KR20070035525A - Bi-directional current sensing by monitoring vs voltage in a half or full bridge circuit - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전형적인 MOSFETS에서, 하이 사이드 및 로우 사이드 트랜지스터 스위치들을 포함하며, 브리지가 연결된 스위치 트랜지스터 출력 회로에서 출력 전류를 결정하기 위한 장치 및 방법에 대한 것이다. 상기 하이 및 로우 사이드 스위치들 사이의 공통 노드에서 상기 전압이 센싱되며, 상기 전압이 관심있는 모든 양 또는 음의 출력 전류에 대하여 양의 값을 가지기 위해서 고정된 총량으로 제1 회로에서 오프셋된다. 상기 출력 전류는 상기 로우 사이드 스위치가 켜지는 시간과 관련하여 미리 결정된 시간에 상기 오프셋 전압을 수신하는 제2 회로 내에서 실제적으로 결정된다. 상기 제1 회로는 전류 참조 소스/레벨 쉬프터 및 특정 회로 구성에서 복수의 트랜지스터로 형성된 전류 거울 회로를 포함한다. 상기 제2 회로는 전류 측정 신호를 제공하기 위해서 요구된 시간에 게이트 NMOS 트랜지스터에 의해서 상기 제 1 회로의 출력과 커플된다. 상기 제2 회로는 상기 제1 전류 참조 소스와 전기적 특성들이 본질적으로 동일한 특성을 가지는 제2 전류 참조 소스를 포함하며, 제2 복수의 트랜지스터들은 각각 상기 출력 사이드 회로 트랜지스터들에 매치하며 그리고 동일한 회로 구성과 연결된다. 상기 제2 회로에 있어서, 상기 오프셋 신호는 만약 상기 출력 전류가 과전류 제한을 양으로 또는 음으로 초과한다면, 표시를 제공하기 위해서 하이 및 로우 사이드 참조 신호들과 비교된다. 상기 센싱 회로는 단일의 IC 내의 상기 출력 회로 게이트 드라이버와 유리하게 집적된다.The present invention relates to an apparatus and method for determining the output current in a switch transistor output circuit with bridges connected in a typical MOSFETS, including high side and low side transistor switches. The voltage is sensed at the common node between the high and low side switches, and the voltage is offset in the first circuit by a fixed total amount to have a positive value for any positive or negative output current of interest. The output current is actually determined in a second circuit that receives the offset voltage at a predetermined time in relation to the time at which the low side switch is turned on. The first circuit includes a current reference source / level shifter and a current mirror circuit formed of a plurality of transistors in a particular circuit configuration. The second circuit is coupled to the output of the first circuit by a gate NMOS transistor at the time required to provide a current measurement signal. The second circuit includes a second current reference source having electrical characteristics essentially the same as the first current reference source, the second plurality of transistors each matching the output side circuit transistors and having the same circuit configuration. Connected with In the second circuit, the offset signal is compared with high and low side reference signals to provide an indication if the output current exceeds the overcurrent limit positively or negatively. The sensing circuit is advantageously integrated with the output circuit gate driver in a single IC.

하프 브리지 또는 풀 브리지 회로, 양방향 전류 센싱 Half-Bridge or Full-Bridge Circuit, Bidirectional Current Sensing

Description

하프 또는 풀 브리지 회로 내의 VS 전압을 모니터링함으로써 양방향 전류 감지{BI-DIRECTIONAL CURRENT SENSING BY MONITORING VS VOLTAGE IN A HALF OR FULL BRIDGE CIRCUIT}BI-DIRECTIONAL CURRENT SENSING BY MONITORING VS VOLTAGE IN A HALF OR FULL BRIDGE CIRCUIT}

본 출원은 2004년 6월 2일에 출원된 미국 가출원 60/576,829에 기초하여 우선권을 수반하며, 이 가출원의 모든 개시 내용이 본원에 참고로서 합체된다. This application entails priority based on US provisional application 60 / 576,829, filed June 2, 2004, and all disclosures of this provisional application are incorporated herein by reference.

또한 본 출원은 2004년 3월 23일에 Dana Wilhelm의 이름을 출원되고, 발명의 명칭이 "하이 볼트 오프셋 감지 회로 및 방법"인 미국 특허 출원 번호 10/806,668와 관련되며, 이 출원의 모든 개시 내용이 본원에 참고로서 합체된다.This application is also filed on March 23, 2004, filed under the name of Dana Wilhelm, and relates to US Patent Application No. 10 / 806,668, entitled "High Bolt Offset Sensing Circuits and Methods," and all disclosures of this application. Which is incorporated herein by reference.

본 발명은 고전력 하프(half) 및 풀(full) 브리지 트랜지스터 회로들에 대한 양방향 전류 센싱을 위한 방법 및 장치와 관련되며, 특히 이러한 방법 및 장치는 파워 회로에 어떤 구성요소의 삽입이 없으며, 상기 브리지 드라이버 IC에 완전히 집적될 수 있다. The present invention relates to a method and apparatus for bidirectional current sensing for high power half and full bridge transistor circuits, and in particular, such a method and apparatus has no insertion of any component into the power circuit and the bridge It can be fully integrated into the driver IC.

본 발명은 하프 브리지 MOSFET 회로를 배경으로 하여 설명될 것이며, 그러나 또한 개시된 개념이 다른 형태들 또는 파워 트랜지스터들을 이용하는 회로, 그리고 풀 브리지 토폴로지(topology) 내의 회로에 직접적으로 응용될 수 있음을 이해하여야 한다.The present invention will be described with a half bridge MOSFET circuit in the background, but it should also be understood that the disclosed concept can be directly applied to circuits using other forms or power transistors, and to circuitry within a full bridge topology. .

고 전압 하프 브리지 및 풀 브리지 파워 회로들은 모터 드라이브들, 형광등의 전기적 밸러스트들(ballasts) 및 파워 서플라이들과 같은 여러 가지 응용들에 사용된다. 간단한 하프 브리지 회로는 도1에 (10)에서 예시되었다. 상기 회로는 MOSFET MHS 및 캐패시터 C1을 포함하는 제1 회로 경로와 그리고 MOSFET MLS 및 캐패시터 C2를 포함하는 제2 회로 경로를 통하여, 상기 MOSFETS들 사이에서 공통 포인트(14)와 연결되고 그리고 두 캐패시터들 C1 및 C2 사이에서 제2의 공통 포인트(16)와 연결되어 로드(12)를 제공하는 MOSFETS MHS 및 MLS와 연결된 하이 사이드 및 로우 사이드 토템폴(totem pole)을 이용한다. High voltage half bridge and full bridge power circuits are used in a variety of applications such as motor drives, fluorescent electric ballasts and power supplies. A simple half bridge circuit is illustrated in (10) in FIG. The circuit is connected to a common point 14 between the MOSFETS and through a first circuit path comprising MOSFET M HS and capacitor C1 and through a second circuit path comprising MOSFET M LS and capacitor C2 and between the two capacitors. Between high and low side totem poles are connected between MOSFETs M HS and M LS , which are connected to a second common point 16 to provide a load 12 between C1 and C2.

게이트 드라이브 회로(18), 전형적인 IC는 논리 입력 신호들 HIN 및 LIN에 응답하여 MOSFETS MHS 및 MLS을 켜고 끄기 위해서 게이트 드라이브 신호들을 공급한다.Gate drive circuit 18, a typical IC, supplies gate drive signals to turn MOSFETS M HS and M LS on and off in response to logic input signals H IN and L IN .

하프 브리지 또는 풀 브리지 토폴로지를 포함하는 응용에 있어서, 전류 센싱(sensing)이, 피드백(feedback)을 위해서 또는 런 어웨이(run away) 상황을 방지하기 위해서요구된다. 전류 센싱의 통상적인 방법들은 상기 파워 회로에 예를 들어 MOSFET MHS 및 MLS (도시 않됨) 사이에서 저항들과 같은 외부의 구성요소들을 삽입하는 것을 요구하며, 이것은 방해적이다, 즉 전력 소모를 야기하며, 상기 드라이버 IC상에 여분의 핀들을 요구한다. In applications involving half bridge or full bridge topologies, current sensing is required for feedback or to prevent run away situations. Conventional methods of current sensing require inserting external components, such as resistors, in the power circuit, for example, between MOSFETs M HS and M LS (not shown), which is disturbing, i.e., reduces power consumption. Causing extra pins on the driver IC.

더욱이, 예를 들어 클래스-D 증폭기들 임의의 하이 파워 브리지 토폴로지 응용에 있어서, 상기 파워 트랜지스터들은 도1에서 예시한 바와 같이 고전압 레일 및 그라운드보다도 플러스 및 마이너스 볼트 레일들 사이와 연결된다. 이러한 경우에 있어서, 양의 또는 음의 전류들 모두가 나타날 수 있다. 모든 파워 브리지 응용들에서 이용되기 위해서는, 상기 드라이버 IC 내의 측정 회로는 음의 스윙들(swings)에 적응할 수 있어야 한다. Moreover, for example in class-D amplifiers in any high power bridge topology application, the power transistors are connected between positive and negative bolt rails rather than the high voltage rail and ground as illustrated in FIG. In this case, both positive or negative currents may appear. To be used in all power bridge applications, the measurement circuitry in the driver IC must be able to adapt to negative swings.

그래서, 상기 파워 회로에 센싱 요소를 삽입에 대한 요구를 피하면서 상기 드라이버 IC에 집적되고 양방향 전류들을 측정할 수 있는 실행 회로 및 방법에 대한 요구가 존재한다. 본 발명은 이러한 요구를 만족시키기를 의도한다.Thus, there is a need for an implementation circuit and method capable of measuring bidirectional currents that are integrated in the driver IC while avoiding the need to insert a sensing element into the power circuit. The present invention intends to satisfy this need.

본 발명에 따라, 상기 하프/풀 브리지 회로 내의 상기 로우 사이드 스위치는 상기 전류 센싱 요소로서 이중적이다. 상기 MOSFET 스위칭 요소의 RDSON이 공지되어 있고, 상기 스위치의 드레인 전압이 VS(공통 노드)로서 동일하기 때문에, 상기 회로 내의 전류는 상기 로우 사이드 스위치가 작동되는 동안 상기 VS 전압을 센싱함으로써 확인될 수 있다. 전류 센싱의 상기 방법은 완벽하게 방해적이지 않으며, 상기 드라이버 IC 내에 완전하게 집적될 수 있다.According to the invention, the low side switch in the half / full bridge circuit is dual as the current sensing element. Since the R DSON of the MOSFET switching element is known and the drain voltage of the switch is the same as VS (common node), the current in the circuit can be confirmed by sensing the VS voltage while the low side switch is in operation. have. The method of current sensing is not completely disturbing and can be fully integrated into the driver IC.

상기 새로운 회로의 VS 센싱 부분은 상술한 Dana Wilhelm 특허 출원에서 개시된 기술에 기반한다. 상기 Dana Wilhelm 출원의 장치는 오프셋 감지를 위해서 사용될 의도이며, 즉 공통 노드가 하이 상태로부터 로우 상태 또는 로우 상태로부터 하이 상태로 천이할 때를 결정하기 위해서 사용될 의도이다. 이것은 예를 들어, 공진 로드(resonant load)를 구동시키는 전기적 밸러스트에서 요구되며, 이러한 경우에 상기 로우 사이드 MOSFET의 조기(premature) 턴 온(turn on)은 공통 노드에서의 전압을 상기 로우 사이드 레일의 전압으로 이끌 것이다. 이러한 소위 "하드 스위칭(hard-switching)은 스위칭 손실들의 소스가 되며, 그리고 MOSFETS MHS 및 MLS에 열을 발생시키며, 궁극적으로 상기 MOSFETS을 실패로 이끈다.The VS sensing portion of the new circuit is based on the technology disclosed in the above-mentioned Dana Wilhelm patent application. The device of the Dana Wilhelm application is intended to be used for offset sensing, ie to determine when the common node transitions from a high state to a low state or from a low state to a high state. This is required, for example, in electrical ballasts driving resonant loads, in which case the premature turn on of the low side MOSFET causes the voltage at the common node to Will lead to voltage. This so-called "hard-switching" is a source of switching losses, and generates heat in MOSFETS M HS and M LS , ultimately leading to the MOSFETS failure.

이제, 상기 Wilhelm 장치의 개념들이 또한 전류 센싱에 적합할 수 있다는 것이 인식되었다. 더불어, 상기 센스 회로의 로우 사이드로 전송되기 전에 고정된 총양까지 MOSFET 노드(14) VS 전압에서 상기 전압을 쉬프팅함으로써, 음의 전류의 센싱이 가능하게 되며, 양방향 전류가 센싱되도록 한다.It is now recognized that the concepts of the Wilhelm device may also be suitable for current sensing. In addition, by shifting the voltage at the MOSFET node 14 VS voltage to a fixed total amount before being sent to the low side of the sense circuit, sensing of negative current is enabled and bi-directional current is sensed.

따라서, 하이 파워 MOSFET 스위치 출력 회로 내의 전류를 센싱하는 개선된 장치 및 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an improved apparatus and method for sensing current in a high power MOSFET switch output circuit.

토템폴 구성에서 두 스위칭 트랜지스터들 사이의 공통 노드의 전압이 상기 로우 사이드 트랜지스터의 RDSON의 바이어스 상의 전류를 결정하기 위해서 사용되는 장치 및 방법을 제공하는 것이 또 다른 목적이다. It is a further object to provide an apparatus and method in which the voltage of the common node between two switching transistors in a totem pole configuration is used to determine the current on the bias of R DSON of the low side transistor.

추가적인 목적은 음의 전류들을 센싱하기 위해서 미리 결정된 총량까지 공통 노드에서의 전압을 쉬프트하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.A further object is to provide an apparatus and method for shifting the voltage at a common node by a predetermined total amount for sensing negative currents.

본 발명의 다른 목적은 상기 출력 전류 경로에 센싱 요소의 삽입을 요구하지 않는 전류 센싱 배열을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a current sensing arrangement that does not require the insertion of a sensing element in the output current path.

또한 단일의 직접 회로에서 상기 스위칭 트랜지스터들에 대한 상기 드라이버의 다른 구성요소들과 결합될 수 있는 전류 센싱 배열을 제공하는 것이 본 발명의 다른 목적이다.It is another object of the present invention to provide a current sensing arrangement that can be combined with other components of the driver for the switching transistors in a single integrated circuit.

또 다른 본 발명의 목적은 상술한 바와 같이 하프 브리지 및 풀 브리지 토폴로지 모두를 가지는 장치들에 사용될 수 있는 전류 센싱 배열을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a current sensing arrangement that can be used in devices having both half bridge and full bridge topologies as described above.

본 발명의 일 양상에 따라, 토템 폴 구성에서 연결된 두 개의 스위칭 트랜지스터들을 포함하며, 하이 파워 MOSFET 스위치 출력 회로에서 센싱 전류에 대한 배열을 제공하며, 상기 트랜지스터들 사이의 공통 노드에서의 전압은 상기 공통 노드에 연결된 회로에 의해서 센싱되며, 그리고 상기 전압은 상기 로우 사이드 트랜지스터의 RDSON의 바이어스 상에서 전류를 계산하기 위해서 사용된다.According to one aspect of the present invention, there is provided two arraying transistors connected in a totem pole configuration, providing an arrangement for sensing current in a high power MOSFET switch output circuit, wherein the voltage at a common node between the transistors is It is sensed by a circuit connected to the node, and the voltage is used to calculate the current on the bias of R DSON of the low side transistor.

본 발명의 다른 양상에 따라, 상술한 배열은 상기 출력 트랜지스터들에 대한 드라이버의 다른 구성요소들과 함께 집적된다.According to another aspect of the present invention, the above arrangement is integrated with other components of the driver for the output transistors.

본 발명의 또 다른 양상에 따라, 상기 트랜지스터들 사이의 공통 노드에서의 전압은 상기 로우 사이드 트랜지스터의 RDSON을 통하여 양의 전류 및 음의 전류를 측정하기 위해서 고정된 총량까지 쉬프트된다.According to another aspect of the present invention, the voltage at the common node between the transistors is shifted by a fixed total amount to measure positive and negative currents through R DSON of the low side transistor.

본 발명의 정확한 특성은 다른 목적들, 피처들 및 이점들뿐만 아니라, 첨부한 도면과 관련하여 본 발명의 설명으로부터 아래에서 명백하게 될 것이며, 유사한 부분은 동일한 참조 번호에 의해서 표기하였다.The precise nature of the invention will become apparent from the description of the invention in conjunction with the accompanying drawings, as well as other objects, features and advantages, and like parts are designated by like reference numerals.

도1은 본 발명이 응용될 수 있는 간략한 하프 브리지 회로의 다이어그램이다.1 is a diagram of a simplified half bridge circuit to which the present invention may be applied.

도2는 본 발명에 따라, 새로운 전류 센싱 회로의 개략적인 다이어그램이다.2 is a schematic diagram of a new current sensing circuit, in accordance with the present invention.

도3은 양방향 과전류 센싱에 대한 신호 프로세싱을 도시하는 블럭 다이어그램이다.3 is a block diagram illustrating signal processing for bidirectional overcurrent sensing.

도4는 상기 도3의 회로의 파형의 다이어그램이다.4 is a diagram of the waveform of the circuit of FIG.

도5는 상기 도2의 회로 내의 특정 볼트 사이의 관계를 도시한다.Figure 5 shows the relationship between the particular volts in the circuit of Figure 2 above.

다시 도1과 관련하여, 예시된 회로 배열에 있어 본 발명 원리의 적용은 IC(18) 내의 센싱 회로를 포함하고, 파선에 의해서 표시된 것과 같이 상기 IC의 적당한 핀(pin)에 공통 노드(14)가 연결될 것을 요구한다.Referring again to FIG. 1, the application of the present principles in the illustrated circuit arrangement includes sensing circuitry within IC 18, and common node 14 at the appropriate pin of the IC as indicated by the broken line. Requires to be connected.

본 발명에 따라 상기 배열을 실행하기 위한 회로가 도3에서 예시된다. 일반적으로 (30)으로 표기되는 상기 회로는 두 부분으로 구성된다: MOSFETS M2-M5을 포함하는 전류 참조/거울 회로는 하이 사이드 웰(high side well) 내에 레벨 쉬프팅 저항 R1을 포함하고, MOSFETS M6-M9를 포함하는 로우 사이드 상에서 회로들을 매치한다(레벨 쉬프트 저항을 제외하고). 상기 두 사이드는 고전압 NMOS M1과 링크된다. 이것은 상기 하이 사이드 웰이 도3과 관련하여 설명한 것과 같이 그라운드에 근접할 때, VS 전압을 따라 통과하기 위하여 동작된다.A circuit for carrying out the arrangement according to the invention is illustrated in FIG. The circuit, generally designated 30, consists of two parts: The current reference / mirror circuit comprising MOSFETS M2-M5 includes a level shifting resistor R1 in the high side well, and MOSFETS M6-. Match the circuits on the low side including M9 (except for the level shift resistor). The two sides are linked with a high voltage NMOS M1. This is operated to pass along the VS voltage when the high side well is close to ground as described in connection with FIG.

회로의 동작은 아래와 같다: VS는 쉬프트된 전압 V1 = VS + Iref1 × M3/M2 ×R1이 항상 양수가 되도록 하기 위해서 일정한 총량 Iref1 × M3/M2 × R1에 의해서 쉬프트된다. 만약 상기 하이 사이드 상의 상기 전류 참조 및 전류 거울들이 상기 로우 사이드 상의 대응물과 매치한다면, 즉 Iref1 = Iref2, M3/M2 = M7/M6 및 M5/M4 = M9/M8 이라면, V3 =V1이고, 그리고 V4는 NMOS M1의 V3/VDSON과 다르며, 이것은 매우 작다. 그러나 상기 설명한 관계는 V1이 단지 양수인 경우에 적용된다. V1이 음수일 때에는, V3는 V1과 같지 않다. 대신에 V2가 더 낮으며, 그리고 M5는 M1의 보디(body) 다이오드가 구동하는 것을 방지하고 M1이 파괴적으로 레칭 업(latching up)되는 것을 방지하기 위해서 핀치오프(pinch off)된다.The operation of the circuit is as follows: VS is shifted by a constant amount Iref1 x M3 / M2 x R1 so that the shifted voltage V1 = VS + Iref1 x M3 / M2 x R1 is always positive. If the current reference and current mirrors on the high side match their counterparts on the low side, i.e., Iref1 = Iref2, M3 / M2 = M7 / M6 and M5 / M4 = M9 / M8, then V3 = V1, and V4 is different from V3 / V DSON of NMOS M1, which is very small. However, the relationship described above applies when V1 is only positive. When V1 is negative, V3 is not equal to V1. Instead V2 is lower, and M5 is pinched off to prevent the body diode of M1 from driving and to prevent M1 from destructively latching up.

최종 결과는 V4(Vsense) = VS + Iref1 × M3/M2 ×R1 - VDSON, M1The final result is V4 (Vsense) = VS + Iref1 × M3 / M2 × R1-V DSON , M1

~VS + Iref1 × M3/M2 × R1 이다.                       ~ VS + Iref1 × M3 / M2 × R1.

VS가 상기 로우 사이드 스위치 및 상기 로우 사이드 전류의 RDSON의 생성물과 같기 때문에, 예시된 회로를 더 쉽게 구동시킬수 있다.Since VS is equal to the product of the low side switch and R DSON of the low side current, the illustrated circuit can be driven more easily.

도3은 상술한 개념들의 실제적인 사용을 예시한다. 여기서, 상기 로우 사이드 논리 입력 LIN은 상기 로우 사이드 MOSFET 스위치 MLS에 대한(도1 참조) 게이트 구동 신호 L0를 제공하기 위하여, 로우 사이드 지연 회로(52), 사전 드라이버 회로(54), 출력 드라이버(56)(임의의 적절하고 요구된 세 형태 모두)를 통해서 연결된다. 상기 로우 사이드 지연은 상기 하이 사이드 스위치 MHS의 꺼짐과 상기 로우 사이드 스위치 MLS의 켜짐 사이의 적당한 데드 타임(dead time)을 제공하기 위해서 이용된다.3 illustrates the practical use of the concepts described above. Here, the low side logic input L IN is a low side delay circuit 52, pre-driver circuit 54, output to provide a gate drive signal L 0 for the low side MOSFET switch M LS (see FIG. 1). Connections are made via a driver 56 (all three forms, as appropriate and required). The low side delay is used to provide a suitable dead time between the turning off of the high side switch M HS and the turning on of the low side switch M LS .

도4에서 도시된 V4의 파형에 의해서 표시된 것과 같이, 외부 노이즈를 방어하고 M1 내를 통하는 원하지 않는 슛(shoot)을 방지하기 위해서, 상기 로우 사이드 스위치 MLS가 임의의 시간에 켜진 후에, 전류 센싱이 동작하는 것이 바람직하다. 이러한 목적을 위해서, 상기 사전 드라이버(54)의 출력은 NMOS M1(도2 참조)에 대한 이네이블 신호(enable signal)와 같이, 상기 로우 사이드 게이트 구동 신호 LIN의 지연된 버전(version)을 제공하기 위해서 리딩 에지 촙 필터(leading edge chop filter)(58), NAND 게이트(60) 및 인버터(62)를 통하여 연결된다. NAND 게이트(60)에 제2 입력은 상기 로우 사이드 논리 입력 신호 LIN의 비지연 버전으로 제공된다.As indicated by the waveform of V4 shown in FIG. 4, after the low side switch M LS is turned on at any time, in order to defend against external noise and to prevent unwanted shoot through M1, current sensing This is desirable to work. For this purpose, the output of the pre-driver 54 is to provide a delayed version of the low side gate drive signal L IN , such as an enable signal for NMOS M1 (see FIG. 2). Connected via a leading edge chop filter 58, a NAND gate 60 and an inverter 62. A second input to NAND gate 60 is provided as a non-delayed version of the low side logic input signal L IN .

또한 상기 V4 센스 신호는 과전류 센싱 함수를 제공하기 위해서 이용된다. 이러한 목적을 위해서, 상기 V4 신호는 비교기들(66 및 72)의 직접 및 반전 입력에 각각 커플된다. 비교기들(66 및 72)에 대한 제2 입력들은 플러스 및 마이너스 참조 신호들 +V 및 -V로 각각 제공되며, 이것은 임계전류를 초과하는 양수 및 음수를 나타낸다. 상기 인버터(60)의 출력은 NOR 게이트(70)에 하나의 입력으로서 리딩 에지 촙 필터(68)을 통하여 연결되며, NOR 게이트의 제2 입력 인버터(72)로부터 직접적으로 제공된다. The V4 sense signal is also used to provide an overcurrent sensing function. For this purpose, the V4 signal is coupled to the direct and inverting inputs of comparators 66 and 72, respectively. Second inputs to the comparators 66 and 72 are provided with plus and minus reference signals + V and -V, respectively, indicating positive and negative values above the threshold current. The output of the inverter 60 is connected via a leading edge fin filter 68 as one input to the NOR gate 70 and is provided directly from the second input inverter 72 of the NOR gate.

상기 게이트(70)의 출력은 NAND 게이트(60)의 출력과 함께 NOR 게이트(64)에 입력으로서 제공된다.The output of the gate 70 is provided as an input to the NOR gate 64 together with the output of the NAND gate 60.

상기 NOR 게이트(64)의 출력은 과전류 표시 신호를 제공한다.The output of the NOR gate 64 provides an overcurrent indication signal.

정확한 전류(VS) 센싱을 위하여, M1 내의 전류 I1은 M1 및 M5의 VDSON가 무시될 수 있기 위해서(도5 참조) 충분히 작을 필요가 있다. 이것은 상기 전류가 V4에서 과도들(transients)을 제한하기 위해서 충분히 크도록 요구함으로써 균형이 맞 추어진다. 이러한 과도들은 M1의 상기 게이트로부터 전기용량적 커플링에 의해서 야기되며, M1이 동작할 때 V4의 거짓(false) 피크들로서 보여질 수 있다. 상기 과도들은 V4 후에 로우 패스 필터를 사용하거나 또는 V4가 과전류 임계 전압과 비교된 후에 리딩 에지 촙 필터를 놓음으로써 막을 수 있다. 더 큰 I1은 더 빠르게 V4에서 기생 용량(parasitic capacitance)를 부가할 것이며, 더 빠른 필터들이 사용될 수 있도록 하며, 그리고 응답 시간을 개선하도록 한다. For accurate current (VS) sensing, the current I1 in M1 needs to be small enough so that the V DSON of M1 and M5 can be ignored (see FIG. 5). This is balanced by requiring the current to be large enough to limit the transients at V4. These transients are caused by capacitive coupling from the gate of M1 and can be seen as false peaks of V4 when M1 is operating. The transients can be prevented by using a low pass filter after V4 or by placing a leading edge 촙 filter after V4 is compared to the overcurrent threshold voltage. Larger I1 will add parasitic capacitance at V4 faster, allow faster filters to be used, and improve response time.

이해되는 바와 같이, 큰 음의 전류를 감지하기 위해서, Iref1 및 R1은 VS + Iref1 × M3/M2 ×R1이 항상 양수가 되도록 보증하기 위해서 적절하게 선택되어야 한다. 또한 모든 조건들 하에 신뢰할 만한 전류 센싱을 위해서, Iref1 및 R1은 파워 서플라이 및 온도의 변화에 의해서 본질적으로 영향받지 않도록 선택되어야 한다. 더욱이, 상기 회로의 견고성은 M1의 소스 및 드레인에서 고전압 과도들을 제한하기 위해서 제너(zener) 다이오드들 ZD1 및 ZD2를 사용함으로써 개선될 수 있다. As will be appreciated, in order to sense large negative currents, Iref1 and R1 must be appropriately selected to ensure that VS + Iref1 x M3 / M2 x R1 is always positive. Also for reliable current sensing under all conditions, Iref1 and R1 should be chosen so that they are not essentially affected by changes in power supply and temperature. Moreover, the robustness of the circuit can be improved by using zener diodes ZD1 and ZD2 to limit high voltage transients at the source and drain of M1.

비록 본 발명은 본원에서 특정 실시예들과 관련되어 설명되었지만, 많은 다른 변화들과 수정들 및 다른 사용들이 당해 기술 분야에서 숙련된 자에게 명백할 것이다. 그러므로 본 발명은 본원에서 특정한 개시에 의해서 제한되지 않으며, 첨부한 청구항들에 따라 인정된 완전한 범주로 주어질 것을 의도한다.Although the present invention has been described herein in connection with specific embodiments, many other variations, modifications and other uses will be apparent to those skilled in the art. Therefore, it is intended that the present invention not be limited by the specific disclosure herein, but rather be given a thorough scope, which is recognized in accordance with the appended claims.

Claims (18)

하이 사이드 및 로우 사이드 트랜지스터 스위치를 포함하는 브리지 접속 스위칭 트랜지스터 출력 회로용 게이트 드라이버로서: As a gate driver for a bridged connected switching transistor output circuit comprising a high side and a low side transistor switch: 하이 사이드 스위치 이네이블 신호를 수신하기 위한 제1 입력과;A first input for receiving a high side switch enable signal; 로우 사이드 스위치 이네이블 신호를 수신하기 위한 제2 입력과;A second input for receiving a low side switch enable signal; 상기 하이 및 로우 사이드 스위치들 사이의 공통 노드에 연결되는 제3 입력과;A third input coupled to the common node between the high and low side switches; 상기 하이 사이드 스위치에 대하여 게이트 드라이브 신호를 제공하기 위한 제1 출력과;A first output for providing a gate drive signal to the high side switch; 상기 로우 사이드 스위치에 대하여 게이트 드라이브 신호를 제공하기 위한 제2 출력과;A second output for providing a gate drive signal to the low side switch; 상기 하이 및 로우 사이드 스위치들을 통하여 상기 출력 전류를 나타내는 출력 신호를 제공하기 위한 제3 출력과;A third output for providing an output signal indicative of the output current via the high and low side switches; 참조 전류 소스, 레벨 쉬프터 및 특정 회로 구성에서 복수의 트랜지스터들로 형성된 전류 거울 회로를 포함하는 상기 제3 회로와 전기적으로 커플링되는 오프셋 회로와;An offset circuit electrically coupled with the third circuit including a reference current source, a level shifter and a current mirror circuit formed of a plurality of transistors in a particular circuit configuration; 상기 제1 전류 참조 소스와 본질적으로 동일한 전기적 특성을 가지는 제2 전류 참조 소스를 포함하는 상기 오프셋 회로와 전기적으로 커플링되는 측정 회로와, 그리고 제2 복수의 트랜지스터들은 각각 상기 입력 사이드 회로 트랜지스터들에 매 치하며, 동일한 회로 구성과 연결되며;A measurement circuit electrically coupled with the offset circuit comprising a second current reference source having an electrical characteristic essentially the same as the first current reference source, and a second plurality of transistors each being coupled to the input side circuit transistors. Match the same circuit configuration; 게이팅 신호에 응답하여 상기 오프셋 회로를 상기 측정 회로와 연결하는 커플링 요소와, 여기서:A coupling element for coupling said offset circuit with said measurement circuit in response to a gating signal, wherein: 상기 오프셋 회로는 미리 결정된 방법으로 상기 제1 입력 단자에서 전압 신호를 오프셋하도록 동작하며, 상기 커플링 회로에 상기 오프셋 신호를 통과시키도록 동작하며;The offset circuit is operative to offset a voltage signal at the first input terminal in a predetermined manner and to pass the offset signal to the coupling circuit; 상기 커플링 요소는 상기 측정회로에 상기 오프셋 신호가 통과하는 상기 게이트 신호에 응답하며;The coupling element is responsive to the gate signal through which the offset signal passes through the measurement circuitry; 상기 측정 회로는 상기 측정 신호를 발생하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버.The measuring circuit is operative to generate the measuring signal. 제1항에 있어서, 여기서 상기 오프셋 회로, 상기 커플링 회로 및 상기 측정 회로는 집적 회로 내에 통합되는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버.The gate driver of claim 1, wherein the offset circuit, the coupling circuit, and the measurement circuit are integrated into an integrated circuit. 제1항에 있어서, 여기서 상기 출력 전류는 상기 오프셋 회로와 상기 공통 노드의 연결에 의해서 영향을 받지 않는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버.The gate driver of claim 1, wherein the output current is not affected by the connection of the offset circuit and the common node. 제1항에 있어서, 여기서 상기 오프셋 회로 및 상기 측정 회로 내의 상기 트랜지스터들은 MOSFETs이며, 그리고 상기 커플링 요소는 NMOS 하이 전압 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버.2. The gate driver of claim 1, wherein the transistors in the offset circuit and the measurement circuit are MOSFETs and the coupling element is an NMOS high voltage transistor. 제1항에 있어서, 여기서 상기 게이팅 신호는 제1 입력에서 상기 신호의 지연된 버전으로부터 발생되는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버.2. The gate driver of claim 1, wherein the gating signal is generated from a delayed version of the signal at a first input. 제5항에 있어서, 여기서 상기 신호는 리딩 에지 촙 필터를 통하여 상기 제1 입력에서 상기 신호를 통과시킴으로써 발생되는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버.6. The gate driver of claim 5, wherein the signal is generated by passing the signal at the first input through a leading edge 촙 filter. 제1항에 있어서, 여기서 상기 측정 회로는 과전류 제한을 나타내는 것과 관련된 상기 커플링 요소에 의해서 상기 오프셋 신로와 상기 출력 사이드 회로를 비교하는 비교기 배열을 포함하는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버.2. The gate driver of claim 1, wherein the measurement circuit comprises a comparator arrangement for comparing the offset path and the output side circuit by the coupling element associated with indicating an overcurrent limit. 제7항에 있어서, 상기 비교기 배열과 상기 커플링 회로 사이에서 연결된 필터 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버.8. The gate driver of claim 7, further comprising a filter circuit coupled between the comparator arrangement and the coupling circuit. 제8항에 있어서, 상기 필터 회로는 리딩 에지 촙 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버.9. The gate driver of claim 8, wherein the filter circuit comprises a leading edge shock filter. 제7항에 있어서, 여기서 상기 비교기 배열은:8. The apparatus of claim 7, wherein the comparator arrangement is: 양의 과전류 제한 신호를 가지는 상기 오프셋 신호를 비교하는 제1 비교기 회로와;A first comparator circuit for comparing said offset signal having a positive overcurrent limiting signal; 음의 과전류 제한 신호를 가지는 상기 오프셋 신호를 비교하는 제2 비교기 회로와; 그리고 여기서:A second comparator circuit for comparing the offset signal having a negative overcurrent limiting signal; And where: 상기 제1 비교기는 필터 회로를 통하여 상기 출력 회로와 커플되고; 그리고 상기 제2 비교기는 상기 출력 회로에 직접적으로 커플되는 것을 특징으로 하는 드라이버 회로.The first comparator is coupled to the output circuit through a filter circuit; And said second comparator is coupled directly to said output circuit. 제1항에 있어서, 여기서 상기 오프셋 신호는 상기 제3 입력에서 고정된 전압에 상기 전압을 더함으로써 발생하는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버.The method of claim 1 wherein the offset signal is obtained by adding the voltage to a voltage fixed at the third input. Generating a gate driver. 하이 사이드 및 로우 사이드 트랜지스터 스위치들을 포함하는, 브리지가 연결된 스위치 트랜지스터 출력 회로에서 상기 출력 전류를 결정하기 위한 방법으로, 상기 방법은:A method for determining the output current in a bridged switch transistor output circuit comprising high side and low side transistor switches, the method comprising: 상기 결정 때문에 상기 출력 전류를 변경하는 임의의 요소를 사용하지 않고 상기 하이 및 로우 사이드 스위치들 사이의 공통 노드에서 상기 전압을 결정하는 단계와;Determining the voltage at a common node between the high and low side switches without using any element that changes the output current because of the determination; 오프셋 전압 신호를 생성하는 정해진 관계에 따라서, 상기 신호를 양의 감지로 증가시키는 제1 회로를 통하여 상기 공통 노드에서 상기 전압을 나타내는 신호를 전기적으로 커플링하는 단계와;Electrically coupling a signal indicative of the voltage at the common node through a first circuit that increases the signal with positive sensing, in accordance with a predetermined relationship of generating an offset voltage signal; 출력 전류를 나타내는 측정 신호를 얻기 위해서 제2 신호 회로를 통하여 상 기 오프셋 전압 신호를 전기적으로 커플링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 출력 전류를 결정하기 위한 방법.Electrically coupling the offset voltage signal through a second signal circuit to obtain a measurement signal indicative of the output current. 제13항에 있어서, 여기서 고정된 전압은 상기 오프셋 신호를 생성하기 위해서 상기 공통 노드에서 상기 전압을 나타내는 상기 신호를 추가하는 것을 특징으로 하는 하이 사이드 및 로우 사이드 트랜지스터 스위치들을 포함하며, 브리지가 연결된 스위치 트랜지스터 출력 회로 내에 상기 출력 전류를 결정하기 위한 방법.14. The switch of claim 13, wherein the fixed voltage comprises high side and low side transistor switches that add the signal representing the voltage at the common node to generate the offset signal. A method for determining the output current in a transistor output circuit. 제12항에 있어서, 여기서 상기 공통 노드에서 상기 신호의 전압은 모든 요구된 크기들의 양방향 전류들에 대하여 결과 오프셋 신호가 양수(positive)인 충분한 양(amount)으로 오프셋되는 것을 특징으로 하는 하이 사이드 및 로우 사이드 트랜지스터 스위치들을 포함하며, 브리지가 연결된 스위치 트랜지스터 출력 회로 내에 상기 출력 전류를 결정하기 위한 방법.13. The high side of claim 12, wherein the voltage of the signal at the common node is offset by a sufficient amount such that the resulting offset signal is positive for bidirectional currents of all required magnitudes. A method for determining said output current in a switch transistor output circuit comprising low side transistor switches, wherein a bridge is connected. 제12항에 있어서, 여기서 상기 하이 및 로우 사이드 스위치들은 불리된 게이팅 신호들에 의해서 켜지고 꺼지며, 상기 오프셋 신호는 상기 로우 사이드 스위치가 켜지는 단지 일부 동안에 상기 제2 회로와 커플되는 것을 특징으로 하는 하이 사이드 및 로우 사이드 트랜지스터 스위치들을 포함하며, 브리지가 연결된 스위치 트랜지스터 출력 회로 내에 상기 출력 전류를 결정하기 위한 방법.13. The method of claim 12, wherein the high and low side switches are turned on and off by disadvantaged gating signals, and the offset signal is coupled with the second circuit only during a portion of the low side switch being turned on. A method for determining said output current in a switch transistor output circuit comprising high side and low side transistor switches, wherein a bridge is connected. 제15항에 있어서, 상기 오프셋 신호가 만약 그것의 값이 음이라면 상기 제2 회로와 커플되는 것을 방해하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이 사이드 및 로우 사이드 트랜지스터 스위치들을 포함하며, 브리지가 연결된 스위치 트랜지스터 출력 회로 내에 상기 출력 전류를 결정하기 위한 방법.16. The device of claim 15, further comprising preventing the offset signal from coupling with the second circuit if its value is negative. Method for determining the output current in a switch transistor output circuit. 제12항에 있어서, 참조 신호를 가지는 상기 오프셋 신호를 비교하는 단계와 상기 오프셋 신호가 상기 출력 회로에 대한 과전류 임계값을 나타내는 때에 출력 신호를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이 사이드 및 로우 사이드 트랜지스터 스위치들을 포함하며, 브리지가 연결된 스위치 트랜지스터 출력 회로 내에 상기 출력 전류를 결정하기 위한 방법.13. The high side of claim 12 further comprising comparing the offset signal having a reference signal and providing an output signal when the offset signal indicates an overcurrent threshold for the output circuit. A method for determining said output current in a switch transistor output circuit comprising low side transistor switches, wherein a bridge is connected. 제12항에 있어서, 양의 참조 신호 및 음의 참조 신호를 가지는 상기 오프셋 회로를 비교하는 단계와 상기 오프셋 신호가 상기 출력 회로에 대하여 양의 또는 음의 과전류 임계값을 나타내는 때의 표시를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이 사이드 및 로우 사이드 트랜지스터 스위치들을 포함하며, 브리지가 연결된 스위치 트랜지스터 출력 회로 내에 상기 출력 전류를 결정하기 위한 방법.13. The method of claim 12, further comprising comparing the offset circuit having a positive reference signal and a negative reference signal and providing an indication when the offset signal indicates a positive or negative overcurrent threshold for the output circuit. Further comprising a high side and a low side transistor switches, the method of determining the output current in a switch transistor output circuit to which a bridge is connected.
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