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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet von Halbleiterelektronik und, bei bestimmten Ausgestaltungen, das technische Gebiet von Klemmschaltungen.
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Gatetreiberschaltungen sind bei vielen elektronischen Anwendungen angefangen bei Computern über Automobile bis hin zur Solarleistungserzeugung weit verbreitet. Eine Gatetreiberschaltung kann verwendet werden, um einen Teil einer getakteten Schaltung (engl.: „switched-mode circuit“) einschließlich, zum Beispiel, eine getaktete Leistungsversorgung oder eine andere getaktete Schaltung, zu implementieren. In vielen Fällen werden innerhalb eines Systems einer getakteten Schaltung Spannungen erzeugt, indem durch den Betrieb einer mit einem Schalter gekoppelten Gatetreiberschaltung eine DC-DC-, DC-AC- und/oder AC-DC-Wandlung durchgeführt wird. Der Schalter selbst kann mit einer Spule, einem Transformator, einem Motor etc. gekoppelt werden. Getaktete Schaltungen können auch unter Verwendung einer Gatetreiberschaltung implementiert werden, um die Gates von einem oder mehr Schalttransistoren wie beispielsweise IGBT- oder MOSFET-Leistungsbauelementen anzusteuern. Allerdings kann parasitäres Einschalten oder Wiedereinschalten des angesteuerten Schalttransistors für die Gatetreiberschaltungen in vielen Situationen ein unerwünschtes Phänomen darstellen. Bei parasitärem Einschalten handelt es sich um einen physikalischen Effekt, der aufgrund einer schnellen Spannungsänderung über dem angesteuerten Schalttransistor in Kombination mit einer parasitären Gate-Kollektor-Kapazität oder Gate-Drain-Kapazität des Schalttransistors auftreten kann, wobei diese parasitäre Kapazität auch als Miller-Kapazität bekannt ist. Zum Beispiel kann die schnelle Spannungsänderung über einer parasitären Miller-Kapazität des Schalttransistors einen parasitären Strom erzeugen, der wiederum eine parasitäre Spannung am Gate des Schalttransistors erzeugt. Wenn die Spannung das Gate über die Schwellenspannung des Schalttransistors anhebt, kann der Schalttransistor selbst dann eingeschaltet werden, wenn der Schalttransistor dazu ausgebildet ist, ausgeschaltet zu werden. Dieses parasitäre Einschalten kann einen Überstrom erzeugen und es kann den Wirkungsgrad und den Betrieb der Schaltung beeinflussen. In einigen Fällen kann in der Gatetreiberschaltung eine Klemmschaltung implementiert sein, um Effekte aufgrund von parasitärem Einschalten zu verringern oder zu eliminieren.
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Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung enthält eine Schaltung eine konfigurierbare Klemmentreiberschaltung zum Klemmen einer Spannung an einem Gateanschluss eines ersten Transistors unter einen Einschaltspannungsschwellenwert bei Ausschalten des ersten Transistors, wobei die Klemmentreiberschaltung dazu ausgebildet ist, in einer von zwei Betriebsarten betrieben zu werden. In einer ersten Betriebsart der zwei Betriebsarten ist ein Ausgangsanschluss der Klemmentreiberschaltung dazu ausgebildet, mit dem Gateanschluss des ersten Transistors gekoppelt zu werden, um einen ersten Entladepfad für einen Strom, der bei Ausschalten des ersten Transistors von dem Gateanschluss fließt, bereitzustellen, wobei der erste Entladepfad einen mit dem Gateanschluss des ersten Transistors gekoppelten Widerstand überbrückt. In einer zweiten Betriebsart der zwei Betriebsarten ist der Ausgangsanschluss der Klemmentreiberschaltung dazu ausgebildet, mit einem Eingangsanschluss einer Klemmschaltung gekoppelt zu werden, wobei die Klemmschaltung mit dem Gateanschluss des ersten Transistors gekoppelt ist, um für den Strom, der bei Ausschalten des ersten Transistors von dem Gateanschluss des ersten Transistors fließt, einen zweiten Entladepfad bereitzustellen, wobei der zweite Entladepfad den mit dem Gateanschluss des ersten Transistors gekoppelten Widerstand überbrückt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung enthält eine integrierte Schaltung eine Klemmentreiberschaltung, die eine Pull-Up-Schaltung und eine Pull-Down-Schaltung enthält, wobei die Pull-Up-Schaltung und die Pull-Down-Schaltung mit einem Gatetreiber-Ausgangsanschluss gekoppelt sind, wobei der Gatetreiber-Ausgangsanschluss dazu ausgebildet ist, mit einem Eingangsanschluss eines Leistungstransistors gekoppelt zu werden. Die integrierte Schaltung enthält außerdem eine mit der Pull-UP-Schaltung und der Pull-Down-Schaltung gekoppelte Logikschaltung, wobei die Logikschaltung dazu ausgebildet ist, die Pull-Up-Schaltung und die Pull-Down-Schaltung zu steuern. Die Klemmentreiberschaltung ist dazu ausgebildet, entweder in einer ersten Konfiguration oder einer zweiten Konfiguration gekoppelt zu werden, wobei in der ersten Konfiguration ein Ausgangsanschluss der Klemmentreiberschaltung dazu ausgebildet ist, dass mit dem Gateanschluss des Leistungstransistors gekoppelt zu werden, und in der zweiten Konfiguration der Ausgangsanschluss der Klemmentreiberschaltung dazu ausgebildet ist, mit einem Gateanschluss eines externen Klemmtransistors gekoppelt zu werden, wobei ein Ausgangsanschluss des externen Klemmtransistors mit dem Gateanschluss des Leistungstransistors gekoppelt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das Konfigurieren einer Klemmentreiberschaltung in einer von zwei Konfigurationen, wobei das Konfigurieren der Klemmentreiberschaltung in einer ersten Konfiguration das Koppeln eines Ausgangsanschlusses der Klemmentreiberschaltung mit einem Gateanschluss eines ersten Transistors umfasst, und das Konfigurieren der Klemmentreiberschaltung in einer zweiten Konfiguration das Koppeln des Ausgangsanschlusses der Klemmentreiberschaltung mit einem Gateanschluss eines Klemmtransistors umfasst, wobei ein Ausgangsanschluss des Klemmtransistors mit dem Gateanschluss des ersten Transistors gekoppelt wird. Das Verfahren umfasst auch das Ausschalten des ersten Transistors und das Aktivieren der Klemmentreiberschaltung.
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Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und deren Vorteile wird nun Bezug genommen auf die folgenden Beschreibungen, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen erfolgen, in denen:
- 1 ein Schaltbild einer mit einem Schalttransistor gekoppelten Gatetreiberschaltung ist;
- 2A-2B Ausgestaltungen einer Gatetreiberschaltung, die eine konfigurierbare Klemme aufweist, zeigen;
- 3A-3B Ausgestaltungen einer Gatetreiberschaltung, die eine konfigurierbare Klemme mit einer Spannungsregelungs-Teilschaltung aufweist, zeigen; und
- 4A-4B Ausgestaltungen einer Gatetreiberschaltung, die eine konfigurierbare Klemme mit einer Spannungsbegrenzungs-Teilschaltung aufweist, zeigen.
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Bevor im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ausführlicher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass dieselben und funktional gleiche Elemente in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sind und dass eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird. Daher ist die Beschreibung der mit denselben Bezugszeichen versehenen Elemente bei den verschiedenen Ausgestaltungen austauschbar und/oder anwendbar.
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Bei einer Ausgestaltung kann ein konfigurierbarer Klemmtreiber dazu ausgebildet sein, dass er entweder eine integrierte Klemme mit offenem Drain oder ein Gatetreiber, der einen externen diskreten Klemmtransistor ansteuert, ist. Der konfigurierbare Klemmtreiber kann, zum Beispiel durch eine programmierbare Logik, Fuses oder Metalltausch (engl.: „metal change“), konfigurierbar sein. Auf diese Weise kann ein einzelner Klemmtreiber als elektrischer Klemmtreiber oder als Klemme selbst verwendet werden. Der konfigurierbare Klemmtreiber kann zum Beispiel mit einem Schalttransistor, einer Leistungseinrichtung oder einer schaltenden Schaltung gekoppelt sein.
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1 zeigt ein Schaltbild einer Beispiel-Gatetreiberschaltung 100, die einem parasitären Einschalten ausgesetzt ist. Die getaktete Beispiel-Schaltung 100 enthält einen getakteten Treiber 102, der mit einer ein Leistungsbauelement Q1 enthaltenden Ausgangsstufe gekoppelt und dazu ausgebildet ist, diese anzusteuern. Das Leistungsbauelement Q1 ist als IGBT gezeigt, auch wenn es sich bei Q1 in anderen Fällen um eine andere Art von Leistungsbauelement wie beispielsweise einen Leistungs-MOSFET, einen Siliziumkarbid-MOSFET, einen JFET, einen HEMT oder dergleichen, oder eine Kombination von Leistungsbauelementen handeln kann. Der Gateanschluss 106 von Q1 ist über einen Gatewiderstand RG mit dem getakteten Treiber 102 gekoppelt. Ein Beispiel-Kollektorknoten 110 ist als mit dem Kollektor von Q1 gekoppelt gezeigt, und ein Beispiel-Emitterknoten 112 ist als mit dem Emitter von Q1 gekoppelt gezeigt. Ebenfalls in 1 gezeigt ist eine parasitäre Miller-Kapazität CGC zwischen dem Kollektorknoten 110 und dem Gate 106 von Q1. In einigen Fällen kann Q1 mit einem zusätzlichen Leistungsbauelement (nicht gezeigt) als Teil einer Halbbrückentopologie gepaart sein. Zum Beispiel kann das zusätzliche Leistungsbauelement mit dem Kollektorknoten 110 gekoppelt sein. In einigen Fällen kann Q1 über einen extern Verstärker (nicht gezeigt) mit dem Treiber 102 gekoppelt sein.
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In einigen Fällen kann das Einschalten eines gepaarten Bauelements (z.B. das oben beschriebene, mit Q1 gekoppelte zusätzliche Leistungsbauelement) eine schnelle Spannungsänderung zwischen dem Kollektorknoten
110 und dem Emitterknoten
112 von Q1 bewirken. Zum Beispiel kann diese Spannung dadurch ausgelöst werden, dass das zusätzliche gepaarte Bauelement in einer Halbbrückentopologie eingeschaltet wird und dass ein Laststrom durch eine Freilaufdiode von Q1 fließt, bevor das gepaarte Bauelement vollständig eingeschaltet ist. Dieses hohe dv
CE /dt über Q1 kann einen Strom I
DIS durch den parasitären Miller-Kondensator C
GC erzeugen. Der Strom I
DIS kann dann über R
G einen Spannungsabfall, der die Spannung an dem Gate
106 anhebt, erzeugen. Bei diesem illustrativen Beispiel fließt der Strom I
DIS durch die Pull-Down-Einrichtung
118 des Treibers
102, die einen Widerstand R
DSoff aufweist, nach VEE2. Die an dem Gateanschluss
106 erzeugte Spannung V
G relativ zu dem Emitterknoten
112 kann gemäß den Gleichungen (1) und (2) berechnet werden:
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Wenn VG höher als die Schwellenspannung des Leistungsbauelements Q1 ist, wird Q1 parasitär eingeschaltet. Dieses dynamische Einschalten von Q1 dauert an, bis der reguläre Entladepfad durch RG die angestiegene Gatespannung VG ausgleicht. In einigen Fällen kann die Induktivität der Verbindungen zwischen dem Treiber 102 und Q1 einen parasitären Einschalteffekt erhöhen. Zum Beispiel kann eine erhöhte Verbindungsinduktivität die vom Gate von Q1 zum Treiber 102 hin gesehene Hochfrequenzimpedanz entsprechend erhöhen. Ein hochfrequenter Strom IDIS über diese erhöhte Hochfrequenzimpedanz erhöht ebenfalls die auf dem Gateanschluss 106 erzeugte Spannung VG, was Q1 parasitär einschalten kann. In einigen Fällen erhöht die Induktivität der Verbindungen zwischen dem Treiber 102 und Q1 die Zeit, die der Entladestrom benötigt, um VG unter den Schwellenwert zu verringern. Das parasitäre Einschalten kann die Sicherheit und den Wirkungsgrad des Systems beeinträchtigen. Zum Beispiel könnte in einigen Fällen ein Stromdurchschuss zwischen Q1 und einem gepaarten Bauelement auftreten, was den Wirkungsgrad verringern und sogar das Bauelement selbst beschädigen kann.
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Die 2A-2B zeigen Schaltbilder einer konfigurierbaren Klemmschaltung 200 gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Die konfigurierbare Klemmschaltung 200 kann ein Teil einer anderen Schaltung wie beispielsweise einer Treiberschaltung wie der in 1 gezeigten Treiberschaltung 102 sein. Die konfigurierbare Klemmschaltung 200 enthält einen ersten Treibertransistor NM1 und einen zweiten Treibertransistor PM1. Bei einigen Ausgestaltungen kann die Funktion des zweiten Treibertransistors PM1 durch eine Pull-UP-Schaltung, die einen n-Kanal-MOSFET oder eine Kombination von n-Kanal- und p-Kanal-MOSFETs verwendet, implementiert werden. Sowohl NM1 als auch PM1 sind mit einem KLEMM-Pin, der mit dem Gateknoten 202 eines Leistungsbauelements Q1 gekoppelt ist, gekoppelt. Bei den in den 2A-2B gezeigten Ausgestaltungen ist Q1 als IGBT gezeigt, auch wenn es sich bei Q1 bei anderen Ausgestaltungen um eine andere Art von Leistungsbauelement wie vorangehend beschrieben handeln kann. Gemäß einer Ausgestaltung wird die konfigurierbare Klemmschaltung 200 in einer von zwei Kemmkonfigurationen betrieben. Bei der in 2A gezeigten ersten Konfiguration ist der externe Klemmtransistor T1 vorhanden und wird als Klemmtransistor verwendet, um einen parasitären Strom vom Gate von Q1 nebenzuschließen (engl.: „shunt“) . Bei der in 2B gezeigten Konfiguration ist der externe Klemmtransistor T1 nicht vorhanden und der Treibertransistor NM1 wird als Klemmtransistor verwendet, um einen parasitären Strom vom Gate von Q1 nebenzuschließen. Jede Konfiguration wird unten ausführlicher beschrieben.
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Bei der in 2A gezeigten Ausgestaltung wird die Spannung VG an dem Gateknoten 202 von Q1 über die Pins OUTH und OUTL getrieben. Die OUTH- und OUTL-Pins können Teil der konfigurierbaren Klemmschaltung 200 oder Teil einer separaten Gatetreiberschaltung sein. Um Q1 einzuschalten, injiziert der OUTH-Pin Strom in den Gateknoten 202, was die Spannung VG über die Schwellenwertspannung von Q1 anhebt. Um Q1 auszuschalten, zieht (engl.: „sinks“) der OUTL-Pin Strom von dem Gateknoten 202, was die Spannung VG unter die Schwellenwertspannung von Q1 verringert. In einigen Fällen wird die Spannung VG am Gateknoten 202 immer dann überwacht, wenn Q1 nominal ausgeschaltet ist. Wenn die Spannung VG unter eine vorgegebene Klemmspannung abfällt, aktiviert die konfigurierbare Klemmschaltung 200 einen Klemmtransistor T1, der einen niederimpedanten Pfad parallel zu OUTL bereitstellt und Strom von dem Gateknoten 202 weg nebenschließt. In einigen Fällen wird der Klemmtransistor T1 aktiviert, wenn Q1 nominal ausgeschaltet ist, ohne die Spannung VG zu überwachen. Auf diese Weise wird im Fall von parasitärem Einschalten ein parasitärer Strom wirksam von dem Gateknoten 202 dissipiert, wodurch das Ausmaß von parasitärem Einschalten eliminiert oder verringert wird. Der Klemmtransistor T1 kann aktiviert bleiben, bis Q1 erneut eingeschaltet wird. In einigen Fällen kann dies als „aktive Miller-Klemm“-Schaltung, in der ein zusätzlicher Low-Side-Ausgang des Treibers RG überbrückt, um den Widerstand zwischen dem Gateanschluss 202 und einer Stromsenke (typischerweise ein Bezugsspannungsknoten) zu verringern, bezeichnet werden. Zum Beispiel kann der Klemmtransistor den Strom nach GND2 für eine Implementierung mit unipolarem Bauelement, nach VEE2 für eine Implementierung mit bipolarem Bauelement, oder zu einem anderen Knoten bei einer anderen Implementierung nebenschließen. Die Spannung VG am Gateknoten 202 kann überwacht werden, zum Beispiel durch eine Komparatorschaltung oder eine andere Schaltung (nicht gezeigt), die mit der konfigurierbaren Klemmschaltung 200 gekoppelt ist. Die Spannung VG kann überwacht werden, zum Beispiel über den OUTH-Pin, den KLEMM-Pin, oder über einen anderen Pin oder einen anderen Knoten. Der Klemmspannungswert von VG kann als Spannung, die geringer als die Schwellenwertspannung von Q1 ist, konfiguriert werden. Zum Beispiel kann der Klemmspannungswert bei einigen Ausgestaltungen eine Spannung relativ zu GND2 wie beispielsweise GND2+2V, GND2+3V oder eine andere Spannungsdifferenz relativ zu GND2 oder einer anderen Spannung wie beispielsweise VEE2 sein. Bei anderen Ausgestaltungen kann der Klemmspannungswert eine feste Bezugsspannung oder eine Spannungsdifferenz relativ zu einer/einem anderen Spannung, Knoten oder Pin sein.
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Bei der ersten Konfiguration der Ausgestaltung ist der Gateanschluss 210 des externen Klemmtransistors T1 über den KLEMM-Pin mit den Treibertransistoren NM1 und PM1 gekoppelt. Der Sourceanschluss 212 von T1 ist mit der Spannungsreferenz VEE2 gekoppelt, auch wenn der Sourceanschluss 212 bei anderen Ausgestaltungen mit einer anderen Spannungsreferenz oder einem anderen Knoten wie beispielsweise GND oder einer anderen Spannungsreferenz gekoppelt sein kann. Der Drainanschluss 214 von T1 ist mit dem Gateanschluss 202 von Q1 gekoppelt. Daher können die Treibertransistoren NM1 und PM1 so arbeiten, dass sie T1 einschalten und einen niederohmigen Pfad durch T1, der einen parasitären Strom durch T1 nach VEE2 nebenschließt, bereitstellt. Bei einigen Ausgestaltungen kann es sich bei dem externen Klemmtransistor T1 um einen MOSFET vom Typ p oder p-Kanal-MOSFET, einen MOSFET vom Typ n oder n-Kanal-MOSFET, eine andere Art von Transistor oder eine Schaltung, die mehrere Transistoren enthält, handeln. Bei einigen Ausgestaltungen ist der externe Klemmtransistor T1 ein Niederspannungstransistor, bei dem ein VGS eine Maximalspannung von etwa 15 bis 20 V aufweist.
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Bei der in 2B gezeigten zweiten Konfiguration ist der externe Klemmtransistor T1 nicht vorhanden, und der Drainanschluss 216 von NM1 ist über den KLEMM-Pin direkt mit dem Gateanschluss 202 von Q1 gekoppelt. In der zweiten Konfiguration werden die Transistoren NM1 und PM1 nicht als Treibertransistoren verwendet. Insbesondere ist PM1 deaktiviert und nur NM1 wird verwendet. Daher kann die konfigurierbare Klemmschaltung 200 zum Beispiel so arbeiten, dass sie den Transistor NM1 einschaltet und einen parasitären Strom durch NM1 nach VEE2 nebenschließt.
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Die Konfiguration der konfigurierbaren Klemmschaltung 200 (d. h. ob sie sich in der in 2A gezeigten ersten Konfiguration oder in der in 2B gezeigten zweiten Konfiguration befindet) kann durch ein oder mehr Steuersignale gesteuert werden. Die Steuersignale können zum Beispiel von anderen Schaltungen oder einer anderen Logik innerhalb einer integrierten Schaltung bereitgestellt werden. Gemäß einem Beispiel kann es sich in den 2A-2B bei dem Steuersignal clamp_driver_i um eine logische Signalspannung wie beispielsweise eine High-Spannung (wie beispielsweise 1V, 3,3V, 5V oder eine andere Spannung) oder eine Low-Spannung (wie beispielsweise 0V) handeln. Bei der in den 2A-2B gezeigten Ausgestaltung kann eine High-Spannung auf clamp_driver_i signalisieren, dass die konfigurierbare Clampschaltung in der ersten Konfiguration arbeitet (d. h. als Treiber für einen externen Klemmtransistor). Ähnlich kann eine Low-Spannung auf clamp_driver_i signalisieren, dass die konfigurierbare Klemmschaltung 200 in der zweiten Konfiguration (d. h. als Klemmtransistor) betrieben wird. In einigen Fällen kann ein Steuersignalwert, der der konfigurierbaren Kemmschaltungs-200-Konfiguration entspricht, in einem Speicherregister gespeichert werden.
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In einigen Fällen wird der Betrieb des Klemmtransistors (d. h. T1 in dem ersten Konfigurationsbeispiel von 2A oder NM1 bei dem zweiten Konfigurationsbeispiel von 2B) auch durch ein Steuersignal gesteuert werden. Zum Beispiel schaltet bei einer Ausgestaltung eine High-Spannung auf clamp_i den Klemmtransistor ein, um den Überstrom weg von dem Gateanschluss 202 von Q1 nebenzuschließen. Andererseits schaltet eine Low-Spannung auf clamp_i den Klemmtransistor aus.
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Bei einigen Ausgestaltungen können die Steuersignale über eine Logik wie beispielsweise die Logik-Teilschaltung 220 in den 2A-2B mit NM1 und PM1 gekoppelt werden. Die Logik-Teilschaltung 220 ist mit anderen Schaltungen oder einer anderen Logik der integrierten Schaltung gekoppelt und koppelt clamp_driver_i und clamp_i mit NM1 und PM1. Die logische Teilschaltung 220 schaltet NM1 und PM1 auf geeignete Weise abhängig von der Konfiguration (wie durch clamp_driver_i angegeben) und davon, ob gewünscht ist, dass die Klemme (wie durch clamp_i angezeigt) eingeschaltet wird, ein und aus. In einigen Fällen kann eine zusätzliche Logik wie beispielsweise zusätzliche Inverter 222, die verwendet werden können, um die angemessene logische Bedeutung von clamp_i in der ersten Konfiguration aufrechtzuerhalten, eingesetzt werden. In einigen Fällen kann eine andere Schaltung zwischen die Steuersignale und die Treibertransistoren gekoppelt werden. Zum Beispiel kann, wie in den 2A-2B gezeigt, ein Pegelumsetzer 224 zwischen der logischen Teilschaltung 220 und dem Gateanschluss von PM1 implementiert werden, um die Spannung des Steuersignals geeignet einzustellen. Allerdings ist die logische Teilschaltung 220 lediglich ein Beispiel, bei anderen Ausgestaltungen können andere logische Teilschaltungen oder Schaltungskonfigurationen verwendet werden.
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In einigen Fällen, in denen sich die konfigurierbare Klemmschaltung 200 in der ersten Konfiguration befindet, kann eine Spannungsbegrenzung erwünscht sein, um die Spannung an dem Gateanschluss 210 des externen Klemmtransistors T1 zu begrenzen, um das Risiko eines Hochspannungsschadens an T1 während eines Einschaltens von T1 zu verringern. Die 3A-3B zeigen Prinzipschaltbilder einer Ausgestaltung, die eine Spannungsreglerschaltung 330 beinhaltet, um die Spannung an dem Gateanschluss 328 zu begrenzen, und die 4A-4B zeigen Prinzipschaltbilder einer Ausgestaltung, die eine Spannungsbegrenzerschaltung 450 beinhaltet, um die Spannung an dem Gateanschluss 428 zu begrenzen. Bei den in den 3A-3B und den 4A-4B gezeigten Ausgestaltungen handelt es sich um Beispiele; andere konfigurierbare Klemmschaltungen können andere Implementierungen oder Konfigurationen zum Regeln oder Begrenzen der Gatespannung von T1 aufweisen.
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Die Ausgestaltung der in den 3A-3B gezeigten konfigurierbaren Klemmschaltung 300 ist ähnlich zu der konfigurierbaren Klemmschaltung 200 der 2A-2B mit der Ausnahme, dass die in den 3A-3B gezeigte konfigurierbare Klemmschaltung 300 eine Beispiel-Spannungsregelungs-Teilschaltung 330 zwischen der externen Leistungsversorgung VCC2 und den Treibertransistoren PM1 und NM1 aufweist. Ein Pegelumsetzer 334 innerhalb der Spannungsregelungs-Teilschaltung 330 ist durch die logische Teilschaltung 320 mit clamp_driver_i gekoppelt. 3A zeigt die konfigurierbare Klemmschaltung 300 in der ersten Konfiguration und 3B zeigt die konfigurierbare Klemmschaltung 300 in der zweiten Konfiguration. Die Spannungsregelungs-Teilschaltung 330 ist dazu ausgebildet, eine Spannung VREF an dem Sourceanschluss 326 von PM1 aufrechtzuerhalten. Daher ist, da der externe Klemmtransistor T1 durch PM1 und NM1 angesteuert wird, die Maximalspannung an dem Gateanschluss 328 von T1 auch während eines Ausschaltens von T1 auf VREF begrenzt. Wenn sich die konfigurierbare Klemmschaltung 300 in der in 3B gezeigten zweiten Konfiguration befindet, ist die Spannungsregelungs-Teilschaltung 330 deaktiviert, der Sourceanschluss 326 von PM1 ist nach VCC2 gezogen und daher ist PM1 deaktiviert. Ansonsten ist die Arbeitsweise im Wesentlichen dieselbe wie die in 2B gezeigte, nicht-spannungsbegrenzte Version. In einigen Fällen kann ein VREG-Pin mit dem Sourceanschluss 326 gekoppelt werden, und ein externer Entkopplungskondensator 340 kann den VREG-Pin mit VEE2 oder einer anderen Bezugsspannung koppeln. Bei der in den 3A-3B gezeigten Spannungsregelungs-Teilschaltung 330 wird ein NMOS als Passier-Element verwendet, auch wenn bei anderen Ausgestaltungen ein PMOS als Passier-Element verwendet werden kann. Bei der Spannungsregelungs-Teilschaltung 330 handelt es sich nur um ein Beispiel, bei anderen Ausgestaltungen können andere Spannungsregelungs-Teilschaltungen oder Schaltungskonfigurationen verwendet werden.
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Die in den 4A-4B gezeigte Ausgestaltung der konfigurierbaren Klemmschaltung 400 ist ähnlich zu der in den 2A-2B gezeigten konfigurierbaren Klemmschaltung 200 mit der Ausnahme, dass die in den 4A-4B gezeigte konfigurierbare Klemmschaltung 400 eine Beispiel-Spannungsbegrenzer-Teilschaltung 450 enthält. 4A zeigt die konfigurierbare Klemmschaltung 400 in der ersten Konfiguration, und 4B zeigt die konfigurierbare Klemmschaltung 400 in der zweiten Konfiguration. Die Spannungsbegrenzer-Teilschaltung 450 enthält eine Source-Folger-Pull-Up-Stufe, die durch einen Transistor NM5 implementiert und mit dem Treibertransistor PM1 gekoppelt ist. Bei einigen Ausgestaltungen kann ein optionaler Transistor NM4 und NM5 in Reihe gekoppelt werden, um einen antiseriellen Schalter (engl.: „back-to-back-switch“) zum Deaktivieren des High-Side-Treibers zu implementieren. Die Spannungsbegrenzung in der Spannungsbegrenzer-Teilschaltung 450 ist durch eine Zenerdiode 452 implementiert. Die Zenerdiode 452 ist mit dem Drainanschluss 326 des Treibertransistors PM1 und mit einer Bezugsspannung wie beispielsweise VSS2 oder einer anderen Bezugsspannung gekoppelt. Die Zenerdiode 452 kann eine spezifizierte Zenerspannung wie beispielsweise 8V, 10V, 12V oder eine andere Spannung aufweisen. Der Drainanschluss 326 von Transistor PM1 wird, relativ zu der Bezugsspannung der Zenerdiode, auf die Zenerspannung der Zenerdiode 452 begrenzt und somit wird der Gateanschluss 428 von T1 ebenfalls spannungsbegrenzt. Bei der Spannungsbegrenzer-Teilschaltung 450 handelt es sich allerdings nur um ein Beispiel, bei anderen Ausgestaltungen können andere Spannungsbegrenzer-Teilschaltungen oder Schaltungskonfigurationen verwendet werden. Bei einigen Ausgestaltungen wird die Spannungsbegrenzungsfunktion der Zenerdiode 452 statt dieser durch eine Spannungsklemmschaltung mit einer bestimmten Klemmspannung implementiert.
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Vorteile von Ausgestaltungen umfassen es, einen einzelnen Treiber dazu in die Lage zu versetzen, dass er sich für kleinere und größere Leistungspegel und unterschiedliche Anwendungen eignet. Darüber hinaus kann die konfigurierbare Klemmschaltung eine niederinduktive Klemmverbindung zwischen dem Treiber und dem angesteuerten Leistungsbauelement oder zwischen dem externen Klemmtransistor und dem angesteuerten Leistungsbauelement bereitstellen. Bei einigen Ausgestaltungen kann ein externer Klemmtransistor ein höheres Stromverarbeitungsvermögen als ein integrierter Klemmtransistor aufweisen. In einigen Fällen kann ein externer Klemmtransistor eine höhere Gatespannungsbegrenzung als ein integrierter Klemmtransistor aufweisen.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Verwendung eines externen Klemmtransistors anstelle eines internen Klemmtransistors die Induktivität der Verbindung durch den Klemmtransistor zwischen der Spannungsreferenz und dem Gateanschluss des Leistungsbauelements verringern kann. Um eine verbesserte Klemmung zu erzielen, kann das Schaltungslayout im Hinblick auf ein niederinduktives Routing zwischen dem Gateanschluss des Leistungsbauelements und dem KLEMM-Pin optimiert werden. Wie vorangehend beschrieben kann die Verbindungsinduktivität die Wahrscheinlichkeit oder das Ausmaß eines parasitären Stromereignisses erhöhen. Ein längerer Verbindungspfad zwischen dem Leistungsbauelement und dem Klemmtransistor kann eine höhere Induktivität aufweisen. Daher verringert die Verwendung eines externen Klemmtransistors die Länge des Verbindungspfads und sie kann die Induktivität verringern und dadurch das Ansprechen der Klemmschaltung auf ein parasitäres Stromereignis verbessern. In einigen Fällen muss die Treiberschaltung, zum Beispiel aufgrund von Layout-Begrenzungen oder anderen Aspekten, von dem Leistungsbauelement entfernt platziert werden. Durch die Verwendung eines externen Klemmtransistors, der nahe bei dem Leistungsbauelement platziert wird, kann eine niederinduktive Verbindung zwischen dem Klemmtransistor und dem Leistungsbauelement hergestellt werden, so dass die Treiberschaltung mit der konfigurierbaren Klemmschaltung nach wie vor relativ weit von dem Leistungsbauelement entfernt platziert werden kann. Dies kann eine größere Flexibilität beim Design zulassen.
