DE112022002554T5

DE112022002554T5 - Ansteuerschaltung der brückenschaltung

Info

Publication number: DE112022002554T5
Application number: DE112022002554.9T
Authority: DE
Inventors: Hisashi Sugie
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2021-06-07
Filing date: 2022-04-27
Publication date: 2024-03-07
Also published as: JPWO2022259780A1; US20240113614A1; CN117280614A; WO2022259780A1

Abstract

Ein Ausgangsknoten einer High-Side-Treiberschaltung 220 ist mit dem Gate eines High-Side-Transistors MH gekoppelt. Die High-Side-Treiberschaltung 220 ist so aufgebaut, dass sie in einem ersten Modus arbeitet, in dem die High-Side-Treiberschaltung 220 während einer ersten Periode vom Übergang eines High-Side-Steuersignals HGCTL vom Off-Pegel zum On-Pegel einen Ansteuerstrom IHG_ONmit einer ersten Strommenge ausgibt und während einer zweiten Periode, die der ersten Periode folgt, den Ansteuerstrom mit einer zweiten Strommenge ausgibt, die kleiner als die erste Strommenge ist.

Description

[TECHNISCHES GEBIET]
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Ansteuerschaltung für eine Brückenschaltung.
[STAND DER TECHNIK]
Schaltungen wie Motortreiberschaltungen, DC/DC-Wandler, Leistungsumwandlungsgeräte usw. verwenden eine Halbbrückenschaltung, eine H-Brückenschaltung oder eine dreiphasige Brückenschaltung (die nachfolgend zusammenfassend als „Brückenschaltung“ bezeichnet werden) mit einem Leistungstransistor.
1 ist ein Schaltplan einer Brückenschaltung 10. Die Brückenschaltung 10 umfasst einen oberen Arm 12 und einen unteren Arm 14, die in Reihe zwischen einer Stromversorgungsklemme und einer Erdungsklemme angeordnet sind. Der obere Arm 12 umfasst einen High-Side-Transistor MH und eine Schwungraddiode Di, die parallel gekoppelt sind. Der untere Arm 14 umfasst einen Low-Side-Transistor ML und eine Schwungraddiode Di, die parallel gekoppelt sind. Eine Induktivität (Spule), die als Last fungiert, ist mit einer Ausgangsklemme der Brückenschaltung 10 gekoppelt.
Die Brückenschaltung 10 ist einstellbar auf einen Zustand (Hochimpedanzzustand) 1, in dem sowohl der High-Side-Transistor MH als auch der Low-Side-Transistor ML ausgeschaltet sind, einen Zustand (Hochausgangszustand) 2, in dem der High-Side-Transistor MH eingeschaltet und der Low-Side-Transistor ML ausgeschaltet ist, einen Zustand (Niedrigausgangszustand), in dem der High-Side-Transistor MH ausgeschaltet und der Low-Side-Transistor ML eingeschaltet ist. Jeder der Zustände ϕ1 bis ϕ3 weist einen Stromquellenzustand (in der Zeichnung fließt der Strom nach rechts) auf, in dem die Brückenschaltung 10 einen Strom I_OUT ausgibt, und einen Stromsenkenzustand (in der Zeichnung fließt der Strom nach links), in dem der Strom I_OUT von der Brückenschaltung 10 aufgenommen wird.
[Dokument aus dem Stand der Technik]
[Patentveröffentlichungen]
[Patentveröffentlichung 1] Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2018-82575
[ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG]
[DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME]
Bei der Recherche zu der in 1 dargestellten Brückenschaltung sind dem Erfinder folgende Probleme aufgefallen.
Betrachten wir einen Fall, in dem der Zustand vom Hochimpedanzzustand 1 in den Hochausgangszustand ϕ2 umgeschaltet wird. Im Zustand ϕ1, wird der Ausgangsstrom I_OUT über die Schwungraddiode Di des unteren Arms 14 (Stromquelle) einer Last zugeführt. Im Zustand ϕ1, ist die Ausgangsspannung V_OUT auf -Vf eingestellt. Dabei steht Vf für die Durchlassspannung der Schwungraddiode Di.
Im Zustand ϕ2, fließt der Ausgangsstrom IOUT der Brückenschaltung 10 durch den High-Side-Transistor MH. Außerdem fließt ein Rückwärts-Wiederherstellungsstrom Irc durch die Schwungraddiode Di des unteren Arms 14 von der Kathode zur Anode. Dementsprechend fließen sowohl der Ausgangsstrom I_OUT als auch der Rückwärts-Wiederherstellungsstrom Irc durch den High-Side-Transistor MH. Dieser Zustand ist gleichbedeutend mit einem fließenden Durchgangsstrom. Fließt ein solcher Durchgangsstrom, führt dies zu einem instabilen Zustand der Ausgangsspannung VOUT der Brückenschaltung 10, was zum Auftreten von Ringing führt. Ein solches Ringing ist unerwünscht, weil es zu einer unnötigen Strahlung führt.
Die vorliegende Offenbarung wurde gemacht, um ein solches Problem zu lösen. Dementsprechend ist es ein beispielhafter Zweck einer Ausführungsform davon, eine Ansteuerschaltung bereitzustellen, die in der Lage ist, Durchgangsstrom und Ringing aufgrund des Rückwärts-Wiederherstellungsstroms der Schwungraddiode zu unterdrücken.
[MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS]
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Ansteuerschaltung, die so aufgebaut ist, dass sie eine Brückenschaltung ansteuert. Die Ansteuerschaltung umfasst: einen oberen Arm mit einem High-Side-Transistor und einer Schwungraddiode, die parallel zwischen einer Stromversorgungsleitung und einer Ausgangsleitung gekoppelt sind, und einen unteren Arm mit einem Low-Side-Transistor und einer Schwungraddiode, die parallel zwischen der Ausgangsleitung und einer Masseleitung gekoppelt sind. Die Ansteuerschaltung umfasst: eine High-Side-Treiberschaltung mit einem Ausgangsknoten, der mit einem Gate des High-Side-Transistors gekoppelt ist, und die so aufgebaut ist, dass sie in einem ersten Modus arbeitet, in dem die High-Side-Treiberschaltung während einer ersten Periode vom Übergang eines High-Side-Steuersignals von einem Off-Pegel zu einem On-Pegel einen Ansteuerstrom mit einer ersten Strommenge ausgibt und während einer zweiten Periode, die auf die erste Periode folgt, den Ansteuerstrom mit einer zweiten Strommenge ausgibt, die kleiner als die erste Strommenge ist.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung betrifft auch eine Ansteuerschaltung, die so aufgebaut ist, dass sie eine Brückenschaltung ansteuert. Die Ansteuerschaltung umfasst ferner: eine Low-Side-Treiberschaltung mit einem Ausgangsknoten, der mit einem Gate des Low-Side-Transistors gekoppelt ist, und aufgebaut ist, um in einem ersten Modus zu arbeiten, in dem die Low-Side-Treiberschaltung einen Ansteuerstrom mit einer vierten Strommenge während einer vierten Periode von einem Übergang eines Low-Side-Steuersignals von einem Off-Pegel zu einem On-Pegel ausgibt, und den Ansteuerstrom mit einer fünften Strommenge ausgibt, die während einer fünften Periode, die auf die vierte Periode folgt, kleiner als die vierte Strommenge ist.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung betrifft auch eine Ansteuerschaltung, die so aufgebaut ist, dass sie eine Brückenschaltung ansteuert. Die Ansteuerschaltung umfasst: eine High-Side-Treiberschaltung, die einen mit einem Gate des High-Side-Transistors gekoppelten Ausgangsknoten umfasst und so aufgebaut ist, dass sie zwischen einem ersten Modus und einem zweiten Modus umschaltbar ist, die jeweils so definiert sind, dass ein Unterschied in der Wellenform eines dem Gate des High-Side-Transistors zuzuführenden Ansteuerstroms zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus besteht.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung betrifft auch eine Ansteuerschaltung, die so aufgebaut ist, dass sie eine Brückenschaltung ansteuert. Die Ansteuerschaltung umfasst: eine Low-Side-Treiberschaltung, die einen mit einem Gate des Low-Side-Transistors gekoppelten Ausgangsknoten umfasst und die so aufgebaut ist, dass sie zwischen einem ersten Modus und einem zweiten Modus umschaltbar ist, die jeweils so definiert sind, dass ein Unterschied in der Wellenform eines dem Gate des Low-Side-Transistors zuzuführenden Ansteuerstroms zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus besteht.
Es ist zu beachten, dass eine beliebige Kombination der oben beschriebenen Komponenten, eine beliebige Komponente der vorliegenden Offenbarung oder eine beliebige Ausprägung der Komponenten untereinander durch ein Verfahren, eine Vorrichtung, ein System usw. ersetzt werden kann, die ebenfalls als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wirksam sind.
[VORTEIL DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG]
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann dadurch das Auftreten von Durchgangsstrom aufgrund eines Rückwärts-Wiederherstellungsstroms einer Schwungraddiode unterdrückt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

1 ist ein Schaltplan einer Brückenschaltung;
2 ist ein Schaltplan eines Schalters gemäß einer Ausführungsform;
3 ist ein Diagramm der Wellenform (Simulationsergebnisse) des in 2 gezeigten Schaltkreises in einer Source-Rise-Situation;
4 ist ein Diagramm der Wellenform (Simulationsergebnisse) einer Vergleichstechnik;
5 ist ein Diagramm der Wellenform (Simulationsergebnisse) des in 2 gezeigten Schaltkreises in einer Source-Rise-Situation;
6 ist ein Schaltplan, der eine Beispielkonfiguration einer Peripherieschaltung einer High-Side-Treiberschaltung einer Ansteuerschaltung veranschaulicht;
7 ist ein Schaltplan, der eine Beispielkonfiguration einer Peripherieschaltung einer Low-Side-Treiberschaltung einer Ansteuerschaltung veranschaulicht; und
8 ist ein Schaltplan einer Motorantriebsvorrichtung, die mit einer Schalterschaltung gemäß einer Ausführungsform versehen ist.

[BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG]
ÜBERSICHT DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden mehrere beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in groben Zügen beschrieben. Die Übersicht ist eine vereinfachte Erläuterung verschiedener Konzepte einer oder mehrerer Ausführungsformen als Auftakt zu der später beschriebenen detaillierten Beschreibung, um ein grundlegendes Verständnis der Ausführungsformen zu vermitteln. Das heißt, dass die nachstehend beschriebene Übersicht keineswegs dazu dient, den Umfang der vorliegenden Erfindung und der vorliegenden Offenbarung einzuschränken. Der Einfachheit halber steht eine „Ausführungsform“, wie sie in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, in einigen Fällen für eine einzelne oder mehrere Ausführungsformen (Beispiele und Änderungen), die in der vorliegenden Beschreibung offenbart werden.
Die Übersicht ist keineswegs ein umfassender Überblick über alle möglichen Ausführungsformen. Das heißt, die Übersicht ist keineswegs dazu bestimmt, die unverzichtbaren oder wesentlichen Elemente aller Ausführungsformen zu bestimmen, und sie ist keineswegs dazu bestimmt, den Umfang eines Teils oder aller Ausführungsformen zu definieren. Die Übersicht dient lediglich dazu, einige Konzepte einer oder mehrerer Ausführungsformen in einfacher Form als Auftakt für die spätere ausführliche Beschreibung zu präsentieren.
Eine Ansteuerschaltung gemäß einer Ausführungsform ist eingerichtet, um eine Brückenschaltung anzusteuern. Die Brückenschaltung umfasst: einen oberen Arm mit einem High-Side-Transistor und einer Schwungraddiode, die parallel zwischen einer Stromversorgungsleitung und einer Ausgangsleitung gekoppelt sind, und einen unteren Arm mit einem Low-Side-Transistor und einer Schwungraddiode, die parallel zwischen der Ausgangsleitung und einer Masseleitung gekoppelt sind. Die Ansteuerschaltung umfasst: eine High-Side-Treiberschaltung mit einem Ausgangsknoten, der mit einem Gate des High-Side-Transistors gekoppelt ist, und die so aufgebaut ist, dass sie in einem ersten Modus arbeitet, in dem die High-Side-Treiberschaltung während einer ersten Periode vom Übergang eines High-Side-Steuersignals von einem Off-Pegel zu einem On-Pegel einen Ansteuerstrom mit einer ersten Strommenge ausgibt und während einer zweiten Periode, die auf die erste Periode folgt, den Ansteuerstrom mit einer zweiten Strommenge ausgibt, die kleiner als die erste Strommenge ist.
Bei dieser Anordnung wird der Ansteuerstrom mit einer ersten Strommenge dem Gate des High-Side-Transistors in der ersten Periode unmittelbar vor dem Einschalten des High-Side-Transistors zugeführt, um die Gate-Spannung zu erhöhen. Infolgedessen wird während der zweiten Periode, in der ein Ansteuerstrom durch die Schwungraddiode des unteren Arms fließen kann, der dem Gate des High-Side-Transistors zuzuführende Ansteuerstrom reduziert, um den High-Side-Transistor allmählich einzuschalten, während der On-Widerstand des High-Side-Transistors auf einem großen Widerstandswert gehalten wird. Damit kann das Auftreten von Durchgangsstrom und Ringing aufgrund des Rückwärts-Wiederherstellungsstroms der Schwungraddiode des unteren Arms unterdrückt werden.
In einer Ausführungsform kann die Ansteuerschaltung außerdem einen ersten Sensor umfassen, der so aufgebaut ist, dass er eine Gate-Source-Spannung des High-Side-Transistors mit einer ersten Schwellenspannung vergleicht. Die High-Side-Treiberschaltung kann als Reaktion auf eine Änderung der Ausgabe des ersten Sensors in der ersten Periode in die zweite Periode übergehen. Mit einer solchen Anordnung, in der die Gate-Source-Spannung des High-Side-Transistors überwacht wird, kann die Höhe des Ansteuerstroms entsprechend dem Übergang des High-Side-Transistors vom ausgeschalteten Zustand in den eingeschalteten Zustand geändert werden. Die erste Schwellenspannung kann gleich, höher oder niedriger als die Gate-Schwelle des MOSFETs sein.
In einer Ausführungsform kann der erste Sensor als ein Sensor eingerichtet werden, der gemeinsam mit einem High-Side-Aus-Sensor verwendet wird, um zu erkennen, ob der High-Side-Transistor ausgeschaltet ist oder nicht. Dadurch kann der Ansteuerstrom reduziert werden, bevor der High-Side-Transistor in den eingeschalteten Zustand übergeht. Außerdem kann so eine Vergrößerung der Schaltkreisfläche unterdrückt werden.
In einer Ausführungsform kann die High-Side-Treiberschaltung in einer dritten Periode, die der zweiten Periode folgt, den Ansteuerstrom mit einer dritten Strommenge ausgeben, die größer als die zweite Strommenge ist. Mit einer solchen Anordnung, bei der der Ausgangsstrom der High-Side-Treiberschaltung erhöht wird, nachdem die Auswirkungen der Rückwärts-Wiederherstellungseigenschaften der Schwungraddiode des unteren Arms gering geworden sind, kann der On-Widerstand des High-Side-Transistors in kurzer Zeit reduziert werden, wodurch die Brückenschaltung einen besseren Wirkungsgrad erhält.
In einer Ausführungsform kann die Ansteuerschaltung außerdem einen zweiten Sensor umfassen, der so aufgebaut ist, dass er eine Ausgangsspannung der Ausgangsleitung mit einer Oberseite-Schwellenspannung vergleicht. Auch kann die High-Side-Treiberschaltung als Reaktion auf eine Änderung der Ausgabe des zweiten Sensors in der zweiten Periode in die dritte Periode übergehen. Mit einer solchen Anordnung, bei der die Ausgangsspannung überwacht wird, lässt sich erkennen, ob die Auswirkungen der Rückwärts-Wiederherstellungseigenschaften der Schwungraddiode des unteren Arms gering werden oder nicht.
In einer Ausführungsform, in der der High-Side-Transistor in einem Zustand eingeschaltet werden soll, in dem sowohl der High-Side-Transistor als auch der Low-Side-Transistor ausgeschaltet sind, und ein Strom als Source-Strom über eine Schwungraddiode des unteren Arms zugeführt wird, kann die High-Side-Treiberschaltung in dem ersten Modus arbeiten.
In einer Ausführungsform kann die High-Side-Treiberschaltung einen ersten Schalter umfassen, der zwischen Gate und Source des High-Side-Transistors gekoppelt ist und so aufgebaut ist, dass er nach Vollenden eines Zustandsübergangs der Brückenschaltung eingeschaltet wird. Durch Einschalten des ersten Schalters ist eine solche Anordnung in der Lage, den High-Side-Transistor in den eingeschalteten Zustand zu versetzen.
In einer Ausführungsform kann die High-Side-Treiberschaltung zusätzlich zum ersten Modus auch in einem zweiten Modus betrieben werden. In dem zweiten Modus gibt die High-Side-Treiberschaltung während einer Periode vom Übergang des High-Side-Steuersignals vom Off-Pegel zum On-Pegel bis zum Vollenden des Zustandsübergangs der Brückenschaltung den Ansteuerstrom mit einer konstanten Strommenge aus, die größer ist als die zweite Strommenge. Im Übergang von einem Zustand, in dem kein Strom durch die Schwungraddiode des unteren Arms fließt, wirkt sich ein Rückwärts-Wiederherstellungsstrom nicht aus. In diesem Fall kann eine solche Anordnung durch die Wahl des zweiten Modus, der eine hohe Ansteuerungsleistung bietet, anstelle des ersten Modus den On-Widerstand des High-Side-Transistors in kurzer Zeit reduzieren und dadurch einen besseren Wirkungsgrad erzielen.
In einer Ausführungsform kann die High-Side-Treiberschaltung in einem Zustand, in dem der High-Side-Transistor ausgeschaltet und der Low-Side-Transistor eingeschaltet ist und ein Strom über den Low-Side-Transistor abgesenkt wird, in dem zweiten Modus arbeiten, wenn der High-Side-Transistor eingeschaltet werden soll.
Die Ansteuerschaltung gemäß einer Ausführungsform umfasst ferner eine Low-Side-Treiberschaltung mit einem Ausgangsknoten, der mit einem Gate des Low-Side-Transistors gekoppelt ist, und ist so aufgebaut, dass sie in einem ersten Modus arbeiten kann, in dem die Low-Side-Treiberschaltung während einer vierten Periode vom Übergang eines Low-Side-Steuersignals von einem Off-Pegel zu einem On-Pegel einen Ansteuerstrom mit einer vierten Strommenge ausgibt und in einer fünften Periode infolgedessen den Ansteuerstrom mit einer fünften Strommenge ausgibt, die kleiner als die vierte Strommenge ist.
Bei dieser Anordnung wird der Ansteuerstrom mit einer vierten Strommenge dem Gate des Low-Side-Transistors in der vierten Periode unmittelbar vor dem Einschalten des Low-Side-Transistors zugeführt, um die Gate-Spannung zu erhöhen. Infolgedessen wird während der fünften Periode, in der ein Rückwärts-Wiederherstellungsstrom durch die Schwungraddiode des oberen Arms fließen kann, der dem Gate des Low-Side-Transistors zuzuführende Ansteuerstrom reduziert, um den Low-Side-Transistor allmählich einzuschalten, während der On-Widerstand des Low-Side-Transistors auf einem großen Widerstandswert gehalten wird. Damit kann das Auftreten von Durchgangsstrom und Ringing aufgrund des Rückwärts-Wiederherstellungsstroms der Schwungraddiode des oberen Arms unterdrückt werden.
In einer Ausführungsform kann die Ansteuerschaltung außerdem einen dritten Sensor umfassen, der so aufgebaut ist, dass er eine Gate-Source-Spannung des Low-Side-Transistors mit einer dritten Schwellenspannung vergleicht. Außerdem kann die Low-Side-Treiberschaltung als Reaktion auf eine Änderung der Ausgabe des dritten Sensors in der vierten Periode in die fünfte Periode übergehen. Mit einer solchen Anordnung, bei der die Gate-Source-Spannung des Low-Side-Transistors überwacht wird, kann die Höhe des Ansteuerstroms entsprechend dem Übergang des Low-Side-Transistors vom ausgeschalteten Zustand zum eingeschalteten Zustand geändert werden. Die zweite Schwellenspannung kann gleich, höher oder niedriger als die Gate-Schwelle des MOSFETs sein.
In einer Ausführungsform kann der dritte Sensor so eingerichtet werden, dass er gemeinsam mit einem Low-Side-Aus-Sensor verwendet wird, der so aufgebaut ist, dass er erkennt, ob der Low-Side-Transistor ausgeschaltet ist. Dadurch kann der Ansteuerstrom reduziert werden, bevor der Low-Side-Transistor in den eingeschalteten Zustand übergeht. Außerdem kann dadurch eine Vergrößerung der Schaltkreisfläche unterdrückt werden.
In einer Ausführungsform kann die Low-Side-Treiberschaltung den Ansteuerstrom mit einer sechsten Strommenge ausgeben, die während einer sechsten Periode in der fünften Periode größer ist als die fünfte Strommenge. Mit einer solchen Anordnung, bei der der Strom der Low-Side-Treiberschaltung erhöht wird, nachdem die Auswirkungen der Rückwärts-Wiederherstellungseigenschaften der Schwungraddiode des oberen Arms gering geworden sind, ist eine solche Anordnung in der Lage, den On-Widerstand des Low-Side-Transistors in kurzer Zeit zu reduzieren, wodurch die Brückenschaltung mit einem verbesserten Wirkungsgrad versehen wird.
In einer Ausführungsform kann die Ansteuerschaltung außerdem einen vierten Sensor umfassen, der so aufgebaut ist, dass er eine Ausgangsspannung der Ausgangsleitung mit einer Low-Side-Schwellenspannung vergleicht. Außerdem kann die Low-Side-Treiberschaltung als Reaktion auf eine Änderung der Ausgabe des vierten Sensors in der fünften Periode in die sechste Periode übergehen. Mit einer solchen Anordnung, bei der die Ausgangsspannung überwacht wird, kann man erkennen, ob die Auswirkungen der Rückstromeigenschaften der Schwungraddiode des oberen Arms gering werden oder nicht.
In einer Ausführungsform, in der der Low-Side-Transistor in einem Zustand eingeschaltet werden soll, in dem sowohl der High-Side-Transistor als auch der Low-Side-Transistor ausgeschaltet sind und ein Strom über eine Schwungraddiode des oberen Arms abgesenkt wird, kann die Low-Side-Treiberschaltung in dem ersten Modus arbeiten.
In einer Ausführungsform kann die Low-Side-Treiberschaltung einen zweiten Schalter umfassen, der zwischen Gate und Source des Low-Side-Transistors gekoppelt ist und so aufgebaut ist, dass er nach Vollenden eines Zustandsübergangs der Brückenschaltung eingeschaltet wird. Durch Einschalten des zweiten Schalters ist eine solche Anordnung in der Lage, den Low-Side-Transistor in den eingeschalteten Zustand zu versetzen.
In einer Ausführungsform kann die Low-Side-Treiberschaltung neben dem ersten Modus auch in einem zweiten Modus betrieben werden. In dem zweiten Modus gibt die Low-Side-Treiberschaltung während einer Periode vom Übergang des Low-Side-Steuersignals vom Off-Pegel zum On-Pegel bis zum Vollenden des Zustandsübergangs der Brückenschaltung den Ansteuerstrom mit einer konstanten Strommenge aus, die größer ist als die fünfte Strommenge. Im Übergang von einem Zustand, in dem kein Strom durch die Schwungraddiode des oberen Arms fließt, wirkt sich ein Rückwärts-Wiederherstellungsstrom nicht aus. In diesem Fall kann eine solche Anordnung durch die Wahl des zweiten Modus, der eine hohe Ansteuerungsleistung bietet, anstelle des ersten Modus den On-Widerstand des High-Side-Transistors in kurzer Zeit reduzieren und dadurch einen besseren Wirkungsgrad erzielen.
In einer Ausführungsform kann die Low-Side-Treiberschaltung in dem zweiten Modus arbeiten, wenn der Low-Side-Transistor in einem Zustand eingeschaltet werden soll, in dem der High-Side-Transistor eingeschaltet und der Low-Side-Transistor ausgeschaltet ist, und ein Strom als Source-Strom über den High-Side-Transistor zugeführt wird.
AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Gleiche oder ähnliche Bauteile, Elemente und Verfahren werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und auf eine redundante Beschreibung wird gegebenenfalls verzichtet. Die Ausführungsformen sind nur beispielhaft beschrieben und sollen die vorliegende Erfindung in keiner Weise einschränken. Auch ist es für die vorliegende Erfindung nicht unbedingt erforderlich, dass alle Merkmale oder eine Kombination davon wie in den Ausführungsformen beschrieben vorgesehen sind.
In der vorliegenden Beschreibung umfasst der Zustand, der durch die Formulierung „das Bauteil A ist mit dem Bauteil B gekoppelt“ dargestellt wird, neben einem Zustand, in dem sie physisch und direkt gekoppelt sind, auch einen Zustand, in dem das Bauteil A mit dem Bauteil B über ein anderes Bauteil indirekt gekoppelt ist, das die elektrische Verbindung zwischen ihnen nicht wesentlich beeinträchtigt oder die Funktionen oder Wirkungen der Verbindung zwischen ihnen nicht beeinträchtigt.
Ebenso umfasst der Zustand, der durch die Formulierung „das Glied C ist zwischen dem Glied A und dem Glied B vorgesehen“ dargestellt wird, neben einem Zustand, in dem sie direkt gekoppelt sind, auch einen Zustand, in dem das Glied A indirekt mit dem Glied C gekoppelt ist oder das Glied B indirekt mit dem Glied C über ein anderes Glied gekoppelt ist, das die elektrische Verbindung zwischen ihnen nicht wesentlich beeinträchtigt oder das die Funktionen oder Wirkungen der Verbindung zwischen ihnen nicht beeinträchtigt.
2 ist ein Schaltplan für eine Schalterschaltung 100 gemäß einer Ausführungsform. Die Schalterschaltung 100 umfasst eine Brückenschaltung 110 und eine Ansteuerschaltung 200. Die Zeichnung zeigt nur die Einrichtung einer einphasigen Schalterschaltung. Die Schalterschaltung 100 kann auch als dreiphasige Schalterschaltung oder als H-Brückenschaltung eingerichtet werden.
Die Brückenschaltung 110 umfasst einen oberen Arm 112, der zwischen einer Stromversorgungsleitung (Eingangsleitung) 102 und einer Ausgangsklemme (Ausgangsleitung) 104 angeordnet ist, und einen unteren Arm 114, der zwischen der Ausgangsleitung 104 und einer Masseleitung 106 angeordnet ist. Der obere Arm 112 umfasst einen High-Side-Transistor MH und eine Schwungraddiode (Rückstromdiode) Di, die parallel gekoppelt sind. Der untere Arm 114 umfasst einen Low-Side-Transistor ML und eine Schwungraddiode Di, die parallel gekoppelt sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind der High-Side-Transistor MH und der Low-Side-Transistor ML jeweils als n-Kanal-MOSFET mit einer Body-Diode eingerichtet, die als entsprechende Schwungraddiode Di fungiert.
Die Antriebsschaltung 200 steuert den oberen Arm 112 und den unteren Arm 114 der Brückenschaltung 110. Die Ansteuerschaltung 200 schaltet den Zustand um zwischen einem Hochimpedanzzustand ϕ1, in dem sowohl der obere Arm 112 als auch der untere Arm 114 ausgeschaltet sind, einem Niedrigausgangszustand ϕ2, in dem der obere Arm 112 eingeschaltet und der untere Arm 114 ausgeschaltet ist, und einem Niedrigausgangszustand ϕ3, in dem der obere Arm 112 ausgeschaltet und der untere Arm 114 eingeschaltet ist. Beschrieben wird der ausgegebene Strom I_OUT mit der Fließrichtung zu einer Induktivität L1, die eine Last ist, als positive Richtung und mit der entgegengesetzten Richtung als negative Richtung. Die drei Zustände 1 bis 3 umfassen jeweils die Zustände 1A bis 3A, in denen der Ausgangsstrom I_OUT in positiver Richtung fließt (Stromquelle). Außerdem umfassen die drei Zustände ϕ1 bis ϕ3 jeweils die Zustände ϕ1B bis ϕ3B, in denen der Ausgangsstrom I_OUT in die negative Richtung fließt (Stromsenke).
Die Ansteuerschaltung 200 umfasst eine Steuerschaltung 210, eine High-Side-Treiberschaltung 220 und eine Low-Side-Treiberschaltung 260, die auf einem einzigen Halbleitersubstrat integriert sind, um eine Funktions-IC zu bilden. Die Steuerschaltung 210 wählt einen der Zustände aus ϕ1 bis ϕ3, und erzeugt die Steuersignale HGCTL und LGCTL entsprechend dem entsprechenden der so ausgewählten Zustände ϕ1 bis ϕ3. Im Zustand ϕ1 sind sowohl das High-Side-Steuersignal HGCTL als auch das Low-Side-Steuersignal LGCTL auf den Off-Pegel (z. B. Low-Pegel) gesetzt. Im Zustand ϕ2 wird das High-Side Steuersignal HGCTL auf den On-Pegel (z.B. High-Pegel) und das Low-Side Steuersignal LGCTL auf den Off-Pegel gesetzt. Im Zustand ϕ3 wird das High-Side-Steuersignal HGCTL auf den Off-Pegel und das Low-Side-Steuersignal LGCTL auf den On-Pegel gesetzt.
Die High-Side-Treiberschaltung 220 ist so angeordnet, dass das High-Side-Steuersignal HGCTL über ihren Eingangsknoten IN empfangen wird und ihr Ausgangsknoten OUT mit dem Gate des High-Side-Transistors MH gekoppelt ist. Wenn das High-Side-Steuersignal HGCTL vom Off-Pegel zum On-Pegel übergeht, führt die High-Side-Treiberschaltung 220 dem Gate des High-Side-Transistors MH einen Ansteuerstrom I_{HG_ON} zu. Dadurch wird die Gate-Source-Spannung V_GS des High-Side-Transistors MH erhöht, wodurch der High-Side-Transistor MH eingeschaltet wird. Umgekehrt zieht die High-Side-Treiberschaltung 220 beim Übergang des High-Side-Steuersignals HGCTL vom On-Pegel zum Off-Pegel den Ansteuerstrom I_{HG_OFF} aus dem Gate des High-Side-Transistors MH. Dadurch wird die Gate-Source-Spannung V_GS reduziert, wodurch der High-Side-Transistor MH ausgeschaltet wird.
Die High-Side-Treiberschaltung 220 ist in der Lage, beim Einschalten des High-Side-Transistors MH einen von mehreren Betriebsmodi auszuwählen, von denen einer als „erster Modus“ bezeichnet wird. In dem ersten Modus ändert die High-Side-Treiberschaltung 220 den dem Gate des High-Side-Transistors MH zuzuführenden Ansteuerstrom I_{HG_ON} in mehreren Schritten in Abhängigkeit vom Zustand der Brückenschaltung 110.
In dem ersten Modus gibt die High-Side-Treiberschaltung 220 den Ansteuerstrom I_{HG_ON} mit einer ersten Strommenge I₁ während einer ersten Periode T₁ aus, infolgedessen das High-Side-Steuersignal HGCTL vom Off-Pegel in den On-Pegel übergeht. Außerdem gibt die High-Side-Treiberschaltung 220 während einer zweiten Periode T₂, die der ersten Periode T₁ folgt, den Ansteuerstrom I_{HG_ON} mit einer zweiten Strommenge I₂ aus, die kleiner als die erste Strommenge I₁ ist. Außerdem gibt die High-Side-Treiberschaltung 220 während einer dritten Periode T₃, die der zweiten Periode T₂ folgt, den Ansteuerstrom I_{HG_ON} mit einer dritten Strommenge I₃ aus, die größer als die zweite Strommenge I₂ ist. Die dritte Strommenge I₃ kann gleich, höher oder niedriger als die erste Strommenge I₁ sein.
Die High-Side-Treiberschaltung 220 ist so eingerichtet, dass sie neben dem ersten Modus auch einen Betrieb in dem zweiten Modus unterstützt. In dem zweiten Modus erzeugt die High-Side-Treiberschaltung 220 den Ansteuerstrom I_{HG_ON} mit einer Wellenform, die sich von der im ersten Modus unterscheidet. Insbesondere hat der Ansteuerstrom I_{HG_ON} in dem zweiten Modus eine konstante Strommenge Ic, die während einer Periode vom Übergang des High-Side-Steuersignals HGCTL vom Off-Pegel zum On-Pegel bis zum Vollenden des Zustandsübergangs der Brückenschaltung 110 größer als die zweite Strommenge I₂ ist. Die konstante Strommenge Ic kann größer sein als jede der ersten Strommenge I₁ bis zur dritten Strommenge I₃.
Die Low-Side-Treiberschaltung 260 ist so angeordnet, dass ihr Eingangsknoten IN das Low-Side-Steuersignal LGCTL empfängt und ihr Ausgangsknoten OUT mit dem Gate des Low-Side-Transistors ML gekoppelt ist. Wenn das Low-Side-Steuersignal LGCTL vom Off-Pegel (z.B. Low-Pegel) zum On-Pegel (High-Pegel) übergeht, führt die Low-Side-Treiberschaltung 260 dem Gate des Low-Side-Transistors ML den Ansteuerstrom I_{LG_ON} zu, um die Gate-Source-Spannung V_GS des Low-Side-Transistors ML zu erhöhen und dadurch den Low-Side-Transistor ML einzuschalten. Umgekehrt zieht die Low-Side-Treiberschaltung 260 beim Übergang des Low-Side-Steuersignals LGCTL vom On-Pegel zum Off-Pegel den Ansteuerstrom I_{LG_OFF} aus dem Gate des Low-Side-Transistors ML. Dadurch wird die Gate-Source-Spannung V_GS reduziert, wodurch der Low-Side-Transistor ML ausgeschaltet wird.
Wie die High-Side-Treiberschaltung 220 ist auch die Low-Side-Treiberschaltung 260 so eingerichtet, dass sie zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus umschaltbar ist.
In dem ersten Modus ändert die Low-Side-Treiberschaltung 260 den dem Gate des Low-Side-Transistors ML zuzuführenden Ansteuerstrom I_{LG_ON} in mehreren Schritten in Abhängigkeit von dem Zustand der Brückenschaltung 110.
In dem ersten Modus gibt die Low-Side-Treiberschaltung 260 den Ansteuerstrom I_{LG_ON} mit einer vierten Strommenge I₄ während einer vierten Periode T₄ vom Übergang des Low-Side-Steuersignals LGCTL vom Off-Pegel zum On-Pegel aus. Während einer fünften Periode T₅, die auf die vierte Periode T₄ folgt, gibt die Low-Side-Treiberschaltung 260 den Ansteuerstrom I_{LG_ON} mit einer fünften Strommenge I₅ aus, die kleiner ist als die vierte Strommenge I₄. Infolgedessen gibt die Low-Side-Treiberschaltung 260 während einer sechsten Periode T₆ im Anschluss an die fünfte Periode T₅ den Ansteuerstrom I_{LG_ON} mit einer sechsten Strommenge I₆ aus, die größer ist als die fünfte Strommenge I₅. Die sechste Strommenge I₆ kann kleiner, gleich oder größer als die vierte Strommenge I₄ sein.
Im zweiten Modus erzeugt die Low-Side-Treiberschaltung 260 den Ansteuerstrom I_{LG_ON} mit einer Wellenform, die sich von der des ersten Modus unterscheidet. Insbesondere hat im zweiten Modus während einer Periode vom Übergang des Low-Side-Steuersignals LGCTL vom Off-Pegel zum On-Pegel bis zum Vollenden des Zustandsübergangs der Brückenschaltung 110 der Ansteuerstrom I_{LG_ON} eine konstante Strommenge Id, die größer ist als die fünfte Strommenge I₅. Die konstante Strommenge Id kann größer sein als jede der vierten Strommenge I₄ bis zur sechsten Strommenge I₆.
So ist die Schalterschaltung 100 eingerichtet. Anschließend wird die Funktionsweise des Systems beschrieben.
Zunächst wird die Funktionsweise der High-Side-Treiberschaltung 220 beschrieben. In einer Situation, in der es zu einem Rückwärts-Wiederherstellungsstrom der Schwungraddiode des unteren Arms 114 kommen kann, arbeitet die High-Side-Treiberschaltung 220 in dem ersten Modus. Umgekehrt arbeitet die High-Side-Treiberschaltung 220 in einer Situation, in der ein Rückwärts-Wiederherstellungsstrom der Schwungraddiode nicht auftreten kann, in dem zweiten Modus.
Insbesondere arbeitet der High-Side-Treiber 220 in dem ersten Modus in einer Situation (Source-Rise-Situation), in der der High-Side-Transistor MH im Zustand ϕ1A in dem der High-Side-Transistor MH und der Low-Side-Transistor ML ausgeschaltet sind, eingeschaltet werden soll, und der Strom I_OUT als Source-Strom über die Schwungraddiode Di des unteren Arms 114 zugeführt wird.
Außerdem arbeitet der High-Side-Treiber 220 in dem zweiten Modus in einer Situation (Sink-Rise-Situation), in der der High-Side-Transistor MH in dem Zustand, in dem der High-Side-Transistor MH ausgeschaltet und der Low-Side-Transistor ML eingeschaltet ist, eingeschaltet werden soll, und der Strom I_OUT über den Low-Side-Transistor ML abgesenkt wird.
3 ist ein Wellenform-Diagramm (Simulationsergebnis) des Betriebs der in 2 gezeigten Schalterschaltung 100 in der Source-Rise-Situation. 3 zeigt den Strom I_LO, der durch den unteren Arm 114 fließt, den Ansteuerstrom I_{HG_ON}, der am Ausgang der High-Side-Treiberschaltung 220 ausgegeben wird, die Ausgangsspannung V_OUT, die Gate-Source-Spannung V_HG des High-Side-Transistors MH, die Gate-Source-Spannung V_GS des High-Side-Transistors MH und die Gate-Spannung V_LG des Low-Side-Transistors ML.
Vor dem Zeitpunkt t₀ befindet sich das Low-Side-Steuersignal LGCTL auf dem Ein-Pegel (high). Dementsprechend wird die Gate-Spannung V_LG des High-Side-Transistors ML auf den hohen Pegel (z. B. 12 V) gesetzt, wodurch der Low-Side-Transistor ML eingeschaltet wird.
In diesem Zustand fließt der Strom I_LO durch den unteren Arm 114 in die negative Richtung. Der Zustand, in dem der Strom I_LO in negativer Richtung fließt, stellt einen Zustand dar, in dem der Strom I_OUT als Source-Strom fungiert, so dass er von der Masseleitung 106 über den unteren Arm 114 zur Ausgangsleitung 104 fließt.
Zum Zeitpunkt t₀ wird das Low-Side-Steuersignal LGCTL auf den Off-Pegel (low) gesetzt. Die Low-Side-Treiberschaltung 260 erzeugt den Ansteuerstrom I_{HG_OFF} (in 3 nicht dargestellt), um die Gate-Spannung V_LG des Low-Side-Transistors ML zu reduzieren.
Wenn die Gate-Spannung V_LG zum Zeitpunkt t₁ kleiner wird als die Schwellenspannung V_GS(th) des MOSFET, wird der Low-Side-Transistor ML in den Aus-Zustand versetzt. Nach dem Zeitpunkt t₁ geht der Zustand in den Hochimpedanzzustand 1 über, in dem sowohl der High-Side-Transistor MH als auch der Low-Side-Transistor ML ausgeschaltet sind.
Zum Zeitpunkt t₂ geht das High-Side-Steuersignal HGCTL in den Ein-Pegel (High) über. In diesem Zustand fließt der negative Unterarm-Strom I_LO durch die Schwungraddiode Di des Unterarms 114. Dementsprechend kann es zu einem Rückwärts-Wiederherstellungsstrom kommen. In diesem Fall arbeitet die High-Side-Treiberschaltung 220 in dem ersten Modus.
Insbesondere gibt die High-Side-Treiberschaltung 220 während der ersten Periode T₁ von t₂ bis t₃ den Ansteuerstrom I_{HG_ON} mit der ersten Strommenge I₁. Damit steigt die Gate-Source-Spannung V_{GS (= VHG - VOUT)} des High-Side-Transistors MH mit einem ersten Anstieg (erste Anstiegsrate).
Während der zweiten Periode T₂ von t₃ bis t₄ reduziert die High-Side-Treiberschaltung 220 den Ansteuerstrom I_{HG_ON} auf die zweite Strommenge I₂. Damit wird der Anstieg der Gate-Source-Spannung V_GS des High-Side-Transistors MH sehr klein. Damit sinkt der On-Widerstand des High-Side-Transistors MH sehr langsam. Ein solch großer On-Widerstand des High-Side-Transistors MH wirkt wie eine Bremse für den Rückwärts-Wiederherstellungsstrom.
Zum Zeitpunkt t_P tritt eine Spitze im Rückwärts-Wiederherstellungsstrom auf. Der Anschlusspunkt t₄ der zweiten Periode T₂ ist vorzugsweise so ausgelegt, dass er nach dem Zeitpunkt der Spitze t_P des Rückwärts-Wiederherstellungsstroms liegt. Während der dritten Periode T₃ von t₄ bis t₅ erhöht die High-Side-Treiberschaltung 220 den Ansteuerstrom I_{HG_ON} von der zweiten Strommenge I₂ auf die dritte Strommenge I₃. Dadurch wird die High-Side-Treiberschaltung 220 leistungsfähiger, und das Einschalten des High-Side-Transistors MH wird beschleunigt. Dadurch kann der High-Side-Transistor MH vollständig eingeschaltet werden. Dementsprechend wird die Ausgangsspannung V_OUT auf die High-Level-Spannung (z. B. V_IN = 24 V) erhöht, wodurch der Übergang vollendet wird. Nach dem Vollenden des Übergangs (nach t₅) wird eine Hochpegelspannung (z. B. V_IN = 12 V) direkt an das Gate des High-Side-Transistors MH angelegt, wodurch die Gate-Source-Spannung V_GS fest auf die Hochpegelspannung eingestellt wird.
Dies ist die Funktionsweise der Schalterschaltung 100. Mit der Schalterschaltung 100 kann so verhindert werden, dass aufgrund des Rückwärts-Wiederherstellungsstroms Durchgangsströme fließen. Damit tritt, wie in 3 gezeigt, kein Ringing in der Ausgangsspannung V_OUT auf.
Die Vorteile der Schalterschaltung 100 sind im Vergleich zu herkömmlichen Techniken deutlich zu erkennen. Bei der Vergleichstechnik gibt die High-Side-Treiberschaltung 220 einen konstanten Strom in der Source-Rise-Situation wie im zweiten Modus aus.
4 ist ein Diagramm der Wellenform (Simulationsergebnisse) in der Vergleichstechnik. Bei der Vergleichstechnik führt die High-Side-Treiberschaltung 220 dem Gate des High-Side-Transistors MH einen Strom Ia mit einer konstanten Strommenge zu. In diesem Fall steigt der Ausgangsstrom I_OUT aufgrund des Rückwärts-Wiederherstellungsstroms, der in der Schwungraddiode des Low-Side-Transistors ML auftritt, plötzlich erheblich an. Der Perk-Strom steigt dabei in der Größenordnung von 13 A an. Außerdem kommt es zu einem starken Ringing in der Ausgangsspannung V_OUT.
Im Vergleich zu einer solchen Vergleichstechnik wird in der vorliegenden Ausführungsform die Schalterschaltung 100 in dem ersten Modus in der Situation des Absenken und Anheben betrieben. Dadurch kann die Spitze des Stroms I_LO, der durch den unteren Arm 114 fließt, d. h. die Spitze des Ausgangsstroms I_OUT, von 13 A in 4 auf 4,5 A in 3 unterdrückt werden. Außerdem wird dadurch das Auftreten von Ringing in der Ausgangsspannung V_OUT unterdrückt.
Der Rückwärts-Wiederherstellungsstrom hat keinen Einfluss auf den Übergang vom Zustand, in dem kein Strom durch die Schwungraddiode des unteren Arms fließt. In diesem Fall wählt die High-Side-Treiberschaltung 220 statt des ersten Modus den zweiten Modus aus, der eine hohe Ansteuerungsleistung bietet. Dadurch kann der On-Widerstand des High-Side-Transistors MH in kurzer Zeit reduziert werden, was zu einem verbesserten Wirkungsgrad führt.
5 ist ein Wellenform-Diagramm (Simulationsergebnis), das die Funktionsweise der in 2 gezeigten Schalterschaltung 100 in der Source-Rise-Situation zeigt. In 5 ist die Strommenge I₃ des Ansteuerstroms I_{HG_ON} in der dritten Periode T₃ kleiner als die Strommenge I₂ in der zweiten Periode T₂.
Wird die reduzierte Strommenge I₃ in der dritten Periode T₃ verwendet, so bedeutet dies eine Verschlechterung des Wirkungsgrades. Dadurch kann das Auftreten von Ringing jedoch unterdrückt werden. Das heißt, eine solche Anordnung ist in der Lage, die Wellenform der Ausgangsspannung V_OUT durch Anpassung der Strommenge I₃ in der dritten Periode T₃ einzustellen. Es sei darauf hingewiesen, dass in einem Fall, in dem I₃ = I₂ ist, eine solche Anordnung einer Anordnung entspricht, bei der die Wellenform der Ausgangsspannung V_OUT in zwei Stufen gesteuert wird. Mit anderen Worten: In der in 3 gezeigten Steuerung kann durch die Einstellung des Ansteuerstroms I_{HG_ON} in der zweiten Periode T₃ auf die dritte Strommenge I₃, die größer ist als die zweite Strommenge I₂, der On-Widerstand des High-Side-Transistors MH in kurzer Zeit reduziert werden, wodurch die Brückenschaltung 110 einen verbesserten Wirkungsgrad erhält.
Als nächstes wird die Funktionsweise der Low-Side-Treiberschaltung 260 beschrieben.
In einer Situation, in der der Rückwärts-Wiederherstellungsstrom der Schwungraddiode des oberen Arms 112 auftreten kann, arbeitet die Low-Side-Treiberschaltung 260 in dem ersten Modus. In einer Situation, in der der Rückwärts-Wiederherstellungsstrom der Schwungraddiode des oberen Arms 112 nicht auftreten kann, arbeitet die Low-Side-Treiberschaltung 260 in einem zweiten Modus.
Insbesondere arbeitet die Low-Side-Treiberschaltung 260 im ersten Modus in einer Situation (Sink-Fall-Situation), in der der Low-Side-Transistor ML in dem Zustand 1B eingeschaltet werden soll, in dem sowohl der High-Side-Transistor MH als auch der Low-Side-Transistor ML ausgeschaltet sind, und der Strom I_OUT über die Schwungraddiode Di des oberen Arms 112 abgesenkt wird.
Außerdem arbeitet die Low-Side-Treiberschaltung 260 im zweiten Modus in einer Situation (Source-Fall-Situation), in der der Low-Side-Transistor ML in dem Zustand eingeschaltet werden soll, in dem der High-Side-Transistor MH ausgeschaltet ist und der Low-Side-Transistor ML ausgeschaltet ist, und der Strom I_OUT als Source-Strom über den High-Side-Transistor MH zugeführt wird.
Als nächstes wird eine Beispielkonfiguration der High-Side-Treiberschaltung 220 und der Low-Side-Treiberschaltung 260 eingerichtet.
6 ist ein Schaltplan mit einer Beispielkonfiguration einer Peripherieschaltung der High-Side-Treiberschaltung 220 der Ansteuerschaltung 200.
Die Ansteuerschaltung 200 umfasst einen ersten Sensor 202 und einen zweiten Sensor 204. Der erste Sensor 202 vergleicht die Gate-Source-Spannung V_GS des High-Side-Transistors MH mit einer ersten Schwellenspannung V_TH1. Die erste Schwellenspannung V_TH1 kann vorzugsweise basierend auf der Schwellenspannung V_GS(th) des MOSFETs bestimmt werden.
In vielen Fällen ist die Ansteuerschaltung 200 mit einem High-Side-Aus-Sensor ausgestattet, der erkennt, ob der High-Side-Transistor MH ausgeschaltet ist oder nicht. Bezug auf den Ausgang des High-Side-Aus-Sensors wird von der Steuerschaltung 210 genommen (in 6 nicht dargestellt). Die Steuerschaltung 210 überwacht die Ausgabe des High-Side-Aus-Sensors. Nach dem vollständigen Ausschalten des High-Side-Transistors MH schaltet die Steuerschaltung 210 das Low-Side-Steuersignal LGCTL auf den On-Pegel. Dadurch kann verhindert werden, dass der High-Side-Transistor MH und der Low-Side-Transistor ML gleichzeitig eingeschaltet werden, wodurch das Auftreten eines Durchgangsstroms verhindert wird.
Wenn die Ansteuerschaltung 200 mit einem solchen High-Side-Aus-Sensor ausgestattet ist, kann der erste Sensor 202 gemeinsam mit dem High-Side-Aus-Sensor verwendet werden. Dadurch lässt sich die Fläche des Stromkreises reduzieren.
Wenn sich die Ausgabe des ersten Sensors 202 ändert, d.h. die Gate-Source-Spannung V_GS des High-Side-Transistors MH in der ersten Periode T₁ die erste Schwellenspannung V_TH1 überschreitet, geht die High-Side-Treiberschaltung 220 in die zweite Periode T₂ über. In einem Fall, in dem die erste Schwellenspannung V_TH1 auf einen Wert eingestellt ist, der niedriger ist als die Schwellenspannung V_GS(th) des MOSFET, erlaubt eine solche Anordnung der High-Side-Treiberschaltung 220, vor dem Einschalten des High-Side-Transistors MH zur zweiten Periode T₂ überzugehen. In einem Fall, in dem die High-Side-Treiberschaltung 220 eine große Reaktionsverzögerung aufweist, geht die High-Side-Treiberschaltung 220 gleichzeitig mit dem Einschalten oder mit einer geringen Verzögerung nach dem Einschalten in die zweite Periode T₂ über.
Mit einer solchen Anordnung, in der die Gate-Source-Spannung V_GS des High-Side-Transistors MH überwacht wird, ist eine solche Anordnung in der Lage, die Höhe des Ansteuerstroms I_{HG_ON} entsprechend dem Übergang des High-Side-Transistors MH vom ausgeschalteten Zustand in den eingeschalteten Zustand zu ändern.
Der zweite Sensor 204 vergleicht die Ausgangsspannung V_OUT der Ausgangsleitung 104 mit einer Oberseite-Schwellenspannung V_THH. In der zweiten Periode T₂ geht die High-Side-Treiberschaltung 220 als Reaktion auf die Änderung der Ausgabe des zweiten Sensors 204 in die dritte Periode T₃ über. Mit einer solchen Anordnung, bei der die Ausgangsspannung V_OUT überwacht wird, lässt sich eine Verringerung der Auswirkungen der Rückwärts-Wiederherstellungseigenschaften der Schwungraddiode Di des unteren Arms 114 erkennen.
In einigen Fällen ist die Ansteuerschaltung 200 mit einem Sensor (Spannungsüberwachungsschaltung) ausgestattet, der die Ausgangsspannung V_OUT mit einer Schwellenspannung vergleicht, die eine vorgegebene Spannungsbreite unter der Eingangsspannung V_IN liegt, um zu erkennen, ob die Ausgangsspannung V_OUT vollständig vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel übergeht oder nicht, oder für andere Zwecke. In diesem Fall ist die Spannungsüberwachungsschaltung auch als zweiter Sensor 204 eingerichtet, wodurch eine Vergrößerung der Schaltungsfläche unterdrückt wird.
Nachfolgend wird eine Beispielkonfiguration der High-Side-Treiberschaltung 220 näher beschrieben. Die High-Side-Treiberschaltung 220 umfasst eine Logikschaltung 222, Stromquellen 224 und 226 sowie die Schalter SW1 und SW2.
Bezogen auf das Einschalten des High-Side-Transistors MH sind die erste Stromquelle 224 und der erste Schalter SW1 vorgesehen. Die erste Stromquelle 224 ist als variable Stromquelle eingerichtet, die in der Lage ist, den Ausgangsstrom I_{HG_ON} in mehreren Stufen (I₁, I₂, I₃ und Ic) zu steuern. Die Einrichtung der ersten Stromquelle 224 ist insbesondere nicht beschränkt. Die erste Stromquelle 224 kann mehrere Stromquellen umfassen, die so eingerichtet sind, dass sie zwischen dem eingeschalteten Zustand und dem ausgeschalteten Zustand umschaltbar sind. Außerdem kann die erste Stromquelle 224 als Strom-DAC (D/A-Wandler) eingerichtet sein. Der erste Schalter SW1 ist zwischen dem Gate des High-Side-Transistors MH und der Stromversorgungsleitung 201 angeordnet, die die Zuführung der High-Level-Spannung V_H (> V_IN) empfängt.
Im Zusammenhang mit dem Einschalten des High-Side-Transistors MH sind die erste Stromquelle 226 und der erste Schalter SW2 vorgesehen. Die zweite Stromquelle 226 ist als konstante Stromquelle oder als variable Stromquelle eingerichtet, die den Strom I_{HG_OFF} ausgibt. Der zweite Schalter SW2 ist zwischen dem Gate und der Source des High-Side-Transistors MH angeordnet.
Die Logikschaltung 222 steuert die Stromquellen 224 und 226 sowie die Schalter SW1 und SW2 auf der Grundlage des High-Side-Steuersignals HGCTL, eines Modus-Steuersignals MODE, des Ausgangs des ersten Sensors 202 und des Ausgangs des zweiten Sensors 204. Wenn das High-Side-Steuersignal HGCTL auf den On-Pegel gesetzt wird, weist die Logikschaltung 222 die erste Stromquelle 224 und den ersten Schalter SW1 an, so zu arbeiten, dass der High-Side-Transistor MH eingeschaltet wird. Umgekehrt weist die Logikschaltung 222 die zweite Stromquelle 226 und den zweiten Schalter SW2 an, den High-Side-Transistor MH auszuschalten, wenn das High-Side-Steuersignal HGCTL auf den Off-Pegel gesetzt wird.
Das Steuersignal MODE wird von der Steuerschaltung erzeugt (nicht in 6 dargestellt). Im ersten Modus geht die Logikschaltung 222 sequentiell von der ersten Periode T₁ zur zweiten Periode T₂ und zur dritten Periode T₃ über, und zwar in dieser Reihenfolge in Abhängigkeit vom Ausgang des ersten Sensors 202 und vom Ausgang des zweiten Sensors 204, um die von der Stromquelle 224 zugeführte Strommenge zu steuern. Nachdem die Brückenschaltung 110 vollständig übergegangen ist, schaltet die Logikschaltung 222 den ersten Schalter SW1 ein, um das Gate des High-Side-Transistors MH auf der Hochpegelspannung V_H zu fixieren.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Funktion der Logikschaltung 222 der in 2 dargestellten Steuerschaltung 210 zur Verfügung gestellt werden kann.
7 ist ein Schaltplan mit einer Beispielkonfiguration einer Peripherieschaltung der Low-Side-Treiberschaltung 260 der Ansteuerschaltung 200. Die Ansteuerschaltung 200 umfasst einen dritten Sensor 206 und einen vierten Sensor 208. Der dritte Sensor 206 vergleicht die Gate-Source-Spannung V_GS des Low-Side-Transistors ML mit einer zweiten Schwellenspannung V_TH2. Die zweite Schwellenspannung V_TH2 kann vorzugsweise auf der Grundlage der Schwellenspannung V_GS(th) des MOSFET bestimmt werden.
In vielen Fällen ist die Ansteuerschaltung 200 mit einem Low-Side-Aus-Sensor ausgestattet, der erkennt, ob der Low-Side-Transistor ML ausgeschaltet ist oder nicht. Bezuf auf den Ausgang des Low-Side-Aus-Sensors wird von der Steuerschaltung 210 genommen. Die Steuerschaltung 210 überwacht die Ausgabe des Low-Side-Aus-Sensors. Nachdem der Low-Side-Transistor ML vollständig ausgeschaltet hat, schaltet die Steuerschaltung 210 das High-Side-Steuersignal HGCTL auf den On-Pegel ein. Dadurch kann verhindert werden, dass der High-Side-Transistor MH und der Low-Side-Transistor ML gleichzeitig eingeschaltet werden, wodurch das Auftreten eines Durchgangsstroms verhindert wird.
Wenn die Ansteuerschaltung 200 mit einem solchen Low-Side-Aus-Sensor ausgestattet ist, kann der dritte Sensor 206 gemeinsam mit dem Low-Side-Aus-Sensor verwendet werden. Dadurch lässt sich die Fläche des Stromkreises reduzieren.
Wenn sich die Ausgabe des dritten Sensors 206 ändert, d. h. die Gate-Source-Spannung V_GS des Low-Side-Transistors ML die zweite Schwellenspannung V_TH2 überschreitet, geht die Low-Side-Treiberschaltung 260 in der vierten Periode T₄ in die fünfte Periode T₅ über. In einem Fall, in dem die zweite Schwellenspannung V_TH2 auf einen Wert eingestellt ist, der niedriger ist als die Schwellenspannung V_GS(th) des MOSFET, erlaubt eine solche Anordnung der Low-Side-Treiberschaltung 260, vor dem Einschalten des Low-Side-Transistors ML in die fünfte Periode T₅ überzugehen. In einem Fall, in dem die Low-Side-Treiberschaltung 260 eine große Reaktionsverzögerung aufweist, geht die Low-Side-Treiberschaltung 260 zeitgleich mit dem Einschalten oder mit einer leichten Verzögerung nach dem Einschalten in die fünfte Periode T₅ über.
Mit einer solchen Anordnung, bei der die Gate-Source-Spannung V_GS des Low-Side-Transistors ML überwacht wird, ist eine solche Anordnung in der Lage, die Höhe des Ansteuerstroms I_{LG_ON} entsprechend dem Übergang des Low-Side-Transistors ML vom ausgeschalteten Zustand in den eingeschalteten Zustand zu ändern.
Der vierte Sensor 208 vergleicht die Ausgangsspannung V_OUT der Ausgangsleitung 104 mit einer unteren Schwellenspannung V_THL. In der fünften Periode T₅ geht die Low-Side-Treiberschaltung 260 als Reaktion auf die Änderung der Ausgabe des vierten Sensors 208 in die sechste Periode T₆ über. Mit einer solchen Anordnung, bei der die Ausgangsspannung V_OUT überwacht wird, lässt sich eine Verringerung der Auswirkungen der Rückwärts-Wiederherstellungseigenschaften der Schwungraddiode Di des oberen Arms 112 erkennen.
In einigen Fällen ist die Ansteuerschaltung 200 mit einem Sensor (Spannungsüberwachungsschaltung) ausgestattet, der die Ausgangsspannung V_OUT mit einer Schwellenspannung vergleicht, die eine vorgegebene Spannungsbreite über der Massespannung (0 V) liegt, um zu erkennen, ob die Ausgangsspannung V_OUT vollständig vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel übergeht oder nicht, oder für andere Zwecke. In diesem Fall ist die Spannungsüberwachungsschaltung auch als vierter Sensor 208 eingerichtet, wodurch eine Vergrößerung der Schaltungsfläche unterdrückt wird.
Die Low-Side-Treiberschaltung 260 umfasst eine Logikschaltung 262, Stromquellen 264 und 266 sowie die Schalter SW3 und SW4.
Im Zusammenhang mit dem Einschalten des Low-Side-Transistors ML sind die dritte Stromquelle 264 und der dritte Schalter SW3 vorgesehen. Die dritte Stromquelle 264 ist als variable Stromquelle eingerichtet, die in der Lage ist, den Ausgangsstrom I_{LG_ON} in mehreren Stufen (I₄, I₅, I₆ und Id) zu steuern. Die Einrichtung der dritten Stromquelle 264 ist nicht besonders eingeschränkt. Die dritte Stromquelle 264 kann mehrere Stromquellen umfassen, die so eingerichtet sind, dass sie zwischen dem eingeschalteten Zustand und dem ausgeschalteten Zustand umschaltbar sind. Die dritte Stromquelle 264 kann auch als Strom-DAC (D/A-Wandler) eingerichtet werden. Der dritte Schalter SW3 ist zwischen dem Gate des Low-Side-Transistors ML und der Stromversorgungsleitung 203 angeordnet, die die Zuführung der Versorgungsspannung V_DD empfängt.
Im Zusammenhang mit dem Ausschalten des Low-Side-Transistors ML sind die vierte Stromquelle 266 und der vierte Schalter SW4 vorgesehen. Die vierte Stromquelle 246 ist als konstante Stromquelle oder als variable Stromquelle eingerichtet, die den Strom I_{LG_OFF} ausgibt. Der vierte Schalter SW4 ist zwischen dem Gate und der Source des Low-Side-Transistors ML angeordnet.
Die Logikschaltung 262 steuert die Stromquellen 264 und 266 und die Schalter SW3 und SW4 auf der Grundlage des Low-Side-Steuersignals LGCTL, des Modus-Steuersignals MODE, des Ausgangs des dritten Sensors 206 und des Ausgangs des vierten Sensors 208. Wenn das Low-Side-Steuersignal LGCTL auf den On-Pegel gesetzt wird, weist die Logikschaltung 262 die dritte Stromquelle 264 und den dritten Schalter SW3 an, so zu arbeiten, dass der Low-Side-Transistor ML eingeschaltet wird. Umgekehrt weist die Logikschaltung 262 die vierte Stromquelle 266 und den vierten Schalter SW4 an, den Low-Side-Transistor ML auszuschalten, wenn das Low-Side-Steuersignal LGCTL auf den Off-Pegel gesetzt wird.
Das Steuersignal MODE wird von der Steuerschaltung 210 erzeugt (in 6 nicht dargestellt). Im ersten Modus geht die Logikschaltung 262 in Abhängigkeit vom Ausgang des dritten Sensors 206 und dem Ausgang des vierten Sensors 208 sequentiell von der vierten Periode T₄ zur fünften Periode T₅ und zur sechsten Periode T₆ über, um die von der Stromquelle 264 zugeführte Strommenge zu steuern. Nachdem die Brückenschaltung 110 vollständig übergegangen ist, schaltet die Logikschaltung 262 den dritten Schalter SW3 ein, um das Gate des Low-Side-Transistors ML an die Versorgungsspannung V_DD zu führen.
Nachfolgend wird beschrieben, wie die Schalterschaltung 100 verwendet wird. Die Schalterschaltung 100 kann vorzugsweise in einer Ansteuerschaltung für einen Motor eingesetzt werden.
8 ist ein Schaltplan einer Motorantriebsvorrichtung 300 mit der Schalterschaltung 100 gemäß einer Ausführungsform. Die Motorantriebsvorrichtung 300 treibt einen als Last eingerichteten dreiphasigen Motor 302 an und steuert dessen Zustand.
Die Motorantriebsvorrichtung 300 umfasst eine Brückenschaltung 110 und eine Ansteuerschaltung 200. Die Brückenschaltung 110 ist als dreiphasiger Wechselrichter eingerichtet, der einen U-Phasen-Zweig, einen V-Phasen-Zweig und einen W-Phasen-Zweig umfasst. Jeder Phasenzweig umfasst einen oberen Arm und einen unteren Arm.
Die Ansteuerschaltung 200 umfasst eine Steuerschaltung 210 und High-Side-Treiberschaltungen 220U bis 220W sowie Low-Side-Treiberschaltungen 260U bis 260W. Die Steuerschaltung 210 erzeugt Steuersignale, die die Zustände der sechs Arme, die die Brückenschaltung 110 bilden, in Abhängigkeit vom Zustand des als Last eingerichteten dreiphasigen Motors 302 anzeigen.
Die High-Side-Treiberschaltungen 220U bis 220W sind jeweils so eingerichtet, dass sie die oben beschriebene Architektur der High-Side-Treiberschaltung 220 aufweisen. Außerdem sind die Low-Side-Treiberschaltungen 260U bis 260W jeweils so eingerichtet, dass sie die oben beschriebene Architektur der Low-Side-Treiberschaltung 260 aufweisen.
Der dreiphasige Motor wurde oben als Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist auch auf einen einphasigen Motor anwendbar. In diesem Fall ist die Brückenschaltung 110 als H-Brückenschaltung eingerichtet.
Nachfolgend wird die Verwendung der Motorantriebsvorrichtung 300 beschrieben. Die Motorantriebsvorrichtung 300 kann zur Steuerung eines Spindelmotors einer Festplatte und zur Steuerung eines Linsenantriebsmotors einer Abbildungsvorrichtung verwendet werden. Die Motorantriebsvorrichtung 300 kann auch zum Antrieb eines Druckkopfantriebsmotors und eines Blattzuführungsmotors verwendet werden. Die Motorantriebsvorrichtung 300 kann auch zum Antrieb eines Motors eines Elektrofahrzeugs, eines Hybridfahrzeugs usw. verwendet werden.
Die Ausführungsformen wurden nur beispielhaft beschrieben. Vielmehr ist es für den Fachmann ohne weiteres vorstellbar, dass verschiedene Modifikationen durch verschiedene Kombinationen der vorgenannten Komponenten oder Verfahren vorgenommen werden können, die ebenfalls in den technischen Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung oder der vorliegenden Erfindung fallen. Nachfolgend werden die Modifikationen beschrieben.
MODIFIKATION 1
In der Ausführungsform wurde eine Anordnung beschrieben, bei der die Brückenschaltung 110 aus diskreten Bauteilen ausgebildet ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche Anordnung beschränkt. Die Brückenschaltung 110 kann auch in die Ansteuerschaltung 200 integriert werden.
MODIFIKATION 2
Der obere Arm 112 und der untere Arm 114 können jeweils aus einem Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) ausgebildet sein.
MODIFIKATION 3
In der Ausführungsform wurde eine Anordnung beschrieben, bei der sowohl die High-Side-Treiberschaltung 220 als auch die Low-Side-Treiberschaltung 260 so eingerichtet sind, dass sie eine von mehreren Betriebsarten auswählen können. Auch kann nur eine der High-Side-Treiberschaltungen 220 und der Low-Side-Treiberschaltung 260 so eingerichtet sein, dass sie den Modus steuern kann.
MODIFIKATION 4
Die Verwendung der Schalterschaltung 100 ist nicht auf die Motorantriebsvorrichtung 300 beschränkt. Die Schalterschaltung 100 eignet sich beispielsweise für Schaltregler (DC/DC-Wandler), verschiedene Arten von Leistungsumwandlungsgeräten (Wechselrichter oder Konverter), Beleuchtungsinverter für Entladungslampen, digitale Audioverstärker usw. Dementsprechend ist die Schalterschaltung 100 für Verbrauchergeräte einschließlich elektronischer Vorrichtungen und Geräte der Unterhaltungselektronik, Kraftfahrzeuge, Fahrzeugkomponenten, Industriefahrzeuge und Industrieanlagen geeignet.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen mit spezifischen Begriffen beschrieben. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen stellen jedoch nur einen Aspekt der Mechanismen und Anwendungen der vorliegenden Erfindung dar. Vielmehr können verschiedene Modifikationen und Änderungen in der Ausgestaltung vorgenommen werden, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
[GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT]
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Ansteuerschaltung für eine Brückenschaltung.
[BEZUGSZEICHENLISTE]
100 Schalterschaltung, 102 Eingangsleitung, 104 Ausgangsleitung, 106 Masseleitung, 110 Brückenschaltung, 112 oberer Arm, 114 unterer Arm, MH High-Side-Transistor, ML Low-Side-Transistor, Di Schwungraddiode, 200 Ansteuerschaltung, 202 erster Sensor, 204 zweiter Sensor, 206 dritter Sensor, 208 vierter Sensor, 210 Steuerschaltung, 220 High-Side-Treiberschaltung, 222 Logikschaltung, 224 erste Stromquelle, 226 zweite Stromquelle, SW1 erster Schalter, SW2 zweiter Schalter, 260 Low-Side-Treiberschaltung, 262 Logikschaltung, 264 dritte Stromquelle, 266 vierte Stromquelle, SW3 dritter Schalter, SW4 vierter Schalter, 300 Motorantriebsvorrichtung, 302 dreiphasiger Motor.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 201882575 [0005]

Claims

Ansteuerschaltung, die so aufgebaut ist, dass sie eine Brückenschaltung ansteuert, die einen oberen Arm mit einem High-Side-Transistor und einer Schwungraddiode, die parallel zwischen eine Stromversorgungsleitung und eine Ausgangsleitung gekoppelt sind, und einen unteren Arm mit einem Low-Side-Transistor und einer Schwungraddiode, die parallel zwischen die Ausgangsleitung und eine Masseleitung gekoppelt sind, umfasst, wobei die Ansteuerschaltung eine High-Side-Treiberschaltung mit einem Ausgangsknoten, der mit einem Gate des High-Side-Transistors gekoppelt ist, umfasst und aufgebaut ist, um in einem ersten Modus zu arbeiten, in dem die High-Side-Treiberschaltung einen Ansteuerstrom mit einer ersten Strommenge während einer ersten Periode von einem Übergang eines High-Side-Steuersignals von einem Off-Pegel zu einem On-Pegel ausgibt und den Ansteuerstrom mit einer zweiten Strommenge ausgibt, die während einer zweiten Periode, die der ersten Periode folgt, kleiner als die erste Strommenge ist.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 1 ferner umfassend: einen ersten Sensor, der so aufgebaut ist, dass er eine Gate-Source-Spannung des High-Side-Transistors mit einer ersten Schwellenspannung vergleicht, wobei die High-Side-Ansteuerschaltung als Reaktion auf eine Änderung der Ausgabe des ersten Sensors in der ersten Periode in die zweite Periode übergeht.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 2, wobei der erste Sensor so eingerichtet ist, dass er gemeinsam mit einem High-Side-Aus-Sensor verwendet wird, um zu erkennen, ob der High-Side-Transistor ausgeschaltet ist oder nicht.
Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die High-Side-Ansteuerschaltung in einer dritten Periode, die der zweiten Periode folgt, den Ansteuerstrom mit einer dritten Strommenge ausgibt, die größer als die zweite Strommenge ist.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 4 ferner umfassend: einen zweiten Sensor, der so aufgebaut ist, dass er eine Ausgangsspannung der Ausgangsleitung mit einer Oberseite-Schwellenspannung vergleicht, wobei die High-Side-Treiberschaltung als Reaktion auf eine Änderung der Ausgabe des zweiten Sensors in der zweiten Periode in die dritte Periode übergeht.
Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in einem Fall, in dem der High-Side-Transistor in einem Zustand eingeschaltet werden soll, in dem sowohl der High-Side-Transistor als auch der Low-Side-Transistor ausgeschaltet sind, und ein Strom als Source-Strom über eine Schwungraddiode des unteren Arms zugeführt wird, die High-Side-Treiberschaltung in dem ersten Modus arbeitet.
Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die High-Side-Treiberschaltung zusätzlich zu dem ersten Modus so aufgebaut ist, dass sie in einem zweiten Modus arbeitet, in dem die High-Side-Treiberschaltung den Ansteuerstrom mit einer konstanten Strommenge ausgibt, die während einer Periode von einem Übergang des High-Side-Steuersignals vom Off-Pegel zum On-Pegel bis zum Vollenden eines Zustandsübergangs der Brückenschaltung größer als die zweite Strommenge ist.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 7, wobei in einem Fall, in dem der High-Side-Transistor in einem Zustand eingeschaltet werden soll, in dem der High-Side-Transistor ausgeschaltet und der Low-Side-Transistor eingeschaltet ist, und ein Strom über den Low-Side-Transistor abgesenkt wird, die High-Side-Treiberschaltung in dem zweiten Modus arbeitet.
Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die High-Side-Treiberschaltung einen ersten Schalter umfasst, der zwischen Gate und Source des High-Side-Transistors gekoppelt ist und so aufgebaut ist, dass er nach Vollenden eines Zustandsübergangs der Brückenschaltung eingeschaltet wird.
Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner umfassend: eine Low-Side-Treiberschaltung mit einem an ein Gate des Low-Side-Transistors gekoppelten Ausgangsknoten, die so aufgebaut ist, dass sie in einem ersten Modus arbeitet, in dem die Low-Side-Treiberschaltung während einer vierten Periode von einem Übergang eines Low-Side-Steuersignals vom Off-Pegel zum On-Pegel einen Ansteuerstrom mit einer vierten Strommenge ausgibt und in einer fünften Periode nach der vierten Periode den Ansteuerstrom mit einer fünften Strommenge ausgibt, die kleiner als die vierte Strommenge ist.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 10 ferner umfassend: einen dritten Sensor, der so aufgebaut ist, dass er eine Gate-Source-Spannung des Low-Side-Transistors mit einer dritten Schwellenspannung vergleicht, wobei die Low-Side-Treiberschaltung als Reaktion auf eine Änderung der Ausgabe des dritten Sensors in der vierten Periode in die fünfte Periode übergeht.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 11, wobei der dritte Sensor so eingerichtet ist, dass er gemeinsam mit einem Low-Side-Aus-Sensor verwendet wird, der so aufgebaut ist, dass er erkennt, ob der Low-Side-Transistor ausgeschaltet ist.
Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Low-Side-Treiberschaltung den Ansteuerstrom mit einer sechsten Strommenge ausgibt, die während einer sechsten Periode nach der fünften Periode größer als die fünfte Strommenge ist.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 13 ferner umfassend: einen vierten Sensor, der so aufgebaut ist, dass er eine Ausgangsspannung der Ausgangsleitung mit einer Low-Side-Schwellenspannung vergleicht, wobei die Low-Side-Treiberschaltung als Reaktion auf eine Änderung der Ausgabe des vierten Sensors in der fünften Periode in die sechste Periode übergeht.
Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei in einem Fall, in dem der Low-Side-Transistor in einem Zustand eingeschaltet werden soll, in dem sowohl der High-Side-Transistor als auch der Low-Side-Transistor ausgeschaltet sind, und ein Strom über eine Schwungraddiode des oberen Arms abgesenkt wird, die Low-Side-Treiberschaltung in dem ersten Modus arbeitet.
Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei zusätzlich zu dem ersten Modus die Low-Side-Treiberschaltung so aufgebaut ist, dass sie in einem zweiten Modus arbeitet, in dem die Low-Side- Treiberschaltung den Ansteuerstrom mit einer konstanten Strommenge ausgibt, die während einer Periode von einem Übergang des Low-Side-Steuersignals von dem Off-Pegel zu dem On-Pegel bis zum Vollenden eines Zustandsübergangs der Brückenschaltung größer als die fünfte Strommenge ist.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 16, wobei in einem Fall, in dem der Low-Side-Transistor in einem Zustand eingeschaltet werden soll, in dem der High-Side-Transistor eingeschaltet und der Low-Side-Transistor ausgeschaltet ist, und ein Strom als Source-Strom über den High-Side-Transistor zugeführt wird, die Low-Side-Treiberschaltung in dem zweiten Modus arbeitet.
Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei die Low-Side-Treiberschaltung einen zweiten Schalter umfasst, der zwischen Gate und Source des Low-Side-Transistors gekoppelt ist und so aufgebaut ist, dass er nach Vollenden eines Zustandsübergangs der Brückenschaltung eingeschaltet wird.
Ansteuerschaltung, die so aufgebaut ist, dass sie eine Brückenschaltung ansteuert, die einen oberen Arm mit einem High-Side-Transistor und einer Schwungraddiode, die parallel zwischen eine Stromversorgungsleitung und eine Ausgangsleitung gekoppelt sind, und einen unteren Arm mit einem Low-Side-Transistor und einer Schwungraddiode, die parallel zwischen die Ausgangsleitung und eine Masseleitung gekoppelt sind, umfasst, wobei die Ansteuerschaltung eine Low-Side-Treiberschaltung mit einem Ausgangsknoten, der mit einem Gate des Low-Side-Transistors gekoppelt ist, umfasst und aufgebaut ist, um in einem ersten Modus zu arbeiten, in dem die Low-Side-Treiberschaltung einen Ansteuerstrom mit einer vierten Strommenge während einer vierten Periode von einem Übergang eines Low-Side-Steuersignals von einem Off-Pegel zu einem On-Pegel ausgibt, und den Ansteuerstrom mit einer fünften Strommenge ausgibt, die während einer fünften Periode, die auf die vierte Periode folgt, kleiner als die vierte Strommenge ist.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 19 ferner umfassend: einen dritten Sensor, der so aufgebaut ist, dass er eine Gate-Source-Spannung des Low-Side-Transistors mit einer dritten Schwellenspannung vergleicht, wobei die Low-Side-Treiberschaltung als Reaktion auf eine Änderung der Ausgabe des dritten Sensors in der vierten Periode in die fünfte Periode übergeht.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 20, wobei der dritte Sensor so eingerichtet ist, dass er gemeinsam mit einem Low-Side-Aus-Sensor verwendet wird, um zu erkennen, ob der Low-Side-Transistor ausgeschaltet ist oder nicht.
Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei die Low-Side-Treiberschaltung in einer sechsten Periode, die der fünften Periode folgt, den Ansteuerstrom mit einer sechsten Strommenge ausgibt, die größer als die fünfte Strommenge ist.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 22 ferner umfassend: einen vierten Sensor, der so aufgebaut ist, dass er eine Ausgangsspannung der Ausgangsleitung mit einer Schwellenspannung auf der unteren Seite vergleicht, wobei die Low-Side-Treiberschaltung als Reaktion auf eine Änderung der Ausgabe des vierten Sensors in der fünften Periode in die sechste Periode übergeht.
Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei in einem Fall, in dem der Low-Side-Transistor in einem Zustand eingeschaltet werden soll, in dem sowohl der High-Side-Transistor als auch der Low-Side-Transistor ausgeschaltet sind, und ein Strom über eine Schwungraddiode des oberen Arms abgesenkt wird, die Low-Side-Treiberschaltung in dem ersten Modus arbeitet.
Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 19 bis 24, wobei zusätzlich zu dem ersten Modus die Low-Side-Treiberschaltung so aufgebaut ist, dass sie in einem zweiten Modus arbeitet, in dem die Low-Side-Treiberschaltung den Ansteuerstrom mit einer konstanten Strommenge ausgibt, die während einer Periode von einem Übergang des Low-Side-Steuersignals von dem Off-Pegel zu dem On-Pegel bis zum Vollenden eines Zustandsübergangs der Brückenschaltung größer als die fünfte Strommenge ist.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 25, wobei in einem Fall, in dem der Low-Side-Transistor in einem Zustand eingeschaltet werden soll, in dem der High-Side-Transistor eingeschaltet und der Low-Side-Transistor ausgeschaltet ist, und ein Strom als Source-Strom über den High-Side-Transistor zugeführt wird, die Low-Side-Treiberschaltung in dem zweiten Modus arbeitet.
Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 19 bis 26, wobei die Low-Side-Treiberschaltung einen zweiten Schalter umfasst, der zwischen Gate und Source des Low-Side-Transistors gekoppelt ist und so aufgebaut ist, dass er nach Vollenden eines Zustandsübergangs der Brückenschaltung eingeschaltet wird.
Ansteuerschaltung, die so aufgebaut ist, dass sie eine Brückenschaltung ansteuert, die einen oberen Arm mit einem High-Side-Transistor und einer Schwungraddiode umfasst, die parallel zwischen eine Stromversorgungsleitung und eine Ausgangsleitung gekoppelt sind, und einen unteren Arm mit einem Low-Side-Transistor und einer Schwungraddiode, die parallel zwischen die Ausgangsleitung und eine Masseleitung gekoppelt sind, wobei die High-Side-Treiberschaltung eine High-Side-Treiberschaltung umfasst, die einen mit einem Gate des High-Side-Transistors gekoppelten Ausgangsknoten aufweist und die so aufgebaut ist, dass sie zwischen einem ersten Modus und einem zweiten Modus umschaltbar ist, die jeweils so definiert sind, dass ein Unterschied in einer Wellenform eines dem Gate des High-Side-Transistors zuzuführenden Ansteuerstroms zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus besteht.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 28, wobei in einem Fall, in dem der High-Side-Transistor in einem Zustand eingeschaltet werden soll, in dem sowohl der High-Side-Transistor als auch der Low-Side-Transistor ausgeschaltet sind, und ein Strom als Source-Strom über eine Schwungraddiode des unteren Arms zugeführt wird, die High-Side-Treiberschaltung in dem ersten Modus arbeitet.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 28 oder 29, wobei in einem Fall, in dem der High-Side-Transistor in einem Zustand eingeschaltet werden soll, in dem der High-Side-Transistor ausgeschaltet ist und der Low-Side-Transistor eingeschaltet ist, und ein Strom über den Low-Side-Transistor abgesenkt wird, die High-Side-Treiberschaltung in dem zweiten Modus arbeitet.
Ansteuerschaltung, die so aufgebaut ist, dass sie eine Brückenschaltung ansteuert, die einen oberen Arm mit einem High-Side-Transistor und einer Schwungraddiode umfasst, die parallel zwischen eine Stromversorgungsleitung und eine Ausgangsleitung gekoppelt sind, und einen unteren Arm mit einem Low-Side-Transistor und einer Schwungraddiode, die parallel zwischen die Ausgangsleitung und eine Masseleitung gekoppelt sind, wobei die Ansteuerschaltung eine Low-Side-Treiberschaltung umfasst, die einen mit einem Gate des Low-Side-Transistors gekoppelten Ausgangsknoten aufweist und so aufgebaut ist, dass sie zwischen einem ersten Modus und einem zweiten Modus umschaltbar ist, die jeweils so definiert sind, dass ein Unterschied in einer Wellenform eines dem Gate des Low-Side-Transistors zuzuführenden Ansteuerstroms zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus besteht.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 31, wobei in einem Fall, in dem der Low-Side-Transistor in einem Zustand eingeschaltet werden soll, in dem sowohl der High-Side-Transistor als auch der Low-Side-Transistor ausgeschaltet sind, und ein Strom über eine Schwungraddiode des oberen Arms abgesenkt wird, die Low-Side-Treiberschaltung in dem ersten Modus arbeitet.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 31 oder 32, wobei in einem Fall, in dem der Low-Side-Transistor in einem Zustand eingeschaltet werden soll, in dem der High-Side-Transistor ausgeschaltet ist und der Low-Side-Transistor ausgeschaltet ist, und ein Strom als Source-Strom über den High-Side-Transistor zugeführt wird, die Low-Side-Treiberschaltung in dem zweiten Modus arbeitet.
Motorantriebsvorrichtung, umfassend: eine Brückenschaltung mit einem High-Side-Transistor und einem Low-Side-Transistor; und die Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 33, die zur Ansteuerung der Brückenschaltung aufgebaut ist.
Elektronische Vorrichtung, umfassend: einen Motor; und die Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 34, die zum Antrieb des Motors aufgebaut ist.