DE10232640A1 - Circuit with semiconductor switch and process for blocking control switches between two control switches - Google Patents

Circuit with semiconductor switch and process for blocking control switches between two control switches Download PDF

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Abstract

A circuit comprises a semiconductor switch comprising a control connection (G) and a load stretch (D-S) and is switched between two supply voltages (V1,V2). Two switches (SW1,SW2) for blocking control lie between a supply voltage (V2) and the control connection (G) and between the control connection and a load connection (LA) respectively. An Independent claim is also included for the a process for operating the above circuit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 mit einem in Reihe zu einem Freilaufelement geschalteten Halbleiterschalter und ein Verfahren zur Ansteuerung eines solchen Halbleiterschalters.The present invention relates to a circuit arrangement according to the features of the preamble of claim 1 with one in series to a freewheel element switched semiconductor switch and a method for control of such a semiconductor switch.

Eine Vorrichtung mit einem Halbleiterschalter und einem in Reihe zu dem Halbleiterschalter geschalteten Freilaufelement sowie einer an den Halbleiterschalter angeschlossenen induktiven Last gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist bei Schaltwandlern, die als Abwärtswandler (Buck Converter) ausgebildet sind, hinlänglich bekannt. Der grundsätzliche Aufbau eines solchen Abwärtswandlers ist beispielsweise in Köstner, Möschwitzer: "Elektronische Schaltungen", Hanser Verlag, München, 1993, Seite 284, oder in Tietze, Schenk: "Halbleiter-Schaltungstechnik", Springer Verlag, Berlin, 11. Auflage, Seite 981, beschrieben. Als Halbleiterschalter finden bei solchen Schaltwandlern insbesondere selbstsperrende MOSFET Anwendung, deren Laststrecke zwischen eines der Versorgungspotentiale und den Lastanschluss – an dem bei Abwärtswandlern eine Reihenschaltung einer Spule und eines Kondensators anliegt – geschaltet ist.A device with a semiconductor switch and a freewheel element connected in series with the semiconductor switch and an inductive connected to the semiconductor switch Load according to the generic term of claim 1 is in switching converters, which are used as step-down converters (Buck Converter) are well known. The basic one Structure of such a buck converter is for example in Köstner, Möschwitzer: "Electronic Circuits", Hanser Verlag, Munich, 1993, page 284, or in Tietze, Schenk: "Semiconductor circuit technology", Springer Verlag, Berlin, 11th edition, Page 981. As a semiconductor switch found in such Switching converters, in particular self-locking MOSFET application whose Load path between one of the supply potentials and the load connection - at the with down converters there is a series connection of a coil and a capacitor is.

Selbstsperrende MOSFET leiten in hinlänglich bekannter weise bei Anlegen einer Ansteuerspannung zwischen deren Gate-Anschluss und deren Source-Anschluss und sperren im Übrigen. Die Gate-Source-Spannung zur leitenden Ansteuerung ist bei n-Kanal-MOSFET positiv und bei p-Kanal-MOSFET negativ.Self-locking MOSFET conduct in adequately as is known when a control voltage is applied between them Gate connector and their source connection and lock otherwise. The gate-source voltage for conductive control is positive with n-channel MOSFET and with p-channel MOSFET negative.

Zur sperrenden Ansteuerung derartiger Halbleiterschalter ist es erforderlich, die Gate-Kapazität des MOSFET zu entladen. Hierzu ist es bekannt, den Gate-Anschluss des MOSFET mit des sen Source-Anschluss kurzzuschließen. Allerdings nimmt hierbei die Zeitdauer, die bis zum Entladen der Gate-Kapazität vergeht, mit zunehmendem Potential an dem Lastanschluss, an den der Source-Anschluss des MOSFET angeschlossen ist, und damit sich verringernder Spannungsdifferenz zwischen Gate-Anschluss und Source-Anschluss zu.For blocking control of such semiconductor switches it is necessary to discharge the gate capacitance of the MOSFET. For this it is known to connect the gate of the MOSFET with its source connection short-circuit. However, the time that elapses before the gate capacitance is discharged takes with increasing potential at the load connection to which the source connection of the MOSFET is connected, and thus decreasing voltage difference between gate connection and source connection too.

Weiterhin ist es bekannt, den Gate-Anschluss des MOSFET zum Entladen der Gate-Kapazität an das zweite Versorgungspotential, üblicherweise das Bezugspotential der Schaltung, anzuschließen. Hierdurch lassen sich kurze Entladezeiten und damit kurze Reaktionszeiten zwischen einem Ansteuersignal, nach dessen Maßgabe der Halbleiterschalter sperren soll, und dem tatsächlichen Sperren des Halbleiterschalters erreichen, da die Spannungsdifferenz zwischen dem Gate-Anschluss und dem Lastanschluss üblicherweise hoch ist. Allerdings bleibt die zuvor in der Gate-Kapazität während des leitenden Zustands gespeicherte Ladung nach dem Entladen ungenutzt, während sie bei dem zuvor genannten Vorgehen, bei dem Gate und Source kurzgeschlossen werden, der Last zugeführt wird.Furthermore, it is known the gate connection of the MOSFET for discharging the gate capacitance to the second supply potential, usually the reference potential of the circuit. This allows short discharge times and thus short reaction times between a control signal, according to its stipulation the semiconductor switch should lock, and the actual Lock the semiconductor switch because of the voltage difference between the gate connection and the load connection usually is high. However, that previously remains in the gate capacitance during the conduction State stored charge after unloading while unused in the aforementioned procedure, in which the gate and source are short-circuited are fed to the load becomes.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung mit einem in Reihe zu einer Last geschalteten Halbleiterschalter und einer Ansteuerschaltung zur sperrenden Ansteuerung des Halbleiterschalters sowie ein Verfahren zur sperrenden Ansteuerung eines in Reihe zu einer Last geschalteten Halbleiterschalters zur Verfügung zu stellen, wobei ein Sperren des Halbleiterschalters innerhalb einer kurzen Zeitdauer bei geringen Schaltverlusten gewährleistet ist.The aim of the present invention is it, a circuit arrangement with a series connected to a load Semiconductor switch and a control circuit for blocking control of the semiconductor switch and a method for blocking control a semiconductor switch connected in series to a load for disposal to put, locking the semiconductor switch within a short period of time with low switching losses is.

Dieses Ziel wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This goal is achieved through circuitry according to the characteristics of claim 1 and a method according to the features of the claim 11 solved. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung umfasst einen Halbleiterschalter, der einen Ansteueranschluss und eine Last strecke aufweist, wobei in Reihe zu der Laststrecke ein Freilaufelement geschaltet und die Reihenschaltung mit dem Halbleiterschalter und dem Freilaufelement zwischen ein erstes und ein zweites Versorgungspotential geschaltet ist. Ein Lastanschluss ist durch einen der Laststrecke des Halbleiterschalters und des Freilaufelements gemeinsamen Knoten gebildet, wobei an den Lastanschluss eine induktive Last angeschlossen ist. Zur sperrenden Ansteuerung des Halbleiterschalters ist eine Ansteuerschaltung vorgesehen, die einen ersten steuerbaren Schalter und einen zweiten steuerbaren Schalter aufweist, wobei der erste Schalter zwischen den Ansteueranschluss des ersten Halbleiterschalters und das zweite Versorgungspotential geschaltet ist und wobei der zweite Schalter zwischen den Ansteueranschluss des ersten Halbleiterschalters und den Lastanschluss geschaltet ist.The circuit arrangement according to the invention comprises a semiconductor switch that stretch a drive connection and a load has a free-wheel element connected in series with the load path and the series connection with the semiconductor switch and the freewheel element switched between a first and a second supply potential is. A load connection is through one of the load paths of the semiconductor switch and the freewheel element common knot, being at the Load connection an inductive load is connected. To lock A control circuit is provided for controlling the semiconductor switch, which a first controllable switch and a second controllable Has switch, the first switch between the drive connection of the first semiconductor switch and the second supply potential is switched and wherein the second switch between the control connection of the first semiconductor switch and the load connection is.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht ein rasches Sperren des Halbleiterschalters bei reduzierten Verlusten, indem zunächst der erste Schalter geschlossen wird, um den Ansteueranschluss des Halbleiterschalters an das zweite Versorgungspotential angeschlossen wird. Der Wert dieses zweiten Versorgungspotentials unterscheidet sich üblicherweise stark von dem Potential an dem Halbleiterschalter in leitendem Zustand, wodurch sich rasch ein Entladestrom an dem Ansteueranschluss des Halbleiterschalters einstellt und eine "Vorentladung" stattfindet. Nachdem sich ein Entladestrom eingestellt hat, kann bei der erfindungsgemäßen Schaltung der erste Schalter geöffnet und der zweite Schalter geschlossen werden, um dadurch den Ansteueranschluss an den Lastanschluss anzuschließen, dessen Potential üblicherweise höher als das Potential des zweiten Versorgungspotentials ist. Der Entladestrom während des verbleibenden Entladevorgangs wird dabei über den Lastanschluss der Last zugeführt.The circuit arrangement according to the invention enables one rapid blocking of the semiconductor switch with reduced losses, by first the first switch is closed to the drive terminal of the semiconductor switch is connected to the second supply potential. The value of this second supply potential usually differs strongly from the potential at the semiconductor switch in the conductive state, which quickly causes a discharge current at the control connection of the Semiconductor switch sets and a "pre-discharge" takes place. After there is a discharge current has set, the first switch in the circuit according to the invention open and the second switch are closed, thereby closing the drive terminal to connect to the load connection, its potential usually higher than that Potential of the second supply potential is. The discharge current while the remaining unloading process is via the load connection of the load fed.

Der erste und zweite Schalter, die zum sperrenden Ansteuern des Halbleiterschalters dienen, sind durch eine Steuerschaltung angesteuert, die vorzugsweise den ersten und zweiten Schalter zeitlich aufeinanderfolgend leitend ansteuert, um den Ansteueranschluss des Halbleiterschalters für eine schnelle Vorentladung zunächst an das zweite Versorgungspotential und dann an den Lastanschluss anzuschließen, wobei jeweils nur einer der beiden Schalter zum selben Zeitpunkt leitet.The first and second switches, which are used to block the semiconductor switch, are controlled by a control circuit which preferably controls the first and second switches sequentially in time in order to first connect the control connection of the semiconductor switch for rapid pre-discharge to the second supply potential and then to the load connection, only one of the two switches conducting at the same time.

Der zeitliche Abstand zwischen dem Schließen des ersten Schalters und des zweiten Schalters ist bei einer Ausführungsform der Erfindung fest vorgegeben. Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuerschaltung den zweiten Schalter nach Maßgabe eines den leitenden ersten Schalter durchfließenden Stromes ansteuert, so dass der Entladestrom erst dann über den zweiten Schalters an den Lastanschluss geleitet wird, wenn sich ein vorgegebener Entladestrom über den ersten Schalter aufgebaut hat. Zur Erfassung dieses Stromes ist bei einer Ausführungsform eine Strommessanordnung in Reihe zu dem ersten Schalter geschaltet ist, die an die Steueranschaltung angeschlossen ist und dieser ein Strommesssignal zuführt.The time interval between the Conclude the first switch and the second switch is in one embodiment the invention fixed. In another embodiment it is provided that the control circuit after the second switch proviso controls a current flowing through the conductive first switch, so that the discharge current only then the second switch is routed to the load connector when there is a specified discharge current via built the first switch. To detect this current is in one embodiment a current measuring arrangement is connected in series with the first switch, which is connected to the control interface and this a current measurement signal supplies.

Außerdem ist zur leitenden Ansteuerung des Halbleiterschalters eine zweite Ansteuerschaltung vorgesehen, die vorzugsweise einen dritten Schalter aufweist, der zwischen das erste Versorgungspotential und den Ansteueranschluss des ersten Halbleiterschalters geschaltet ist, wobei der dritte Schalter durch eine Steuerschaltung angesteuert ist.It is also used for control a second control circuit is provided in the semiconductor switch, which preferably has a third switch between the first supply potential and the control connection of the first Semiconductor switch is switched, with the third switch a control circuit is driven.

Das Freilaufelement, das in Reihe zu dem Halbleiterschalter geschaltet ist, und das bei sperrendem Halbleiterschalter einen durch die induktive Last induzierten Strom übernimmt, ist bei einer Ausführungsform als zweiter Halbleiterschalter und bei einer anderen Ausführungsform als Diode, insbesondere als Schottky-Diode, ausgebildet.The freewheel element in line is connected to the semiconductor switch, and that with blocking Semiconductor switch accepts a current induced by the inductive load, is in one embodiment as a second semiconductor switch and in another embodiment designed as a diode, in particular as a Schottky diode.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum sperrenden Ansteuern eines einen Ansteueranschluss und eine Laststrecke auf weisenden Halbleiterschalters in einer Schaltungsanordnung, bei welcher die Laststrecke des Halbleiterschalter in Reihe zu einem Freilaufelement zwischen ein erstes und zweites Versorgungspotential geschaltet ist und bei welcher eine induktive Last an einen der Laststrecke des Halbleiterschalters und der Freilaufdiode gemeinsamen Lastanschluss angeschlossen ist, ist vorgesehen, den Halbleiterschalter zeitlich aufeinanderfolgend an das zweite Versorgungspotential und den Lastanschluss anzuschließen.In a method according to the invention for blocking control of a control connection and a load path pointing semiconductor switch in a circuit arrangement which is the load path of the semiconductor switch in series to one Freewheel element between a first and second supply potential is switched and in which an inductive load to one of the Load path of the semiconductor switch and the freewheeling diode common Load connection is connected, the semiconductor switch is provided successively to the second supply potential and to connect the load connection.

Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Ansteueranschluss des Halbleiterschalters eine vorgegebene Zeitdauer nach dem Anschließen des Ansteueranschlusses an das zweite Versorgungspotential an den Lastanschluss angeschlossen wird.In one embodiment it is provided that the control connection of the semiconductor switch a predetermined period of time after connecting the Control connection to the second supply potential to the load connection is connected.

Vorzugsweise wird der Ansteueranschluss des Halbleiterschalters an den Lastanschluss angeschlossen, nachdem nach dem Anschließen des Ansteueranschlusses an das zweite Versorgungspotential ein Entladestrom an dem Ansteueranschluss einen vorgegebenen Wert erreicht hat.The control connection of the Semiconductor switch connected to the load terminal after after connecting a discharge current of the control connection to the second supply potential has reached a predetermined value at the control connection.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigtThe present invention is hereinafter described in embodiments explained in more detail with reference to figures. In shows the figures

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, 1 a first embodiment of a circuit arrangement according to the invention,

2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. 2 a second embodiment of a circuit arrangement according to the invention.

In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.Designate in the figures, if not specified otherwise, the same reference numerals have the same parts of equal importance.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer als Abwärtswandler (Buch Converter) ausgebildeten erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Die Schaltungsanordnung umfasst einen in dem Beispiel als n-Kanal-MOSFET ausgebildeten Halbleiterschalter T1, der in Reihe zu einem in dem Beispiel als Diode DD ausgebildeten Freilaufelement zwischen ein erstes Versor gungspotential V1 und ein zweites Versorgungspotential V2 geschaltet ist. Ein der Drain-Source-Strecke bzw. der Laststrecke des MOSFET T1 und der Diode DD gemeinsamer Knoten bildet einen Lastanschluss LA, an den in dem Beispiel eine Reihenschaltung einer Spule L und eines Kondensators C angeschlossen ist, wobei über den Kondensator C eine Ausgangsspannung Uout zur Versorgung einer Last, die in 1 nur gestrichelt eingezeichnet ist, anliegt. 1 shows a first embodiment of a circuit arrangement according to the invention designed as a down converter (book converter). The circuit arrangement comprises a semiconductor switch T1 designed in the example as an n-channel MOSFET, which is connected in series with a freewheeling element designed in the example as a diode DD between a first supply potential V1 and a second supply potential V2. A node common to the drain-source path or the load path of the MOSFET T1 and the diode DD forms a load connection LA, to which a series connection of a coil L and a capacitor C is connected in the example, an output voltage Uout being connected via the capacitor C. to supply a load that is in 1 is only shown in dashed lines.

Aufgabe derartiger Abwärtswandler ist es, in hinlänglich bekannter Weise, eine wenigstens annäherungsweise konstante Ausgangsspannung Uout weitgehend unabhängig von der angeschlossenen Last zur Verfügung zu stellen. Dazu wird der als Highside-Schalter dienende MOSFET T1 getaktet leitend und sperrend angesteuert, wobei die durch die Spule und den Kondensator und die externe Last gebildete, an den Lastanschluss LA angeschlossene Last bei geschlossenem Highside-Schalter T1 Energie aufnimmt. Die Leistungsaufnahme der Last und damit die Ausgangsspannung Uout ist abhängig vom Duty-Cycle, also dem Verhältnis zwischen Einschaltdauer und Periodendauer während eines Ansteuerzyklussees des Highside-Schalters T1. Zur Einstellung dieses Duty-Cycle, abhängig von der Ausgangsspannung Uout, ist die Ausgangsspannung einer Ansteuerschaltung 20 zugeführt, wie nachfolgend noch erläutert werden wird.The task of such step-down converters is, in a well-known manner, to provide an at least approximately constant output voltage Uout largely independent of the connected load. For this purpose, the MOSFET T1 serving as the highside switch is clocked in a conductive and blocking manner, the load formed by the coil and the capacitor and the external load and connected to the load connection LA absorbing energy when the highside switch T1 is closed. The power consumption of the load and thus the output voltage Uout is dependent on the duty cycle, that is to say the ratio between the duty cycle and the period during a control cycle period of the highside switch T1. To set this duty cycle, depending on the output voltage Uout, the output voltage of a control circuit 20 supplied, as will be explained below.

Die Schaltungsanordnung umfasst eine erste Ansteuerschaltung zum sperrenden Ansteuern des MOSFET T1 sowie eine zweite Ansteuerschaltung zum leitenden Ansteuern des MOSFET T1, die miteinander gekoppelt sind.The circuit arrangement includes one first drive circuit for blocking the MOSFET T1 and a second drive circuit for driving the MOSFET T1, which are coupled together.

Die erste Ansteuerschaltung zum sperrenden Ansteuern des MOSFET T1 umfasst einen ersten Schalter SW1, der zwischen den als Ansteueranschluss des MOSFET T1 dienenden Gate-Anschluss dieses MOSFET T1 und das zweite Versorgungspotential V2 geschaltet ist. Die Ansteuerschaltung zum sperrenden Ansteuern des MOSFET T1 umfasst weiterhin einen zweiten Schalter SW2, der zwischen den Gate-Anschluss G und den Lastanschluss LA geschaltet ist.The first control circuit for blocking control of the MOSFET T1 comprises a first switch SW1, which is connected between the gate connection of this MOSFET T1 serving as the control connection of the MOSFET T1 and the second supply potential V2. The control circuit for blocking the MOSFET T1 further comprises a second switch SW2, which is between the Gate connection G and the load connection LA is switched.

Die zweite Ansteuerschaltung zur leitenden Ansteuerung des MOSFET T1 umfasst einen dritten Schalter SW3, der zwischen das erste Versorgungspotential V1 und den Gate-Anschluss G des MOSFET T1 angeschlossen ist und der durch eine zweite Steuerschaltung 20, der in dem Ausführungsbeispiel die Ausgangsspannung Uout zugeführt ist, angesteuert wird.The second control circuit for the conductive control of the MOSFET T1 comprises a third switch SW3, which is connected between the first supply potential V1 and the gate terminal G of the MOSFET T1 and which is connected by a second control circuit 20 , which in the exemplary embodiment is supplied with the output voltage Uout.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird nachfolgend kurz erläutert.The functioning of the circuit arrangement according to the invention is briefly explained below.

Um den MOSFET T1 leitend anzusteuern, wird der dritte Schalter SW3 durch die zweite Steuerschaltung 20 geschlossen, wodurch das Gate des MOSFET T1 auf das erste Versorgungspotential V1 aufgeladen wird. Der erste und zweite Schalter SW1, SW2 sind dabei geschlossen. Zum sperrenden Ansteuern des MOSFET T1 wird der dritte Schalter SW3 geöffnet und der erste Schalter SW1 wird durch eine Steuerschaltung 10, die den ersten und zweiten Schalter SW1, SW2 ansteuert und die an die zweite Steuerschaltung 20 gekoppelt ist, geschlossen, um den Gate-Anschluss G an das zweite Versorgungspotential V2, welches in dem Beispiel das Bezugspotential der Schaltung bildet, anzuschließen. Der zweite Schalter SW2 bleibt zunächst geöffnet. Bei geschlossenem ersten Schalter SW1 stellt sich ein Entladestrom Ie ein, der nach Bezugspotential V2 abfließt. Dieser Entladestrom Ie wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Messanordnung MA, die an die erste Steuerschaltung 10 gekoppelt ist, erfasst, wobei die erste Steuerschaltung 10 so ausgestaltet ist, dass sie den ersten Schalter SW1 öffnet, nachdem dieser Entladestrom Ie einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht hat, um danach den zweiten Schalter SW2 zu schließen. Ein Entladestrom Ie fließt dann über den zweiten Schalter SW2 an den Lastanschluss, mit dem Vorteil, dass der Entladestrom Ie der Last zugeführt wird und nicht wie bei einem Abfließen an das zweite Versorgungs potential V2 "verloren geht". Die Potentialdifferenz zwischen dem Gate-Anschluss G und dem zweiten Versorgungspotential V2 ist größer als die Potentialdifferenz zwischen dem Gate-Anschluss G und dem Lastanschluss LA, so dass sich bei Schließen des ersten Schalters SW1 aufgrund der größeren Spannungsdifferenz rasch ein Entladestrom Ie einstellt, wodurch eine rasche "Vorentladung" des Gate-Anschlusses G des MOSFET T1 erfolgt. Nach dieser Vorentladung wird der erste Schalter SW1 geöffnet und der zweite Schalter SW1 wird geschlossen, um den Entladestrom Ie im Weiteren der Last zuzuführen.In order to drive the MOSFET T1, the third switch SW3 is turned on by the second control circuit 20 closed, whereby the gate of the MOSFET T1 is charged to the first supply potential V1. The first and second switches SW1, SW2 are closed. For the blocking control of the MOSFET T1, the third switch SW3 is opened and the first switch SW1 is opened by a control circuit 10 that drives the first and second switches SW1, SW2 and that to the second control circuit 20 is coupled in order to connect the gate connection G to the second supply potential V2, which in the example forms the reference potential of the circuit. The second switch SW2 initially remains open. When the first switch SW1 is closed, a discharge current Ie is set which flows to the reference potential V2. This discharge current Ie is in the illustrated embodiment by a measuring arrangement MA, which is connected to the first control circuit 10 coupled, detected, the first control circuit 10 is designed such that it opens the first switch SW1 after this discharge current Ie has reached a predetermined threshold value and then closes the second switch SW2. A discharge current Ie then flows via the second switch SW2 to the load connection, with the advantage that the discharge current Ie is supplied to the load and does not “get lost” as in the case of an outflow to the second supply potential V2. The potential difference between the gate connection G and the second supply potential V2 is greater than the potential difference between the gate connection G and the load connection LA, so that when the first switch SW1 is closed, a discharge current Ie quickly arises due to the larger voltage difference, which results in a rapid "pre-discharge" of the gate connection G of the MOSFET T1 takes place. After this pre-discharge, the first switch SW1 is opened and the second switch SW1 is closed in order to further supply the discharge current Ie to the load.

Mittels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung lässt sich im Vergleich zu herkömmlichen derartigen Schaltungsanordnungen ein guter Kompromiss zwischen geringen Schaltdauern beim Sperren des Highside-Schalters T1 und den auftretenden Schaltverlusten erreichen.By means of the circuit arrangement according to the invention let yourself compared to conventional ones Circuit arrangements a good compromise between short switching times when blocking the highside switch T1 and the switching losses that occur to reach.

Zur Vervollständigung sei darauf hingewiesen, dass die Diode DD als Freilaufelement beim Sperren des Highside-Schalters T1 dient, und einen durch die Spule L induzierten Strom übernimmt. Die Anode der Diode DD liegt dabei auf demselben Potential wie der der Spule abgewandte Anschluss des Kondensators C.For completion, please note that the diode DD as a freewheeling element when the highside switch is blocked T1 serves, and takes over a current induced by the coil L. The anode of the diode DD is at the same potential as that Connection of the capacitor C facing away from the coil

Die erste Steuerschaltung 10 und die zweite Steuerschaltung 20 sind in dem Ausführungsbeispiel miteinander gekoppelt, wobei die zweite Steuerschaltung 20 den Duty-Cycle des Ansteuerzyklus des Highside-Schalters T1 vorgibt und zum Sperren des MOSFET T1 ein entsprechendes Steuersignal an die erste Steuerschaltung 10 sendet, die daraufhin zeitlich aufeinanderfolgend den ersten Schalter SW1 und den zweiten Schalter SW2 schließt, wobei jeweils nur einer dieser beiden Schalter SW1, SW2 geschlossen ist.The first control circuit 10 and the second control circuit 20 are coupled to one another in the exemplary embodiment, the second control circuit 20 specifies the duty cycle of the drive cycle of the highside switch T1 and a corresponding control signal to the first control circuit for blocking the MOSFET T1 10 sends, which then closes the first switch SW1 and the second switch SW2 successively, only one of these two switches SW1, SW2 being closed.

2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, bei welcher das Freilauf element als zweiter Halbleiterschalter T2 als zweiter n-Kanal-MOSFET T2 ausgebildet ist. Zum leitenden Ansteuern dieses MOSFET T2 ist ein vierter Schalter SW4 vorgesehen, der zwischen das erste Versorgungspotential V1 und den Gate-Anschluss G des MOSFET T1 geschaltet ist. Zum sperrenden Ansteuern dieses MOSFET T2 ist ein fünfter Schalter SW5 vorgesehen, der zwischen den Gate-Anschluss G und das zweite Versorgungspotential V2 geschaltet ist. Die Ansteuerung des vierten und fünften Schalters SW4, SW5 wird durch eine zweite Ansteuerschaltung 22 übernommen, die auch den dritten Schalter SW3 zur leitenden Ansteuerung des MOSFET T1 übernimmt und die an die erste Steuerschaltung 10 gekoppelt ist. Die zweite Steuerschaltung 22 sorgt aus Verlustleistungsgründen dafür, dass nur jeweils einer der beiden Halbleiterschalter T1, T2 leitet, während der andere sperrt. 2 shows a further embodiment of a circuit arrangement according to the invention, in which the freewheel element is designed as a second semiconductor switch T2 as a second n-channel MOSFET T2. To conduct this MOSFET T2, a fourth switch SW4 is provided, which is connected between the first supply potential V1 and the gate terminal G of the MOSFET T1. A fifth switch SW5, which is connected between the gate connection G and the second supply potential V2, is provided for blocking this MOSFET T2. The fourth and fifth switches SW4, SW5 are activated by a second control circuit 22 taken over, which also takes over the third switch SW3 for conductive control of the MOSFET T1 and to the first control circuit 10 is coupled. The second control circuit 22 ensures for power loss reasons that only one of the two semiconductor switches T1, T2 conducts while the other is blocking.

Die erste Steuerschaltung 10 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß 2 derart ausgebildet, dass sie zum Sperren des Highside-Schalters T1 zunächst den ersten Schalter SW1 schließt, um den Gate-Anschluss G des Highside-Schalters T1 an das zweite Versorgungspotential V2 anzuschließen und nach einer vorgegebenen festen Zeitdauer den ersten Schalter SW1 öffnet und den zweiten Schalter SW2 schließt, um dadurch den Gate-Anschluss G an den Lastanschluss LA anzuschließen.The first control circuit 10 is in accordance with the illustrated embodiment 2 In such a way that, to block the highside switch T1, it first closes the first switch SW1, to connect the gate connection G of the highside switch T1 to the second supply potential V2 and, after a predetermined fixed period of time, opens the first switch SW1 and the second one Switch SW2 closes, thereby connecting the gate connection G to the load connection LA.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist selbstverständlich nicht auf die Verwendung von n-Kanal-MOSFET beschränkt. Selbstverständlich können auch p-Kanal-MOSFET verwendet werden, wobei dann die Polaritäten der Versorgungspotentiale V1, V2 zu vertauschen sind.The circuit arrangement according to the invention is Of course not limited to using n-channel MOSFET. Of course you can too p-channel MOSFET are used, in which case the polarities of the Supply potentials V1, V2 are to be exchanged.

Außerdem kann in Reihe zu dem dritten Schalter SW3 eine Ladungspumpe LP geschaltet sein, die in 2 gestrichelt eingezeichnet ist, und die ein gegenüber dem ersten Versorgungspotential erhöhtes Versorgungspotential zur leitenden Ansteuerung des MOSFET T1 bereitstellt.In addition, a charge pump LP can be connected in series with the third switch SW3 2 is shown in dashed lines, and which is a supply potential for conductive control which is higher than the first supply potential Generation of the MOSFET T1 provides.

V1, V2V1, V2
Versorgungspotentialesupply potentials
T1,T2T1, T2
MOSFETMOSFET
DDDD
Diodediode
LL
SpuleKitchen sink
CC
Kondensatorcapacitor
UoutUout
Ausgangsspannungoutput voltage
MAMA
StrommessanordnungCurrent measuring arrangement
SW1, SW2SW1, SW2
Schalterswitch
IeIe
Entladestromdischarge
SW3SW3
Schalterswitch
SW4, SW5SW4 SW5
Schalterswitch
GG
Gate-AnschlussGate terminal
DD
Drain-AnschlussDrain
SS
Source-AnschlussSource terminal
LALA
Lastanschlussload connection
GG
Gate-AnschlussGate terminal
1010
erste Steuerschaltungfirst control circuit
20, 2220 22
zweite Steuerschaltungsecond control circuit

Claims (14)

Schaltungsanordnung, die folgende Merkmale aufweist: – einen Halbleiterschalter (T1) der einen Ansteueranschluss (G) und eine Laststrecke (D-S) aufweist, – ein Freilaufelement (T2; D) das in Reihe zu der Laststrecke (D-S) des Halbleiterschalters (T1) geschaltet ist, wobei die Reihenschaltung mit dem Halbleiterschalter (T1) und dem Freilaufelement (D) zwischen ein erstes und ein zweites Versorgungspotential (V1, GND) geschaltet ist, – einen Lastanschluss (LA), der durch einen der Laststrecke (D-S) des Halbleiterschalters (T1) und des Freilaufelements (T2; D) gemeinsamen Knoten gebildet ist, – eine an den Lastanschluss (LA) angeschlossene induktive Last (L, C), gekennzeichnet durch – eine erste Ansteuerschaltung zum sperrenden Ansteuern des ersten Halbleiterschalters (T1), die einen ersten steuerbaren Schalter (SW1) und einen zweiten steuerbaren Schalter (SW2) aufweist, wobei der erste Schalter (SW1) zwischen den Ansteueranschluss (G) des ersten Halbleiterschalters (T1) und das zweite Versorgungspotential (V2) geschaltet ist und wobei der zweite Schalter (SW2) zwischen den Ansteueranschluss (G) des ersten Halbleiterschalters (T1) und den Lastanschluss (LA) geschaltet ist.Circuit arrangement which has the following features: - one Semiconductor switch (T1) one control connection (G) and one Load route (D-S), - A freewheel element (T2; D) that in series with the load path (D-S) of the semiconductor switch (T1) is connected, the series connection with the semiconductor switch (T1) and the freewheel element (D) between a first and a second Supply potential (V1, GND) is switched, - one Load connection (LA) through one of the load path (D-S) of the semiconductor switch (T1) and the freewheel element (T2; D) common node is - one inductive load (L, C) connected to the load connection (LA), marked by - one first control circuit for blocking control of the first semiconductor switch (T1), which has a first controllable switch (SW1) and a second Controllable switch (SW2), the first switch (SW1) between the control connection (G) of the first semiconductor switch (T1) and the second supply potential (V2) is switched and the second switch (SW2) between the control connection (G) of the first semiconductor switch (T1) and the load connection (LA) switched is. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die erste Ansteuerschaltung eine Steuerschaltung (10) für den ersten und zweiten Schalter (SW1, SW2) aufweist.Circuit arrangement according to Claim 1, in which the first drive circuit is a control circuit ( 10 ) for the first and second switches (SW1, SW2). Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, bei der die Steuerschaltung (10) den ersten und zweiten Schalter (SW1, SW2) zeitlich aufeinanderfolgend leitend ansteuert.Circuit arrangement according to Claim 2, in which the control circuit ( 10 ) drives the first and second switches (SW1, SW2) in a time-sequentially conductive manner. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, bei der die Steuerschaltung (10) den zweiten Schalter (SW2) nach Maßgabe eines den leitenden ersten Schalter (SW1) durchfließenden Stromes ansteuert.Circuit arrangement according to Claim 3, in which the control circuit ( 10 ) drives the second switch (SW2) in accordance with a current flowing through the conductive first switch (SW1). Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, bei der die Steuerschaltung (10) den ersten und zweiten Schalter (SW1, SW2) in einem festen zeitlichen Abstand zeitlich aufeinander folgend leitend ansteuert.Circuit arrangement according to Claim 3, in which the control circuit ( 10 ) controls the first and second switches (SW1, SW2) at a fixed time interval to conduct one another in time. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der eine Strommessanordnung (MA) in Reihe zu dem ersten Schalter (SW1) geschaltet ist, die an die Steueranschaltung (10) angeschlossen ist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, in which a current measuring arrangement (MA) is connected in series with the first switch (SW1), which is connected to the control connection ( 10 ) connected. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die eine zweite Ansteuerschaltung (20, SW3) zum leitenden Ansteuern des Halbleiterschalters (T1) aufweist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, the second drive circuit ( 20 , SW3) for driving the semiconductor switch (T1). Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, bei der die zweite Ansteuerschaltung (20, SW3) einen dritten Schalter (SW3) aufweist, der zwischen das erste Versorgungspotential (V1) und den Ansteueranschluss (G) des ersten Halbleiterschalters (T1) geschaltet ist.Circuit arrangement according to Claim 7, in which the second drive circuit ( 20 , SW3) has a third switch (SW3) which is connected between the first supply potential (V1) and the control connection (G) of the first semiconductor switch (T1). Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die induktive Last eine Reihenschaltung mit einer Spule (L) und einem Kondensator (C) aufweist, wobei parallel zu dem Kondensator (C) Ausgangsklemmen zum Anschließen einer Last liegen.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, the inductive load is connected in series with a coil (L) and a capacitor (C), parallel to the capacitor (C) There are output terminals for connecting a load. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Freilaufelement als zweiter Halbleiterschalter (T2) ausgebildet ist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, which the freewheel element is designed as a second semiconductor switch (T2) is. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der das Freilaufelement als Diode (DD) ausgebildet ist.Circuit arrangement according to one of claims 1 to 9, wherein the freewheel element is designed as a diode (DD). Verfahren zum sperrenden Ansteuern eines einen Ansteueranschluss (G) und eine Laststrecke (D-S) aufweisenden Halbleiterschalters (T1) in einer Schaltungsanordnung, bei welcher die Laststrecke (D-S) des Halbleiterschalter (T1) in Reihe zu einem Freilaufelement (DD; T2) zwischen ein erstes und zweites Versorgungspotential (V1, V2) geschaltet ist und bei welcher eine induktive Last (L, C) an einen der Laststrecke (D-S) des Halbleiterschalters (T1) und der Freilaufdiode (DD; T2) gemeinsamen Lastanschluss (LA) angeschlossen ist, wobei der Ansteueranschluss (G) des Halbleiterschalters (T1) zeitlich aufeinanderfolgend an das zweite Versorgungspotential (V2) und den Lastanschluss (LA) angeschlossen wird.Method for blocking a semiconductor switch (T1) having a drive connection (G) and a load path (DS) in a circuit arrangement, in which the load path (DS) of the semiconductor switch (T1) is connected in series with a free-wheeling element (DD; T2) between a first one and the second supply potential (V1, V2) is connected and in which an inductive load (L, C) is connected to a load connection (LA) common to the load path (DS) of the semiconductor switch (T1) and the freewheeling diode (DD; T2), wherein the control connection (G) of the semiconductor switch (T1) is connected in succession to the second supply potential (V2) and the load connection (LA) will. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Ansteueranschluss (G) des Halbleiterschalters (T1) an den Lastanschluss (LA) angeschlossen wird, nachdem nach dem Anschließen an das zweite Versorgungspotential (V2) ein Entladestrom an dem Ansteueranschluss (G) einen vorgegebenen Wert erreicht hat.Method according to Claim 12, in which the control connection (G) of the semiconductor switch (T1) connected to the load connection (LA) will after after connecting a discharge current at the second supply potential (V2) Control connection (G) has reached a predetermined value. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Ansteueranschluss (G) des Halbleiterschalters (T1) eine vorgegebene Zeitdauer nach dem Anschließen des Ansteueranschlusses (G) an das zweite Versorgungspotential (V2) an den Lastanschluss angeschlossen wird.Method according to Claim 12, in which the control connection (G) of the semiconductor switch (T1) a predetermined time after Connecting the Control connection (G) to the second supply potential (V2) is connected to the load connection.
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