DE102022134265A1

DE102022134265A1 - Systeme und Verfahren zum Speisen einer Treiberschaltungsanordnung

Info

Publication number: DE102022134265A1
Application number: DE102022134265.4A
Authority: DE
Inventors: Rajdeep Mukhopadhyay; Christopher Francis Edwards
Original assignee: Maxim Integrated Products Inc
Current assignee: Maxim Integrated Products Inc
Priority date: 2021-12-31
Filing date: 2022-12-21
Publication date: 2023-07-06
Also published as: US20230216396A1; CN116388530A

Abstract

Ein Verfahren zum Speisen einer Treiberschaltungsanordnung für einen oberen Transistor einer Halbbrückenschaltstufe umfasst (1) selektives Laden eines Bootstrap-Kondensators über eine erste Spannungsquelle, sodass eine Spannung an dem Bootstrap-Kondensator innerhalb eines vorbestimmten Spannungsbereichs bleibt, (2) Klemmen der Spannung an dem Bootstrap-Kondensator, um zu verhindern, dass die Spannung an dem Bootstrap-Kondensator einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet, und (3) elektrisches Speisen der Treiberschaltungsanordnung zumindest teilweise über den Bootstrap-Kondensator.

Description

HINTERGRUND
Eine Halbbrückenschaltstufe umfasst zwei an einem Schaltknoten verbundene Schaltvorrichtungen, die in der Regel als obere Schaltvorrichtung und untere Schaltvorrichtung bezeichnet werden. Zum Beispiel ist 1 ein Schaltbild einer Halbbrückenschaltstufe 100 mit einer oberen Schaltvorrichtung 102 und ein unteren Schaltvorrichtung 104. Die obere Schaltvorrichtung 102 ist elektrisch zwischen einen Leistungsknoten 106 und einen Schaltknoten 108 geschaltet und die untere Schaltvorrichtung 104 ist elektrisch zwischen den Schaltknoten 108 und einen Leistungsknoten 110 geschaltet. Die Halbbrückenschaltstufe 100 kann beispielsweise in einem Klasse-D-Verstärker, einem Gleichstrom-Gleichstrom (DC-DC)-Wandler, einem Wechselrichter oder einem aktiven Gleichrichter enthalten sein.
Die obere Schaltvorrichtung 102 wird durch ein Steuersignal Φ1 gesteuert und die untere Schaltvorrichtung wird durch ein Steuersignal Φ2 gesteuert. Die Steuersignale Φ1 und Φ2 werden beispielsweise durch eine (nicht gezeigte) Steuerung erzeugt. Die Steuersignale Φ1 und Φ2 werden in der Regel so erzeugt, dass die obere Schaltvorrichtung 102 und die untere Schaltvorrichtung 104 wiederholt mit hoher Frequenz zwischen ihren jeweiligen Ein- und Aus-Zuständen schalten. Darüber hinaus werden die Steuersignale Φ1 und Φ2 in der Regel derart erzeugt, dass gewährleistet ist, dass die obere Schaltvorrichtung 102 und die untere Schaltvorrichtung 104 nicht gleichzeitig in ihren jeweiligen Ein-Zuständen arbeiten, um ein „Durchschießen“ (Kurzschließen der Leistungsknoten 106 und 110 durch die zwei Schaltvorrichtungen) zu verhindern.
2 ist ein Graph 200, der ein Beispiel des Betriebs der Halbbrückenschaltstufe 100 veranschaulicht. Der Graph 200 enthält Kurven, die das Steuersignal Φ1, das Steuersignal Φ2 und eine Spannung V_x am Schaltknoten 108 darstellen. Eine vertikale Achse des Graphen 200 stellt die Stärke dar, und eine horizontale Achse des Graphen 200 stellt die Zeit dar. Die drei Kurven des Graphen 200 sind der Deutlichkeit der Veranschaulichung halber vertikal voneinander versetzt. In dem Beispiel von 2 (1) arbeitet jede der Schaltvorrichtungen 102 und 104 in ihrem Ein-Zustand, wenn ihr jeweiliges Steuersignal Φ1 und Φ2 logisch High ist, (2) sind jeweilige Spannungen der Leistungsknoten 106 und 110 konstant und (3) ist eine Spannung des Leistungsknotens 106 größer als eine Spannung des Leistungsknotens 110. Die Halbbrückenschaltstufe 100 schaltet den Schaltknoten 108 zwischen dem Leistungsknoten 106 und dem Leistungspunkten 110 um, wodurch bewirkt wird, dass die Schaltknotenspannung V_x eine Rechteckwelle ist, wie in 2 veranschaulicht.
Mehrere Halbbrückenschaltstufen können kombiniert werden. Zum Beispiel können zwei Halbbrückenschaltstufen kombiniert werden, um einen Vollbrückenwandler zu bilden, etwa zum Erzeugen einer Wechselstrom (AC)-Wellenform oder zum Durchführen einer aktiven Gleichrichtung einer AC-Wellenform. Als weiteres Beispiel können drei Halbbrückenschaltstufen kombiniert werden, um einen Dreiphasenwechselrichter zu bilden oder um einen aktiven Gleichrichter zum Gleichrichten einer dreiphasigen AC-Eingangsquelle zu bilden.
KURZDARSTELLUNG
In einem ersten Aspekt umfasst ein Verfahren zum Speisen einer Treiberschaltungsanordnung für einen oberen Transistor einer Halbbrückenschaltstufe (1) selektives Laden eines Bootstrap-Kondensators über eine erste Spannungsquelle, sodass eine Spannung an dem Bootstrap-Kondensator innerhalb eines vorbestimmten Spannungsbereichs bleibt, (2) Klemmen der Spannung an dem Bootstrap-Kondensator, um zu verhindern, dass die Spannung an dem Bootstrap-Kondensator einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet, und (3) elektrisches Speisen der Treiberschaltungsanordnung zumindest teilweise über den Bootstrap-Kondensator.
In einer Ausführungsform des ersten Aspekts umfasst das selektive Laden des Bootstrap-Kondensators über die erste Spannungsquelle Schließen eines Schalters, der die erste Spannungsquelle elektrisch mit dem Bootstrap-Kondensator koppelt, als Reaktion darauf, dass die Spannung an dem Bootstrap-Kondensator einen ersten Schwellenwert durchquert.
In einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts umfasst das selektive Laden des Bootstrap-Kondensators über die erste Spannungsquelle ferner Öffnen des Schalters, der die erste Spannungsquelle elektrisch mit dem Bootstrap-Kondensator koppelt, als Reaktion darauf, dass die Spannung an dem Bootstrap-Kondensator einen zweiten Schwellenwert durchquert.
In einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts ist der zweite Schwellenwert größer als der erste Schwellenwert.
In einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts umfasst das Klemmen der Spannung an dem Bootstrap-Kondensator teilweises Entladen des Bootstrap-Kondensators als Reaktion darauf, dass die Spannung an dem Bootstrap-Kondensator einen Schwellenwert durchquert.
In einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts umfasst das Verfahren ferner Laden des Bootstrap-Kondensators über eine zweite Spannungsquelle während des Einschaltens einer die Halbbrückenschaltstufe umfassenden Vorrichtung.
In einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts ist eine Spannungsstärke der zweiten Spannungsquelle geringer als eine Spannungsstärke der ersten Spannungsquelle.
In einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts (1) umfasst der obere Transistor einen oberen Feldeffekttransistor (FET), (2) ist der Bootstrap-Kondensator elektrisch zwischen einen Drain des oberen FET und eine Source des oberen FET geschaltet und (3) ist die Treiberschaltungsanordnung zum Ansteuern eines Gates des oberen FET ausgelegt.
In einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts ist eine Spannungsstärke der ersten Spannungsquelle größer als eine maximale Gate-Source-Nennspannung des oberen FET.
In einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts koppelt ein Stromerfassungswiderstand die Source des oberen FET elektrisch mit einem Anschluss des Bootstrap-Kondensators.
In einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts handelt es sich bei dem oberen FET um einen n-Kanal-FET.
In einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts (1) umfasst die Halbbrückenschaltstufe einen unteren FET und (2) ist ein Drain des unteren FET elektrisch mit der Source des oberen FET gekoppelt.
In einem zweiten Aspekt umfasst ein System zum Speisen einer Treiberschaltungsanordnung für einen oberen Transistor einer Halbbrückenschaltstufe (1) eine Ladesteuerschaltungsanordnung, ausgelegt zum selektiven Laden eines Bootstrap-Kondensators der Halbbrückenschaltstufe über eine erste Spannungsquelle, sodass eine Spannung an dem Bootstrap-Kondensator innerhalb eines vorbestimmten Spannungsbereichs bleibt, und (2) eine Klemmschaltungsanordnung, ausgelegt zum Klemmen der Spannung an dem Bootstrap-Kondensator, um zu verhindern, dass die Spannung an dem Bootstrap-Kondensator einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet.
In einer Ausführungsform des zweiten Aspekts umfasst die Ladesteuerschaltungsanordnung (1) einen Schalter, ausgelegt zum selektiven elektrischen Koppeln des Bootstrap-Kondensators mit der ersten Spannungsquelle, und (2) eine Steuerschaltungsanordnung, ausgelegt zum derartigen Steuern des Schalters, dass sich der Schalter als Reaktion darauf, dass die Spannung an den Bootstrap-Kondensator einen ersten bzw. einen zweiten Schwellenwert durchquert, schließt und öffnet.
In einer anderen Ausführungsform des zweiten Aspekts umfasst die Klemmschaltungsanordnung (1) einen Entladungstransistor, der dazu ausgelegt ist, den Bootstrap-Kondensator zumindest teilweise zu entladen, und (2) eine Steuerschaltungsanordnung, ausgelegt zum Aktivieren und Entladen des Entladungstransistor als Reaktion darauf, dass die Spannung an dem Bootstrap-Kondensator einen Schwellenwert durchquert.
In einem dritten Aspekt umfasst eine Halbbrückenschaltstufe (1) einen oberen Feldeffekttransistor (FET), der elektrisch zwischen einen ersten Knoten und einen zweiten Knoten geschaltet ist, (2) einen unteren Feldeffekttransistor, der elektrisch zwischen den zweiten Knoten und einen dritten Knoten geschaltet ist, (3) eine Treiberschaltungsanordnung, ausgelegt zum Ansteuern eines Gates des oberen FET, (4) einen Bootstrap-Kondensator, der elektrisch mit dem zweiten Knoten gekoppelt ist und dazu ausgelegt ist, die Treiberschaltungsanordnung zumindest teilweise zu speisen, (5) eine Ladesteuerschaltungsanordnung, ausgelegt zum selektiven Laden des Bootstrap-Kondensators über eine erste Spannungsquelle, sodass eine Spannung an dem Bootstrap-Kondensator innerhalb eines vorbestimmten Spannungsbereichs bleibt, und (6) eine Klemmschaltungsanordnung, ausgelegt zum Klemmen der Spannung an dem Bootstrap-Kondensator, um zu verhindern, dass die Spannung an dem Bootstrap-Kondensator einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet.
In einer anderen Ausführungsform des dritten Aspekts umfasst die Halbbrückenschaltstufe ferner eine Sanftanlaufschaltungsanordnung, ausgelegt zum Laden des Bootstrap-Kondensators über eine zweite Spannungsquelle während des Einschaltens einer die Halbbrückenschaltstufe umfassenden Vorrichtung.
In einer anderen Ausführungsform des dritten Aspekts umfasst die Ladesteuerschaltungsanordnung (1) einen Schalter, ausgelegt zum selektiven elektrischen Koppeln des Bootstrap-Kondensators mit der ersten Spannungsquelle, und (2) eine Steuerschaltungsanordnung, ausgelegt zum derartigen Steuern des Schalters, dass sich der Schalter als Reaktion darauf, dass die Spannung an den Bootstrap-Kondensator einen ersten bzw. einen zweiten Schwellenwert durchquert, schließt und öffnet.
In einer anderen Ausführungsform des dritten Aspekts (1) ist ein Drain des oberen FET elektrisch mit dem ersten Knoten gekoppelt, (2) ist eine Source des oberen FET elektrisch mit dem zweiten Knoten gekoppelt, (3) ist ein Drain des unteren FET elektrisch mit dem zweiten Knoten gekoppelt und (4) ist eine Source des unteren FET elektrisch mit dem dritten Knoten gekoppelt.
In einer anderen Ausführungsform des dritten Aspekts umfasst die Halbbrückenschaltstufe ferner einen Stromerfassungswiderstand, der elektrisch zwischen den zweiten Knoten und einen vierten Knoten geschaltet ist, wobei der Bootstrap-Kondensator elektrisch zwischen den ersten und den vierten Knoten geschaltet ist.
Figurenliste

1 ist ein Schaltbild einer Halbbrückenschaltstufe.
2 ist ein Graph, der ein Beispiel des Betriebs der Halbbrückenschaltstufe von 1 veranschaulicht.
3 ist ein Schaltbild einer Halbbrückenschaltstufe, die n-Kanal-Feldeffekttransistoren (FETs) umfasst.
4 ist ein Graph, der zwei Wellenformen in einem beispielhaften idealen Betriebsszenario der Halbbrückenschaltstufen von 3 veranschaulicht.
5 ist ein Schaltbild einer Halbbrückenschaltstufe, die ein System zum Speisen einer Treiberschaltungsanordnung umfasst, gemäß einer Ausführungsform.
6 ist ein Graph, der ein Beispiel des Betriebs einer Ausführungsform einer Ladesteuerschaltungsanordnung der Halbbrückenschaltstufe von 5 veranschaulicht.
7 ist ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Ladesteuerschaltungsanordnung der Halbbrückenschaltstufe von 5.
8 ist ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Klemmschaltungsanordnung der Halbbrückenschaltstufe von 5.
9 ist ein Schaltbild einer alternativen Ausführungsform der Halbbrückenschaltstufe von 5, die ferner eine Sanftanlaufschaltungsanordnung umfasst.
10 ist ein Schaltbild einer Ausführungsform der Sanftanlaufschaltungsanordnung der Halbbrückenschaltstufe von 9.
11 ist ein Graph, der ein Beispiel des Betriebs der Halbbrückenschaltstufe von 9 während des Einschaltens einer die Schaltstufe beinhaltenden Vorrichtung veranschaulicht.
12 ist ein Schaltbild eines Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers, der eine Instanz der Halbbrückenschaltstufe umfasst, gemäß einer Ausführungsform.
13 ist ein Schaltbild eines Vollbrückenwandlers, der zwei Instanzen der Halbbrückenschaltstufe von 5 umfasst, gemäß einer Ausführungsform.
14 ist ein Schaltbild einer Motoransteuerung, die drei Instanzen der Halbbrückenschaltstufe von 5 umfasst, gemäß einer Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wurden große Fortschritte bei Feldeffekttransistoren (FETs) gemacht. Beispielsweise sind moderne FETs oftmals in der Lage, mit hohen Geschwindigkeiten zu schalten, hohe Spannungen und Ströme handzuhaben und mit geringem Einschaltwiderstand zu arbeiten. Darüber hinaus sind FETs mit vielen Herstellungsprozessen integrierter Schaltungen kompatibel. Folglich werden in Halbbrückenschaltstufen als deren obere und untere Schaltvorrichtungen oftmals FETs verwendet, anstatt dass andere Arten von Transistoren wie Bipolartransistoren (BJTs) oder Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) verwendet werden. N-Kanal-FETs weisen allgemein bessere Betriebscharakteristiken auf als p-Kanal-FETs ähnlicher Größe und Nennspannung, und daher werden in Halbbrückenschaltstufen häufig n-Kanal-FETs sowohl als obere als auch als untere Schaltvorrichtungen verwendet.
Zum Beispiel ist 3 ein Schaltbild einer Halbbrückenschaltstufe 300, in der eine obere Schaltvorrichtung durch einen n-Kanal-FET 302 implementiert ist und eine untere Schaltvorrichtung durch einen n-Kanal-FET 304 implementiert ist, die im Folgenden als oberer FET 302 bzw. unterer FET 304 bezeichnet werden. Die Halbbrückenschaltstufe 300 umfasst ferner eine obere Treiberschaltungsanordnung 306, eine untere Treiberschaltungsanordnung 308, einen Bootstrap-Kondensator 310, eine Diode 311 und einen Stromerfassungswiderstand 312. 3 zeigt ferner eine Stromerfassungsschaltungsanordnung 314, eine Spannungsquelle 316, eine Spannungsquelle 318 und eine Steuerung 120, obgleich diese Elemente nicht zwangsweise Teil der Halbbrückenschaltstufe 300 sind.
Der obere FET 302 und der untere FET 304 umfassen jeweils einen Drain (D), eine Source (S) und ein Gate (G). Darüber hinaus können der obere FET 302 und der untere FET 304 jeweils eine Body-Diode umfassen, wie in 3 veranschaulicht. Der Drain des oberen FET 302 ist elektrisch mit einem Leistungsknoten 322 (z. B. einer positiven Spannungsschiene) gekoppelt und die Source des oberen FET 302 ist elektrisch mit einem Schaltknoten 324 gekoppelt. Der Drain des oberen FET 304 ist elektrisch mit dem Schaltknoten 324 gekoppelt und die Source des unteren FET 304 ist elektrisch mit einem Leistungsknoten 326 (z. B. einer negativen Spannungsschiene oder Masse) gekoppelt. Sofern nichts anderes angegeben ist, sind alle Spannungen in der folgenden Erörterung der Halbbrückenschaltstufe 300 auf den Leistungsknoten 326 bezogen.
Der Stromerfassungswiderstand 112 ist elektrisch zwischen den Schaltknoten 324 und einen Ausgangsknoten 328 geschaltet. Die Stromerfassungsschaltungsanordnung 314 erzeugt ein Signal i_sense, das die Stärke des durch den Stromerfassungswiderstand 312 fließenden Stroms i₃ basierend auf einer Spannung an dem Stromerfassungswiderstand 312 repräsentiert. Das Signal i_sense kann entweder ein analoges Signal oder ein digitales Signal sein.
Die obere Treiberschaltungsanordnung 306 steuert das Gate des oberen FET 302 als Reaktion auf das Steuersignal Φ1 an, d. h. die obere Treiberschaltungsanordnung 302 schaltet das Gate des oberen Transistor 306 als Reaktion auf das Steuersignal Φ1 zwischen einer Stromversorgungsschiene 330 und dem Schaltknoten 324 um, sodass das Gate des oberen Transistors 302 entweder auf die Spannung der Stromversorgungsschiene 330 oder die Spannung des Schaltknotens 324 getrieben wird. Beispielsweise kann die obere Treiberschaltungsanordnung 306 das Gate des oberen FET 302 als Reaktion darauf, dass das Steuersignal Φ1 aktiv gesetzt wird, mit der Stromversorgungsschiene 330 verbinden, und die obere Treiberschaltungsanordnung 306 kann das Gate des oberen FET 302 als Reaktion darauf, dass das Steuersignal Φ1 inaktiv gesetzt wird, mit dem Schaltknoten 324 verbinden, oder umgekehrt. Gleichermaßen steuert die untere Treiberschaltungsanordnung 308 das Gate des unteren FET 304 als Reaktion auf das Steuersignal Φ2 an, d. h. die untere Treiberschaltungsanordnung 308 schaltet das Gate des unteren Transistor 304 als Reaktion auf das Steuersignal Φ2 zwischen einer Stromversorgungsschiene 332 und dem Leistungsknoten 326 um, sodass das Gate des unteren Transistors 304 entweder auf die Spannung der Stromversorgungsschiene 332 oder die Spannung des Leistungsknotens 326 getrieben wird. Beispielsweise kann die untere Treiberschaltungsanordnung 308 das Gate des unteren FET 304 als Reaktion darauf, dass das Steuersignal Φ2 aktiv gesetzt wird, mit der Stromversorgungsschiene 332 verbinden, und die untere Treiberschaltungsanordnung 308 kann das Gate des unteren FET 304 als Reaktion darauf, dass das Steuersignal Φ2 inaktiv gesetzt wird, mit dem Leistungsknoten 326 verbinden, oder umgekehrt. Die Steuerung 120 erzeugt die Steuersignale Φ1 und Φ2 beispielsweise unter Verwendung einer Pulsbreitenmodulations (PWM)-Technik oder einer Pulsfrequenzmodulations (PFM)-Technik.
Eine Gate-Source-Spannung (V_gs) eines n-Kanal-FET muss eine Schwellenspannung überschreiten, damit der FET zuverlässig eingeschaltet wird. Andererseits darf eine V_gs eines n-Kanal-FET eine maximale Gate-Source-Nennspannung des FET nicht überschreiten, um eine Beschädigung des FET, etwa durch Verursachen eines Defekts eines Gate-Oxids des FET, zu verhindern. Folglich muss eine Stromversorgungsspannung V_drv1 für die obere Treiberschaltungsanordnung 306, d. h. eine Differenz zwischen der Spannung der Stromversorgungsschiene 330 und der Spannung des Schaltknotens 324, für den oberen FET 302 innerhalb eines bestimmten Bereichs liegen. Gleichermaßen muss eine Stromversorgungsspannung V_drv2 für die untere Treiberschaltungsanordnung 308, d. h. eine Differenz zwischen der Spannung der Stromversorgungsschiene 332 und der Spannung des Leistungsknotens 326, für den unteren FET 304 innerhalb eines bestimmten Bereichs liegen. Bei einigen Anwendungen kann/können der/die zulässige(n) Bereich(e) der Stromversorgungsspannungen V_drv1 und V_drv2 relativ eng sein, z. B. zwischen 1,5 Volt und 2,2 Volt, etwa bei Verwendung von FETs mit dünnen Gate-Oxid-Schichten.
Es ist relativ einfach, eine akzeptable Stromversorgungsspannung V_drv2 für die untere Treiberschaltungsanordnung 308 zu erreichen, da die Stromversorgungsspannung V_drv2 auf den Leistungsknoten 326 bezogen ist, der in der Regel eine festgelegte Spannung aufweist. Folglich ist die Stromversorgungsspannung V_drv2 gleich einer Spannung der Spannungsquelle 318, und die Spannungsquelle 318 kann dazu ausgelegt sein, einen gewünschten Wert der Stromversorgungsspannung V_drv2 bereitzustellen. Es ist jedoch komplizierter, eine akzeptable Stromversorgungsspannung V_drv1 für die obere Treiberschaltungsanordnung 306 zu erreichen, da die Stromversorgungsspannung V_drv1 auf den Schaltknoten 324 bezogen ist und die Spannung V_x des Schaltknoten 316 mit dem Schalten des oberen FET 302 und des unteren FET 304 variiert.
Daher umfasst die Halbbrückenschaltstufe 300 einen Bootstrap-Kondensator 310, um als Stromquelle für die obere Treiberschaltungsanordnung 306 zu dienen, die auf den Schaltknoten 324 bezogen ist, anstatt auf den Leistungsknoten 326 bezogen zu sein. In diesem Dokument ist ein Bootstrap-Kondensator ein Kondensator, der elektrisch mit einem Schaltknoten einer Halbbrückenschaltstufe gekoppelt ist, um dabei zu helfen, eine elektrische Stromquelle, die auf den Schaltknoten bezogen ist, zum Speisen der Treiberschaltungsanordnung der Schaltstufe bereitzustellen. Beispielsweise ist der Bootstrap-Kondensator 310 über den Stromerfassungswiderstand 312 elektrisch zwischen eine Stromversorgungsschiene 330 und den Schaltknoten 324 geschaltet. Der Bootstrap-Kondensator 310 wird über die Spannungsquelle 316 und die Diode 311 geladen, wenn der untere FET 304 in seinem Ein-Zustand arbeitet, um die Stromversorgungsschiene 330 für obere Treiberschaltungsanordnung 306 zu erzeugen. Die Diode 311 könnte durch eine Schaltvorrichtung ersetzt werden, die beispielsweise so gesteuert wird, dass sie (1) in ihrem Ein-Zustand arbeitet, wenn der untere FET 304 in seinem Ein-Zustand arbeitet, und (b) in ihren Aus-Zustand arbeitet, wenn der untere FET 304 in seinem Aus-Zustand arbeitet. Unter Idealbedingungen bleibt die Stärke der Stromversorgungsspannung V_drv1 näherungsweise gleich der Spannung V_s der Spannungsquelle 316 minus eines Spannungsabfalls an der Diode 311 (oder minus eines Spannungsabfalls an einer die Diode 311 ersetzenden Schaltvorrichtung), wodurch eine stabile Stromversorgung für die obere Treiberschaltungsanordnung 306, die auf den Schaltknoten 324 bezogen ist, bereitgestellt wird. Die Stromversorgungsspannung V_drv1 ist die gleiche Spannung V_c an dem Bootstrap-Kondensator 310 ohne Berücksichtigung des Spannungsabfalls an dem Stromerfassungswiderstand 312. In diesem Dokument kann der Ausdruck „Spannung an dem Bootstrap-Kondensator 310“ entweder die Spannung V_drv1 oder die Spannung V_c bedeuten.
4 ist ein Graph 400, der ein Beispiel für zwei Spannungen der Halbbrückenschaltstufe 300 unter Idealbedingungen veranschaulicht, d. h. wobei (1) der untere FET 304 einen vernachlässigbaren Einschaltwiderstand aufweist, (2) ein vernachlässigbarer Spannungsabfall an dem Stromerfassungswiderstand 312 auftritt und (3) ein vernachlässigbarer Strom zwischen dem Gate des oberen FET 302 und der Treiberschaltungsanordnung 306 während des Schaltens des oberen FET 302 fließt. Der Graph 400 umfasst Kurven, die die Spannung V_x des Schaltknotens 324 und die Spannung V_c an dem Bootstrap-Kondensator 310 darstellen. Wie aus Graph 400 ersichtlich ist, sind beide Spannung V_x und V_c Rechteckwellen. Jedoch ist unter den oben erörterten Idealbedingungen die Stärke der Stromversorgungsspannung V_drv1 gleich V_c - V_x und somit bleibt die Stärke von V_drv1 trotz Änderungen der Spannung V_x und V_c konstant, wie 4 veranschaulicht.
Allerdings arbeitet eine realistische Implementierung der Halbbrückenschaltstufe 300 nicht gemäß den oben erörterten Idealbedingungen, und eine Stärke der Stromversorgungsspannung V_drv1 kann daher variieren. Zum Beispiel kann der Einschaltwiderstand des unteren FET 304 aufgrund des Spannungsabfalls an dem unteren FET 304, wenn der FET seinen Ein-Zustand ist, eine Variation der Spannung V_drv1 bewirken. Insbesondere ist, unter der Annahme eines vernachlässigbaren Spannungsabfalls an dem Stromerfassungswiderstand 312, die Spannung V_drv1 durch die nachstehende GL. 1 gegeben, in der i₂ der Strom durch den unteren FET 304 ist und R_ds- _on der Drain-Source-Einschaltwiderstand des unteren FET 304 ist. Beispielsweise sei angenommen, dass die Stromversorgungsspannung V_drv1 basierend auf den Gate-Ansteuerungsanforderungen für den oberen FET 302 zwischen 1,5 Volt und 2,2 Volt beträgt und die Spannung V_s näherungsweise auf den Mittelpunkt dieses Bereichs bei 1,8 Volt eingestellt ist. Darüber hinaus sei angenommen, dass R_ds-on 0,1 Ohm beträgt und dass i₂ 6 Ampere beträgt. Unter diesen Bedingungen beträgt V_dr_vi 2,4 Volt, wie sich anhand GL. 1 bestimmen lässt. Folglich wird die maximal zulässige Gate-Source-Spannung für den oberen FET 302 unter diesen Bedingungen überschritten. Man nehme nunmehr an, dass R_ds-on 0,1 Ohm beträgt und dass i₂ -6 Ampere beträgt. Anhand GL. 1 lässt sich bestimmen, dass V_drv1 unter diesen Bedingungen 1,2 Volt beträgt, und somit liegt die Gate-Source-Spannung für den oberen FET 302 unter einem Mindestwert, der erforderlich ist, um zu gewährleisten, dass der untere FET 302 eingeschaltet wird. Dementsprechend kann der Einschaltwiderstand des unteren FET 304 bewirken, dass Stärke der Stromversorgungsspannung V_drv1 außerhalb ihres spezifizierten Bereichs liegt, selbst wenn die Spannung V_s auf näherungsweise den Mittelpunkt des spezifizierten Bereichs eingestellt ist. $V_{d r v 1} = V_{S} + (i_{2}) (R_{d s - o n})$
Es sei angemerkt, dass negative Auswirkungen des Einschaltwiderstands des unteren FET 304 auf die Stromversorgungsspannung V_drv1 bei hohen Betriebstemperaturen ausgeprägt sind, da der FET-Einschaltwiderstand im Allgemeinen mit der Betriebstemperatur zunimmt. Beispielsweise kann der Einschaltwiderstand eines FET bei hoher Temperatur näherungsweise das Doppelte des Einschaltwiderstands des FET bei Raumtemperatur betragen. Darüber hinaus kann der untere FET 304 für eine mittlere Last der Halbbrückenschaltstufe 300 bemessen sein, anstatt für eine Spitzenlast der Halbbrückenschaltstufe 300 bemessen zu sein, wodurch die Wahrscheinlichkeit, dass V_drv1 aufgrund des Einschaltwiderstands des unteren FET 304 außerhalb ihres spezifizierten Bereichs liegt, erhöht wird. Die Auswirkungen des Einschaltwiderstands des unteren FET 304 auf die Stromversorgungsspannung V_drv1 können abgeschwächt werden, indem die Größe des FET 304 erhöht wird, um seinen Einschaltwiderstand zu reduzieren. Aufgrund von Platz- und Kosteneinschränkungen ist es jedoch allgemein nicht erwünscht, die FET-Größe zu erhöhen, insbesondere bei Anwendungen, bei denen der mittlere Laststrom deutlich kleiner als der Spitzenlaststrom ist.
Ferner kann der Spannungsabfall an dem Stromerfassungswiderstand 312 bewirken, dass die Spannung V_drv1 außerhalb ihres spezifizierten Bereichs liegt. Insbesondere bleibt, während der Widerstandswert des Stromerfassungswiderstands 312 die Stärke von V_drv1 nicht beeinträchtigen würde, wenn der Strom i₃ während des Ladens und Entladens des Bootstrap-Kondensators 310 konstant bleibt, der Strom i₃ unter realistischen Betriebsbedingungen der Halbbrückenschaltstufe 300 nicht konstant. Dementsprechend beeinträchtigt der Stromerfassungswiderstand 312 die Spannung V_drv1 in der Regel wie durch die nachstehende GL. 2 approximiert, wobei R der Widerstandswert des Stromerfassungswiderstands 312 ist. Es sei beispielsweise angenommen, dass R gleich 0,1 Ohm ist, i3 gleich -6 Ampere ist und V_c gleich 1,9 Volt ist. Anhand GL. 2 lässt sich bestimmen, dass V_drv1 etwa 2,5 Volt beträgt, was deutlich größer als der maximal zulässige Wert der Stromversorgungsspannung V_drv1 ist, wenn man annimmt, dass der zulässige Bereich 1,5 bis 2,2 Volt ist, wie dem obigen Beispiel. Darüber hinaus nehmen, obgleich dies in der nachstehenden GL. 2 nicht widergespiegelt wird, Auswirkungen des Stromerfassungswiderstands 312 auf die V_drv1 Spannung mit zunehmender Frequenz des Stroms i₃ zu, da die Stromänderungsrate mit zunehmender Frequenz des Stroms i3 ansteigt. $V_{d r v 1} = V_{C} - (i_{3}) (R)$
Die negativen Auswirkungen des Stromerfassungswiderstands 312 auf die Spannung V_drv1 lassen sich vermeiden, indem ein unterer Anschluss 334 des Bootstrap-Kondensators 310 mit dem Schaltknoten 324 anstatt mit dem Ausgangsknoten 328 verbunden wird. Jedoch kann sich der Schaltknoten 324 in Ausführungsformen, in denen die Halbbrückenschaltstufe 300 teilweise durch eine integrierte Schaltung implementiert ist, innerhalb der integrierten Schaltung befinden, und der Bootstrap-Kondensator 310 kann sich außerhalb der integrierten Schaltung befinden. Zudem gibt es möglicherweise nicht genügend Ausgangspins oder Lötkontakthügel auf der integrierten Schaltung, um einen externen Zugang zu dem Schaltknoten 324 zu gestatten. Daher ist 334 es möglicherweise nicht machbar, den Anschluss 334 direkt mit dem Schaltknoten 334 zu verbinden, und der Anschluss 334 muss möglicherweise über den Stromerfassungswiderstand 312 elektrisch mit dem Schaltknoten 324 gekoppelt werden, wie in 3 veranschaulicht.
Hier werden Systeme und Verfahren zum Speisen einer Treiberschaltungsanordnung offenbart, die die oben erörterten Probleme zumindest teilweise beheben. Die neuen Systeme umfassen eine Ladesteuerschaltungsanordnung und eine Klemmschaltungsanordnung. Die Ladesteuerschaltungsanordnung ist zum selektiven Laden eines Bootstrap-Kondensators einer Halbbrückenschaltstufe über eine Spannungsquelle ausgelegt, sodass eine Spannung des Bootstrap-Kondensators innerhalb eines vorbestimmten Spannungsbereichs bleibt, was dabei hilft, zu verhindern, dass die Stromversorgungsspannung der Treiberschaltungsanordnung unter einen minimal zulässigen Pegel fällt. Die Klemmschaltungsanordnung ist zum Klemmen der Spannung an dem Bootstrap-Kondensator ausgelegt, um zu verhindern, dass die Spannung an dem Bootstrap-Kondensator einen vorbestimmten maximalen Wert überschreitet, was dabei hilft, zu verhindern, dass die Stromversorgungsspannung der Treiberschaltungsanordnung über einen maximal zulässigen Pegel steigt. Somit helfen die neuen Systeme und Verfahren dabei, zu verhindern, dass ein Einschaltwiderstand eines unteren FET und ein Widerstandswert eines Stromerfassungswiderstands bewirken, dass die Stromversorgungsspannung der Treiberschaltungsanordnung außerhalb eines spezifizierten zulässigen Bereichs liegt.
5 ist ein Blockdiagramm einer Halbbrückenschaltstufe 500, die eine Ausführungsform der hier offenbarten neuen Systeme umfasst. Die Halbbrückenschaltstufe 500 umfasst viele der Elemente der Halbbrückenschaltstufe 300 von 3. Insbesondere umfasst die Halbbrückenschaltstufe 500 den oberen FET 302, den unteren FET 304, die obere Treiberschaltungsanordnung 306, die untere Treiberschaltungsanordnung 308, den Bootstrap-Kondensator 310 und den Stromerfassungswiderstand 312. Darüber hinaus umfasst die Halbbrückenschaltstufe 500 ferner eine Ladesteuerschaltungsanordnung 502 und eine Klemmschaltungsanordnung 504. 5 zeigt ferner die Stromerfassungsschaltungsanordnung 314, die Spannungsquelle 316, die Spannungsquelle 318 und die Steuerung 120, obgleich diese Elemente nicht zwangsweise Teil der Halbbrückenschaltstufe 500 sind. Die Elemente 302, 304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318 und 320 sind dazu ausgelegt, auf die gleiche Weise wie oben unter Bezugnahme auf 3 erörtert zu arbeiten. In einigen Ausführungsformen sind die Spannungsquellen 316 und 318 durch eine gemeinsame Spannungsquelle anstatt durch jeweilige unterschiedliche Spannungsquellen implementiert. Darüber hinaus wird in einigen Ausführungsformen auf den Stromerfassungswiderstand 312 (und die damit verbundene Stromerfassungsschaltungsanordnung 314) verzichtet. Beispielsweise kann bei Anwendungen, die mehrere Instanzen der Halbbrückenschaltstufe 500 umfassen, nur eine Instanz der Halbbrückenschaltstufe 500 eine Stromerfassungsfähigkeit erfordern.
Darüber hinaus ist die Ladesteuerschaltungsanordnung 502 dazu ausgelegt, die Spannung V_drv1 oder die Spannung V_c an dem Bootstrap-Kondensator 310 zu überwachen, um das Laden des Bootstrap-Kondensators 310 von der Spannungsquelle 316 derart zu steuern, dass V_drv1 oder die Spannung V_c innerhalb eines vorbestimmten Spannungsbereichs bleibt. Der vorbestimmte Spannungsbereich ist beispielsweise so gewählt, dass er im Wesentlichen mit einem Bereich von V_gs des oberen FET 302 übereinstimmt, der gewährleistet, dass der obere FET 302 vollständig eingeschaltet wird, während er einen maximalen Nennwert von V_gs des oberen FET 302 nicht überschreitet. Dementsprechend hilft die Aufnahme der Ladesteuerschaltungsanordnung 502 in die Halbbrückenschaltstufe 500 dabei, zu verhindern, dass die Stärke der Stromversorgungsspannung V_drv1 unter einen minimal zulässigen Wert fällt, wie etwa aufgrund des Einschaltwiderstands des unteren FET 304 und/oder des Widerstandswert des Stromerfassungswiderstands 302.
Die Tatsache, dass die Ladesteuerschaltungsanordnung 502 durch Steuern des Ladens des Bootstrap-Kondensators 310 von der Spannungsquelle 316 ein Regeln der Spannung V_c und/oder der Spannung V_drv1 unterstützt, kann ermöglichen, dass die Spannung V_s der Spannungsquelle 316 größer als der maximale Nennwert von V_gs des oberen FET 302 ist. Beispielsweise beträgt der maximale Nennwert von V_gs des oberen FET 302 in einigen Ausführungsformen 2,2 Volt und die Spannung V_s beträgt entweder 3,3 Volt oder 5 Volt. Als weiteres Beispiel beträgt der maximale Nennwert von V_gs des oberen FET 302 in einigen Ausführungsformen 3,3 Volt, und die Spannung V_s beträgt entweder 5 Volt oder 12 Volt.
6 ist ein Graph 600, der ein Beispiel des Betriebs einer Ausführungsform der Ladesteuerschaltungsanordnung 502 veranschaulicht. In dieser Ausführungsform ist die Ladesteuerschaltungsanordnung 502 dazu ausgelegt, das Laden des Bootstrap-Kondensators 310 derart zu steuern, dass die Stromversorgungsspannung V_drv1 innerhalb eines durch einen Minimalwert V_{drv1_min} und einen Maximalwert V_{drv2_max} begrenzten Bereichs bleibt. Zum Zeitpunkt t₀ gibt die Ladesteuerschaltung 502 das Laden des Bootstrap-Kondensators 310 über die Spannungsquelle 316 frei. Zum Zeitpunkt t₁ sperrt die Ladesteuerschaltung 502 das Laden des Bootstrap-Kondensators 310 als Reaktion darauf, dass die Stärke der Stromversorgungsspannung V_drv1 V_{drv1_max} erreicht. Zum Zeitpunkt t₂ gibt die Ladesteuerschaltung 502 das Laden des Bootstrap-Kondensators 310 über die Spannungsquelle 316 als Reaktion darauf, dass die Stromversorgungsspannung V_drv1 auf V_{drv1_min} fällt, erneut frei. Zum Zeitpunkt t₃ sperrt die Ladesteuerschaltung 502 das Laden des Bootstrap-Kondensators 310 als Reaktion darauf, dass die Stärke der Stromversorgungsspannung V_drv1 V_{drv1 max} erreicht, erneut. Dieser Prozess wird wiederholt, sodass die Stromversorgungsspannung V_drv1 wiederholt zwischen V_{drv1_min} und V_{drv1_max} übergeht. 6 ist nicht so auszulegen, dass eine bestimmte Form oder Frequenz der Wellenform der Spannung V_drv1 erforderlich ist. Die tatsächliche Form und Frequenz dieser Wellenform hängen von der Implementierung ab und hängen außerdem von den Betriebsbedingungen der Halbbrückenschaltstufe 500 sowie Charakteristiken einer elektrisch damit gekoppelten (nicht gezeigten) Last ab. Darüber hinaus könnte die Ladesteuerschaltungsanordnung 502 dazu ausgelegt sein, das Laden des Bootstrap-Kondensators 310 über die Spannungsquelle 316 zu steuern, um die Spannung V_c an dem Bootstrap-Kondensator 310 zu regeln, anstatt die Stromversorgungsspannung V_drv1 zu regeln.
Unter erneuter Bezugnahme auf 5 kann, obgleich die Ladesteuerschaltungsanordnung 502 dazu ausgelegt ist, das Steuern der Stromversorgungsspannung V_drv1 oder der Spannung V_c an dem Bootstrap-Kondensator 310 durch Steuern des Ladens des Bootstrap-Kondensators 310 von der Spannungsquelle 316 zu unterstützen, ein maximal zulässiger Wert der Stromversorgungsspannung V_drv1 unter gewissen Bedingungen trotzdem überschritten werden. Man nehme zum Beispiel an, dass der Strom i₃ in der in 5 angegebenen Richtung fließt und dass die Stromstärke kontinuierlich zunimmt. Eine Zunahme des Stroms i₃ bewirkt einen Abfall von V_drv1 aufgrund des Spannungsabfalls an dem Stromerfassungswiderstand 312, wie oben unter Bezugnahme auf GL. 2 erörtert. Folglich lädt die Ladesteuerschaltungsanordnung 502 den Bootstrap-Kondensator 310, um den Spannungsausgleich an dem Stromerfassungswiderstand 312 auszugleichen. Als Nächstes sei angenommen, dass der Strom i₃ die Richtung ändert. Strom fließt i₃ fließt Stromerfassungswiderstand 312 erhöht die Stromversorgungsspannung V_drv1, anstatt die Stromversorgungsspannung V_drv1 zu verringern, und daher wird der Bootstrap-Kondensator 310 für die aktuellen Betriebsbedingungen der Halbbrückenschaltstufe 500 überladen. Als Ergebnis kann die Stromversorgungsspannung V_drv1 ihren maximal zulässigen Wert überschreiten, bis der Bootstrap-Kondensator 310 ausreichend geladen ist, um die Stärke der Stromversorgungsspannung V_drv1 auf einen zulässigen Wert zu reduzieren.
Die Klemmschaltungsanordnung 504 hilft vorteilhafterweise dabei, eine Überspannung der Stromversorgungsspannung V_drv1, wie etwa in dem oben genannten Szenario, zu verhindern. Insbesondere ist die Klemmschaltungsanordnung 504 dazu ausgelegt, die Stärke der Stromversorgungsspannung V_drv1 (oder der Spannung V_c) zu klemmen, um zu verhindern, dass die Spannung einen vorbestimmten Maximalwert, wie etwa einen maximalen Nennwert von V_gs des oberen FET 302, überschreitet. Die Klemmschaltungsanordnung 504 ist dazu ausgelegt, die Stromversorgungsspannung V_drv1 zu begrenzen, indem sie einen ausreichenden Strom i₄, um den Bootstrap-Kondensator 310 teilweise zu entladen, an eine (nicht gezeigte) Last, die elektrisch mit dem Ausgangsknoten 328 gekoppelt ist, leitet, um zu verhindern, dass die Stromversorgungsspannung V_drv1 den vorbestimmten Maximalwert überschreitet. Beispielsweise kann die Klemmschaltungsanordnung 504 den Bootstrap-Kondensator 310 als Reaktion darauf, dass die Leistungsversorgungsspannung V_drv1 einen Schwellenwert durchquert, teilweise entladen. Dementsprechend helfen die Ladesteuerschaltung 502 und die Klemmschaltungsanordnung 504 zusammen dabei, zu gewährleisten, dass die Stromversorgungsspannung V_drv1 innerhalb eines spezifizierten zulässigen Bereichs bleibt.
7 ist ein Schaltbild einer Ladesteuerschaltungsanordnung 700, bei der es sich um eine mögliche Ausführungsform der Ladesteuerschaltungsanordnung 502 handelt. Es versteht sich jedoch, dass die Ladesteuerschaltungsanordnung 502 nicht auf die Ausführungsformen von 7 beschränkt ist. Vielmehr könnte die Ladesteuerschaltungsanordnung 502 andere Konfigurationen aufweisen, solange sie dazu ausgelegt ist, das Laden des Bootstrap-Kondensators 310 über die Spannungsquelle 316 derart zu steuern, dass V_drv1 und/oder V_c innerhalb eines vorbestimmten Bereichs bleiben.
Die Ladesteuerschaltungsanordnung 700 umfasst eine Schaltvorrichtung 702, einen Komparator 704 und eine Referenzquelle 706. Die Schaltvorrichtung 700 ist dazu ausgelegt, den Bootstrap-Kondensator 310 selektiv elektrisch mit der Spannungsquelle 316 zu koppeln, um den Bootstrap-Kondensator 310 über die Spannungsquelle 316 selektiv zu laden. Insbesondere ist die Schaltvorrichtung elektrisch zwischen die Spannungsquelle 316 und die Stromversorgungsschiene 330 geschaltet, und die Schaltvorrichtung 702 wird durch ein durch den Komparator 704 erzeugtes Steuersignal Φ3 gesteuert. In einigen Ausführungsformen umfasst die Schaltvorrichtung 702 einen Transistor, wie etwa einen FET oder einen BJT. Die Referenzquelle 706 ist zum Erzeugen einer Referenzspannung V_{ref_1} ausgelegt. In einigen Ausführungsformen umfasst die Referenzquelle 706 eine (nicht gezeigte) Stromquelle, ausgelegt zum Treiben eines Stroms durch eine (nicht gezeigte) Widerstandsvorrichtung, um V_{ref_1} zu erzeugen. Obgleich die Referenzquelle 706 in der Darstellung von 7 auf den Schaltknoten 324 bezogen ist, könnte die Referenzquelle stattdessen auf einen anderen Knoten, z. B. den Ausgangsknoten 328, bezogen sein, ohne vom Schutzumfang hiervon abzuweichen.
Der Komparator 704 ist dazu ausgelegt, die Stromversorgungsspannung V_drv1 mit V_{ref_1} zu vergleichen und als Reaktion darauf das Steuersignal Φ3 zu erzeugen. Der Komparator 704 weist Hysterese mit einem Wert von V_hyst auf, und der Komparator 704 ist dazu ausgelegt, ein Schließen der Schaltvorrichtung 702 als Reaktion darauf, dass die Versorgungsspannung V_drv1 einen ersten Schwellenwert V_{ref_1} - V_hyst durchquert, z. B. auf diesen abfällt, zu bewirken. Darüber hinaus ist der Komparator 704 dazu ausgelegt, ein Öffnen der Schaltvorrichtung 702 als Reaktion darauf, dass die Versorgungsspannung V_drv1 einen zweiten Schwellenwert V_{ref_1} + V_hyst durchquert, z. B. auf diesen ansteigt, zu bewirken. Somit ist die Ladesteuerschaltungsanordnung 700 dazu ausgelegt, das Laden des Bootstrap-Kondensators 310 derart zu steuern, dass die Stromversorgungsspannung V_drv1 innerhalb eines Bereichs bleibt, der auf der niedrigen Seite durch V_{ref_1} - V_hyst und auf der hohen Seite durch V_{ref_1} + V_hyst begrenzt ist. In einer alternativen Ausführungsform vergleicht der Komparator 704 eine skalierte Version der Spannung V_drv1, wie etwa der durch einen ohmschen Spannungsteiler abwärtsgeteilten Spannung V_drv1, mit V_{ref_1}. 7 veranschaulicht den Komparator 704, der durch eine Verwaltungsstromversorgungsschiene 708 gespeist wird, die auf den Leistungsknoten 326 bezogen ist, obgleich der Komparator 704 auf andere Weise gespeist werden könnte, ohne vom Schutzumfang hiervon abzuweichen.
8 ist ein Schaltbild einer Klemmschaltungsanordnung 800, bei der es sich um eine mögliche Ausführungsform der Klemmschaltungsanordnung 504 handelt. Es versteht sich jedoch, dass die Klemmschaltungsanordnung 504 nicht auf die Ausführungsformen von 8 beschränkt ist. Stattdessen könnte die Klemmschaltungsanordnung 800 andere Konfigurationen aufweisen, solange sie dazu ausgelegt ist, die Stromversorgungsspannung V_drv1 zu begrenzen, indem sie einen ausreichenden Strom i₄, um den Bootstrap-Kondensator 310 teilweise zu entladen, an eine (nicht gezeigt) Last, die elektrisch mit dem Ausgangsknoten 328 gekoppelt ist, leitet.
Die Klemmschaltungsanordnung 800 umfasst einen Entladetransistor 802, einen Fehlerverstärker 804, eine Referenzquelle 806, einen Widerstand 808 und eine Widerstandsvorrichtung 810. Der Entladetransistor 802 ist ein Transistor, der dazu ausgelegt ist, den Bootstrap-Kondensator 310 als Reaktion auf ein Signal von dem Fehlerverstärker 804 teilweise zu entladen. Der Entladetransistor 802 ist elektrisch zwischen die Stromversorgungsschiene 330 und den Schaltknoten 324 geschaltet und der Entladetransistor 802 wird durch ein durch den Fehlerverstärker 804 erzeugtes Fehlersignal Φ4 gesteuert. Obgleich der Entladetransistor 802 als n-Kanal-FET veranschaulicht ist, könnte der Entladetransistor 802 eine andere Art von Transistor sein, darunter unter anderem ein p-Kanal-FET oder BJT. Darüber hinaus könnte der Entladetransistor 802 durch mehrere Transistoren, wie etwa mehrere elektrisch parallel geschaltete Transistoren, ersetzt werden. Die Referenzquelle 806 ist zum Erzeugen einer Referenzspannung Y_{ref_2} ausgelegt. In einigen Ausführungsformen umfasst die Referenzquelle 806 eine (nicht gezeigte) Stromquelle, ausgelegt zum Treiben eines Stroms durch eine (nicht gezeigte) Widerstandsvorrichtung, um V_{ref_2} zu erzeugen. Die Widerstände 808 und 810 sind elektrisch zwischen der Stromversorgungsschiene 330 und dem Schaltknoten 324 in Reihe geschaltet, um einen Spannungsteiler zu bilden, der eine Spannung V_y an einem Knoten, an dem die zwei Widerstände verbunden sind, erzeugt. V_y ist eine skalierte Version der Stromversorgungsspannung V_drv1.
Der Fehlerverstärker 804 vergleicht die Spannung V_y mit V_{ref_2}, um das Fehlersignal Φ4 zu erzeugen und dadurch den Entladetransistor 802 zu modulieren, um die Stärke des Stroms i₄ zum teilweisen Entladen des Bootstrap-Kondensators 704 derart zu steuern, dass die Spannung V_y die Spannung V_{ref_2} nicht übersteigt. Werte der Widerstände 808 und 810 sowie von V_{ref_2} können so gewählt werden, dass die Stromversorgungsspannung V_drv1 einen vorbestimmten Maximalwert, z. B. einen maximalen Gate-Source-Spannungsnennwert des oberen FET 302, nicht überschreitet. In einigen alternativen Ausführungsformen wird auf die Widerstände 808 und 810 verzichtet, und der Fehlerverstärker 804 vergleicht die Stromversorgungsspannung V_drv1 mit V_{ref_2}. Die Klemmschaltungsanordnung 800 kann zusätzliche Komponenten, wie etwa zusätzliche passive Elemente, umfassen, um eine gewünschte Antwort, z. B. eine gewünschte Phasenreserve und/oder Verstärkungsreserve, eines geschlossenen Regelkreises, der den Fehlerverstärker 804, den Entladetransistor 802 und den Bootstrap-Kondensator 310 umfasst, zu erzielen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 5 ist in einigen Ausführungsformen die Spannung V_s der Spannungsquelle 316 größer als ein maximaler Gate-Source-Spannungsnennwert des oberen FET 302, wie oben erörtert. Während die Ladesteuerschaltungsanordnung 502 und die Klemmschaltungsanordnung 504 verhindern, dass die Stärke der Stromversorgungsspannung V_drv1 während eines stationären Betriebs der Halbbrückenschaltstufe 500 diesen maximalen Nennwert überschreitet, ist es möglich, dass die Stromversorgungsspannung V_drv1 den maximalen Nennwert unter gewissen Bedingungen während des Einschaltens einer die Halbbrückenschaltstufe 500 umfassenden Vorrichtung überschreiten könnte. Man nehme beispielsweise ein Szenario an, bei dem die Spannungsquelle 316 während des Einschaltens einer die Halbbrückenschaltstufe 500 umfassenden Vorrichtung vor der Ladesteuerschaltungsanordnung 502 aktiv wird. In diesem Szenario könnte ein maximal zulässiger Wert der Stromversorgungsspannung V_drv1 überschritten werden, bis die Ladesteuerschaltungsanordnung 502 aktiv wird und dadurch in der Lage ist, das Laden des Bootstrap-Kondensators 310 von der Spannungsquelle 316 zu steuern.
Daher umfassen einige alternative Ausführungsformen der Halbbrückenschaltstufe 500 ferner eine Schaltungsanordnung zum Verhindern eines übermäßigen Ladens des Bootstrap-Kondensators 310 während des Einschaltens einer die Halbbrückenschaltstufe umfassenden Vorrichtung. 9 ist beispielsweise ein Schaltbild einer Halbbrückenschaltstufe 900, bei der es sich um eine alternative Ausführungsform der Halbbrückenschaltstufe 500 handelt, die ferner eine Sanftanlaufschaltungsanordnung 902 umfasst. 9 zeigt ferner eine Spannungsquelle 904 und eine Power-OK-Schaltungsanordnung 906, obgleich keines dieser Elemente zwangsweise Teil der Halbbrückenschaltstufe 900 ist. Die Spannungsquelle 904 ist dazu ausgelegt, eine Spannung V_z mit einer Stärke zu erzeugen, die einen maximalen Gate-Source-Spannungsnennwert des oberen FET 302 nicht überschreitet. Darüber hinaus ist die Stärke der Spannung V_z geringer als die Stärke der durch die Spannungsquelle 316 erzeugten Spannung V_s.
Die Power-OK-Schaltungsanordnung 904 ist dazu ausgelegt, ein Signal Φ5 zu erzeugen, das zumindest widerspiegelt, ob eine oder mehrere durch die Ladesteuerschaltungsanordnung 502 verwendete (nicht gezeigte) Leistungsschienen innerhalb eines zur Gewährleistung eines ordnungsgemäßen Betriebs der Ladesteuerschaltungsanordnung 502 erforderlichen Bereichs liegen. Beispielsweise sei unter erneuter Bezugnahme auf 7 angenommen, dass der Komparator 704 durch die Verwaltungsstromversorgungsschiene 708 gespeist wird. Die Power-OK-Schaltungsanordnung 904 kann ein Signal Φ5 erzeugen, das widerspiegelt, ob die Verwaltungsstromversorgungsschiene 708 innerhalb eines zur Gewährleistung eines ordnungsgemäßen Betriebs des Komparators 704 erforderlichen Bereichs liegt. In der Ausführungsform von 9 wird das Signal Φ5 aktiv gesetzt, wenn die eine oder die mehreren durch die Ladesteuerschaltungsanordnung 502 verwendeten (nicht gezeigten) Leistungsschienen innerhalb eines jeweiligen zur Gewährleistung eines ordnungsgemäßen Betriebs der Ladesteuerschaltungsanordnung 502 erforderlichen Bereichs liegen. Jedoch könnte die Power-OK-Schaltungsanordnung 904 derart konfiguriert sein, dass das Signal Φ5 eine andere Polarität aufweist, ohne vom Schutzumfang hiervon abzuweichen. Darüber hinaus könnte es sich bei dem Signal Φ5 um ein oder zwei oder mehr während des Einschaltens einer die Halbbrückenschaltstufe 900 beinhaltenden Vorrichtung erzeugten Signale handeln. Beispielsweise ist das Signal Φ5 in einigen Ausführungsformen ein letztes Signal, das angibt, dass eine oder mehrere Stromversorgungsschienen innerhalb jeweiliger Regelungsbereiche liegen.
Die Sanftanlaufschaltungsanordnung 902 ist dazu ausgelegt, den Bootstrap-Kondensator 310 während des Einschaltens einer die Halbbrückenschaltstufe 900 umfassenden Vorrichtung über die Spannungsquelle 904 zu laden. Insbesondere ist die Sanftanlaufschaltungsanordnung 902 dazu ausgelegt, den Bootstrap-Kondensator 310 über die Spannungsquelle 904 zu laden, wenn das Signal Φ5 inaktiv gesetzt wird, und die Sanftanlaufschaltungsanordnung 902 ist dazu ausgelegt, das Laden des Bootstrap-Kondensators 310 über die Spannungsquelle 904 zu sperren, wenn das Signal Φ5 aktiv gesetzt wird. 10 ist ein Schaltbild einer Sanftanlaufschaltungsanordnung 1000, bei der es sich um eine mögliche Ausführungsform der Sanftanlaufschaltungsanordnung 902 von 9 handelt. Es versteht sich jedoch, dass die Sanftanlaufschaltungsanordnung 902 auf andere Weisen implementiert werden könnte. Die Sanftanlaufschaltungsanordnung 1000 umfasst eine Schaltvorrichtung 1002, z. B. einen Transistor, die elektrisch zwischen die Spannungsquelle 904 und die Stromversorgungsschiene 330 geschaltet ist. Die Schaltvorrichtung 1002 ist so konfiguriert, dass sie in ihrem geschlossenen Zustand arbeitet, wenn das Signal Φ5 inaktiv gesetzt ist, und die Schaltvorrichtung 1002 ist so konfiguriert, dass sie in ihrem offenen Zustand arbeitet, wenn das Signal Φ5 aktiv gesetzt ist.
Unter erneuter Bezugnahme auf 9 ist die Ladesteuerschaltungsanordnung 502 in der Halbbrückenschaltstufe 900 so konfiguriert, dass sie gesperrt ist, bis das Signal Φ5 aktiv gesetzt wird. Beispielsweise kann die Schaltvorrichtung 702 von 7 so konfiguriert sein, dass sie ungeachtet des Werts des Steuersignals Φ3 in ihrem offenen Zustand arbeitet, bis das Steuersignal Φ5 aktiv gesetzt wird. Nach Aktivsetzen Φ5 des Steuersignals kann die Schaltvorrichtung 702 zum Schalten gemäß dem Steuersignal Φ3 ausgelegt sein.
Dementsprechend wird der Bootstrap-Kondensator 310 der Halbbrückenschaltstufe 900 über Spannungsquelle 904 geladen, während das Signal Φ5 inaktiv gesetzt ist, z. B. während des Einschaltens einer die Schaltstufe umfassenden Vorrichtung, und der Bootstrap-Kondensator 310 wird über die Spannungsquelle 316 geladen, während das Signal Φ5 aktiv gesetzt ist, z. B. während des Einschaltens der die Schaltstufe umfassenden Vorrichtung. Eine solche Verwendung der Spannungsquelle 904 zum Laden des Bootstrap-Kondensators 310 in Zeiträumen, in denen die Ladesteuerschaltungsanordnung 502 nicht unbedingt betriebsbereit ist, hilft dabei, übermäßig hohe Werte der Stromversorgungsspannung V_drv1 zu verhindern.
11 ist ein Graph 1100, der ein Beispiel des Betriebs der Halbbrückenschaltstufe 900 während des Einschaltens einer die Schaltstufe beinhaltenden Vorrichtung veranschaulicht. Der Graph 1100 umfasst eine Kurve, die die Stromversorgungsspannung V_drv1 darstellt, sowie eine Kurve, die das Signal Φ5 darstellt. Die zwei Kurven sind der Deutlichkeit der Veranschaulichung halber vertikal voneinander versetzt. Zum Zeitpunkt t₀ beginnt das Einschalten der die Schaltstufe 900 beinhaltenden Vorrichtung, und eine oder mehrere durch die Ladesteuerschaltungsanordnung 502 verwendete Stromschienen liegen nicht innerhalb jeweiliger zum Gewährleisten eines ordnungsgemäßen Betriebs der Ladesteuerschaltungsanordnung 502 erforderlicher Bereiche. Dementsprechend ist das Signal inaktiv gesetzt, die Sanftanlaufschaltungsanordnung 902 ist freigegeben und die Ladesteuerschaltungsanordnung 502 ist gesperrt. Folglich beginnt der Bootstrap-Kondensator 310 das Laden aufgrund der geringen Stärke der Spannung V_z mit einer relativ langsamen Rate. Zum Zeitpunkt t₁ liegen die eine oder die mehreren durch die Ladesteuerschaltungsanordnung 502 verwendeten Stromschienen innerhalb jeweiliger zum Gewährleisten eines ordnungsgemäßen Betriebs der Ladesteuerschaltungsanordnung 502 erforderlicher Bereiche, und die Power-OK-Schaltungsanordnung 906 setzt das Signal Φ5 dementsprechend aktiv. Als Reaktion wird die Sanftanlaufschaltungsanordnung 902 gesperrt und die Ladesteuerschaltungsanordnung 502 freigegeben. Von nun an steuert die Ladesteuerschaltungsanordnung 502 das Laden des Bootstrap-Kondensators 310 der Spannungsquelle 316, sodass die Spannung V_driv1 innerhalb eines durch V_{drv1_min} und V_{drv1_max} begrenzten vorbestimmten Bereichs bleibt, wie in 11 veranschaulicht.
11 ist nicht so auszulegen, dass eine bestimmte Form oder ein bestimmtes Timing der Wellenform der Spannung V_drv1 in der Halbbrückenschaltstufe 900 während des Einschaltens einer die Schaltstufe beinhalten Vorrichtung erforderlich ist. Die tatsächliche Form und das tatsächliche Timing dieser Wellenform hängt von der Implementierung ab und kann auch von Charakteristiken einer die Schaltstufe beinhaltenden Vorrichtung abhängen.
Die Halbbrückenschaltstufen 500 und 900 können in Vorrichtungen enthalten sein, die unter anderem Verstärker, Gleichstrom-Gleichstrom(DC-DC)-Wandler, Wechselstrom-Wechselstrom(AC-AC)-Wandler, Wechselrichter, Motoransteuerungen und aktive Gleichrichter umfassen. Nachstehend werden unter Bezugnahme auf 12-14 einige beispielhafte Anwendungen der Halbbrückenschaltstufen 500 und 900 erörtert. Es zeigt sich jedoch, dass die Halbbrückenschaltstufen 500 und 900 nicht auf diese beispielhaften Anwendungen beschränkt sind.
12 ist ein Schaltbild eines DC-DC-Wandlers 1200, der eine Instanz der Halbbrückenschaltstufe 500 umfasst. Einzelheiten der Halbbrückenschaltstufe 500 sind in 12 der Deutlichkeit der Veranschaulichung halber nicht gezeigt. Der DC-DC-Wandler 1200 umfasst ferner eine Induktivität 1202, einen Kondensator 1204 und eine Steuerung 1206. Darüber hinaus zeigt 12 eine Eingangsspannungsquelle 1208 und eine Last 1210, obgleich diese zwei Elemente nicht zwangsweise Teil des DC-DC-Wandlers 1200 sind. Die Spannungsquelle 316 und 318 sind in 12 nicht gezeigt, obgleich diese Spannungsquellen entweder innerhalb oder außerhalb des DC-DC-Wandlers 1200 vorhanden sein könnten.
Die Eingangsspannungsquelle 1208 ist elektrisch zwischen die Leistungsknoten 322 und 326 geschaltet. Dementsprechend ist der Leistungsknoten 322 eine Eingangsstromschiene, und der Leistungsknoten 326 ist ein Masse- oder Referenzknoten. Die Induktivität 1202 ist elektrisch zwischen den Ausgangsknoten 328 und einen Lastknoten 1212 geschaltet. Sowohl der Kondensator 1204 als auch die Last 1210 ist elektrisch zwischen den Lastknoten 1212 und den Leistungsknoten 326 geschaltet. Die Steuerung 1206 ist dazu ausgelegt, die Steuersignale Φ1 und Φ2 zu erzeugen, um eine Spannung V_out an der Last 1210 zu regeln. Einige Ausführungsformen der Steuerung 1206 sind dazu ausgelegt, gemäß einem Strommodussteuerschema zu arbeiten, und die Steuerung 1206 empfängt daher optional ein Signal i_sense von der Halbbrückenschaltstufe 500, wie in 12 veranschaulicht. In bestimmten Ausführungsformen umfasst die Last 1210 eine oder mehrere integrierte Schaltungen, darunter unter anderem eine Verarbeitungseinheit (z. B. eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) oder eine Grafikverarbeitungseinheit (CPU)), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) (z. B. für künstliche Intelligenz und/oder maschinelles Lernen) und/oder eine Speichereinheit.
Der DC-DC-Wandler 1200 hat eine Abwärtswandlungstopologie, und die Stärke der Spannung V_out an der Last 1210 ist daher kleiner oder gleich der Stärke der Spannung V_in an der Eingangsspannungsquelle 1208. Der DC-DC-Wandler 1200 könnte jedoch so modifiziert werden, dass er eine andere Topologie aufweist, z. B. eine Aufwärtswandlungstopologie oder eine Abwärts-Aufwärtswandlungstopologie, während er weiterhin eine oder mehrere Instanzen der Halbbrückenschaltstufe 500 beinhaltet. Darüber hinaus könnte die Halbbrückenschaltstufe 500 durch die Halbbrückenschaltstufe 900 ersetzt werden.
13 ist ein Schaltbild eines Vollbrückenwandlers 1300, der zwei Instanzen der Halbbrückenschaltstufe 500, d. h. eine Halbbrückenschaltstufe 500(1) und eine Halbbrückenschaltstufe 500(2), sowie eine Steuerung 1302 umfasst. In diesem Dokument kann sich auf spezifische Instanzen eines Elements unter Verwendung einer Zahl in Klammern bezogen werden (z. B. Halbbrückenschaltstufe 500(1)), während Zahlen ohne Klammern auf ein beliebiges solches Element verweisen (z. B. Halbbrückenschaltstufen 500). Darüber hinaus zeigt 13 eine Eingangsspannungsquelle 1304 und eine Last 1306, obgleich diese zwei Elemente nicht zwangsweise Teil des Vollbrückenwandlers 1300 sind. Die Spannungsquelle 316 und 318 sind in 13 nicht gezeigt, obgleich diese Spannungsquellen entweder innerhalb des Vollbrückenwandlers 1300 oder außerhalb des Wandlers 1300 vorhanden sein könnten. Die Halbbrückenschaltstufen 500 könnten durch die Halbbrückenschaltstufen 900 ersetzt werden, ohne vom Schutzumfang hiervon abzuweichen.
Der Leistungsknoten 322 jeder Halbbrückenschaltstufe 500 ist elektrisch mit einem positiven Knoten der Eingangsspannungsquelle 1304 gekoppelt, und der Leistungsknoten 326 jeder Halbbrückenschaltstufe 500 ist elektrisch mit einem negativen Knoten der Eingangsspannungsquelle 1304 gekoppelt. Die Last 1306 ist elektrisch zwischen den Ausgangsknoten 328(1) der Halbbrückenschaltstufe 500(1) und den Schaltknoten 324(2) der Halbbrückenschaltstufe 500(2) geschaltet. Der Stromerfassungswiderstand 312 ist aus der Halbbrückenschaltstufe 500(2) weggelassen, und dementsprechend weist die Halbbrückenschaltstufe 500(2) keinen Leistungsquoten 328 auf. Jedoch ist die Last 1306 in einer alternativen Ausführungsform des Vollbrückenwandlers 1300, in der die Halbbrückenschaltstufe 500(2) eine Instanz des Stromerfassungswiderstands 312 umfasst, elektrisch mit dem Ausgangsknoten 328(2) der Halbbrückenschaltstufe 500(2) gekoppelt, anstatt elektrisch mit dem Schaltknoten 324(2) der Halbbrückenschaltstufe 500(2) gekoppelt zu sein. Die Last 1306 ist eine resistive-induktive Last, wie symbolisch dadurch gezeigt, dass die Last 1306 ein konzentriertes resistives Element 1308 und ein konzentriertes induktives Element 1310 umfasst. Die Last 1306 umfasst beispielsweise einen Audiolautsprecher oder einen Elektromotor.
Die Steuerung 1302 ist dazu ausgelegt, als Reaktion auf ein Eingangssignal S_in (1) Steuersignale Φ1(1) und Φ2(1) zum Steuern der Halbbrückenschaltstufe 500(1) und (2) Steuersignale Φ1(2) und Φ2(2) zum Steuern der Halbbrückenschaltstufe 500(2) zu erzeugen. Das Eingangssignal S_in ist beispielsweise ein Audiosignal oder ein Motoransteuerungssignal. Das durch die Halbbrückenschaltstufe 500(1) erzeugte Signal i_sense wird durch ein oder mehrere Systeme außerhalb des Vollbrückenwandlers 1300 verwendet, etwa zur Verwaltung dynamischer Lautsprecher und/oder Lautsprecherkalibrierung in Ausführungsformen, in denen die Last 1306 einen Audiolautsprecher umfasst.
Es sei angemerkt, dass die Aufnahme der Ladesteuerschaltungsanordnung 502 und der Klemmschaltungsanordnung 504 in die Halbbrückenschaltstufe 500 aufgrund der bidirektionalen Art eines Laststroms I_L besonders vorteilhaft in dem Vollbrückenwandler 1300 sein kann. Insbesondere erhöht die Tatsache, dass der Laststrom I_L in zwei Richtungen fließen kann, das Risiko sowohl einer Überspannungsbedingung als auch einer Unterspannungsbedingung an der Schiene 330 der Stromversorgungsspannung V_drv1. Daher kann die Aufnahme der Ladesteuerschaltungsanordnung 502 und der Klemmschaltungsanordnung 504 besonders hilfreich dabei sein, die Stärke der Stromversorgungsspannung V_drv1 innerhalb eines vorbestimmten zulässigen Bereichs in dem Vollbrückenwandler 1300 beizubehalten.
14 ist ein Schaltbild einer Dreiphasen-Motoransteuerung 1400, die drei Instanzen der Halbbrückenschaltstufe 500, d. h. eine Halbbrückenschaltstufe 500(1), eine Halbbrückenschaltstufe 500(2) und eine Halbbrückenschaltstufe 500(3), sowie eine Steuerung 1402 umfasst. Darüber hinaus zeigt 14 eine Eingangsspannungsquelle 1404 und einen Dreiphasen-Elektromotor 1406, obgleich diese zwei Elemente nicht zwangsweise Teil der Motoransteuerung 1400 sind. Die Spannungsquelle 316 und 318 sind in 14 nicht gezeigt, obgleich diese Spannungsquellen entweder innerhalb der Motoransteuerung 1400 oder außerhalb der Motoransteuerung 1400 vorhanden sein könnten. Die Halbbrückenschaltstufen 500 könnten durch die Halbbrückenschaltstufen 900 ersetzt werden, ohne vom Schutzumfang hiervon abzuweichen.
Der Leistungsknoten 322 jeder Halbbrückenschaltstufe 500 ist elektrisch mit einem positiven Knoten der Eingangsspannungsquelle 1404 gekoppelt, und der Leistungsknoten 326 jeder Halbbrückenschaltstufe 500 ist elektrisch mit einem negativen Knoten der Eingangsspannungsquelle 1404 gekoppelt. Jede Phase 1408 des Elektromotors 1406 ist elektrisch mit einem Ausgangsknoten 328 einer jeweiligen Halbbrückenschaltstufe 500 gekoppelt.
Die Steuerung 1402 ist dazu ausgelegt, als Reaktion auf ein Eingangssignal S_in und Signale i_sense von jeder Halbbrückenschaltstufe 500 (1) Steuersignale Φ1(1) und Φ2(1) zum Steuern der Halbbrückenschaltstufe 500(1), (2) Steuersignale Φ1(2) und Φ2(2) zum Steuern der Halbbrückenschaltstufe 500(2) und (3) Steuersignale Φ1(3) und Φ2(3) zum Steuern der Halbbrückenschaltstufe 500(3) zu erzeugen. Das Eingangssignal S_in ist beispielsweise ein Signal, das eine Drehzahl, ein Drehmoment oder eine Drehstellung des Elektromotors 1406 spezifiziert.
An den obigen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen können Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang hiervon abzuweichen. Beispielsweise könnten die oberen FETs 302 und die unteren FETs 304 durch mehrere Transistoren und/oder durch andere Transistoren als n-Kanal-FETs mit entsprechenden Modifikationen an den Halbbrückenschaltstufen implementiert werden. Als weiteres Beispiel könnte die Halbbrückenschaltstufe 500 so modifiziert werden, dass auf die Ladesteuerschaltungsanordnung 502 oder die Klemmschaltungsanordnung 504 verzichtet wird. Somit sei angemerkt, dass der in der obigen Beschreibung enthaltene und in den beigefügten Zeichnungen gezeigte Gegenstand als veranschaulichend und nicht als beschränkend zu interpretieren ist. Die folgenden Ansprüche sollen hierin beschriebene allgemeine und spezifische Merkmale sowie alle Aussagen über den Schutzumfang des vorliegenden Verfahrens und Systems die, sprachlich gesehen, als dazwischen angesiedelt betrachtet werden könnten, abdecken.

Claims

Verfahren zum Speisen einer Treiberschaltungsanordnung für einen oberen Transistor einer Halbbrückenschaltstufe, das Folgendes umfasst: selektives Laden eines Bootstrap-Kondensators über eine erste Spannungsquelle, sodass eine Spannung an dem Bootstrap-Kondensator innerhalb eines vorbestimmten Spannungsbereichs bleibt; Klemmen der Spannung an dem Bootstrap-Kondensator, um zu verhindern, dass die Spannung an dem Bootstrap-Kondensator einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet; und elektrisches Speisen der Treiberschaltungsanordnung zumindest teilweise über den Bootstrap-Kondensator.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das selektive Laden des Bootstrap-Kondensators über die erste Spannungsquelle Schließen eines Schalters, der die erste Spannungsquelle elektrisch mit dem Bootstrap-Kondensator koppelt, als Reaktion darauf, dass die Spannung an dem Bootstrap-Kondensator einen ersten Schwellenwert überschreitet, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das selektive Laden des Bootstrap-Kondensators über die erste Spannungsquelle ferner Öffnen des Schalters, der die erste Spannungsquelle elektrisch mit dem Bootstrap-Kondensator koppelt, als Reaktion darauf, dass die Spannung an dem Bootstrap-Kondensator einen zweiten Schwellenwert überschreitet, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der zweite Schwellenwert größer als der erste Schwellenwert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Klemmen der Spannung an dem Bootstrap-Kondensator teilweises Entladen des Bootstrap-Kondensators als Reaktion darauf, dass die Spannung an dem Bootstrap-Kondensator einen Schwellenwert überschreitet, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend Laden des Bootstrap-Kondensators über eine zweite Spannungsquelle während des Einschaltens einer die Halbbrückenschaltstufe umfassenden Vorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei eine Spannungsstärke der zweiten Spannungsquelle geringer als eine Spannungsstärke der ersten Spannungsquelle ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei: der obere Transistor einen oberen Feldeffekttransistor (FET) umfasst; der Bootstrap-Kondensator elektrisch zwischen einen Drain des oberen FET und eine Source des oberen FET geschaltet ist; und die Treiberschaltungsanordnung zum Ansteuern eines Gates des oberen FET ausgelegt ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei eine Spannungsstärke der ersten Spannungsquelle größer als eine maximale Gate-Source-Nennspannung des oberen FET ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei ein Stromerfassungswiderstand die Source des oberen FET elektrisch mit einem Anschluss des Bootstrap-Kondensators koppelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der obere FET ein n-Kanal-FET ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei: die Halbbrückenschaltstufe ferner einen unteren FET umfasst; und ein Drain des unteren FET elektrisch mit der Source des oberen FET gekoppelt ist.
System zum Speisen einer Treiberschaltungsanordnung für einen oberen Transistor einer Halbbrückenschaltstufe, das Folgendes umfasst: eine Ladesteuerschaltungsanordnung, ausgelegt zum selektiven Laden eines Bootstrap-Kondensators der Halbbrückenschaltstufe über eine erste Spannungsquelle, sodass eine Spannung an dem Bootstrap-Kondensator innerhalb eines vorbestimmten Spannungsbereichs bleibt; und eine Klemmschaltungsanordnung, ausgelegt zum Klemmen der Spannung an dem Bootstrap-Kondensator, um zu verhindern, dass die Spannung an dem Bootstrap-Kondensator einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet.
System nach Anspruch 13, wobei die Ladesteuerschaltungsanordnung Folgendes umfasst: einen Schalter, ausgelegt zum selektiven elektrischen Koppeln des Bootstrap-Kondensators mit der ersten Spannungsquelle; und eine Steuerschaltungsanordnung, ausgelegt zum Steuern des Schalters, sodass sich der Schalter als Reaktion darauf, dass die Spannung an dem Bootstrap-Kondensator einen ersten bzw. einen zweiten Schwellenwert durchquert, schließt und öffnet.
System nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Klemmschaltungsanordnung Folgendes umfasst: einen Entladetransistor, der dazu ausgelegt ist, den Bootstrap-Kondensator zumindest teilweise zu entladen; und eine Steuerschaltungsanordnung, ausgelegt zum Aktivieren des Entladetransistors als Reaktion darauf, dass die Spannung an dem Bootstrap-Kondensator einen Schwellenwert durchquert.
Halbbrückenschaltstufe, die Folgendes umfasst: einen oberen Feldeffekttransistor (FET), der elektrisch zwischen einen ersten Knoten und einen zweiten Knoten gekoppelt ist; einen unteren Feldeffekttransistor der elektrisch zwischen den zweiten Knoten und einen dritten Knoten gekoppelt ist; eine Treiberschaltungsanordnung, ausgelegt zum Ansteuern eines Gates des oberen FET; einen Bootstrap-Kondensator, der elektrisch mit dem zweiten Knoten gekoppelt und dazu ausgelegt ist, die Treiberschaltungsanordnung zumindest teilweise zu speisen; eine Ladesteuerschaltungsanordnung, ausgelegt zum selektiven Laden des Bootstrap-Kondensators über eine erste Spannungsquelle, sodass eine Spannung an dem Bootstrap-Kondensator innerhalb eines vorbestimmten Spannungsbereichs bleibt; und eine Klemmschaltungsanordnung, ausgelegt zum Klemmen der Spannung an dem Bootstrap-Kondensator, um zu verhindern, dass die Spannung an dem Bootstrap-Kondensator einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet.
Halbbrückenschaltstufe nach Anspruch 16, ferner umfassend eine Sanftanlaufschaltungsanordnung, ausgelegt zum Laden des Bootstrap-Kondensators über eine zweite Spannungsquelle während des Einschaltens einer die Halbbrückenschaltstufe umfassenden Vorrichtung.
Halbbrückenschaltstufe nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Ladesteuerschaltungsanordnung Folgendes umfasst: einen Schalter, ausgelegt zum selektiven elektrischen Koppeln des Bootstrap-Kondensators mit der ersten Spannungsquelle; und eine Steuerschaltungsanordnung, ausgelegt zum Steuern des Schalters, sodass sich der Schalter als Reaktion darauf, dass die Spannung an dem Bootstrap-Kondensator einen ersten bzw. einen zweiten Schwellenwert überschreitet, schließt und öffnet.
Halbbrückenschaltstufe nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei: ein Drain des oberen FET elektrisch mit dem ersten Knoten gekoppelt ist; eine Source des oberen FET elektrisch mit dem zweiten Knoten gekoppelt ist; ein Drain des unteren FET elektrisch mit dem zweiten Knoten gekoppelt ist; und eine Source des unteren FET elektrisch mit dem dritten Knoten gekoppelt ist.
Halbbrückenschaltstufe nach einem der Ansprüche 16 bis 19, ferner umfassend einen Stromerfassungswiderstand, der elektrisch zwischen den zweiten Knoten und einen vierten Knoten geschaltet ist, wobei der Bootstrap-Kondensator elektrisch zwischen den ersten und den vierten Knoten geschaltet ist.