DE102015113796A1

DE102015113796A1 - Verfahren zum Ansteuern eines Transistorbauelements und elektronische Schaltung

Info

Publication number: DE102015113796A1
Application number: DE102015113796.8A
Authority: DE
Inventors: Stephan Donath
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2015-08-20
Filing date: 2015-08-20
Publication date: 2017-02-23
Anticipated expiration: 2035-08-21
Also published as: US20170054437A1; DE102015113796B4; CN106470027B; CN106470027A; US9712147B2

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Ansteuerschaltung offenbart. Das Verfahren weist das Messen einer Frequenz eines Eingangssignals, welches durch eine Ansteuerschaltung empfangen wird, und das Ansteuern eines Transistorbauelementes durch die Ansteuerschaltung basierend auf dem Eingangssignal derart auf, dass eine Schaltgeschwindigkeit des Transistors von der gemessenen Frequenz abhängt. Die Ansteuerschaltung ist dazu ausgebildet, ein Eingangssignal zu empfangen, eine Frequenz des Eingangssignals zu messen, und ein Transistorbauelement basierend auf dem Eingangssignal derart anzusteuern, dass eine Schaltgeschwindigkeit des Transistors von der gemessenen Frequenz abhängt.

Description

Die Offenbarung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zum Ansteuern eines Transistorbauelements und eine elektronische Schaltung mit einer Ansteuerschaltung zum Ansteuern eines Transistorbauelements.
Transistorbauelemente werden häufig als elektronische Schalter in einer Vielzahl von verschiedenen Anwendungen verwendet, wie beispielsweise industrielle Anwendungen, Automotive-Anwendungen oder Consumer-Anwendungen. Solche Anwendungen können Leistungswandler-Anwendungen, Motortreiber-Anwendungen, Heizungs- oder Beleuchtungs-Anwendungen aufweisen, um nur einige zu nennen. In vielen dieser Anwendungen schaltet ein Treiber das Transistorbauelement in Abhängigkeit von einem PWM-Signal (pulsweitenmoduliertes Signal, engl.: pulse-width modulated signal) ein und aus. Eine Frequenz dieses PWM-Signals kann von der Art der Applikation und/oder eines Betriebszustandes der entsprechenden Applikation abhängen. In Heizungs-Anwendungen, zum Beispiel, in welchen ein Transistorbauelement dazu verwendet werden kann, einen Heiz-Widerstand anzusteuern, kann die Frequenz des PWM-Signals mehrere 10 Hz betragen; in Beleuchtungs-Anwendungen, in welchen ein Transistorbauelement dazu verwendet werden kann, eine Lampe anzusteuern, wie beispielsweise eine LED (light emitting diode), kann eine Frequenz des PWM-Signals mehrere 100 Hz betragen; in Automotive-Anwendungen, in welchen ein Transistorbauelement dazu verwendet werden kann, ein magnetisches Ventil anzusteuern, kann die Frequenz des PWM-Signals mehrere Kilohertz (kHz) betragen; in Motortreiber-Anwendungen, in welchen ein Transistorbauelement dazu verwendet werden kann, einen bürstenbehafteten DC-Motor anzusteuern, kann eine Frequenz des PWM-Signals mehrere 10 kHz betragen; und in Leistungswandler-Anwendungen, in welchen ein Transistorbauelement dazu verwendet werden kann, induktive Lasten (Chokes) anzusteuern, kann eine Frequenz des PWM-Signals mehrere 10 kHz bis zu mehrere 100 kHz betragen.
Das Ein- und Ausschalten eines Transistorbauelements kann mit elektromagnetischen Störungen (engl.: electro magnetic interference, EMI) in Verbindung stehen, wobei eine Frequenz der EMI höher ist, umso schneller das Transistorbauelement zwischen einem Ein-Zustand (eingeschalteter Zustand) und einem Aus-Zustand (ausgeschalteter Zustand) umschaltet. In solchen Anwendungen, bei welchen das Transistorbauelement mit hohen Frequenzen angesteuert werden muss, kann es erforderlich sein, das Transistorbauelement schnell ein- und auszuschalten, um die Schaltverluste gering zu halten. Hohe Schaltgeschwindigkeiten stehen im Zusammenhang mit hochfrequenten EMIs. Diese hochfrequenten EMIs sind schwer zu handhaben. Es besteht daher der Bedarf daran, ein Verfahren zum Ansteuern von Transistorbauelementen bereitzustellen, welche einen Kompromiss zwischen Schaltverlusten und EMI darstellt.
Ein Beispiel dieser Offenbarung betrifft ein Verfahren. Das Verfahren weist das Messen einer Frequenz eines Eingangssignals auf, welches von einer Ansteuerschaltung empfangen wird, und das Ansteuern eines Transistorbauelements durch die Ansteuerschaltung basierend auf dem Eingangssignal, so dass eine Schaltgeschwindigkeit des Transistors von der gemessenen Frequenz abhängt.
Ein weiteres Beispiel betrifft eine Ansteuerschaltung. Die Ansteuerschaltung ist dazu ausgebildet, ein Eingangssignal zu empfangen, eine Frequenz des Eingangssignals zu messen, und ein Transistorbauelement basierend auf dem Eingangssignal derart anzusteuern, dass eine Schaltgeschwindigkeit des Transistors von der gemessenen Frequenz abhängt.
Beispiele werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Die Figuren dienen dazu, bestimmte Grundsätze darzustellen, so dass nur solche Aspekte dargestellt sind, welche für das Verständnis dieser Grundsätze erforderlich sind. Die Figuren sind nicht maßstabsgetreu. In den Figuren beziehen sich die selben Bezugszeichen auf gleiche Merkmale.
1 zeigt schematisch eine elektronische Schaltung mit einem Transistorbauelement und einer Ansteuerschaltung;
2 zeigt eine Wellenform, welche eine Betriebsweise der Ansteuerschaltung darstellt;
3 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens zum Ansteuern des Transistorbauelements;
4 zeigt ein Beispiel einer Wellenform eines Eingangssignals, welches von der Ansteuerschaltung empfangen wird;
5 zeigt schematisch einen Zusammenhang zwischen einer Frequenz des Ansteuersignals und einem momentanen Pegel eines Ausgangsstromes des in 4 dargestellten Treibers;
6 zeigt ein Beispiel der Ansteuerschaltung in größerem Detail;
7 zeigt Wellenformen, welche eine Betriebsweise der in 6 dargestellten Ansteuerschaltung darstellen;
8 zeigt ein Beispiel einer Ausgangsstufe der in 4 dargestellten Ansteuerschaltung;
9 zeigt ein weiteres Beispiel einer Ausgangsstufe der in 4 dargestellten Ansteuerschaltung;
10 zeigt ein weiteres Beispiel einer Ausgangsstufe der in 4 dargestellten Ansteuerschaltung;
11 zeigt ein Beispiel einer Steuerschaltung in der in 4 dargestellten Ansteuerschaltung;
12 zeigt ein weiteres Beispiel einer Steuerschaltung in der in 4 dargestellten Ansteuerschaltung;
13 zeigt eine elektronische Schaltung mit einer Halbbrücke und einer Ansteuerschaltung; und
14 zeigt Wellenformen welche eine Betriebsweise einer Eingangsstufe der in 11 dargestellten Ansteuerschaltung darstellen.
In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Figuren Bezug genommen. Die Figuren bilden einen Teil der Beschreibung und zeigen zur Veranschaulichung bestimmte Ausführungsformen, in welchen die Erfindung Verwendung finden kann. Es versteht sich, dass die Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht anders angegeben.
1 zeigt eine elektronische Schaltung gemäß einem Beispiel. Die elektronische Schaltung weist eine Ansteuerschaltung 1 mit einem Eingang 11, 12, der dazu ausgebildet ist ein Eingangssignal S_IN zu empfangen, und einem Ausgang 13, 14, der dazu ausgebildet ist, ein Ausgangssignal V_OUT, I_OUT bereitzustellen. Gemäß einem Beispiel weist der Eingang einen ersten Eingangsknoten 11, 12 auf und das Eingangssignal S_IN ist eine Spannung zwischen dem ersten Eingangsknoten 11 und dem zweiten Eingangsknoten 12. Gemäß einem Beispiel weist der Ausgang 13, 14 einen ersten Ausgangsknoten 13 und einen zweiten Ausgangsknoten 14 auf, und das Ausgangssignal ist wenigstens eines von einer Spannung V_OUT zwischen dem ersten Ausgangsknoten 13 und dem zweiten Ausgangsknoten 14, und einem Ausgangsstrom I_OUT. Die Ansteuerschaltung 1 kann zusätzlich einen Versorgungsknoten aufweisen, der dazu ausgebildet ist, eine Versorgungsspannung zu empfangen, und die Ansteuerschaltung 1 kann dazu ausgebildet sein, das Ausgangssignal V_OUT, I_OUT basierend auf dem Eingangssignal S_IN unter Verwendung der Versorgungsspannung zu generieren. Ein solcher Versorgungsknoten und eine solche Versorgungsspannung sind in 1 jedoch nicht dargestellt.
Die Ansteuerschaltung 1 ist dazu ausgebildet, ein Transistorbauelement M anzusteuern, welches mit dem Ausgang 13, 14 verbunden ist. In dem in 1 dargestellten Beispiel ist das Transistorbauelement M als MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, engl.: Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) ausgebildet.
Ein MOSFET ist ein spannungsgesteuertes Transistorbauelement. Ein Betriebszustand (Ein oder Aus) des MOSFET M hängt von einem Spannungspegel einer Spannung V_GS zwischen einem Gateanschluss G und einem Sourceanschluss S ab. Diese Spannung V_GS, welche im Folgenden auch als Gate-Source-Spannung bezeichnet wird, hängt von einem Ladungszustand einer internen Gate-Source-Kapazität ab, welche zwischen den Gateanschluss G und den Sourceanschluss S geschaltet ist. In 1 ist eine solche Gate-Source-Kapazität zum Zwecke der Erläuterung als Kondensator C_GS zwischen dem Gateanschluss G und dem Sourceanschluss S dargestellt. Der Gateanschluss G des Transistorbauelements M ist mit dem ersten Ausgangsknoten 13 verbunden und der Sourceanschluss S ist mit dem zweiten Ausgangsknoten 14 der Ansteuerschaltung 1 verbunden. Dadurch entspricht die Gate-Source-Spannung V_GS des Transistorbauelements M der Ausgangsspannung V_OUT der Ansteuerschaltung 1.
Lediglich zum Zwecke der Erläuterung wird angenommen, dass das Transistorbauelement M, welches durch die Ansteuerschaltung 1 angesteuert wird, wie in 1 dargestellt ein n-Typ MOSFET vom Anreicherungstyp ist. Ein solcher n-Typ MOSFET vom Anreicherungstyp schaltet ein, wenn ein Spannungspegel der Gate-Source-Spannung V_GS über einen positiven Schwellenwert ansteigt, welcher oft auch als Schwellenspannung bezeichnet wird. Dementsprechend schaltet ein n-Typ MOSFET vom Anreicherungstyp aus, wenn ein Spannungspegel der Gate-Source-Spannung V_GS unter den Schwellenwert abfällt. Die Ansteuerschaltung und das Verfahren welche hierin beschrieben werden, sind jedoch nicht auf die Verwendung im Zusammenhang mit dem Ansteuern eines n-Typ MOSFET vom Anreicherungstyp beschränkt. Stattdessen kann jegliche andere Art von MOSFET, wie beispielsweise ein n-Typ MOSFET vom Verarmungstyp, ein p-Typ MOSFET vom Anreicherungstyp, ein p-Typ MOSFET vom Verarmungstyp, oder ein IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gateelektrode, engl.: Insulated Gate Bipolar Transistor), verwendet werden. Ein n-Typ MOSFET vom Verarmungstyp unterscheidet sich von einem n-Typ MOSFET vom Anreicherungstyp dadurch, dass die Schwellenspannung eine negative Spannung ist, während die Schwellenspannung in einem n-Typ MOSFET vom Anreicherungstyp eine positive Spannung ist. Ein p-Typ MOSFET vom Anreicherungstyp unterscheidet sich von einem n-Typ MOSFET vom Anreicherungstyp dadurch, dass er einschaltet, wenn die Gate-Source-Spannung unter eine negative Schwellenspannung fällt. Ein p-Typ MOSFET vom Verarmungstyp unterscheidet sich von einem n-Typ MOSFET vom Anreicherungstyp dadurch, dass er einschaltet, wenn eine Gate-Source-Spannung unter eine positive Schwellenspannung fällt. Ein IGBT kann wie ein n-Typ MOSFET vom Anreicherungstyp angesteuert werden.
2 zeigt schematisch Wellenformdiagramme, die ein Beispiel zeigen, wie die Ansteuerschaltung 1 das Transistorbauelement M ansteuert. Insbesondere zeigt 2 Wellenformdiagramme eines Beispiels des Eingangssignals S_IN, der Ausgangsspannung V_OUT, welche der Gate-Source-Spannung V_GS entspricht, und einer Ausgangsspannung V_DS des Transistorbauelementes M. Diese Ausgangsspannung V_DS ist eine Spannung zwischen einem Drainanschluss D und dem Sourceanschluss S des Transistorbauelements und wird im Folgenden als Drain-Source-Spannung V_DS bezeichnet. Lediglich zum Zwecke der Erläuterung wird angenommen, dass eine Laststrecke des Transistorbauelements M in Serie zu einer Last Z geschaltet ist und dass die Serienschaltung mit dem Transistorbauelement M und der Last Z zwischen Versorgungsknoten geschaltet ist, an welchen ein erstes Versorgungspotential V1 und ein zweites Versorgungspotential (oder Massepotential GND) verfügbar sind. Die Laststrecke des Transistorbauelements M ist eine interne Strecke zwischen dem Drainanschluss D und dem Sourceanschluss S. Die Laststrecke wird im Folgenden auch als Drain-Source-Strecke D-S bezeichnet.
Bezug nehmend auf 2 kann das Eingangssignal S_IN einen von zwei verschiedenen Signalpegeln annehmen, nämlich einen Ein-Pegel und einen Aus-Pegel. Der Ein-Pegel des Eingangssignals S_IN zeigt an, dass es gewünscht ist, das Transistorbauelement M einzuschalten, und der Aus-Pegel zeigt an, dass es gewünscht ist, das Transistorbauelement M auszuschalten. Lediglich zum Zwecke der Erläuterung sind in dem in 2 dargestellten Wellenformdiagramm der Ein-Pegel ein hoher Signalpegel und der Aus-Pegel ein niedriger Signalpegel.
2 zeigt ein Zeitintervall in welchem das Eingangssignal S_IN zu einem Zeitpunkt t1 vom Aus-Pegel zum Ein-Pegel wechselt und zu einem Zeitpunkt t3 von dem Ein-Pegel zu dem Aus-Pegel wechselt. Bezug nehmend auf 2 ist die Ansteuerschaltung 1 dazu ausgebildet, den Signalpegel der Ausgangsspannung V_OUT beginnend zum Zeitpunkt t1 zu erhöhen und den Spannungspegel der Ausgangsspannung V_OUT beginnend mit dem Zeitpunkt t3 zu verringern. Verzögerungszeiten, welche durch ein Verarbeiten des Eingangssignals S_IN in der Ansteuerschaltung 1 hervorgerufen werden können, werden in dem in 2 dargestellten Wellenformdiagramm nicht berücksichtigt (nicht dargestellt). Bezug nehmend auf 2 erhöht sich die Ausgangsspannung V_OUT beginnend zum Zeitpunkt t1 von einem Minimalpegel V_OUT-MIN bis zu einem Maximalpegel V_OUT-MAX. Auf die gleiche Art und Weise verringert sich die Ausgangsspannung V_OUT beginnend zum Zeitpunkt t3 von dem Maximalpegel V_OUT-MAX bis zu einem Minimalpegel V_OUT-MIN. Lediglich zum Zwecke der Erläuterung wird angenommen, dass sich die Ausgangsspannung V_OUT beginnend zu den Zeitpunkten t1 und t3 jeweils linear erhöht und verringert. Da die Erhöhung und Verringerung der Ausgangsspannung V_OUT im Zusammenhang steht mit einem Laden und Entladen der Gate-Source-Kapazität C_GS, sind der Anstieg und die Verringerung in einer realen Schaltung nicht strikt linear. Zum Zwecke der Erläuterung kann jedoch angenommen werden, dass sich die Ausgangsspannung V_OUT linear erhöht und verringert.
Vor dem Zeitpunkt t1 befindet sich das Transistorbauelement M in dem Aus-Zustand, so dass die Drain-Source-Spannung V_DS im Wesentlichen einer Spannung V1 zwischen dem ersten Versorgungsknoten und dem zweiten Versorgungsknoten entspricht. Wenn die Gate-Source-Spannung V_GS nach dem Zeitpunkt t1 den Schwellenwert (Schwellenspannung) Vth erreicht, beginnt das Transistorbauelement M zu leiten, so dass sich die Drain-Source-Spannung V_DS verringert. In 2 bezeichnet t1' einen Zeitpunkt, zu welchem die Gate-Source-Spannung V_GS die Schwellenspannung erreicht. Während sich nach diesem Zeitpunkt t1' die Gate-Source-Spannung V_GS erhöht, verringert sich die Drain-Source-Spannung V_DS bis sie zum Zeitpunkt t2 einen Minimalpegel V_DS-MIN erreicht. Dieser Minimalpegel V_DS-MIN hängt im Wesentlichen von dem Strompegel eines Stromes I_DS, welcher in dem Ein-Zustand durch das Transistorbauelement M fließt, und einem Einschaltwiderstand des Transistorbauelements M ab. Der Strompegel des Stromes I_DS hängt von der Versorgungsspannung V1 und der Last Z ab. Der Einschaltwiderstand hängt von einem spezifischen Design des Transistorbauelements M ab.
In 2 bezeichnet T1 ein Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt t1', zu welchem die Ausgangsspannung V_DS beginnt sich zu verringern, und dem Zeitpunkt t2, zu welchem die Ausgangsspannung V_DS den Minimalpegel V_DS-MIN erreicht. Dieses Zeitintervall wird im Folgenden als erste Schaltzeit T1 bezeichnet. Auf die gleiche Weise bezeichnet T2 ein Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt t3 zu welchem das Eingangssignal S_IN von dem Ein-Pegel zu dem Aus-Pegel wechselt, und einem Zeitpunkt t4, zu welchem die Gate-Source-Spannung V_GS unter die Schwellenspannung VTH fällt, so dass das Transistorbauelement M ausschaltet und die Ausgangsspannung V_DS den Maximalpegel V1 erreicht. Lediglich zum Zwecke der Erläuterung sind die Erhöhung und die Verringerung der Ausgangsspannung V_DS als lineare Verringerung und lineare Erhöhung dargestellt. In einer realen Schaltung sind die Verringerung und die Erhöhung nicht linear. Beispielsweise aufgrund des sogenannten Miller-Effekts kann es Zeitintervalle geben, in welchen die Ausgangsspannung V_DS im Wesentlichen konstant ist während des Vorgangs des Einschaltens oder Ausschaltens des Transistorbauelements M. Da solche Nicht-Linearitäten jedoch zum Verständnis des hierin beschriebenen Verfahrens nicht wichtig sind, werden diese Nicht-Linearitäten in den in 2 dargestellten Wellenformdiagrammen nicht berücksichtigt. Wenn man unberücksichtigt lässt, wie sich die Drain-Source-Spannung V_DS zwischen den Zeitpunkten t1' und t2 genau verringert und zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 genau erhöht, sind die Zeitintervalle T1 und T2 ein Maß dafür, wie schnell das Transistorbauelement M ein- und ausschaltet. Das heißt, die Zeitintervalle T1 und T2 repräsentieren die Schaltgeschwindigkeit des Transistorbauelements M. Diese Schaltgeschwindigkeit wird durch die Ansteuerschaltung 1 definiert. Im Allgemeinen ist die Schaltgeschwindigkeit beim Einschalten des Transistorbauelements M schneller, je schneller die Ansteuerschaltung 1 die Gate-Source-Kapazität lädt, und die Schaltgeschwindigkeit beim Ausschalten des Transistorbauelements M ist schneller, je schneller die Ansteuerschaltung 1 die Gate-Source-Kapazität C_GS entlädt.
Gemäß einem Beispiel ist die Ansteuerschaltung 1 dazu ausgebildet, die Schaltgeschwindigkeit des Transistorbauelements M in Abhängigkeit von einer Frequenz des Eingangssignals S_IN anzupassen. Insbesondere ist die Ansteuerschaltung 1 dazu ausgebildet, die Schaltgeschwindigkeit zu erhöhen, wenn sich die Frequenz des Eingangssignals S_IN erhöht, und anders herum.
3 zeigt ein Flussdiagramm welches ein Beispiel eines Verfahrens zum Ansteuern des Transistorbauelements M durch die Ansteuerschaltung 1 darstellt. Bezug nehmend auf 3 weist das Verfahren das Detektieren einer Frequenz f des Eingangssignals S_IN in einem Prozessschritt 110 auf. Das Verfahren weist weiterhin das Anpassen wenigstens eines von einem ersten Ansteuerparameter und einem zweiten Ansteuerparameter basierend auf der detektierten Frequenz f auf (Prozessschritt 120), sowie das Ansteuern des Transistorbauelements M basierend auf wenigstens einem von dem ersten Ansteuerparameter und dem zweiten Ansteuerparameter und basierend auf dem Eingangssignal S_IN, in wenigstens einem Schaltzyklus (Prozessschritt 130). Beispiele dieses Verfahrens werden im Weiteren unter Bezugnahme auf 4 erläutert.
4 zeigt ein Wellenformdiagramm des Eingangssignals S_IN gemäß einem Beispiel. Bezug nehmend auf 4 weist das Eingangssignal S_IN eine Sequenz von Ansteuerimpulsen auf, wobei in 4 drei dieser Ansteuerimpulse dargestellt sind. Jeder dieser Ansteuerimpulse S(k – 1), S(k), S(k + 1) weist eine erste Flanke und eine zweite Flanke auf. Die erste Flanke zeigt an, dass es gewünscht ist, das Transistorbauelement M einzuschalten und die zweite Flanke zeigt an, dass es gewünscht ist, das Transistorbauelement M auszuschalten. In dem in 4 dargestellten Beispiel ist die erste Flanke eine steigende Flanke und die zweite Flanke ist eine fallende Flanke, und t(k – 1), t(k), t(k + 1) bezeichnen solche Zeitpunkte, zu welchen die steigende Flanke (erste Flanke) des entsprechenden Ansteuerimpulses S(k – 1), S(k), S(k + 1) auftritt. Das Eingangssignal S_IN definiert eine Vielzahl zeitlich aufeinander folgender Ansteuerzyklen, wobei jeder Ansteuerzyklus ein erstes Zeitintervall aufweist, wenn es gewünscht ist das Transistorbauelement M einzuschalten, und ein zweites Zeitintervall aufweist, wenn es gewünscht ist, das Transistorbauelement M auszuschalten. Im Weiteren wird das erste Zeitintervall als Ein-Zeit und das zweite Zeitintervall als Aus-Zeit bezeichnet. Die Ein-Zeit wird durch den Ansteuerimpuls geregelt, und die Aus-Zeit wird durch die Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Ansteuerimpulsen geregelt. Die Dauer eines Ansteuerzyklus wird durch ein Zeitintervall T(k), T(k + 1) zwischen den ersten Flanken (steigende Flanken) zweier aufeinander folgender Ansteuerimpulse gegeben.
Die Dauer der einzelnen Ansteuerimpulse, wie auch die Dauer der einzelnen Ansteuerzyklen kann variieren. Folglich kann die Frequenz f des Eingangssignals S_IN variieren, wobei die Frequenz f durch den Kehrwert der Dauer eines Ansteuerzyklusses gegeben ist.
Das Detektieren der Frequenz des Eingangssignals S_IN kann das Messen der Dauer wenigstens eines Ansteuerzyklusses aufweisen. Beispielsweise ist die Ansteuerschaltung 1 dazu ausgebildet, die Dauer eines Ansteuerzyklusses k – 1 zu messen, welches der Ansteuerzyklus inklusive des Ansteuerimpulses S(k – 1) in 4 ist, und das Transistorbauelement M basierend auf dieser detektierten Frequenz in einem darauf folgenden Ansteuerzyklus k anzusteuern. Dieser Ansteuerzyklus k ist der Ansteuerzyklus welcher den in 4 dargestellten Ansteuerimpuls S(k) aufweist. Bezug nehmend auf 3 wird wenigstens einer von einem ersten Ansteuerparameter DP1 und einem zweiten Ansteuerparameter DP2 basierend auf der detektierten Frequenz angepasst. Gemäß einem Beispiel ist der erste Ansteuerparameter DP1 ein Ansteuerparameter, welcher die Schaltgeschwindigkeit des Transistorbauelements M beim Einschalten anpasst, und DP2 passt die Schaltgeschwindigkeit des Transistorbauelements M beim Ausschalten an. Beispiele des ersten Ansteuerparameters DP1 und des zweiten Ansteuerparameters DP2 werden im Folgenden erläutert. Im Folgenden bezeichnet DP1(k) den ersten Ansteuerparameter im Ansteuerzyklus k und DP2(k) bezeichnet den zweiten Ansteuerparameter im Ansteuerzyklus k. Gemäß einem Beispiel gilt DP1(k) = g1(T(k)) (1a), DP2(k) = g2(T(k)) (1b).
Das heißt, DP1(k) ist eine Funktion g1(.) der Dauer T(k) des vorangegangenen Ansteuerzyklus, und DP2(k) ist eine Funktion g2(.) der Dauer T(k) des vorangegangenen Ansteuerzyklus. T(k) repräsentiert die Frequenz des Eingangssignals S_IN.
Gemäß einem weiteren Beispiel ist die Ansteuerschaltung 1 dazu ausgebildet, die Frequenz f des Eingangssignals S_IN zu detektieren, basierend auf Messungen der Dauer verschiedener aufeinander folgender Ansteuerzyklen. Gemäß einem Beispiel ist die Ansteuerschaltung 1 dazu ausgebildet, eine durchschnittliche Dauer von mehreren aufeinander folgenden Ansteuerzyklen zu berechnen und wenigstens einen von dem ersten und dem zweiten Ansteuerparameter DP1(k), DP2(k) basierend auf dem berechneten Mittelwert anzupassen. Das heißt zum Beispiel,
Gemäß einem Beispiel ist die Ansteuerschaltung dazu ausgebildet, die Frequenz f des Eingangssignals S_IN vor jedem Ansteuerzyklus neu zu bestimmen. Gemäß einem weiteren Beispiel ist die Ansteuerschaltung 1 dazu ausgebildet, eine detektierte Frequenz f in mehreren aufeinander folgenden Ansteuerzyklen zu verwenden. Beispielsweise ist die Ansteuerschaltung 1 dazu ausgebildet, die Frequenz f basierend auf der Dauer von n aufeinander folgenden Ansteuerzyklen zu bestimmen und die bestimmte Frequenz in aufeinander folgenden Ansteuerzyklen zu verwenden um das Transistorbauelement M anzusteuern, bevor die Frequenzinformation erneut aktualisiert wird, um zum Ansteuern des Transistorbauelementes M verwendet zu werden.
Zum Zwecke der Erläuterung wird angenommen, dass sich die Schaltgeschwindigkeit des Transistorbauelementes M erhöht, wenn sich der erste Ansteuerparameter DP1 oder der zweite Ansteuerparameter DP2 erhöht. Zwei verschiedene Beispiele dafür, wie diese Ansteuerparameter DP1, DP2 von der bestimmten Frequenz f abhängen können, sind in 5 dargestellt. Gemäß einem Beispiel (in 5 mit durchgezogenen Linien dargestellt) erhöhen sich die Ansteuerparameter DP1, DP2 linear, während sich die Frequenz f erhöht. Gemäß einem anderen Beispiel (in strichpunktierten Linien dargestellt) gibt es zwei oder mehr Frequenzbereiche, wobei die Ansteuerparameter DP1, DP2 während den einzelnen Frequenzbereichen im Wesentlichen konstant sind, sich jedoch in Richtung höherer Frequenzen erhöhen.
6 zeigt ein Beispiel der Ansteuerschaltung 1. Diese Ansteuerschaltung weist eine erste steuerbare Stromquelle 3 ₁, welche zwischen den ersten Ausgangsknoten 13 und einen Vorsorgungsknoten geschaltet ist an welchem ein Versorgungspotential V+ zur Verfügung steht, und eine zweite steuerbare Stromquelle 32 auf, welche zwischen den ersten Ausgangsknoten 13 und den zweiten Ausgangsknoten 14 geschaltet ist. Eine Steuerschaltung 2 empfängt das Eingangssignal S_IN und ist dazu ausgebildet, die Stromquellen 3 ₁, 3 ₂ zu steuern. In diesem Beispiel erzeugt die Steuerschaltung 2 ein erstes Steuersignal S3₁, welches die erste Stromquelle 3 ₁ steuert, und ein zweites Steuersignal S32, welches die zweite Stromquelle 3 ₂ steuert. In dieser Ansteuerschaltung 1 dient die erste Stromquelle 3 ₁ dazu, die Gate-Source-Kapazität C_GS zu laden um das Transistorbauelement M einzuschalten, und die zweite Stromquelle 3 ₂ dient dazu, die Gate-Source-Kapazität C_GS zu entladen um das Transistorbauelement M auszuschalten.
Die erste Stromquelle 3 ₁ ist dazu ausgebildet, einen ersten Strom I3₁ bereitzustellen und die zweite Stromquelle 3 ₂ ist dazu ausgebildet, einen zweiten Strom I3₂ bereitzustellen. Der Strompegel des ersten Stromes I3₁ beeinflusst die Schaltgeschwindigkeit des Transistorbauelementes M (von welchem in 6 lediglich die Gate-Source-Kapazität C_GS dargestellt ist) während des Einschaltvorgangs, wobei sich die Schaltgeschwindigkeit erhöht, wenn sich der Strompegel des ersten Stromes I3₁ erhöht. Auf die gleiche Weise beeinflusst ein Strompegel des zweiten Stromes I3₂ eine Schaltgeschwindigkeit des Transistorbauelementes M während dem Ausschaltvorgang, wobei sich die Schaltgeschwindigkeit erhöht, wenn sich der Strompegel dieses zweiten Stromes I3₂ erhöht. Daher ist in diesem Beispiel der Strompegel des ersten Stromes I3₁ der erste Ansteuerparameter DP1 und der Strompegel des zweiten Stromes I3₂ der zweite Ansteuerparameter DP2. Die Steuerschaltung 2 ist dazu ausgebildet, wenigstens einen von dem Strompegel des ersten Stromes I3₁ und dem Strompegel des zweiten Stromes I3₂ basierend auf der bestimmen Sequenz des Eingangssignals S_IN anzupassen, wobei die Steuerschaltung 2 dazu ausgebildet ist, diese Frequenz des Eingangssignals S_IN zu bestimmen.
Eine Betriebsweise der in 6 dargestellten Ansteuerschaltung 1 wird unter Bezugnahme auf 7 im Weiteren beschrieben. 7 zeigt Wellenformdiagramme des Eingangssignals S_IN in einem Ansteuerzyklus und des Ausgangsstromes I_OUT der Ansteuerschaltung 1. Der Ausgangsstrom I_OUT ist der Strom in dem ersten Ausgangsknoten 13. Bezug nehmend auf 7 ist die Steuerschaltung 2 dazu ausgebildet, die zweite Stromquelle 3₂ zu deaktivieren und die erste Stromquelle 3₁ zu aktivieren, wenn eine erste Flanke (steigende Flanke) eines Ansteuerimpulses des Eingangssignals S_IN auftritt. Dadurch entspricht der Ausgangsstrom I_OUT dem ersten Strom I3₁, wobei ein Strompegel dieses ersten Stromes I3₁ von der bestimmten Frequenz des Eingangssignals S_IN abhängen kann. Wenn die Steuerschaltung 2 die zweite Flanke (fallende Flanke) des Ansteuerimpulses detektiert, deaktiviert sie die erste Stromquelle 3₁ und aktiviert die zweite Stromquelle 32, so dass der Ausgangsstrom I_OUT–I3₁ entspricht. In dem in 7 dargestellten Diagramm ist der Ausgangsstrom I_OUT derart dargestellt, dass er zu jedem Zeitpunkt entweder den ersten Strompegel oder den zweiten Strompegel aufweist. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel. Der Strompegel des Ausgangsstromes I_OUT kann sich verringern (in 7 nicht dargestellt) oder Null werden, wenn die Gate-Source-Kapazität C_GS komplett geladen oder entladen ist.
8 zeigt ein Beispiel wie die erste und die zweite Stromquelle 3₁, 3₂ implementiert werden können. Die in 8 dargestellte Stromquelle 3 repräsentiert entweder die erste oder die zweite Stromquelle 3₁, 3₂ und das Steuersignal S3 repräsentiert die entsprechenden Steuersignale S31, S32. I3 bezeichnet den Strom, welcher durch diese Stromquelle 3 bereitgestellt wird. Die Stromquelle 3 weist eine Vielzahl konstanter Stromquellen 31, 32, 3m auf, wobei jede dieser Stromquellen 31, 32, 3m in Serie zu einem elektronischen Schalter 41, 42, 4m geschaltet ist. Diese Serienschaltungen sind parallel zueinander geschaltet. Das Steuersignal S3 weist eine Vielzahl von Untersignalen S31, S32, S3m auf, wobei jedes dieser Signale einen der Schalter 41, 42, 4m ansteuert. Die Stromquelle 3 wird aktiviert, wenn wenigstens einer der Schalter 41, 42, 4m eingeschaltet ist. Der Strompegel des Stromes I3 wird dadurch eingestellt, indem ausgewählt wird, welche der Schalter 41, 42, 4m eingeschaltet wird/werden. Gemäß einem Beispiel sind die von den einzelnen Stromquellen 31, 32, 3m bereitgestellten Ströme gleich. In diesem Fall können m verschiedene Strompegel eingestellt werden, wobei m die Anzahl der parallel geschalteten Stromquellen angibt. Gemäß einem weiteren Beispiel sind die Strompegel der Ströme welche durch die einzelnen Stromquellen 31, 32, 3m bereitgestellt werden unterschiedlich. In diesem Fall können 2^m-1 verschiedene Strompegel eingestellt werden.
9 zeigt eine Stromquelle 3 gemäß einem weiteren Beispiel. In diesem Beispiel weist die Stromquelle einen variablen Widerstand 5 auf, welcher in Serie zu einer Spannungsquelle 6 und einem elektronischen Schalter 4 geschaltet ist. Ein Ausgangsstrom I3 dieser Stromquelle 3 hängt von einem Widerstand des variablen Widerstands 5 ab, wobei der Ausgangsstrom I3 sich erhöht, wenn sich der Widerstand des variablen Widerstands 5 verringert. Das Steuersignal S3 weist ein erstes Untersignal S3R, welches den Widerstand des variablen Widerstands 5 anpasst, und ein zweites Untersignal S3S auf, welches den elektronischen Schalter 4 ein- oder ausschaltet, wobei die Stromquelle 3 aktiviert ist, wenn der elektronische Schalter 4 eingeschaltet ist, und deaktiviert ist, wenn der elektronische Schalter 4 ausgeschaltet ist.
10 zeigt eine Modifikation der in 9 dargestellten Stromquelle 3. In diesem Beispiel weist die Stromquelle 3 eine Vielzahl von Widerständen 51, 52, 5m auf, wobei jeder dieser Widerstände in Serie zu einem elektronischen Schalter 41, 42, 4m geschaltet ist. Das Steuersignal S3 weist m Untersignale auf, wobei jedes dieser Untersignale S31, S32, S3m dazu ausgebildet ist, einen der elektronischen Schalter 41, 42, 4m zu steuern. Die Stromquelle 3 weist m Serienschaltungen auf, wobei jede dieser Serienschaltungen einen Widerstand 51, 52, 5m und einen elektronischen Schalter 41, 42, 4m aufweist. Die einzelnen Serienschaltungen sind parallel zueinander geschaltet, wobei die Parallelschaltung in Serie zu der Spannungsquelle 6 geschaltet ist. Die Parallelschaltung weist einen Gesamtwiderstand auf, wobei dieser Gesamtwiderstand dadurch bestimmt wird, welche der Widerstände 51, 52, 5m aktiviert sind, indem der entsprechende Schalter 41, 42, 4m eingeschaltet ist.
11 zeigt ein Beispiel einer Steuerschaltung 2, die dazu ausgebildet ist, eine Stromquelle von einem der in den 8 oder 10 dargestellten Typen zu steuern. Diese Steuerschaltung 2 weist einen Frequenzdetektor 21 auf, welcher das Eingangssignal S_IN empfängt und dazu ausgebildet ist, die Frequenz des Eingangssignals S_IN zu detektieren. Eine durch den Frequenzdetektor 21 bereitgestellte Frequenzinformation S_f wird an eine Zuordnungsschaltung 22 weitergeleitet. Die Frequenzinformation S_f ist eine Information über die detektierte Frequenz des Eingangssignals S_IN. Diese Frequenzinformation kann eines von der detektierten Frequenz f, der Dauer eines Ansteuerzyklus, oder einer durchschnittlichen Dauer mehrerer Ansteuerzyklen aufweisen. Die Zuordnungsschaltung 22 bestimmt basierend auf der Frequenzinformation S_f den gewünschten Ausgangsstrom der Stromquelle 3. Es sollte bemerkt werden, dass in 11 nur das Ansteuern einer einzelnen Stromquelle 3 dargestellt ist. Die andere Stromquelle kann jedoch selbstverständlich auf die gleiche Weise gesteuert werden.
In dem in 11 dargestellten Beispiel bestimmt die Zuordnungsschaltung 22 basierend auf dem Frequenzsignal S_f welche der Vielzahl von Stromquellen (31, 32, 3m in 8) oder Widerständen (51, 52, 5m in 10 dargestellt) angesteuert werden soll und erzeugt eine Vielzahl von Ausgangssignalen S22₁, S22₂, S22_m wobei jedes dieser Ausgangssignale S22₁–S22_m dazu ausgebildet ist, eine der Stromquellen oder Widerstände zu aktivieren. Eine Schalteranordnung 23 empfängt diese Ausgangssignale S22₁, S22₂, S22_m und das Eingangssignal S_IN und erzeugt die Untersignale S31, S32, S3m basierend auf den Ausgangssignalen. In dieser Steuerschaltung 2 definieren die Ausgangssignale S22₁–S22_m, welche der Stromquellen oder Widerstände aktiviert werden sollen und das Eingangssignal S_IN definiert die Zeiten. Das heißt, dass das Eingangssignal S_IN definiert, wann die einzelnen Stromquellen oder Widerstände aktiviert werden sollen.
12 zeigt eine vereinfachte Steuerschaltung 2. Diese Steuerschaltung 2 ist dazu ausgebildet, Stromquellen oder Widerstände zu steuern. Ein erstes Ausgangssignal S31 dieser Steuerschaltung 2 entspricht dem Eingangssignal S_IN. Ein zweites Ausgangssignal S32 hängt von der Frequenzinformation S_f ab. Ein Komparator 24 vergleicht die Frequenzinformation S_f mit einer Referenz S_f-TH und aktiviert eine zweite Stromquelle oder einen zweiten Widerstand basierend darauf, ob die Frequenzinformation S_f unterhalb oder oberhalb der Referenz S_f-TH liegt. Ein Ausgangssignal S24 dieses Komparators 24 hängt von dem Vergleich ab und eine Schaltungsanordnung 23 erzeugt das Untersignal S32 basierend auf dem Ausgangssignal des Komparators 24.
13 zeigt eine elektronische Schaltung gemäß einem weiteren Beispiel. Diese elektronische Schaltung weist eine Halbbrücke mit einem ersten Transistor M1 und einem zweiten Transistor M2 auf. Eine erste Ansteuerschaltung 11 steuert das erste Transistorbauelement M1 an und eine zweite Ansteuerschaltung 12 steuert das zweite Transistorbauelement M2 an. Die erste Ansteuerschaltung 11 steuert das erste Transistorbauelement M1 basierend auf einem ersten Eingangssignal S_IN1 und der Frequenzinformation S_f an. Die Frequenzinformation S_f wird durch den Frequenzdetektor 21 basierend auf einem Eingangssignal S_IN bereitgestellt. Die zweite Ansteuerschaltung 12 empfängt ein zweites Eingangssignal S_IN2 und die Frequenzinformation S_f und steuert das zweite Transistorbauelement M2 basierend auf diesen Signalen an.
Eine Steuerschaltung 6 erzeugt das erste Eingangssignal S_IN1 und das zweite Eingangssignal S_IN2 basierend auf dem Eingangssignal S_IN wie in 14 dargestellt. Insbesondere erzeugt die Steuerschaltung 6 das erste Eingangssignal S_IN1, S_IN2 derart, dass zu einem Zeitpunkt immer nur eines des ersten Transistorbauelementes M1 und des zweiten Transistorbauelementes M₂ eingeschaltet ist. Gemäß einem Beispiel erzeugt die Steuerschaltung 6 das erste Eingangssignal S_IN1 und das zweite Eingangssignal S_IN2 derart, dass das erste Transistorbauelement M1 eingeschaltet ist, wenn das Eingangssignal S_IN einen ersten Signalpegel aufweist, und dass das zweite Transistorbauelement M2 eingeschaltet ist, wenn das Eingangssignal S_IN einen zweiten Signalpegel aufweist, welcher sich von dem ersten Signalpegel unterscheidet.
In der in 13 dargestellten elektronischen Schaltung teilen sich die erste Ansteuerschaltung 11 und die zweite Ansteuerschaltung 12 den Frequenzdetektor 21, welcher in 13 außerhalb der ersten Ansteuerschaltung 11 und der zweiten Ansteuerschaltung 12 dargestellt ist. Abgesehen davon können die erste Ansteuerschaltung 11 und die zweite Ansteuerschaltung 12 wie oben erläutert jeder der Ansteuerschaltungen 1 entsprechen.

Claims

Ein Verfahren das aufweist: Messen einer Frequenz eines Eingangssignals, welches von einer Ansteuerschaltung empfangen wird; und Ansteuern eines Transistorbauelementes durch die Ansteuerschaltung basierend auf dem Eingangssignal, so dass eine Schaltgeschwindigkeit des Transistors von der gemessenen Frequenz abhängt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das abhängig Sein der Schaltgeschwindigkeit des Transistors von der gemessenen Frequenz aufweist, dass sich die Schaltgeschwindigkeit erhöht wenn sich die gemessene Frequenz erhöht.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Schaltgeschwindigkeit die Schaltgeschwindigkeit bei wenigstens einem von dem Einschalten und dem Ausschalten des Transistorbauelements aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Ansteuern des Transistors das Erzeugen eines Ansteuersignals an einem Gateanschluss des Transistors aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei das Erzeugen des Ansteuersignals das Treiben eines Gatestromes in den Gateanschluss aufweist, und wobei das Erhöhen der Schaltgeschwindigkeit das Erhöhen eines Strompegels des Gatestromes aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei das Einschalten des Transistorbauelements das Treiben des Gatestromes in einer ersten Richtung aufweist, und wobei das Ausschalten des Transistorbauelements das Treiben des Gatestromes in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Ansteuern des Transistors das Ansteuern des Transistorbauelements in einer Vielzahl von zeitlich aufeinander folgenden Ansteuerzyklen aufweist, so dass das Transistorbauelement in jedem Ansteuerzyklus ein Mal einschaltet und ein Mal ausschaltet, und wobei das Messen der Frequenz das Messen der Dauer wenigstens eines Ansteuerzyklusses aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei das Messen der Frequenz das Messen der Zeitdauer mehrerer aufeinander folgender Ansteuerzyklen und das Berechnen einer durchschnittlichen Dauer basierend auf den gemessenen Dauern aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei das Messen der Frequenz das erneute Messen der Frequenz vor jedem Ansteuerzyklus aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei das Messen der Frequenz das Messen der Frequenz alle n Ansteuerzyklen und das Verwenden der gemessenen Frequenz in n folgenden Ansteuerzyklen aufweist.
Eine Ansteuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Eingangssignal zu empfangen, eine Frequenz des Eingangssignals zu messen, und ein Transistorbauelement basierend auf dem Eingangssignal derart anzusteuern, dass eine Schaltgeschwindigkeit des Transistors von der gemessenen Frequenz abhängt.
Die Ansteuerschaltung gemäß Anspruch 11, wobei die Ansteuerschaltung dazu ausgebildet ist, die Schaltgeschwindigkeit zu erhöhen, wenn sich die gemessene Frequenz erhöht.
Die Ansteuerschaltung gemäß Anspruch 11, wobei die Ansteuerschaltung dazu ausgebildet ist, das Transistorbauelement basierend auf der gemessenen Frequenz bei wenigstens einem von dem Einschalten und dem Ausschalten des Transistorbauelementes anzusteuern.
Die Ansteuerschaltung gemäß Anspruch 11, wobei die Ansteuerschaltung dazu ausgebildet ist, den Transistor durch das Erzeugen eines Ansteuersignals an einem Gateanschluss des Transistors anzusteuern.
Die Ansteuerschaltung gemäß Anspruch 11, wobei die Ansteuerschaltung dazu ausgebildet ist, das Ansteuersignal durch das Treiben eines Gatestromes in den Gateanschluss zu erzeugen, und die Schaltgeschwindigkeit durch Erhöhen eines Strompegels des Gatestromes zu erhöhen.
Die Ansteuerschaltung gemäß Anspruch 15, wobei die Ansteuerschaltung dazu ausgebildet ist, das Transistorbauelement durch Treiben des Gatestromes in einer ersten Richtung einzuschalten, und das Transistorbauelement durch Treiben des Gatestromes in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung auszuschalten.
Die Ansteuerschaltung gemäß Anspruch 15, wobei die Ansteuerschaltung dazu ausgebildet ist, das Transistorbauelement in einer Vielzahl von zeitlich aufeinander folgenden Ansteuerzyklen derart anzusteuern, dass das Transistorbauelement in jedem Ansteuerzyklus ein Mal einschaltet und ein Mal ausschaltet, und die Frequenz durch Messen der Dauer wenigstens eines Ansteuerzyklusses zu messen.
Die Ansteuerschaltung gemäß Anspruch 17, wobei die Ansteuerschaltung dazu ausgebildet ist, die Frequenz durch Messen der Zeitdauern mehrerer aufeinander folgender Ansteuerzyklen und durch Berechnen einer durchschnittlichen Dauer basierend auf den gemessenen Zeitdauern zu berechnen.
Die Ansteuerschaltung gemäß Anspruch 17, wobei die Ansteuerschaltung dazu ausgebildet ist, die Frequenz durch erneutes Messen der Frequenz vor jedem Ansteuerzyklus zu messen.
Die Ansteuerschaltung gemäß Anspruch 17, wobei die Ansteuerschaltung dazu ausgebildet ist, die Frequenz aller n Ansteuerzyklen zu messen und die gemessene Frequenz in n aufeinander folgenden Ansteuerzyklen anzuwenden.