DE102019008830A1

DE102019008830A1 - Lastüberbrückungs-Flankensteilheitssteuer- und/oder -regeltechniken

Info

Publication number: DE102019008830A1
Application number: DE102019008830.1A
Authority: DE
Inventors: Eric Stephen YOUNG; Xin Qi
Original assignee: Analog Devices International ULC
Current assignee: Analog Devices International ULC
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2020-06-25
Also published as: CN111356264A; CN111356264B; US10554204B1; KR20200078374A

Abstract

Es werden Techniken für eine integrierte Flankensteilheit-Steuer- und/oder Regelschaltung bereitgestellt. In bestimmten Beispielen kann eine einstellbare, integrierte Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung für einen Überbrückungstransistor eine Einstellbarkeit von drei Dekaden bereitstellen. In einem Beispiel kann eine Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung einen Lastüberbrückungstransistor, einen Flankensteilheits-Steuerkondensator, der elektrisch zwischen einen Leitungsknoten des Lastüberbrückungstransistors und einen Steuerknoten des Lastüberbrückungstransistors gekoppelt ist, und eine Stromspiegelschaltung beinhalten. Die Stromspiegelschaltung kann einen Erfassungstransistor, der elektrisch in Reihe mit dem Flankensteilheits-Steuerkondensator und dem Steuerknoten gekoppelt ist, und einen Spiegeltransistor, der elektrisch zwischen eine Stromversorgung und den Steuerknoten gekoppelt ist, beinhaltet, um selektiv zu oder von dem Steuerknoten einen Shuntstrom bereitzustellen, welcher den Flankensteilheits-Steuerkondensator umgeht, um eine Flankensteilheit einer Spannung an dem Leitungsknoten zu begrenzen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung diskutiert Laststromsteuer- und/oder -regeltechniken, und genauer Flankensteilheitssteuer- und/oder -regeltechniken für Lastüberbrückungstransistoren.
Hintergrund
Das Schalten einer Lastüberbrückung ist eine Technik, um einen Überbrückungsschalter parallel zu einer Last zu platzieren, so dass Strom (das heißt Leistung) um die Last herum geleitet werden kann, ohne den Strom zu unterbrechen. Die Anstiegsgeschwindigkeit ist definiert als die zeitliche Änderungsrate der Spannung über den Überbrückungsschalter. Eine praktische Anwendung der geschalteten Lastüberbrückung ist das pulsbreitenmodulierte Dimmen von Leuchtdioden (LEDs). LEDs können in Reihe geschaltet werden, so dass in jeder LED der gleiche Strom fließt und somit eine gleichmäßige Lichtabgabe gewährleistet werden kann. Das Licht einer einzelnen LED oder eines Multi-LED-Segments kann zum Zweck des Dimmens gelöscht werden, indem ein Schalter parallel zu einer oder mehreren der LEDs betätigt wird, um den Strom um diesen Teil der in Reihe geschalteten LEDs herum umzuleiten. Ein gängiger Name für diese Technik ist Matrix-LED-Dimmen. Häufig regulieren LED-Treiber den Strom zu den LEDs und nicht die Spannung. Wenn Teile der LED-Last überbrückt werden, kann sich die Spannung über die gesamte Last ändern, auch wenn der Strom gleich bleibt. Da die Matrix-Dimmung Spannungssprünge erzeugen kann, gibt es Situationen, in denen eine Steuerung bzw. Regulierung der Anstiegsgeschwindigkeit während der Ein- und Ausschaltvorgänge Lichtintensitätsschwankungen abschwächen kann, die sonst bei den Spannungssprüngen auftreten. Eine Flankensteilheitssteuerung oder -regulierung kann Zeit zur Verfügung stellen, um einen Speicherkondensator über den LED Strang zu laden und zu entladen. Für schaltende DC/DC Stromwandler, welche diskontinuierliche Strompulse erzeugen, kann ein Ausgangs-Speicherkondensator den Strom filtern oder glätten, der an die Last abgegeben wird. Ein „Boost“ oder Aufwärtswandler ist ein Typ eines DC/DC Wandlers, der häufig einen Ausgangs-Speicherkondensator verwendet.
Eine signifikante, von Bypass- bzw. Überbrückungsschaltereignissen bedingter Stromfluktuation in LEDs sowie anderen Arten von Lasten kann Spannungs- oder Stromspitzen verursachen, welche den Betrieb der Last unterbrechen, Flickern in einer LED Last verursachen oder die Last wegen elektrischer Überlastung möglicherweise beschädigen können. Herkömmliche Techniken zur Begrenzung der Spannungsflankensteilheit in Bypass-Schaltanwendungen können einen integrierenden Kondensator zwischen einen Steuerknoten und einen geschalteten (zum Beispiel Drain) eines Überbrückungstransistors hinzufügen. Dieser Kondensator wird häufig als ein Miller-Kondensator bezeichnet. Darüber hinaus wird in herkömmlichen Techniken auch das Gate des Überbrückungstransistors mit einem festen Strom geladen oder entladen. Wenn der Überbrückungstransistor sich an der Einschalt- oder Ausschaltschwelle befindet, kann Strom über den Miller-Kondensator zu fließen beginnen, um dem Laden oder Entladen des Steuerknotens des Überbrückungstransistors entgegenzuwirken und daher eine Flankensteilheit bereitzustellen, welche von dem Kapazitätswert des Miller-Kondensators abhängt.
Die herkömmlichen Techniken haben eine Reihe von Nachteilen. Ein Nachteil ist, dass die Flankensteilheit nicht angepasst werden kann, sobald der Miller-Kondensator und der Steuerknotenladestrom festgelegt sind. Ein zweiter Nachteil ist, dass der Miller-Kondensator zu der Gesamtkapazität auf dem Steuerknoten beiträgt, selbst wenn der Steuerknoten sich nicht an der Einschalt- oder Ausschaltschwelle befindet, und keinen Vorteil einer Überbrückungsschalter-Spannungsflankensteilheitssteuerung und/oder -regelung bereitstellt. Die zusätzliche Kapazität kann zu unbeabsichtigt langen Verzögerungen dabei führen, den Steuerknoten auf die Schwellwertspannung zu bringen, wenn mit kleineren Lade- und Entladeströmen gekoppelt. Ein dritter Nachteil ist, dass eine akzeptable Miller-Kapazität, um eine adäquate Flankensteilheitsregulierung für ein System zu erhalten, das einen schaltenden Aufwärtswandler enthält, unpraktisch groß sein kann, als dass sie auf einem Chip, einem integrierten Schaltungselement verwirklicht werden könnte, oder der Lade-/Entladestrom ist unpraktikabel klein, so dass der Lade-/Entladestrom von Übergangs-Leckströmen dominiert sein kann. Implementierungen herkömmlicher Flankensteilheitstechniken begrenzen Flankensteilheiten typischer Weise auf 5V/µs für einen integrierten Miller-Kondensator. Langsamere Flankensteilheiten erfordern häufig, einen diskreten, externen Kondensator zu verwenden.
Figurenliste
In den Zeichnungen, die nicht notwendiger Weise maßstabsgerecht gezeichnet sein mögen, können gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten in unterschiedlichen Ansichten bezeichnen. Gleiche Zahlen, die unterschiedliche Suffixe aufweisen, können unterschiedliche Innstanzen gleicher Komponenten bezeichnen. Die Zeichnungen illustrieren beispielhaft und nicht beschränkend verschiedene Ausführungsformen, die in dem vorliegenden Dokument beschrieben sind.

1 zeigt allgemein ein beispielhaftes Überbrückungssystem, das eine einstellbare Flankensteilheitssteuerung und/oder -regelung aufweist, gemäß dem vorliegenden Gegenstad.
2 zeigt eine beispielhafte Überbrückungstransistorschaltung, welche eine beispielhafte Flankensteilheitssteuerung und/oder -regelung für Transitionen des Überbrückungstransistors (M_BP ) von einem Zustand hoher Impedanz zu einem Zustand niedriger Impedanz und umgekehrt aufweist.
3 zeigt allgemein eine beispielhafte einstellbare Stromquelle zum Bereitstellen eines programmierbaren Stroms, um die Steuerknoten-Offsetspannung der beispielhaften Schaltungen von 1 und 2 einzustellen.
4A und 4B zeigen graphisch den Bereich der Spannungsflankensteilheiten, die erreicht werden können unter Verwendung einer Flankensteilheit-Steuer- und/oder Regelschaltung gemäß dem vorliegenden Gegenstad.
5 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Spannungsflankensteilheit über Leitungsknoten eines Überbrückungstransistors, der konfiguriert ist, selektiv Strom von einer Last weg umzuleiten.

Detaillierte Beschreibung
Die vorliegenden Erfinder haben Techniken der Flankensteilheitssteuerung und/oder -regelung identifiziert, die einen kleinen Kondensator ermöglichen, der integriert werden kann, auf einem Chip, in einer kleinen integrierten Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung, und wie ein viel größerer Kondensator zu wirken. Darüber hinaus manifestiert sich der vergrößerte kapazitive Effekt, der von den Techniken der Flankensteilheitssteuerung und/oder -regelung generiert wird, wenn ein Überbrückungstransistor in einem Bereich arbeitet, der dafür empfänglich ist, große Stromänderungen zu generieren, und infolgedessen große Spannungsänderungen, über eine entsprechende Last. Zu anderen Zeiten kann der nicht verstärkte Kapazitätswert des kleinen Kondensators die Spannungsflanken über den Leitungsknoten des Überbrückungstransistors regulieren. Die vorliegenden Techniken können einen starken Lade- oder Entladestrom für den Steuerknoten des Überbrückungstransistors bereitstellen, so dass Leckströme die Flankensteilheitssteuerung und/oder -regelung nicht überlasten. Auch kann die Flankensteilheit auf einfache Weise eingestellt werden. Beispielsweise kann eine schaltungsintegrierte, einstellbare Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung, wie hierin beschrieben, bis zu drei Dekaden Flankensteilheitsgrößenbereich (zum Beispiel von 1V/1 µs bis 1V/1000 µs) bereitstellen, wie es etwa hilfreich sein kann, um unterschiedliche DC/DC Wandler-Leistungsstufen mit unterschiedlichen Bandbreiten zu akkommodieren.
1 zeigt allgemein ein beispielhaftes Überbrückungssystem 100, das eine einstellbare Flankensteilheitssteuerung und/oder -regelung gemäß dem vorliegenden Gegenstad aufweist. Das System 100 kann einen Überbrückungstransistor (M_BP ), eine Last 101, einen Überbrückungssteuerschalter 102 und eine beispielhafte Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung 103 aufweisen. Der anschaulichen Klarheit halber ist die Flankensteilheitssteuerung und/oder -regelung nur auf einem Übergang des Überbrückungstransistors (M_BP ) implementiert. In bestimmten Beispielen kann die Last 101 Teil von verschiedenen in Reihe geschalteten Vorrichtungen sein und kann von einer ersten Versorgungsspannung (V_D ) (nicht gezeigt) versorgt werden. In einigen Beispielen kann die Last 101 eine einzelne Vorrichtung sein. Der Überbrückungssteuerschalter 102 auf ein externes Signal reagieren und kann einen logischen Zustand des Steuerknotens des Überbrückungstransistors (M_BP ) ansteuern. In einigen Beispielen kann das externe Signal ein pulsbreitenmoduliertes (PWM) Signal sein. In dem dargestellten Beispiel kann, in einem ersten Zustand, der Überbrückungssteuerschalter 102 das Gate des Überbrückungstransistors (M_BP ) an eine zweite Versorgungsspannung (Vcc) koppeln, um den Überbrückungstransistor (M_BP ) zu aktivieren bzw. freizugeben und Strom von der Last 101 wegzuleiten. In einem zweiten Zustand kann der Überbrückungssteuerschalter 102 das Gate des Überbrückungstransistors (M_BP ) an einen Leitungsknoten des Überbrückungstransistors (M_BP ) koppeln, um den Überbrückungstransistor (M_BP ) zu sperren und es dem Strom zu erlauben, durch die Last 101 zu fließen. Die Transition des Überbrückungstransistors (M_BP ) zum zweiten Zustand über den Überbrückungssteuerschalter 102 unterliegt jedoch der Flankensteilheitssteuerung und/oder -regelung der Spannung (V_DS ) über die Leitungsknoten des Überbrückungstransistors (M_BP ).
Die Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung 103 kann einen Flankensteilheits-Steuerkondensator (C_M ), einen Stromspiegel 104, einen strombegrenzenden Entladewiderstand (R_SINK ) und eine Stromquelle 105 beinhalten. Allgemein begrenzt, wenn der Überbrückungssteuerschalter 102 vom ersten Zustand in den zweiten Zustand wechselt, die Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung 103 die Rate, mit welcher der Steuerknoten des Überbrückungstransistors (M_BP ) entladen wird, während die Spannung an dem Steuerknoten des Überbrückungstransistors (M_BP ) einen Betriebsbereich durchläuft, wo sich der Widerstandswert des Überbrückungstransistors (M_BP ) über die Last 101 signifikant ändert.
In dem dargestellten Beispiel von 1 kann der Überbrückungstransistor (M_BP ) einen NMOS Feldeffekttransistor beinhalten, und beinhaltet einen Steuerknoten, oder Gate, und erste und zweite Leitungsknoten, ein Source und ein Drain, welche über die Last 101 gekoppelt sind. Der Flankensteilheits-Steuerkondensator (C_M ) kann über einen Sense-Transistor (Q1) des Stromspiegels 104 an das Gate des Überbrückungstransistors (M_BP ) gekoppelt sein. Im zweiten Zustand des Überbrückungssteuerschalters 102 kann der Überbrückungssteuerschalter 102 das Gate des Überbrückungstransistors (M_BP ) über den Strombegrenzungswiderstand (R_SINK ) an den Source des Überbrückungstransistors (M_BP ) koppeln. Bei einem ersten Koppeln des Gates des Überbrückungstransistors (M_BP ) an den Strombegrenzungswiderstand (R_SINK ) kann die Gate Spannung und damit die Gate-Source Spannung (v_gs ) des Überbrückungstransistors (M_BP ) beginnen, zur Schwellwertspannung (v_t ) des Überbrückungstransistors (M_BP ) hin abzufallen und der Flankensteilheits-Steuerkondensator (C_M ) kann zu laden beginnen. Wenn die Gate-Source Spannung (v_gs ) des Überbrückungstransistors (M_BP ) sich der Schwellwertspannung (v_t ) des Überbrückungstransistors (M_BP ) nähert, kann der Flankensteilheits-Steuerkondensator (C_M ) beginnen, Strom an das Gate des Überbrückungstransistors (M_BP ) zu leiten über den Sense-Transistor (Q1) des Stromspiegels 104. In dem dargestellten Beispiel, wenn das Gate des Überbrückungstransistors (M_BP ) heruntergezogen wird und die Basis des Sense-Transistor (Q1) folgt, kann die Basis des Sense-Widerstands (Q1) sich einem bestimmten Spannungsabfall annähern unterhalb dem Knoten, welcher den Flankensteilheit Kondensator (C_M ) an den Sense-Transistor (Q1) koppelt, und der Sense-Transistor (Q1) kann damit beginnen, einzuschalten und Strom des Flankensteilheits-Steuerkondensators (C_M ) zu leiten. Dieser Strom des Flankensteilheits-Steuerkondensators (C_M ) kann so wirken, die Flankensteilheit der Spannungsänderung zwischen den Leitungsknoten des Überbrückungstransistors (M_BP ) zu begrenzen. In dem dargestellten Beispiel ist der oben diskutierte bestimmte Spannungsabfall die Summe der Vorwärts-Vorspannung des Basis-Emitter Übergangs des Sense-Transistors (Q1), der Vorwärts-Vorspannung des Basis-Emitter Übergangs des „beta-Helfer“ Transistors (Q4) und dem Spannungsabfall über den Verstärkungswiderstand (R_GAIN ).
Der Stromspiegel 104 kann, über einen Spiegeltransistor (Q3), die Wirkung des Flankensteilheits-Steuerkondensators (C_M ) verstärken, indem er den Strom des Sense-Transistors (Q1) verstärkt, um die Flankensteilheit der Spannungsänderung zwischen den Leitungsknoten des Überbrückungstransistors (M_BP ) weiter zu beschränken. Der Strom, der von dem Spiegeltransistor (Q3) des Stromspiegels 104 bereitgestellt wird, kann der Entladung des Gate Knotens des Überbrückungstransistors (M_BP ) stärker entgegenwirken und kann daher weiter dazu beitragen, die Flankensteilheit der Spannungsänderung zwischen den Leitungsknoten des Überbrückungstransistors (M_BP ) weiter zu beschränken. Die Verstärkung des Stromspiegels 104 kann eingestellt oder programmiert werden (mittels der relativen Größen des Sense-Transistors (Q1) und des Spiegeltransistors (Q3), und mittels einem Steuerknotenoffset zwischen dem Steuerknoten des Sense-Transistors (Q1) und dem Steuerknoten des Spiegeltransistors (Q3)).
In bestimmten Beispielen kann die Steuerknoten-Offsetspannung zwischen dem Steuerknoten des Sense-Transistors (Q1) und dem Steuerknoten des Spiegeltransistors (Q3) über einen zweiten Widerstand (R_GAIN ) erzeugt werden, wie etwa in Kooperation mit der Stromquelle 105 (in diesem Dokument wird der Begriff „Stromquelle“ so verstanden, eine „Stromsenke“ zu beinhalten). Der zweite Widerstand (R_GAIN ) kann den Steuerknoten des Source Transistors (Q1) mit dem Steuerknoten des Spiegeltransistors (Q3) koppeln. Die Stromquelle 105 kann so konfiguriert sein, es zu ermöglichen, die Basis-Emitter Spannung (Vbe) des Sense-Transistors (Q1) programmieren zu können. Die Stromquelle 105 kann einen dritten Widerstand (R3) beinhalten, welcher in Reihe mit einem Stromquellentransistor (Q2) gekoppelt ist. Die Stromquelle 105 kann zwischen den Steuerknoten des Sense-Transistors (Q1) und eine Referenzspannung wie etwa Masse geschaltet sein. Der Stromquellentransistor (Q2) kann einen Steuerknoten aufweisen, welcher an eine stabile Spannungsreferenz gekoppelt ist, wie etwa eine Bandlückenreferenz (BG). In bestimmten Beispielen kann der dritte Widerstand (R3) variabel sein, um eine Programmierung der der Steuerknoten-Offsetspannung über den Strom der Stromquelle 105 zu ermöglichen. In bestimmten Beispielen kann eine lineare Änderung des Widerstandswerts des dritten Widerstands (R3) eine exponentielle Änderung der Stromspiegelverstärkung bereitstellen. Die Möglichkeit, die Steuerknoten-Offsetspannung über einen variablen Widerstand (zum Beispiel den dritten Transistor (R3)) zu verändern, kann es ermöglichen, dass die Flankensteilheit des Überbrückungstransistors (M_BP ) einfach variiert oder eingestellt werden kann.
Wie gezeigt kann der Stromspiegel 104 einen stromverstärkungserhöhenden „beta-Helfer“ Transistor (Q4) beinhalten. Die Leitungsknoten des beta-Helfer-Transistors (Q4) können an eine Versorgungsspannung (Vcc) der Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung bzw. an den Steuerknoten des Spiegeltransistors (Q3) gekoppelt sein. Der Steuerknoten des beta-Helfer-Transistors (Q4) kann an den Flankensteilheits-Steuerkondensator (C_M ) und an den Steuerknoten des Überbrückungstransistors (M_BP ) gekoppelt sein über den Sense-Transistor (Q1). Der beta-Helfer-Transistor (Q4) kann einen Steuerknotenstrom für den Sense- und den Spiegeltransistor (Q1, Q3) des Stromspiegels 104 bereitstellen, so dass der geschaltete Strom des Sense-Transistors (Q1) gleich dem Entladestrom des Flankensteilheits-Steuerkondensators (C_M ) sein kann.
2 zeigt eine beispielhafte Überbrückungstransistorschaltung 200, welche eine beispielhafte Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung für bidirektional in der Flankensteilheit gesteuerte und/oder geregelte Transitionen des Überbrückungstransistors (M_BP ) von einem Zustand hoher Impedanz zu einem Zustand niedriger Impedanz und umgekehrt beinhaltet. Die Überbrückungstransistorschaltung 200 kann einen Überbrückungstransistor (M_BP ), welcher an eine Last 201 gekoppelt ist, einen Flankensteilheits-Steuerkondensator (C_M ), eine erste Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung 203, eine zweite Flankensteilheit-Steuer- und/oder Regelschaltung 206, eine Gate Diode (D) und eine erste und eine zweite Latch Schaltungen 207, 208 beinhalten. Ein Steuersignal (CTRL) zum Aktivieren und Sperren des Überbrückungstransistors (M_BP ) kann von der Überbrückungstransistorschaltung 200 empfangen werden und kann wie nachstehend beschrieben verteilt werden. Das Steuersignal (CTRL) kann von einer Steuer- und/oder Regeleinheitsschaltung empfangen werden. In bestimmten Beispielen kann die Steuer- und/oder Regeleinheitsschaltung konfiguriert sein, Hot-Swap Ereignisse, LED Dimmen, Head-Up Anzeigen, Leistungssteuer- und/oder -regeleinheiten oder Kombinationen davon zu steuern. Es sei verstanden, dass andere Logikpegel und andere Transistortypen verwendet werden können für verschiedene Vorrichtungen in der beispielhaften Überbrückungstransistorschaltung 200, ohne den Bereich des vorliegenden Gegenstandes zu verlassen. Zu Zwecken dieser Diskussion ist, wenn der Überbrückungstransistor (M_BP ) aktiv ist (CTRL= „High“), die Impedanz zwischen den Leitungsknoten des Überbrückungstransistors (M_BP ) gedacht, sehr klein zu sein, und wenn der Überbrückungstransistor (M_BP ) gesperrt ist (CTRL= „Low“), ist die Impedanz zwischen den Leitungsknoten des Überbrückungstransistors (M_BP ) gedacht, sehr hoch zu sein.
Die erste Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung 203 kann die Flankensteilheit der Spannung über den Leitungsknoten des Überbrückungstransistors (M_BP ) steuern und/oder regeln, wenn der Überbrückungstransistor (M_BP ) von gesperrt zu aktiviert wechselt. Die zweite Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung 206 kann die Flankensteilheit der Spannung über den Leitungsknoten des Überbrückungstransistors (M_BP ) steuern und/oder regeln, wenn der Überbrückungstransistor (M_BP ) von aktiviert zu gesperrt wechselt. Nachdem die Flankensteilheit der Spannung über den Leitungsknoten des Überbrückungstransistors (M_BP ) gesteuert und/oder geregelt wurde, kann die erste Latch Schaltung 207 oder die zweite Latch Schaltung 208 den Steuerknoten des Überbrückungstransistors (M_BP ) auf einen entsprechenden Spannungspegel latchen, um den Überbrückungstransistor (M_BP ) vollständig zu aktivieren oder vollständig zu sperren.
In bestimmten Beispielen kann die erste Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung 203 eine Gate-Ladestromquelle 211, eine Flankensteilheitssteuerungs- und/oder -regelungsstromquelle 212 und einen Stromspiegel 213 beinhalten. Die erste Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung 203 kann aktiviert werden, wenn das Steuersignal (CTRL) in einen „aktiv“ oder „High“ Zustand geht. Die erste Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung 203 kann einen oder mehrere Freigabetransistoren (M1, M2, M4, M5) beinhalten, die auf einen Zustand des Steuersignals (CTRL) reagieren. Ein erster Freigabetransistor (M1) der ersten Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung 203 kann den Steuerknoten des Überbrückungstransistors (M_BP ) an die Gate-Ladestromquelle 211 koppeln. Ein zweiter Freigabetransistor (M5) der ersten Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung 203 kann einen Sense-Transistor (Q2) des Stromspiegels 213 an den Flankensteilheits-Steuerkondensator (C_M ) koppeln. Es sei bemerkt, dass der Sense-Transistor (Q2) des Stromspiegels 213 den Flankensteilheits-Steuerkondensator (C_M ) mit dem Steuerknoten des Überbrückungstransistors (M_BP ) koppeln kann. Ein dritter Freigabe-Transistor (M2) der ersten Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung 203 kann einen Spiegeltransistor (Q1) des Stromspiegels 213 mit einer Referenzspannung oder Versorgungsschiene koppeln. Ein vierter Freigabe-Transistor (M4) der ersten Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung 203 kann die Flankensteilheitssteuerung und/oder -regelung Stromquelle 212 mit einem Steuerknoten des Sense-Transistors (Q2) des Stromspiegels 213 koppeln. In bestimmten Beispielen kann eine Diode (D) die erste Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung 203 mit dem Steuerknoten des Überbrückungstransistors (M_BP ) koppeln. Zu Zwecken dieser Diskussion kann angenommen werden, dass bevor der Überbrückungstransistor (M_BP ) aktiviert wird, der Überbrückungstransistor (M_BP ) eine sehr hohe Impedanz zwischen den Leitungsknoten bereitstellt und der Steuerknoten des Überbrückungstransistors (M_BP ) heruntergezogen wird auf die Referenzspannung oder Versorgungsspannungsschiene, an welche der Source Leitungsknoten des Überbrückungstransistors (M_BP ) gekoppelt ist. In einigen Beispielen kann die Referenzspannung eine Versorgungsspannungsschiene wie etwa Masse sein. In einigen Beispielen kann die Referenzspannung die Spannung an dem Source Knoten des beispielhaften NMOS Überbrückungstransistors (M_BP ) sein.
Nachdem der „aktiv“ Zustand des Steuersignals (CTRL) empfangen wird, und angenommen, dass die Freigabe-Transistoren (M1, M2, M4, M5) Verbindungen mit niedriger Impedanz bereitstellen, wie oben beschrieben, kann die Gate-Ladestromquelle 211 damit beginnen, den Steuerknoten, oder Gate, des Überbrückungstransistors (M_BP ) zu laden, und eine Gate-Source Spannung (v_gs ) kann anfangen, sich aufzubauen. Der Einfachheit halber sei angenommen, dass der Spannungsabfall über die Diode (D) nahe der Emitter-Basis Spannung von Q2 ist und der Überbrückungstransistor (MBP) und der beta Helfer M3 ähnliche Einschaltschwellenwerte aufweisen. Wenn die Gate-Source Spannung (v_gs ) sich der Spannung des Miller Betriebsplateaus des Überbrückungstransistors (M_BP ) nähert, können der Flankensteilheits-Steuerkondensator (C_M ) sowie der Sense-Transistor (Q2) des Stromspiegels 213 beginnen, Strom zu leiten. Wenn der Überbrückungstransistor (M_BP ) in das Miller-Plateau eintritt, kann die Spannung über den Leitungsknoten (zum Beispiel die Drain-Source Spannung (v_ds ) des Überbrückungstransistors (M_BP )) zu fallen beginnen, und die Spannung an dem Steuerknoten verbleibt etwas unverändert. Zu diesem Betriebszeitpunkt entspricht der Strom des Sense-Transistors (Q2) einer Schätzung des Stromflusses durch den Flankensteilheits-Steuerkondensator (C_M ) und kann geschätzt werden als $I_{Q2} = C_{M} \times d (Vds) / dt,$
wobei d(Vds)/dt die Flankensteilheit oder Spannungsänderung über den Leitungsknoten des Überbrückungstransistors (M_BP ) ist. Da der Spiegeltransistor (Q1) über eine Verstärkung (N) passend mit dem Sense-Transistor (Q2) abgestimmt ist, ist dann $I_{Q 1} = N \times I_{Q 2} \times e^{\frac{I 2 \times R 1}{V t}},$
wobei vt die Schwellwertspannung des Überbrückungstransistors (M_BP ) ist, und $e^{\frac{I 2 \times R 1}{V t}}$
der exponentielle Verstärkungsfaktor von der Steuerknoten-Offsetspannung ist, die sich über den Widerstand (R1), welcher die Steuer- (Basis-) Knoten der Stromspiegels Transistoren (Q1, Q2) miteinander koppelt, und den Strom (I2) der Flankensteilheitssteuerung und/oder -regelungsstromquelle 212 einstellt. Da die kombinierte Verstärkung etwas groß ist, I_Q2+I_Q1 ≈ I_Q1 in dem Miller-Plateau, und die Flankensteilheit (dV_ds/dt) kann geschätzt werden als $\frac{d V_{d s}}{d t} = \frac{I 1}{C_{M}} \times \frac{1}{N e^{\frac{I 2 \times R 1}{V t + 1}}},$
wobei $\frac{I 1}{C_{M}}$
die Flankensteilheit ist, welche ohne die verbesserte Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung existieren würde, und $N e^{\frac{I 2 \times R 1}{V t + 1}}$
den Skalierungsfaktor repräsentiert, der mit der verbesserten Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung assoziiert ist, wenn $N e^{\frac{I 2 \times R 1}{V t}} > > 1.$
Allgemein kann der Sense-Transistor (Q2) die Flankensteilheit in Begriffen des Stroms fühlen, und es kann eine verstärkte Version dieses Stroms kann weggeleitet werden weg davon, den Flankensteilheits-Steuerkondensator (C_M) über den Spiegeltransistor (Q1) aufzuladen. Eine Störung auf der gewünschten Flankensteilheit kann korrigiert werden, indem mehr Strom oder weniger Strom über den Spiegeltransistor (Q1) weggeleitet wird. Daher kann der Prozess des Ladens des Gates des Überbrückungstransistors (M_BP) nach Art eines Regelkreises arbeiten. Als ein Beispiel sei N=5 angenommen. Die Flankensteilheit mit Bezug auf I2 × R1 ist in Tabelle 1 aufgeführt. Es kann gesehen werden, dass der sich linear erhöhende Eingangsstrom I2 die Flankensteilheit des Überbrückungstransistors (M_BP) exponentiell ändern kann. Tabelle 1

I2×R1 Flankensteilheit (V/µsec)

0 mV 5

18 mV 10

36 mV 20

54 mV 40

60 mV 50

120 mV 500

180 mV 5000
Wenn die Spannung des Gates, oder Steuerknotens, des Überbrückungstransistors (M_BP ) über eine erste vordefinierte Referenz (REFH) hinaus steigt, die größer ist als eine Miller-Plateau Spannung (V_GP ), kann die erste Latch Schaltung 207 eine Spannung eines Knotens des Flankensteilheits-Steuerkondensators (C_M ) auf der Versorgungsspannung (Vcc) festmachen. Die Miller-Plateau Spannung (V_GP ) kann eine Gate-Source Spannung des Überbrückungstransistors (M_BP ) sein, die anzeigend für das Miller-Plateau des Überbrückungstransistors (M_BP ) ist. Die Miller-Plateau Spannung (V_GP ) kann einen kleinen Bereich von Spannungen repräsentieren, welche anzeigend für das Miller-Plateau sind. Die erste Latch Schaltung 207 kann einen Komparator 220, ein Logikgatter 221, einen ersten Schalter (M11) und einen zweiten Schalter (M13) beinhalten. Wenn die Gate-Source Spannung des Überbrückungstransistors (M_BP ) höher ist als die erste vordefinierte Referenz (REFH), kann die Ausgabe des Komparators 220 logisch kombiniert werden (über ein logisches UND), über das Logikgatter 221, mit dem Steuersignal (CTRL), und das resultierende Signal kann den ersten Schalter (M11) triggern, einen Knoten des Flankensteilheits-Steuerkondensators (C_M ) auf eine Referenzspannung (V_RR ) zu latchen. Die Referenzspannung (V_RR ) kann auf den Source Knoten des Überbrückungstransistors (M_BP ) referenziert sein und kann einen Betrag aufweisen, um den verbundenen Knoten des Flankensteilheits-Steuerkondensators (C_M ) in die Nähe der Gate Spannung des Miller-Bereichs des Überbrückungstransistors (M_BP ) zu bringen. In bestimmten Beispielen ist die Referenzspannung (V_RR ) etwa die Summe der Schwellwertspannung des Überbrückungstransistors (M_BP ), der vorwärts vorgespannten Basis-Emitter Spannung des Sense-Transistors (Q4) und der Gate-Source Spannung, oder Schwellwertspannung, des beta-Helfer-Transistors (M7). Der zweite Schalter (M13) kann die Ausgabe des Logikgatters 221 empfangen und kann das Gate des Überbrückungstransistors (M_BP ) auf die Versorgungsspannung (Vcc) latchen, wenn der Überbrückungstransistor (M_BP ) aktiviert wurde und die Spannung am Gate des Überbrückungstransistors (M_BP ) auf die erste vordefinierte Referenz (REFH) gestiegen ist.
In bestimmten Beispielen kann die zweite Flankensteilheit-Steuer- und/oder - Regelschaltung 206 eine Gate-Entladestromquelle 224, eine Flankensteilheitssteuerung und/oder -regelungsstromquelle 222 und einen Stromspiegel 223 beinhalten. Die zweite Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung 206 kann freigegeben werden, wenn das Steuersignal (CTRL) in einen „gesperrt“ oder „Low“ Zustand geht. Die zweite Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung 206 kann einen oder mehrere Freigabe-Transistoren (M9, M10, M6, M8) beinhalten, die auf einen Zustand des Steuersignals (CTRL) reagieren. Ein erster Freigabe-Transistor (M9) der zweiten Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung 206 kann den Steuerknoten des Überbrückungstransistors (M_BP ) an die Gate-Entladestromquelle 224 koppeln. Ein zweiter Freigabe-Transistor (M8) der zweiten Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung 206 kann einen Sense-Transistor (Q4) des Stromspiegels 223 an den Flankensteilheits-Steuerkondensator (C_M ) koppeln. Es sei bemerkt, dass der Sense-Transistor (Q4) des Stromspiegels 223 den Flankensteilheits-Steuerkondensator (C_M ) mit dem Steuerknoten des Überbrückungstransistors (M_BP ) koppeln kann. Ein dritter Freigabe-Transistor (M6) der zweiten Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung 206 kann einen Spiegeltransistor (Q3) des Stromspiegels 223 mit einer Versorgungsspannung (Vcc) koppeln. Ein vierter Freigabe-Transistor (M10) der zweiten Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung 206 kann die Flankensteilheitssteuerung und/oder -regelungsstromquelle 222 mit einem Steuerknoten des Sense-Transistors (Q4) des Stromspiegels 223 koppeln. Zu Zwecken dieser Diskussion kann angenommen werden, dass bevor der Überbrückungstransistor (M_BP ) gesperrt wird, der Überbrückungstransistor (M_BP ) eine sehr geringe Impedanz zwischen den Leitungsknoten bereitstellt, und dass der Steuerknoten des Überbrückungstransistors (M_BP ) auf die Versorgungsspannung (Vcc) hochgezogen wurde.
Nach Empfangen des „sperren“ Zustands des Steuersignals (CTRL), und unter der Annahme, dass die Freigabe-Transistoren (M9, M10, M8, M6) wie oben beschrieben Verbindungen niedriger Impedanz bereitstellen, kann die Gate-Entladestromquelle 224 beginnen, den Steuerknoten, oder das Gate, des Überbrückungstransistors (M_BP ) zu entladen, und eine Gate-Source Spannung (V_GS ) kann damit beginnen, abzufallen. Wenn sich die Gate-Source Spannung (V_GS ) der Miller Spannung (V_GP ), die anzeigend für den Betriebsbereich des Miller-Plateaus des Überbrückungstransistors (M_BP ) ist, können der Flankensteilheits-Steuerkondensator (C_M ) sowie der Sense-Transistor (Q4) des Stromspiegels 233 beginnen, Strom zu leiten. Wenn der Überbrückungstransistor (M_BP ) in das Miller-Plateau eintritt, kann die Spannung über den Leitungsknoten (zum Beispiel die Drain-Source Spannung, V_DS ) zu steigen beginnen, und die Spannung an dem Steuerknoten verbleibt etwas unverändert. Zu diesem Betriebszeitpunkt ist der Strom des Sense-Transistors (Q4) eine Schätzung des Stromflusses durch den Flankensteilheits-Steuerkondensator (C_M ) und kann geschätzt werden als $I_{Q4} = C_{M} \times d (v_{ds}) / dt,$
wobei d(V_DS )/dt die Flankensteilheit oder Spannungsänderung über den Leitungsknoten des Überbrückungstransistors (M_BP ) ist. Da der Spiegeltransistor (Q3) über eine Verstärkung (N) passend mit dem Sense-Transistor (Q4) abgestimmt ist, ist dann $I_{Q 3} = N \times I_{Q 4} \times e^{\frac{I 4 \times R 3}{V t}},$
wobei vt die Schwellwertspannung des Überbrückungstransistors (M_BP ) ist, und $e^{\frac{I 4 \times R 3}{V t}}$
der exponentielle Verstärkungsfaktor von der Steuerknoten-Offsetspannung ist, die sich über einen Widerstand (R3), welcher die Steuerknoten der Stromspiegeltransistoren (Q3, Q4) miteinander koppelt, und den Strom (I4) der Flankensteilheitssteuerung und/oder -regelungsstromquelle 222 entwickelt. Da die kombinierte Verstärkung etwas groß ist, I_Q4+I_Q3 ≈ I_Q3 in dem Miller-Plateau, und die Flankensteilheit (dV_ds/dt) kann geschätzt werden als $\frac{d V_{d s}}{d t} = \frac{I_{3}}{C_{M}} \times \frac{1}{N e^{\frac{I 4 \times R 3}{V t + 1}}},$
wobei $\frac{I_{3}}{C_{M}}$
die Flankensteilheit ohne die verbesserte Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung wäre und $N e^{\frac{I 4 \times R 3}{V t}}$
einen Skalierungsfaktor repräsentieren kann, der mit der verbesserten Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung assoziiert ist, wenn $N e^{\frac{I 4 \times R 3}{V t}} > > 1.$
Allgemein kann der Sense-Transistor (Q4) die Flankensteilheit in Begriffen des Stroms erfassen, und eine verstärkte Version dieses Stroms kann vom Laden des Flankensteilheits-Steuerkondensators (C_M) über den Spiegeltransistor (Q3) weg umgeleitet werden. Eine Störung auf einer gewünschten Flankensteilheit kann korrigiert werden, indem mehr Strom oder weniger Strom über den Spiegeltransistor (Q3) weg umgeleitet wird. Daher kann der Prozess des Entladens des Gates des Überbrückungstransistors (M_BP) in Form eines geschlossenen Regelkreises arbeiten.
In bestimmten Beispielen kann, wenn das Potential des Gates, oder Steuerknotens, des Überbrückungstransistors (M_BP ) unterhalb einer zweiten vordefinierten Referenz (REFL) fällt, die kleiner als die Miller Spannung (V_GP ) ist, die zweite Latch Schaltung 208 einen Knoten des Flankensteilheits-Steuerkondensators (C_M ) auf eine Referenzspannung festlegen, wie etwa die untere Versorgungsschiene, wie etwa Masse. Die zweite Latch Schaltung 208 kann einen Komparator 230, ein Logikgatter 231, einen ersten Schalter (M12) und einen zweiten Schalter beinhalten (M14). Wenn die Gate-Source Spannung des Überbrückungstransistors (M_BP ) kleiner ist als die zweite vordefinierte Referenz (REFL), kann der Ausgang des Komparators 230 kombiniert werden unter Verwendung eines logischen UND, über das Logikgatter 231, mit dem Steuersignal (CTRL), und das resultierende Signal kann den ersten Schalter (M12) triggern, einen Knoten des Flankensteilheits-Steuerkondensators (C_M ) an den Source Knoten des Überbrückungstransistors (M_BP ) zu latchen. In bestimmten Beispielen kann der zweite Schalter (M14) die Ausgabe des Logikgatters 231 empfangen und kann das Gate des Überbrückungstransistors (M_BP ) auf den Source Knoten des Überbrückungstransistors (M_BP ) latchen, wenn der Überbrückungstransistor (M_BP ) gesperrt wurde und die Spannung am Gate des Überbrückungstransistors (M_BP ) auf die zweite vordefinierte Referenz (REFL) gefallen ist.
Jede von der ersten und zweiten Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung 203, 206 kann einen entsprechenden beta-Helfer-Transistor (M3, M7) beinhalten. Die beta-Helfer-Transistoren (M3, M7) können dabei helfen, Basisstrom für die Bipolar-Spiegeltransistoren (Q1, Q3) von jedem der entsprechenden Stromspiegel 213, 223 bereitzustellen. Der Basisstrom für die Spiegeltransistoren (Q1, Q3) kann recht groß werden wegen der Programmierung der Basis des korrespondierenden Sense-Transistors (Q2, Q4) und dessen Stromverstärkungswirkung. Wenn zum Beispiel der Basisstrom für den Spiegeltransistor (Q1, Q3) nur über den korrespondierenden Verstärkungswiderstand (R1, R3) bereitgestellt wird, kann sich die Steuerknoten-Offsetspannung signifikant ändern, wenn der Überbrückungstransistor (M_BP ) das Miller-Plateau durchläuft. Die beta-Helfer-Transistoren (M3, M7) können daher dabei helfen, Basisstrom den korrespondierenden Spiegeltransistor (Q1, Q3) bereitzustellen, wie etwa zu helfen, die Steuerknoten-Offsetspannung zwischen dem Steuerknoten des Spiegeltransistors (Q1, Q3) und dem Steuerknoten des korrespondierenden Sense-Transistors (Q2, Q4) aufrecht zu halten.
3 zeigt allgemein eine beispielhafte einstellbar Stromquelle zum Bereitstellen eines programmierbaren Stroms (I_x ), um die Steuerknoten-Offsetspannung der beispielhaften Schaltungen von 1 und 2 bereitzustellen. Die einstellbare Stromquelle kann einen Eingangstransistor (Q5), einen variablen Widerstand wie etwa, ohne hierauf beschränkt zu sein, einen digital programmierten Widerstand (R5), und einen Stromspiegel beinhalten. In bestimmten Beispielen kann eine Bandlücken- oder eine andere geeignete Spannungsreferenzspannung auf den Steuerknoten des Eingangstransistors (Q5) angewandt werden, wie etwa um zum Beispiel eine zur absoluten Temperatur proportionalen (PTAT) Spannung, über den digital programmierten Widerstand (R5). Wenn aufeinander abgestimmte Widerstände verwendet werden für den Widerstand, welcher die Steuerknoten der Stromspiegeltransistoren der Flanken-Steuer- und/oder -Regelschaltungen koppeln, und (R5) verwendet werden, dann kann der exponentielle Verstärkungsfaktor (zum Beispiel Gleichung 2, Gleichung 5) im Wesentlichen unabhängig von Temperatur- und Prozessschwankungen sein. In bestimmten Beispielen ist der einstellbare Widerstand ein digital gesteuerter und/oder geregelter Widerstand sein und kann programmiert werden durch ein Flankensteilheitssteuerungs- und/oder -regelungswort als eine digitale Eingabe, entweder direkt von einem seriellen Kommunikationsport oder gewandelt aus einem analogen Eingangssignal.
4A und 4B sind Computersimulations-Transientenplots, welche graphisch den Bereich an Spannungsflankensteilheit zeigen, der erzielt werden kann unter Verwendung einer Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung gemäß dem vorliegenden Gegenstad. 4A zeigt die Spannungsänderung der Leitungsknoten eines Überbrückungstransistors über die Zeit, wenn der Überbrückungstransistor aktiviert wird, unter Verwendung einer beispielhaften Flankensteilheit-Steuer- und/oder - Regelschaltung und für einen Bereich (0 bis X mV) unterschiedlicher Steuerknoten-Spannungsoffsets. 4B zeigt die Gate-Source Spannung eines Überbrückungstransistors über die Zeit, wenn der Überbrückungstransistor aktiviert wird, unter Verwendung einer beispielhaften Flankensteilheit-Steuer- und/oder Regelschaltung und für einen Bereich (0 bis X mV) unterschiedlicher Steuerknoten-Spannungsoffsets. In einem Beispiel kann X etwa 120 mV sein. Ein erster Plot 401 zeigt die Flankensteilheit und v_gs für 0 Volt Spannungsoffset zwischen den Steuerknoten der Stromspiegeltransistoren der Flankensteilheit-Steuer- und/oder -Regelschaltung. Ein zweiter Plot 402 zeigt Charakteristiken für eine Steuerknoten-Offsetspannung von X mV. Ein dritter Plot 403 zeigt Charakteristiken für eine Steuerknoten-Offsetspannung von 0,5X mV. Ein vierter Plot 404 zeigt Charakteristiken für eine Steuerknoten-Offsetspannung von 0,15X mV. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass für eine Steuerknoten-Offsetspannung, die sich um einen Faktor von 2 ändert (zum Beispiel 30 mV →120 mV), sich die Flankensteilheit um einen Faktor von 10 ändern kann (zum Beispiel 25µs → 250µs).
5 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 500 zum Begrenzen einer Spannungsflankensteilheit über Leitungsknoten eines Überbrückungstransistors, der konfiguriert ist, selektiv Strom von einer Last wegzuleiten. Bei 501, wenn der Überbrückungstransistor freigegeben oder gesperrt wird, kann ein Flankensteilheits-Steuerkondensator, der zwischen einen Leitungsknoten des Überbrückungstransistors und einen Steuerknoten des Überbrückungstransistors gekoppelt ist, geladen oder entladen werden.
In bestimmten Beispielen kann der Strom des Flankensteilheits-Steuerkondensators von einem Sense-Transistor eines Stromspiegels erfasst werden. Bei 503 kann der Strom des Flankensteilheits-Steuerkondensators skaliert werden unter Verwendung des Stromspiegels, und der Stromspiegel kann Strom auf einen Steuerknoten des Überbrückungstransistors geben, oder Strom von dem Steuerknoten des Überbrückungstransistors wegnehmen, um zu einem Spannungsabfall oder einem Spannungsabstieg über die Leitungsknoten des Überbrückungstransistors einzuschwenken, wenn der Überbrückungstransistor zwischen Zuständen wechselt, um selektiv Strom von der Last wegzuleiten oder nicht wegzuleiten. Bei 505 kann ein Skalierungsfaktor des Stromspiegels eingestellt werden unter Verwendung einer Stromquelle, die an die Steuerknoten der Transistoren des Stromspiegels gekoppelt sind. Die Stromquelle kann einen Widerstand beinhalten, welcher die Steuerknotens zusammenkoppelt, und kann einen Steuerknoten Spannungsoffset zwischen den gekoppelten Steuerknoten etablieren. In bestimmten Beispielen kann eine lineare Änderung des Steuerknoten Spannungsoffsets in einer exponentiellen Änderung der Flankensteilheit der Spannung über den Leitungsknoten des Überbrückungstransistors resultieren.
In bestimmten Beispielen kann eine Flankenkompensationsteuer- und/oder -regelschaltung gemäß dem vorliegenden Gegenstad einen Bipolarvorrichtungs- Stromspiegel mit einem programmierbaren Basis-Emitter Spannungsoffset verwenden, um einen Strom zu multiplizieren, der durch einen kleinen Miller-Kondensator oder Flankensteilheits-Steuerkondensator (C_M ) bereitgestellt wird. Eine solche Schaltung ist flächenmäßig effizient, da sie eine integrierte Kapazität kleiner Größe für den Flankensteilheits-Steuerkondensator (C_M ) (wodurch zum Beispiel jede Notwendigkeit für einen externen Flankensteilheit Kondensator eliminiert wird), eine kleine Anzahl an Transistoren und ein Widerstandsnetzwerk, um die Verstärkung zu programmieren, verwenden kann. Darüber hinaus wird die programmierte Flankensteilheit wirksam, wenn die Gate-Source Spannung (v_gs ) des Überbrückungstransistors in de Miller-Bereich oder das Miller-Plateau eintritt, und nicht, wenn die Gate-Source Spannung (v_gs ) beginnt, den Miller-Bereich oder das Miller-Plateau zu verlassen.
Als Referenz kann das Miller-Plateau in der Wellenform der Gate-Source Spannung während dem An- und Ausschalten eines MOS Transistor gesehen werden, indem eine Rechteck-Wellenform angelegt wird. Das Plateau der Gate-Source Spannung über die Zeit (V_gs (t)) tritt an der Anstiegs- oder Abfallzeit der Drain-Source Spannung (V_ds (t)) auf, oder wo der MOS Transistor von aus zu an schaltet oder umgekehrt. Das Laden der intrinsischen Gate-Drain Kapazität (C_gd ) oder einer anderen Gate-Drain Kapazität (zum Beispiel Miller-Kondensator) während des Einschalten des Transistors und deren Entladen während dem Ausschalten des Transistors verursacht das Miller-Plateau. Die Lade- oder Entladezeit des Gates des Überbrückungstransistors kann bestimmt werden durch den Betrag und das Timing des Stroms, der durch einen Gate-Treiber an das oder von dem Gate des Überbrückungstransistors geliefert wird.
Verschiedene Bemerkungen & Beispiele
Die obige detaillierte Beschreibung beinhaltet Bezüge auf die beigefügten Zeichnungen, welche einen Teil der detaillierten Beschreibung bilden. Die Zeichnungen zeigen beispielhaft spezifische Ausführungsformen, in welchen die Erfindung verwirklicht werden kann. Diese Ausführungsformen werden hierin auch als „Beispiele“ bezeichnet. Solche Beispiele können neben den hierin gezeigten oder beschriebenen zusätzliche Elemente beinhalten. Die vorliegenden Erfinder erwägen aber auch Beispiele, in welchen nur die gezeigten oder beschriebenen Elemente vorgesehen sind. Weiter erwägen die vorliegenden Erfinder auch, jede Kombinationen oder Permutation dieser gezeigten oder beschriebenen Elemente zu verwenden (oder einen oder mehrere Aspekte davon), entweder mit Bezug auf ein bestimmtes Beispiel (oder einen oder mehrere Aspekte davon), oder mit Bezug auf andere Beispiele (oder einen oder mehrere Aspekte davon), die hierin gezeigt oder beschrieben sind.
Im Falle von Inkonsistenzen zwischen diesem Dokument und einem durch Bezugnahme mitaufgenommenen Dokument geht die Verwendung in diesem Dokument vor.
In diesem Dokument werden die Begriffe „ein“ oder „eines“ verwendet, wie es in Patentdokumenten üblich ist, um ein oder mehrere zu umfassen, unabhängig von anderen Instanzen oder Verwendungen von „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“. In diesem Dokument wird der Begriff „oder“ für ein nicht exklusives oder verwendet, so dass „A oder B“ „A, aber nicht B“, „B, aber nicht A“ und „A und B“ umfasst, sofern nicht anders angegeben. In diesem Dokument werden die Begriffe „beinhaltend“ und „in welchen“ als die einfachsprachlichen Entsprechungen der jeweiligen Begriffe „umfassend“ und „worin“ verwendet. Auch die Begriffe „beinhaltend“ und „umfassen“ sind offen, d.h. ein System, eine Vorrichtung, ein Artikel, eine Zusammensetzung, eine Formulierung oder ein Verfahren, das zusätzlich zu den nach einem solchen Begriff aufgeführten Elementen weitere Elemente enthält, fallen weiterhin in den Bereich des diskutierten Gegenstandes. Darüber hinaus werden die Begriffe „erste“, „zweite“ und „dritte“ usw., wie etwa in einem Anspruch, lediglich als Bezeichnungen verwendet und sollen keine numerischen Vorgaben für ihre Objekte machen.
Die hier beschriebenen Verfahrensbeispiele können zumindest teilweise maschinell oder computerimplementiert sein. Einige Beispiele können ein computerlesbares Medium oder ein maschinenlesbares Medium umfassen, das mit Befehlen kodiert ist, mit denen ein elektronisches Gerät so konfiguriert werden kann, dass es die in den obigen Beispielen beschriebenen Verfahren ausführt. Eine Implementierung solcher Verfahren kann Code, wie etwa Mikrocode, Assemblersprachencode, einen Hochsprachencode, oder ähnliches enthalten. Ein solcher Code kann computerlesbare Anweisungen zur Durchführung verschiedener Verfahren beinhalten. Der Code kann Teile von Computerprogrammprodukten bilden. Ferner kann der Code beispielsweise auf einem oder mehreren flüchtigen, nicht transitorischen, oder nichtflüchtigen, greifbaren, computerlesbaren Datenträgern gespeichert werden, wie etwa während der Ausführung oder zu anderen Zeiten. Beispiele für diese greifbaren computerlesbaren Medien können unter anderem Festplatten, austauschbare Magnetplatten, austauschbare optische Platten (z.B. CDs und DVDs), Magnetkassetten, Speicherkarten oder -Sticks, RAMs (Speicher mit wahlfreiem Zugriff), ROMs (Nur-Lese-Speicher) und ähnliches sein.
Die obige Beschreibung ist als veranschaulichend und nicht als Beschränkung gedacht. Zum Beispiel können die oben beschriebenen Beispiele (oder ein oder mehrere Aspekte davon) in Kombination miteinander verwendet werden. Es können andere Ausführungsformen verwendet werden, wie etwa von einem Fachmann nach Lektüre der obigen Beschreibung. Der Zusammenzug wird zur Verfügung gestellt, um dem Leser eine schnelle Ermittlung der Art der technischen Offenlegung zu ermöglichen. Er wird mit der Maßgabe vorgelegt, dass er nicht zur Auslegung oder Einschränkung des Geltungsbereichs oder der Bedeutung eines Anspruchs verwendet wird. In der obigen ausführlichen Beschreibung können auch verschiedene Merkmale gruppiert sein, um die Offenlegung zu straffen. Dies sollte nicht dahingehend verstanden werden, dass ein nicht beanspruchtes offenbartes Merkmal für einen Anspruch wesentlich ist. Vielmehr kann der erfinderische Gegenstand in weniger als allen Merkmalen einer bestimmten offenbarten Ausführungsform liegen. Die folgenden Aspekte werden hiermit als Beispiele oder Ausführungsformen in die Ausführliche Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Aspekt für sich allein als eine separate Ausführungsform steht, und es wird erwogen, dass solche Ausführungsformen in verschiedenen Kombinationen oder Permutationen miteinander kombiniert werden können.

Claims

Flankensteilheits-gesteuerte und/oder -geregelte Lastüberbrückungsschaltung, die angeordnet ist, an eine Last gekoppelt zu werden über einen ersten und einen zweiten Leitungsknoten eines Überbrückungstransistors, wobei die Lastüberbrückungsschaltung umfasst: einen Kondensator, der elektrisch zwischen den ersten Leitungsknoten des Überbrückungstransistors und einen Steuerknoten des Überbrückungstransistors gekoppelt ist; und eine Stromspiegelschaltung, welche beinhaltet: einen ersten Transistor, welcher elektrisch in Reihe mit dem Kondensator und dem Steuerknoten gekoppelt ist; und einen zweiten Transistor, welcher elektrisch zwischen einer Stromversorgung und dem Steuerknoten gekoppelt ist, um zu oder weg von dem Steuerknoten selektive einen Strom bereitzustellen, welcher den Kondensator umgeht, um eine Flankensteilheit einer Spannung über den ersten Leitungsknoten und den zweiten Leitungsknoten des Überbrückungstransistors zu begrenzen.
Flankensteilheits-gesteuerte und/oder -geregelte Lastüberbrückungsschaltung nach Anspruch 1, beinhaltend eine erste Stromquelle, welche an einen Steuerknoten des ersten Transistors und an einen Steuerknoten des zweiten Transistors gekoppelt und konfiguriert ist, eine Verstärkung der Stromspiegelschaltung einzustellen.
Flankensteilheits-gesteuerte und/oder -geregelte Lastüberbrückungsschaltung nach Anspruch 2, wobei die Verstärkung konfiguriert ist, einen kapazitiven Effekt des Kondensators zu verstärken; und/oder wobei die erste Stromquelle einstellbar ist; und/oder wobei die Flankensteilheits-gesteuerte und/oder -geregelte Lastüberbrückungsschaltung einen beta Helfer-Transistor beinhaltet, der einen ersten Knoten aufweist, welcher an die Stromversorgung gekoppelt ist, einen zweiten Knoten, welcher an den Steuerknoten des zweiten Transistors gekoppelt ist, und einen Steuerknoten, welcher an den Kondensator gekoppelt ist.
Flankensteilheits-gesteuerte und/oder -geregelte Lastüberbrückungsschaltung nach Anspruch 2 oder 3, beinhaltend einen Widerstand, welcher konfiguriert ist, den Steuerknoten des ersten Transistors mit dem Steuerknoten des zweiten Transistors zu koppeln.
Flankensteilheits-gesteuerte und/oder -geregelte Lastüberbrückungsschaltung nach Anspruch 4, beinhaltend eine zweite Stromquelle, welche zwischen die Stromversorgung und den Steuerknoten des Überbrückungstransistors gekoppelt ist; und optional wobei eine Spannungsänderung (dv/dt) über den ersten und den zweiten Leitungsknoten des Überbrückungstransistors gegeben ist durch: $\frac{d v}{d t} = \frac{I_{1}}{C} \cdot \frac{1}{N e^{(\frac{I_{2} R_{1}}{v_{t}}) + 1}},$
wobei I1 ein Strom der zweiten Stromquelle ist, I2 ein Strom der ersten Stromquelle ist, R1 ein Widerstandswert des ersten Widerstands ist, C eine Kapazität des Kondensators ist, N die Verstärkung der Stromspiegelschaltung ist, und VT eine Schwellwertspannung des Überbrückungstransistors ist.
Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Spannungsflankensteilheit einer Lastüberbrückungsschaltung, wobei das Verfahren umfasst: Laden oder Entladen eines Kondensators, welcher zwischen einen Steuerknoten und einen ersten Leitungsknoten eines Überbrückungstransistors der Lastüberbrückungsschaltung gekoppelt ist; Skalieren eines Stroms des Kondensators unter Verwendung eines Stromspiegels, welcher an den Steuerknoten des Überbrückungstransistors gekoppelt ist; Einstellen eines Skalierungsfaktors des Stromspiegels unter Verwendung einer ersten Stromquelle, welche an Steuerknoten von Transistoren des Stromspiegels gekoppelt ist; und wobei der Skalierungsfaktor des Stromspiegels konfiguriert ist, einen kapazitive Effekt des Kondensators zu verstärken und die Spannungsflankensteilheit über den ersten Leitungsknoten und einen zweiten Leitungsknoten des Überbrückungstransistors zu steuern und/oder zu regeln.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Einstellen eines Skalierungsfaktors des Stromspiegels beinhaltet Entwickeln einer Offsetspannung zwischen einem Steuerknoten eines ersten Transistors des Stromspiegels und einem Steuerknoten eines zweiten Transistors des Stromspiegels.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Entwickeln einer Offsetspannung beinhaltet Entwickeln der Offsetspannung über einen Widerstand, welcher konfiguriert ist, den Steuerknoten des ersten Transistors mit dem Steuerknoten des zweiten Transistors zu koppeln.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Entwickeln einer Offsetspannung weiter beinhaltet Durchleiten von Strom von der ersten Stromquelle durch den Widerstand; und optional wobei die erste Stromquelle eine einstellbare Stromquelle ist.
Verfahren nach Anspruch 6, beinhaltend Laden oder Entladen eines Gates unter Verwendung einer entsprechenden zweiten Stromquelle, welche zwischen eine Stromversorgung und ein Gate des Überbrückungstransistors gekoppelt ist; wobei das Skalieren des Stroms des Kondensators unter Verwendung des Stromspiegels, welcher an den Steuerknoten des Überbrückungstransistors gekoppelt ist, beinhaltet: Erfassen des Stroms des Kondensators über einen ersten Transistor des Stromspiegels, wobei der erste Transistor zwischen den Kondensator und das Gate des Überbrückungstransistors gekoppelt ist; und Modulieren des Stroms des Gates des Überbrückungstransistors und des Stroms der entsprechenden zweiten Stromquelle unter Verwendung eines zweiten Transistors des Stromspiegels; und optional Bereitstellen eines Basisstroms des zweiten Transistors unter Verwendung eines dritten Transistors, welcher einen ersten Knoten aufweist, der an die Stromversorgung gekoppelt ist, einen zweiten Knoten, der an einen Steuerknoten des zweiten Transistors gekoppelt ist, und einen Steuerknoten, der an den Kondensator gekoppelt ist.
System, umfassend: eine Last, die konfiguriert ist, Leistung von einer Versorgung zu empfangen; und eine Strom-Überbrückungsschaltung, welche an die Last gekoppelt ist, wobei die Strom-Überbrückungsschaltung konfiguriert ist, selektiv Strom von der Last umzuleiten und eine Spannungsänderung über die Strom-Überbrückungsschaltung an der Last zu steuern und/oder zu regeln, wenn sich ein Betrag des umgeleiteten Stroms ändert; wobei die Strom-Überbrückungsschaltung umfasst: einen Lastüberbrückungstransistor, welcher einen ersten und einen zweiten Leitungsknoten beinhaltet, welche angeordnet sind, an die Last gekoppelt zu werden, und einen Steuerknoten, um die Leitung zwischen dem ersten und dem zweiten Leitungsknoten zu steuern und/oder zu regeln; einen Kondensator, der elektrisch zwischen den ersten Leitungsknoten und den Steuerknoten des Lastüberbrückungstransistor gekoppelt ist; und eine erste Stromspiegelschaltung, welche einen zweiten Transistor, der elektrisch in Reihe mit dem Kondensator und dem Steuerknoten gekoppelt ist, und einen dritten Transistor beinhaltet, der elektrisch zwischen eine Schiene der Versorgung und den Steuerknoten gekoppelt ist, um selektiv einen ersten Strom zu oder weg von dem Steuerknoten bereitzustellen, welcher den Kondensator umgeht, um eine Änderung einer Spannung über den ersten und den zweiten Leitungsknoten zu begrenzen.
System nach Anspruch 11, wobei die Last eine Matrix von Leuchtdioden (LEDs) ist; und optional wobei der Lastüberbrückungstransistor über eine Teilmenge von LEDs der Matrix von LEDs gekoppelt ist.
System nach Anspruch 11, wobei die Last ein Modul ist, das zum Hot-Swap Austausch konfiguriert ist; und/oder wobei die erste Stromspiegelschaltung konfiguriert ist, eine erste Flankensteilheit der Spannung über den ersten und den zweiten Leitungsknoten zu steuern und/oder zu regeln, wenn der Lastüberbrückungstransistor in einen Betriebsmodus niedriger Impedanz eintritt; wobei die Strom-Überbrückungsschaltung weiter eine zweite Stromspiegelschaltung umfasst, welche konfiguriert ist, eine zweite Flankensteilheit der Spannung über den ersten und den zweiten Leitungsknoten zu steuern und/oder zu regeln, wenn der Lastüberbrückungstransistor in einen Betriebsmodus hoher Impedanz eintritt; wobei der dritte Transistor konfiguriert ist, an den Steuerknoten selektiv den ersten Strom bereitzustellen, welcher den Kondensator umgeht, um die erste Flankensteilheit der Spannung über den ersten und den zweiten Leitungsknoten zu begrenzen; und wobei der zweite Stromspiegelschaltung beinhaltet: einen vierten Transistor, welcher elektrisch in Reihe mit dem Kondensator und dem Steuerknoten gekoppelt ist; und einen fünften Transistor, welcher elektrisch zwischen die Schiene und den Steuerknoten gekoppelt ist, um von dem Steuerknoten selektiv einen zweiten Strom bereitzustellen, welcher den Kondensator umgeht, um die zweite Flankensteilheit der Spannung über den ersten und den zweiten Leitungsknoten zu begrenzen.