DE102015011396A1 - Device and method for electrically connecting and disconnecting two electrical potentials and use of the device - Google Patents

Device and method for electrically connecting and disconnecting two electrical potentials and use of the device Download PDF

Info

Publication number
DE102015011396A1
DE102015011396A1 DE102015011396.8A DE102015011396A DE102015011396A1 DE 102015011396 A1 DE102015011396 A1 DE 102015011396A1 DE 102015011396 A DE102015011396 A DE 102015011396A DE 102015011396 A1 DE102015011396 A1 DE 102015011396A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
transistor
transistors
control signal
potentials
drain
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102015011396.8A
Other languages
German (de)
Inventor
Daniel Lutz
Peter Renz
Achim Seidel
Bernhard Wicht
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hochschule Reutlingen
Original Assignee
Hochschule Reutlingen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hochschule Reutlingen filed Critical Hochschule Reutlingen
Priority to DE102015011396.8A priority Critical patent/DE102015011396A1/en
Priority to PCT/EP2016/001462 priority patent/WO2017036592A1/en
Publication of DE102015011396A1 publication Critical patent/DE102015011396A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/6871Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors the output circuit comprising more than one controlled field-effect transistor
    • H03K17/6874Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors the output circuit comprising more than one controlled field-effect transistor in a symmetrical configuration
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/12Modifications for increasing the maximum permissible switched current
    • H03K17/122Modifications for increasing the maximum permissible switched current in field-effect transistor switches
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/30Modifications for providing a predetermined threshold before switching
    • H03K2017/307Modifications for providing a predetermined threshold before switching circuits simulating a diode, e.g. threshold zero
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0009AC switches, i.e. delivering AC power to a load
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0018Special modifications or use of the back gate voltage of a FET
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0036Means reducing energy consumption

Landscapes

  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) und ein Verfahren zum elektrischen Verbinden und Trennen zweier elektrischer Potentiale (1, 2). Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verwendung der Vorrichtung (100). Dabei umfasst die Vorrichtung (100): – ein erstes Modul, welches einen ersten und einen zweiten Transistor (10a, 10b) umfasst, wobei der erste Transistor (10a) antiseriell zu dem zweiten Transistor (10b) geschaltet ist; und – ein zweites Modul, welches einen dritten und einen vierten Transistor (10c, 10d) umfasst, wobei der dritte Transistor (10c) antiseriell zu dem vierten Transistor (10d) geschaltet ist; wobei das erste Modul und das zweite Modul parallel geschaltet sind.The invention relates to a device (100) and a method for electrically connecting and disconnecting two electrical potentials (1, 2). Furthermore, the invention relates to a use of the device (100). In this case, the device (100) comprises: a first module which comprises a first and a second transistor (10a, 10b), the first transistor (10a) being connected in antiseries to the second transistor (10b); and - a second module comprising a third and a fourth transistor (10c, 10d), the third transistor (10c) being connected in antiseries to the fourth transistor (10d); wherein the first module and the second module are connected in parallel.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schalten, d. h. zum elektrischen Verbinden und Trennen, zweier elektrischer Potentiale. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung der Vorrichtung.The invention relates to a device and a method for switching, d. H. for electrically connecting and disconnecting two electrical potentials. Furthermore, the invention relates to a use of the device.

Transistoren, insbesondere Feldeffekttransistoren (FET) wie z. B. Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) weisen in der Regel eine oder mehrere sogenannte intrinsische Bodydioden auf, die in Anwendungen, in denen die Transistoren verwendet werden, berücksichtigt werden müssen.Transistors, in particular field effect transistors (FET) such. As metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) typically have one or more so-called intrinsic body diodes, which must be considered in applications in which the transistors are used.

Gerade in Anwendungen, in denen sich die Spannungspolarität über einem Transistor ändert, können unerwünschte Querströme durch dessen intrinsische Bodydiode auftreten. Dadurch kann es passieren, dass der Transistor nicht ausgeschaltet werden kann, d. h. nicht in einen Aus-Zustand bzw. in einen isolierenden Zustand gebracht werden kann. Dies ist gerade bei getakteten Anwendungen, wie z. B. bei Switched Capacitor(SC)-Wandlern, Power Factor Correction(PFC)-Schaltungen, AC-DC-Wandlern, DC-AC-Wandlern oder allgemein beim Schalten von Wechselspannungen (AC-Switching) problematisch. So kann ein ungewollter Stromfluss durch die intrinsische Bodydiode eines Transistors zu einem Fehlverhalten der jeweiligen Anwendung führen. Beispielsweise kann ein Wandler, bei dem ein oder mehrere solcher Transistoren als Schalter verwendet werden, insbesondere für bestimmte Phasen bzw. Takteinheiten, nicht mehr richtig funktionieren.Especially in applications where the voltage polarity across a transistor changes, unwanted cross currents can occur through its intrinsic body diode. As a result, it can happen that the transistor can not be turned off, i. H. can not be brought into an off state or in an insulating state. This is especially for clocked applications, such. This is problematic, for example, with switched capacitor (SC) converters, power factor correction (PFC) circuits, AC-DC converters, DC-AC converters, or AC switching in general. Thus, an unwanted current flow through the intrinsic body diode of a transistor can lead to a malfunction of the respective application. For example, a converter in which one or more such transistors are used as switches, especially for certain phases or clock units, may no longer function properly.

Um einen ungewollten Strom durch die intrinsische Bodydiode eines FETs zu vermeiden, gibt es im Stand der Technik die Möglichkeit der dynamischen Umschaltung des Backgates, d. h. des Bulk-Gebiets des Transistors. Dies erfordert jedoch einen zusätzlichen Ansteueraufwand und lässt sich nur unter bestimmten Voraussetzungen bzw. nur bei bestimmten Transistortypen realisieren.In order to avoid an unwanted current through the intrinsic body diode of a FET, there is in the prior art the possibility of dynamic switching of the backgate, d. H. of the bulk region of the transistor. However, this requires an additional driving effort and can be realized only under certain conditions or only for certain transistor types.

Eine weitere Möglichkeit, einen ungewollten Strom durch die intrinsische Bodydiode eines FETs zu vermeiden, bietet die sogenannte Back-to-Back Schaltung, bei der eine Vorwärtspolung von Bodydioden blockiert wird, indem zwei Transistoren antiseriell geschaltet werden.Another way to avoid unwanted current through the intrinsic body diode of a FET, the so-called back-to-back circuit, in which a forward polarity of body diodes is blocked by two transistors are switched antiserial.

Ein Nachteil der Back-to-Back Schaltung ist, dass die beiden antiseriell geschalteten Transistoren der Back-to-Back-Schaltung doppelt so groß wie ein einzelner Transistor ausgeführt werden müssen, damit der Einschaltwiderstand RDS(on) im Vergleich zu dem einzelnen Transistor gleich bleibt. Insbesondere muss das Verhältnis aus Breite W und Länge L der beiden antiseriell geschalteten Transistoren doppelt so groß sein. Dies führt zu einer deutlichen Vergrößerung des Flächenverbrauchs um den Faktor 4 und bei einer taktenden Ansteuerung zur Vervierfachung der Ansteuerverluste PGate.A disadvantage of the back-to-back circuit is that the two anti-serially connected transistors of the back-to-back circuit must be made twice as large as a single transistor, so that the on-resistance R DS (on) compared to the single transistor stays the same. In particular, the ratio of width W and length L of the two anti-serially connected transistors must be twice as large. This leads to a significant increase in the area consumption by a factor of 4 and a clocking control for quadrupling the drive losses P gate .

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Schalten zweier elektrischer Potentiale bereitzustellen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die hohen Ansteuerverluste, welche bei einer herkömmlichen Back-to-Back Schaltung auftreten, zu verringern. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung anzugeben.It is therefore an object of the present invention to provide an improved apparatus and method for switching two electrical potentials. In particular, it is an object of the present invention to reduce the high drive losses that occur in a conventional back-to-back circuit. Moreover, it is an object of the present invention to provide a use of the device according to the invention.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Ein erster unabhängiger Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft eine Vorrichtung zum Schalten bzw. elektrischen Verbinden und Trennen zweier elektrischer Potentiale. Mit anderen Worten betrifft der erste unabhängige Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Schaltungsvorrichtung bzw. eine Vorrichtung zum Schalten von Strom zwischen einem ersten Potential und einem zweiten Potential. Die Vorrichtung umfasst:

  • – ein erstes Modul, welches einen ersten und einen zweiten Transistor umfasst, wobei der erste Transistor antiseriell zu dem zweiten Transistor geschaltet ist; und
  • – ein zweites Modul, welches einen dritten und einen vierten Transistor umfasst, wobei der dritte Transistor antiseriell zu dem vierten Transistor geschaltet ist; wobei das erste Modul und das zweite Modul parallel geschaltet sind.
A first independent aspect for achieving the object relates to a device for switching or electrically connecting and disconnecting two electrical potentials. In other words, the first independent aspect of the present invention relates to a switching device for switching current between a first potential and a second potential. The device comprises:
  • A first module comprising a first and a second transistor, the first transistor being connected in antiseries to the second transistor; and
  • A second module comprising a third and a fourth transistor, the third transistor being connected in antiseries to the fourth transistor; wherein the first module and the second module are connected in parallel.

Die Transistoren können z. B. FETs oder SiC (Siliciumcarbid) Transistoren sein. Beispielsweise können die Transistoren MOSFETs und insbesondere Drain Extended MOSFETs (DEMOS) sein. Die Transistoren können aber auch beliebige andere Arten von FETs sein. Es kann sich um diskrete oder um integrierte Transistoren handeln.The transistors can z. B. FETs or SiC (silicon carbide) transistors. For example, the transistors may be MOSFETs and in particular drain extended MOSFETs (DEMOS). The transistors may also be any other types of FETs. They may be discrete or integrated transistors.

Unter einer antiseriellen Schaltung wird im Sinne dieser Erfindung Allgemein eine Schaltung verstanden, bei der zwei Transistoren derart in Reihe geschaltet sind, dass ein Anschluss des ersten der zwei antiseriell geschalteten Transistoren, insbesondere ein Source-Anschluss, mit einem gleichnamigen bzw. entsprechenden Anschluss, insbesondere einem Source-Anschluss des zweiten der zwei Transistoren verbunden ist. Mit anderen Worten sind die Transistoren einer antiseriellen Schaltung derart in Reihe geschalten, dass die intrinsischen Bodydioden der antiseriell geschalteten Transistoren umgekehrt zueinander gepolt sind.For the purposes of this invention, an antiseries circuit is generally understood to mean a circuit in which two transistors are connected in series in such a way that one terminal of the first of the two transistors connected in antiseries, in particular a source terminal, has a connection with the same name, in particular a source terminal of the second of the two transistors is connected. In other words, the transistors of an antiserial circuit are connected in series such that the intrinsic body diodes the anti-serially connected transistors are poled inversely to each other.

Das erste und zweite Modul kann daher für sich genommen jeweils als eine herkömmliche Back-to-Back-Schaltung angesehen werden.Each of the first and second modules can therefore be considered as a conventional back-to-back circuit per se.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. Schaltung kann eine Rückflussblockierung erreicht werden, d. h. es kann unabhängig von dem Verhältnis der zwei Potentiale ein ungewollter Strom über die intrinsischen Bodydioden der Transistoren vermieden werden. Ferner können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Vergleich zu einer herkömmlichen Back-to-Back Schaltung die Ansteuerverluste, insbesondere bei getakteten Anwendungen, bei gleichbleibendem Einschaltwiderstand deutlich reduziert werden.With the device or circuit according to the invention a reflux blocking can be achieved, d. H. regardless of the ratio of the two potentials, an unwanted current can be avoided via the intrinsic body diodes of the transistors. Furthermore, with the device according to the invention compared to a conventional back-to-back circuit, the drive losses, especially in clocked applications, can be significantly reduced while maintaining the on-resistance.

Vorzugsweise sind das erste und zweite Modul derart parallel geschalten, dass Source-Anschlüsse oder Drain-Anschlüsse sämtlicher Transistoren des ersten und zweiten Moduls miteinander verbunden sind. Insbesondere weist jeder Transistor ein Bulk bzw. ein Bulk-Gebiet auf, das mit dem Source-Anschluss des jeweiligen Transistors verbunden ist. Der Begriff „Verbinden” bedeutet im Sinne dieser Erfindung stets ein elektrisches Verbinden oder ein Kurzschließen.Preferably, the first and second modules are connected in parallel such that source terminals or drain terminals of all the transistors of the first and second modules are connected to one another. In particular, each transistor has a bulk or bulk region which is connected to the source terminal of the respective transistor. The term "bonding" in the context of this invention always means an electrical connection or a short-circuiting.

Für den Fall, dass die Source-Anschlüsse und/oder Bulk-Gebiete sämtlicher Transistoren des ersten und zweiten Moduls miteinander verbunden sind, sind vorzugsweise das erste und zweite Modul derart parallel geschalten, dass ein Drain-Anschluss des ersten Transistors und ein Drain-Anschluss des dritten Transistors miteinander verbunden sind. Weiter vorzugsweise sind das erste und zweite Modul derart parallel geschalten, dass ein Drain-Anschluss des zweiten Transistors und ein Drain-Anschluss des vierten Transistors miteinander verbunden sind.In the event that the source terminals and / or bulk regions of all the transistors of the first and second modules are connected to one another, preferably the first and second modules are connected in parallel such that a drain terminal of the first transistor and a drain terminal of the third transistor are connected together. Further preferably, the first and second modules are connected in parallel in such a way that a drain terminal of the second transistor and a drain terminal of the fourth transistor are connected to one another.

Für den Fall, dass die Drain-Anschlüsse sämtlicher Transistoren des ersten und zweiten Moduls miteinander verbunden sind, sind vorzugsweise das erste und zweite Modul derart parallel geschalten, so dass der Source-Anschluss des ersten Transistors und der Source-Anschluss des dritten Transistors miteinander verbunden sind. Weiter vorzugsweise sind das erste und zweite Modul derart parallel geschalten, dass der Source-Anschluss des zweiten Transistors und der Source-Anschluss des vierten Transistors miteinander verbunden sind.In the event that the drain terminals of all the transistors of the first and second modules are connected to one another, preferably the first and second modules are connected in parallel in such a way that the source terminal of the first transistor and the source terminal of the third transistor are connected to one another are. Further preferably, the first and second modules are connected in parallel in such a way that the source terminal of the second transistor and the source terminal of the fourth transistor are connected to one another.

Weiter vorzugsweise weist die Parallelschaltung des ersten und zweiten Moduls einen ersten Knotenpunkt auf, der mit einem ersten der beiden zu schaltenden Potentiale verbunden werden kann bzw. in einem Betriebszustand damit verbunden ist. Weiter vorzugsweise weist die Parallelschaltung des ersten und zweiten Moduls einen zweiten Knotenpunkt auf, der mit einem zweiten der beiden zu schaltenden Potentiale verbunden werden kann bzw. in einem Betriebszustand damit verbunden ist.Further preferably, the parallel connection of the first and second module to a first node, which can be connected to a first of the two potentials to be switched or is connected in an operating state with it. Further preferably, the parallel connection of the first and second module to a second node, which can be connected to a second of the two potentials to be switched or in an operating state is connected thereto.

Unter einem Betriebszustand wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Zustand verstanden, in dem die Vorrichtung in Betrieb und somit an die zu schaltenden Potentiale angeschlossen ist. Insbesondere dient die Vorrichtung im Betriebszustand als Schalter zwischen den zwei Potentialen.In the context of the present invention, an operating state is understood to mean a state in which the device is connected in operation and thus to the potentials to be switched. In particular, the device is used in the operating state as a switch between the two potentials.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung weist jeder der Transistoren ein Bulk-Gebiet, einen Source-Anschluss und einen Drain-Anschluss auf, wobei sämtliche Bulk-Gebiete und/oder sämtliche Source-Anschlüsse der Transistoren miteinander verbunden sind. Alternativ können auch sämtliche Drain-Anschlüsse der Transistoren miteinander verbunden sein.In a preferred embodiment of the device, each of the transistors has a bulk region, a source connection and a drain connection, wherein all bulk regions and / or all source connections of the transistors are connected to one another. Alternatively, all the drain terminals of the transistors can be connected to each other.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist, insbesondere für den Fall, dass sämtliche Bulk-Gebiete und/oder sämtliche Source-Anschlüsse der Transistoren miteinander verbunden sind, in einem Betriebszustand der Vorrichtung der Drain-Anschluss des ersten Transistors und der Drain-Anschluss des dritten Transistors mit einem ersten der zwei Potentiale verbunden. Ferner sind der Drain-Anschluss des zweiten Transistors und der Drain-Anschluss des vierten Transistors mit einem zweiten der zwei Potentiale verbunden. Mit anderen Worten ist in dieser Ausführungsform der Drain-Anschluss des ersten Transistors und der Drain-Anschluss des dritten Transistors mit einem ersten der zwei Potentiale verbindbar und der Drain-Anschluss des zweiten Transistors und der Drain-Anschluss des vierten Transistors mit einem zweiten der zwei Potentiale verbindbar.In a further preferred embodiment of the device, in particular in the case where all the bulk regions and / or all the source connections of the transistors are connected to one another, in an operating state of the device the drain connection of the first transistor and the drain connection of the device third transistor connected to a first of the two potentials. Furthermore, the drain terminal of the second transistor and the drain terminal of the fourth transistor are connected to a second of the two potentials. In other words, in this embodiment, the drain of the first transistor and the drain of the third transistor are connectable to a first of the two potentials and the drain of the second transistor and the drain of the fourth transistor to a second of the two Potentials connectable.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist, insbesondere für den Fall, dass sämtliche Drain-Anschlüsse der Transistoren miteinander verbunden sind, in einem Betriebszustand der Vorrichtung der Source-Anschluss des ersten Transistors und der Source-Anschluss des dritten Transistors mit einem ersten der zwei Potentiale verbunden. Ferner sind der Source-Anschluss des zweiten Transistors und der Source-Anschluss des vierten Transistors mit einem zweiten der zwei Potentiale verbunden. Mit anderen Worten ist in dieser Ausführungsform der Source-Anschluss des ersten Transistors und der Source-Anschluss des dritten Transistors mit einem ersten der zwei Potentiale verbindbar und der Source-Anschluss des zweiten Transistors und der Source-Anschluss des vierten Transistors mit einem zweiten der zwei Potentiale verbindbar.In a further preferred embodiment of the device, in particular in the case in which all the drain terminals of the transistors are connected to one another, in an operating state of the device, the source terminal of the first transistor and the source terminal of the third transistor with a first of the two Potentials connected. Furthermore, the source terminal of the second transistor and the source terminal of the fourth transistor are connected to a second of the two potentials. In other words, in this embodiment, the source terminal of the first transistor and the source terminal of the third transistor are connectable to a first of the two potentials and the source terminal of the second transistor and the source terminal of the fourth transistor to a second of the two Potentials connectable.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist jeder der Transistoren ein Bulk-Gebiet, einen Source-Anschluss, einen Drain-Anschluss und einen Gate-Anschluss auf, wobei die Bulk-Gebiete und/oder die Source-Anschlüsse des ersten, zweiten, dritten und vierten Transistors miteinander verbunden sind, wobei der Drain-Anschluss des ersten Transistors mit dem Drain-Anschluss des dritten Transistors verbunden ist, wobei der Drain-Anschluss des zweiten Transistors mit dem Drain-Anschluss des vierten Transistors verbunden ist, und wobei jeder der Transistoren über den zugehörigen Gate-Anschluss gesteuert d. h. ein- oder ausgeschalten bzw. leitend oder isolierend geschalten werden kann. Ferner ist in dieser Ausführungsform vorzugsweise der Drain-Anschluss des ersten Transistors und der Drain-Anschluss des dritten Transistors mit einem ersten der zwei Potentiale verbindbar und der Drain-Anschluss des zweiten Transistors und der Drain-Anschluss des vierten Transistors mit einem zweiten der zwei Potentiale verbindbar.In a further preferred embodiment, each of the transistors has a bulk region, a source terminal, a drain terminal and a gate terminal, wherein the bulk areas and / or the source terminals of the first, second, third and fourth transistor are connected to each other, wherein the drain terminal of the first transistor with the drain terminal of the third transistor is connected, wherein the drain terminal of the second transistor is connected to the drain terminal of the fourth transistor, and wherein each of the transistors via the associated gate terminal controlled ie switched on or off or conductive or can be switched isolating. Further, in this embodiment, preferably, the drain terminal of the first transistor and the drain terminal of the third transistor are connectable to a first of the two potentials and the drain terminal of the second transistor and the drain terminal of the fourth transistor to a second of the two potentials connectable.

Alternativ weist jeder der Transistoren ein Bulk-Gebiet, einen Source-Anschluss, einen Drain-Anschluss und einen Gate-Anschluss auf, wobei die Drain-Anschlüsse des ersten, zweiten, dritten und vierten Transistors miteinander verbunden sind, wobei der Source-Anschluss des ersten Transistors mit dem Source-Anschluss des dritten Transistors verbunden ist, wobei der Source-Anschluss des zweiten Transistors mit dem Source-Anschluss des vierten Transistors verbunden ist, und wobei jeder der Transistoren über den zugehörigen Gate-Anschluss gesteuert werden kann. Ferner ist in dieser Ausführungsform vorzugsweise der Source-Anschluss des ersten Transistors und der Source-Anschluss des dritten Transistors mit einem ersten der zwei Potentiale verbindbar und der Source-Anschluss des zweiten Transistors und der Source-Anschluss des vierten Transistors mit einem zweiten der zwei Potentiale verbindbarAlternatively, each of the transistors has a bulk region, a source terminal, a drain terminal and a gate terminal, wherein the drain terminals of the first, second, third and fourth transistors are connected to each other, wherein the source terminal of the first transistor is connected to the source terminal of the third transistor, wherein the source terminal of the second transistor is connected to the source terminal of the fourth transistor, and wherein each of the transistors can be controlled via the associated gate terminal. Furthermore, in this embodiment, preferably the source terminal of the first transistor and the source terminal of the third transistor are connectable to a first of the two potentials and the source terminal of the second transistor and the source terminal of the fourth transistor to a second of the two potentials connectable

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der erste Transistor einen Einschaltwiderstand RDS(on),1 auf, welcher kleiner als ein Einschaltwiderstand RDS(on),3 des dritten Transistors und kleiner als ein Einschaltwiderstand RDS(on),4 des vierten Transistors ist. Alternativ oder zusätzlich weist der zweite Transistor einen Einschaltwiderstand RDS(on),2 auf, welcher kleiner als der Einschaltwiderstand RDS(on),3 des dritten Transistors und kleiner als der Einschaltwiderstand RDS(on),4 des vierten Transistors ist.In a further preferred embodiment, the first transistor has a turn-on resistance R DS (on), which is smaller than a turn-on resistance R DS (on), 3 of the third transistor and smaller than a turn-on resistance R DS (on), 4 of the fourth transistor is. Alternatively or additionally, the second transistor has an on resistance R DS (on), 2 , which is smaller than the on resistance R DS (on), 3 of the third transistor and smaller than the on resistance R DS (on), 4 of the fourth transistor.

Die Einschaltwiderstände können insbesondere über das Breiten-Längen-Verhältnis (W/L-Verhältnis) der jeweiligen Transistoren eingestellt bzw. vorgegeben werden.The switch-on resistances can in particular be set or specified via the width-length ratio (W / L ratio) of the respective transistors.

Insbesondere weist der erste Transistor ein W/L-Verhältnis auf, welches größer als ein W/L-Verhältnis des dritten Transistors und größer als ein W/L-Verhältnis des vierten Transistors ist. Alternativ oder zusätzlich weist der zweite Transistor ein W/L-Verhältnis auf, welches größer als das W/L-Verhältnis des dritten Transistors und größer als das W/L-Verhältnis des vierten Transistors ist.In particular, the first transistor has a W / L ratio that is greater than a W / L ratio of the third transistor and greater than a W / L ratio of the fourth transistor. Alternatively or additionally, the second transistor has a W / L ratio that is greater than the W / L ratio of the third transistor and greater than the W / L ratio of the fourth transistor.

Vorzugsweise entspricht der Einschaltwiderstand bzw. das W/L-Verhältnis des ersten Transistors dem Einschaltwiderstand bzw. dem W/L-Verhältnis des zweiten Transistors. Weiter vorzugsweise entspricht der Einschaltwiderstand bzw. das W/L-Verhältnis des dritten Transistors dem Einschaltwiderstand bzw. dem W/L-Verhältnis des vierten Transistors.The on-resistance or the W / L ratio of the first transistor preferably corresponds to the on-resistance or the W / L ratio of the second transistor. Further preferably, the turn-on resistance or the W / L ratio of the third transistor corresponds to the on-resistance or the W / L ratio of the fourth transistor.

Vorzugsweise ist in einem Betriebszustand der Gate-Anschluss des dritten oder vierten Transistors mit einem Taktsignalgeber verbunden. Insbesondere ist in einem Betriebszustand der Vorrichtung ausschließlich der Gate-Anschluss des dritten oder der Gate-Anschluss des vierten Transistors mit einem Taktsignalgeber verbunden, d. h. die Gate-Anschlüsse des ersten und zweiten Transistors sind im Betriebszustand vorzugsweise nicht mit einem Taktsignalgeber verbunden. Unter einem Taktsignalgeber wird im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Signalgeber verstanden, welcher ein periodisches Signal mit einer einstellbaren oder vorgebebenen Frequenz, z. B. einer Frequenz größer als 100 khz, ausgibt.Preferably, in an operating state, the gate terminal of the third or fourth transistor is connected to a clock signal generator. In particular, in an operating state of the device, only the gate terminal of the third or the gate terminal of the fourth transistor is connected to a clock signal generator, d. H. the gate terminals of the first and second transistors are preferably not connected to a clock signal generator in the operating state. For the purposes of the present invention, a clock signal generator is understood in particular to be a signal generator which transmits a periodic signal having an adjustable or predetermined frequency, for example a signal. B. a frequency greater than 100 khz, outputs.

Vorzugsweise werden der erste und der zweite Transistor statisch gesteuert, d. h. an dem Gate-Anschluss des ersten Transistors liegt im Betriebszustand der Vorrichtung vorzugsweise ein erstes statisches Steuersignal an und an dem Gate-Anschluss des zweiten Transistors liegt im Betriebszustand der Vorrichtung vorzugsweise ein zweites statisches Steuersignal an. Die statischen Steuersignale können, je nach Anwendungsfall, während des Betriebs gleich bleiben oder sich ändern. Im Vergleich zum Taktsignal ändern sich die statischen Steuersignale weniger oft.Preferably, the first and second transistors are statically controlled, i. H. Preferably, a first static control signal is applied to the gate terminal of the first transistor in the operating state of the device, and preferably a second static control signal is applied to the gate terminal of the second transistor in the operating state of the device. The static control signals may remain the same or change during operation, depending on the application. Compared to the clock signal, the static control signals change less often.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ferner eine Steuereinheit zum Steuern, d. h. zum Ein- und Ausschalten bzw. leitend oder isolierend Schalten, der Transistoren auf Basis eines ersten und zweiten Eingangssignals, wobei das erste Eingangssignal vorzugsweise ein statisches Signal ist, welches insbesondere von der Größe der zwei Potentiale abhängt. Das zweite Eingangssignal ist vorzugsweise ein dynamisches, insbesondere hochfrequentes Signal.In a further preferred embodiment, the device further comprises a control unit for controlling, i. H. for switching on and off or conductive or insulating switching, the transistors based on a first and second input signal, wherein the first input signal is preferably a static signal, which depends in particular on the size of the two potentials. The second input signal is preferably a dynamic, in particular high-frequency signal.

Mit dem ersten Eingangssignal ist es z. B. vorteilhafterweise möglich, einen Betriebsmodus oder eine Topologie einer übergeordneten Schaltung, d. h. einer Schaltung, in der die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet wird bzw. welche die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst, auszuwählen, einzustellen bzw. vorzugeben. Das zweite Eingangssignal kann z. B. ein Taktsignal, beispielsweise ein Rechtecksignal, sein, welches zum Betreiben der übergeordneten Schaltung dient. Die übergeordnete Schaltung kann beispielsweise ein SC-Wandler oder ein AC-DC- bzw. DC-AC-Wandler sein.With the first input signal, it is z. B. advantageously possible, an operating mode or a topology of a parent circuit, ie a circuit in which the device according to the invention is used or which the Device according to the invention comprises, select, set or specify. The second input signal can, for. Example, a clock signal, such as a square wave, be, which is used to operate the parent circuit. The higher-order circuit can be, for example, an SC converter or an AC-DC or DC-AC converter.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Steuereinheit:

  • – einen ersten Pegelwandler zum Wandeln des ersten Eingangssignals in ein modifiziertes erstes Eingangssignal;
  • – einen zweiten Pegelwandler zum Wandeln des zweiten Eingangssignals in ein modifiziertes zweites Eingangssignal; und
  • – eine Logik-Schaltung, welche für jeden Transistor ein zugehöriges Steuersignal auf Basis des modifizierten ersten und modifizierten zweiten Eingangssignals erzeugt.
In a further preferred embodiment, the control unit comprises:
  • A first level converter for converting the first input signal into a modified first input signal;
  • A second level converter for converting the second input signal into a modified second input signal; and
  • - A logic circuit which generates an associated control signal for each transistor based on the modified first and modified second input signal.

Die Logik-Schaltung umfasst vorzugsweise TTL-, CMOS- oder BiCMOS-Bausteine zum Verarbeiten des ersten und zweiten modifizierten Eingangssignals. Die Pegelwandler, auch Levelshifter genannt, passen die Eingangssignale jeweils derart an, dass diese von der Logik-Schaltung weiterverarbeitet werden können. Mit Hilfe der Pegelwandler können vorteilhafterweise die Steuersignale für die Transistoren angepasst werden.The logic circuit preferably comprises TTL, CMOS or BiCMOS devices for processing the first and second modified input signals. The level converters, also called level shifters, adapt the input signals in such a way that they can be further processed by the logic circuit. With the help of the level converter advantageously the control signals for the transistors can be adjusted.

Insbesondere umfasst die Logikschaltung zwei Nicht-Gatter und zwei NAND-Gatter.In particular, the logic circuit comprises two non-gates and two NAND gates.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Steuereinheit ferner eine Ladungspumpe bzw. Charge Pump zum Versorgen der Pegelwandler und der zugehörigen Treiber für die Transistoren mit Energie. Die Ladungspumpe kann z. B. ein DC-DC Wandler oder eine Spannungsquelle sein.In a further preferred embodiment, the control unit further comprises a charge pump for supplying the level converters and the associated drivers for the transistors with energy. The charge pump can, for. B. be a DC-DC converter or a voltage source.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zu dem ersten und zweiten Transistor zugehörige Steuersignal ein statisches Steuersignal. Alternativ oder zusätzlich ist, abhängig von dem ersten Eingangssignal, entweder das zu dem dritten Transistor zugehörige Steuersignal oder das zu dem vierten Transistor zugehörige Steuersignal ein dynamisches Steuersignal, insbesondere ein Taktsignal. Das jeweils andere zu dem dritten oder vierten Transistor zugehörige Steuersignal ist vorzugsweise ein statisches Steuersignal. Ist also das zu dem dritten Transistor zugehörige Steuersignal ein dynamisches Signal, so ist das zu dem vierten Transistor zugehörige Steuersignal ein statisches Signal. Ist das zu dem vierten Transistor zugehörige Steuersignal ein dynamisches Signal, so ist das zu dem dritten Transistor zugehörige Signal ein statisches Signal.In a further preferred embodiment, the control signal associated with the first and second transistors is a static control signal. Alternatively or additionally, depending on the first input signal, either the control signal associated with the third transistor or the control signal associated with the fourth transistor is a dynamic control signal, in particular a clock signal. The respective other control signal associated with the third or fourth transistor is preferably a static control signal. Thus, if the control signal associated with the third transistor is a dynamic signal, then the control signal associated with the fourth transistor is a static signal. If the control signal associated with the fourth transistor is a dynamic signal, the signal associated with the third transistor is a static signal.

Ist z. B. das erste Potential kleiner als das zweite Potential, so ist vorzugsweise das zu dem vierten Transistor zugehörige Steuersignal ein dynamisches Signal, während das zu dem dritten Transistor zugehörige Steuersignal ein statisches Signal ist.Is z. For example, if the first potential is less than the second potential, then preferably the control signal associated with the fourth transistor is a dynamic signal, while the control signal associated with the third transistor is a static signal.

Ist z. B. das erste Potential größer als das zweite Potential, so ist vorzugsweise das zu dem dritten Transistor zugehörige Steuersignal ein dynamisches Signal, während das zu dem vierten Transistor zugehörige Steuersignal ein statisches Signal ist.Is z. For example, if the first potential is greater than the second potential, then preferably the control signal associated with the third transistor is a dynamic signal, while the control signal associated with the fourth transistor is a static signal.

In jedem Fall wird entweder nur der dritte oder nur der vierte Transistor mit einem dynamischen Signal gesteuert. Somit ist es vorteilhafterweise möglich, im Vergleich zu einer herkömmlichen Back-to-Back Schaltung, bei der die Gate-Anschlüsse der beiden antiseriell geschalteten Transistoren miteinander verbunden sind und damit beide Transistoren mit dem gleichen Signal gesteuert werden, die Ansteuerverluste möglichst gering zu halten.In either case, either only the third or only the fourth transistor is controlled with a dynamic signal. Thus, it is advantageously possible, compared to a conventional back-to-back circuit, in which the gate terminals of the two anti-serially connected transistors are connected together and thus both transistors are controlled with the same signal to minimize the drive losses.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist für den Fall, dass das erste der beiden Potentiale kleiner als das zweite der beiden Potentiale ist, das zu dem ersten Transistor zugehörige Steuersignal derart beschaffen, dass es den ersten Transistor in einen Ein-Zustand schaltet und das zu dem zweiten Transistor zugehörige Steuersignal derart beschaffen, dass es den zweiten Transistor in einen Aus-Zustand schaltet und das zu dem dritten Transistor zugehörige Steuersignal derart beschaffen, dass es den dritten Transistor in einen Ein-Zustand schaltet und das zu dem vierten Transistor zugehörige Steuersignal ein dynamisches Steuersignal.In a further preferred embodiment, in the event that the first of the two potentials is smaller than the second of the two potentials, the control signal associated with the first transistor is such that it switches the first transistor to an on state and that to the second transistor associated control signal such that it switches the second transistor in an off state and the associated control signal to the third transistor such that it switches the third transistor in an on state and associated with the fourth transistor control signal a dynamic control signal.

Mit anderen Worten sind in diesem Fall, d. h. wenn das erste Potential kleiner als das zweite Potential ist, das zu dem ersten Transistor zugehörige Steuersignal und das zu dem dritten Transistor zugehörige Steuersignal derart ausgelegt, dass sich der erste Transistor und der dritte Transistor in einem Ein-Zustand befinden, während das zu dem zweiten Transistor zugehörige Steuersignal derart ausgelegt ist, dass sich der zweite Transistor in einem Aus-Zustand befindet.In other words, in this case, i. H. when the first potential is less than the second potential, the control signal associated with the first transistor and the control signal associated with the third transistor are configured such that the first transistor and the third transistor are in an on state while that to the second Transistor associated control signal is designed such that the second transistor is in an off state.

Die Vorrichtung ist also für den Fall, dass das erste Potential kleiner als das zweite Potential ist, vorzugsweise derart konfiguriert, dass sich der erste und der dritte Transistor jeweils in einem Ein-Zustand und sich der zweite Transistor in einem Aus-Zustand befindet.Thus, in the case that the first potential is smaller than the second potential, the device is preferably configured such that the first and third transistors are each in an on state and the second transistor is in an off state.

Alternativ oder zusätzlich ist für den Fall, dass das erste der beiden Potentiale größer als das zweite der beiden Potentiale ist, das zu dem ersten Transistor zugehörige Steuersignal derart beschaffen, dass es den ersten Transistor in einen Aus-Zustand schaltet und das zu dem zweiten Transistor zugehörige Steuersignal derart beschaffen, dass es den zweiten Transistor in einen Ein-Zustand schaltet und das zu dem vierten Transistor zugehörige Steuersignal derart beschaffen, dass es den vierten Transistor in einen Ein-Zustand schaltet und das zu dem dritten Transistor zugehörige Steuersignal ein dynamisches Steuersignal.Alternatively or additionally, in the event that the first of the two potentials is greater than the second of the two potentials associated with the first transistor A control signal is arranged such that it switches the first transistor in an off state and the control signal associated with the second transistor such that it switches the second transistor in an on state and the control signal associated with the fourth transistor such that the fourth transistor switches to an on state and the control signal associated with the third transistor provides a dynamic control signal.

Mit anderen Worten sind in diesem Fall, d. h. wenn das erste Potential größer als das zweite Potential ist, das zu dem zweiten Transistor zugehörige Steuersignal und das zu dem vierten Transistor zugehörige Steuersignal derart ausgelegt, dass sich der zweite Transistor und der vierte Transistor in einem Ein-Zustand befinden, während das zu dem ersten Transistor zugehörige Steuersignal derart ausgelegt ist, dass sich der erste Transistor in einem Aus-Zustand befindet.In other words, in this case, i. H. when the first potential is greater than the second potential, the control signal associated with the second transistor and the control signal associated with the fourth transistor are configured such that the second transistor and the fourth transistor are in an on state while that to the first Transistor associated control signal is designed such that the first transistor is in an off state.

Die Vorrichtung ist also für den Fall, dass das erste Potential größer als das zweite Potential ist, vorzugsweise derart konfiguriert, dass sich der zweite und der vierte Transistor jeweils in einem Ein-Zustand und sich der erste Transistor in einem Aus-Zustand befindet.Thus, in the case where the first potential is greater than the second potential, the device is preferably configured such that the second and fourth transistors are each in an on state and the first transistor is in an off state.

Ein weiterer unabhängiger Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft ein Verfahren zum elektrischen Verbinden und Trennen zweier elektrischer Potentiale, umfassend die Schritte:

  • – Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
  • – Steuern der Transistoren auf Basis des Verhältnisses der zwei elektrischen Potentiale.
Another independent aspect for achieving the object relates to a method for electrically connecting and disconnecting two electrical potentials, comprising the steps:
  • - Providing a device according to the invention; and
  • Controlling the transistors based on the ratio of the two electrical potentials.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Steuern der Transistoren ein Erzeugen von zu den jeweiligen Transistoren zugehörigen Steuersignalen auf Basis eines ersten und zweiten Eingangssignals.In a preferred embodiment, controlling the transistors comprises generating control signals associated with the respective transistors based on first and second input signals.

Die Steuersignale können vorzugsweise mit Hilfe einer Logik-Schaltung erzeugt werden. Vorzugsweise werden die zu den jeweiligen Transistoren zugehörigen Steuersignale derart erzeugt, dass sie wie bereits zu dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben beschaffen sind.The control signals may preferably be generated by means of a logic circuit. Preferably, the control signals associated with the respective transistors are generated to be as already described in the first aspect of the present invention.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Steuern der Transistoren derart, dass abhängig von den zwei elektrischen Potentialen diejenigen Transistoren in einen Ein-Zustand geschalten werden, für die eine zu dem jeweiligen Transistor zugehörige intrinsische Body-Diode in einem Betriebszustand der Vorrichtung leitfähig wird bzw. leitfähig werden würde.In a further preferred embodiment, the transistors are controlled such that, depending on the two electrical potentials, the transistors are switched to an on state for which an intrinsic body diode associated with the respective transistor becomes conductive in an operating state of the device or would become conductive.

Insbesondere werden für den Fall, dass das erste Potential kleiner als das zweite Potential ist, der erste Transistor und der dritte Transistor in einen Ein-Zustand geschalten. Der zweite Transistor wird in diesem Fall vorzugsweise in einen Aus-Zustand geschaltet.In particular, in the case that the first potential is smaller than the second potential, the first transistor and the third transistor are switched to an on state. The second transistor is preferably switched to an off state in this case.

Für den Fall, dass das erste Potential größer als das zweite Potential ist, werden insbesondere der zweite Transistor und der vierte Transistor in einen Ein-Zustand geschalten. Der erste Transistor wird in diesem Fall vorzugsweise in einen Aus-Zustand geschaltet.In the event that the first potential is greater than the second potential, in particular the second transistor and the fourth transistor are switched to an on state. The first transistor is preferably switched to an off state in this case.

Ein weiterer unabhängiger Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Schalter in getakteten Anwendungen und/oder als Schalter zum Schalten von Wechselspannungen. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung als Schalter in einem AC-DC-Wandler und/oder einem DC-AC-Wandler und/oder als Schalter in einer PFC-Schaltung und/oder als Schalter in einem SC-Wandler verwendet werden.Another independent aspect for achieving the object relates to a use of the device according to the invention as a switch in clocked applications and / or as a switch for switching AC voltages. In particular, the device according to the invention can be used as a switch in an AC-DC converter and / or a DC-AC converter and / or as a switch in a PFC circuit and / or as a switch in an SC converter.

Für die oben genannten weiteren unabhängigen Aspekte und insbesondere für diesbezügliche bevorzugte Ausführungsformen gelten auch die vor- oder nachstehend gemachten Ausführungen zu den Ausführungsformen des ersten Aspekts. Insbesondere gelten für einen unabhängigen Aspekt der vorliegenden Erfindung und für diesbezügliche bevorzugte Ausführungsformen auch die vor- und nachstehend gemachten Ausführungen zu den Ausführungsformen der jeweils anderen Aspekte.For the above-mentioned further independent aspects and in particular for related preferred embodiments, the statements made above or below apply to the embodiments of the first aspect. In particular, for an independent aspect of the present invention and for related preferred embodiments, the statements made above and below apply to the embodiments of the other aspects.

Im Folgenden werden einzelne Ausführungsformen zur Lösung der Aufgabe anhand der Figuren beispielhaft beschrieben. Dabei weisen die einzelnen beschriebenen Ausführungsformen zum Teil Merkmale auf, die nicht zwingend erforderlich sind, um den beanspruchten Gegenstand auszuführen, die aber in bestimmten Anwendungsfällen gewünschte Eigenschaften bereit stellen. So sollen auch Ausführungsformen als unter die beschriebene technische Lehre fallend offenbart angesehen werden, die nicht alle Merkmale der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen aufweisen. Ferner werden, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, bestimmte Merkmale nur in Bezug auf einzelne der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen erwähnt. Es wird darauf hingewiesen, dass die einzelnen Ausführungsformen daher nicht nur für sich genommen sondern auch in einer Zusammenschau betrachtet werden sollen. Anhand dieser Zusammenschau wird der Fachmann erkennen, dass einzelne Ausführungsformen auch durch Einbeziehung von einzelnen oder mehreren Merkmalen anderer Ausführungsformen modifiziert werden können. Es wird darauf hingewiesen, dass eine systematische Kombination der einzelnen Ausführungsformen mit einzelnen oder mehreren Merkmalen, die in Bezug auf andere Ausführungsformen beschrieben werden, wünschenswert und sinnvoll sein kann, und daher in Erwägung gezogen und auch als von der Beschreibung umfasst angesehen werden soll.In the following, individual embodiments for solving the problem will be described by way of example with reference to the figures. In this case, the individual embodiments described have in part features that are not absolutely necessary in order to carry out the claimed subject matter, but which provide desired properties in certain applications. Thus, embodiments are also to be regarded as falling under the described technical teaching, which does not have all the features of the embodiments described below. Further, in order to avoid unnecessary repetition, certain features will be mentioned only with respect to each of the embodiments described below. It should be noted that the individual embodiments should therefore be considered not only in isolation but also in a synopsis. Based on this synopsis, those skilled in the art will recognize that individual embodiments may also be modified by incorporating one or more features of other embodiments. It should be understood that a systematic combination of the individual embodiments having single or multiple features described with respect to other embodiments may be desirable and useful and therefore contemplated and also contemplated to be considered from the description.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt einen schematischen Aufbau eines 2:1 Serien-Parallel Wandlers; 1 shows a schematic structure of a 2: 1 series-parallel converter;

2 zeigt eine schematische Darstellung eines 4-Bit SC-Wandlers mit einem Übersetzungsverhältnis von 5/16; 2 shows a schematic representation of a 4-bit SC converter with a transmission ratio of 5/16;

3a zeigt den ersten Teil eines Schaltbildes des 4-Bit SC-Wandlers der 2; 3a shows the first part of a circuit diagram of the 4-bit SC converter of 2 ;

3b zeigt den zweiten Teil eines Schaltbildes des 4-Bit SC-Wandlers der 2; 3b shows the second part of a circuit diagram of the 4-bit SC converter of 2 ;

4 zeigt einen Ausschnitt des Schaltbildes von der 3b, wobei der Schalter S33 als Transistor mit einer leitenden intrinsischen Bodydiode dargestellt ist; 4 shows a section of the circuit diagram of the 3b wherein the switch S33 is shown as a transistor with a conductive intrinsic body diode;

5a zeigt eine schematische Darstellung zur Ausbildung von intrinsischen Bodydioden D1 und D2 in einem DEMOS Transistor; 5a shows a schematic representation of the formation of intrinsic body diodes D1 and D2 in a DEMOS transistor;

5b zeigt ein Schaltbild zur dynamischen Umschaltung des Backgates bei einem DEMOS Transistor; 5b shows a circuit diagram for the dynamic switching of the back gate in a DEMOS transistor;

5c zeigt eine beispielhafte Darstellung der Funktion des Schaltbildes aus der 5b bei einer Spannung VD = 4 V und VS = 10 V; 5c shows an exemplary representation of the function of the circuit diagram of the 5b at a voltage V D = 4 V and V S = 10 V;

6 zeigt ein Schaltbild von einer herkömmlichen Back-to-Back Schaltung mit DEMOS Transistoren; 6 shows a circuit diagram of a conventional back-to-back circuit with DEMOS transistors;

7a zeigt ein Schaltbild einer Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für V2 > V1; 7a shows a circuit diagram of a device according to a preferred embodiment of the present invention for V 2 > V 1 ;

7b zeigt ein Ersatzschaltbild der Vorrichtung von 7a; 7b shows an equivalent circuit diagram of the device of 7a ;

8a zeigt ein Schaltbild einer Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für V2 < V1; 8a shows a circuit diagram of a device according to a preferred embodiment of the present invention for V 2 <V 1 ;

8b zeigt ein Ersatzschaltbild der Vorrichtung von 8a; 8b shows an equivalent circuit diagram of the device of 8a ;

9 zeigt ein Simulationsdiagramm zur beispielhaften Dimensionierung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; 9 shows a simulation diagram for the exemplary dimensioning of a device according to the invention;

10 zeigt eine Ansteuertabelle zur bevorzugten Ansteuerung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; 10 shows a control table for the preferred control of a device according to the invention;

11 zeigt eine schematische Darstellung zur Realisierung der bevorzugten Ansteuerung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. 11 shows a schematic representation for realizing the preferred control of a device according to the invention.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Die 1 zeigt einen schematischen Aufbau einer SC-Wandler-Zelle aus einem 2:1 Serien-Parallel Wandler, in welchem die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhafterweise als Schalter eingesetzt werden kann.The 1 shows a schematic structure of a SC converter cell from a 2: 1 series-parallel converter, in which the device according to the invention can advantageously be used as a switch.

Der Switched Capacitor(SC)-Wandler zeichnet sich durch einfach konfigurierbare Übersetzungsverhältnisse aus. Durch diese Konfigurierbarkeit kann dieser Wandler zum Beispiel eine variierende Eingangsspannung in eine konstante Ausgangsspannung wandeln. Der SC-Wandler ist aus einheitlichen 2:1 Zellen entsprechend der 1 aufgebaut. Jede 2:1 Zelle des SC-Wandlers hat prinzipiell dieselbe Funktion und halbiert die an VIN,Top und VIN,Bottom anliegende Spannung und gibt diese am Ausgang Vmid aus.The Switched Capacitor (SC) converter features easy-to-configure ratios. This configurability allows this converter, for example, to convert a varying input voltage into a constant output voltage. The SC converter is made up of uniform 2: 1 cells according to the 1 built up. Each 2: 1 cell of the SC converter basically has the same function and halves the voltage applied to V IN, top and V IN, bottom and outputs them at the output V mid .

Die Schalter Φ1 und Φ2 werden mit einer hohen Taktfrequenz, welche typischerweise im Bereich von 1 bis 4 MHz liegt, gegenphasig angesteuert. In der ersten Hälfte der Taktperiode werden die Schalter Φ1 eingeschaltet, während die Schalter Φ2 ausgeschaltet sind. In der zweiten Taktperiode leiten die Schalter Φ2, während die Schalter Φ1 sperren. Das Tastverhältnis der beiden Phasen beträgt hierbei 50%.The switches Φ1 and Φ2 are driven out of phase with a high clock frequency, which is typically in the range of 1 to 4 MHz. In the first half of the clock period, the switches Φ1 are turned on while the switches Φ2 are turned off. In the second clock period, the switches conduct Φ2, while the switches Φ1 block. The duty cycle of the two phases is 50%.

Der mit Cfly bezeichnete Kondensator dient als sogenannter fliegender Kondensator. Er wird abwechselnd bzw. periodisch mittels der Schalter Φ1 und Φ2 mit einem Potential VIN,Top und einem Potential VIN,Bottom verbunden.The capacitor designated C fly serves as a so-called flying capacitor. It is connected alternately or periodically by means of the switches Φ1 and Φ2 with a potential V IN, top and a potential V IN, bottom .

Aufgrund der hohen Takt- bzw. Schaltfrequenz und der Verwendung von DEMOS Hochvolttransistoren als Schalter sind die Ansteuerverluste der Schalter Φ1 und Φ2 ein kritischer Faktor für den Wirkungsgrad der Schaltung.Due to the high clock frequency and the use of DEMOS high-voltage transistors as switches, the drive losses of the switches Φ1 and Φ2 are a critical factor for the efficiency of the circuit.

In der 2 ist beispielhaft eine vereinfachte schematische Darstellung eines 4-Bit SC-Wandlers mit einem Übersetzungsverhältnis von 5/16 gezeigt. Ein solcher Wandler umfasst vier 2:1 Zellen, wie sie in der 1 dargestellt sind.In the 2 By way of example, a simplified schematic representation of a 4-bit SC converter with a gear ratio of 5/16 is shown. Such a transducer comprises four 2: 1 cells as shown in the 1 are shown.

Die 3a und 3b zeigen eine vollständige Schaltung des 4-Bit SC-Wandlers mit insgesamt vier Zellen. Der Übersichtlichkeit halber zeigt die 3a einen ersten Teil und die 3b einen zweiten Teil der Schaltung. Die internen Spannungen an den Knoten, die bei einer Eingangsspannung von VIN = 16 V auftreten, sind zusätzlich in den 3a und 3b eingetragen. Dabei sind jeweils zwei Werte angegeben, die durch einen Schrägstrich voneinander getrennt sind. Der erste der beiden Werte bezieht sich jeweils auf eine erste Phase, in der die Schalter Φ1 geschlossen und die Schalter Φ2 offen sind und der zweite der beiden Werte bezieht sich jeweils entsprechend auf eine zweite Phase, in der die Schalter Φ1 offen und die Schalter Φ2 geschlossen sind.The 3a and 3b show a complete circuit of the 4-bit SC converter with a total of four cells. For clarity, the shows 3a a first part and the 3b a second part of the circuit. The internal voltages of the nodes which occur at an input voltage of V IN = 16 V, in addition to the 3a and 3b entered. There are two values each indicated by a slash. The first of the two values relates in each case to a first phase in which the switches Φ1 are closed and the switches Φ2 are open and the second of the two values respectively relates to a second phase in which the switches Φ1 are open and the switches Φ2 are closed.

Mit Hilfe der Schalter S15, S16, S27, S28, S37 und S38, welche auch als Topologie-Schalter bezeichnet werden können, kann das Übersetzungsverhältnis bzw. eine Topologie des Wandlers eingestellt bzw. festgelegt werden.With the aid of the switches S15, S16, S27, S28, S37 and S38, which can also be referred to as topology switches, the transmission ratio or a topology of the converter can be set or fixed.

Je nach Übersetzungsverhältnis, d. h. je nach Stellung der Topologie-Schalter, treten variierende Spannungspolaritäten über den jeweils mit Φ1 und Φ2 gekennzeichneten Schalttransistoren auf, wodurch deren intrinsischen Bodydioden in den leitenden Zustand übergehen und zu einer Störung oder Fehlfunktion des Wandlers führen können. Um dies zu erläutern, wird der in der 3b dargestellte Schalter S33 im Folgenden durch einen n-Kanal DEMOS Transistor ersetzt.Depending on the transmission ratio, ie depending on the position of the topology switch, varying voltage polarities occur across the respective switching transistors identified by Φ1 and Φ2, whereby their intrinsic body diodes transition into the conducting state and can lead to a malfunction or malfunction of the converter. To explain this, the one in the 3b Switch S33 shown below is replaced by an n-channel DEMOS transistor.

Die 4 zeigt dazu einen Ausschnitt der Gesamtschaltung. In der ersten Phase, d. h. in der Phase, in der die Schalter 41 geschlossen sind, ist die Spannung an der Source bzw. Bulk mit 10 V wesentlich höher als die Spannung am Drain, welche in dem Beispiel lediglich 4 V beträgt. D. h. es gilt VSD > Vf,Diode, wobei Vf,Diode die Durchlassspannung der intrinsischen Bodydiode des Transistors bezeichnet. Dadurch wird die Bodydiode leitend und es findet ein Stromfluss von Source zu Drain statt, welcher zu einem Fehlverhalten des Wandlers führt.The 4 shows a section of the overall circuit. In the first phase, ie in the phase in which the switches 41 are closed, the voltage at the source or bulk with 10 V is substantially higher than the voltage at the drain, which is only 4 V in the example. Ie. V SD > V f, diode , where V f, diode denotes the forward voltage of the intrinsic body diode of the transistor. As a result, the body diode becomes conductive and there is a current flow from source to drain, which leads to a malfunction of the transducer.

Die Vorwärtspolung von Bodydioden kann z. B. gemäß des Stands der Technik durch eine dynamische Umschaltung des Backgates (Bulk-Gebiet) auf das niedrigere Potential oder durch eine Antiseriellschaltung zweier MOSFETs, welche auch Back-to-Back Schaltung genannt wird, gelöst werden. Diese zwei Möglichkeiten werden nachfolgend anhand der 5 und 6 kurz erläutert.The forward polarity of body diodes can, for. B. according to the prior art by a dynamic switching of the back gate (bulk area) to the lower potential or by an antiserial circuit of two MOSFETs, which is also called back-to-back circuit, are solved. These two options are described below on the basis of 5 and 6 briefly explained.

Die 5a zeigt zunächst eine schematische Darstellung eines DEMOS Transistors mit den Anschlüssen Bulk 3, Source 4, Gate 6 und Drain 8. In dem Transistor ist zwischen Source 4 und Bulk 3 eine erste intrinsische Bodydiode D1 und zwischen Bulk 3 und Drain 8 eine zweite intrinsische Bodydiode D2 ausgebildet.The 5a first shows a schematic representation of a DEMOS transistor with the terminals Bulk 3 , Source 4 , Gate 6 and drain 8th , In the transistor is between source 4 and bulk 3 a first intrinsic body diode D1 and between bulk 3 and drain 8th formed a second intrinsic body diode D2.

Das Prinzip der dynamischen Umschaltung des Backgates ist in den 5b und 5c dargestellt. In der 5b sind dabei die Schalter S1 und S2 eingefügt. Je nach Spannungsverhältnis zwischen Drain 8 und Source 4 wird entweder der Schalter S1 oder S2 durchgeschaltet, so dass ein Sperren der Bodydiode D1 oder D2 garantiert ist. Die Steuerung des Schalttransistors über das Gate 6 erfolgt somit je nach Schalterstellung von S1 und S2 bezogen auf das Drain- oder das Source-Potential.The principle of the dynamic switching of the backgate is in the 5b and 5c shown. In the 5b are the switches S1 and S2 inserted. Depending on the voltage ratio between the drain 8th and Source 4 either the switch S1 or S2 is turned on, so that a locking of the body diode D1 or D2 is guaranteed. The control of the switching transistor via the gate 6 thus takes place depending on the switch position of S1 and S2 based on the drain or the source potential.

In der 5c ist die Funktion des Schaltbildes aus der 5b beispielhaft bei einem Spannungsverhältnis von VD = 4 V und VS = 10 V dargestellt. Der Schalttransistor S33 soll in diesem Fall sperren. Damit die Bodydiode D2 sperrt, ist entsprechend der Schalter S1 geschlossen und der Schalter S2 geöffnet. Um ein Sperren des Schalttransistors sicherzustellen, muss am Gate 6 eine Spannung von VG = 4 V angelegt werden. Zwischen Gate 6 und Source 4 entsteht somit eine Spannung von VGS = –6 V. Bedingt durch den unsymmetrischen Aufbau eines bei Power Management Schaltungen oft verwendeten DEMOS Transistors ist jedoch nur eine geringe Gate-Source-Spannung zulässig, beispielsweise von VGS = ±5 V. Eine dynamische Umschaltung des Backgates ist somit in diesem Anwendungsfall nicht realisierbar. In jedem Fall würde diese Lösung auch einen zusätzlichen Ansteueraufwand für die Schalter S1 und S2 bedeuten.In the 5c is the function of the circuit diagram from the 5b exemplified at a voltage ratio of V D = 4 V and V S = 10 V. The switching transistor S33 is to block in this case. Thus, the body diode D2 blocks, according to the switch S1 is closed and the switch S2 is open. To ensure blocking of the switching transistor, must be at the gate 6 a voltage of V G = 4 V are applied. Between gate 6 and Source 4 Thus arises a voltage of V GS = -6 V. Due to the asymmetrical structure of a power management circuits often used DEMOS transistor, however, only a small gate-source voltage is permissible, for example, from V GS = ± 5 V. A dynamic switching of the backgate is thus not feasible in this application. In any case, this solution would also mean an additional driving effort for the switches S1 and S2.

In der 6 ist ein Schaltbild einer herkömmlichen Back-to-Back Schaltung mit DEMOS Transistoren dargestellt. In dieser Back-to-Back Schaltung sind zwei Transistoren 10a und 10b antiseriell hintereinander geschaltet. Dazu ist der Source-Anschluss 4a des ersten Transistors 10a mit dem Source-Anschluss 4b des zweiten Transistors 10b verbunden. Der Drain-Anschluss 8a des ersten Transistors 10a ist in einem Betriebszustand mit einem ersten Potential V1 und der Drain-Anschluss 8b des zweiten Transistors 10b mit einem zweiten Potential V2 verbunden. Der erste Transistor 10a weist eine erste intrinsische Bodydiode 13a und der zweite Transistor 10b weist eine zweite intrinsische Bodydiode 13b auf. Die Gates der beiden Transistoren 10a und 10b sind über einen gemeinsamen Gate-Anschluss 6 miteinander verbunden, so dass beide Transistoren 10a und 10b mit dem gleichen Gate- bzw. Steuersignal gesteuert werden. Folglich treten bei beiden Transistoren, insbesondere bei einer getakteten Ansteuerung, Ansteuerverluste auf.In the 6 is a diagram of a conventional back-to-back circuit with DEMOS transistors shown. In this back-to-back circuit are two transistors 10a and 10b antiserially connected in series. This is the source connection 4a of the first transistor 10a with the source connection 4b of the second transistor 10b connected. The drain connection 8a of the first transistor 10a is in an operating state with a first potential V1 and the drain terminal 8b of the second transistor 10b connected to a second potential V2. The first transistor 10a has a first intrinsic body diode 13a and the second transistor 10b has a second intrinsic body diode 13b on. The gates of the two transistors 10a and 10b are via a common gate connection 6 interconnected so that both transistors 10a and 10b be controlled with the same gate or control signal. Consequently occur in both transistors, in particular in a clocked drive, drive losses.

Durch die Antiseriellschaltung zweier MOSFETs entsprechend der 6 kann die Vorwärtspolung von Bodydioden blockiert werden. Der Nachteil der Back-to-Back Schaltung ist jedoch, dass für den gleichen Einschaltwiderstand RDS(on) eines einzelnen Transistors, die beiden Transistoren 10a und 10b doppelt so groß ausgeführt werden müssen. Insbesondere muss das Breite (W) zu Länge (L) Verhältnis der Transistoren 10a und 10b jeweils doppelt so groß sein, wie es bei einem einzelnen Transistor normalerweise der Fall ist. Dies führt zu einer deutlichen Vergrößerung des Flächenverbrauchs um den Faktor 4 und bei einer taktenden Ansteuerung zur Vervierfachung der Ansteuerverluste PGate.Due to the antiserial circuit of two MOSFETs according to the 6 the forward polarity of body diodes can be blocked. The disadvantage of the back-to-back circuit, however, is that for the same on-resistance R DS (on) of a single transistor, the two transistors 10a and 10b twice as large. In particular, the width (W) must be to length (L) ratio of the transistors 10a and 10b each twice as large as is usually the case with a single transistor. This leads to a significant increase in the area consumption by the factor 4 and at a clocking control for quadrupling the drive losses P gate .

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. Schaltung, wie sie im Folgenden anhand der 7 bis 11 beschrieben wird, können diese Ansteuerverluste deutlich reduziert werden.By the device or circuit according to the invention, as described below with reference to the 7 to 11 is described, these drive losses can be significantly reduced.

Die 7a und 8a zeigen jeweils ein Schaltbild einer Vorrichtung bzw. Schaltung 100 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die 7a und 8a unterscheiden sich lediglich in der von dem Verhältnis der Potentiale V1 und V2 abhängigen Ansteuerung der Vorrichtung 100, die Vorrichtung 100 selbst ist jedoch in beiden Fällen gleich.The 7a and 8a each show a circuit diagram of a device or circuit 100 according to a preferred embodiment of the present invention. The 7a and 8a differ only in depending on the ratio of the potentials V1 and V2 control of the device 100 , the device 100 itself, however, is the same in both cases.

Die Vorrichtung 100 dient zum elektrischen Verbinden und Trennen der Potentiale V1 und V2, d. h. als Schalter zwischen den Potentialen V1 und V2. Die Vorrichtung 100 umfasst ein erstes Modul, welches einen ersten Transistor 10a und einen zweiten Transistor 10b umfasst und ein zweites Modul, welches einen dritten Transistor 10c und einen vierten Transistor 10d umfasst. Sämtliche Transistoren 10a bis 10d weisen jeweils ein Bulk bzw. Bulk-Gebiet 3a bis 3d, einen Source-Anschluss 4a bis 4d, einen Gate-Anschluss 6a bis 6d sowie einen Drain-Anschluss 8a bis 8d auf. Zudem weist jeder der Transistoren 10a bis 10d jeweils eine zugehörige intrinsische Bodydiode 13a bis 13d auf.The device 100 is used for electrically connecting and disconnecting the potentials V1 and V2, ie as a switch between the potentials V1 and V2. The device 100 comprises a first module which comprises a first transistor 10a and a second transistor 10b and a second module, which includes a third transistor 10c and a fourth transistor 10d includes. All transistors 10a to 10d each have a bulk or bulk area 3a to 3d , a source connection 4a to 4d , a gate connection 6a to 6d and a drain connection 8a to 8d on. In addition, each of the transistors points 10a to 10d each an associated intrinsic body diode 13a to 13d on.

Die Transistoren 10a und 10b des ersten Moduls sind antiseriell geschaltet und auch die Transistoren 10c und 10d des zweiten Moduls sind antiseriell geschaltet. Insbesondere ist der Source-Anschluss 4a des ersten Transistors 10a mit dem Source-Anschluss 4b des zweiten Transistors 10b und der Source-Anschluss 4c des dritten Transistors 10c mit dem Source-Anschluss 4d des vierten Transistors 10d verbunden. Das erste Modul und das zweite Modul, d. h. die ersten und zweiten Transistoren 10a und 10b einerseits und die dritten und vierten Transistoren 10c und 10d andererseits, sind parallel geschaltet. Dabei sind sämtliche Bulks 3a bis 3d miteinander verbunden und weisen somit ein gemeinsames Potential VPhase auf.The transistors 10a and 10b of the first module are antiserial and also the transistors 10c and 10d of the second module are switched antiserially. In particular, the source terminal 4a of the first transistor 10a with the source connection 4b of the second transistor 10b and the source port 4c of the third transistor 10c with the source connection 4d of the fourth transistor 10d connected. The first module and the second module, ie the first and second transistors 10a and 10b on the one hand and the third and fourth transistors 10c and 10d on the other hand, are connected in parallel. There are all bulks 3a to 3d interconnected and thus have a common potential V phase .

Ferner sind der Drain-Anschluss 8a des ersten Transistors 10a und der Drain-Anschluss 8c des dritten Transistors 10c miteinander verbunden. Entsprechend sind der Drain-Anschluss 8b des zweiten Transistors 10b und der Drain-Anschluss 8d des vierten Transistors 10b miteinander verbunden. An den Drain-Anschlüssen 8a und 8c des ersten und dritten Transistors 10a und 10c liegt im Betriebszustand bzw. im angeschlossenen Zustand der Vorrichtung 100 jeweils das erste Potential V1 an, während an den Drain-Anschlüssen 8b und 8d des zweiten und vierten Transistors 10b und 10d jeweils das zweite Potential V2 anliegt.Furthermore, the drain connection 8a of the first transistor 10a and the drain connection 8c of the third transistor 10c connected with each other. Accordingly, the drain connection 8b of the second transistor 10b and the drain connection 8d of the fourth transistor 10b connected with each other. At the drain connections 8a and 8c of the first and third transistors 10a and 10c is in the operating state or in the connected state of the device 100 each at the first potential V 1 , while at the drain terminals 8b and 8d of the second and fourth transistors 10b and 10d in each case the second potential V 2 is present.

Jeder der Transistoren 10a bis 10d kann über den jeweils zugehörigen Gate-Anschluss 6a bis 6d gesteuert werden.Each of the transistors 10a to 10d can via the respective associated gate connection 6a to 6d to be controlled.

Die Transistoren 10c und 10d weisen vorteilhafterweise ein kleines W/L Verhältnis, d. h. ein großen RDS(on) auf. Diese Transistoren 10c und 10d werden gemäß den 7a und 8a mit einem Taktsignal gesteuert und werden daher auch als getaktete Schalttransistoren bezeichnet. Dagegen sind die Transistoren 10a und 10b vorzugsweise mit einem vergleichsweise großen W/L-Verhältnis, d. h. einem vergleichsweise kleinen RDS(on) ausgeführt und werden nur statisch ein- oder ausgeschaltet.The transistors 10c and 10d advantageously have a small W / L ratio, ie a large R DS (on) . These transistors 10c and 10d be according to the 7a and 8a controlled with a clock signal and are therefore also referred to as clocked switching transistors. In contrast, the transistors 10a and 10b preferably with a comparatively large W / L ratio, ie a comparatively small R DS (on) and are only switched on or off statically.

In der 7a ist die Vorrichtung 100 in einem Betriebszustand gezeigt, bei dem das erste Potential V1 kleiner als das zweite Potential V2 ist. Die Schalter 10a und 10c sind dabei statisch eingeschaltet, während der Schalter 10b ausgeschaltet ist. Der Schalter 10d wird mit dem entsprechenden Taktsignal angesteuert. Im eingeschalteten Zustand des Transistors 10d ergibt sich das entsprechende Widerstandsersatzschaltbild der 7b.In the 7a is the device 100 shown in an operating state in which the first potential V 1 is smaller than the second potential V 2 . The switches 10a and 10c are static while the switch 10b is off. The desk 10d is driven with the appropriate clock signal. In the on state of the transistor 10d results in the corresponding resistor equivalent circuit diagram of 7b ,

In der 8a ist die Vorrichtung 100 in einem Betriebszustand gezeigt, bei dem das erste Potential V1 größer als das zweite Potential V2 ist. Die Schalter 10b und 10d sind dabei statisch eingeschaltet, während der Schalter 10a ausgeschaltet ist. Der Schalter 10c wird mit dem entsprechenden Taktsignal angesteuert. Im eingeschalteten Zustand des Transistors 10c ergibt sich das entsprechende Widerstandsersatzschaltbild der 8b.In the 8a is the device 100 shown in an operating state in which the first potential V 1 is greater than the second potential V 2 . The switches 10b and 10d are static while the switch 10a is off. The desk 10c is driven with the appropriate clock signal. In the on state of the transistor 10c results in the corresponding resistor equivalent circuit diagram of 8b ,

In den 7b und 8b sind jeweils die mit RA, RB, RC und RD bezeichneten Widerstände die Einschaltwiderstände der Transistoren 10a, 10b, 10c und 10d.In the 7b and 8b In each case, the resistors designated R A , R B , R C and R D are the on resistances of the transistors 10a . 10b . 10c and 10d ,

Im Folgenden wird beispielhaft der Fall mit V2 > V1, d. h. der Betriebszustand bzw. die Ansteuerung der Vorrichtung 100 gemäß den 7a und 7b etwas näher betrachtet:
Der Gesamtwiderstand Ron,ges lässt sich mit der folgenden Gleichung berechnen:

Figure DE102015011396A1_0002
wobei RA = RB = RA,B und RC = RD = RC,D.The following is an example of the case with V 2 > V 1 , ie the operating state or the control of the device 100 according to the 7a and 7b A closer look:
The total resistance R on, ges can be calculated with the following equation:
Figure DE102015011396A1_0002
where R A = R B = R A, B and R C = R D = R C, D.

Die Reihen- und Parallelschaltung wird vorteilhafterweise so dimensioniert, dass der Einschaltwiderstand Ron,ges dieser Schaltung im Wesentlichen dem Einschaltwiderstand eines einzelnen Transistors entspricht. Dabei werden vorzugsweise die Ansteuerverluste PGate so gering wie möglich und im Bereich eines einzelnen Schalttransistors gehalten. Für die Dimensionierung der Vorrichtung bzw. der modifizierten Back-to-Back Schaltung 100 werden die Gateverluste auf die Gateverluste einer konventionellen Back-to-Back Schaltung normiert und mit PGate,normiert bezeichnet. Die normierten Gateverluste werden als Funktion von x = RC,D/RA,B dargestellt. Dabei wird nach einem Minimum (xmin bzw. PGate,normiert,min) der normierten Gateverluste gesucht. Nach Bestimmung eines Minimums, können mit der Beziehung x = RC,D/RA,B und der obigen Gleichung 1 die Widerstandswerte für RA,B und RC,D berechnet werden.The series and parallel circuit is advantageously dimensioned so that the on-resistance R on, ges this circuit substantially the on-resistance of a single transistor equivalent. Preferably the P gate Ansteuerverluste be as low as possible and maintained in the range of a single switching transistor. For the dimensioning of the device or the modified back-to-back circuit 100 For example, the gate losses are normalized to the gate losses of a conventional back-to-back circuit and designated P Gate, normalized . The normalized gate losses are represented as a function of x = R C, D / R A, B. In the process, a search is made for a minimum (x min or P gate, normalized, min ) of the normalized gate losses. After determining a minimum, with the relationship x = R C, D / R A, B and Equation 1 above, the resistance values for R A, B and R C, D can be calculated.

In der 9 ist ein beispielhaftes Simulationsergebnis dargestellt. Wie aus dem Diagramm der 9 zu entnehmen ist, werden mit steigendem x die normierten Gateverluste PGate,normiert, welche durch die Kurve 15 dargestellt sind, kleiner. Zugleich nimmt jedoch der Flächenverbrauch Anormiert, welcher durch die Kurve 17 dargestellt ist, deutlich zu. In der 9 ist der Flächenverbrauch der modifizierten Back-to-Back Schaltung auf den Flächenverbrauch einer konventionellen Back-to-Back Schaltung normiert und wird mit Anormiert bezeichnet.In the 9 an exemplary simulation result is shown. As from the diagram of 9 can be seen, are normalized with increasing x the normalized gate losses P gate , which through the curve 15 are shown, smaller. At the same time, however, the area consumption A normalizes , which through the curve 17 shown clearly. In the 9 of surface consumption of the modified back-to-back circuit is normalized to the area consumption of a conventional back-to-back circuit and is designated with A normalized.

Wie aus dem Diagramm der 9 ersichtlich ist, kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Vergleich zu einer konventionellen Back-to-Back-Schaltung hinsichtlich der Gateverluste eine Verbesserung von bis zu 75% erreicht werden. Abhängig von der jeweiligen Anwendung, kann durch eine entsprechende Auswahl von x eine Abstimmung zwischen den Ansteuerverlusten und der Bauteilgröße vorgenommen werden.As from the diagram of 9 can be seen, with the inventive device compared to a conventional back-to-back circuit with respect to the gate losses an improvement of up to 75% can be achieved. Depending on the particular application, an appropriate selection of x can be used to match the drive losses and the component size.

Die Ansteuerung der vier Schalttransistoren 10a bis 10d erfolgt in dem angeführten Beispiel einzeln. Dabei werden die statischen Schalter entsprechend einer Topologie, d. h. entsprechend dem Verhältnis der beiden Potentiale, ein- oder ausgeschaltet und das entsprechende Taktsignal wird auf den Schalter 10c oder 10d geführt.The control of the four switching transistors 10a to 10d takes place individually in the example cited. The static switches are switched on or off according to a topology, ie according to the ratio of the two potentials, and the corresponding clock signal is applied to the switch 10c or 10d guided.

Die 10 zeigt eine Ansteuertabelle zu einer bevorzugten Ansteuerung der Vorrichtung 100. Dabei bedeutet T die Topologie. Die Topologie T gibt das Verhältnis der beiden Potentiale V1 und V2 wieder. So hat T den Wert 1, sofern V2 > V1 gilt und den Wert 0, sofern V2 < V1 gilt. Die zweite Spalte der Tabelle beschreibt ein Taktsignal, z. B. das Taktsignal eines SC-Wandlers. In der dritten bis sechsten Spalte der Tabelle ist jeweils angegeben, welcher der Transistoren 10a bis 10d in einem Ein-Zustand oder in einem Aus-Zustand ist bzw. sein soll. Dabei bedeutet eine 1 einen Ein-Zustand und eine 0 einen Aus-Zustand. Die Bezeichnung A steht für den ersten Transistor 10a, B für den zweiten Transistor 10b, C für den dritten Transistor 10c und D für den vierten Transistor 10d der Vorrichtung 100. Beispielsweise sind für T = 0 und Φ1/Φ2 = 0 der erste Transistor 10a und der dritte Transistor 10c ausgeschaltet, während der zweite Transistor 10b und der vierte Transistor 10d eingeschaltet sind.The 10 shows a drive table for a preferred drive of the device 100 , Where T is the topology. The topology T represents the ratio of the two potentials V 1 and V 2 . Thus, T has the value 1, provided that V 2 > V 1 and the value 0, provided that V 2 <V 1 . The second column of the table describes a clock signal, z. B. the clock signal of a SC converter. In the third to sixth column of the table is in each case indicated which of the transistors 10a to 10d in an on-state or in an off-state is or should be. Here, a 1 means an on state and a 0 means an off state. The designation A stands for the first transistor 10a , B for the second transistor 10b , C for the third transistor 10c and D for the fourth transistor 10d the device 100 , For example, for T = 0 and Φ1 / Φ2 = 0, the first transistor 10a and the third transistor 10c off while the second transistor 10b and the fourth transistor 10d are turned on.

Die 11 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Steuereinheit 20 der Vorrichtung 100 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Die Steuereinheit 20 dient zum Steuern der Transistoren 10a bis 10d auf Basis eines ersten Eingangssignals 21 und eines zweiten Eingangssignals 22. Dabei ist das erste Eingangssignal 21 ein statisches Signal, welches die Topologie T beschreibt und somit von der Größe der zwei Potentiale V1 und V2 abhängt. Bei einem Spannungsverhältnis V2 > V1 kann z. B. bei der Topologieauswahl 21 der Wert T = 1 und für V2 < V1 entsprechend der Wert T = 0 eingestellt werden. Das zweite Eingangssignal 22 ist ein dynamisches Signal und entspricht z. B. einem Taktsignal.The 11 shows a schematic representation of a possible control unit 20 the device 100 according to a preferred embodiment. The control unit 20 is used to control the transistors 10a to 10d based on a first input signal 21 and a second input signal 22 , This is the first input signal 21 a static signal which describes the topology T and thus depends on the size of the two potentials V 1 and V 2 . At a voltage ratio V 2 > V 1 z. B. in the topology selection 21 the value T = 1 and for V 2 <V 1 corresponding to the value T = 0 are set. The second input signal 22 is a dynamic signal and corresponds to z. B. a clock signal.

Die Steuereinheit 20 umfasst einen ersten Pegelwandler bzw. Levelshifter 41 zum Wandeln des ersten Eingangssignals 21 in ein modifiziertes erstes Eingangssignal und einen zweiten Pegelwandler bzw. Levelshifter 42 zum Wandeln des zweiten Eingangssignals 22 in ein modifiziertes zweites Eingangssignal. Der Levelshifter 41 für die Topologieauswahl wird hierbei nur bei einem Wechsel des Übersetzungsverhältnisses des SC-Wandlers genutzt, so dass praktisch keine dynamischen Verluste durch Schalten mit der Taktfrequenz entstehen.The control unit 20 comprises a first level converter or level shifter 41 for converting the first input signal 21 in a modified first input signal and a second level converter or level shifter 42 for converting the second input signal 22 in a modified second input signal. The level shifter 41 for the topology selection is used here only when changing the transmission ratio of the SC converter, so that virtually no dynamic losses caused by switching with the clock frequency.

Des Weiteren umfasst die Steuereinheit 20 eine Logik bzw. Logik-Schaltung 50, welche für jeden Transistor 10a bis 10d der Vorrichtung 100 ein zugehöriges Steuersignal 60a bis 60d auf Basis des modifizierten ersten und modifizierten zweiten Eingangssignals erzeugt. Mittels der Steuersignale 60a bis 60d werden also die Transistoren 10a bis 10d gesteuert, indem die Steuersignale 60a bis 60d jeweils an die Gate-Anschlüsse 6a bis 6d der Transistoren 10a bis 10d angelegt werden. Die Logik-Schaltung 50 umfasst zwei Nicht-Gatter 52 und 54 sowie zwei NAND-Gatter 56 und 58, womit die Kodierung bzw. Ansteuerung gemäß der Tabelle der 10 realisiert werden kann.Furthermore, the control unit comprises 20 a logic or logic circuit 50 which for each transistor 10a to 10d the device 100 an associated control signal 60a to 60d generated based on the modified first and modified second input signal. By means of the control signals 60a to 60d So these are the transistors 10a to 10d controlled by the control signals 60a to 60d each to the gate terminals 6a to 6d the transistors 10a to 10d be created. The logic circuit 50 includes two non-gates 52 and 54 as well as two NAND gates 56 and 58 , whereby the coding or control according to the table of 10 can be realized.

Schließlich umfasst die Steuereinheit 20 ferner eine Ladungspumpe bzw. Charge Pump 30 zum Versorgen des ersten und zweiten Pegelwandlers 41 und 42 mit Energie. Die Charge Pump 30 wird dabei von einem Versorgungspotential VDD gespeist und stellt für die Pegelwandler 41 und 42 zwei Spannungslevel, nämlich VHigh und VPhase zur Verfügung.Finally, the control unit includes 20 Furthermore, a charge pump or charge pump 30 for supplying the first and second level converter 41 and 42 with energy. The batch pump 30 is fed by a supply potential V DD and provides for the level converter 41 and 42 two voltage levels, namely V high and V phase available.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine einfache und effektive Realisierung einer Schaltstufe, bei der ein Querstrom durch die Body-Diode der Schalttransistoren vermieden werden kann. Dynamische Ansteuerverluste werden um typischerweise 70% reduziert bei minimal erhöhtem Flächenverbrauch im Vergleich mit einer konventionellen Back-to-Back Schaltung. Die gesamten Ansteuerverluste können bei einem nur minimal erhöhten Flächenaufwand deutlich reduziert werden. Die Schaltung ist zudem nur wenig komplizierter als eine herkömmliche Back-to-Back Schaltung und bei allen Transistortypen einsetzbar, d. h. auch beispielsweise bei unsymmetrisch aufgebauten Leistungstransistoren wie z. B. DEMOS.The present invention enables a simple and effective implementation of a switching stage in which a cross-flow through the body diode of the switching transistors can be avoided. Dynamic drive losses are reduced by typically 70% with minimal increase in space consumption compared to a conventional back-to-back circuit. The total drive losses can be significantly reduced with only a minimal increase in space required. The circuit is also only a little more complicated than a conventional back-to-back circuit and can be used with all types of transistors. H. also, for example, in unbalanced power transistors such. B. DEMOS.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 kann insbesondere als taktender Schalter in einem SC-Wandler verwendet werden. Ein Vorteil des SC-Wandlers ist, dass die Spannungsverhältnisse V1 und V2 je nach Übersetzungsverhältnis bekannt sind. Zudem ist die Änderung der Spannungsverhältnisse V1 und V2 deutlich langsamer als die Takt- bzw. Schaltfrequenz der Schalttransistoren. Dadurch kann je nach Spannungsverhältnis der Transistor, dessen Bodydiode leiten würde, bereits eingeschaltet werden. Indem der Transistor, an dem das taktende Signal anliegt, im Vergleich zu den dazu parallel geschalteten Transistoren klein oder kleiner ausgeführt wird, d. h. indem das W/L-Verhältnis dieses Transistors klein oder kleiner ist, können Ansteuerverluste niedrig gehalten werden. Durch die Ausnutzung einer Parallelschaltung wird dabei dennoch der geforderte RDS(on) eines einzelnen Schalters sichergestellt.The device according to the invention 100 can be used in particular as a clocking switch in a SC converter. An advantage of the SC converter is that the voltage ratios V1 and V2 are known depending on the transmission ratio. In addition, the change in the voltage conditions V1 and V2 is significantly slower than the clock or switching frequency of the switching transistors. As a result, depending on the voltage ratio, the transistor, whose body diode would conduct, already be turned on. By making the transistor on which the clocking signal is applied small or smaller compared to the transistors connected in parallel therewith, that is, by making the W / L ratio of this transistor small or smaller, driving losses can be kept low. By utilizing a parallel connection while the required R DS (on) a single switch is still assured.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Erstes Potential V1 First potential V 1
22
Zweites Potential V2 Second potential V 2
33
Bulk/BulkgebietBulk / bulk region
3a3a
Bulk/BulkgebietBulk / bulk region
3b3b
Bulk/BulkgebietBulk / bulk region
3c3c
Bulk/BulkgebietBulk / bulk region
3d3d
Bulk/BulkgebietBulk / bulk region
44
Source/Source-AnschlussSource / source terminal
4a4a
Source/Source-AnschlussSource / source terminal
4b4b
Source/Source-AnschlussSource / source terminal
4c4c
Source/Source-AnschlussSource / source terminal
4d4d
Source/Source-AnschlussSource / source terminal
66
Gate/Gate-AnschlussGate / gate terminal
6a6a
Gate/Gate-AnschlussGate / gate terminal
6b6b
Gate/Gate-AnschlussGate / gate terminal
6c6c
Gate/Gate-AnschlussGate / gate terminal
6d6d
Gate/Gate-AnschlussGate / gate terminal
88th
Drain/Drain-AnschlussDrain / drain terminal
8a8a
Drain/Drain-AnschlussDrain / drain terminal
8b8b
Drain/Drain-AnschlussDrain / drain terminal
8c8c
Drain/Drain-AnschlussDrain / drain terminal
8d8d
Drain/Drain-AnschlussDrain / drain terminal
10a10a
Erster TransistorFirst transistor
10b10b
Zweiter TransistorSecond transistor
10c10c
Dritter TransistorThird transistor
10d10d
Vierter TransistorFourth transistor
13a13a
Bodydiodebody diode
13b13b
Bodydiodebody diode
13c13c
Bodydiodebody diode
13d13d
Bodydiodebody diode
1515
Simulationskurve von normierten GateverlustenSimulation curve of normalized gate losses
1717
Simulationskurve eines normierten FlächenverbrauchsSimulation curve of a standardized area consumption
2020
Steuereinheit/AnsteuerungseinheitControl unit / drive unit
2121
Erstes EingangssignalFirst input signal
2222
Zweites EingangssignalSecond input signal
3030
Ladungspumpe/Charge PumpCharge pump / charge pump
4141
Erster Pegelwandler bzw. LevelshifterFirst level converter or level shifter
4242
Zweiter Pegelwandler bzw. LevelshifterSecond level converter or level shifter
5050
Logik/LogikschaltungLogic / logic circuit
5252
Erstes Nicht-GatterFirst non-gate
5454
Zweites Nicht-GatterSecond non-gate
5656
Erstes Nand-GatterFirst Nand Gate
5858
Zweites Nand-GatterSecond Nand Gate
60a60a
Steuersignalcontrol signal
60b60b
Steuersignalcontrol signal
60c60c
Steuersignalcontrol signal
60d60d
Steuersignalcontrol signal
100100
Vorrichtung/SchaltvorrichtungDevice / switch device

Claims (15)

Vorrichtung (100) zum elektrischen Verbinden und Trennen zweier elektrischer Potentiale (1, 2), umfassend – ein erstes Modul, welches einen ersten und einen zweiten Transistor (10a, 10b) umfasst, wobei der erste Transistor (10a) antiseriell zu dem zweiten Transistor (10b) geschaltet ist; und – ein zweites Modul, welches einen dritten und einen vierten Transistor (10c, 10d) umfasst, wobei der dritte Transistor (10c) antiseriell zu dem vierten Transistor (10d) geschaltet ist; wobei das erste Modul und das zweite Modul parallel geschaltet sind.Contraption ( 100 ) for electrically connecting and disconnecting two electrical potentials ( 1 . 2 ), comprising - a first module comprising a first and a second transistor ( 10a . 10b ), wherein the first transistor ( 10a ) antiserially to the second transistor ( 10b ) is switched; and a second module comprising a third and a fourth transistor ( 10c . 10d ), wherein the third transistor ( 10c ) antiserially to the fourth transistor ( 10d ) is switched; wherein the first module and the second module are connected in parallel. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei jeder der Transistoren (10a10d) ein Bulk-Gebiet (3a3d), einen Source-Anschluss (4a4d) und einen Drain-Anschluss (8a8d) aufweist, wobei sämtliche Bulk-Gebiete (3a3d) und/oder sämtliche Source-Anschlüsse (4a4d) der Transistoren (10a10d) miteinander verbunden sind, oder wobei sämtliche Drain-Anschlüsse (8a8d) der Transistoren (10a10d) miteinander verbunden sind.Contraption ( 100 ) according to claim 1, wherein each of said transistors ( 10a - 10d ) a bulk area ( 3a - 3d ), a source connection ( 4a - 4d ) and a drain connection ( 8a - 8d ), all bulk areas ( 3a - 3d ) and / or all source connections ( 4a - 4d ) of the transistors ( 10a - 10d ), or wherein all the drain connections ( 8a - 8d ) of the transistors ( 10a - 10d ) are interconnected. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei in einem Betriebszustand der Vorrichtung (100) sämtliche Bulk-Gebiete (3a3d) und/oder sämtliche Source-Anschlüsse (4a4d) der Transistoren (10a10d) miteinander verbunden sind und wobei der Drain-Anschluss (8a) des ersten Transistors (10a) und der Drain-Anschluss (8c) des dritten Transistors (10c) mit einem ersten (1) der zwei Potentiale verbunden ist und wobei der Drain-Anschluss (8b) des zweiten Transistors (10b) und der Drain-Anschluss (8d) des vierten Transistors (10d) mit einem zweiten (2) der zwei Potentiale verbunden ist.Contraption ( 100 ) according to claim 1 or 2, wherein in an operating state of the device ( 100 ) all bulk areas ( 3a - 3d ) and / or all source connections ( 4a - 4d ) of the transistors ( 10a - 10d ) and wherein the drain terminal ( 8a ) of the first transistor ( 10a ) and the drain connection ( 8c ) of the third transistor ( 10c ) with a first ( 1 ) of the two potentials is connected and wherein the drain connection ( 8b ) of the second Transistor ( 10b ) and the drain connection ( 8d ) of the fourth transistor ( 10d ) with a second ( 2 ) of the two potentials is connected. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei in einem Betriebszustand der Vorrichtung (100) sämtliche Drain-Anschlüsse (8a8d) der Transistoren (10a10d) miteinander verbunden sind und wobei der Source-Anschluss (4a) des ersten Transistors (10a) und der Source-Anschluss (4c) des dritten Transistors (10c) mit einem ersten (1) der zwei Potentiale verbunden ist und wobei der Source-Anschluss (4b) des zweiten Transistors (10b) und der Source-Anschluss (4d) des vierten Transistors (10d) mit einem zweiten (2) der zwei Potentiale verbunden ist.Contraption ( 100 ) according to claim 1 or 2, wherein in an operating state of the device ( 100 ) all drain connections ( 8a - 8d ) of the transistors ( 10a - 10d ) and wherein the source terminal ( 4a ) of the first transistor ( 10a ) and the source connection ( 4c ) of the third transistor ( 10c ) with a first ( 1 ) of the two potentials is connected and wherein the source connection ( 4b ) of the second transistor ( 10b ) and the source connection ( 4d ) of the fourth transistor ( 10d ) with a second ( 2 ) of the two potentials is connected. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jeder der Transistoren (10a10d) ein Bulk-Gebiet (3a3d), einen Source-Anschluss (4a4d), einen Drain-Anschluss (8a8d) und einen Gate-Anschluss (6a6d) aufweist, wobei die Bulk-Gebiete (3a3d) und/oder die Source-Anschlüsse (4a4d) des ersten, zweiten, dritten und vierten Transistors (10a10d) miteinander verbunden sind, wobei der Drain-Anschluss (8a) des ersten Transistors (10a) mit dem Drain-Anschluss (8c) des dritten Transistors (10c) verbunden ist, wobei der Drain-Anschluss (8b) des zweiten Transistors (10b) mit dem Drain-Anschluss (8d) des vierten Transistors (10d) verbunden ist, und wobei jeder der Transistoren (10a10d) über den zugehörigen Gate-Anschluss (6a6d) gesteuert werden kann, oder wobei jeder der Transistoren (10a10d) ein Bulk-Gebiet (3a3d), einen Source-Anschluss (4a4d), einen Drain-Anschluss (8a8d) und einen Gate-Anschluss (6a6d) aufweist, wobei die Drain-Anschlüsse (4a4d) des ersten, zweiten, dritten und vierten Transistors (10a10d) miteinander verbunden sind, wobei der Source-Anschluss (4a) des ersten Transistors (10a) mit dem Source-Anschluss (4c) des dritten Transistors (10c) verbunden ist, wobei der Source-Anschluss (4b) des zweiten Transistors (10b) mit dem Source-Anschluss (4d) des vierten Transistors (10d) verbunden ist, und wobei jeder der Transistoren (10a10d) über den zugehörigen Gate-Anschluss (6a6d) gesteuert werden kann.Device according to claim 1, wherein each of the transistors ( 10a - 10d ) a bulk area ( 3a - 3d ), a source connection ( 4a - 4d ), a drain connection ( 8a - 8d ) and a gate terminal ( 6a - 6d ), the bulk areas ( 3a - 3d ) and / or the source connections ( 4a - 4d ) of the first, second, third and fourth transistors ( 10a - 10d ), wherein the drain connection ( 8a ) of the first transistor ( 10a ) with the drain connection ( 8c ) of the third transistor ( 10c ), the drain connection ( 8b ) of the second transistor ( 10b ) with the drain connection ( 8d ) of the fourth transistor ( 10d ), and wherein each of the transistors ( 10a - 10d ) via the associated gate connection ( 6a - 6d ), or wherein each of the transistors ( 10a - 10d ) a bulk area ( 3a - 3d ), a source connection ( 4a - 4d ), a drain connection ( 8a - 8d ) and a gate terminal ( 6a - 6d ), wherein the drain terminals ( 4a - 4d ) of the first, second, third and fourth transistors ( 10a - 10d ), wherein the source terminal ( 4a ) of the first transistor ( 10a ) with the source connection ( 4c ) of the third transistor ( 10c ), the source terminal ( 4b ) of the second transistor ( 10b ) with the source connection ( 4d ) of the fourth transistor ( 10d ), and wherein each of the transistors ( 10a - 10d ) via the associated gate connection ( 6a - 6d ) can be controlled. Vorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Transistor (10a) einen Einschaltwiderstand aufweist, welcher kleiner als ein Einschaltwiderstand des dritten Transistors (10c) und kleiner als ein Einschaltwiderstand des vierten Transistors (10d) ist, und/oder wobei der zweite Transistor (10b) einen Einschaltwiderstand aufweist, welcher kleiner als der Einschaltwiderstand des dritten Transistors (10c) und kleiner als der Einschaltwiderstand des vierten Transistors (10d) ist.Contraption ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the first transistor ( 10a ) has a turn-on, which is smaller than a turn-on of the third transistor ( 10c ) and smaller than a turn-on resistance of the fourth transistor ( 10d ), and / or wherein the second transistor ( 10b ) has a turn-on, which is smaller than the on-resistance of the third transistor ( 10c ) and smaller than the on-resistance of the fourth transistor ( 10d ). Vorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Steuereinheit (20) zum Steuern der Transistoren (10a10d) auf Basis eines ersten und zweiten Eingangssignals (21, 22), wobei das erste Eingangssignal (21) vorzugsweise ein statisches Signal ist, welches insbesondere von der Größe der zwei Potentiale abhängt, und wobei das zweite Eingangssignal (22) vorzugsweise ein dynamisches Signal ist.Contraption ( 100 ) according to one of the preceding claims, further comprising a control unit ( 20 ) for controlling the transistors ( 10a - 10d ) based on a first and second input signal ( 21 . 22 ), the first input signal ( 21 ) is preferably a static signal, which depends in particular on the size of the two potentials, and wherein the second input signal ( 22 ) is preferably a dynamic signal. Vorrichtung (100) nach Anspruch 7, wobei die Steuereinheit (20) umfasst: – einen ersten Pegelwandler (41) zum Wandeln des ersten Eingangssignals (21) in ein modifiziertes erstes Eingangssignal; – einen zweiten Pegelwandler (42) zum Wandeln des zweiten Eingangssignals (22) in ein modifiziertes zweites Eingangssignal; und – eine Logik-Schaltung (50), welche für jeden Transistor (10a10d) ein zugehöriges Steuersignal (60a60d) auf Basis des modifizierten ersten und modifizierten zweiten Eingangssignals erzeugt.Contraption ( 100 ) according to claim 7, wherein the control unit ( 20 ) comprises: - a first level converter ( 41 ) for converting the first input signal ( 21 ) in a modified first input signal; A second level converter ( 42 ) for converting the second input signal ( 22 ) in a modified second input signal; and a logic circuit ( 50 ), which for each transistor ( 10a - 10d ) an associated control signal ( 60a - 60d ) based on the modified first and modified second input signals. Vorrichtung (100) nach Anspruch 8, wobei die Steuereinheit (20) ferner eine Charge Pump (30) zum Versorgen des ersten und zweiten Pegelwandlers (41, 42) mit Energie umfasst.Contraption ( 100 ) according to claim 8, wherein the control unit ( 20 ) a charge pump ( 30 ) for supplying the first and second level converter ( 41 . 42 ) with energy. Vorrichtung (100) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die zu dem ersten und zweiten Transistor (10a, 10b) zugehörigen Steuersignale (60a, 60b) statische Signale sind, und/oder wobei abhängig von dem ersten Eingangssignal (21) entweder das zu dem dritten Transistor (10c) zugehörige Steuersignal (60c) oder das zu dem vierten Transistor (10d) zugehörige Steuersignal (60d) ein dynamisches Steuersignal ist.Contraption ( 100 ) according to claim 8 or 9, wherein the to the first and second transistors ( 10a . 10b ) associated control signals ( 60a . 60b ) are static signals, and / or depending on the first input signal ( 21 ) either to the third transistor ( 10c ) associated control signal ( 60c ) or that to the fourth transistor ( 10d ) associated control signal ( 60d ) is a dynamic control signal. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei für den Fall, dass das erste (1) der beiden Potentiale kleiner als das zweite (2) der beiden Potentiale ist, das zu dem ersten Transistor (10a) zugehörige Steuersignal (60a) derart beschaffen ist, dass es den ersten Transistor (10a) in einen Ein-Zustand schaltet und das zu dem zweiten Transistor (10b) zugehörige Steuersignal (60b) derart beschaffen ist, dass es den zweiten Transistor (10b) in einen Aus-Zustand schaltet und das zu dem dritten Transistor (10c) zugehörige Steuersignal (60c) derart beschaffen ist, dass es den dritten Transistor (10c) in einen Ein-Zustand schaltet und das zu dem vierten Transistor (10d) zugehörige Steuersignal (60d) ein dynamisches Steuersignal ist, und/oder für den Fall, dass das erste (1) der beiden Potentiale größer als das zweite (2) der beiden Potentiale ist, das zu dem ersten Transistor (10a) zugehörige Steuersignal (60a) derart beschaffen ist, dass es den ersten Transistor (10a) in einen Aus-Zustand schaltet und das zu dem zweiten Transistor (10b) zugehörige Steuersignal (60b) derart beschaffen ist, dass es den zweiten Transistor (10b) in einen Ein-Zustand schaltet und das zu dem vierten Transistor (10d) zugehörige Steuersignal (60d) derart beschaffen ist, dass es den vierten Transistor (10d) in einen Ein-Zustand schaltet und das zu dem dritten Transistor (10c) zugehörige Steuersignal (60c) ein dynamisches Steuersignal ist.Contraption ( 100 ) according to one of claims 8 to 10, wherein in the event that the first ( 1 ) of the two potentials smaller than the second ( 2 ) of the two potentials connected to the first transistor ( 10a ) associated control signal ( 60a ) is such that it is the first transistor ( 10a ) switches to an on state and that to the second transistor ( 10b ) Control signal ( 60b ) is such that the second transistor ( 10b ) switches to an off state and that to the third transistor ( 10c ) associated control signal ( 60c ) is such that it is the third transistor ( 10c ) switches to an on state and that to the fourth transistor ( 10d ) associated control signal ( 60d ) is a dynamic control signal, and / or in the event that the first ( 1 ) of the two potentials is greater than the second ( 2 ) of the two potentials connected to the first transistor ( 10a ) associated control signal ( 60a ) is such that it is the first transistor ( 10a ) switches to an off state and that to the second transistor ( 10b ) associated control signal ( 60b ) is such that the second transistor ( 10b ) switches to an on state and that to the fourth transistor ( 10d ) associated control signal ( 60d ) is such that it is the fourth transistor ( 10d ) switches to an on state and that to the third transistor ( 10c ) associated control signal ( 60c ) is a dynamic control signal. Verfahren zum elektrischen Verbinden und Trennen zweier elektrischer Potentiale (1, 2), umfassend die Schritte: – Bereitstellen einer Vorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche; und – Steuern der Transistoren (10a10d) auf Basis des Verhältnisses der zwei elektrischen Potentiale (1, 2).Method for electrically connecting and disconnecting two electrical potentials ( 1 . 2 ), comprising the steps: - providing a device ( 100 ) according to any one of the preceding claims; and - controlling the transistors ( 10a - 10d ) based on the ratio of the two electrical potentials ( 1 . 2 ). Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Steuern der Transistoren (10a10d) ein Erzeugen von zu den jeweiligen Transistoren (10a10d) zugehörigen Steuersignalen (60a60d) auf Basis eines ersten und zweiten Eingangssignals (21, 22) umfasst.The method of claim 12, wherein controlling the transistors ( 10a - 10d ) generating to the respective transistors ( 10a - 10d ) associated control signals ( 60a - 60d ) based on a first and second input signal ( 21 . 22 ). Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Steuern der Transistoren (10a10d) derart erfolgt, dass abhängig von den zwei elektrischen Potentialen (1, 2) diejenigen Transistoren in einen Ein-Zustand geschalten werden, für die eine zu dem jeweiligen Transistor zugehörige intrinsische Body-Diode in einem Betriebszustand der Vorrichtung (100) leitfähig wird.Method according to claim 12 or 13, wherein the controlling of the transistors ( 10a - 10d ) such that, depending on the two electrical potentials ( 1 . 2 ) those transistors are switched into an on state for which an intrinsic body diode associated with the respective transistor is in an operating state of the device ( 100 ) becomes conductive. Verwendung der Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 als Schalter in getakteten Anwendungen und/oder als Schalter zum Schalten von WechselspannungenUse of the device ( 100 ) according to one of claims 1 to 11 as a switch in clocked applications and / or as a switch for switching AC voltages
DE102015011396.8A 2015-08-31 2015-08-31 Device and method for electrically connecting and disconnecting two electrical potentials and use of the device Withdrawn DE102015011396A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015011396.8A DE102015011396A1 (en) 2015-08-31 2015-08-31 Device and method for electrically connecting and disconnecting two electrical potentials and use of the device
PCT/EP2016/001462 WO2017036592A1 (en) 2015-08-31 2016-08-30 Apparatus and method for electrically connecting and disconnecting two electrical potentials, and use of the apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015011396.8A DE102015011396A1 (en) 2015-08-31 2015-08-31 Device and method for electrically connecting and disconnecting two electrical potentials and use of the device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015011396A1 true DE102015011396A1 (en) 2017-03-02

Family

ID=56936380

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015011396.8A Withdrawn DE102015011396A1 (en) 2015-08-31 2015-08-31 Device and method for electrically connecting and disconnecting two electrical potentials and use of the device

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102015011396A1 (en)
WO (1) WO2017036592A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3379725A1 (en) * 2017-03-23 2018-09-26 Siemens Aktiengesellschaft Method for controlling a dc switch, dc switch and dc system
DE102017012069A1 (en) * 2017-12-29 2019-07-04 Thomas Kliem Electronic circuitry
EP3829063A1 (en) * 2019-11-28 2021-06-02 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives Bi-directional switch control

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5617055A (en) * 1994-07-29 1997-04-01 Sgs-Thomson Microelectronics S.R.L. Electronic switch having reduced body effect

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4844468B2 (en) * 2007-05-08 2011-12-28 富士電機株式会社 Secondary battery protection device and semiconductor integrated circuit device
CN103503288B (en) * 2011-07-29 2017-03-08 松下知识产权经营株式会社 Switching device, the photovoltaic power generation system using switching device and driver for vehicle

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5617055A (en) * 1994-07-29 1997-04-01 Sgs-Thomson Microelectronics S.R.L. Electronic switch having reduced body effect

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3379725A1 (en) * 2017-03-23 2018-09-26 Siemens Aktiengesellschaft Method for controlling a dc switch, dc switch and dc system
US11075623B2 (en) 2017-03-23 2021-07-27 Siemens Aktiengesellschaft Method for controlling a direct current switch, direct current switch, and DC voltage system
DE102017012069A1 (en) * 2017-12-29 2019-07-04 Thomas Kliem Electronic circuitry
US10778217B2 (en) 2017-12-29 2020-09-15 Thomas Kliem Electronic switching circuit
EP3829063A1 (en) * 2019-11-28 2021-06-02 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives Bi-directional switch control
FR3103980A1 (en) * 2019-11-28 2021-06-04 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Two-way switch control
US11588390B2 (en) 2019-11-28 2023-02-21 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives Bidirectional switch control

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017036592A1 (en) 2017-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19750168B4 (en) Three power supplies for driver circuits of power semiconductor switches
DE102005012662B4 (en) Arrangement with voltage converter for supplying power to an electrical load and method for supplying power to an electrical load
DE10235444B4 (en) A driver control device, power conversion device, method of controlling a power conversion device, and method of using a power conversion device
DE102008034109B4 (en) Circuit for simulating an electrical load
DE112013005027B4 (en) Flyback Converter circuit
DE102015102878B4 (en) Electronic control circuit
WO2010108292A2 (en) Switching device having a cascode circuit
EP1887698A2 (en) Level shift for an actuator switch for high performance semiconductor components
DE102016103130B4 (en) Circuit arrangement with a rectifier circuit and method
DE102015101975A1 (en) Electronic circuit operable as an electronic switch
EP2654190A2 (en) Method for operating an electric circuit
DE102009049615B4 (en) Electronic device for controlling a circuit breaker
DE102014202643A1 (en) Semiconductor device drive circuit and semiconductor device drive unit
EP3667917A1 (en) Control circuit for an oscillator circuit for operating parallel-fed oscillators
DE102009024160A1 (en) Electronic device and method for DC-DC conversion
DE102015011396A1 (en) Device and method for electrically connecting and disconnecting two electrical potentials and use of the device
EP1094605B1 (en) Circuit arrangement for controlling a load with reduced stray radiation
EP1439443B1 (en) Circuit for the voltage supply and method for producing a supply voltage
EP1071210A2 (en) Cicuit arrangement
EP3584922B1 (en) Compensation for delays in a high performance electronics system
DE102008061963B4 (en) A bipolar DC / DC converter, electronic circuit with the same and method for providing a DC output voltage with optional polarity to a load
DE102015211548A1 (en) Device for operating a rectifier bridge with n-channel MOS FETs
EP3109991B1 (en) Voltage multiplier for high current use
DE102016223312A1 (en) Power semiconductor module for a motor vehicle, motor vehicle and method for operating a power semiconductor module
EP3462614A1 (en) Optimized cascode structures

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee