DE102015111687A1

DE102015111687A1 - High-Side-Schalter mit Strombegrenzungsrückkopplung

Info

Publication number: DE102015111687A1
Application number: DE102015111687.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Djelassi; Robert Illing
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-07-24
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2016-01-28
Also published as: US9787180B2; CN105281572B; CN105281572A; US20160028307A1

Abstract

Verfahren, Vorrichtungen, Systeme und integrierte Schaltkreise zum Einschalten einer elektrischen Verbindung mit einer oder mehreren Lasten werden offenbart. Bei einem Beispiel umfasst eine Schaltervorrichtung eine Spannungsquelle, einen Leistungsschalter-Schaltungsblock, welcher mit der Spannungsquelle verbunden ist, und einen Strombegrenzungs-Schaltungsblock, welcher mit der Spannungsquelle und dem Leistungsschalter-Schaltungsblock verbunden ist. Die Schaltervorrichtung umfasst weiterhin einen Spannungsausgang, welcher mit dem Leistungsschalter-Schaltungsblock verbunden ist. Die Schaltervorrichtung umfasst weiterhin eine Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung, welche mit dem Leistungsschalter-Schaltungsblock und dem Strombegrenzungs-Schaltungsblock verbunden ist. Die Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung ist konfiguriert, der Schaltervorrichtung zu ermöglichen, eine geregelte Verbindung zwischen dem Leistungsschalter-Schaltungsblock und dem Spannungsausgang bereitzustellen, wobei die geregelte Verbindung einen Strombegrenzungsmodus definiert, so dass die geregelte Verbindung den Strom in dem Leistungsschalter-Schaltungsblock reduziert, wenn die Schaltervorrichtung in dem Strombegrenzungsmodus ist.

Description

Technisches Gebiet
Diese Offenbarung betrifft elektrische Schalter und insbesondere High-Side-Schalter.
Hintergrund
High-Side-Transistorschalter (d.h. hochpegelseitige Transistorschalter) werden oft als Schalter für Automobilkomponenten verwendet, wie beispielsweise zum Steuern von Lichtquellen oder anderen elektrisch gesteuerten Automobilkomponenten. Einfache High-Side-Schalter werden oft mit zusätzlichen Komponenten einbezogen, um kleine fortschrittliche Schaltervorrichtungen mit vielen integrierten Funktionen auszubilden, welche als intelligente Leistungsschalter (oder SPS, Smart Power Switch) bezeichnet werden können. Ein typischer SPS kann mehrere integrierte Schutz- und Diagnosefunktionen aufweisen. Viele eingebettete Vorrichtungsfunktionen erfordern verschiedene Schaltungen und Sensoren. Ein SPS kann Schutzfunktionen in der Form einer Strombegrenzungsschaltung einbeziehen.
Ein typischer High-Side-Schalter kann einen geringen Widerstand aufweisen (d. h. ein niederohmiger Schalter, z. B. mit weniger als 20 Milliohm (mOhm)) und kann einen Doppeldiffusions-Metalloxidhalbleiter-(DMOS)-Transistor verwenden. Für einen niederohmigen High-Side-Schalter erfordert der DMOS-Transistor typischerweise einen hohen Ladestrom für das Transistor-Gate. Dies trifft besonders für einen High-Side-Schalter mit einer schnellen Anstiegsgeschwindigkeit (SR, Slew Rate), d. h. einer hohen Grenzgeschwindigkeit der Veränderung der Ausgangsspannung zu. Derartig hohe Anstiegsgeschwindigkeiten werden typischerweise für niederohmige Vorrichtungen und/oder höhere Betriebsspannungen benötigt (z. B. bei einem Lastkraftfahrzeug, welches bei mehr als 24 Volt arbeitet), bei welchen es wünschenswert ist, die Ausgangsspannung schnell über einem großen Spannungsbereich zu ändern. Der High-Side-Schalter ist typischerweise mit einer großen Ladungspumpenschaltung ausgelegt, um einen hohen Betriebsstrom bereitzustellen, um den benötigten hohen Ladestrom für das Transistor-Gate bereitzustellen und um das schnelle Schalten der Ausgangsspannung anzutreiben, was von dem High-Side-Schalter erfordert wird.
Es ist eine Aufgabe, verbesserte Schaltervorrichtungen, High-Side-Schaltersysteme und entsprechende Verfahren insbesondere für die oben beschriebenen Anwendungsfälle bereitzustellen.
Kurzfassung
Es werden eine Schaltervorrichtung nach Anspruch 1, ein High-Side-Schaltersystem nach Anspruch 9 sowie ein Verfahren nach Anspruch 13 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen.
Im Allgemeinen beziehen sich verschiedene Beispiele dieser Offenbarung auf einen High-Side-Schalter, welcher eine Strombegrenzungsschaltung aufweist, welche eine Rückkopplungsschaltung aufweist, welche konfiguriert ist, der Leistungsschalterschaltung eine Rückmeldung bereitzustellen. Ein High-Side-Schalter mit einer Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung dieser Offenbarung kann in dem Hochstrom-Ausgangsbereich mit einem reduzierten Ladestrom arbeiten, welcher beispielsweise verglichen mit einem vergleichbaren herkömmlichen High-Side-Schalter um 50 Prozent reduziert sein kann. Dieser reduzierte Ladestrom in einer Strombegrenzungsbetriebsart (im Folgenden als Strombegrenzungsmodus bezeichnet) kann weiterhin einem High-Side-Schalter ermöglichen, mit reduzierter Leistung einzuschalten und unter anderen Vorteilen ein Überhitzungs- und Abschaltrisiko beim Einschalten zu reduzierten oder zu beseitigten.
Ein Beispiel betrifft eine Schaltervorrichtung. Die Schaltervorrichtung umfasst eine Spannungsquelle, einen Leistungsschalter-Schaltungsblock, welcher mit der Spannungsquelle verbunden ist, und einen Strombegrenzungs-Schaltungsblock, welcher mit der Spannungsquelle und dem Leistungsschalter-Schaltungsblock verbunden ist. Die Schaltervorrichtung umfasst weiterhin einen Spannungsausgang, welcher mit dem Leistungsschalter-Schaltungsblock verbunden ist. Die Schaltervorrichtung umfasst weiterhin eine Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung, welche mit dem Leistungsschalter-Schaltungsblock und dem Strombegrenzungs-Schaltungsblock verbunden ist. Die Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung ist konfiguriert, der Schaltervorrichtung zu ermöglichen, eine geregelte Verbindung zwischen dem Leistungsschalter-Schaltungsblock und dem Spannungsausgang bereitzustellen, wobei die geregelte Verbindung einen Strombegrenzungsmodus definiert. Diese geregelte Verbindung reduziert den Strom in dem Leistungsschalter-Schaltungsblock, wenn die Schaltervorrichtung in dem Strombegrenzungsmodus ist.
Ein anderes Beispiel betrifft ein High-Side-Schaltersystem. Das High-Side-Schaltersystem umfasst eine Spannungsquelle, einen Leistungsschalter-Schaltungsblock, welcher mit der Spannungsquelle verbunden ist, und einen Strombegrenzungs-Schaltungsblock, welcher mit der Spannungsquelle und dem Leistungsschalter-Schaltungsblock verbunden ist. Das High-Side-Schaltersystem umfasst weiterhin einen Spannungsausgang, welcher mit dem Leistungsschalter-Schaltungsblock verbunden ist. Das High-Side-Schaltersystem umfasst weiterhin ein Mittel zum Schalten auf einer geregelten Verbindung zwischen dem Leistungsschalter-Schaltungsblock und dem Spannungsausgang. Diese geregelte Verbindung reduziert den Strom in dem Leistungsschalter-Schaltungsblock, wenn das High-Side-Schaltersystem in dem Strombegrenzungsmodus ist.
Ein anderes Beispiel betrifft ein Verfahren zum Schalten einer Spannungsquelle. Das Verfahren umfasst Aufnehmen eines Anfangsstroms über eine Spannungsquelle. Das Verfahren umfasst weiterhin Anlegen von Strom aus der Spannungsquelle an einen Leistungsschalter-Schaltungsblock. Das Verfahren umfasst weiterhin Anlegen von Strom aus dem Leistungsschalter-Schaltungsblock an einen Strombegrenzungs-Schaltungsblock. Das Verfahren umfasst weiterhin Spiegeln von Strom aus dem Strombegrenzungs-Schaltungsblock auf den Leistungsschalter-Schaltungsblock. Das Verfahren umfasst weiterhin Anlegen von Strom aus dem Leistungsschalter-Schaltungsblock an einen Spannungsausgang. Diese Regulierung reduziert den Strom in der Leistungsschalterschaltung, wenn die Vorrichtung in dem Strombegrenzungsmodus ist.
Die Details einer oder mehrerer Beispiele dieser Offenbarung werden in den begleitenden Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile dieser Offenbarung werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen offenkundig.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Funktionsblockdiagramm, welches einen High-Side-Schalter mit einem Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltungsblock gemäß einem Beispiel dieser Offenbarung illustriert.
2 ist ein Funktionsblockdiagramm, welches einen High-Side-Schalter mit einem Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltungsblock gemäß einem Beispiel dieser Offenbarung illustriert.
3 stellt ein Schaubild dar, welches Stromflüsse über die Zeit während eines Einschaltens einer Kurzschlusslast eines High-Side-Schalters der 2 im Vergleich zu Stromflüssen eines typischen herkömmlichen High-Side-Schalters gemäß einem Beispiel zeigt.
4 zeigt ein Schaubild des Schalterquellstroms im Verhältnis zu einer Spannung für einen High-Side-Schalter mit einer Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung dieser Offenbarung in Vergleich zu einem herkömmlichen High-Side-Schalter während eines Schaltens einer Kurzschlusslast.
5 ist ein Ablaufdiagramm, welches ein Verfahren zum Schalten einer Spannungsquelle mit einem High-Side-Schalter derartig illustriert, dass unter anderen Vorteilen der Leistungsschalter-Schaltungsblock von der Strombegrenzungsschaltung in dem Strombegrenzungsmodus gemäß einem Beispiel dieser Offenbarung geregelt wird.
Ausführliche Beschreibung
1 ist ein Funktionsblockdiagramm, welches einen High-Side-Schalter 100 mit einer Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 142 dieser Offenbarung gemäß einem Beispiel illustriert. Der High-Side-Schalter 100 umfasst einen Leistungsschalter-Schaltungsblock 110, einen Strombegrenzungs-Schaltungsblock 120 und eine Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 142. Der Leistungsschalter-Schaltungsblock 110 ist für Gate-Steuerungs- und Ladungspumpenfunktionen konfiguriert, und der Strombegrenzungs-Schaltungsblock 120 ist für Strombegrenzungsfunktionen konfiguriert, wenn der High-Side-Schalter 100 in einem Strombegrenzungsmodus arbeitet, wie nachfolgend weiter beschrieben ist. Die Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 142 definiert einen Strombegrenzungsmodus bei einem ausgewählten Hochstrombereich, wie beispielsweise beim Verbinden mit einer Kurzschlusslast. Die Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 142 ermöglicht dem High-Side-Schalter 100, in dem Strombegrenzungsmodus mit einer geregelten Verbindung einzuschalten, welche unter anderen Vorteilen einen reduzierten Ladestrom, eine reduzierte Leistung und ein reduziertes oder beseitigtes Risiko von Überhitzung und Abschaltung statt erfolgreichem Einschalten bereitstellt, wie nachfolgend weiter beschrieben ist.
Der High-Side-Schalter 100 in dem Beispiel der 1 umfasst auch eine interne Stromversorgung 160, einen elektrostatischen Entladungs-(ESD, Electrostatic Discharge)-Schutzschaltungsblock 162, einen Spannungssensor 164, einen Temperatursensor 166, eine Hochtemperatur-Schutzschaltung 168, eine Induktivlastklemme 70, einen Laststromerfassungs- und Leerlast-Detektionsschaltungsblock 172, einen Durchlassspannungsabfall-Detektionsschaltungsblock 174 und einen Treiberlogik-Schaltungsblock 176. Der High-Side-Schalter 100 weist einen Spannungsausgang 130, welcher mit einer Anzahl Lasten 132, wie beispielsweise Leuchtkörper, verbunden ist, und weitere Merkmale auf, wie in dem Beispiel der 1 dargestellt ist. Der High-Side-Schalter 100 ist auch wirksam an eine Mikrosteuerung 180 angeschlossen, welche Steuerungssignale an den High-Side-Schalter 100 übertragen kann, wie beispielsweise ein Signal zum Einschalten, um Lasten 132 zu aktivieren. Die Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 142 kann Strom zwischen dem Strombegrenzungs-Schaltungsblock 120 und einer Referenzstromleitung des Leistungsschalter-Schaltungsblocks 110 spiegeln. Die Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 142 kann dem High-Side-Schalter 100 ermöglichen, eine geregelte Verbindung zwischen dem Leistungsschalter-Schaltungsblock 110 und dem Spannungsausgang 130 aufzuweisen, solange der Leistungsschalter-Schaltungsblock 110 in dem Strombegrenzungsmodus ist. Diese Regulierung reduziert den Strom in der Leistungsschalterschaltung, wenn die Vorrichtung in dem Strombegrenzungsmodus ist, wie nachfolgend weiter beschrieben ist.
2 ist ein Funktionsblockdiagramm, welches einen High-Side-Schalter 200 mit einer Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 242 dieser Offenbarung gemäß einem Beispiel illustriert. Das Beispiel der 2 lässt einige in 1 gezeigte Einzelheiten weg, während sie einen Leistungsschalter-Schaltungsblock 210, einen Strombegrenzungs-Schaltungsblock 220 und eine Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 242 ausführlicher illustriert. Der High-Side-Schalter 200 umfasst eine Spannungsquelle 202, eine Ladungspumpe 204, einen bipolaren Flächentransistor 206, einen Leistungsschalterblock 210, einen Ladeschalter 212, einen Entladeschalter 214, einen DMOS 216 mit einem DMOS-Gate 218, einen Strombegrenzungsblock 220, einen Lastausgang 230 und eine Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 242. 2 zeigt auch eine oder mehrere Lasten 232, welche an den Spannungsausgang 230 angeschlossen sind. Der Leistungsschalterblock 210 steuert das DMOS-Gate 218, um den Laststrom an dem Lastausgang 230 ein- und auszuschalten. Insbesondere werden der Ladeschalter 212 eingeschaltet und der Entladeschalter 214 ausgeschaltet, um Strom von der Spannungsquelle 202 durch die Ladungspumpe 204 und/oder den bipolaren Flächentransistor 206 auf das DMOS-Gate 218 zu richten. Der Strombegrenzungsblock 220 steuert den maximalen Strom durch den DMOS 216, welcher einen maximalen Strom an den Lastausgang 230 und an eine Last erzwingt, welche an den Lastausgang 230 angeschlossen ist. Die Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 242 ermöglicht, dass der Ladestrom für das DMOS-Gate 218 relativ zu einem herkömmlichen High-Side-Schalter reduziert wird, wenn der Laststrom durch den Strombegrenzungsblock 220 begrenzt wird. Insbesondere stellt die Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 242 eine geregelte Verbindung bereit, welche einen Strombegrenzungsmodus durch Spiegeln des Regelstroms oder Begrenzungsstroms I_lim aus dem Strombegrenzungsblock 220 und durch Bereitstellen dieses Spiegelstroms I_limreduce an den Leistungsschalterblock 210 definiert.
Der High-Side-Schalter 200 kann konfiguriert sein, in verschiedenen Modi zu arbeiten, welche einen Strombegrenzungsmodus und einen Niedrigstrommodus umfassen und davon abhängen, ob ein Ladestrom I_CHARGE in dem Leistungsschalter-Schaltungsblock 210 niedriger oder höher ist in Abhängigkeit von der Drain-Source-Spannung V_ds des DMOS 216, welche bei einem Beispiel 1 V_ds Volt betragen kann. Der Strom des Niedrigstrommodus hängt von der Spannung zu diesem Zeitpunkt ab. Bei einem Beispiel des Niedrigstrommodus (auch bezeichnet als der Betriebswiderstands- oder R_on-Modus oder Maximalspannungsmodus) kann der High-Side-Schalter 200 bei 6 Volt und einem Strom von weniger als ungefähr 500 Mikroampere (µA) arbeiten oder ausgelegt sein, 6 Volt an seinem Ausgang zum Versorgen von Komponenten bereitzustellen, welche bei diesem Beispiel vorgesehen sind, bei 6 Volt zu arbeiten. Bei einem anderen Beispiel kann der Niedrigstrommodus zutreffen, wenn ein High-Side-Schalter unter nur ungefähr 80 µA betrieben wird, wenn die Spannung unter ungefähr 0,8 V liegt. Bei einem anderen Beispiel kann ein High-Side-Schalter bei 24 Volt oder bei einer ausgewählten Spannung arbeiten, welche im Allgemeinen zwischen 1 und 50 Volt oder bei jedem anderen Spannungspegel liegen, welcher in der Industrie typisch ist. Der High-Side-Schalter 200 kann konfiguriert werden, in dem Niedrigstrommodus zu arbeiten, wenn die Quellspannung V_ds innerhalb nominellen Betriebsbereichen liegt, wie beispielsweise während eines Einschaltens mit einer typischen Niedrigstromlast (z. B. weniger als ungefähr 500 µA), welche mit dem Lastausgang 230 verbunden ist. In dem Niedrigstrommodus kann der High-Side-Schalter 200 auf ein Einschaltsignal (z. B. aus der Mikrosteuerung 180, wie in 1) reagieren, indem Strom aus der Quellspannung V_ds aus der Spannungsquelle 200 (aus z. B. einer Batterie) an dem Ausgang 230 angelegt wird, wobei der DMOS 216 eingeschaltet ist, und mit einem hohen Spannungsunterschied (höher als die Schwellenspannung) und einem niedrigen Strom, wie beispielsweise bei einem Beispiel ungefähr 50 Mikroampere (µA).
Auf der anderen Seite kann der High-Side-Schalter 200 konfiguriert sein, in dem Strombegrenzungsmodus zu arbeiten, wenn die Drain-Source-Spannung V_ds höher ist. Bei einem Beispiel in dem Strombegrenzungsmodus kann der High-Side-Schalter 200 bei 0,5 Volt und bei Strömen im Bereich von bis zu ungefähr 60 Ampere arbeiten, was durch einen Strombegrenzungsmodus beschränkt werden kann, welcher durch den Strombegrenzungs-Schaltungsblock 220 bereitgestellt wird, welcher einen höheren Strom als diesen durch den High-Side-Schalter 200 verhindert. In dem Strombegrenzungsmodus kann der High-Side-Schalter 200 auf ein Einschaltsignal reagieren, indem die Ladungspumpe 204 aktiviert wird und Strom sowohl aus der Ladungspumpe 204 an das DMOS-Gate 218 (bezeichnet als Ladestrom I_CHARGE) als auch aus der Spannungsquelle 202 an den DMOS 216 (bezeichnet als Quellstrom I_ds) geleitet wird, wobei der DMOS 216 anfänglich ausgeschaltet ist, was dem High-Side-Schalter 200 ermöglicht, Ladung und Spannung aufzubauen, bevor der DMOS 216 eingeschaltet wird. Der High-Side-Schalter 200 zieht Strom aus der Ladungspumpe 204 an das DMOS-Gate 218, wobei die Spannung des DMOS-Gates 218 höher als die Quellspannung V_ds der Spannungsquelle 202 ansteigt. Durch anfängliches Aufbauen von Ladung und Spannung, bevor der DMOS 216 eingeschaltet wird, kann der High-Side-Schalter 200 ein Anlegen von für den anfänglichen Stromstoß zu einer oder mehreren Lasten unzureichender Spannung an dem Ausgang 230 vermeiden. Nachdem eine Schwellenspannung V_th an dem DMOS-Gate 218 akkumuliert ist, kann der High-Side-Schalter 200 das DMOS-Gate 218 triggern, um den DMOS 216 zu öffnen und einen Ladestrom I_CHARGE an dem Ausgang 230 bereitzustellen.
Ein herkömmlicher High-Side-Schalter, sogar ein herkömmlicher High-Side-Schalter, welcher eine große Ladungspumpe einbezieht und vor dem Anlegen einer Spannung an seinem Ausgang Ladung akkumuliert, kann immer noch einen Ladungsabbau und ein Anlegen unzureichender Spannung an dem Ausgang erfahren, was eventuell zu einer hohen Leistungsspitze, Überhitzung und Abschalten und/oder zu einem unzureichenden Stromstoß führt, mit welchem die Last versorgt wird. Typische High-Side-Schalter können ausgelegt sein, um einen ausreichenden Stromstoß bereitzustellen, indem eine größere Ladungspumpe mit einem größeren Betriebsstrom einbezogen wird. Ein Entwerfen einer Ladungspumpe mit einem erhöhten Ausgangsstrom erfordert typischerweise Erhöhen der in sie einbezogenen Anzahl Pumpkondensatoren und/oder Erhöhen ihrer Ladungspumpenfrequenz. Jedoch ist der Preis eines Erhöhens der Ladungspumpenfrequenz eine verminderte elektromagnetische Verträglichkeit (EMC) und erhöhte elektromagnetische Emission (EME). Folglich ist es typischerweise bevorzugt, den Ausgangsstrom einer Ladungspumpe zu erhöhen, indem sie mit einer hohen Anzahl Pumpkondensatoren entworfen wird, was zu hohem Volumen und Gewicht führt. Sogar mit dieser zusätzlichen Größe schaltet der High-Side-Schalter typischerweise immer noch mit einer nicht-linearen Beziehung des Quellstroms zu Quellspannung, wobei der Quellstrom schwankt oder abgebaut wird, bevor das Schalten beendet ist. Der High-Side-Schalter 200 dieser Offenbarung kann diese Leistungsprobleme vermeiden und unter anderen Vorteilen eine ausreichende Spannung an dem Ausgang 230 anlegen, ohne einen übermäßigen Ladestrom durch den Leistungsschalter-Schaltungsblock 210 anzulegen.
Wenn in dem High-Side-Schalter 200 der Ladestrom in dem Leistungsschalterblock 210 einmal einen bestimmten Wert (z. B. den Grenzstrom I_lim in dem Strombegrenzungsblock bei einem herkömmlichen High-Side-Schalter) erreicht oder überschreitet, kann der High-Side-Schalter 200 ein Entladen des DMOS 216 einleiten, wodurch eine Verbindungs- oder Stromregelung zwischen dem Leistungsschalter-Schaltungsblock und dem Spannungsausgang eingeleitet wird und Versorgen des Ausgangs 230 mit Strom begonnen wird. Der High-Side-Schalter 200 reguliert auch den Strom mit dem Strombegrenzungs-Schaltungsblock 220. Wenn die Ladungspumpe 204 den erforderlichen Ladestrom über den Ausgang 230 nicht an die eine oder mehreren Lasten 232 liefern kann, kann die Ladungspumpenspannung schwanken, variabel werden oder abgebaut werden, wobei die DMOS-Gate-Spannung und der Laststrom abfallen und reduziert werden (wie nachfolgend weiter beschrieben ist). Der High-Side-Schalter 200 kann typischerweise ausgelegt sein, mehrere Lasten 232 mit Leistung zu versorgen. Der Begrenzungsstrom I_lim kann variieren, bis die Ladungspumpenspannung V_CP über die Schwellenspannung steigt, wodurch ermöglicht wird, dass der Quellenstrom I_ds aus der Quelle 202 an den Ausgang 230 fließt. Folglich kann bei dem herkömmlichen High-Side-Schalter der Ladestrom hohe Pegel bei hoher Spannung (z. B. 100 Ampere bei mehr als ungefähr 0,8 bis 1,0 Volt) erreichen, was eine hohe Leistung und eine potenziell höhere Temperatur in dem High-Side-Schalter bedeutet und Überhitzung und Abschaltung verursachen kann.
Ein High-Side-Schalter 200 dieser Offenbarung kann diese Bedingungen auflösen und kann einen übermäßigen Strom, übermäßige Leistung und Temperatur vermeiden und kann das Begleitrisiko einer Abschaltung vermeiden. Der Strombegrenzungsblock 220 verhindert, dass der Strom, welcher durch den DMOS 218 passiert, einen bestimmten maximalen Wert überschreitet. Bei einem herkömmlichen High-Side-Schalter ist der Begrenzungsstrom I_lim in dem Strombegrenzungsblock 220 von der Größe des DMOS und durch die Anstiegsgeschwindigkeit des Stroms definiert. Ein High-Side-Schalter 200 dieser Offenbarung umfasst eine Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 242. Die Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 242 kann dem High-Side-Schalter 200 ermöglichen, den Leistungsschalter-Schaltungsblock 210 mit deutlich reduziertem Strom in dem Strombegrenzungsmodus oder Strombegrenzungszustand zu betreiben, z. B. mit V_ds oberhalb ungefähr 0,8 bis 1,0 Volt, so dass der Strom auf ungefähr 50 % weniger begrenzt ist als im Vergleich zu einem herkömmlichen High-Side-Schalter ohne Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 242. Die Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 242 kann dem High-Side-Schalter 200 ermöglichen, eine geregelte Verbindung über den DMOS 218 zwischen dem Leistungsschalter-Schaltungsblock 210 und dem Spannungsausgang 230 einzuschalten, solange der Leistungsschalter-Schaltungsblock 210 in dem Strombegrenzungsmodus ist, welcher durch den Strombegrenzungs-Schaltungsblock 220 definiert ist. Der High-Side-Schalter 200 kann deshalb einen relativ höheren Begrenzungsstrom und folglich eine höhere Anstiegsgeschwindigkeit des Stroms und ein hohes Leistungsvermögen beim schnellen Anlegen einer ausreichenden Spannung über den Ausgang 230 an eine oder mehrere Lasten unterhalten, dies jedoch unter anderen Vorteilen mit einem geringeren Ladestrom und folglich mit einer kleineren Ladungspumpe, mit geringerem Strom- und Leistungseinsatz und geringerem Risiko einer hohen Temperatur und potenzieller Überhitzung, Überlastschalterauslösung und Abschaltung.
Insbesondere kann die Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 242 Strom zwischen dem Strombegrenzungs-Schaltungsblock 220 und dem Leistungsschalter-Schaltungsblock 210 spiegeln. Bei dem Beispiel der 2 umfasst der Strombegrenzungs-Schaltungsblock 220 einen Operationsverstärker (Op-Amp) 262 und einen n-Kanal-MOSFET-(NMOS)-Transistor 244, wobei sein Gate mit einem Ausgang des Operationsverstärkers 262 und mit einer Verbindungsleitung an die Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 242 verbunden ist. Der Leistungsschalter-Schaltungsblock 210 umfasst eine Referenzleitung 248, welche einen Referenzstrom für den Leistungsschaltungsblock 210 führt. Der High-Side-Schalter 200 umfasst eine Verbindungsleitung zwischen der Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 242 und der Referenzleitung 248 des Leistungsschalter-Schaltungsblocks 210. Die Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 242 umfasst zwei symmetrische PMOS-Transistoren, welche bei diesem Beispiel derartig konfiguriert sind, dass Verbindungsleitungen zu jedem der PMOS-Transistoren mit dem NMOS-Transistor 244 in dem Strombegrenzungs-Schaltungsblock 220 und mit der Referenzleitung 248 verbunden sind. Auf diese Weise kann die Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 242 den Strom zwischen dem Strombegrenzungs-Schaltungsblock 220 und der Referenzleitung 248 des Leistungsschalter-Schaltungsblocks 210 spiegeln. Dieses Spiegeln von Strom kann den Referenzstrom auf der Referenzleitung 248 bei diesem Beispiel um beispielsweise 50 % reduzieren. Der Ladestrom auf der Ladestromleitung 266 ist abhängig von dem Referenzstrom auf der Referenzleitung 248, und der Strombegrenzungs-Schaltungsblock 220 ist derartig konfiguriert, dass die Reduktion des Referenzstroms auf der Referenzleitung 248 auch eine Reduktion des Ladestroms auf der Ladestromleitung 266 bewirkt. Die Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 242 kann folglich dem High-Side-Schalter 200 ermöglichen, eine geregelte Verbindung zwischen dem Leistungsschalter-Schaltungsblock 210 und dem Spannungsausgang 230 einzuschalten, solange der Leistungsschalter-Schaltungsblock 210 in dem Strombegrenzungsmodus ist, welcher bei diesem Beispiel durch den Strombegrenzungs-Schaltungsblock 220 definiert ist.
Wenn die Quellspannung V_ds einmal über die Schwellenspannung steigt, überträgt der Leistungsschalter-Schaltungsblock 210 den Quellstrom aus der Ladungspumpe 204 an einen bipolaren Flächentransistor 206 parallel zu der Ladungspumpe 204. Der Leistungsschalter-Schaltungsblock 210 liefert folglich die Quellspannung V_ds aus der Batterie durch den bipolaren Flächentransistor, um den Ladestrom auf dem verbleibenden Weg bis zu dem Zielstrom zu erhöhen, um ihn an das DMOS-Gate 218 anzulegen. Während des anfänglichen Stromflusses kann der Stromfluss in den High-Side-Schalter 200 aus der Quelle 202 zwischen dem DMOS-Gate 218 und dem Strombegrenzungs-Schaltungsblock 220 aufgeteilt werden. Bei einem herkömmlichen High-Side-Schalter kann die Abhängigkeit des Quellstroms von der Quellspannung ein reduziertes Lastschalten verursachen. Bei einem typischen Beispiel kann ein niederohmiger High-Side-Schalter mit einem Begrenzungsstrom I_lim, welcher von dem Quellstrom I_ds abhängig ist, einen Widerstand von 12 Milliohm (mOhm) und eine Quellspannung V_ds von ungefähr 4 Volt aufweisen und wäre unfähig, einige typische Lasten zu schalten, wie beispielsweise Glühbirnen, welche einen Schaltstromstoß von 100 Ampere erfordern können. Der High-Side-Schalter 200 mit der Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 242 dieser Offenbarung kann unter anderen Vorteilen mit einem reduzierten Ladestrom einschalten und dadurch mit reduzierter Leistung und reduziertem oder beseitigtem Risiko von Überhitzung und Abschaltung statt erfolgreichem Einschalten.
Eine Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung dieser Offenbarung kann folglich den erforderlichen DMOS-Ladestrom reduzieren, wenn sie in einem Strombegrenzungsmodus betrieben wird. Die Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 242 spiegelt den Strom aus dem Strombegrenzungsblock 220 auf den Leistungsschalterblock 210 und reduziert den Laststrom für das DMOS-Gate 218 auf einen ausgewählten geringeren Wert als bei typischen High-Side-Schaltern, wie beispielsweise 50 % geringer bei einem Beispiel. Die Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 242 ermöglicht dem High-Side-Schalter 200, mit einem geringeren Strom in dem Strombegrenzungszustand zu arbeiten. Dieser geringere Laststrom ermöglicht dem High-Side-Schalter 200, mit einem geringeren Ladungspumpenstrom zu funktionieren und deshalb mit einer Ladungspumpe mit geringerer Ladungspumpenkapazität ausgelegt zu werden und deshalb zu geringeren Kosten und zu geringerer EME des High-Side-Schalters 200 zu führen. Der High-Side-Schalter 200 kann mit einer Anstiegsgeschwindigkeit und mit einem R_on-Modus arbeiten, welche nicht durch den geringeren Laststrom beeinträchtigt sein können, welcher durch die Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung ermöglicht wird. Der High-Side-Schalter 200 kann einen höheren Stromstoß an eine oder mehrere Lasten 232 bereitstellen aufgrund der Vorteile, welche durch die Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung ermöglicht werden, wie beispielsweise einen um ungefähr 25 % höheren Stromstoß bei einem Beispiel. Typische High-Side-Schalter können auch eine nicht-lineare Beziehung des Quellstroms zu der Quellspannung und dem Abbauen des Ladestroms vor Beenden des Schaltens zeigen. Der High-Side-Schalter 200 mit der Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 242 des Beispiels der 2 kann die nicht-lineare Beziehung des Quellstroms zu der Quellspannung und den Abbau des Ladestroms typischer High-Side-Schalter lösen. Betriebsgesichtspunkte des High-Side-Schalters 200 mit der Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 242 des Beispiels der 2 sind nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 weiter beschrieben.
3 stellt ein Schaubild 300 dar, welches Stromflüsse über die Zeit während eines Einschaltens einer Kurzschlusslast eines High-Side-Schalters 200 der 2 im Vergleich zu Stromflüssen eines typischen herkömmlichen High-Side-Schalters gemäß einem Beispiel zeigt, um Vorteile der vorliegenden Offenbarung zu illustrieren. Insbesondere zeigt das Schaubild 300 einen herkömmlichen Schalter-DMOS-Gate-Strom 302, einen herkömmlichen Schalterladestrom 304, einen herkömmlichen Schalterquellstrom 306 und eine herkömmliche Schaltspannung 308, d. h. die Ladungspumpenspannung V_CP minus der Quellausgangsspannung V_SO, alle eines Beispiels eines herkömmlichen High-Side-Schalters. Das Schaubild 300 zeigt weiterhin einen gespiegelten Schalter-DMOS-Gate-Strom 312, einen gespiegelten Schalterladestrom 314 (z. B. durch die Ladestromleitung 266 des Leistungsschalter-Schaltungsblocks 210 der 2), einen gespiegelten Schalterquellstrom 316 und eine Schaltspannung 318 (z. B. an dem Spannungsausgang 230 in 2) in einem gespiegelten High-Side-Schalter 200 mit der Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 242 wie in 2. Der DMOS-Gate-Strom 302/312 und der Ladestrom 304/314 sind in Mikroampere gemessen, wie durch die y-Achse auf der linken Seite gemessen, welche von –100 bis 500 Mikroampere (µA) skaliert ist, während der Quellstrom 306/316 in Ampere gemessen ist, wie durch die y-Achse auf der rechten Seite gemessen, welche von 0 bis 120 Ampere (A) skaliert ist. Die Schaltspannung ist in Volt gemessen, wie durch die y-Achse weiter auf der rechten Seite angegeben ist, welche von 0 bis 6 Volt skaliert ist.
Wie das Schaubild 300 zeigt, sinkt für beide Schaltungen der DMOS-Gate-Strom 302/312 anfänglich ab, während der Quellstrom 306/316 anfänglich mit einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit ansteigt, bis zu dem Übergang 322, wo der DMOS-Gate-Strom 302/312 das DMOS-Gate 218 öffnet (in 2) und der Ladestrom 304/314 sich von dem DMOS-Gate-Strom 302/312 trennt, in den Strombegrenzungs-Schaltungsblock 220 eintritt und anzusteigen beginnt. Der gespiegelte Schalter-DMOS-Gate-Strom 312 stabilisiert sich schneller bei einem konstanten Wert als der herkömmliche Schalter-DMOS-Gate-Strom 302, und der gespiegelte Schalterladestrom 314 steigt langsamer an als der herkömmliche Schalterladestrom 304. Der herkömmliche Schalterquellstrom 306 beginnt, an dem Übergang 322 in seinem Anstieg zu schwanken oder abzubauen, und setzt sein Ansteigen mit einer deutlich reduzierten Geschwindigkeit kurz nach dem Übergang 322 bis zu dem Übergang 324 fort, wo der herkömmliche Schalterladestrom 304 ausschlägt oder mit einer höhere Geschwindigkeit ansteigt und der herkömmliche Schalterquellstrom 306 mit einer höheren Geschwindigkeit ansteigt, um sein Ansteigen auf seinen Zielwert zu beenden. Der gespiegelte Schalterquellstrom 316 setzt auf der anderen Seite ein Ansteigen mit seiner anfänglichen konstanten Geschwindigkeit länger nach dem Übergang 322 fort und ist seinem Zielwert näher, wenn er auf eine geringere Geschwindigkeit des Anstiegs abflacht. Die Differenz zwischen dem gespiegelten Schalterquellstrom 316 und dem herkömmlichen Schalterquellstrom 306 ist weiterhin in 4 hinsichtlich der Spannung statt der Zeit gemessen illustriert.
4 zeigt ein Schaubild 400 des Schalterquellstroms im Verhältnis zu einer Spannung im Gegensatz zu dem Strom über die Zeit für einen High-Side-Schalter mit einer Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung dieser Offenbarung (bei 416 gezeigt) in Vergleich zu einem herkömmlichen High-Side-Schalter (bei 406 gezeigt) während eines Schaltens einer Kurzschlusslast. Wie das Schaubild 400 zeigt, ermöglicht ein High-Side-Schalter dieser Offenbarung ein Schalten einer oder mehrerer Lasten, welche einen Strom von 100 Ampere bereits bei nur wenig über 1 Volt erfordern (bei Übergangspunkt 436 gezeigt), während ein herkömmlicher High-Side-Schalter kein Schalten einer oder mehrerer Lasten ermöglicht, welche einen Strom von 100 Ampere erfordern, bevor er über 4 Volt erreicht (bei Übergangspunkt 426 gezeigt). Der unterbrochene Bereich 440 markiert einen Unterschied des integrierten Stroms relativ zu der Spannung zwischen einem herkömmlichen High-Side-Schalter und einem High-Side-Schalter dieser Offenbarung, welcher Verbesserungen bei dem Leistungsstoß oder der Leistungsabgabe innerhalb des Schalters repräsentiert und welcher einen Vorteil eines High-Side-Schalters dieser Offenbarung bei der Schaltfähigkeit repräsentiert.
5 ist ein Ablaufdiagramm, welches ein Verfahren 500 zum Schalten einer Spannungsquelle mit einem High-Side-Schalter derartig illustriert, dass unter anderen Vorteilen der Leistungsschalter-Schaltungsblock einen geringeren Strom als der Strombegrenzungs-Schaltungsblock gemäß einem Beispiel dieser Offenbarung aufweist. Das Verfahren 500 kann eine verallgemeinertere Form des Betriebs der verschiedenen High- Side-Schalter dieser Offenbarung sein, welche die High-Side-Schalter 100 und 200, wie oben stehend unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben, und/oder High-Side-Schalter mit Betriebseigenschaften umfassen, wie beispielsweise denjenigen, welche oben stehend unter Bezugnahme auf die Schaubilder 300 und 400 der 3 und 4 beschrieben sind.
Bei dem Beispiel der 5 umfasst das Verfahren 500 Aufnehmen eines Anfangsstroms über eine Spannungsquelle (z. B. Aufnehmen einer Anfangsspannung über die Spannungsquelle 202 als Reaktion auf ein Steuersignal zum Einschalten, wie unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben) (502). Das Verfahren 500 umfasst weiterhin Anlegen von Strom aus der Spannungsquelle an einen Leistungsschalter-Schaltungsblock (z. B. Anlegen der Spannung aus der Spannungsquelle an die Ladungspumpe 204 und Anlegen von Strom aus der Ladungspumpe 204 an das DMOS-Gate 218, wie oben stehend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, und Ansteigen Lassen bis zu dem Übergang 322, welcher in dem Schaubild 300 gezeigt ist, wie oben stehend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben) (504). Das Verfahren 500 umfasst weiterhin Anlegen von Strom aus dem Leistungsschalter-Schaltungsblock an einen Strombegrenzungs-Schaltungsblock, welcher einen Strombegrenzungsmodus definiert (z. B. Einschalten des DMOS 216 und Anlegen einer geregelten Verbindung zwischen dem DMOS 216 und dem Strombegrenzungs-Schaltungsblock 220, wie unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, zwischen den Übergängen 322 und 324, wie unter Bezugnahme auf 3 beschrieben) (506).
Das Verfahren 500 umfasst weiterhin Spiegeln von Strom aus dem Strombegrenzungs-Schaltungsblock auf den Leistungsschalter-Schaltungsblock (z. B. Anlegen von Strom über die Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung 242 zwischen dem Strombegrenzungs-Schaltungsblock 220 und der Referenzleitung 248 des Leistungsschalter-Schaltungsblocks 210, wie unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, und auch nach Übergang 322 beginnend, wie unter Bezugnahme auf 3 beschrieben) (508). Das Verfahren 500 umfasst weiterhin Anlegen einer geregelten Verbindung zwischen dem Leistungsschalter-Schaltungsblock und einem Spannungsausgang, derartig dass die geregelte Verbindung den Strom in dem Leistungsschalter-Schaltungsblock reduziert, wenn der Leistungsschalter-Schaltungsblock in dem Strombegrenzungsmodus ist (z. B. Anlegen von Strom an den Ausgang 130, 230 und dadurch an eine oder mehrere Lasten 132, 232, wie oben stehend beschrieben) (510).
Alle oben stehend beschriebenen Schaltungen, Vorrichtungen und Verfahren können ganz oder teilweise durch beliebige von verschiedenen Typen integrierter Schaltkreise, Chipsätze und/oder anderer Vorrichtungen und/oder als Software, welche beispielsweise durch eine Rechenvorrichtung ausgeführt wird, verkörpert oder durchgeführt werden. Dies kann Prozesse umfassen, welche durch einen oder mehrere Mikrosteuerungen, feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs), programmierbare Logikvorrichtungen (PLDs), zentrale Verarbeitungseinheiten (CPUs), Verarbeitungskerne oder jede andere Konfiguration von Hardware und/oder Software durchgeführt, ausgeführt oder verkörpert werden. Beispielsweise kann ein High-Side-Schalter mit der Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung dieser Offenbarung als ein integrierter Schaltkreis implementiert oder verkörpert werden, welcher über eine beliebige Kombination von Hardware, Logik, Universalprozessoren, anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreisen (ASICs), feldprogrammierbaren Gate-Arrays (FPGAs) und/oder allgemeinen Verarbeitungsschaltungen konfiguriert ist, welche bei manchen Beispielen Software-Anweisungen ausführen können, um verschiedene hier beschriebene Funktionen durchzuführen.
Es wurden verschiedene Beispiele der Erfindung beschrieben. Diese und andere Beispiele liegen innerhalb des Schutzumfangs der folgenden Ansprüche.

Claims

Schaltervorrichtung, Folgendes umfassend: eine Spannungsquelle; einen Leistungsschalter-Schaltungsblock, welcher mit der Spannungsquelle verbunden ist; einen Strombegrenzungs-Schaltungsblock, welcher mit der Spannungsquelle und dem Leistungsschalter-Schaltungsblock verbunden ist; einen Spannungsausgang, welcher mit dem Leistungsschalter-Schaltungsblock verbunden ist; und eine Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung, welche mit dem Leistungsschalter-Schaltungsblock und dem Strombegrenzungs-Schaltungsblock verbunden ist, wobei die Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung eingerichtet ist, der Schaltervorrichtung zu ermöglichen, eine geregelte Verbindung zwischen dem Leistungsschalter-Schaltungsblock und dem Spannungsausgang bereitzustellen, wobei die geregelte Verbindung eine Strombegrenzungsbetriebsart definiert, so dass die geregelte Verbindung den Strom in dem Leistungsschalter-Schaltungsblock reduziert, wenn die Schaltervorrichtung in der Strombegrenzungsbetriebsart ist.
Schaltervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Leistungsschalter-Schaltungsblock eine Referenzstromleitung umfasst und wobei der Strombegrenzungs-Rückkopplungsblock eingerichtet ist, Strom zwischen dem Strombegrenzungs-Schaltungsblock und der Referenzstromleitung des Leistungsschalter-Schaltungsblocks zu spiegeln.
Schaltervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Leistungsschalter-Schaltungsblock eine Ladungspumpe umfasst, welche eingerichtet ist, dem Leistungsschalter-Schaltungsblock Strom bereitzustellen, und wobei die Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung eingerichtet ist, eine Verbindung zwischen dem Leistungsschalter-Schaltungsblock und dem Spannungsausgang einzuschalten, solange die Schaltervorrichtung in der Strombegrenzungsbetriebsart ist.
Schaltervorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, wobei der Leistungsschalter-Schaltungsblock einen DMOS-Transistorschalter mit einem DMOS-Schalt-Gate zum Schalten des DMOS-Schalters umfasst, und der DMOS-Transistorschalter eingerichtet ist, die Verbindung zwischen der Spannungsquelle und dem Spannungsausgang auszubilden.
Schaltervorrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die Schaltervorrichtung eingerichtet ist, in der Strombegrenzungsbetriebsart oder in einer Niedrigladungsbetriebsart zu arbeiten, wobei die Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung eingerichtet ist, der Schaltervorrichtung zu ermöglichen, die Verbindung zwischen der Spannungsquelle und dem Spannungsausgang einzuschalten, wenn die Schaltervorrichtung in der Strombegrenzungsbetriebsart arbeitet.
Schaltervorrichtung nach einem der Ansprüche 1–5, wobei der Strombegrenzungs-Schaltungsblock einen Operationsverstärker und einen NMOS-Transistor umfasst, wobei der NMOS-Transistor Folgendes umfasst: einen Gate-Anschluss, welcher mit einem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden ist; und eine Verbindungsleitung, welche mit der Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung verbunden ist.
Schaltervorrichtung nach einem der Ansprüche 1–6, wobei der Leistungsschalter-Schaltungsblock eine Referenzleitung umfasst, welche einen Referenzstrom für den Leistungsschalter-Schaltungsblock führt, wobei die Schaltervorrichtung weiterhin Folgendes umfasst: eine Verbindungsleitung zwischen der Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung und der Referenzleitung, welche in dem Leistungsschalter-Schaltungsblock enthalten ist.
Schaltervorrichtung nach einem der Ansprüche 1–7, wobei die Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung einen ersten PMOS-Transistor und einen zweiten PMOS-Transistor umfasst, wobei der erste PMOS-Transistor mit einem NMOS-Transistor verbunden ist, welcher in dem Strombegrenzungs-Schaltungsblock enthalten ist; und der zweite PMOS-Transistor mit einer Referenzleitung verbunden ist, welche in dem Leistungsschalter-Schaltungsblock enthalten ist.
High-Side-Schaltersystem, Folgendes umfassend: eine Spannungsquelle; einen Leistungsschalter-Schaltungsblock, welcher mit der Spannungsquelle verbunden ist; einen Strombegrenzungs-Schaltungsblock, welcher mit der Spannungsquelle und dem Leistungsschalter-Schaltungsblock verbunden ist; einen Spannungsausgang, welcher mit dem Leistungsschalter-Schaltungsblock verbunden ist; und ein Mittel zum Einschalten einer geregelten Verbindung zwischen dem Leistungsschalter-Schaltungsblock und dem Spannungsausgang, wobei die geregelte Verbindung eine Strombegrenzungsbetriebsart definiert, so dass die geregelte Verbindung den Strom in dem Leistungsschalter-Schaltungsblock reduziert, wenn die Schaltervorrichtung in der Strombegrenzungsbetriebsart ist.
High-Side-Schaltersystem nach Anspruch 9, wobei der Leistungsschalter-Schaltungsblock eine Referenzstromleitung umfasst und wobei das Mittel zum Einschalten einer Verbindung zwischen dem Leistungsschalter-Schaltungsblock und dem Spannungsausgang, solange der Leistungsschalter-Schaltungsblock einen geringeren Strom aufweist als der Strombegrenzungs-Schaltungsblock, Mittel zum Spiegeln von Strom zwischen dem Strombegrenzungs-Schaltungsblock und der Referenzstromleitung des Leistungsschalter-Schaltungsblocks umfasst.
High-Side-Schaltersystem nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Leistungsschalter-Schaltungsblock eine Ladungspumpe umfasst und wobei das Mittel zum Einschalten einer Verbindung zwischen dem Leistungsschalter-Schaltungsblock und dem Spannungsausgang, solange der Leistungsschalter-Schaltungsblock einen geringeren Strom aufweist als der Strombegrenzungs-Schaltungsblock, Mittel zum Einschalten einer Verbindung zwischen dem Leistungsschalter-Schaltungsblock und dem Spannungsausgang umfasst, solange die Ladungspumpe einen geringeren Strom aufweist als der Strombegrenzungs-Schaltungsblock.
High-Side-Schaltersystem nach einem der Ansprüche 9–11, wobei der Leistungsschalter-Schaltungsblock eine Referenzleitung umfasst, welche einen Referenzstrom für den Leistungsschalter-Schaltungsblock führt, wobei das Mittel zum Einschalten einer Verbindung zwischen dem Leistungsschalter-Schaltungsblock und dem Spannungsausgang, solange der Leistungsschalter-Schaltungsblock einen geringeren Strom aufweist als der Strombegrenzungs-Schaltungsblock, Mittel zum Verbinden der Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung und der Referenzleitung, welche in dem Leistungsschalter-Schaltungsblock enthalten ist, umfasst.
Verfahren zum Schalten einer Spannungsquelle, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen eines anfänglichen Stroms über eine Spannungsquelle; Anlegen von Strom aus der Spannungsquelle an einen Leistungsschalter-Schaltungsblock; Anlegen von Strom aus dem Leistungsschalter-Schaltungsblock an einen Strombegrenzungs-Schaltungsblock, welcher eine Strombegrenzungsbetriebsart definiert; Spiegeln von Strom aus dem Strombegrenzungs-Schaltungsblock auf den Leistungsschalter-Schaltungsblock; und Bereitstellen einer geregelten Verbindung zwischen dem Leistungsschalter-Schaltungsblock und einem Spannungsausgang, so dass die geregelte Verbindung einen Strom in dem Leistungsschalter-Schaltungsblock reduziert, wenn der Leistungsschalter-Schaltungsblock in der Strombegrenzungsbetriebsart ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Anlegen von Strom aus der Spannungsquelle an einen Leistungsschalter-Schaltungsblock ein Aktivieren einer Ladungspumpe, welche Spannung aus der Spannungsquelle aufnimmt, und ein Anlegen von Strom aus der Ladungspumpe an ein Transistorschalt-Gate umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei der Leistungsschalter-Schaltungsblock eine Referenzstromleitung umfasst und wobei der Strombegrenzungs-Rückkopplungsblock eingerichtet ist, Strom zwischen dem Strombegrenzungs-Schaltungsblock und der Referenzstromleitung des Leistungsschalter-Schaltungsblocks zu spiegeln.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13–15, wobei der Leistungsschalter-Schaltungsblock eine Ladungspumpe umfasst, wobei das Verfahren weiterhin Einschalten einer Verbindung zwischen der Ladungspumpe und dem Spannungsausgang umfasst, solange der Leistungsschalter-Schaltungsblock in der Strombegrenzungsbetriebsart ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13–16, wobei der Leistungsschalter-Schaltungsblock eine Referenzleitung umfasst, welche einen Referenzstrom für den Leistungsschalter-Schaltungsblock führt, wobei das Verfahren weiterhin ein Verbinden der Strombegrenzungs-Rückkopplungsschaltung und der Referenzleitung umfasst, welche in dem Leistungsschalter-Schaltungsblock enthalten ist.