DE10056833C2 - Integrierte Treiberschaltung für Halbbrückenschaltung mit zwei Leistungstransistoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Treiberschaltung für eine Halbbrückenschaltung mit zwei Leistungstransistoren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auf eine Schaltung zum Schutz einer integrierten Treiberschaltung zur Ansteuerung von Leistungstransistoren in einer Halbbrückenschaltung gerichtet, bei der eine übermäßige negative Spannungsamplitude an dem Ausgangs-Anschlußknoten zulässig ist.

In Treiberschaltungen für Leistungstransistoren, beispielsweise für Leistungs- MOSFET-Transistoren, die Leistungsgeräte steuern, schalten die Leistungs­ transistoren in vielen Fällen einen großen Strom. Der große Schaltstrom erzeugt in Kombination mit der Durchlaßerholungscharakteristik von Dioden und Streuinduk­ tivitäten in der Schaltung eine negative Spannungsspitze am Ausgangsknoten der Halbbrücke. Diese Spannungsspitzen können die Treiberschaltungen zerstören und weiterhin Störungen hervorrufen.

Aus der DE 196 17 832 A1 ist eine integrierte Treiberschaltung der eingangs genannten Art bekannt, bei der ein Leiten der parasitären Dioden des Halbleiterplättchens bei diesen negativen Spannungsspitzen dadurch vermieden wird, daß die Anoden der parasitären Dioden über eine Vorspannungsquelle gegenüber dem gemeinamen Anschluß oder Erde so vorgespannt werden, daß sie bei den zu erwartenden negativen Spannungsspitzen nicht in den leitenden Zustand gelangen. Hierbei sind jedoch Pegelschieberschaltungen zur Anpassung der Pegel in der integrierten Treiberschaltung erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine integrierte Treiberschaltung zu schaffen, die bei der Ansteuerung von Leistungstransistoren in einer Halbbrückenkonfiguration eine sehr große negative Spannungsamplitude oder Spannungsspitze am Ausgangsknoten zuläßt, wobei diese Schaltung auf einem einzigen Halbleiterplättchen integriert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung ergibt sich aus dem Unteranspruch.

Bei dem erfindungsgemäßen integrierten Treiberschaltung ist wesentlich, daß ein Widerstand zwischen dem Substrat des integrierten Treiberschaltungsplättchens (HVIC) und Erdpotential (d. h. dem gemeinsamen Potentialanschluß (COM)) des Halbleiter­ plättchens vorgesehen ist.

Es wurde festgestellt, daß die Einfügung eines Widerstandes zwischen dem Substrat und der Erde des integrierten Treiberschaltungsplättchens die Verarbeitung von negativen Spannungsspitzen wesentlich dadurch verbessert, daß der durch die parasitäre oder Eigendiode des Halbleiterplättchen fließende Strom begrenzt wird, wenn diese Diode aufgrund der negativen Spannungsspitzen an dem Ausgangsknoten leitet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Anwendungskonfiguration eines integrierten Treiberschaltungsplättchens (HVIC),

Fig. 2 eine parasitäre Struktur zwischen der Versorgungsspannung und der Erde im Inneren eines vorhandenen integrierten Treiberschaltungsplättchens,

Fig. 3 eine parasitäre Struktur zwischen der Netzspannung und dem Substrat, sowie den neuartigen Widerstand gemäß der vorliegenden Erfindung zwischen dem Substrat und Erde in dem Treiberschaltungsplättchen nach den Fig. 1 und 2,

Fig. 4 einen Querschnitt eines Teils eines integrierten Treiberschaltungsplättchens, der eine bevorzugte Ausgestaltung des Widerstandes der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 1 zeigt eine Schaltung eines integrierten Hochspannungs-Treiberschaltungs­ plättchens (HVIC) 23, das eine Halbbrückenschaltung ansteuert, die in verschiedenen Motor- und Geräteanwendungen verwendet wird. Das HVIC 23 ist eine integrierte Gate-Treiberschaltung, wie z. B. die integrierte Treiberschaltung vom Typ IR 2110, die von der Firma International Rectifier Corporation, El Segundo, Kalifornien, USA, hergestellt wird. Die Schaltung weist Kondensatoren 15 und 16 auf, die für die Versorgungsspannungen ausgelegt sind. Weiterhin sind zwei Leistungstransistorschalter 21 und 22 mit MOS-Gate-Steuerung gezeigt, die die spannungsseitigen bzw. erdseitigen Schalter bilden und deren Gate-Anschlüsse von dem spannungsseitigen Ausgangsanschlußstift HO bzw. dem erdseitigen Ausgangsanschlußstift LO des HVIC-Treibers 23 angesteuert werden, wobei diese Anschlußstifte die Anschlüsse 6 bzw. 12 sind. Von Natur aus vorhandene parasitäre Induktivitäten 17, 18, 19 und 20 sind in dem Schaltbild gezeigt.

Wenn der Schalter 21 abschaltet und der Schalter 22 einschaltet, so fällt die Spannung am Anschlußstift 5 (Vs) aufgrund dieser parasitären (Streu-) Induktivitäten unter Erdpotential ab. Diese Spannung kann unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet werden:

V = Lxdl/dt.

Wenn die Spannung Vs unter COM - (Vvers + Vf) absinkt, wie z. B. während einer negativen Spannungsspitze, so beginnt die interne parasitäre Diode 31 (siehe Fig. 2) im Treiberschaltungsplättchen 23 zu leiten, wobei Vvers die Batteriespannung längs des Kondensators 15 ist, während Vf die Dioden-Durchlaßspannung ist. Wenn Vs zu negativ wird, so kann ein übermäßiger Strom durch das Halbleiterplättchen fließen, was zu einem Ausfall des Halbleiterplättchens führt. Um diesen Ausfall zu verhindern, wird ein Widerstand 32 in Serie mit der Diode 1 eingeführt, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Die Aufgabe des Widerstandes 32 besteht in der Begrenzung des Stromes durch die interne parasitäre Diode 31 während der negativen Spannungsspitze, um das Halbleiterplättchen zu schützen.

Somit ist der Widerstand gemäß der vorliegenden Erfindung zwischen dem Substrat und Erde (COM) angeschaltet und er wirkt als ein Schutz gegen eine negative Spannungsspitze für das integrierte Treiberschaltungsplättchen 23.

Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Widerstandes gemäß der vorliegenden Erfindung in der Silizium-Halbleiterscheibe eines HVIC. Der Widerstand 32 ist in Form einer Polysiliziumschicht 40 ausgeführt, das zwischen einer Oxidschicht 42 und einer Oxidschicht 44 eingeschichtet ist. Eine erste Seite des Widerstandes 32 weist eine Kontaktöffnung 46 zur Verbindung mit dem COM- (Erd-)Knoten auf. Eine zweite Seite des Widerstandes 32 weist eine Kontaktöffnung 48 zur Verbindung mit dem Substrat 50 auf. Die Verbindung erfolgt durch die Isolierschicht (ISO) 54 zur Substratschicht 50.

Claims (2)

1. Integrierte Treiberschaltung für eine Halbbrückenschaltung mit ersten und . zweiten Leistungstransistoren (21, 22), bei der eine übermäßige negative Spannungs­ amplitude an einem Ausgangsknoten zwischen den Transistoren in der Halbbrückenschaltung möglich ist, gekennzeichnet durch:
ein Substrat (50) für das integrierte Treiberschaltungsplättchen (23),
erste und zweite Gate-Treiberschaltungen in dem integrierten Treiberschaltungsplättchen (23) zur Ansteuerung der ersten und zweiten Leistungstransistoren (21, 22) in Serie in der Halbbrückenschaltung, wobei die ersten und zweiten Gate-Treiberschaltungen zwischen einer Spannungsquelle (Vvers) und Erdpotential (COM) angeschaltet sind, und
einen Widerstand (32), der zwischen dem Substrat (50) des integrierten Halbleiterschaltungsplättchens (23) und dem Erdpotential (COM) angeschaltet ist, um den durch die parasitäre Diode (31) des integrierten Treiberschaltungs­ plättchens aufgrund von negativen Spannungsspitzen an dem Ausgangsknoten fließenden Strom zu begrenzen.

2. Integrierte Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (32) durch eine Polysiliziumschicht (40) gebildet ist, die zwischen Oxidschichten (42, 44) angeordnet ist, wobei Kontaktöffnungen (46, 48) an gegenüberliegenden Enden der Polysiliziumschicht (40) zur Verbindung mit dem Erdpotential bzw. dem Substrat vorgesehen sind.