DE102015011396A1 - Device and method for electrically connecting and disconnecting two electrical potentials and use of the device - Google Patents
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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 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.
- 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.
- - 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
Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Die
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
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
Die
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
Die
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
Die
Das Prinzip der dynamischen Umschaltung des Backgates ist in den
In der
In der
Durch die Antiseriellschaltung zweier MOSFETs entsprechend der
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. Schaltung, wie sie im Folgenden anhand der
Die
Die Vorrichtung
Die Transistoren
Ferner sind der Drain-Anschluss
Jeder der Transistoren
Die Transistoren
In der
In der
In den
Im Folgenden wird beispielhaft der Fall mit V2 > V1, d. h. der Betriebszustand bzw. die Ansteuerung der Vorrichtung
Der Gesamtwiderstand Ron,ges lässt sich mit der folgenden Gleichung berechnen: 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
The total resistance R on, ges can be calculated with the following equation: 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
In der
Wie aus dem Diagramm der
Die Ansteuerung der vier Schalttransistoren
Die
Die
Die Steuereinheit
Des Weiteren umfasst die Steuereinheit
Schließlich umfasst die Steuereinheit
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
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)
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