kathoden-Kurzschlusses zwischen der n⁺-dotierten Zone 28 und der p⁺-dotierten Zone 30 bietet die Möglichkeit kleiner Freiwerdezeiten und hoher Betriebstemperaturen.The selected lateral geometry for the thyristor 16 with an anode short circuit between the metallization 36 and the metalization 40 and the option of a cathode short circuit between the n⁺-doped zone 28 and the p⁺-doped zone 30 offers the possibility of short release times and high operating temperatures .

Weitere Optimierungsmöglichkeiten für das Abschalten des Thyristors 16 bestehen in einer Variation des Abstandes der p-dotierten Zonen 30 beziehungsweise 32 zueinander. Hier­ durch wird die Stromverstärkung des lateralen pn⁻-p- Transistors und die Größe des Anodenkurzschlusses festge­ legt. Gleichzeitig wird das Sperrverhalten der pnp-Struktur innerhalb der vier aktiven npnp-Zonen des Thyristors 16 be­ einflußt.Further optimization options for switching off the thyristor 16 exist in a variation of the spacing of the p-doped zones 30 and 32 from one another. Here, the current gain of the lateral pn⁻-p transistor and the size of the anode short circuit is determined. At the same time, the blocking behavior of the pnp structure within the four active npnp zones of the thyristor 16 is influenced.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 10 kann bei­ spielsweise für eine getaktete Zündendstufe verwendet wer­ den, bei der ein über das Tastverhältnis einstellbarer mitt­ lerer Strom mit geringer Verlustleistung in der Zündendstufe für eine Energieregelung eines Zündfunkens eingesetzt wird.The circuit arrangement 10 according to the invention can be used, for example, for a clocked ignition output stage, in which an average current that can be set via the duty cycle is used with low power loss in the ignition output stage for energy control of an ignition spark.

Ferner kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 10 für eine verlustarme Aufrechterhaltung eines für eine Zündung ausreichenden Spulenstromes über eine längere Zeit nach Ende der Ladephase eingesetzt werden.Further, the circuit arrangement 10 according to the invention can be used for a low-loss maintain sufficient for an ignition coil current over a longer time after the end of the charging phase can be used.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einem autonomen Hilfskanal 100. Der über seinen Basisanschluß B ansteuerbare Leistungsschalt­ transistor 14 ist kollektorseitig mit einer induktiven Last 12 verbunden, die ihrerseits mit der Spannungsversorgung U verbunden ist. Der autonome Hilfskanal 100 wird zwischen ei­ nem Hilfskanalausgang 110 und einem Hilfskanaleingang 120 durch ein Vierschichtelement 140, 150 gebildet, wobei mit Bezugszeichen 140 bzw. 150 die beiden Teiltransistoren des Vierschichtelements bezeichnet sind. Der Hilfskanalausgang 110 ist mit Masse verbunden, der Hilfskanaleingang 120 ist über einen Pfad 180, der durch die Reihenschaltung eines Kondensators 190 und eines Widerstands 200 gebildet wird, mit dem Kollektor C des Leistungsschalttransistors 14 ver­ bunden. Eine aufbaubedingte Diode 160 (vergleiche Fig. 5) ist zum Pfad 180 parallel geschaltet. Die Basis des ersten Teiltransistors 140 ist über einen aufbaubedingten Wider­ stand 170 (vergleiche Fig. 5) mit dem Kollektor des Lei­ stungsschalttransistors 14 verbunden. Die Basis des zweiten Teiltransistors 150 ist über einen Steuereingang 130 ansteu­ erbar. Fig. 4 shows an embodiment of the inventive circuit arrangement with an autonomous auxiliary channel 100. The power switching transistor 14, which can be controlled via its base connection B, is connected on the collector side to an inductive load 12 , which in turn is connected to the voltage supply U. The autonomous auxiliary channel 100 is formed between an auxiliary channel output 110 and an auxiliary channel input 120 by a four-layer element 140 , 150 , the two sub-transistors of the four-layer element being designated by reference numerals 140 and 150, respectively. The auxiliary channel output 110 is connected to ground, the auxiliary channel input 120 is connected via a path 180 , which is formed by the series connection of a capacitor 190 and a resistor 200 , to the collector C of the power switching transistor 14 . A construction-related diode 160 (cf. FIG. 5) is connected in parallel to path 180 . The base of the first partial transistor 140 is connected via a construction-related resistance 170 (see FIG. 5) to the collector of the power switching transistor 14 . The base of the second partial transistor 150 can be controlled via a control input 130 .

Der Leistungsschalttransistor 14 in Fig. 4 stellt analog zum Leistungsschalttransistor in Fig. 1 einen vertikalen Haupttransistor dar, der kollektorseitig mit einer indukti­ ven Last, z. B. einer Zündspule, verbunden ist. Im gewählten Schaltungsbeispiel ist ein mit dicken Linien markierter au­ tonomer Hilfskanal 100 vorgesehen, der einen über den Steu­ ereingang 130 ansteuerbaren, von der Kollektoremitterstrecke des Leistungsschalttransistors 14 unabhängigen Strompfad darstellt. Im gewählten Schaltungsbeispiel dient die Zünd­ spule 12 als Primärspule einer Transformatorwicklung zur ma­ gnetischen Induktion eines Zündfunkens in der Sekundärspule. Soll die induktive Last 12 nach einer gewissen Zeit unabhän­ gig vom Leistungsschalttransistor 14 wechselspannungsmäßig mit Masse verbunden werden, so kann dies über den wechsels­ pannungsmäßig mit dem Kollektor des Leistungsschalttransi­ stors 14 verbundenen autonomen Hilfskanal 100 erfolgen, so­ fern er entsprechend über den Steuereingang 130 angesteuert wird. Dies hat den Vorteil, daß unabhängig von der Basisan­ steuerung des Leistungsschalttransistor 14 eine schnelle Zurverfügungstellung eines Hilfskanals zur wechselspannungs­ mäßigen Erdung der induktiven Last gewährleistet wird. Das Vierschichtelement 16 ist nur kapazitiv mit der Zündspule verbunden; der Hilfskanaleingang 120 ist im gezeigten Aus­ führungsbeispiel über den Pfad 180 mit dem Kollektor des Leistungsschalttransistors 14 verbunden. Für andere Anwen­ dungen sind jedoch auch andere Beschaltungen des Hilfska­ naleingangs 120 vorsehbar. Die einzige funktionale Ein­ schränkung hinsichtlich der von der Kollektoremitterstrecke des Leistungsschalttransistors 14 unabhängigen Schaltbarkeit des Hilfskanals 100 stellt die aufbaubedingte Diode 160 dar (vergleiche Fig. 5); der Hilfskanaleingang 120 darf mit keiner höheren Spannung betrieben werden als der Spannung am Kollektor C des Leistungsschalttransistors 14. Im Gegensatz zur Schaltungsanordnung nach Fig. 1, bei der der Stromfluß vom Kollektor des Leistungsschalttransistors 14 über den Thyristor 16 zur Spannungsversorgung U erfolgt, fließt in der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 bei angesteuertem Hilfskanal der Strom durch den Hilfskanal in umgekehrter Richtung vom Kollektor des Leistungsschalttransistors 14 über das Vierschichtelement 16 nach Masse, also parallel zum Stromfluß durch den Leistungsschalttransistor 14. Eine wei­ tere mögliche Anwendung des autonomen Hilfskanals stellt ein verzögertes Einschalten des Zündfunkens dar, der durch eine entsprechende Ansteuerung des Steuereingangs 130 erzielt werden kann. Es sind auch mehrere parallel geschaltete, je­ doch unabhängig voneinander ansteuerbare Hilfskanäle 100 denkbar, auch in Kombination mit einem Freilaufkreis nach Fig. 1.The power switching transistor 14 in Fig. 4 is analogous to the power switching transistor in Fig. 1 is a vertical main transistor, the collector side with an inductive load, z. B. an ignition coil is connected. In the selected circuit example, an autonomous auxiliary channel 100 marked with thick lines is provided, which represents a current path that can be controlled via the control input 130 and is independent of the collector-emitter path of the power switching transistor 14 . In the selected circuit example, the ignition coil 12 serves as the primary coil of a transformer winding for magnetic induction of an ignition spark in the secondary coil. If the inductive load 12 is connected to the AC voltage to ground after a certain time independently of the power switching transistor 14 , this can be done via the alternating voltage connected to the collector of the power switching transistor 14 , the independent auxiliary channel 100 , provided that it is appropriately controlled via the control input 130 . This has the advantage that irrespective of the basis control of the power switching transistor 14, a rapid provision of an auxiliary channel for AC-like grounding of the inductive load is ensured. The four-layer element 16 is only connected capacitively to the ignition coil; the auxiliary channel input 120 is connected in the exemplary embodiment shown via the path 180 to the collector of the power switching transistor 14 . For other applications, however, other circuits of the auxiliary channel input 120 can also be provided . The only functional restriction with regard to the switchability of the auxiliary channel 100 which is independent of the collector-emitter path of the power switching transistor 14 is the configuration-related diode 160 (cf. FIG. 5); the auxiliary channel input 120 must not be operated with a higher voltage than the voltage at the collector C of the power switching transistor 14 . In contrast to the circuit arrangement according to FIG. 1, in which the current flows from the collector of the power switching transistor 14 via the thyristor 16 to the voltage supply U, in the circuit arrangement according to FIG. 4 the current flows through the auxiliary channel in the opposite direction from the collector of the power switching transistor when the auxiliary channel is activated 14 via the four-layer element 16 to ground, that is to say parallel to the current flow through the power switching transistor 14 . Another possible application of the autonomous auxiliary channel is a delayed switching on of the ignition spark, which can be achieved by a corresponding control of the control input 130 . A plurality of auxiliary channels 100 which are connected in parallel but can be controlled independently of one another are also conceivable, also in combination with a freewheeling circuit according to FIG. 1.

Fig. 5 zeigt eine Schnittdarstellung durch einen Halblei­ terkristall für eine Schaltungsanordnung nach Fig. 4; der Aufbau der Schichtanordnung sowie die physikalischen Abläufe im Halbleiterkristall entsprechen weitgehend denen des Halb­ leiterkristalls nach Fig. 2. Gleiche oder ähnliche Bestand­ teile des Halbleiterkristalls sind mit gleichen Bezugszei­ chen wie in Fig. 2 versehen und werden nicht nochmals be­ schrieben. Im Gegensatz zu Fig. 2 ist in Fig. 5 der Lei­ stungsschalttransistor 14 mit eingezeichnet, der sich mit seinem Schichtaufbau 220, 230 nach links hin fortsetzt. Die stark n-dotierte Schicht 220 bildet dabei über die darüber­ liegende Metallisierung den Emitter, der an Masse ange­ schlossen ist. Die stark n-dotierte Schicht 220 ist in die Basisschicht 230 eingebettet, die p-dotiert ist. Die Basis­ schicht ist über den Basisanschluß B ansteuerbar, wobei in der Basisschicht 230 eine stark n-dotierte Barriere 240 vor­ gesehen ist, die die Emitterschicht 220 in Richtung des Vierschichtelements abschirmt. Ferner ist in Fig. 5 zusätz­ lich zur Fig. 2 noch ein Kanalstopper 210 eingezeichnet, eine stark n-dotierte Schicht im Randbereich des Halbleiter­ kristalls zur Unterbindung von elektrischen Durchbrüchen im Randbereich des Halbleiterkristalls. Im Gegensatz zur Fig. 2 weist das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 keinen Brunnen­ widerstand, mithin keine stark n-dotierte Schicht 41 bzw. kein entsprechendes "Loch" in der p-Dotierung der Schicht 30 auf. Das Vierschichtelement ist hier als autonomer Hilfska­ nal verschaltet; die stark n-dotierte Schicht 28 ist mit der Metallisierung 36b kontaktiert, die den Hilfskanalausgang 110 bildet, der mit Masse verbunden ist. Die Metallisierung 36c, die die p-dotierte Schicht 32 kontaktiert, bildet den Hilfskanaleingang 120. Der Steuereingang 130 des autonomen Hilfskanals 100 wird durch die Metallisierung 36a gebildet, die die p-dotierte Schicht 30 kontaktiert. Der aufbaubeding­ te Widerstand 170 wird durch den schwach n-dotierten Halb­ leiterbereich zwischen dem Bereich 34 und der Metallisierung 40 gebildet. Der aufbaubedingte Widerstand 170 ist im Er­ satzschaltbild der Fig. 1 zur Vereinfachung der Darstellung mittels eines Thyristorsymbols nicht eingezeichnet, obwohl dieser Widerstand in der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 genauso vorhanden ist. Die aufbaubedingte Diode 160 wird durch den PN-Übergang zwischen der Schicht 32 und dem Halb­ leiterbereich 24 gebildet. In Fig. 1 ist keine aufbaube­ dingte Diode eingezeichnet, da in dem Schaltungsaufbau nach Fig. 2 diese aufbaubedingte Diode durch einen Kurzschluß (Bonddraht) zwischen Anode und Kollektor kurzgeschlossen ist. Der Kondensator 190 und der Widerstand 200 sind in Fig. 5 nicht eingezeichnet, sie sind durch externe Bauelemen­ te realisierbar. In der Grundversion sind beide Bauelemente, d. h. das Bauelement nach Fig. 2 und das nach Fig. 5, mit 5 Klemmen ausgestattet: In Fig. 2 sind es die Anschlüsse B, 40, 36a, 36b und Masse, in Fig. 5 sind es die Anschlüsse B, 40, 130, 120 und Masse. Fig. 5 shows a sectional view through a semiconductor crystal for a circuit arrangement according to Fig. 4; The structure of the layer arrangement and the physical processes in the semiconductor crystal largely correspond to those of the semiconductor crystal according to FIG. 2. The same or similar constituent parts of the semiconductor crystal are provided with the same reference characters as in FIG. 2 and will not be described again. In contrast to FIG. 2, the circuit switching transistor 14 is shown in FIG. 5, which continues with its layer structure 220 , 230 to the left. The heavily n-doped layer 220 forms the emitter, which is connected to ground, via the metallization above it. The heavily n-doped layer 220 is embedded in the base layer 230 , which is p-doped. The base layer can be controlled via the base connection B, a heavily n-doped barrier 240 being provided in the base layer 230 , which shields the emitter layer 220 in the direction of the four-layer element. Furthermore, in FIG. 5, in addition to FIG. 2, a channel stopper 210 is also drawn in, a heavily n-doped layer in the edge region of the semiconductor crystal for preventing electrical breakdowns in the edge region of the semiconductor crystal. In contrast to FIG. 2, the exemplary embodiment according to FIG. 5 has no well resistance, and consequently no heavily n-doped layer 41 or a corresponding “hole” in the p-doping of layer 30 . The four-layer element is connected here as an autonomous auxiliary channel; the heavily n-doped layer 28 is contacted with the metallization 36 b, which forms the auxiliary channel output 110 , which is connected to ground. The metallization 36 c, which contacts the p-doped layer 32 , forms the auxiliary channel input 120 . The control input 130 of the autonomous auxiliary channel 100 is formed by the metallization 36 a, which contacts the p-doped layer 30 . The construction-related resistance 170 is formed by the weakly n-doped semiconductor region between the region 34 and the metallization 40 . The construction-related resistor 170 is not shown in the He circuit diagram of FIG. 1 to simplify the representation by means of a thyristor symbol, although this resistor is also present in the circuit arrangement according to FIG. 2. The construction-related diode 160 is formed by the PN junction between the layer 32 and the semiconductor region 24 . In Fig. 1, no construction-related diode is shown, since in the circuit construction according to Fig. 2, this construction-related diode is short-circuited by a short circuit (bonding wire) between the anode and the collector. The capacitor 190 and the resistor 200 are not shown in FIG. 5, they can be realized by external components. In the basic version, both components, that is to say the component according to FIG. 2 and that according to FIG. 5, are equipped with 5 terminals: in FIG. 2 there are connections B, 40 , 36 a, 36 b and ground, in FIG. 5 it is the connections B, 40 , 130 , 120 and ground.

Den Bauelementen nach Fig. 5 und Fig. 2 ist ein laterales Vierschichtelement gemeinsam, das durch Diffusion von p-dotierten Zonen in einen schwach n-dotierten Halbleiter­ grundkörper und einer in eine der p-dotierten Zonen diffun­ dierten stark n-dotierten Zone als Kathode gebildet wird. Gezündet wird über den Übergang zwischen der stark n-dotierten Zone und der diese stark n-dotierende Zone umge­ benden p-dotierten Zone. In Fig. 5 ist der p-dotierte Emit­ ter jedoch im Gegensatz zur Fig. 2 nicht mit dem Kollektor des vertikalen Leistungsschalttransistors verbunden, sondern er stellt den Eingang 120 eines autonomen Hilfkanals dar, der je nach Anwendung des Hilfskanals beschaltbar ist. Ist der durch den Hilfskanal gegebene Hilfsstrompfad nicht wie im vorliegenden Schaltungsbeispiel nach Fig. 4 selbstlö­ schend, sondern soll der Stromfluß aktiv unterbrochen wer­ den, so kann der Emitter des zweiten Teiltransistors 150 in einer Kaskodenschaltung über einen externen oder integrier­ ten Niederspannungstransistor geführt werden. Im übrigen dient die Barriere 240 unterhalb des Basisanschlusses B des Leistungsschalttransistors 14 zur Unterdrückung einer hier unerwünschten lateralen Injektion von Elektronen aus der Emitterschicht 220 in das schwach n-dotierte Gebiet 24.The components of FIG. 5 and FIG. 2 is a lateral four-layer element together, the doped p-type by diffusing zones to the basic body in a weakly n-doped semiconductor and DIFFUN a doped p-in one of the zones all official heavily n-doped region as the cathode is formed. Ignition occurs via the transition between the heavily n-doped zone and the p-doped zone surrounding this heavily n-doping zone. In FIG. 5, the p-doped emitter, in contrast to FIG. 2, is not connected to the collector of the vertical power switching transistor, but rather represents the input 120 of an autonomous auxiliary channel, which can be wired depending on the application of the auxiliary channel. If the auxiliary current path given by the auxiliary channel is not self-extinguishing, as in the circuit example shown in FIG. 4, but the current flow is to be actively interrupted, the emitter of the second partial transistor 150 can be routed in a cascode circuit via an external or integrated low-voltage transistor. Otherwise, the barrier 240 below the base connection B of the power switching transistor 14 serves to suppress an undesired lateral injection of electrons from the emitter layer 220 into the weakly n-doped region 24 .

Claims (7)

1. Schaltungsanordnung, insbesondere zum Ansteuern einer Zündendstufe, mit einem Leistungsschalttransistor und minde­ stens einem schaltbaren elektrischen Hilfspfad, wobei der mindestens eine Hilfspfad als Freilaufkreis und/oder als Hilfskanal ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Hilfspfad (42) von einem ansteuerbaren Vier­ schichtelement (16) gebildet wird.1. Circuit arrangement, in particular for controlling an ignition output stage, with a power switching transistor and at least one switchable electrical auxiliary path, the at least one auxiliary path being designed as a freewheeling circuit and / or as an auxiliary channel, characterized in that the electrical auxiliary path ( 42 ) is controlled by a controllable four layer element ( 16 ) is formed. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Vierschichtelement (16) in den Leistungs­ schalttransistor (14) monolithisch integriert ist.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the four-layer element ( 16 ) in the power switching transistor ( 14 ) is monolithically integrated. 3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Vierschichtelement (16) als laterales Bauelement in das den Leistungsschalt­ transistor (14) aufweisende Bauelement (22) integriert ist.3. Circuit arrangement according to one of the preceding Ansprü surface, characterized in that the four-layer element ( 16 ) is integrated as a lateral component in the power switching transistor ( 14 ) having the component ( 22 ). 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Vierschichtelement (16) als laterales Bauelement in einem Randbereich des den Leistungs­ schalttransistor (14) aufweisenden Bauelements (22) inte­ griert ist. 4. A circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the four-layer element ( 16 ) as a lateral component in an edge region of the power switching transistor ( 14 ) having the component ( 22 ) is inte grated. 5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem lateralen Strom­ fluß im Vierschichtelement (28, 30, 32, 34) ein zusätzlicher vertikaler Stromfluß von der Rückseite (Metallisierung 40) des Bauelements (22) zu einer Metallisierung (36B) erfolgt und dadurch der stromführende Querschnitt vergrößert wird, wobei die Metallisierung (36B) die Kathode (28) des Vier­ schichtelements kontaktiert.5. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that in addition to the lateral current flow in the four-layer element ( 28 , 30 , 32 , 34 ), an additional vertical current flow from the rear (metallization 40 ) of the component ( 22 ) to a metallization ( 36 B) and thereby the current-carrying cross section is enlarged, the metallization ( 36 B) contacting the cathode ( 28 ) of the four-layer element. 6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (32) des Vier­ schichtelements (16) in Richtung zur Kathode (28) von einer auf Anodenpotential liegenden Feldplatte (36C) so überlappt wird, daß eine von der Kathodenseite mögliche Sperr­ schichtberührung (punch-through) durch einen entsprechenden Überstand der Feldplatte (36) vermieden wird.6. Circuit arrangement according to one of the preceding Ansprü surface, characterized in that the anode ( 32 ) of the four-layer element ( 16 ) towards the cathode ( 28 ) of an anode potential lying field plate ( 36 C) is overlapped so that one of the Possible barrier layer contact (punch-through) on the cathode side is avoided by a corresponding protrusion of the field plate ( 36 ). 7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gate-Kathodenstrecke (30, 28) des Thyristors (16) mit Kurzschlüssen (43) versehen ist.7. Circuit arrangement according to one of the preceding Ansprü surface, characterized in that a gate-cathode path ( 30 , 28 ) of the thyristor ( 16 ) with short circuits ( 43 ) is provided.
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