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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Pegelschieberschaltung zum Umwandeln
eines hochspannungsseitigen Spannungssignals in ein niederspannungsseitiges
Spannungssignal, welches in einer Leistungshalbleitervorrichtung
zum Einsatz kommt.
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Beschreibung des Stands
der Technik
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In
einer HVIC (Hochspannungs-IC), bei der zum Beispiel ein Inverter,
dessen Steuerkreis und Schutzschaltung auf einem einzelnen Chip
enthalten sind, gibt es im allgemeinen eine Auswerteschaltung zum
Identifizieren von Spannungssignalen. Diese Auswerteschaltung erkennt,
ob ein von der Norm abweichender Spannungsanstieg in den jeweiligen Schaltungselementen
auf der Hochspannungsseite und Niederspannungsseite der Halbbrücke jeder Phase
auftritt.
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6 ist
ein Schema, das eine beispielhafte Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung darstellt,
die eine Schaltung enthält,
um zu erfassen, ob ein von der Norm abweichender Spannungsanstieg
in einem Schaltungselement auf der Hochspannungsseite einer einphasigen
Halbbrücke
auftritt. In dieser Schaltung sind beispielsweise Schaltelemente SW1
und SW2, wie ein IGBT (Isolierschicht-Bipolartransistor) in Reihe
geschaltet, und Freilaufdioden D1 und D2 sind einer inversparallelen
Verbindung mit den Schaltelementen SW1 bzw. SW2 unterworfen. Diese
Teile bilden eine Halbbrücke
für eine
Phase. Das Schaltelement SW1 auf der Hochspannungsseite dient als
Mehremitter, wobei an eines seiner Ausgangsterminals ein Anschluß eines
Parallelwiderstands SH angeschlossen ist. Durch Überwachen des Spannungsabfallwerts
im Parallelwiderstand SH kann erfaßt werden, ob ein von der Norm
abweichender Spannungsanstieg im Schaltelement SW1 auftritt. Der
andere Anschluß des
Parallelwiderstands SH ist an einen Anschlußpunkt MP der Schaltelemente
SW1 und SW2 angeschlossen.
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Ein
Ausgangssignal eines Spannungsabfalls im Parallelwiderstand SH wird
beispielsweise durch eine AD-Wandlerschaltung (analog zu digital)
AD in ein digitales Signal umgewandelt und dann in eine Pegelschieberschaltung
IS eingegeben. Hierbei bewirkt die Pegelschieberschaltung IS die Übertragung einer
Spannungsabfallssignalveränderung
(d.h., VIN-HGND) in dem Parallelwiderstand SH, während sie sein Bezugspotential
vom Potential HGND im Anschlußpunkt
MP auf Erdpotential GND absenkt, das ein Bezugspotential der anderen
Schaltung ist.
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Das
Potential HGND am Anschlußpunkt
MP ist hoch und in einem Schwebezustand. Zum Erfassen von Ausgangssignalen
ist es deshalb wünschenswert,
daß das
Bezugspotential auf das Erdpotential GND abgesenkt wird. Insbesondere
im Falle von Mehrphasenschaltungen, wie einer Dreiphasenschaltung,
erfaßt
ein in einer HVIC vorhandener Mikroprozessor ein Ausgangssignal
jeder Phase und beurteilt, ob es von der Norm abweicht oder nicht (z.B.
wird es als abweichend eingestuft, wenn Spannungsanstiege im Parallelwiderstand
in zwei Phasen vorhanden sind). Von daher sollten also alle Bezugspotentiale
der Ausgangssignale auf das Erdpotential GND abgesenkt werden, und
das ist auch der Grund für
das Vorhandensein der Pegelschieberschaltung IS.
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Ein
Ausgangssignal der Pegelschieberschaltung IS (VOUT-GND) wird in
eine Signalausgangsschaltung DT zum Erfassen/Stoppen von Abweichungen
eingegeben, die gleichwertig mit dem oben erwähnten Mikroprozessor ist. In
dieser Schaltung DT wird erfaßt,
ob es einen von der Norm abweichenden Spannungsabfall am Parallelwiderstand
SH in jeder Phase gibt, und wenn ein Abweichen von der Norm festgestellt
wird, wird ein Stoppsignal Sc ausgegeben, um den Betrieb des Schaltelements
SW1 zu stoppen.
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Das
Stoppsignal Sc wird über
eine Pegelverschiebungsschaltung LS und eine Ausgangsschaltung OU
an eine Steuerelektrode des Schaltelements SW1 angelegt. Die Pegelverschiebungsschaltung
LS bewirkt die Übertragung
des Stoppsignals Sc, während
sie ihr Bezugspotential vom Erdpotential GND auf das Potential HGND
des Anschlußpunkts
MP anhebt. Die Ausgangsschaltung OU bewirkt die Verstärkung des
Ausgangs der Pegelverschiebungsschaltung LS.
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In
der vorstehenden Beschreibung ist es nicht von Bedeutung, ob ein
Spannungsabfallausgangssignal am Parallelwiderstand SH durch die AD-Wandlerschaltung
AD in ein digitales Signal umgewandelt wird. Wenn beispielsweise
die Pegelschieberschaltung IS oder die Signalausgangsschaltung DT
zum Erfassen/Stoppen von Abweichungen Signale eines analogen Eingangs
verarbeiten kann, kann die AD-Wandlerschaltung AD entfallen und
eine Spannungsabfallsignaländerung
direkt in die Pegelschieberschaltung IS eingegeben werden.
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7 ist
ein Schema, das eine herkömmliche
Konfiguration einer Pegelschieberschaltung IS darstellt. In einer
Pegelschieberschaltung IS4 empfängt
eine hochspannungsseitige Signalauswerteschaltung HD, die einen
Komparator etc. umfaßt,
ein Eingangssignal VIN und beurteilt, ob der Spannungsabfallwert
an einem Parallelwiderstand SH größer ist als ein vorbestimmter
Wert. Wenn ersterer größer als zweiterer
ist, aktiviert die hochspannungsseitige Signalauswerteschaltung
HD einen Ausgang.
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Der
Ausgang der hochspannungsseitigen Signalauswerteschaltung HD wird über einen
Inverter IV6 an den Steueranschluß eines Pch-DMOS-Transistors
PD1 angelegt (Pch-DMOS: P-channel double diffusion metal oxide semiconductor).
Wird der Ausgang der hochspannungsseitigen Signalauswerteschaltung
HD aktiviert, eröffnet
der Pch-DMOS-Transistor
PD1 den Betriebsstatus, damit Strom zwischen seinem Drain und seiner
Source fließt.
Jede Schaltung auf der Hochspannungsseite wird durch eine HVCC höheren Potentials
gesteuert, das eine Energiequelle V1 aus dem Erdpotential HGND erzeugt.
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Da
der Pch-DMOS-Transistor PD1 eine hohe Durchbruchspannung und eine
Durchbruchspannungskennlinie einer Höhe von mehreren hundert Volt
hat, arbeitet er als ein Hochspannungsdurchbruchwiderstand, um eine
Pegelverschiebungsumkehr von Signalen zwischen dem Potential HVCC, das
hoch ist, und dem Erdpotential GND, das niedrig ist, durchzuführen. Strom,
der durch den Pch-DMOS-Transistor PD1 läuft, fließt zu einem Widerstand R5 auf
der Niederspannungsseite, auf der der Strom in ein Spannungssignal
umgewandelt wird. Ein Spannungsabfall am Widerstand R5 wird an einen
Inverter IV7 und eine Ausgangsschaltung OUT übertragen, die einen Verstärker, etc.
umfaßt,
und wird dann als ein Ausgangssignal VOUT ausgegeben. Jede Schaltung
auf der Niederspannungsseite wird durch eine VCC höheren Potentials
gesteuert, das eine Energiequelle V2 aus dem Erdpotential GND erzeugt.
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Auf
diese Weise wird der Pch-DMOS-Transistor PD1 in der Pegelschieberschaltung
IS4 genutzt. Vom Gesichtspunkt der Spannungssteuerung zwischen Source
und Gate her wird ein Pch-Transistor im allgemeinen in einer Pegelschieberschaltung genutzt,
und ein Nch-Transistor wird in einer Pegelverschiebungsschaltung
verwendet. Wenn man dementsprechend eine Pegelverschiebungsschaltung
und eine Pegelschieberschaltung gemeinsam vorkommen lässt, ist
es notwendig, Nch- und Pch-DMOS-Transistoren in einer HVIC auszubilden.
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Bei
der Herstellung von DMOS-Transistoren ist es jedoch schwierig, beide,
also Nch- und Pch-Transistoren, in die HVIC einzubauen und gleichzeitig
die Kennlinien, wie beispielsweise die Schwellenwerte beider Transistoren,
auf deren jeweilige Sollwerte einzustellen. Es ist insbesondere schwierig,
einen Pch-DMOS-Transistor in einem Substrat auszubilden, auf dem
bereits ein Nch-DMOS-Transistor vorhanden ist. Von daher ist es
wünschenswert,
eine Pegelschieberschaltung auszubilden, ohne einen Pch-DMOS-Transistor
zu verwenden.
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Es
kann auch in Betracht gezogen werden, eine Pegelschieberschaltung
unter Verwendung von Optokopplern auszubilden aber ohne DMOS-Transistor.
Die Verwendung von Optokopplern erhöht jedoch die Teileanzahl,
was die losten erhöht
und bei hohen Temperaturen zu schlechter Betriebssicherheit führt. Vom
Standpunkt der Gesamtanordnung her enthält die Konfiguration vorzugsweise
einen elektrisch arbeitenden Transistor.
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Ferner
ist aus der
DE 196
17 358 A1 eine Pegelschieberschaltung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 bekannt, welche ein Eingangsspannungssignal
unter Verwendung eines ersten Potentials als Bezugspotential in
ein Ausgangsspannungssignal unter Verwendung eines zweiten Potentials
als Bezugspotential umwandelt, wobei das zweite Potential niedriger
ist als das erste Potential, und dann das Ausgangsspannungssignal
ausgibt. Die Pegelschieberschaltung gemäß der
DE 196 17 358 A1 umfasst
ein erstes Spannungs-Strom-Wandlerteil, das basierend auf einem
ersten Potential arbeitet und das ein Eingangsspannungssignal in
ein entsprechendes Stromsignal umwandelt und dann dieses Stromsignal
ausgibt, sowie ein basierend auf dem zweiten Potential arbeitendes
Strom-Spannungs-Wandlerteil, das einen Strom in ein Spannungssignal
umwandelt. Der Gegenstand der
DE 196 17 358 A1 ist jedoch schaltungstechnisch
relativ aufwendig aufgebaut, was zu hohen Kosten in der Herstellung
führt.
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Aus
der
US 6,130,556 A ist
eine integrierte Pufferschaltung bekannt, welche einen Nch-MOS-Transistor
in einer dort umfassten Pegelschieberschaltung aufweist. Der Gegenstand
der
US 6,130,556 A beeinflusst
jedoch die Ausgangsimpedanz des Spannungs-Strom-Wandlerteils und
die Eingangsimpedanz des Strom-Spannungs-Wandlerteils ungünstig, wodurch das Ausgangsspannungssignal
die Änderung
des Eingangsspannungssignals nicht präzise bzw. nur ungenau wiedergibt.
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Aus
der
DE 690 33 248
T2 letztendlich ist eine Schaltung zur Leistungsabgabe
mit Stromerfassung bekannt, wobei die Vorrichtung zur Stromerfassung
zum Erfassen von Überstromzuständen geeignet
ist. Auch der Gegenstand der
DE 690 33 248 T2 ist schaltungstechnisch
relativ kompliziert aufgebaut und somit teuer in der Herstellung.
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Ausgehend
vom vorstehend näher
erläuterten
Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Pegelschieberschaltung anzugeben, die einerseits schaltungstechnisch
einfach aufgebaut und demnach kostengünstig in der Herstellung ist
und auf der anderen Seite gleichzeitig im Ausgangssignal Änderungen
des Eingangsspannungssignals unverfälscht bzw. unverzerrt wiedergeben
kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Nach
einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst eine Pegelschieberschaltung,
die ein Eingangsspannungssignal unter Verwendung eines ersten Potentials
als Bezugspotential in ein Ausgangsspannungssignal unter Verwendung
eines zweiten Potentials als Bezugspotential umwandelt, das niedriger
ist als das erste Potential, und dann das Ausgangsspannungssignal
ausgibt: ein basierend auf dem ersten Potential arbeitendes Spannungs-Strom-Wandlerteil, welches
das Eingangsspannungssignal in ein Stromsignal umwandelt, das einem
Wert des Eingangsspannungssignals entspricht, dann das Stromsignal ausgibt;
einen Nch-MOS-Transistor mit einer Source, an die das zweite Potential über eine
Last angelegt wird, einem Drain, der auf das Stromsignal aus dem Spannungs-Strom-Wandlerteil
anspricht, und einem Gate, an das ein festes Potential angelegt
wird; und ein basierend auf dem zweiten Potential arbeitendes Strom-Spannungs-Wandlerteil,
das den Strom aus der Source des Nch-MOS-Transistors in ein Spannungssignal
umwandelt, das einem Wert des Stroms entspricht, und dann das Spannungssignal
als Ausgangsspannungssignal ausgibt. Die Pegelschieberschaltung
umfasst weiterhin: eine erste, basierend auf dem ersten Potential
arbeitende Stromquelle, die Strom entsprechend dem Stromsignal aus
dem Spannungs-Strom-Wandlerteil an den Drain des Nch-DMOS-Transistors ausgibt;
und eine zweite, basierend auf dem zweiten Potential arbeitende
Stromquelle, welche die Last enthält und ein dem Strom aus der
Source des Nch-MOS-Transistors
entsprechendes Stromsignal an das Strom-Spannungs-Wandlerteil ausgibt.
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In
einer ersten bevorzugten Variante der Erfindung ist die Pegelschieberschaltung
dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungs-Strom-Wandlerteil einen
ersten Widerstand enthält,
an den das Eingangsspannungssignal angelegt wird, um ein Stromsignal
zu erzeugen; dass die erste Stromquelle eine erste Stromspiegelschaltung
enthält,
die das Stromsignal aus dem Spannungs-Strom-Wandlerteil empfängt und
entsprechend dem Stromsignal Strom ausgibt; dass die zweite Stromquelle
eine zweite Stromspiegelschaltung enthält, die als Last dient, welche den
Strom aus der Source des Nch-MOS-Transistors empfängt und
ein dem Strom entsprechendes Stromsignal ausgibt; und dass das Strom-Spannungs-Wandlerteil
einen zweiten Widerstand enthält, der
das Stromsignal aus der zweiten Stromquelle empfängt, um zur Erzeugung des Ausgangsspannungssignals
einen Spannungsabfall hervorzurufen.
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Gemäß einer
zweiten bevorzugten Variante der Erfindung ist die Pegelschieberschaltung
der ersten bevorzugten Variante dadurch gekennzeichnet, dass das
Spannungs-Strom-Wandlerteil
darüber
hinaus einen Operationsverstärker
mit einem negativen Eingangsanschluß und einem positiven Eingangsanschluß enthält, an welche
das Eingangsspannungssignal angelegt wird, und einen ersten Transistor
mit (a) einer ersten Stromelektrode, (b) einer zweiten Stromelektrode,
die sowohl an den negativen Eingangsanschluß des Operationsverstärkers als
auch einen Anschluß des
ersten Widerstands angeschlossen ist, und (c) eine Steuerelektrode,
an deren Ausgang der Operationsverstärker angelegt ist, wobei das
erste Potential an den anderen Anschluß des ersten Widerstands angelegt
ist; dass im Strom-Spannungs-Wandlerteil ein drittes Potential, das
um einen festen Wert höher
ist als das zweite Potential, an einen Anschluß des zweiten Widerstands angelegt
wird; dass die erste Stromspiegelschaltung einen zweiten Transistor
umfasst mit (d) einer ersten Stromelektrode, die an die erste Stromelektrode
des ersten Transistors angeschlossen ist, (e) einer zweiten Stromelektrode,
an die ein viertes Potential angelegt wird, das um einen festen
Wert höher
ist als das erste Potential, und (f) einer an die erste Stromelektrode
angeschlossenen Steuerelektrode, und einen dritten Transistor mit
(g) einer ersten Stromelektrode, die an den Drain des Nch-MOS-Transistors
angeschlossen ist, (h) einer zweiten Stromelektrode, an die das
vierte Potential angelegt wird, und (i) einer an die Steuerelektrode
des zweiten Transistors angeschlossenen Steuerelektrode; und dass
die zweite Stromspiegelschaltung einen vierten Transistor umfasst
mit (j) einer ersten an die Source des Nch-MOS-Transistor angeschlossenen
Stromelektrode, (k) einer zweiten Stromelektrode, an die das zweite
Potential angelegt wird, und (l) einer an die erste Stromelektrode angeschlossenen
Steuerelektrode, und einen fünften
Transistor mit (m) einer ersten Stromelektrode, die an den anderen
Anschluß des
zweiten Widerstands angeschlossen ist, (n) einer zweiten Stromelektrode,
an die das zweite Potential angelegt wird, und (o) einer an die
Steuerelektrode des vierten Transistors angeschlossenen Steuerelektrode.
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Nach
einer dritten bevorzugten Variante der Erfindung ist die Pegelschieberschaltung
der zweiten bevorzugten Variante dadurch gekennzeichnet, dass die
zweite Stromquelle darüber
hinaus eine dritte Stromspiegelspannung enthält, die basierend auf einem
dritten Potential arbeitet, das um einen festen Wert höher ist
als das zweite Potential, welche ein Stromsignal aus der zweiten
Stromspiegelschaltung empfängt
und dann ein Stromsignal entsprechend dem Stromsignal an einen Anschluß des zweiten
Widerstands des Strom-Spannungs-Wandlerteils ausgibt; und dass das
zweite Potential an den anderen Anschluß des zweiten Widerstands angelegt
wird.
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Nach
einer vierten bevorzugten Variante der Erfindung ist die Pegelschieberschaltung
der dritten bevorzugten Variante dadurch gekennzeichnet, dass das
Spannungs-Strom-Wandlerteil
darüber
hinaus einen Operationsverstärker
mit einem negativen Eingangsanschluß und einem positiven Eingangsanschluß enthält, an welche
das Eingangsspannungssignal angelegt wird, und einen ersten Transistor
mit (a) einer ersten Stromelektrode, (b) einer zweiten Stromelektrode,
die sowohl an den negativen Eingangsanschluß des Operationsverstärkers als
auch an einen Anschluß des
ersten Widerstands angeschlossen ist, und (c) einer Steuerelektrode,
an die ein Ausgang des Operationsverstärkers angelegt wird, wobei
das erste Potential an den anderen Anschluß des ersten Widerstands angelegt
wird; dass die erste Stromspiegelspannung einen zweiten Transistor
umfasst mit (d) einer ersten an die erste Stromelektrode des ersten
Transistors angeschlossenen Stromelektrode, (e) einer zweiten Stromelektrode,
an die ein viertes Potential angelegt wird, das um einen festen
Wert höher
ist als das erste Potential, und (f) einer an die erste Stromelektrode
angeschlossenen Steuerelektrode, und einen dritten Transistor mit
(g) einer ersten Stromelektrode, die an den Drain des Nch-MOS-Transistors
angeschlossen ist, (h) einer zweiten Stromelektrode, an die das
vierte Potential angelegt wird, und (i) einer an die Steuerelektrode des
zweiten Transistors angeschlossenen Steuerelektrode; dass die zweite
Stromspiegelschaltung einen vierten Transistor umfasst mit (j) einer
ersten Stromelektrode, die an die Source des Nch-MOS-Transistors
angeschlossen ist, (k) einer zweiten Stromelektrode, an die das
zweite Potential angelegt wird, und (l) einer an die erste Stromelektrode
angeschlossenen Steuerelektrode, und einen fünften Transistor mit (m) einer
ersten Stromelektrode, (n) einer zweiten Stromelektrode, an die
das zweite Potential angelegt wird, und (o) einer an die Steuerelektrode
des vierten Transistors angeschlossenen Steuerelektrode; dass die
dritte Stromspiegelschaltung einen sechsten Transistor umfasst mit
(p) einer ersten Stromelektrode, die an die erste Stromelektrode
des fünften
Transistors angeschlossen ist, (q) einer zweiten Stromelektrode,
an die das dritte Potential angelegt wird, und (r) einer an die
erste Stromelektrode angeschlossenen Steuerelektrode, und einen
siebten Transistor mit (s) einer ersten Stromelektrode, (t) einer
zweiten Stromelektrode, an die das dritte Potential angelegt wird,
und (u) einer an die Steuerelektrode des sechsten Transistors angeschlossenen
Steuerelektrode; und dass im Strom-Spannungs-Wandlerteil die erste
Stromelektrode des siebten Transistors an einen Anschluß des zweiten
Widerstands angeschlossen ist, und das zweite Potential an den anderen
Anschluß des
zweiten Widerstands angelegt wird.
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Nach
einer fünften
bevorzugten Variante der Erfindung ist die Pegelschieberschaltung
des ersten Aspekts dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsspannungssignal
ein Pulsdauermodulationssignal (PWM-Signal) ist, und dass sie darüber hinaus ein
Integrierglied umfasst, das das Spannungssignal aus dem Strom-Spannungs-Wandlerteil
integriert und das Ergebnis als Ausgangsspannungssignal ausgibt.
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Nach
einer sechsten bevorzugten Variante der Erfindung umfasst die Pegelschieberschaltung des
ersten Aspekts darüber
hinaus ein Signalausgabeteil, das basierend auf dem Eigangsspannungssignal
ein anderes Ausgangsspannungssignal erzeugt und ausgibt, wobei es
das erste Potential als Bezugspotential verwendet.
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Nach
einer siebten bevorzugten Variante der Erfindung ist die Pegelschieberschaltung
der sechsten bevorzugten Variante dadurch gekennzeichnet, dass das
Signalausgabeteil einen RS-Flipflop enthält, der an seinem Solleingangsanschluß das Eingangsspannungssignal
empfängt
und das erwähnte andere
Ausgangsspannungssignal ausgibt.
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Nach
einer achten bevorzugten Variante der Erfindung umfasst die Pegelschieberschaltung
des ersten Aspekts darüber
hinaus ein Steuerteil, das den Nch-MOS-Transistor entsprechend einer Änderung
im Ausgangsspannungssignal aus dem Strom-Spannungs-Wandlerteil sperrt.
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Nach
einer neunten bevorzugten Variante der Erfindung ist die Pegelschieberschaltung
der achten bevorzugten Variante dadurch gekennzeichnet, dass das
Steuerteil einen RS-Flipflop enthält, der an seinem Solleingangsanschluß das Ausgangsspannungssignal
aus dem Strom- Spannungs-Wandlerteil
empfängt,
und einen Schalter, der das zweite Potential an das Gate des Nch-MOS-Transistors
anlegt, wenn der RS-Flipflop aktiviert ist.
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Nach
einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst eine Leistungshalbleitervorrichtung:
eine Pegelschieberschaltung nach dem ersten Aspekt; in Reihe geschaltete
hochspannungsseitige und niederspannungsseitige Schaltelemente;
eine Stoppsignal-Ausgabeschaltung,
die das Ausgangsspannungssignal der Pegelschieberschaltung empfängt und
ein Stoppsignal ausgibt, um den Betrieb des hochspannungsseitigen
Schaltelements zu stoppen, wobei eine Ausgangsspannung des hochspannungsseitigen
Schaltelements als Eingangsspannungssignal verwendet wird, das an
die Pegelschieberschaltung angelegt wird.
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Bei
dem ersten Aspekt der Erfindung ist der Nch-MOS-Transistor vorhanden
mit der Source, an die das zweite Potential über die Last angelegt wird, dem
Drain, der auf das Stromsignal aus dem Spannungs-Strom-Wandlerteil
anspricht, und dem Gate, an das das feste Potential angelegt wird.
Da der Nch-MOS-Transistor im Gate-Schaltungsaufbau eingesetzt ist,
beträgt
der Wert der Stromverstärkung zwischen
dem Drain und der Source 1, so dass das Stromsignal aus dem Spannungs-Strom-Wandlerteil auf
der Hochspannungsseite direkt an das Strom-Spannungs-Wandlerteil
auf der Niederspannungsseite übertragen
werden kann. Dadurch kann eine Pegelschieberschaltung ohne Verwendung
eines Pch-DMOS-Transistors ausgebildet werden. Selbst wenn deshalb
eine Pegelverschiebungsschaltung und eine Pegelschieberschaltung
gleichzeitig in einem einzelnen HVIC bestehen können, ist es unnötig, zusätzlich zu
einem Nch-DMOS-Transistor
noch einen Pch-DMOS-Transistor auszubilden, was die Herstellung
des HVIC vereinfacht.
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Ferner
kann durch die Anwesenheit der ersten und zweiten Stromquelle der
negative Effekt auf die Ausgangsimpedanz des Spannungs-Strom-Wandlerteils
und die Eingangsimpedanz des Strom-Spannungs-Wandlerteils verringert werden,
im Gegensatz zu dem Fall, bei dem das Spannungs-Strom-Wandlerteil
und das Strom-Spannungs-Wandlerteil
direkt an den Nch-MOS-Transistor angeschlossen sind. Dies führt dazu,
dass das Ausgangsspannungssignal die Änderung des Eingangsspannungssignals
getreu wiedergibt.
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Bei
der ersten oder zweiten bevorzugten Variante der Erfindung enthalten
das Spannungs-Strom-Wandlerteil und das Strom-Spannungs-Wandlerteil
die Widerstände,
und die erste und zweite Stromquelle enthalten die Stromspiegelschaltungen.
Deshalb kann eine Pegelschieberschaltung leicht unter Verwendung
dieser Transistoren und Widerstände
ausgebildet werden.
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Bei
der dritten oder vierten bevorzugten Variante der Erfindung enthält die zweite
Stromquelle darüber
hinaus die dritte Stromspiegelschaltung. Der Ausgang der dritten
Stromspiegelschaltung wird an einen Anschluß des zweiten Widerstands des Strom-Spannungs-Wandlerteils
angelegt, und das zweite Potential wird an den anderen Anschluß des zweiten
Widerstands angelegt. Dies stellt ein Ausgangsspannungssignal bereit,
das das zweite Potential als Bezugspotential verwendet.
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Bei
der fünften
bevorzugten Variante der Erfindung ist das Eingangsspannungssignal
ein PWM-Signal und es ist ein Integrierglied hinzugefügt. Da das
Eingangsspannungssignal eine Pulskette ist, deren Amplitude konstant
ist, ist es weniger störanfällig für den Einfluß des Kanallängenmodulationseffekts
des Nch-MOS-Transistors.
Deshalb ist es möglich,
ein Ausgangsspannungssignal abzugeben, das die Signaländerung
vor der PWM-Signalmodulation (der Eingangsspannungssignalmodulation)
getreuer wiedergibt, indem im Integrierglied ein Spannungssignal
aus dem Strom-Spannungs-Wandlerteil integriert wird.
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Bei
der sechsten oder siebten bevorzugten Variante der Erfindung erzeugt
und gibt das Signalausgabeteil ein anderes Ausgangsspannungssignal ab,
indem es das erste Potential als Bezugspotential verwendet. Dadurch
kann solch ein anderes Ausgangsspannungssignal als Steuersignal
an die Schaltung angelegt werden, die das erste Potential als Bezugspotential
verwendet.
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Bei
der achten oder neunten bevorzugten Variante der Erfindung stoppt
das Steuerteil den Betrieb des Nch-MOS-Transistors in Übereinstimmung mit
einer Änderung
des Ausgangsspannungssignals aus dem Strom-Spannungs-Wandlerteil.
Deshalb kann der Energieverbrauch gesenkt werden, indem vorgesehen
wird, dass das Steuerteil den durch den Nch-MOS-Transistor fließenden Strom
stoppt, wenn die Änderung
des Ausgangsspannungssignals bei ihm eingeht.
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Bei
dem zweiten Aspekt der Erfindung stoppt die Stoppsignal-Ausgabeschaltung
den Betrieb des hochspannungsseitigen Schaltelements, wenn sie das
Ausgangsspannungssignal der Pegelschieberschaltung empfängt. Dies
ermöglicht
eine Leistungshalbleitervorrichtung von niedrigen Herstellungskosten
und hervorragender Betriebssicherheit.
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Weitere
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden
ausführlichen
Beschreibung der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den
beigefügten
Zeichnungen deutlicher.
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KURZE
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Schema, das eine Pegelschieberschaltung nach einer ersten bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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die 2 und 3 sind
Schemata, die die Konfiguration der Pegelschieberschaltung der ersten bevorzugten
Ausführungsform
ausführlicher
darstellen;
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4 ist
ein Schema, das eine Pegelschieberschaltung nach einer zweiten bevorzugten
Ausführungsform
darstellt,
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5 ist
ein Schema, das eine Pegelschieberschaltung nach einer dritten bevorzugten
Ausführungsform
darstellt,
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6 ist
ein Schema, das eine Leistungshalbleitervorrichtung darstellt, die
eine Pegelschieberschaltung enthält;
und
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7 ist
ein Schema, das eine herkömmliche
Pegelschieberschaltung darstellt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine
erste bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung zielt darauf ab, eine Pegelschieberschaltung zu realisieren,
die ein hochspannungsseitiges Eigangsspannungssignal in ein Stromsignal
umwandelt und es an die Niederspannungsseite überträgt, indem ein Nch-DMOS-Transistor
im Gate-Schaltungsaufbau als Hochspannungsdurchbruchwiderstand verwendet
wird, wodurch das Stromsignal in ein Ausgangsspannungssignal umgewandelt
wird. Dies ermöglicht
eine Pegelschieberschaltung, die von niedrigen Kosten und hervorragender
Betriebssicherheit ist, ohne einen Pch-DMOS-Transistor zu verwenden.
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1 ist
ein Schema, das die Konfiguration einer Pegelschieberschaltung IS1
nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform darstellt. In der
Schaltung IS1 wird ein Eingangsspannungssignal VIN, dessen Bezugspotential
so hoch ist wie das Potential HGND des Anschlußpunkts MP in 6,
in ein Ausgangsspannungssignal VOUT umgewandelt, dessen Bezugspotential
so niedrig ist wie das Erdpotential GND in 6, und dann
wird das Signal VOUT ausgegeben.
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Mit
Bezug auf 1 umfaßt die Pegelschieberschaltung
IS1 eine hochspannungsseitige Schaltung, eine Spannungs-Strom-Wandlerschaltung CV1,
die ein Eingangsspannungssignal VIN in ein seinem Wert entsprechendes
Stromsignal umwandelt und dann das Stromsignal ausgibt, und eine Stromquelle
CS1, die entsprechend dem Stromsignal aus der Spannungs-Strom-Wandlerschaltung
CV1 Strom abgibt.
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Sowohl
die Spannungs-Strom-Wandlerschaltung CV1 als auch die Stromquelle
CS1 arbeiten basierend auf dem Potential HGND und einem höheren Potential
HVCC, das eine Energiequelle V1 aus dem Potential HGND erzeugt.
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Ein
Nch-DMOS-Transistor ND1 ist in der Pegelschieberschaltung IS1 angeordnet.
Der von der Stromquelle CS1 abgegebene Strom wird an den Drain des
Nch-DMOS-Transistors
ND1 angelegt, und ein festes Potential, das eine DC-Vorspannungseinrichtung
BI aus dem Erdpotential GND erzeugt, wird an das Gate des Transistors
ND1 angelegt.
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Darüber hinaus
umfaßt
die Pegelschieberschaltung IS1 eine niederspannungsseitige Schaltung,
eine Stromquelle CS2, die entsprechend einem Stromsignal aus der
Source des Nch-DMOS-Transistors ND1 Strom abgibt, und eine Strom-Spannungs-Wandlerschaltung
CV2, die von der Stromquelle CS2 abgegebenen Strom in ein dem Stromwert
entsprechendes Spannungssignal umwandelt und dieses dann ausgibt.
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Sowohl
die Strom-Spannungs-Wandlerschaltung CV2 als auch die Stromquelle
CS2 arbeiten basierend auf dem Erdpotential GND und einem höheren Potential
VCC, das eine Energiequelle V2 aus dem Erdpotential GND erzeugt.
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Die
Stromquelle CS2 fungiert auch als eine an die Source des Nch-DMOS-Transistors
ND1 angeschlossene Last.
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Als
nächstes
wird der Betrieb der Pegelschieberschaltung IS1 beschrieben. Ein
Eingangsspannungssignal VIN (ein digitales Signal mit binärem Puls
oder ein analoges Signal, das kontinuierlich variiert) wird in der
Spannungs-Strom-Wandlerschaltung CV1 in ein Stromsignal umgewandelt,
und das Stromsignal dann über
die Stromquelle CS2 an den Nch-DMOS-Transistor angelegt.
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Da
der Nch-DMOS-Transistor ND1 eine hohe Durchbruchspannung und eine
Durchbruchsspannungskennlinie von mehreren hundert Volt besitzt,
kann er als Hochspannungsdurchbruchwiderstand fungieren, um Signalpegelumkehrverschiebungen
zwischen dem Potential HVCC, das hoch ist, und dem Erdpotential
GND, das niedrig ist, vorzunehmen.
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Ein
festes Potential wird an das Gate des Nch-DMOS-Transistors ND1 angelegt,
ein Signal, das variiert, wird aus der Stromquelle CS1 an seinen Drain
angelegt, und die Stromquelle CS2 wird als Last an seine Source
angeschlossen. Das heißt,
der Nch-DMOS- Transistor
ND1 ist Teil des Gate-Schaltungsaufbaus. Deshalb beträgt der Wert
der Stromverstärkung
zwischen Drain und Source 1.
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Ein
von der Source des Nch-DMOS-Transistors ND1 abgegebenes Stromsignal
wird über
die Stromquelle CS1 an die Strom-Spannungs-Wandlerschaltung CV2
angelegt. Das Stromsignal wird entsprechend dem Wert des Stromsignals
in ein Spannungssignal umgewandelt und dann als Ausgangsspannungssignal
VOUT ausgegeben.
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Da
auf diese Weise der Nch-DMOS-Transistor ND1 als Teil des Gate-Schaltungsaufbaus
verwendet wird, kann der Wert der Stromverstärkung zwischen Drain und Source
1 betragen. Als Ergebnis kann das aus der hochspannungsseitigen
Spannungs-Strom-Wandlerschaltung
CV1 ausgegebene Stromsignal direkt an die niederspannungsseitige Strom-Spannungs-Wandlerschaltung
CV2 übertragen
werden. Deshalb kann die Pegelschieberschaltung ohne einen Pch-DMOS-Transistor
zu verwenden ausgebildet werden. Selbst wenn eine Pegelverschiebungsschaltung
und eine Pegelschieberschaltung gemeinsam in einem einzelnen HVIC
vorkommen können,
ist es unnötig,
zusätzlich
zu einem Nch-MOS-Transistor einen Pch-DMOS-Transistor auszubilden,
wodurch der HVIC leicht hergestellt werden kann.
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Darüber hinaus
ist in der Pegelschieberschaltung IS1 die Spannungs-Strom-Wandlerschaltung
CV1 bzw. Strom-Spannungs-Wandlerschaltung CV2 nicht direkt an den
Nch-DMOS-Transistor
ND1 angeschlossen, und die Stromquellen CS1 und CS2 sind jeweils
dazwischen angeordnet. Dadurch kann der negative Effekt auf die
Ausgangsimpedanz der Spannungs-Strom-Wandlerschaltung CV1 und die Eingangsimpedanz
der Strom-Spannungs-Wandlerschaltung
CV2 verringert werden, im Gegensatz zu dem Fall, bei dem Schaltungen
CV1 und CV2 direkt an den Nch-MOS-Transistor ND1 angeschlossen sind.
Dies führt
dazu, daß das
Ausgangsspannungssignal VOUT eine Änderung des Eingangsspannungssignals
VIN getreu wiedergibt.
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Die
Anwendung der Pegelschieberschaltung IS1 in der Leistungshalbleitervorrichtung
von 6 resultiert in einer Leistungshalbleitervorrichtung,
die von niedrigen Herstellungskosten und hervorragender Betriebssicherheit
ist.
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Die 2 und 3 sind
Schemata, die die Konfiguration der Pegelschieberschaltung IS1 ausführlicher
unter der Annahme darstellen, daß ein Eingangsspannungssignal
VIN der Wert des Spannungsabfalls selbst im Parallelwiderstand SH
von 6 ist, nämlich
ein analoges Signal.
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In
einer Pegelverschiebungsunkehrschaltung IS1a von 2 besteht
eine Spannungs-Strom-Wandlerschaltung CV1 aus einem Operationsverstärker PO1,
einem Nch-MOS-Transistor N1, und einem Widerstand R1. Ein Eingangsspannungssignal
VIN wird an den positiven Eingangs Anschluß eines Operationsverstärkers OP1
angelegt. Ein Anschluß des
Widerstands R1 und die Source des Nch-MOS-Transistors N1 werden
gemeinsam an den negativen EingangsAnschluß des Operationsverstärkers OP1
angeschlossen. Der Ausgang des Operationsverstärkers OP1 wird an das Gate
des Nch-MOS-Transistors
N1 angelegt. Das Potential HGND wird an den anderen Anschluß des Widerstands
R1 angelegt.
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Der
Widerstand R1, der Operationsverstärker OP1 und der Nch-MOS-Transistor
N1 bilden die sogenannte anziehende Konstantstromschaltung. In der
anziehenden Konstantstromschaltung wird ein in den positiven EingangsAnschluß des Operationsverstärkers OP1
einzugebendes Eingangsspannungssignal durch einen imaginären Kurzschluss
an den Widerstand R1 angelegt, und eine Änderung des Eingangsspannungssignals
VIN wird in ein Stromsignal umgewandelt, das durch den Widerstand
R1 läuft. Der
Wert des Stromsignals ist proportional zum Wert des Eingangsspannungssignals
VIN. Dann wird Strom, der denselben Wert wie dieses Stromsignal hat,
aus dem Drain des Nch-MOS-Transistors N1 abgeleitet. Das heißt, die
anziehende Konstantstromschaltung fungiert als Spannungs-Strom-Wandlerschaltung.
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Die
Stromquelle CS1 besteht aus einer Stromspiegelschaltung, die die
Pch-MOS-Transistoren
P1 und P2 enthält.
Bei Empfang eines Stromsignals, das die Spannungs-Strom-Wandlerschaltung CV1
ausgibt, gibt die Stromspiegelschaltung einen Strom ab, der einen
dem Stromsignal entsprechenden Wert hat.
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Die
Stromspiegelschaltung ist beispielsweise wie folgt aufgebaut. Ein
Potential HVCC wird gemeinsam an die Sources der Pch-MOS-Transistoren P1
und P2 angelegt. Das Gate des Pch-MOS-Transistors P1 wird an dessen
Drain angeschlossen. Der Drain des Nch-MOS-Transistors N1 der Spannungs-Strom-Wandlerschaltung
CV1 wird auch an den Drain des Pch-MOS-Transistors P1 angeschlossen.
Das Gate des Pch-MOS-Transistors P2 wird an das Gate des Pch-MOS-Transistors
P1 angeschlossen. Der Drain des Pch-MOS-Transistors P2 wird an den
Drain des Nch-DMOS-Transistors ND1 angeschlossen, wodurch Stromsignale übertragen
werden.
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Die
DC-Vorspannungseinrichtung BI, die ein festes Potential an das Gate
des Nch-DMOS-Transistors ND1 anlegt, besteht zum Beispiel aus einer DC-Spannungsquelle
V3.
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Eine
Stromquelle CS2 besteht aus einer Stromspiegelschaltung, die die
Nch-MOS-Transistoren
N2 und N3 enthält
(die als Last des Gate-Schaltungsaufbaus dient) und einer Stromspiegelspannung,
die die Pch-MOS-Transistoren P3 und P4 enthält. Die die Nch-MOS-Transistoren
N2 und N3 enthaltende Stromspiegelschaltung empfängt ein Stromsignal aus dem
Nch-DMOS-Transistor ND1 und gibt dann Strom ab, der einen dem Stromsignal entsprechenden
Wert hat. Diese Abgabe wird dann an die die Transistoren P3 und
P4 enthaltende Stromspiegelschaltung übertragen, von der dann wiederum
Strom abgegeben wird, der einen dieser Abgabe entsprechenden Wert
hat.
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Die
die Transistoren N2 und N3 enthaltende Stromspiegelschaltung ist
beispielsweise wie folgt aufgebaut. Ein Potential GND wird gemeinsam
an die Sources der Nch-MOS-Transistoren
N2 und N3 angelegt. Das Gate des Nch-MOS-Transistor N2 wird an dessen
Drain angeschlossen. Die Source des Nch-DMOS-Transistors ND1 wird
auch an den Drain des Nch-MOS-Transistors N2 angeschlossen. Das Gate
des Nch-MOS-Transistors N3 wird an das Gate des Nch-MOS-Transistors
N2 angeschlossen.
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Die
die Transistoren P3 und P4 enthaltende Stromspiegelschaltung ist
beispielsweise wie folgt aufgebaut. Ein Potential VCC wird gemeinsam
an die Sources der Pch-MOS-Transistoren
P3 und P4 angelegt. Das Gate des Pch-MOS-Transistors P3 wird an dessen
Drain angeschlossen. Der Drain des Nch-MOS-Transistors N3 wird auch
an den Drain des Pch-MOS-Transistors P3 angeschlossen. Das Gate des
Pch-MOS-Transistors P4 wird an das Gate des Pch-MOS-Transistors
P3 angeschlossen. Ein vom Drain des Pch-MOS-Transistors P2 ausgegebenes Stromsignal
wird an eine Strom-Spannungs-Wandlerschaltung
CV2 angelegt.
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Die
Strom-Spannungs-Wandlerschaltung CV2 besteht aus einem Widerstand
R2. Ein Stromsignal aus der Stromquelle CS2 wird an den Widerstand
R2 angelegt und ein Spannungsabfall im Widerstand R2 wird zu einem
Ausgangsspannungssignal VOUT.
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So
kann mit einer derartigen Anordnung, daß die Spannungs-Strom-Wandlerschaltung
CV1 und die Strom-Spannungs-Wandlerschaltung CV2 die jeweiligen
Widerstände
enthalten, und die Stromquellen CS1 und CS2 die jeweiligen Stromspiegelschaltungen
enthalten, eine Pegelschieberschaltung unter Verwendung dieser Transistoren
und Widerstände leicht
aufgebaut werden.
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Die
Schaltung IS1b in 3 ist eine Abänderung
der Schaltung von 2. Insbesondere ist die die
Transistoren P3 und P4 enthaltende Stromspiegelschaltung entfallen,
und der die Transistoren N2 und N3 enthaltende Ausgang der Stromspiegelschaltung
ist an einen Anschluß des
Widerstands R2 angeschlossen, um ein Potential VCC an den anderen Anschluß des Widerstands
R2 anzulegen. Obwohl bei dieser Konfiguration ein Ausgangsspannungssignal
VOUT zu einem Signal wird, das das Potential VCC als Bezugspotential
verwendet, kann die Anzahl an Transistoren gesenkt werden.
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Obwohl
andererseits bei der Konfiguration von 2 die Anzahl
an Transistoren erhöht
ist, kann sie das Ausgangsspannungssignal unter Verwendung des Erdpotentials
GND als Bezugspotential bereitstellen.
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Die
vorstehende Beschreibung erfolgte, indem der Nch-DMOS-Transistor
als Beispiel genommen wurde. Alternativ können andere Nch-MOS-Transistoren
mit einer hohen Durchbruchspannung verwendet werden, z.B. ein VMOS-Transistor,
dessen Gate-Elektrode
in einer V-förmigen
Rille ausgebildet ist.
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Die 2 und 3 zeigen
die Schaltungskonfigurationen, bei denen das Eingangsspannungssignal
VIN ein analoges Signal ist. Wenn zum Beispiel das Eingangsspannungssignal
VIN ein digitales Signal ist, kann die Spannungs-Strom-Wandlerschaltung
CV1 eine DA- (digital zu analog) Wandlerschaltung enthalten, um
ein analoges Spannungssignal an den Widerstand R1 anzulegen.
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Eine
zweite bevorzugte Ausführungsform
ist eine Modifikation der Pegelschieberschaltung der ersten bevorzugten
Ausführungsform.
Unter der Annahme, daß ein
Eingangsspannungssignal VIN ein PWM-Signal, also ein Pulsbreitenmodulationssignal ist,
wird ein Integrierglied hinzugefügt,
das ein Spannungssignal aus der Strom-Spannungs-Wandlerschaltung CV2 integriert und
es dann als Ausgangsspannungssignal VOUT ausgibt.
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Das
Eingangsspannungssignal VIN kann als verschiedene Signale auftreten,
wie beispielsweise als digitales Signal, das die AD-Wandlerschaltung AD
ausgibt, wie in 6 gezeigt ist, oder als analoges
Signal, wie es im Hinblick auf die Schaltungen der 2 und 3 in
der ersten bevorzugten Ausführungsform
beschrieben ist. Die zweite bevorzugte Ausführungsform wird hinsichtlich
dessen beschrieben, daß das
Eingangsspannungssignal VIN ein PWM-(Pulsbreitenmodulations-)Signal
ist, dessen Pulsbreite moduliert wird.
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Wenn
ein Eingangsspannungssignal VIN ein analoges Signal ist, kann beispielsweise
die Schaltung von 2 oder 3 der ersten
bevorzugten Ausführungsform
ein Signal abgeben, das eine Signalveränderung des Eingangsspannungssignals
VIN gewissermaßen
als ein Ausgangsspannungssignal VOUT getreu wiedergibt.
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Genaugenommen
jedoch kann in Betracht gezogen werden, daß, da die Signalveränderung
des Eingangsspannungssignals VIN dem Einfluss des Kanallängenmodulationseffekts
des Nch-DMOS-Transistors ND1 unterliegt, die Signalveränderung
nicht genau auf das Ausgangsspannungssignal VOUT übertragen
werden kann.
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Ist
andererseits das Eingangsspannungssignal VIN ein PWM-Signal, ist
seine Spannungsamplitude konstant und sein Puls hat unterschiedliche
Längen.
Dadurch ist in der Schaltung von 2 oder 3 der
Wert des durch den Widerstand R1 fließenden Stroms konstant, und
die Länge
der Zeit, während
der der Strom fließt,
ist unterschiedlich für unterschiedliche
Pulse. Da der Strom einen konstanten Wert hat, ist er in diesem
Fall weniger anfällig
für die
Einflüsse
des Kanallängenmodulationseffekts des
Nch-DMOS-Transistors
ND1.
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Auch
ist der Wert eines Spannungsabfalls im Widerstand R2 konstant, und
es wird ein PWM-Spannungssignal abgegeben, bei dem nur die Länge der Zeit,
während
der Spannung erzeugt wird, für
unterschiedliche Pulse anders ist. Indem ein Integrierglied hinzugefügt wird,
das einen Spannungsabfall im Widerstand R2 zeitlich integriert,
kann dementsprechend eine Spannungssignalform, die das Integrierglied
ausgibt, die Signalveränderung
vor der PWM-Signalmodulation getreu wiedergeben.
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Bei
der Leistungshalbleitervorrichtung von 6 kann zum
Beispiel eine Modulation am PWM-Signal mit einer PWM-Modulationsschaltung anstelle
der AD-Wandlerschaltung AD leicht durchgeführt werden.
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4 ist
ein Schema, das die Pegelschieberschaltung IS2 nach der zweiten
bevorzugten Ausführungsform
darstellt. In 4 haben dieselben Teile wie
in der Pegelschieberschaltung IS1 der ersten Ausführungsform
gleiche Bezugszeichen. Wie in 4 gezeigt
ist, wird die Pegelschieberschaltung IS2 erhalten, indem der Pegelschieberschaltung
IS1 ein Integrierglied IN hinzugefügt wird. Eine bekannte CR-Schaltung
oder eine einen Operationsverstärker enthaltende
Schaltung kann als Integrierglied IN verwendet werden.
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Ansonsten
ist die Konfiguration dieselbe wie bei der Pegelschieberschaltung
der ersten bevorzugten Ausführungsform,
weshalb deren Beschreibung entfallen kann.
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Eine
dritte bevorzugte Ausführungsform
ist eine Modifikation der Pegelschieberschaltung der ersten bevorzugten
Ausführungsform.
Insbesondere ist ein Signalausgangsteil vorgesehen, das ein anderes
Ausgangsspannungssignal unter Verwendung des Potentials HGND als
Bezugspotential auf der Hochspannungsseite ausgeben kann. Die Pegelschieberschaltung
dieser Ausführungsform
kann auch den Betrieb des Nch-DMOS-Transistors ND1 übereinstimmend mit einer Änderung
eines Ausgangsspannungssignals aus der Strom-Spannungs-Wandlerschaltung
CV2 stoppen.
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Nun
wird er Fall betrachtet, daß es
bei der Leistungshalbleitervorrichtung von 6 eine andere
Schaltung gibt, die der Abweichungs-Erfassungs-/Stopp-Signalausgangsschaltung
DT ähnelt, die
unter Verwendung des Potentials HGND auf der Hochspannungsseite
als Bezugspotential arbeitet. Sie kann dergestalt angeordnet werden,
daß die
Pegelschieberschaltung IS unter Verwendung des Potentials HGND als
Bezugspotential ein neues Ausgangssignal erzeugt und es als Steuersignal
an die andere Schaltung anlegt, um das hochspannungsseitige Schaltelement
SW1 zu steuern. Beispielsweise kann das Stoppsignal Sc der Abweichungs-Erfassungs-/Stopp-Signalausgangsschaltung
DT so angeordnet werden, daß es
in die Steuerelektrode des niederspannungsseitigen Schaltelements
SW2 eingegeben wird, ohne die Pegelverschiebungsschaltung LS zu
durchlaufen. Dazu ist es notwendig, daß in der Pegelschieberschaltung
IS ein neues Ausgangsspannungssignal als hochspannungsseitiges Stoppsignal
erzeugt wird, das das hochspannungsseitige Potential HGND als Bezugspotential
verwendet.
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In
der Pegelschieberschaltung der ersten bevorzugten Ausführungsform
lässt der Nch-DMOS-Transistor
ND1 es zu, daß Strom
während
der Zeit weiterfließt,
während
der das Eingangsspannungssignal VIN eingegeben wird. Wohingegen im
Falle der Leistungshalbleitervorrichtung von 6 zu erwägen ist,
daß, wenn
einmal eine Abweichung von der Norm erfaßt wurde, von diesem Zeitpunkt
an kein Strom mehr im Nch-DMOS-Transistor
ND1 benötigt
wird. In diesem Fall kann der Energieverbrauch durch Vorsehen eines
Steuerteils reduziert werden, das keinen Strom mehr durch den Nch-DMOS-Transistor ND1 fließen lässt, wenn
es eine Änderung
eines Ausgangsspannungssignals VOUT empfängt.
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Die
dritte bevorzugte Ausführungsform
zielt darauf ab, eine Pegelschieberschaltung zu realisieren, die
diesen Anforderungen gerecht wird.
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5 ist
ein Schema, das eine Pegelschieberschaltung IS3 nach der dritten
bevorzugten Ausführungsform
darstellt. In 5 sind dieselben Teile wie in
der Pegelschieberschaltung IS1 der ersten bevorzugten Ausführungsform
mit denselben Bezugszahlen versehen.
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Mit
Bezug auf 5 gibt es auf der Hochspannungsseite
der Pegelschieberschaltung IS3 Widerstände R3 und R4, die zwischen
einem Potential HVCC und einem Potential HGND in Reihe geschaltet
sind, und der Spannungswert geteilt durch beide Widerstände in den
negativen EingangsAnschluß eines
Operationsverstärkers
OP1 eingegeben wird. Das heißt,
der Operationsverstärker
OP1 wird als Komparator verwendet, der den Spannungswert geteilt
durch die Widerstände
mit einem Eingangsspannungssignal VIN vergleicht und dann ein Ausgangssignal
auslöst,
wenn das Eingangsspannungssignal VIN größer ist.
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Das
Ausgangssignal des Operationsverstärkers OP1 wird über in Reihe
geschaltete Inverter IV1 und IV2 an einen Nch-MOS-Transistor N1 übertragen.
Hierbei fungiert der Nch-MOS-Transistor N1 als Schalter.
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Bei
der dritten bevorzugten Ausführungsform unterscheiden
sich die Funktionen des Operationsverstärkers OP1 und Nch-MOS-Transistors
N1 von denjenigen der ersten bevorzugten Ausführungsform, wohingegen die
Funktion der Spannungs-Strom-Wandlerschaltung CV1 dieselbe bleibt. Das
heißt,
es gibt keine Änderung
bei der Funktion, ein Eingangsspannungssignal VIN in einem Widerstand
R1 in ein Stromsignal umzuwandeln.
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Das
Ausgangssignal des Inverters IV1 wird über eine Inverter IV3 in einen
Solleingangsanschluß eines
RS-Flipflops FF1 unter Verwendung eines Potentials HGND als Bezugspotential
eingegeben. Der RS-Flipflop FF1 entspricht dem zu Anfang dieser Ausführungsform
beschriebenen Signalausgangsteil, und sein Ausgangsspannungssignal
HVOUT entspricht dem erwähnten
anderen Ausgangsspannungssignal. Die Verzögerungszeit in jedem der Inverter
IV1 und IV3 ist so ausgelegt, daß sie einen für den gewünschten
Vorgang geeigneten Wert hat. Ein von außen kommendes Rücksetzsignal
Sr1 wird in einen Rücksetzeingangsanschluß des RS-Flipflops FF1
eingegeben.
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Dadurch,
daß man
den RS-Flipflop FF1, nämlich
ein Signalausgangsteil, ein Ausgangsspannungssignal HVOUT unter
Verwendung des Potentials HVOUT als Bezugspotential erzeugen und
abgeben lässt,
ist es möglich,
das Ausgangsspannungssignal HVOUT als Steuersignal an die Schaltung
auszugeben, die unter Verwendung des Potentials HGND als Bezugspotential
arbeitet.
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Zusätzlich ist
auf der Niederspannungsseite der Pegelschieberschaltung IS3 ein
als Schalter dienender Nch-MOS-Transistor N4 zwischen dem Gate des
Nch-DMOS-Transistors ND1 und dem Erdpotential GND angeordnet. Durch
Steuerung der Gate-Spannung des Transistors N4 wird das Erdpotential
GND an das Gate des Nch-DMOS-Transistors ND1 angelegt, um den Strom
zu sperren, der durch den Nch-DMOS-Transistor ND1 fließt.
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Der
RS-Flipflop FF2 ist angeordnet, um die Gate-Spannung des Nch-MOS-Transistors N4 durch seine
Ausgabe zu steuern. Ein Ausgangssteuersignal aus einer Strom-Spannungs-Wandlerschaltung CV2
wird in einen Solleingangsanschluß des RS-Flipflops FF2 eingegeben, und ein Rücksetzsignal
St2 wird in seinen Rücksetzeingangsanschluß eingegeben.
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Das
Ausgangssignal des RS-Flipflops FF2 wird zu einem Ausgangsspannungssignal
VOUT, das dann über
die Inverter IV4 und IV5 an das Gate des Nch-MOS-Transistors N4
angelegt wird. Die Verzögerungszeit
in jedem der Inverter IV4 und IV5 ist so ausgelegt, dass sie in
für den
gewünschten
Vorgang geeigneter Wert ist.
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Der
Nch-MOS-Transistor N4 und der RS-Flipflop FF2 entsprechen dem zu
Beginn dieser Ausführungsform
beschriebenen Steuerteil und funktionieren so, dass sie den Betrieb
des Nch-DMOS-Transistors ND1 übereinstimmend
mit einer Veränderung
des Ausgangsspannungssignals aus der Strom-Spannungs-Wandlerschaltung
CV2 anhalten. Deshalb kann der Energieverbrauch gesenkt werden,
indem vorgesehen wird, dass das Steuerteil keinen Strom mehr durch
den Nch-DMOS-Transistor ND1 fließen lässt, wenn es eine Änderung
beim Ausgangsspannungssignal VOUT empfängt.