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Die vorliegende Erfindung betrifft
im allgemeinen elektrische Versorgungsschutzschaltungen bzw. geschützte Stromversorgungsschaltungen,
und insbesondere elektrische Versorgungsschutzschaltungen, die in
Kraftfahrzeuganwendungen verwendet werden.
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Das Bedürfnis nach einem Schutz von
elektrischen Schaltungen und Systemen gegenüber Schwankungen der Energieversorgung
ist wohl bekannt. Alle elektrischen Vorrichtungen haben Beschränkungen
in Bezug auf die Art und den Bereich einer elektrischen Hauptenergieversorgung,
von welcher sie betrieben werden, und falls die elektrische Hauptenergie
diese Grenzen überschreitet,
müssen spezielle
Vorkehrungen getroffen werden, um eine ordnungsgemäße Leistungsfähigkeit
der Vorrichtungen sicherzustellen.
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Unter den geläufigen Arten von Hauptenergieschwankungen
sind Überspannungsbedingungen,
Unterspannungsbedingungen, Umkehrpolungs- bzw. Umkehrspanunngsbedingungen
(reverse battery), Energieausfälle
und Rauschen zu nennen. Überspannungs-
und Umkehrpolungsbedingungen sind insbesondere ungünstig insoweit,
als sie einen Schaden an einer Einrichtung verursachen können, wenn sie
auftreten.
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Das U.S.-Patent
US 5410441 offenbart eine Schutzschaltung,
welche einen Schutz gegen Überspannung
und Umkehrpolarität
einer Eingangsspannung bereitstellt.
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In vielen Anwendungen, insbesondere
bei Anwendungen in Kraftfahrzeug, müssen elektrische Vorrichtungen
und Schaltungen starke DC-Hauptstromüberspannungsbedingungen aushalten,
ohne einen Schaden zu erleiden, und in einigen Fällen einen unterbrechungsfreien
Betrieb bereitzustellen. Das Auftreten einer Verpolung kommt ebenfalls ziemlich
häufig
bei Kraftfahrzeuganwendungen vor. Es ist daher eine übliche Vorsorgemaßnahme, irgendeine
Art von Energieausgleich bzw. Energiekonditionierung zwischen der
Hauptenergiequelle und der elektrischen Vorrichtung bereitzustellen,
um entweder diese ungewünschten
Energiezustände
zu eliminieren oder in adäquater
Weise zu kontrollieren.
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Ein Energieausgleich wurde im Stand
der Technik unter Verwendung von diskreten elektrischen Komponenten,
integrierten Schaltungen und Hybridimplementationen durchgeführt. Einige
integrierte Leistungsschaltungen weisen einen chipinternen integrierten Überspannungsschutz
auf; jedoch hat dieser im Stand der Technik den Nachteil eines hohen
Siliziumverbrauchs, wodurch zusätzliche
Kosten hinzukommen. Die Signalgangsstufe der integrierten Schaltung
muß ebenfalls
so gestaltet sein, um diese höheren
Spannungen auszuhalten, mit dem Ergebnis, daß bestimmte Bauelementeigenschaften
verschlechtert werden, wie etwa Vce (sat) und Rds (on). Oftmals
müssen
zusätzliche
externe diskrete Komponenten, wie etwa Hochleistungszenerdioden,
mit umfaßt
werden, um Spannungsspitzen zu absorbieren, welche sonst andere
Digital/Analog-Niedrigspannungsschaltungen,
die in der elektrischen Schaltung vorhanden sind, beschädigen würden. Diese
externen Komponenten erhöhen
die Größe und Kosten
und können
zu einer vermehrten Ineffizienz der Energie bzw. Energieversorgung
führen.
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In Bezug auf Umkehrpolungsbedingungen können in
den verschiedenen bekannten Schaltungstechnologien (Niedrig/Hoch-Seite,
Halb/Voll-Brücke) sehr
hohe Ströme
in die parasitäre
Substratdiode oder Freilaufdiode des Leistungsbauelements fließen, wenn
hochinduktive oder niedrigresistive Lasten betrieben werden. Die
in den elektrischen Schaltungen verwendeten Komponenten müssen ausgebildet sein,
um den erwarteten Umkehrpolungsbedingungen ohne Beschädigung standzuhalten,
und im Stand der Technik hat dies in der Regel bedeutet, daß Silizium
verbrauchende integrierte Schaltungsstrukturen verwendet werden.
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Wie im Stand der Technik bekannt
ist, beschädigen
die oben genannten starken Ströme,
welche fließen
können,
die Last, das Leistungsbauelement und/oder andere elektrische Komponenten
in der Schaltung. In der Regel wird eine Sicherung eingefügt, wenngleich
einige einzelne bekannte Lösungen
einen Leistungs-MOSFET (Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor)
(Metalloxid Silizium Feldeffekt Transistor) an entweder der Versorgungsleitungsseite
oder der Erdleitungsseite verwenden. Der Leistungs-MOSFET ist während des
Normalbetriebes eingeschaltet und während der Umkehrpolungsbedingungen
ausgeschaltet, wodurch der Stromfluß unterbrochen wird. Wenn ein
Leistungs-MOSFET an der Versorgungsseite angeordnet ist, wird in
der Regel eine Ladungspump- und Logikschaltung benötigt. Wenn
der Leistungs-MOSFET an der Erdungsseite angeordnet ist, kann eine
Ladungspumpe in Abhängigkeit
der minimalen Versorgungsspannung notwendig sein oder nicht, jedoch
benötigt
man irgendeine Art von Steuerungsschaltung. Ein Nachteil des bekannten
MOS-Ansatzes an der Erdungsseite sind unerwünschte Erdungs-Bounceeffekte.
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Es besteht daher ein unerfülltes Bedürfnis im Stand
der Technik in der Lage zu sein, die benötigte Versorgungsschutzschaltung
integriert auf einem einzigen Chip bereitzustellen, welcher keine
externen Komponenten oder Schaltungen benötigt. Daher wäre es im
Stand der Technik vorteilhaft in der Lage zu sein, eine Einchip-Lösung bereitzustellen,
welche den erforderlichen Schutz bei Kraftfahrzeuganwendungen bereitzustellt,
welche bekanntlich besonders strenge Anforderungen an den Überspannungs-
und Umkehrpolungsspannungsschutz haben.
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Es ist daher ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, eine notwendige elektrische Leistungs- bzw. Versorgungsschutzschaltung
auf einem einzelnen Chip als ein integriertes Schaltungsbauelement
bereitzustellen, so daß externe
Komponenten oder Schaltungen nicht notwendig sind, um die elektrische Versorgungsschutzschaltung
zu realisieren.
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Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung, eine elektrische Versorgungsschutzschaltung bereitzustellen,
welche in der Lage ist, einen Schutz gegenüber Überspannungs- und Umkehrpolungsspannungsbedinungen
bereitzustellen.
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Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung, eine elektrische Versorgungsschutzschaltung bereitzustellen,
welche in der Lage ist, einen Schutz gegen Überspannungs- und Umkehrpolungsspannungsbedingungen
bei Kraftfahrzeuganwendungen bereitzustellen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
stellt daher eine integrierte elektrische Leistungs- bzw. Versorgungsschutzschaltung
einen Schutz gegen Umkehrpolungs- und Überspannungsbedingungen bereit,
was insbesondere von Wert bei Kraftfahrzeuganwendungen ist, bei
welchen Umkehrpolungs- und Überspannungsbedingungen
häufig
vorkommen. Eine integrierte elektrische Versorgungsschutzschaltung
umfaßt
ein Umkehrpolungsbedingungsschutzelement, welches von einer Batterieenergiequelle
direkt oder indirekt versorgt wird, welches gegen eine Umkehrpolungsbedingung
der Batterieenergiequelle schützt,
und ein Überspannungsschutzelement,
welches mit dem Umkehrpolungsbedingungsschutzelement verbunden ist,
welches gegen eine Überspannungsbedingung
der Batterieenergiequelle schützt und
einen geschützten
Versorgungsausgang erzeugt, welcher sowohl gegenüber Batterieüberspannungsbedingungen
als auch Umkehrpolungsspannungsbedingungen isoliert ist. Zusätzlich kann
das integrierte Schaltungsbauelement ferner einen geschützten Hilfs-Versorgungsausgang
bereitstellen, welcher gegenüber
Umkehrpolungsspannungsbedingungen isoliert ist.
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Das Umkehrpolungsbedingungsschutzelement
wird entweder direkt oder indirekt von einer Batterieenergiequelle
versorgt und hat einen ersten Transistor, wie etwa einen MOSFET,
einen ersten Treiber, welcher mit dem ersten Transistor verbunden ist,
welcher eine konstante Spannung an den ersten Transistor während einer
normalen Betriebsbedingung der elektrischen Versorgungsschutzschaltung liefert,
und einen Schalter, wel cher mit dem ersten Transistor und dem ersten
Treiber verbunden ist. Während
einer Umkehrpolungsbedingung der Batterieenergiequelle ist das Umkehrpolungsbedingungsschutzelement
außer
Betrieb, so daß kein
Strom von der Batterieenergiequelle zu dem Überspannungsschutzelement fließt, wodurch
der geschützte
Versorgungsausgang von der Batterieenergiequelle isoliert ist. Der
erste Transistor wird durch den Schalter ausgeschaltet, was eine
Kurzschlußbedingung
zwischen der Batterieenergiequelle und der konstanten Spannung,
welche durch den ersten Treiber erzeugt wird, herstellt. Die Kurzschlußbedingung
zwischen der Batterieenergiequelle und der konstanten Spannung zwingt
die Gate-zu-Source-Spannung des Ersttransistors auf Null.
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Das Überspannungsschutzelement ist
mit dem Umkehrpolungsbedingungsschutzelement gekoppelt und erzeugt
einen geschützten
Versorgungsausgang, und es hat einen zweiten Transistor, welcher
mit dem ersten Transistor verbunden ist, und um den geschützten Versorgungsausgang
bereitzustellen, einen zweiten Treiber, welcher mit dem zweiten Transistor
verbunden ist, welcher eine Spannung erzeugt, die dem Transistor
zugeführt
wird, und einen Regler, welcher mit dem zweiten Treiber gekoppelt ist.
Während
einer Überspannungsbedingung
der Batterieenergiequelle ist das Überspannungsschutzelement in
Betrieb, um den geschützten
Versorgungsausgang auf einem konstanten Wert zu halten, welcher
von der Überspannungsbedingung
der Batterieenergiequelle isoliert ist. Der zweite Transistor wird
durch die Spannung geregelt, welche durch den zweiten Treiber erzeugt
wird, die durch den Regler konstant gehalten wird. Eine Regelung
des zweiten Transistors bewirkt, daß der zweite Transistor in
eine Sättigungsbetriebsregion übergeht,
so daß der
zweite Transistor arbeitet, um den geschützten Versorgungsausgang auf
einem konstanten Wert zu halten.
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Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung
wird eine elektrische Versorgungsschutzschaltung bereitgestellt,
welche einen Schutz gegen Überspannung-
und Umkehrpolungs spannungsbedingungen liefert, aufweisend: ein Umkehrpolungsbedingungsschutzelement,
welches von einer Batterieenergiequelle versorgt wird, welches gegen
eine Umkehrpolungsbedingung der Batterieenergiequelle schützt; und
ein Überspannungsschutzelement,
welches mit dem Umkehrpolungsbedingungsschutzelement verbunden ist,
welches gegen eine Überspannungsbedingung
der Batterieenergiequelle schützt und
einen geschützten
Versorgungsausgang bereitstellt, wobei während einer Umkehrpolungsbedingung
der Batterieenergiequelle das Umkehrpolungsbedingungsschutzelement
außer
Betrieb ist, so daß kein
Strom von der Batterieenergiequelle zu dem Überspannungsschutzelement fließt, wodurch
der geschützte
Versorgungsausgang von der Energiebatteriequelle isoliert ist, wobei
während
einer Überspannungsbedingung
der Batterieenergiequelle das Überspannungsschutzelement
im Betrieb ist, um den geschützten
Versorgungsausgang auf einer konstanten Spannung zu halten, welcher
von der Überspannungsbedingung
der Batterieenergiequelle isoliert ist.
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Das Umkehrpolungsbedingungsschutzelement
kann einen ersten Transistor bzw. ein erstes Transistorelement,
einen ersten Treiber bzw. ein erstes Treiberelement, welcher mit
dem ersten Transistor verbunden ist und eine konstante Spannung
dem ersten Transistor während
einer normalen Betriebsbedingung der elektrischen Versorgungsschutzschaltung
zuführt,
und einen Schalter aufweist, welcher mit dem ersten Transistor und
dem ersten Treiber gekoppelt ist.
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Während
der Umkehrpolungsbedingung der Batterieenergiequelle kann der erste
Transistor durch den Schalter ausgeschaltet sein, was eine Kurzschlußbedingung
zwischen der Batterieenergiequelle und der konstanten Spannung,
welche durch den ersten Treiber erzeugt wird, herstellt.
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Der erste Transistor kann ein MOSFET
Transistor sein, und die Kurzschlußbedingung zwischen der Batterieenergiequelle
und der konstanten Spannung zwingt die Gate-zu-Source-Spannung des
ersten Transistors auf Null.
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Der erste Transistor kann eine Substratdiode aufweisen.
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Der Schalter kann eine FET (Field
Effect Transistor (Feld Effekt Transistor)) sein.
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Der erste Treiber kann eine geregelte
Versorgungsschaltung oder eine Ladungspumpe sein. Das Überspannungsschutzelement
kann einen zweiten Transistor bzw. ein zweites Transistorelement,
einen zweiten Treiber bzw. ein zweites Treiberelement, welches mit
dem ersten Transistor verbunden ist und eine Spannung erzeugt, die
dem zweiten Transistor zugeführt
wird, und einen Regler bzw. ein Reglerbauelement aufweisen, welches
mit dem zweiten Treiber verbunden ist, wobei während der Überspannungsbedingung der Batterieenergiequelle
der zweite Transistor durch die durch den zweiten Treiber erzeugte Spannung
geregelt wird, welche durch den Regler konstant gehalten wird, und
wobei eine Regelung des zweiten Transistors bewirkt, daß der zweite
Transistor in einen Sättigungsbetrieb übergeht,
so daß der zweite
Transistor betrieben wird, um den geschützten Versorgungsausgang auf
der konstanten Spannung zu halten.
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Der zweite Transistor kann eine Substratdiode
aufweisen.
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Der zweite Treiber kann eine geregelte
Versorgungsschaltung oder eine Ladungspumpe sein.
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Der Regler kann ein Begrenzungselement bzw.
Klemmbauelement sein.
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Die elektrische Versorgungsschutzschaltung kann
ferner einen zusätzlichen
geschützten
Versorgungsausgang aufweisen, welcher durch das Umkehrpolungsbedingungsschutzelement
erzeugt wird, der gegen eine Umkehrpolungsbedingung der Batterieenergiequelle
geschützt
ist.
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Der erste Transistor kann ein erster
MOSFET Transistor sein, und der zweite Transistor kann ein zweiter
MOSFET Transistor sein.
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Die elektrische Versorgungsschutzschaltung kann
eine integrierte Schaltung sein.
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Die neuartigen Merkmale, die charakteristisch
für die
Erfindung sind, sind in den beigefügten Ansprüchen angegeben. Die Erfindung
selbst sowie eine bevorzugte Anwendung und weitere Ziele und Vorteile
der Erfindung ergeben sich am besten unter Bezugnahme auf die nachfolgende
detaillierte Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform,
in Verbindung mit der/den beigefügten
Zeichnung(en), wobei:
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1 ein
Blockdiagramm einer integrierten Versorgungsschutzschaltung nach
der vorliegenden Erfindung ist; und
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2 ein
Diagramm von allgemeinen Wellenformen, welche während einer Übergangsbedingung
auftreten, gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Die vorliegende Erfindung beschreibt
eine integrierte Schaltung, welche neuartige und neue Verfahren
zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung verwendet, welche vollständig gegen Überspannungs-
und Umkehrpolungsbedingungen geschützt ist.
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In 1 ist
ein Gesamtblockdiagramm 100 der elektrischen Versorgungsschutzschaltung 105 der
vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Komponenten der elektrischen
Versorgungsschutzschaltung 105 können auf einem integrierten
Schaltungsbauelement bereitgestellt sein, und eine integrierte Schaltungsrealisierung
gemäß der vorliegenden
Erfindung begegnet den Problemen des Standes der Technik. Die Energiequelle,
Vbatt, wird an einen Versorgungseingang 115 angelegt. Der
geschützte
Spannungsausgang, Vprot, wird von einem geschützten Versorgungsausgang 120 abgenommen.
Der normale Strompfad läuft
vom Versorgungseingang 115 zu einem ersten MOSFET Transistor 140 zu
einem zweiten MOSFET Transistor 145 und zum geschützten Versorgungsausgang 120.
Eine erste Substratdiode 130 und eine zweite Substratdiode 135 sind
Substratdioden und sind ein Teil des ersten MOSFET Transistor 140 bzw.
des zweiten MOSFET Transistors 145, wie es dargestellt
ist. Der erste MOSFET Transistor 140 und zugehörige Komponenten
eines ersten Treibers 155 und eines Schalters 150 sind
vorgesehen, um einen Schutz gegen Umkehrpolungsbedingungen (Vbatt < 0) bereitzustellen.
Der zweite MOSFET Transistor 145 und zugehörige Komponenten
eines zweiten Treibers 160 und eines Reglers/Begrenzers 165 schützen gegen Überspannungsbedingungen, welche
an dem Versorgungseingang 115 vorkommen können. Ein
zusätzlicher
Ausgang 110 ist vorgesehen, um einen Versorgungsausgang
bereitzustellen, welcher nur gegen Umkehrpolungsbedingungen geschützt ist.
Erde 125 ist die Leistungserdung für die elektrische Versorgungsschutzschaltung 105.
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Im Falle einer Umkehrpolungsspannung
wird der erste MOSFET Transistor 140 ausgeschaltet, so daß kein Strom
zwischen dem Versorgungseingang 115 und dem Hilfsausgang 110 fließen kann.
Dies wird durch den Schalter 150 ausgeführt, welcher einen Kurzschluß zwischen
einer ersten Gatespannung 170 und dem Versorgungseingang 115 während der
Umkehrpolungsbedingungen bereitstellt, welcher Vgs (Gate-zu-Source-Spannung)
des ersten MOSFET Transistors 140 auf Null sinkt. Wenn
Vgs = 0, wird der erste MOSFET Transistor 140 ausgeschaltet,
und kein Strom kann von dem Versorgungseingang 115 zu dem
geschützten
Versorgungsausgang 120 fließen. Dies bedeutet, daß der geschützte Versorgungsausgang 120 von
der Umkehrpolungsbedingung, welche am Versorgungseingang 115 anliegt,
isoliert ist.
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Es wird angemerkt, daß der Schalter 150 die Schaltungsfunktion
bereitstellt, wodurch der Versorgungseingang 115 und die
erste Gate-Spanne 170 kurzgeschlossen werden, wenn Vgnd > Vbatt sind, wobei
diese sonst nicht kurz geschaltet sind. Diese Schaltungsfunktion
ist grundlegend und kann mittels anderer Mittel als den FET ausgeführt werden,
wie er für
den Schalter
150 dargestellt ist, wie es im Stand der Technik
wohl bekannt ist.
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Der Zweck eines ersten Treibers 155 besteht darin,
eine konstante Spannung an der ersten Gatespannung 170 zu
erhalten, so daß der
erste MOSFET Transistor 140 während des Normalbetriebes ständig eingeschaltet
ist. Der erste Treiber 155 ist in der Regel eine geregelte
Versorgungsschaltung oder eine Ladungspumpschaltung, und verschiedene
Methoden sind im Stand der Technik bekannt, um eine konstante Spannung
als die erste Gatespannung 170 bereitzustellen. Die Spannung
an der ersten Gatespannung 170 hängt von dem Bauelementtyp ab
und hat einen Wert, welcher ausreichend ist, um sicherzustellen,
daß der
erste MOSFET Transistor 140 eingeschaltet bleibt.
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Überspannungsübergänge am Versorgungseingang 115,
welche den Nominalwert Vbatt übersteigen,
werden durch die erste Substratdiode 130 oder den ersten
MOSFET Transistor 140 durchgelassen, je nachdem welches
Bauelement den geringeren Spannungsabfall aufweist und am zusätzlichen Ausgang 110 auftritt.
Das Gate des zweiten MOSFET Transistors 144 wird durch
die Kombination des Reglers/Begrenzers 165, Reglers/Begrenzers-Spannung 180 und
zweiten Treibers 160 auf einen konstanten Wert der zweiten
Gatespannung 185 begrenzt oder geregelt. Das Ergebnis einer Überspannungsbedingung
am zusätzlichen
Ausgang 110 und einer konstanten zweiten Gatespannung 185 besteht
darin, daß der
zweite MOSFET Transistor 145 in einem Sättigungsbetrieb übergeht,
wobei der geschützte
Leistungsaufbau 120 auf einer konstanten, aber erhöhten Spannung
erhalten wird. Mit anderen Worten wird die erhöhte Spannung am zusätzlichen
Ausgang 110 durch den zweiten MOSFET Transistor 145 absorbiert,
was als eine Zunahme der Spannungsdifferenz über dem zweiten MOSFET Transistor 145 erscheint, was
den geschützten
Leistungsaufbau 120 im wesentlichen konstant und isoliert
von der Überspannungsbedingung
am Versorgungsausgang 15 hält.
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Der Zweck der Kombination von zweitem Treiber 160 und
Regler/Begrenzer 165 besteht darin, eine konstante Spannung
an der zweiten Gatespannung 185 aufrechtzuerhalten, so
daß der
zweite MOSFET Transistor 140 während eines Normalbetriebes
ständig
eingeschaltet bleibt, jedoch auf Überspannungsbedingungen am
zusätzlichen
Ausgang 110 reagiert, wie es vorstehend erläutert wurde.
Der zweite Treiber 160 ist in der Regel eine geregelte
Versorgungsschaltung oder eine Ladungspumpschaltung, und der Regler/Begrenzer 165 ist
ein Regler oder eine Spannungsbegrenzungsschaltung. Viele Methoden
sind im Stand der Technik bekannt, um eine konstante zweite Gatespannung 185 zu
liefern. Die zweite Gatespannung 185 hängt in der Regel von der Bauelementart
und hat einen Wert, der ausreichend ist, um sicherzustellen, daß der zweite
MOSFET Transistor 145 eingeschaltet bleibt, wie es vorstehend
erläutert
wurde.
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Es wird nun eine detailliertere Erläuterung des Überspannungsschutzmechanismus
gemäß der vorliegenden
Erfindung gegeben. Man beachte, daß eine Überspannungsbedingung am Versorgungseingang 115 am
zusätzlichen
Ausgang 110 auftreten wird, weil der erste MOSFET Transistor 140 eingeschaltet
ist oder die erste Substratdiode 130 in Durchgangsrichtung
betrieben wird. Wenn nichts unternommen wird, folgt der geschützte Versorgungsausgang 120 dem
Hilfsausgang 110. Wenn die zweite Gatespannung 185 auf
einer konstanten Spannung (durch den zweiten Treiber 160 und
Regler/Begrenzer 165) gehalten wird und sobald der Wert
am zusätzlichen
Ausgang 110 zunimmt, versucht der geschützte Versorgungsausgang 120 zu
folgen, was eine Abnahme der Vgs des zweiten MOSFET Transistors 145 zur
Folge hat. Diese Abnahme im Vgs bewirkt, daß Rds (on) des zweiten MOSFET
Transistors 145 zunimmt, was bewirkt, daß die Spannung
am geschützten
Versorgungsausgang 120 abnimmt. Dies ist der Mechanismus,
bei welchem Vprot auf einem im wesentlichen konstanten Wert gehalten
werden kann.
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Unter Bezugnahme auf 2 stellt eine Wellenform A die Spannung
Vbatt dar, welche am Versorgungseingang 115 während einer Überspannungsübergangsbedingung
vorherrscht. Diese Spannung beginnt bei einer nominellen Betriebsspannung Vbatt-nom,
welche kurzzeitig auf eine Überspannung Vbatt-ov
ansteigt, bevor sie wieder auf Vbatt-nom zurückkehrt. Eine Wellenform B
repräsentiert
die resultierende Spannung am zusätzlichen Ausgang 110 und
zeigt, wie die Überspannungsbedingung
sich vom Versorgungseingang 115 zum zusätzlichen Ausgang 110 fortpflanzt.
Die Spannung am zusätzlichen Ausgang 110 ist
etwas geringer als Vbatt-ov aufgrund des Vorwärtsspannungsabfalles der ersten
Substratdiode 130 oder des ersten MOSFET Transistors 140, je
nachdem welches Bauelement den geringeren Spannungsabfall aufweist.
Eine Wellenform C zeigt Vgs des zweiten MOSFET Transistors 145 während eines Überspannungsüberganges,
und eine Wellenform D zeigt, wie die Spannung am geschützten Versorgungsausgang 120 während des Überganges
fest gehalten wird. Die am geschützten
Versorgungsausgang 120 anliegende Spannung ist [Vbatt-nom – Iload(Rds
(on total))] während
eines Normalbetriebes, wobei Iload der Strom ist, welcher durch
die Last (nicht gezeigt) gezogen wird, welche an dem geschützten Versorgungsausgang 120 anliegt,
und Rds (on) (Drain-zu-Source-Widerstand) in einem EIN-Zustand)
total der Rds (on) am zweiten MOSFET Transistor 145 ist,
summiert mit dem Rds (on) des ersten MOSFET Transistors 140.
Während
des Überspannungsüberganges
ist die maximale Spannung am geschützten Versorgungsausgang 120 durch
den Wert der Klemmspannung der zweiten Gatespannung 145 begrenzt.
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Wie aus den vorhergehenden Erläuterungen zu
sehen ist, stellt die vorliegende Erfindung einen Schutz für elektrische
Bauelemente, welche mit einem geschützten Versorgungsausgang 120 verbunden
sind, gegen Überspannungs-
und Umkehrpolungsspannungsbedingungen bereit, welche an dem Versorgungseingang 115 vorliegen
können.
Dies ermöglicht
eine Vereinfachung der Schaltung der elektrischen Bauelemente, weil
diese keine Überspannung-
oder Umkehrpolungsspannungsbedingungen mehr sehen werden. Die vorliegende
Erfindung stellt diesen Schutz durch eine neuartige Technik des
Blockierens, Nichtbegrenzens, der Überspannungs- und Umkehrpolungsspannungsbedingun gen
bereit, um den geschützten
Ausgang zu isolieren. Die vorliegende Erfindung realisiert diesen
Schutz auf einem einzelnen Chip, ohne irgendwelche externen Komponenten
zu benötigen,
indem eine neuartige Dual-Leistungs-MOSFET-Struktur mit antiparallelen Drains
zusammen mit zugehörigen
Steuerstrukturen verwendet wird.
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Während
die vorliegende Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
dargestellt und beschrieben wurde, versteht sie für den Fachmann,
daß verschiedene
Veränderungen
in der Form und im Detail dabei gemacht werden können, ohne den Geist und Schutzbereich
der Erfindung zu verlassen.