DE19617832A1 - Verfahren und Schaltung zur Ansteuerung von Leistungstransistoren in einer Halbbrücken-Konfiguration - Google Patents

Verfahren und Schaltung zur Ansteuerung von Leistungstransistoren in einer Halbbrücken-Konfiguration

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DE19617832A1 DE19617832A DE19617832A DE19617832A1 DE 19617832 A1 DE19617832 A1 DE 19617832A1 DE 19617832 A DE19617832 A DE 19617832A DE 19617832 A DE19617832 A DE 19617832A DE 19617832 A1 DE19617832 A1 DE 19617832A1
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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Schaltung zur Ansteuerung von Leistungstransistoren in einer Halbbrücken-Konfiguration, bei dem bzw. bei der ein über­ mäßiger negativer Spannungshub des Ausgangsverbindungspunktes zulässig ist. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine integrierte Schaltung, die diese Schaltung enthält, beispiels­ weise eine Schaltung, die auf einem einzigen Silizium-Halb­ leiterplättchen integriert ist.
Bei Treiberschaltungen für Leistungstransistoren, beispielsweise für Leistungs-MOSFET′s, die Leistungsgeräte ansteuern, schalten die Leistungstransistoren in vielen Fällen einen großen Strom. Der große Schaltstrom erzeugt in Kombination mit Durchlaßerho­ lungs-Eigenschaften von Dioden und Streuinduktivitäten in der Schaltung eine negative Spannungsspitze an dem Ausgangsverbin­ dungspunkt der Halbbrücke. Diese Spitzenspannungssignale können die Treiberschaltungen zerstören und weiterhin Störsignale hervorrufen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltung zur Ansteuerung von Leistungstransistoren in einer Halbbrücken-Konfiguration zu schaffen, das bzw. die über­ mäßige negative Spannungshübe des Ausgangsverbindungspunktes zuläßt.
Hierbei soll die Schaltung vorzugsweise so ausgelegt sein, daß sie auf einem einzigen Halbleiterplättchen mit integriert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 bzw. 3 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung von Leistungs­ transistoren in einer Halbbrücken-Konfiguration läßt übermäßige negative Spannungshübe an einem Ausgangsverbindungspunkt zwi­ schen den Transistoren in der Halbbrücken-Konfiguration zu und umfaßt die Anordnung erster und zweiter Leistungstransistoren in Serie in einer Halbbrücken-Konfiguration mit einem Ausgangs­ knoten zwischen den Transistoren, das Anschalten der in Serie geschalteten Transistoren zwischen einer ersten Spannungsquelle und einem gemeinsamen Potential, die Schaffung einer zweiten Bezugsspannungsquelle, die Schaffung eines Anschlusses, der mit einem gemeinsamen Punkt verbunden ist, der mit den Anoden von intrinsischen Dioden der Treiberschaltungen für die Leistungs­ transistoren gekoppelt ist, und das Anschließen der zweiten Bezugsspannungsquelle zwischen dem gemeinsamen Potential und dem Anschluß derart, daß der Pegel des gemeinsamen Punktes der­ art verschoben wird, daß die intrinsischen Dioden aufgrund von negativen Störspannungsspitzen an dem Ausgangsverbindungspunkt nicht in Durchlaßrichtung vorgespannt werden.
Gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung wird eine Schaltung zur Ansteuerung von Leistungstransistoren geschaffen, die in Serie in einer Halbbrücken-Konfiguration angeordnet sind, wobei übermäßige negative Spannungshübe eines Ausgangsverbin­ dungspunktes zwischen den Transistoren in der Halbbrücken-Konfiguration zugelassen werden können, wobei die Serientran­ sistoren zwischen einer, ersten Spannungsquelle und einem gemein­ samen Potential anschaltbar sind und die Schaltung Treiberschal­ tungen für jeden der Leistungstransistoren, und einen mit einem gemeinsamen Punkt, der mit den Anoden von intrinsischen Dioden der Treiberschaltungen für die Leistungstransistoren gekoppelt ist, verbundenen Anschluß umfaßt, der mit einer zweiten Span­ nungsquelle verbindbar ist, die zwischen dem gemeinsamen Poten­ tial und dem Anschluß vorgesehen ist, um den Pegel des gemein­ samen Verbindungspunktes derart zu verschieben, daß die dem Ausgangsverbindungspunkt nicht in Durchlaßrichtung vorgespannt werden.
Gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung wird ein Verfahren zur Integration einer Schaltung zur Ansteuerung von Leistungstransistoren in einer Halbbrücken-Konfiguration in einem einzigen integrierten Schaltungshalbleiterplättchen geschaffen, wobei übermäßige negative Spannungshübe eines Ausgangsverbindungspunktes zwischen den Transistoren in der Halbbrücken-Konfiguration zugelassen werden, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Anordnen von ersten und zweiten Leistungstransistoren in einer Serienschaltung in einer Halbbrücken-Konfiguration mit einem Ausgangsverbindungspunkt zwischen den Transistoren,
Anschließen der in Serie geschalteten Transistoren zwischen einer ersten Spannungsquelle und einem gemeinsamen Potential,
Schaffung einer zweiten Bezugsspannungsquelle,
Schaffung eines Anschlusses, der mit einem gemeinsamen Punkt gekoppelt ist, der mit den Anoden von intrinsischen Dioden von Treiberschaltungen für die Leistungstransistoren gekoppelt ist, und
Anschalten der zweiten Spannungsquelle zwischen dem gemeinsamen Potential und dem Anschluß, um den Pegel des ge­ meinsamen Punktes derart zu verschieben, daß die intrinsischen Dioden aufgrund der negativen Spannungsspitzen an dem Ausgangs­ verbindungspunkt nicht in Durchlaßrichtung vorgespannt werden.
Die vorstehenden Aufgaben und Ziele der Erfindung werden weiter­ hin durch eine Schaltung gelöst, die in einem einzigen inte­ grierten Schaltungs-Halbleiterplättchen integriert ist, um Leistungstransistoren anzusteuern, die in Serie in einer Halb­ brücken-Konfiguration angeordnet sind, wobei übermäßige negative Spannungshübe eines Ausgangsverbindungspunktes zwischen den Transistoren in der Halbbrücke-Konfiguration zugelassen werden können, wobei die Serientransistoren zwischen einer ersten Spannungsquelle und einem gemeinsamen Potential anschaltbar sind und die Schaltung folgende Teile umfaßt:
Treiberschaltungen für jeden der Leistungstransistoren, einen Anschluß, der mit einem gemeinsamen Punkt ver­ bunden ist, der mit den Anoden von intrinsischen Dioden der Treiberschaltungen für die Leistungstransistoren gekoppelt ist, und
wobei der Anschluß mit einer zweiten Spannungsquelle verbindbar ist, die zwischen dem gemeinsamen Potential und dem Anschluß derart vorgesehen ist, daß der Pegel des gemeinsamen Punktes so verschoben wird, daß die intrinsischen Dioden auf­ grund von negativen Spannungsspitzen an dem Ausgangsverbindungs­ punkt nicht in Durchlaßrichtung vorgespannt sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1a Leistungstransistoren, im vorliegenden Beispiel Leistungs-MOSFET′s, die in einer Halbbrücken-Konfiguration an­ geordnet sind,
Fig. 1b einen typischen Ausgangsimpuls am gemeinsamen Ausgangsverbindungspunkt der Leistungstransistoren, wobei der Ausgangsimpuls eine negative Spitze einschließt, wie sie bei bekannten Schaltungen auftritt,
Fig. 2 eine typische Halbbrücken-Konfiguration, die in Schnittstellenverbindung mit einer Treiber-Schnittstellen­ schaltung in integrierter Form steht, die die Treibersignale zur Ansteuerung der Leistungstransistoren liefert,
Fig. 3a und 3b zwei Anordnungen gemäß der Erfindung, die es Leistungstransistoren und den Treiberschaltungen er­ möglicht, ohne Schäden mit negativen Ausgangsspannungsspitzen am Ausgangs-Verbindungspunkt zu arbeiten,
Fig. 4 einen Ausgangsimpuls nach den Fig. 3a oder 3b, wobei gezeigt ist, wie die Schaltung gemäß der Erfindung ver­ hindert, daß intrinsische Dioden der Treiberschaltung in Durch­ laßrichtung vorgespannt werden, so daß der Betrieb der Schal­ tung ohne Schäden durch negative Spannungsspitzen an dem Aus­ gangsverbindungspunkt ermöglicht wird,
Fig. 5 eine typische integrierte Treiberschaltung, die gemäß der Erfindung modifiziert werden kann, um die Schaltung gemäß der Erfindung einzuschließen,
Fig. 6a eine Darstellung, die zeigt, wie ein Teil der Schaltung nach Fig. 3a in Form einer integrierten Schaltung ausgebildet werden kann, und
Fig. 6b eine Darstellung, die zeigt, wie ein Teil der Schaltung nach Fig. 3b in Form einer integrierten Schaltung ausgebildet werden kann.
In den Zeichnungen zeigt die Fig. 1a Leistungstransistoren, insbesondere Leistungs-MOSFET′s, in einer typischen Halbbrücken-Schaltung. Bei der dargestellten Anordnung sind zwei Leistungs­ transistoren in Serie in einer Totem-Pole-Anordnung angeordnet. Der spannungsseitige Transistor 10 ist mit seinem Drain-Anschluß mit einer Versorgungsspannung VL verbunden, während der erdseitige oder niederspannungsseitige Transistor 20 mit seiner Source-Elektrode mit einem gemeinsamen Bezugspunkt ver­ bunden ist. Der Ausgang kann an einem gemeinsamen Verbindungs­ punkt zwischen den zwei Transistoren 10 und 20 abgenommen werden, und dieser Ausgangsanschluß ist mit dem VS-Anschluß der Treiberschaltung verbunden, die mit den Leistungstransisto­ ren verbunden ist und ausführlicher unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben wird.
In einer Halbbrückenschaltung führt der Ausgangsverbindungspunkt typischerweise einen Spannungshub unterhalb von Erde (COM) aus, wie dies in Fig. 1b gezeigt ist. Diese negative Spannungsspitze ist typischerweise für Hochleistungsschaltungen oder hoch in­ duktive Schaltungen höher und sie kann einige 10 Volt erreichen.
In Fig. 2 ist eine Halbbrücken-Konfiguration gezeigt, die durch ein Schnittstellen-Halbleiterplättchen oder eine integrierte Schaltung 25 angesteuert wird, die beispielsweise von Typ IR-2110 der Firma International Rectifier Corporation sein kann. Dieses Halbleiterplättchen ist eine Grenzschicht-isolierte integrierte Schaltung 25, bei der VS nicht unter das Bezugs­ potential COM um mehr als das Versorgungsspannungspotential VB absinken kann, weil das Versorgungsspannungspotential VB ebenfalls unter COM absinkt und die inhärente Diode 22 zwischen VB und COM in Durchlaßrichtung vorgespannt würde. Diese inhärente oder parasitäre Diode 2 ist typischerweise bei Treiberschaltungen der in Fig. 2 gezeigten Art vorhanden. In manchen Fällen kann die Vorspannung dieser Diode in Durch­ laßrichtung erhebliche Ströme hervorrufen, die die Diode oder andere Teile der Schaltung beschädigen können. Daher ist es vorzuziehen, zu verhindern, daß diese parasitäre Diode 22 in Durchlaßrichtung vorgespannt wird, wenn dies möglich ist, um auf diese Weise Schäden an der Schaltung zu verhindern. Zusätz­ lich zu der parasitären Diode 22 sind weiterhin eine parasitäre Diode 28 zwischen VDD und COM und eine weitere parasitäre Diode 30 zwischen VCC und COM ebenfalls vorhanden.
Fig. 5 zeigt ein typisches Schnittstellen-Halbleiterplättchen 25 in ausführlicherer Weise. Im einzelnen zeigt Fig. 5 die Einzelheiten einer typischen integrierten Treiberschaltung vom Typ IR-2110. Dieses Bauteil kann gemäß der Erfindung modifiziert werden, um die Schaltung gemäß der Erfindung einzuschließen, die ausführlich in den Fig. 3a und 3b gezeigt ist.
Fig. 5 ist ein funktionelles Blockschaltbild der Schaltung, die in der integrierten Schaltung 25 nach Fig. 2 enthalten ist. Logikeingangs-Anschlußstifte 10, 11 und 12 sind über Schmitt-Trigger-Schaltungen 32X, 32Y und 32Z mit RS-Signalspeichern 32T und 32U und mit Logikschaltungen 32V und 32W verbunden. Die Ausgänge der Logikschaltungen 32V und 32W sind mit jeweiligen Pegelschieberschaltungen 33A bzw. 33B verbunden. Wie dies zu erkennen ist, steuern die Ausgangssignale der Pegelschieber­ schaltungen 33A und 33B den spannungsseitigen Steuerausgang bzw. den erdseitigen Steuerausgang an den Anschlüssen 7 bzw. 1.
Das Ausgangssignal von der Pegelschieberschaltung 33B in dem erdseitigen oder niederspannungsseitigen Kanal wird über eine Verzögerungsschaltung 26A einem Eingang einer Verknüpfungs­ schaltung 26B zugeführt. Der Ausgang der Verknüpfungsschaltung 26B ist mit den Gate-Elektroden von Treiber-Ausgangs-MOSFET-Transistoren 26C und 26D verbunden. Wie dies weiter unten beschrieben wird, erzeugen diese Transistoren eine Gate-Spannung am Anschlußstift 1 (L OUT), wenn hierfür ein Befehl durch die Logikeingänge an den Anschlußstiften 11 und 12 geliefert wird.
Die Schaltung nach Fig. 5 enthält weiterhin eine Unterspannungs-Detektorschaltung 27, die das Ausgangssignal von dem Ver­ knüpfungsglied 26B abschaltet, wenn eine zu niedrige Spannung am Anschluß 3 (VCC) festgestellt wird, um ein Einschalten des Leistungs-MOSFET′s oder IGBT′s zu verhindern, der am Anschluß 1 betrieben wird.
Die Pegelschieberschaltung 33A für den spannungsseitigen Kanal der Schaltung ist mit einem Eingang eines Impulsgenerators 24A verbunden. Die Unterspannungs-Detektorschaltung 26E ist weiter­ hin mit dem Impulsgenerator 24A verbunden und schaltet den spannungsseitigen Ausgangskanal ab, wenn eine zu niedrige Spannung am Anschluß 3 (VCC) festgestellt wird.
Der Impulsgenerator 24A weist zwei Ausgänge auf, nämlich einen Setz-(S-)Ausgang, der mit dem Gate eines MOSFET 24B verbunden ist, und einen Rücksetz-(R-) Ausgang, der mit dem Gate eines MOSFET 24C verbunden ist.
Die Source-Elektroden der MOSFET′s 24B und 24C sind mit einer gemeinsamen Verbindungs-Sammelschiene verbunden, während ihre Drain-Elektroden mit Widerständen 24D bzw. 24E verbunden sind.
Im Normalbetrieb erzeugt das Zuführen von Impulsen an die MOSFET′s 24B und 24C von dem Impulsgenerator 24A Ausgangs­ spannungsimpulse Vset und Vrst an den Verbindungspunkten zwischen den MOSFET′s 24B und 24C und ihren jeweiligen Wider­ ständen 24D und 24E.
Die Impulse Vset und Vrst werden dann einem Impulsfilter 24F zugeführt. Die Ausgangskanäle des Filters 24F sind mit den R- und S-Eingängen eines Signalspeichers 24G verbunden. Eine zweite Unterspannungs-Detektorschaltung 24H liefert einen Eingang an den Signalspeicher 24G, um sicherzustellen, daß kein Signal an den Anschluß 7 angelegt wird, wenn eine zu niedrige Spannung am Anschluß 6 festgestellt wird.
Das Ausgangssignal des RS-Signalspeichers 24G wird dann zum Ein- und Ausschalten der Treiber-MOSFET′s 241 und 24J verwendet. Wenn ein einen hohen Pegel aufweisendes Signal dem Eingang R des RS-Signalspeichers 24G zugeführt wird, so wird das Ausgangssignal am Anschlußstift 7 abgeschaltet. Wenn ein einen hohen Pegel aufweisendes Signal dem S-Eingang des Signalspeichers 24G zugeführt wird, so wird das Ausgangssignal am Anschlußstift 7 eingeschaltet.
Fig. 5 zeigt die intrinsische oder parasitäre Diode 22, die zwischen VB und COM vorhanden ist, und die ebenfalls in Fig. 2 gezeigt ist. Zusätzlich finden sich intrinsische oder parasi­ täre Dioden zwischen VDD und COM und zwischen VCC und COM. Siehe die Dioden 28 und 30 in Fig. 5.
Die Fig. 3a und 3b zeigen zwei Beispiele, wie Transistoren in einer Halbbrücken-Konfiguration in einer sicheren Weise be­ trieben werden können, wobei übermäßige negative Spannungshübe des Ausgangsverbindungspunktes zugelassen werden können, ohne daß Schäden an den Treiberschaltungen auftreten. Diese Figuren zeigen, wie die Schaltung nach Fig. 5 gemäß der Erfindung modifiziert werden kann. Die zulässige negative Spannungsspitze am Ausgangsverbindungspunkt zwischen den Transistoren 10 und 20 kann unter Verwendung einer der beiden Schaltungen vergrößert werden, die in Fig. 3a bzw. 3b gezeigt sind.
Gemäß der Erfindung werden die gemeinsamen Anoden der intrin­ sischen Dioden 22, 28 und 30, die immer vorhanden sind, wie dies in den Zeichnungen gezeigt ist, um eine Spannung Vsub gegenüber dem Bezugspotential COM der erdseitigen Treiber­ schaltung 26 schwimmend gemacht. Wie dies gezeigt ist, ist die schwimmende Spannungsversorgung Vsub so gepolt, daß die Anoden der intrinsischen Dioden 22, 28 und 30 auf einem nega­ tiven Potential Vsub bezüglich COM angeordnet sind. Auf diese Weise kann VS unter COM um eine Spannung bis zu dem Potential von Vsub absinken. Diese Konfiguration ermöglicht eine maßge­ schneiderte Einstellung der zulässigen negativen Spannungs­ spitze an dem Ausgangsverbindungspunkt VS für eine vorgegebene Anwendung.
Die beiden Schaltungen nach den Fig. 3a und 3b unterscheiden sich lediglich durch die Tatsache, daß die Logik-Eingangs­ schaltungen 32a und 32b auf unterschiedliche Spannungen be­ zogen sind. In den Fig. 3a und 3b sind die Einzelheiten der Schnittstellenschaltung 25 nach Fig. 5 nicht gezeigt. In den Fig. 3a und 3b sind geeignete Pegelschieberschaltungen erfor­ derlich, um die Treibersignale von den Eingangsschaltungen 32a und 32b an die Treiberschaltungen 24 und 26 zu liefern. Der­ artige Pegelschieberschaltungen können von der Art sein, wie sie in der Patentanmeldung . . . (u. Zeichen 19850) vom 30. 4. 1996 beschrieben sind, deren Offenbarung durch diese Bezugnahme hier mit aufgenommen wird.
In Fig. 3a ist die Eingangsschaltung 32a schwimmend oberhalb der Spannung -Vsub angeordnet. Entsprechend ist bei der Schal­ tung nach Fig. 3a eine Pegelschieberschaltung 40 erforderlich, um den Pegel des Ausgangssignals der Eingangsschaltung 32a zunächst auf den Bezugspegel -Vsub zu verschieben. Der Ausgang der Pegelschieberschaltung 40 ist mit einer Pufferschaltung 41 verbunden, und der Ausgang der Pufferschaltung 41 ist mit Pegelschieberschaltungen 44 und 42 gekoppelt. Die Pegelschieber­ schaltung 42 ist erforderlich, um den Pegel der Signale von dem -Vsub-Pegel auf den Pegel COM zu verschieben, um die niederspannungsseitige Treiberschaltung 26 anzusteuern, und die Pegelschieberschaltung 44 ist erforderlich, um den Pegel der Signale von dem -Vsub-Pegel auf den Bezugspegel VB zu verschieben, um die spannungsseitige Treiberschaltung 24 anzusteuern.
Weil in Fig. 3b die Eingangsschaltung 32b bereits auf den -Vsub-Pegel bezogen ist, sind lediglich zwei Pegelschieber­ schaltungen erforderlich, nämlich eine Pegelschieberschaltung 46 zum Verschieben des Pegels des Ausgangssignals der Ein­ gangsschaltung 32b auf den COM-Bezugspegel, um die nieder­ spannungsseitige Treiberschaltung 26 anzusteuern, und eine weitere Pegelschieberschaltung 48 zum Verschieben des Bezugs­ pegels auf den Bezugspegel VB der spannungsseitigen Treiber­ schaltung 24.
Weil die Anode der intrinsischen Diode 22 sich nunmehr auf dem Pegel -Vsub bezüglich des Bezugspegels COM in den Schaltungen nach den Fig. 3a und 3b befindet, wird diese Diode nicht in Durchlaßrichtung vorgespannt, wenn VS um bis zu dem Vsub-Potential unter COM absinkt. Dies ist graphisch in Fig. 4 gezeigt, die die negative Spitze an dem Ausgangsverbindungs­ punkt Vs oberhalb des -Vsub-Potentials zeigt, wodurch ver­ hindert wird, daß die intrinsische Diode in Durchlaßrichtung leitet. Entsprechend können die Hochstrombedingungen, die bei der bekannten Schaltung nach Fig. 2 aufgrund der Vorspannung der intrinsischen Dioden in Durchlaßrichtung hervorgerufen werden, nicht auftreten.
Die Fig. 6a und 6b zeigen, wie Teile der Schaltungen nach den jeweiligen Fig. 3a und 3b in Form einer integrierten Schaltung ausgeführt werden können. Fig. 6a zeigt einen Teil der Schaltung nach Fig. 3a, während Fig. 6b einen Teil der Schaltung nach Fig. 3b zeigt. Die zwei Schaltungsstrukturen sind im wesent­ lichen identisch. Der einzige unterschied besteht darin, daß verschiedene Anschlüsse mit Punkten eines unterschiedlichen Potentials verbunden sind. Diese sind in den Fig. 6a und 6b gezeigt. Eine Beschreibung der Fig. 6a folgt. Aus Gründen der Kürze erfolgt keine ausführliche Beschreibung der Fig. 6b.
Der Leser kann die Unterschiede hinsichtlich der Potentiale durch einen Vergleich der beiden Figuren erkennen.
Wenn die Schaltung nach Fig. 3a in einem gemeinsamen Halbleiter­ plättchen ausgebildet wird, so werden die Hochspannungs- und Niederspannungsschaltungen lateral voneinander isoliert. Fig. 6a zeigt einen Teil eines derartigen Halbleiterplättchens im Querschnitt. So besteht in Fig. 6a ein Silizium-Halbleiterplätt­ chen 120 aus einem P⁻-Substrat 121, auf dem eine Epitaxial­ schicht 122 aus N⁻-Silizium aufgewachsen ist. Der N⁻-Bereich 122 ist durch P⁺-Senkenbereiche 130, 131 und 132 in Hochspan­ nungs- und Niederspannungsbereiche unterteilt. Somit umgrenzen die Senkenbereiche 130 und 131 einen Hochspannungs-Bauteilbereich 140 in der Epitaxialschicht 122, der von dem Niederspannungsbe­ reich 141 getrennt ist. Die Bereiche 140 und 141 können irgend­ eine gewünschte Topologie aufweisen. Weiterhin kann irgendeine gewünschte Isolationstechnik zwischen den Bereichen 140 und 141 verwendet werden.
Typischerweise umfassen MOSFET-Treiberschaltungen, wie z. B. die Schaltung 24 nach Fig. 3a, P-Kanal- und N-Kanal-MOSFET-Tran­ sistoren. Dies ist in der DE-OS 195 17 975 beschrieben, deren Offenbarung durch diese Bezugnahme hiermit aufgenommen wird. Die Hochsspannungsschaltungs-MOSFET′s der Treiberschaltung 24 nach Fig. 3a sind als in dem Hochspannungsbereich 140 ausgebil­ det dargestellt. Die P⁺-Kontaktbereiche 162 und 163, die in die Schichten 122 eindiffundiert sind, stellen irgendwelche der Source- und Drain-Bereiche der P-Kanal-MOSFET′s des Treiber­ bauteils 24 dar. Der P-Bereich 164 ist in die Schicht 122 ein­ diffundiert, um den Senkenbereich vom P-Leitungstyp zu bilden. Die N⁺-Kontaktbereiche 160 und 161, die in den Bereich 64 vom P-Leitungstyp eindiffundiert sind, stellen irgendwelche der Source- und Drainbereiche der N-Kanal-MOSFET′s des Treiberbau­ teils 24 nach Fig. 3a dar.
Typischerweise weisen Treiberbauteile wie die Schaltung 24 nach Fig. 3a weiterhin einen Niederspannungsabschnitt mit N-Kanal- und P-Kanal-MOSFET′s auf. Die MOSFEET′s der Niederspannungs-Steuerschaltungen der Treiberschaltungen 24 nach Fig. 3a sind schematisch als in dem Bereich 141 ausgebildet dargestellt. Ein N⁺-Kontaktbereich 125 ist in den Bereich 141 eindiffundiert und nimmt eine Elektrode auf, die sich auf dem Potential V1 be­ findet. Der Niederspannungs-Steuerbereich 124 würde weiterhin nicht gezeigte Diffusionen identisch zu den Diffusionen 160 und 164 in dem Hochspannungsbereich 40 für die Niederspannungs­ transistoren enthalten. Alle N⁺- und P⁺-Diffusionen in dem Niederspannungs-Steuerbereich 124 würden Elektroden aufnehmen, die auf Pegeln zwischen -Vsub und V1 liegen. Diese Diffusionen stellen die Source- und Drainbereiche der Niederspannungs-MOSFET′s der Treiberschaltung 24 nach Fig. 3a dar.
N⁺-Kontaktbereiche 126 und 127 sind in die Schicht 122 ein­ diffundiert und nehmen metallische Elektroden auf, die auf Potentialen zwischen VB (615V) und VS (600V) liegen können. Die P⁺-Senkbenbereiche 130, 131 und 132 nehmen Elektroden auf, die sich auf dem -Vsub-Potential befinden. P⁻-resurf-Bereiche 150 und 151 können den Hochspannungsbereich 140 umgeben, um eine Isolation gegenüber dem Niederspannungsbereich 141 zu erzielen.
Wie dies üblich ist, sind alle Bauteile in den Silizium-Ober­ flächen durch eine Isolierschicht überdeckt, beispielsweise durch eine Niederspannungs-Siliziumdioxid-(Silox-) Schicht 180, die eine Dicke von ungefähr 1,5 µm aufweisen kann. Kontakte an alle Oberflächenelektroden durchdringen die Isolierschicht 180 und sind an geeignete externe Anschlußstifte geführt, die nicht gezeigt sind.
Das Bauteil nach Fig. 6a ist weiterhin in üblicher Weise in einem Kunststoffgehäuse 181 angeordnet, das über der oberen Oberfläche des fertigen Halbleiterplättchens liegt und dieses überdeckt, wie dies schematisch in Fig. 6a gezeigt ist. Das für das Gehäuse verwendete Kunststoffmaterial kann irgendein geeignetes Isoliermaterial sein, wie es beispielsweise unter den Marken Nitto MP-150SG, Nitto MP-180 und Hysol MG15-F ver­ trieben wird.
Fig. 6a zeigt den Schaltungsquerschnitt für die Schaltung, die mit VB und VS in Fig. 3a verbunden ist. Ähnliche Schaltungs­ konstrunktionen würden für die Schaltungen ausgebildet, die mit VDD-VSS und VCC-COM nach Fig. 3a verbunden sind. Diese Schaltungen würden identisch, jedoch voneinander getrennt sein. Der einzige unterschied würde darin bestehen, daß für die VDD-VSS-Schaltung nach Fig. 3a der mit VB bezeichnete Punkt in Fig. 6a mit VCC oder VDD verbunden sein würde, und zwar in Abhängigkeit davon, ob es sich um die VCC-COM oder die VDD-VSS-Schaltung handelt, und der mit VS in Fig. 6a bezeichnete Punkt würde mit COM bzw. mit VSS verbunden sein. Die Schaltung nach Fig. 6b, die die Konstruktion eines Teils der Schaltung nach Fig. 3b zeigt, ist identisch zu der nach Fig. 6a, mit der Ausnahme, daß der Bereich 125 mit VDD ver­ bunden ist. Die Bereiche 130, 131 und 132 bleiben mit -Vsub verbunden. Es ist die VB-VS-Schaltung der Fig. 3b gezeigt (Treiber 24 nach Fig. 3b). Eine ähnliche Konstruktion würde für die VCC-COM-Schaltung verwendet (Treiber 26 nach Fig. 3b), doch würde dann der mit VB in Fig. 6b bezeichnete Punkt mit VCC verbunden, während der mit VS bezeichnete Punkt mit COM verbunden sein würde.
Im vorstehenden wurde ein Verfahren und eine Schaltung zur Ansteuerung von Leistungstransistoren in einer Halbbrücken-Konfiguration beschrieben, bei der übermäßige negative Span­ nungshübe des Ausgangsverbindungspunktes ohne Schäden zulässig sind. Vorzugsweise kann die Schaltung gemäß der Erfindung in einem einzigen Halbleiterplättchen integriert werden, beispiels­ weise in einem Silizium-Halbleiterplättchen. Beispielsweise kann die Erfindung in die Konstruktion eines üblichen MOSFET-Treiber-Halbleiterplättchens integriert werden, beispielsweise der, die unter der Bezeichnung IR2110 vertrieben wird.

Claims (8)

1. Verfahren zur Ansteuerung von Leistungstransistoren in einer Halbbrücken-Konfiguration, bei dem übermäßige negative Spannungshübe eines Ausgangsverbindungspunktes zwischen den Transistoren in der Halbbrücken-Konfiguration zulässig sind, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Anordnen von ersten und zweiten Leistungstransistoren in Serie in einer Halbbrücken-Konfiguration, wobei ein Ausgangs­ verbindungspunkt zwischen den Transistoren liegt,
Anschließen der in Serie geschalteten Transistoren zwischen einer ersten Spannungsquelle und einem gemeinsamen Potential,
Schaffung einer zweiten Spannungs-Bezugsquelle,
Schaffung eines Anschlusses, der mit einem gemeinsamen Punkt verbunden ist, der mit den Anoden von intrinsischen Dioden der Treiberschaltungen für die Leistungstransistoren verbunden ist, und
Anschließen der zweiten Spanungsquelle zwischen dem gemeinsamen Potential und dem genannten Anschluß derart, daß der Pegel des gemeinsamen Punktes so verschoben wird, daß die intrinsischen Dioden aufgrund von negativen Spannungsspitzen an dem Ausgangsverbindungspunkt nicht in Durchlaßrichtung vor­ gespannt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spannungs-Bezugsquelle zwischen dem gemeinsamen Potential und dem gemeinsamen, mit den Anoden der intrinsichen Dioden verbundenen Punkt derart angeschaltet wird, daß der gemeinsame Punkt ein negatives Potential bezüglich des gemeinsamen Potentials aufweist.
3. Schaltung zur Ansteuerung von Leistungstransistoren, die in Serie in einer Halbbrücken-Konfiguration angeordnet sind, wobei die Schaltung einen übermäßigen negativen Spannungshub eines Ausgangsverbindungspunktes zwischen den Transistoren in der Halbrücken-Konfiguration zuläßt, und wobei die in Serie geschalteten Transistoren zwischen einer ersten Spannungsquelle und einem gemeinsamen Potential anschaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung folgende Teile umfaßt:
Treiberschaltungen für jeden der Leistungstransistoren (10, 20),
einen Anschluß, der mit einem gemeinsamen Punkt verbun­ den ist, der mit den Anoden von intrinsischen Dioden der Trei­ berschaltungen für die Leistungstransistoren gekoppelt ist, und
wobei der Anschluß mit einer zweiten Spannungsquelle verbindbar ist, die zwischen dem gemeinsamen Potential und dem Anschluß vorgesehen ist, so daß der Pegel des gemeinsamen Punk­ tes derart verschoben wird, daß die intrinsischen Dioden auf­ grund von negativen Spannungsspitzen an dem Ausgangsverbindungs­ punkt nicht in Durchlaßrichtung vorgespannt werden.
4. Schaltung nach Anspruch 3, bei der die zweite Spannungs­ bezugsquelle zwischen dem gemeinsamen Potential und dem gemein­ samen Punkt anschaltbar ist, der mit den Anoden der intrinsi­ schen Dioden verbunden ist, derart, daß sich der gemeinsame Punkt auf einem negativen Potential gegenüber dem gemeinsamen Potential befindet.
5. Verfahren zur Integration einer Schaltung zur Ansteuerung von Leistungstransistoren in einer Halbbrücken-Konfiguration, bei der übermäßige negative Spannungshübe eines Ausgangs-Ver­ bindungsknotens zwischen den Transistoren in der Halbrücken-Konfiguration zulässig sind, in ein einziges integriertes Schaltungs-Halbleiterplättchen, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Anordnen erster und zweiter Leistungstransistoren in Serie in einer Halbbrücken-Konfiguration mit einem Ausgangs­ verbindungspunkt zwischen den Transistoren,
Anschalten der in Serie geschalteten Transistoren zwischen einer ersten Spannungsquelle und einem gemeinsamen Potential,
Schaffung einer zweiten Bezugsspannungsquelle,
Schaffung eines Anschlusses, der mit einem gemeinsamen Punkt verbunden ist, der mit den Anoden von intrinsischen Dio­ den der Treiberschaltungen für die Leistungstransistoren ge­ koppelt ist, und
Verbinden der zweiten Spannungsquelle zwischen dem gemeinsamen Potential und dem Anschluß derart, daß der Pegel des gemeinsamen Punktes so verschoben wird, daß die intrin­ sischen Dioden aufgrund von negativen Spannungsimpulsen an dem Ausgangsverbindungspunkt nicht in Durchlaßrichtung vorgespannt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Bezugsspannungsquelle zwischen dem gemeinsamen Potential und dem gemeinsamen, mit den Anoden der intrinsischen Dioden gekoppelten Punkt derart angeschaltet wird, daß sich der gemeinsame Punkt auf einem negativen Potential bezüglich des gemeinsamen Potentials be­ findet.
7. Schaltung, die in einem einzigen integrierten Schaltungs-Halbleiterplättchen integriert ist, um Leistungstransistoren anzusteuern, die in Serie in einer Halbbrücken-Konfiguration angeordnet sind, wobei übermäßige negative Spannungshübe eines Ausgangs-Verbindungspunktes zwischen den Transistoren in der Halbbrücken-Konfiguration zulässig sind und die in Serie ge­ schalteten Transistoren zwischen einer ersten Spannungsquelle und einem gemeinsamen Potential anschaltbar sind, gekennzeichnet durch:
Treiberschaltungen für jeden der Leistungstransistoren, einen Anschluß, der mit einem gemeinsamen Punkt ver­ bunden ist, der mit den Anoden von intrinsischen Dioden der Treiberschaltungen für die Leistungstransistoren gekoppelt ist, und
wobei der Anschluß mit einer zweiten Spannungsquelle verbindbar ist, die zwischen dem gemeinsamen Potential und dem Anschluß vorgesehen ist, um den Pegel des gemeinsamen Punktes derart zu verschieben, daß die intrinsischen Dioden bei nega­ tiven Spannungsspitzen an dem Ausgangs-Verbindungspunkt nicht in Durchlaßrichtung vorgespannt werden.
8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spannungsbezugsquelle zwischen dem gemeinsamen Potential und dem gemeinsamen Punkt, der mit den Anoden der intrinsischen Dioden gekoppelt ist, derart angeschaltet ist, daß der gemeinsame Punkt ein negatives Potential bezüglich des gemeinsamen Potentials aufweist.
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