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Verschiedene Ausführungsformen betreffen Schaltsteuerkreisanordnungen und Verfahren zur Versorgung eines Treiberschaltkreises im Allgemeinen.
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Schalttransistoren, wie etwa beispielsweise Leistungs-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (Leistungs-MOSFETs) oder Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs) können in der Leistungselektronik verwendet werden. Diese Transistoren erfordern nahezu keinen Gate-Strom im EIN-Zustand (oder leitenden Zustand). Solche Leistungstransistoren werden üblicherweise mit Treibern im Niedrig-Ohm-Bereich (oder mit niedriger Impedanz) betrieben (beispielsweise Spannungsquellen), um kurze Schaltzeiten zu erreichen, mit dem Ziel, Schaltleistungsverluste gering zu halten.
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Zudem können auch Leistungstransistoren eingesetzt werden, die eine ähnliche Gate-Source-Kennlinie wie ein p-n-Übergang aufweisen. Beispiele solcher Transistoren umfassen Sperrschicht-Feldeffekttransistoren (SFETs) und Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit (HEMTs). Beispiele für Sperrschicht-Feldeffekttransistoren können Transistoren mit einem Material mit großen Bandlücken umfassen, wie etwa Siliciumcarbidtransistoren (SiC). Beispiele für Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit können Transistoren mit einem Material mit großen Bandlücken umfassen, wie etwa Galliumnitridtransistoren (GaN). Falls solche Leistungstransistoren von einer Spannungsquelle angesteuert werden, können Schwankungen in der Spannung der Spannungsquelle und in der Eingangskennlinie des Transistors, beispielsweise aufgrund von Temperaturschwankungen oder Parameterschwankungen, zu einer wesentlichen Veränderung des Arbeitspunktes des Transistors führen, welche üblicherweise unerwünscht ist. Im Idealfall würden solche Transistoren in ihrem EIN-Zustand mit einem niedrigen, konstanten Strom betrieben werden. Um aus dem AUS-Zustand (oder nichtleitenden Zustand) in den EIN-Zustand zu wechseln, ist eine Ansteuerung mit einem geringen ohmschen Widerstand gewünscht, um kurze Umschaltzeiten zu erreichen, mit dem Ziel, Schaltleistungsverluste gering zu halten. Es wäre wünschenswert, einen solchen Treiberschaltkreis für den Betrieb dieser Transistoren bereitzustellen.
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In verschiedenen Ausführungsformen wird eine Schaltsteuerkreisanordnung (auch bezeichnet als Schalter-Schaltkreisanordnung) bereitgestellt. Die Schaltsteuerkreisanordnung kann einen Schaltsteuerkreis, einen Treiberschaltkreis und einen Versorgungsschaltkreis umfassen. Der Treiberschaltkreis kann zum Steuern des Schaltsteuerkreises konfiguriert sein. Der Versorgungsschaltkreis kann konfiguriert sein, den Treiberschaltkreis mit Energie zu versorgen. Der Versorgungsschaltkreis kann einen ersten Schaltkreis umfassen, der konfiguriert ist, die Ausgangsimpedanz des Versorgungsschaltkreises zu modifizieren, so dass er eine erste Impedanz aufweist, wenn der Treiberschaltkreis den Steuerschaltkreis dahingehend steuert, sich in einem leitenden Zustand zu befinden, und eine zweite Impedanz aufweist, wenn der Treiberschaltkreis den Steuerschaltkreis dahingehend steuert, von einem nichtleitenden Zustand in den leitenden Zustand zu wechseln.
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In einer Ausgestaltung kann die erste Impedanz größer als die zweite Impedanz sein. In noch einer Ausgestaltung kann die erste Impedanz um einen Faktor von 100 bis 1000 größer als die zweite Impedanz sein. In noch einer Ausgestaltung kann der erste Schaltkreis einen Widerstand aufweisen, der konfiguriert ist, einen Stromfluss in dem leitenden Zustand zu begrenzen. In noch einer Ausgestaltung kann der erste Schaltkreis ein frequenzabhängiges Element aufweisen, das konfiguriert ist, beim Wechsel von dem nichtleitenden Zustand in den leitenden Zustand eine niedrige Impedanz bereitzustellen und während des leitenden Zustands eine hohe Impedanz aufzuweisen. In noch einer Ausgestaltung können das frequenzabhängige Element und der Widerstand als Parallelschaltung konfiguriert sein. In noch einer Ausgestaltung kann der Kehrwert der Zeitkonstante der Parallelschaltung geringer sein als zwei PI mal einer Schaltfrequenz der Schaltsteuerkreisanordnung, beispielsweise geringer als ein Zehntel von zwei PI mal der Schaltfrequenz der Schaltsteuerkreisanordnung. In noch einer Ausgestaltung kann der Versorgungsschaltkreis eine Spannungsquelle aufweisen, die konfiguriert ist, eine Spannung, beispielsweise 0,5 V bis 2,0 V, über der höchsten Steuerspannung des Schaltsteuerkreises für einen vorbestimmten Steuerstrom aufzuweisen. In noch einer Ausgestaltung kann der Widerstand des Widerstandes festgelegt werden, indem die Differenz der Spannung der Spannungsquelle und der höchsten Steuerspannung durch einen mittleren Steuerstrom dividiert wird. In noch einer Ausgestaltung kann der mittlere Steuerstrom festgelegt werden durch die Summe des vorbestimmten Stroms und das Produkt der Ladungen, die erforderlich sind, um den Schaltsteuerkreis in den leitenden Zustand zu versetzen, und der Schaltfrequenz der Schaltsteuerkreisanordnung. In noch einer Ausgestaltung kann der Schaltsteuerkreis zumindest einen Leistungstransistor aufweisen, wobei der Treiberschaltkreis konfiguriert ist, ein Steuersignal an einen Steuereingang des zumindest einen Leistungstransistors bereitzustellen. In noch einer Ausgestaltung kann der zumindest eine Leistungstransistor einen nichtisolierten Steuereingang aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann der zumindest eine Leistungstransistor eine diodenartige Stromspannungssteuerungseingangskennlinie aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann der zumindest eine Leistungstransistor konfiguriert sein, während des leitenden Zustands einen Strom zu ziehen. In noch einer Ausgestaltung kann der zumindest eine Leistungstransistor einer sein aus einem Sperrschicht-Feldeffekttransistor (SFET), beispielsweise unter Verwendung eines Materials mit großen Bandlücken, wie etwa beispielsweise Siliciumcarbid (SiC); und einem Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit (HEMT), beispielsweise unter Verwendung eines Materials mit großen Bandlücken, wie etwa beispielsweise Galliumnitrid (GaN). In noch einer Ausgestaltung kann der Schaltsteuerkreis als Halbbrückenschaltkreis konfiguriert sein und der Treiberschaltkreis kann konfiguriert sein, Schaltsteuersignale bereitzustellen, um den Halbbrückenschaltkreis zu steuern. In noch einer Ausgestaltung können der Treiberschaltkreis und der Schaltsteuerkreis in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Schaltsteuerkreisanordnung (im Folgenden auch bezeichnet als Schalter-Schaltkreisanordnung), wobei die Schaltsteuerkreisanordnung aufweist: einen Halbbrückenschaltkreis, der eine Serienschaltung eines ersten Schaltelements und eines zweiten Schaltelements aufweist; einen Treiberschaltkreis aufweisend ein erstes Treiberelement, das mit dem Versorgungsschaltkreis gekoppelt und konfiguriert ist, das erste Schaltelement anzutreiben; und ein zweites Treiberelement, das mit dem Versorgungsschaltkreis gekoppelt und konfiguriert ist, das zweite Schaltelement anzutreiben, worin der Treiberschaltkreis konfiguriert ist, den Halbbrückenschaltkreis zu steuern, sodass in einer ersten Phase das erste Schaltelement sich in einem leitenden Zustand befindet und das zweite Schaltelement sich in einem nichtleitenden Zustand befindet und in einer zweiten Phase sich das erste Schaltelement in einem nichtleitenden Zustand befindet und das zweite Schaltelement sich in einem leitenden Zustand befindet; und einen Versorgungsschaltkreis, der einen ersten Schaltkreis aufweist, der konfiguriert ist, das erste Treiberelement und das zweite Treiberelement mit Energie zu versorgen, wobei der erste Schaltkreis konfiguriert ist, eine erste Impedanz während der ersten Phase und der zweiten Phase aufzuweisen und eine Impedanz, die geringer als die erste Impedanz ist, während des zumindest einen Wechsels von der ersten Phase auf die zweite Phase und während eines Wechsels von der zweiten Phase auf die erste Phase aufzuweisen.
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In einer Ausgestaltung kann der Schaltsteuerkreis eine Serienschaltung einer Spannungsquelle und eine einen Kondensator und einen Widerstand umfassenden Parallelschaltung aufweisen. In noch einer Ausgestaltung können das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement konfiguriert sein, in ihren entsprechenden leitenden Zuständen einen Strom zu ziehen. In noch einer Ausgestaltung kann der Treiberschaltkreis einen Spannungswandlerschaltkreis, beispielsweise einen Bootstrap-Konverter oder einen DC-DC-Wandler, aufweisen, der mit dem Versorgungsschaltkreis gekoppelt und konfiguriert ist, das zweite Treiberelement anzutreiben.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Betreiben eines Treiberschaltkreises, der konfiguriert ist, einen Schaltsteuerkreis zu steuern, bereitgestellt, wobei das Verfahren aufweist: das Bereitstellen einer Spannungsquelle mit einer ersten Impedanz, um den Treiberschaltkreis, während sich der Schaltsteuerkreis in einem Stabilzustand befindet, mit Energie zu versorgen; und das Bereitstellen einer Spannungsquelle mit einer geringeren Impedanz als die erste Impedanz, um den Treiberschaltkreis während eines Zustandswechsels des Schaltsteuerkreises mit Energie zu versorgen.
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In einer Ausgestaltung kann die Zustandsveränderung die Veränderung von zumindest einem Schaltelement des Schaltsteuerkreises von einem nichtleitenden Zustand zu einem leitenden Zustand aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann zumindest ein Schaltelement des Schaltsteuerkreises während eines Stabilzustands einen Strom ziehen. In noch einer Ausgestaltung können die erste Impedanz und die zweite Impedanz durch eine Parallelschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators bereitgestellt werden.
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In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen üblicherweise auf dieselben Teile in den verschiedenen Ansichten. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, stattdessen wurde die Bedeutung im Allgemeinen auf die Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung gelegt. In der nachfolgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die nachfolgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 eine Schaltsteuerkreisanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigt;
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2 eine Schaltsteuerkreisanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigt;
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3 eine Umsetzung der Schaltsteuerkreisanordnung aus 1 gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigt;
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4 eine Implementierung der Schaltsteuerkreisanordnung aus 2 gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigt; und
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5 ein Verfahren zur Energieversorgung von einem Treiberschaltkreis gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigt.
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Die nachfolgende detaillierte Beschreibung betrifft die beiliegenden Zeichnungen, die zum Zwecke der Veranschaulichung spezifische Details und Ausführungsformen, in denen die Erfindung eingesetzt werden kann, zeigen.
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As Wort „beispielhaft” wird hierin verwendet im Sinne von „als Beispiel, Muster oder Veranschaulichung dienend”. Jede Ausführungsform oder Gestaltung, die hierin als „beispielhaft” beschrieben wird, ist nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen oder Gestaltungen konzipiert.
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1 zeigt eine Schaltsteuerkreisanordnung (im Folgenden auch bezeichnet als Schalter-Schaltkreisanordnung) 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die Schaltsteuerkreisanordnung 100 kann einen Versorgungsschaltkreis 120, einen ersten Schaltkreis 102, einen Treiberschaltkreis 110, einen Schaltsteuerkreis 112 und einen Lastschaltkreis 118 aufweisen.
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Der Versorgungsschaltkreis 120 kann konfiguriert sein, den Treiberschaltkreis 110 mit Energie zu versorgen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Versorgungsschaltkreis 120 einen ersten Schaltkreis 102 aufweisen, der konfiguriert sein kann, die Ausgangsimpedanz des Versorgungsschaltkreises 120 zu variieren. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Impedanz eine erste Impedanz sein, wenn der Treiberschaltkreis 110 den Schaltsteuerkreis 112 dahingehend steuert, sich in einem leitenden Zustand (oder einem EIN-Zustand) zu befinden. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Impedanz eine zweite Impedanz sein, wenn der Treiberschaltkreis 110 den Schaltsteuerkreis 112 dahingehend steuert, von einem nichtleitenden Zustand (oder AUS-Zustand) in den leitenden Zustand zu wechseln. Üblicherweise ist die Dauer von Transienten zwischen den Zuständen bei den Schaltanwendungen viel kürzer als die Dauer der Zustände selbst oder in anderen Worten, das Spektrum der Transienten enthält viel höhere Frequenzen als die Schaltfrequenzen, beispielsweise um einen Faktor von etwa 1000. Das angestrebte Verhalten der Versorgungsimpedanz kann daher durch eine frequenzabhängige Impedanz erreicht werden.
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In verschiedenen Ausführungsformen ist die erste Impedanz höher als die zweite Impedanz. Beispielsweise kann die erste Impedanz um einen Faktor von 100 bis 1000 höher als die zweite Impedanz sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Schaltkreis 102 einen Widerstand umfassen, der konfiguriert ist, einen Stromfluss in dem leitenden Zustand zu beschränken. In verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Schaltkreis 102 ein frequenzabhängiges Element umfassen, das konfiguriert ist, eine niedrige Impedanz bereitzustellen, wenn von dem nichtleitenden Zustand in den leitenden Zustand gewechselt wird, und eine hohe Impedanz aufzuweisen während des leitenden Zustandes. In verschiedenen Ausführungsformen kann das frequenzabhängige Element ein Kondensator sein. Der erste Schaltkreis 102 kann eine Parallelschaltung eines Kondensators und eines Impedanz sein.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann der Versorgungsschaltkreis 120 zudem eine Spannungsquelle 106 aufweisen, die eine Versorgungsspannung 104, beispielsweise eine positive Spannung, bereitstellen kann. Diese Versorgungsspannung 104 kann elektrisch an den ersten Schaltkreis 102 gekoppelt sein. Der erste Schaltkreis 102 kann eine Treiberversorgungsspannung 108 ausgeben, die von der Versorgungsspannung 104 abgeleitet ist. Die Treiberversorgungsspannung 108 kann eine positive Treiberversorgungsspannung sein, beispielsweise wenn die Versorgungsspannung 104 positiv ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Versorgungsschaltkreis 120 als eine Serienverbindung einer Spannungsquelle und einer variablen Impedanz angesehen werden, wobei die Impedanz von dem Zustand oder der Veränderung des Zustandes des Schaltsteuerkreises 112 abhängt. Oder der Versorgungsschaltkreis 120 kann als Parallelschaltung einer Spannungsquelle und einer variablen Impedanz angesehen werden, wobei die Impedanz von dem Zustand oder der Veränderung des Zustandes des Schaltsteuerkreises 112 abhängt.
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Der erste Schaltkreis 102 befindet sich nicht zwischen einem Ausgang des Treiberschaltkreises 110 und einem Steueranschluss des Schalterstromkreises 112. Er befindet sich vielmehr zwischen dem Spannungsversorgungsschaltkreis 120 und dem Spannungsversorgungseingang eines Treiberschaltkreises 110. Daher werden etwaige parasitäre Kapazitäten des ersten Schaltkreises 102 das Ansteuern der Schaltelemente in dem Schaltsteuerkreis 112 nicht beeinflussen. In verschiedenen Ausführungsformen können der Treiberschaltkreis 110 und der Schaltsteuerkreis 112 in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein können, beispielsweise in einer System-in-Package-(SiP-) oder in einer Treiber-MOSFET-(DrMOS-)Anordnung.
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Der Treiberschaltkreis 110 kann zum Steuern des Schaltsteuerkreises 112 konfiguriert sein. Der Treiberschaltkreis 110 kann ein Treiberelement umfassen (nicht gezeigt in 1). Das Treiberelement (das auch als Subtreiber bezeichnet werden kann) kann zumindest einen Treibertransistor umfassen, der als Feldeffekttransistor und/oder Bipolar-Transistor umgesetzt sein kann. Die Treiberversorgungsspannung 108 kann dem Treiberelement bereitgestellt werden. Ein Treiberelementausgang des Treiberelements kann mit einem Steueranschluss eines Transistorschalters gekoppelt sein. In anderen Worten kann der Treiberschaltkreis 110 konfiguriert sein, ein Schaltsteuersignal 114 bereitzustellen, um einen Schaltsteuerkreis 112 zu steuern.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann der Schaltsteuerkreis 112 einen Schalter aufweisen. Der Schalter des Schaltsteuerkreises 112 kann einen Transistorschalter aufweisen. Der Transistorschalter kann einen Leistungstransistorschalter, wie etwa beispielsweise einen Leistungs-Halbleiter-Transistorschalter, aufweisen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Leistungstransistor einen nichtisolierten Steuereingang aufweisen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Leistungstransistor eine diodenartige Stromspannungssteuereingangskennlinie aufweisen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Leistungstransistor konfiguriert sein, während dem leitenden Zustand (EIN-Zustand) einen Strom zu ziehen. Verschiedene Beispiele für einen Leistungstransistor umfassen einen Transistor mit großen Bandlücken ohne isolierte Gate-Elektrode, wie etwa z. B. einen Sperrschicht-Feldeffekttransistor (SFET), einen Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit (HEMT), einem Galliumnitridtransistor (GaN) und/oder einen Siliciumcarbidtransistor (SiC). In verschiedenen Ausführungsformen kann der Leistungstransistor ein n-Leistungstransistor sein.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann der Treiberschaltkreis 112, beispielsweise über einen Treiberschaltkreisausgang, mit dem Treiberschaltkreis 110 gekoppelt sein. Der Steuerschaltkreis 110 kann das Schalten des Schaltsteuerkreises 112 mit Hilfe des Schaltsteuersignals 114 steuern. Um dies zu erreichen, kann der Treiber 110 das Schaltsteuerkreissteuersignal 114 erzeugen und bereitstellen und kann selbiges in einen Eingang des Schaltsteuerkreises 112 gespeist werden. Der Schaltsteuerkreis 112 kann konfiguriert sein, zumindest ein Schaltsteuerkreisausgangssignal 116 als Antwort auf das empfangene Schaltsteuerkreissteuersignal 114 bereitzustellen. Das zumindest eine Schaltsteuerkreisausgangssignal 116 kann beispielsweise eine Spannungsversorgungsspannung für den Lastschaltkreis 118 sein.
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Der Schaltsteuerkreis 112 kann als ein Brückenschaltkreis, z. B. als Halbbrückenschaltkreis 112 oder als Vollbrückenschaltkreis 112, konfiguriert sein. Andere Konfigurationen des Schaltsteuerkreises 112 können wenn gewünscht in alternativen Ausführungsformen bereitgestellt werden, beispielsweise kann ein einzelner Leistungstransistor verwendet werden.
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2 zeigt eine Treiberschaltkreisanordnung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die Treiberschaltkreisanordnung 200, wie in 2 gezeigt, kann der in 1 gezeigten Schaltsteuerkreisanordnung 100 ähnlich sein. Daher können dieselben Bezugszeichen für dieselben Elemente verwendet werden und die entsprechende Beschreibung der Elemente der Schaltsteuerkreisanordnung 100 aus 1 kann auch auf diese Elemente zutreffen.
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Die Schaltsteuerkreisanordnung 200 kann einen ersten Schaltkreis 102 aufweisen, der konfiguriert ist, die Versorgungsspannung 104 zu empfangen und die Treiberversorgungsspannung 108 bereitzustellen. Der Treiberschaltkreis 110 kann an einen Ausgang des ersten Schaltkreises 102 gekoppelt sein, um die Treiberversorgungsspannung 108 zu empfangen. Der Treiberschaltkreis 110 kann an den Schaltsteuerkreis 112 gekoppelt sein und kann konfiguriert sein, den Schaltsteuerkreis 112 zu steuern.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann der Schaltsteuerkreis 112 als Halbbrückenschaltkreis konfiguriert sein. In anderen Worten können die Schalter oder Schaltelemente 202, 204 verbunden sein, um einen Brückenschaltkreis, wie etwa z. B. einen Halbbrückenschaltkreis, auszubilden. Der Halbbrückenschaltkreis kann eine Serienverbindung eines ersten Schaltelements 202 und eines zweiten Schaltelements 204 umfassen. Wie oben beschrieben kann der Schaltsteuerkreis 112 zumindest einen Leistungstransistorschalter, wie den oben beschriebenen, umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann jedes Schaltelement 202, 204 zumindest einen Leistungstransistorschalter umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann das erste Schaltelement 202 und ein zweites Schaltelement 204 konfiguriert sein, einen Strom in ihren entsprechenden leitenden. Zuständen (oder EIN-Zuständen) zu ziehen.
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Der Treiberschaltkreis 110 kann konfiguriert sein, Schaltsteuersignale 114 bereitzustellen, um den Halbbrückenschaltkreis zu steuern. Er kann ein erstes Treiberelement 206 und ein zweites Treiberelement 208 aufweisen. Das erste Treiberelement 206 kann an den Versorgungsschaltkreis 120 gekoppelt sein und konfiguriert sein, das erste Schaltelement 202 anzutreiben (in anderen Worten zu treiben). Das zweite Treiberelement 208 kann an den Versorgungsschaltkreis 120 gekoppelt sein und konfiguriert sein, das zweite Schaltelement 204 anzutreiben.
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Der Treiberschaltkreis 110 kann konfiguriert sein, den Halbbrückenschaltkreis zu steuern, beispielsweise über das erste Treiberelement 206 und das zweite Treiberelement 208, so dass sich das erste Schaltelement 202 in einer ersten Phase in einem leitenden Zustand (oder EIN-Zustand oder leitend in einem stabilen Zustand) und das zweite Schaltelement 204 in einem nichtleitenden Zustand (oder AUS-Zustand) befindet. Es kann zudem konfiguriert sein, den Halbbrückenschaltkreis zu steuern, sodass in einer zweiten Phase das erste Schaltelement 202 sich in einem nichtleitenden Zustand (oder AUS-Zustand) und das zweite Schaltelement 204 in einem leitenden Zustand (oder EIN-Zustand oder leitend in einem stabilen Zustand) befindet.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann der Treiberschaltkreis 110 einen Spannungswandlerschaltkreis, beispielsweise einen Bootstrap-Schaltkreis oder einen DC-DC-Wandler, aufweisen. Der Spannungswandlerschaltkreis kann mit dem Versorgungsschaltkreis 120 gekoppelt sein, um die Treiberversorgungsspannung 108 zu empfangen, und kann konfiguriert sein, das zweite Treiberelement 208 anzusteuern.
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Der Versorgungsschaltkreis 120 kann einen ersten Schaltkreis 102 aufweisen, der konfiguriert ist, das erste Treiberelement 206 und das zweite Treiberelement 208 mit Energie zu versorgen. Der erste Schaltkreis 102 kann konfiguriert sein, eine erste Impedanz während der ersten Phase und der zweiten Phase aufzuweisen und einen während eines Wechsels von der ersten Phase zu der zweiten Phase und während eines Wechsels von der zweiten Phase zu der ersten Phase eine Impedanz, die geringer als die erste Impedanz ist, aufzuweisen.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann der Versorgungsschaltkreis 120 eine Serienschaltung einer Spannungsquelle 106 und des ersten Schaltkreises 102 aufweisen. Der erste Schaltkreis 102 kann eine Parallelschaltung eines Kondensators und eines Widerstandes sein.
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3 zeigt eine Implementierung 300 der Schaltkreisanordnung 100 aus 1 und von Teilen der Schaltkreisanordnung 200 aus 2 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Dieselben Referenzziffern können für dieselben Elemente verwendet werden und die entsprechende Beschreibung des Elements kann auch auf diese Elemente zutreffen.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Schaltkreis 102 ein paralleles RC-Glied aufweisen. Der erste Schaltkreis 102 kann die positive Versorgungsspannung 104 von der Spannungsversorgung 104 empfangen. Der erste Schaltkreis (z. B. das RC-Glied) 102 kann somit in die Spannungsversorgung des Treiberschaltkreises 110, der einen Subtreiber (auch als Treiberelement bezeichnet) 304 umfassen kann, integriert sein, worin z. B. genau ein Treiberelement 304 bereitgestellt werden kann, um einen entsprechenden Subtreiber 304 umzusetzen. Der Treiber 110 kann ein Treiberschaltkreis 110 für den Schaltsteuerkreis 112, z. B. für den Schalter 308 (z. B. Transistorschalter 308) des Schaltsteuerkreises 112 sein, der in verschiedenen Ausführungsformen als Halbbrückenschaltkreis konfiguriert sein kann.
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Wie in 3 gezeigt, kann die Treiberversorgungsspannung 108 für den in der Schaltsteuerkreisanordnung 300 bereitgestellten Subtreiber 304 bereitgestellt werden.
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In der in 3 gezeigten Implementierung 300 kann der Subtreiber 304 als (Unter-)Treiber für den Transistorschalter 308 des Schaltsteuerkreises 112 bereitgestellt werden. Der Subtreiber 304 kann mit einem Schalter 308 des Schaltsteuerkreises 112 verbunden sein.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Ausgang 310 des ersten Schaltkreises 102 mit einem ersten Versorgungsspannungsanschluss 314 des Subtreibers 304 gekoppelt sein. Ein zweiter Versorgungsspannungsanschluss 320 des Subtreibers 304 kann mit einem Referenzpotential 322 gekoppelt sein. Ein Steueranschluss 330 des Subtreibers 304 kann an einen Steuereingang 332, das ein Steuersignal IN empfangt, gekoppelt sein. Der Schalter 308 (z. B. der Transistorschalter 308) kann zwischen einem Knoten 318 und dem Referenzpotential 322 gekoppelt sein. Ein erster gesteuerter Anschluss (z. B. ein Abschlussanschluss) 346 des Schalters 308 (z. B. des Transistorschalters 308) kann an den Knoten 318 des Schaltsteuerkreises 112 gekoppelt sein und ein zweiter Steueranschluss (z. B. ein Quellanschluss) 348) des Schalters 308 (z. B. des Transistorschalters 308) kann an das Referenzpotential gekoppelt sein. Darüber hinaus kann ein Antriebsausgang 350 des Subtreibers 304 an einen Steueranschluss (z. B. einem Gate-Anschluss) 352 des Schalters 308 (z. B. des Transistorschalters 308) gekoppelt sein.
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Die Implementierung 300 aus 3 kann in einer Low-Side-Schaltsteuerkreisanordnung oder in einer High-Side-Schaltsteuerkreisanordnung eingesetzt werden.
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Wenn sie in einer Low-Side-Schaltsteuerkreisanordnung verwendet wird, kann ein Lastschaltkreis 118 mit dem ersten gesteuerten Anschluss 346 verbunden sein. Das Referenzpotential kann mit Erdpotential verbunden werden.
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Wenn sie in einer High-Side-Schaltsteuerkreisanordnung verwendet wird, kann ein Lastschaltkreis 118 mit dem zweiten gesteuerten Anschluss 348 verbunden sein. Der Knoten 318 kann mit einer Versorgungsspannung 334 verbunden werden. Ein Pegelwandler kann für das Eingangssignal IN an dem Steuereingang 332 bereitgestellt werden.
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Die Implementierung 300 aus 3 kann in einer Steuerkreisanordnung, die eine Kombination aus sowohl einer High-Side- und einer Low-Side-Schaltersteuerkreisanordnung aufweist, eingesetzt werden.
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Es wird angemerkt, dass in verschiedenen Anordnungen einen Widerstand (nicht gezeigt), die einen Basiswiderstand von ein paar Ohm in einem stabilen Zustand des Betriebs der Implementierung 300 hat, gegebenenfalls zwischen dem Treiberausgang 350 des Subtreibers 304 und dem Steueranschluss 352 des Schalters 308 verbunden sein kann.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann der Schaltsteuerkreis 112 von einem Steuersignal IN gesteuert werden, während einer entsprechenden Schaltperiode Tsw den Schalter 308 AN und AUS zu schalten. Bei einer High-Side-Schaltersteuerkreiseinheit kann anschließend ein Lastschaltkreis 118 (nicht gezeigt) für eine gewisse Zeit Ton mit dem Versorgungspotential 344 verbunden werden und kann für den Rest der Schaltperiode getrennt werden Ton = Tsw – Toff. Analog dazu kann in einer Low-Side-Schaltsteuerkreisanordnung ein Lastschaltkreis 118 (nicht gezeigt) für eine gewisse Zeit Ton mit dem Versorgungspotential 344 verbunden werden und kann für den Rest der Schaltperiode getrennt werden Ton = Tsw – Toff. Ton und Toff können einen Arbeitszyklus definieren, um einen Durchschnittsstrom für den Lastschaltkreis 118 bereitzustellen. Die Schaltperiode Tsw kann klein genug gewählt werden (oder in anderen Worten, die Schaltfrequenz fsw = 1/Tsw kann hoch genug gewählt werden), dass das Umschalten vom Lastschaltkreis 118 nicht bemerkt wird.
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Während der Zeitspanne Ton leitet der Schalter 308 und ein entsprechender Strom wird in seinen Steueranschluss 352 fließen. Während der Zeitspanne Toff ist der Schalter 308 nichtleitend und kein Strom wird in seinen Steueranschluss 352 fließen.
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4 zeigt eine Implementierung 400 der in 2 gezeigten Ausführungsform 200. Wie in 4 gezeigt, kann die Implementierung 400 der Schaltsteuerkreisanordnung als Halbbrückentreiberschaltkreisanordnung mit einer Versorgungsspannung 108 von dem ersten Schaltkreis 102 konfiguriert sein. Die Beschreibung des ersten Schaltkreises 102 in Verbindung mit 1 bis 3 gelten ebenfalls für diese Ausführungsform. Analog dazu kann die Beschreibung des ersten Schaltkreises 102 in dieser Implementierung auch für andere Ausführungsformen, die in Verbindung mit 1 bis 3 beschrieben wurden, gelten. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Implementierung 400 einen High-Side- und einen Low-Side-Schalter umfassen, die einen gemeinsamen ersten Schaltkreis 102 und eine gemeinsame Spannungsquelle 106 teilen.
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Der erste Schaltkreis 102 kann ein paralleles RC-Glied umfassen. Der erste Schaltkreis 102 kann die positive Versorgungsspannung 104 von der Spannungsversorgung 106 empfangen. Der erste Schaltkreis (z. B. das RC-Glied) 102 kann somit mit der (gemeinsamen) Spannungsversorgung des Treiberschaltkreises 110, der eine Vielzahl von Subtreibern (auch bezeichnet als Treiberelemente) 302, 304 umfassen kann (wobei z. B. (genau) ein Treiberelement 302, 304 bereitgestellt werden kann, um einen entsprechenden Subtreiber 302, 304 zu implementieren), verbunden werden. Der Treiber 110 kann ein Treiberschaltkreis 110 für den Schaltsteuerkreis 112, z. B. für die Vielzahl von Schaltern 306, 308 (z. B. Transistorschalter 306, 308) des Schaltsteuerkreises 112, sein der als Halbbrückenschaltkreis konfiguriert sein kann.
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Wie in 4 gezeigt, kann die Treiberversorgungsspannung 108 für alle Subtreibere 302, 304, die in der Schaltsteuerkreisanordnung 300 bereitgestellt sind (im Allgemeinen können mehr als zwei Subtreibere 302, 304 bereitgestellt werden z. B. drei, vier, fünf, sechs oder noch mehr), bereitgestellt werden.
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In der in 4 gezeigten Implementierung 400 kann ein erster Subtreiber 302 als ein (Unter-)Treiber für einen ersten Transistorschalter 306 (z. B. einen High-Side-Schalter 306) des Schaltsteuerkreises 112 bereitgestellt sein und ein zweiter Subtreiber 304 kann als (Unter-)Treiber für einen zweiten Transistorschalter 308 (z. B. einen Low-Side-Schalter 308) des Schaltsteuerkreises 112 bereitgestellt sein.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Ausgang 310 des ersten Schaltkreises 102 an einen ersten Versorgungsspannungsanschluss 312 des ersten Subtreibers 302 sowie an einen ersten Versorgungsspannungsanschluss 314 des zweiten Subtreibers 304 gekoppelt sein. Ein zweiter Versorgungsspannungsanschluss 316 des ersten Subtreibers 302 kann mit einem gemeinsamen Knoten gekoppelt sein, mit dem auch ein gesteuerter Anschluss 338 des ersten Transistorschalters 306 und ein gesteuerter Anschluss 346 des zweiten Transistorschalters 308 gekoppelt sind. Zur Veranschaulichung, der zweite Versorgungsspannungsanschluss 316 des ersten Subtreibers 302 kann auch mit dem gemeinsamen Knoten 318 der Serienschaltung des ersten Transistorschalters 306 und des zweiten Transistorschalters 308 gekoppelt sein. Darüber hinaus kann ein zweiter Versorgungsspannungsanschluss 320 des zweiten Subtreibers 304 mit einem Referenzpotential 322, wie etwa z. B. Masse 322, gekoppelt sein.
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Darüber hinaus kann ein Pegelwandler 324 bereitgestellt sein. Der Pegelwandler 324 kann konfiguriert sein, die an einen Steueranschluss 326 des ersten Subtreibers 302 bereitgestellte Steuerspannung z. B. in eine positive Potentialrichtung zu verschieben. Der Pegelwandler 324 kann zwischen einem High-Side-Steuereingang 328, der ein High-Side-Steuersignal INH empfängt, und dem Steueranschluss 326 des ersten Subtreibers verbunden sein.
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Ein Steueranschluss 330 des zweiten Subtreibers 304 kann mit einem Low-Side-Steuereingang 332, der ein Low-Side-Steuersignal INL empfängt, gekoppelt sein.
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Jeder Subtreiber 302, 304 kann mit einem entsprechenden Schalter 306, 308 des Schaltsteuerkreises 112 verbunden sein. Die Schalter 306, 308 (z. B. die Transistorschalter 306, 308) können zwischen einem Versorgungspotential (z. B. Vdd) 334 und dem Referenzpotential 322 in Serie geschaltet sein. Beispielhalber kann ein erster gesteuerter Anschluss (z. B. ein Drain-Anschluss) 336 des ersten Schalters 306 (z. B. des ersten Transistorschalters 306) mit dem Versorgungspotential (z. B. Vdd) 334 gekoppelt sein, und ein zweiter gesteuerter Anschluss (z. B. ein Source-Anschluss) 338 des ersten Schalters 306 (z. B. des ersten Transistorschalters 306) kann mit einem Ausgang 340 gekoppelt sein (der elektrisch leitend mit dem gemeinsamen Knoten 318 des Steuerschaltkreises 112, an dem das Steuerschaltkreisausgangssignal 116 bereitgestellt wird, gekoppelt wird).
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Der Ausgang 340 des Schaltsteuerkreises 112 kann auch direkt mit dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss 316 des ersten Subtreibers 302 gekoppelt sein (bzw. kann auf demselben Potential wie dieser sein). Darüber hinaus kann ein Treiberausgang 342 des ersten Subtreibers 302 mit einem Steueranschluss (z. B. einen Gate-Anschluss oder einen Basis-Anschluss) 344 des ersten Schalters 306 (z. B. des ersten Transistorschalters 306) gekoppelt sein.
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Es wird angemerkt, dass ein Widerstand (nicht gezeigt), der einen Basiswiderstand von ein paar Ohm in einem stabilen Zustand des Betriebs der Implementierung 400 aufweisen kann, gegebenenfalls zwischen die Treiberausgänge 342, 350 des ersten und des zweiten Subtreibers 302, 304 und den entsprechenden Steueranschluss 344, 352 des ersten und zweiten Schalters 306, 308 gekoppelt werden.
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Darüber hinaus kann ein erster gesteuerter Anschluss (z. B. ein Drain-Anschluss) 346 des zweiten Schalters 308 (z. B. des zweiten Transistorschalters 308) mit dem Ausgang 340 des Schaltsteuerkreises 112 gekoppelt werden und ein zweiter gesteuerter Anschluss (z. B. ein Source-Anschluss) 348 des zweiten Schalters 308 (z. B. des zweiten Transistorschalters 308) kann mit dem Referenzpotential 322 (z. B. einem Massepotential 322) gekoppelt werden.
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Darüber hinaus kann ein Treiberausgang 350 des zweiten Subtreibers 304 mit einem Steueranschluss (z. B. einem Gate-Anschluss oder einem Basisanschluss) 352 des zweiten Schalters 308 (z. B. des zweiten Transistorschalters 308) gekoppelt werden.
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Der Schaltsteuerkreis 122 kann beispielsweise durch High-Side-Steuersignale INH und Low-Side-Steuersignale INL gesteuert werden, sodass alternierend einer der zwei Schalter 206, 308 eingeschaltet ist und der andere der zwei Schalter 308, 306 während einer entsprechenden Schaltperiode Tsw ausgeschaltet ist. Ein Lastschaltkreis 118 (nicht gezeigt), der mit Ausgang 340 verbunden ist, wird anschließend für eine gewisse Zeit Toff mit Referenzmasse 322 und für die restliche Zeit der Schaltperiode Ton = Tsw – Toff mit dem Versorgungspotential 334 verbunden. Die zwei Schalter 306, 308 können mittels Drücken und Ziehen betrieben werden. Ton und Toff können einen Arbeitszyklus definieren, um einen mittleren Strom für den Lastschaltkreis 118 bereitzustellen. Die Schaltperiode Tsw kann klein genug gewählt werden (oder in anderen Worten, die Schaltfrequenz fsw = 1/Tsw kann hoch genug gewählt werden), dass das Schalten vom Lastschaltkreis 118 nicht bemerkt wird. Vorzugsweise wird gewünscht, dass die zwei Schalter 306, 308 nicht gleichzeitig leiten, da dies die Versorgungsspannung 343 und das Referenzpotential 322 kurzschließen würde.
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Während der Zeitspanne Ton ist ein erster der zwei Schalter, beispielsweise 306, leitend und ein entsprechender Strom wird in seinen Steueranschluss 344 fließen, während ein zweiter der zwei Schalter, beispielsweise 308, nichtleitend ist und kein Strom in seinen Steueranschluss 352 fließen wird. Während der Zeitspanne Toff ist der erste Schalter 306 nichtleitend und kein Strom wird in seinen Steueranschluss 344 fließen, während der zweite Schalter 308 leitend ist und ein entsprechender Strom in seinen Steueranschluss 352 fließen wird. Wenn der erste Schalter 306 und der zweite Schalter 308 einander ähnlich konstruiert sind, sie können beispielsweise identisch sein, können die in die entsprechenden Steueranschlüsse 344, 352 fließenden Ströme dieselben sein wenn sie leiten. Die Summe der entsprechenden Ströme kann daher über eine entsprechende Schaltperiode Tsw konstant sein und kann vom Arbeitszyklus unabhängig sein. Wenn der erste Subtreiber 302 und der zweite Subtreiber 304 einander ähnlich konstruiert sind, sie können beispielsweise identisch sein, kann die Summe der entsprechenden in die entsprechenden ersten Versorgungsspannungsanschlüsse 312, 314 fließenden Ströme über eine entsprechende Schaltperiode Tsw konstant sein. Die Treiberversorgungsspannung 108 am Ausgang 310 des ersten Schaltkreises 102 kann konstant und unabhängig von der Schaltfrequenz und dem Arbeitszyklus sein. Zudem muss nur ein erster Schaltkreis 102 für eine Vielzahl von Schaltern bereitgestellt werden.
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Der erste Schaltkreis 102 kann eine erste Impedanz bei ersten Frequenzen aufweisen. Die ersten Frequenzen können beispielsweise Frequenzen unterhalb der Schaltfrequenz sein. Solche Frequenzen können beispielsweise während des Betreibens der Schaltelemente im Stabilzustand auftreten. Die Schaltelemente können sich beispielsweise in einem Stabilzustandbetrieb befinden, wenn sie lange genug eingeschaltet sind, so dass etwaige Transienten im Strom oder der Spannung, die durch das Einschalten der Schaltelemente verursacht werden, abgeklungen sind. Der Zustand der Schaltelemente kann als Stabilzustand oder leitender Zustand oder EIN-Zustand bezeichnet werden. Die ersten Frequenzen können als niedrige Frequenzen betrachtet werden. Sie können geringer als die Betriebsfrequenz fsw oder die Schaltfrequenz fsw der Schaltsteuerkreisanordnung sein. Die erste Impedanz bei den ersten Frequenzen kann so gewählt werden, dass ausreichend Strom fließt, um eines der Schaltelemente in einem leitenden Zustand, oder einem EIN-Zustand, zu halten. Beispielsweise kann die erste Impedanz eine Größenordnung von 30 Ω aufweisen und kann als hohe Impedanz bezeichnet werden.
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Der erste Schaltkreis 102 kann zweite Impedanzen bei zweiten Frequenzen aufweisen. Die zweiten Frequenzen können beispielsweise Frequenzen von Transienten, beispielsweise von Schalttransienten sein. Transienten können durch abrupte Zustandsveränderungen, beispielsweise dem abrupten Einschalten (oder abrupten Ausschalten) eines Schaltelements, verursacht werden. Transienten können Schwingungen aufweisen, die üblicherweise für eine kurze Zeit andauern, beispielsweise bis ein Stabilzustand erreicht ist. Die zweiten Frequenzen können üblicherweise viel höher als die ersten Frequenzen und höher als die Betriebsfrequenzen fsw sein und können als hohe Frequenzen oder Transient-Frequenzen bezeichnet werden.
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Die zweiten Impedanzen können geringer als die ersten Impedanzen sein und können als niedrige Impedanzen bezeichnet werden. Beispielsweise können sie um einen Faktor von 100 bis 1000 geringer als die ersten Impedanzen sein. Sie können beispielsweise eine Größenordnung von 0,03 bis 0,3 Ω aufweisen. Die niedrigen Impedanzen erlauben das Fließen eines großen Stromes, sodass die Veränderung von einem nichtleitenden Zustand, oder AUS-Zustand, in einen leitenden Zustand, oder EIN-Zustand, schnell erfolgt und Schaltverluste reduziert werden können.
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Der erste Schaltkreis 102 kann beispielsweise eine Parallelschaltung einer Impedanz und eines Kondensators umfassen, was als RC-Glied bezeichnet werden kann. Während niedriger Frequenzen wird die Impedanz des parallelen RC-Glieds vom Widerstand R des Widerstandes dominiert und die Impedanz des Kondensators steigt mit niedrigeren Frequenzen an, um ein parallelgeschalteter offener Schaltkreis zu werden. Bei niedrigen Frequenzen kann der Widerstand als Nebenschlusszweig des Kondensators betrachtet werden. Der Widerstand R kann den Stromfluss während des Stabilzustandes (oder leitenden Zustandes oder EIN-Zustandes) beschränken, beispielsweise auf einen Wert, der benötigt wird, damit das Schaltelement weiterhin leitet Während höherer Frequenzen wird die Impedanz des RC-Glieds von dem Kondensator dominiert werden, da die Impedanz des Kondensators bei höheren Frequenzen abnimmt. Bei hohen Frequenzen kann der Kondensator als Nebenschlusszweig des Widerstandes betrachtet werden. Die elektrische Kapazität C kann so gewählt werden, um große Strommengen bei hohen Frequenzen fließen zu lassen, beispielsweise bei Transient-Frequenzen. Der Strom kann beispielsweise groß genug sein müssen, so dass die für das Laden des Schaltelements aus einem AUS-Zustand in einen EIN-Zustand erforderliche Zeit auf ein gewünschtes Niveau, üblicherweise ein Mindestniveau, reduziert werden kann.
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Der erste Schaltkreis 102 kann die positive Versorgungsspannung 104 von der Spannungsversorgung 106 empfangen. Der erste Schaltkreis (z. B. das RC-Glied) 102 kann somit in die (gemeinsame) Spannungsversorgung des Antriebs 110 verbunden werden, der eine Vielzahl von Subtreibern 302, 304, wie oben beschrieben, aufweisen kann.
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In dieser Implementierung 400 können die entsprechenden Komponenten der Steuerkreisanordnung 300 wie folgt konfiguriert sein:
Die Versorgungsspannung VS 104 kann so ausgewählt werden, dass sie z. B. im Bereich von etwa 0,5 V bis etwa 2,0 V über einer höchstmöglichen vorkommenden Gate-Spannung VG der Schalter 306, 308 (z. B. Transistorschalter 306, 308) des Schaltsteuerkreises 112 bei einem gewünschten oder vorbestimmten Gate-Strom IG auf die Schalter 306, 308 (z. B. Transistorschalter 306, 308) des Schaltsteuerkreises 112 liegt. Sie kann beispielsweise 4,5 V betragen.
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Ein Widerstand R des Widerstandes des RC-Glieds kann anschließend aus der Differenz (VS – VG) berechnet werden und ein durchschnittlicher Gate-Strom Iav durch: R = (VS – VG)/Iav. (1)
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Der durchschnittliche Gate-Strom Iav kann aus dem vorbestimmten Gate-Strom IG und den Gate-Ladungen Qh und Ql bestimmt werden, die erforderlich sind, um auf dem High-Side-Schalter 306 (z. B. High-Side-Transistorschalter 306) bzw. dem Low-Side-Schalter 308 (z. B. Low-Side-Transistorschalter 308) gemäß: Iav = IG + (Qh + Ql)·fsw. (2) zu schalten.
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Eine Kapazität C des Kondensators des RC-Glieds kann anschließend so ausgewählt werden, dass eine Frequenz frc = 1/(2π·RC) des RC-Glieds 102 geringer, beispielsweise eine Größenordnung niedriger, als die Schaltfrequenz fsw 404 der Steuerkreisanordnung 100, 200 ist, z. B. gemäß: C > 10/(2·π·R·fsw). (3)
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Wie in 4 gezeigt kann die Treiberversorgungsspannung für alle in der Steuerkreisanordnung 100, 200 bereitgestellten Subtreibere 302, 304 (generell können mehr als zwei Subtreibere 302, 304 bereitgestellt werden, z. B. drei, vier, fünf, sechs oder noch mehr) bereitgestellt werden.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann eine optionale Bootstrap-Diode 406 zwischen den Ausgang 310 des ersten Schaltkreises 102 und den ersten Versorgungsspannungsanschluss 312 des ersten Subtreibers 302 verbunden werden. Die Anode der Bootstrap-Diode 406 kann mit dem Ausgang 310 des ersten Schaltkreises 102 gekoppelt sein, um die Treiberversorgungsspannung 108 zu empfangen. Die Kathode der Bootstrap-Diode 406 kann mit dem ersten Versorgungsspannungsanschluss 312 des ersten Subtreibers 302 gekoppelt sein.
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Darüber hinaus kann gegebenenfalls ein zusätzlicher Kondensator 408 bereitgestellt sein, z. B. kann er zwischen die Kathode der Bootstrap-Diode 406 und dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss 316 des ersten Subtreibers 302 geschaltet sein. Der zusätzliche Kondensator 408 kann als Bootstrapping-Kondensator 408 betrachtet werden.
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Darüber hinaus kann ein Knoten 410 zwischen dem Ausgang 310 des ersten Schaltkreises 102 und der Anode der Bootstrap-Diode 406 mit einem ersten Versorgungsspannungsanschluss 314 des zweiten Subtreibers 304 gekoppelt werden, worin der zweite Versorgungsspannungsanschluss 320 des zweiten Subtreibers 304 mit dem Referenzpotential 322 gekoppelt werden kann (z. B. in Masse gelegt sein kann).
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Bei vielen Anwendungen mit Halbbrückenkonfigurationen oder Halbbrückenschaltkreis(en) wird die für das Schalten von z. B. beiden (Leistungs-)Transistoren erforderliche Energie häufig aus einer einzigen Antriebsversorgung entnommen (Bootstrap-Konzept). Wie oben beschrieben kann die Summe der von dem Treiber bereitgestellten Gate-Ströme und damit die erforderliche Energie pro Zeitraum im Wesentlichen konstant und z. B. von einem Arbeitszyklus eines Schaltvorgangs unabhängig sein. Dadurch kann ein in der Spannungsversorgungsleitung bereitgestellter erster Schaltkreis für eine sehr niedrige Cut-Off-Frequenz frc, beispielsweise viel geringer als fsw, ohne eine Frequenzabhängigkeit oder Arbeitszyklusabhängigkeit eines Betriebspunktes des Schaltelements ausgelegt oder konfiguriert sein.
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Ein Beispiel, der erste Schaltkreis 102 muss nur für eine Aktivierungshandlung und/oder während eines EIN-Zustands der Schaltelemente wirksam sein. Deaktivierungsvorgänge der Schaltelemente werden vom ersten Schaltkreis nicht beeinflusst. Einzelne Ausgangspins, die bei manchen Treibern bereitgestellt werden, um verschiedene Impedanzen für die die Aktivierung (das Einschalten) bzw. Deaktivierung (das Ausschalten) des Transistorschalters zu implementieren, werden möglicherweise nicht länger benötigt.
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Die Aufwendungen der treiberexternen Komponenten sind sehr gering: (genau) ein RC-Glied kann für (genau) einen Halbbrückenschaltkreis ausreichend sein.
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In vielen Fällen kann eine Spannungsversorgung für die Integration des ersten Schaltkreises leichter verfügbar und weniger empfindlich sein als das Integrieren eines Schaltkreises an einem Ausgang des Treiberschaltkreises. Dieses Konzept ist z. B. in dem Fall anwendbar, wenn eine Transistorsteuerspannung (z. B. eine Gate-Spannung), die aufgrund der Schalteingangskennlinie charakteristisch zu sein scheint, als Versorgungsspannung für den Treiber geeignet ist.
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5 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm eines Verfahrens 500, um einen Treiberschaltkreis, der konfiguriert ist, einen Schaltsteuerkreis zu steuern, mit Energie zu versorgen. Der Treiberschaltkreis und der Schaltsteuerkreis können gleich oder ähnlich wie die oben beschriebenen Treiberschaltkreise und Schaltsteuerkreise sein.
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Das Verfahren kann das Bereitstellen einer Spannungsquelle mit einer ersten Impedanz, um den Treiberschaltkreis mit Energie zu versorgen während sich der Schaltsteuerkreis in einem Stabilzustand befindet, und das Bereitstellen einer Spannungsquelle mit einer niedrigeren Impedanz als die erste Impedanz, um den Treiberschaltkreis während einer Zustandsveränderung des Schaltsteuerkreises mit Energie zu versorgen, aufweisen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Zustandsveränderung die Veränderung von zumindest einem Schaltelement des Schaltsteuerkreises von einem nichtleitenden Zustand in einen leitenden Zustand sein. In verschiedenen Ausführungsformen zieht zumindest ein Schaltelement des Schaltsteuerkreises während des Stabilzustandes einen Strom. In verschiedenen Ausführungsformen werden die erste Impedanz und die zweite Impedanz von einer Parallelschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators bereitgestellt.
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In 502 kann der Betrieb der Schaltsteuerkreisanordnung, beispielsweise durch das Anwenden von Energie und Steuersignalen darauf, gestartet werden.
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In 504 wird ermittelt, wie der Treiberschaltkreis mit Energie zu versorgen ist. Die Entscheidung kann auf der Grundlage des Zustandes des Schaltsteuerkreises getroffen werden. Der Zustand des Schaltsteuerkreises kann durch ein Steuersignal, beispielsweise ein Treibersteuersignal, beispielsweise ein High-Side-Steuersignal INH oder eine Low-Side-Steuersignal INL bestimmt werden.
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Befindet sich der Schaltsteuerkreis in einem Stabilzustand, beispielsweise wenn eines der Schaltelemente in einem leitenden (ON-)Zustand ist, kann das Flussdiagramm bei 506 fortsetzen. Ist der Schaltsteuerkreis nicht in dem Stabilzustand, beispielsweise wenn der Schaltsteuerkreis seinen Zustand wechselt, beispielsweise von einem nichtleitenden (AUS-)Zustand zu einem leitenden (EIN-)Zustand, kann das Flussdiagramm bei 508 fortsetzen.
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In 506 kann eine Spannungsquelle mit einer ersten Impedanz verwendet werden, um den Treiberschaltkreis mit Energie zu versorgen. Üblicherweise wird nur ein geringer Strom benötigt, um das Schaltelement im Stabilzustand zu betreiben. Die erste Impedanz kann den Stromfluss beschränken. Sie kann größer als eine Innenimpedanz einer Spannungsquelle sein. Eine Serienschaltung der Spannungsquelle und der ersten Impedanz kann daher als Stromquelle wirken, die die Arbeitspunktvariationen von Transistoren mit diodenartigen Steuereingangskennlinien reduzieren kann.
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In 508 wird eine Spannungsquelle mit einer geringeren Impedanz als die erste Impedanz, die als eine zweite Impedanz bezeichnet werden kann, verwendet, um den Treiberschaltkreis mit Energie zu versorgen. Die Spannungsquelle kann dieselbe wie in 506 sein und kann mit der zweiten Impedanz in Serie geschaltet sein. Die niedrigere Impedanz erlaubt der Spannungsquelle dem/den Schaltelement(en) im Schaltsteuerkreis mehr Strom zur Verfügung zu stellen. Dies kann beim Wechseln der Zustände zweckmäßig sein, da mehr Strom erforderlich sein kann, um elektrische Ladungen in den Steuereingängen der Schaltelemente zu bewegen.
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Nach einer gewissen Zeit, beispielsweise periodisch, beispielsweise nach einer Zeitspanne Tsw einer Schaltfrequenz der Schaltsteuerkreisanordnung, kehrt der Fluss zu 504 zurück und wird wiederholt bis die Schaltsteuerkreisanordnung ausgeschaltet wird.
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Im Prinzip kann die Impedanz der Spannungsquelle durch einen Schalter (oder mehrere Schalter) variiert werden, der/die an das Antriebssteuersignal, wo der Schalter beispielsweise verwendet werden kann, um einen Widerstand zu umgehen, gekoppelt ist/sind.
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Während die Erfindung insbesondere mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, werden Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung verstehen, dass verschiedene Veränderungen von Form und Details daran vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Schutzumfang der Erfindung, wie durch nachfolgende Patentansprüche definiert, abzuweichen. Der Schutzumfang der Erfindung wird somit durch die nachfolgenden Patentansprüche angegeben und alle Veränderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Äquivalenzbereichs der Patentansprüche liegen, sollen daher ebenfalls umfasst sein
