DE102014001264A1 - Precision current limiting and overcurrent tripping to protect a monolithic integrated driver by means of adapive reference generation - Google Patents
Precision current limiting and overcurrent tripping to protect a monolithic integrated driver by means of adapive reference generation Download PDFInfo
- Publication number
- DE102014001264A1 DE102014001264A1 DE102014001264.6A DE102014001264A DE102014001264A1 DE 102014001264 A1 DE102014001264 A1 DE 102014001264A1 DE 102014001264 A DE102014001264 A DE 102014001264A DE 102014001264 A1 DE102014001264 A1 DE 102014001264A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- sense
- transistor
- lsd
- hsd
- gate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
- H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
- H03K17/0822—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in field-effect transistor switches
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
- H03K2217/0027—Measuring means of, e.g. currents through or voltages across the switch
Landscapes
- Electronic Switches (AREA)
Abstract
Die Ausgangstreiberschaltung verfügt über einen Treibertransistor (D, LSD, HSD), der über einem ersten gemeinsamen Anschluss (A) mit einer Sense-Stufe (SENSE) verbunden ist. Dabei ist der Treibertransistor (D, LSD, HSD) über einem zweiten gemeinsamen Anschluss (B) ebenfalls mit der Sense-Stufe (SENSE) verbunden. Gleichzeitig ist das Gate (GD, GLSD, GHSD) des Treibertransistors (D, LSD, HSD) ebenfalls mit der Sense-Stufe (SENSE) verbunden. Der Sense-Strom (ISENSE) durchfließt dabei die Sense-Stufe (SENSE) zwischen dem ersten gemeinsamen Anschluss (A) und dem zweiten gemeinsamen Anschluss (B). Sense-Stufe (SENSE) und Treibertransistor (D, LSD, HSD) weisen hierbei ein gemeinsames Bezugspotenzial (VBAT, GND) auf. Die Sense-Stufe (SENSE) erzeugt in Abhängigkeit vom Sense-Strom (ISENSE) und in Abhängigkeit von dem Gate-Potenzial des Gates (GD, GLSD, GHSD) des Treibertransistors (D, HSD, LSD) ein Sense-Signal (V1). Eine Referenzstufe (REF) erzeugt ein Referenzsignal (VREF). Parallel dazu vergleicht ein Controller (CTR) das Referenzsignal (VREF) und das Sense-Signal (V1) durch Differenzbildung und erzeugt ein Regelsignal (Vreg). Das Gate-Potenzial des Gates (GD, GLSD, GHSD) des Treibertransistors (D, LSD, HSD) hängt dabei von dem Regelsignal (Vreg) ab. Über diesen bekannten Stand der Technik hinaus zeichnet sich das erfindungsgemäße System dadurch aus, dass zum Ersten die Referenzstufe (REF) mit dem Gate (GD, GLSD, GHSD) des Treibertransistors (D, LSD, HSD) verbunden ist und dass zum Zweiten das Referenzsignal (VREF) von dem Potenzial des Gates (GD, GLSD, GHSD) des Treibertransistors (D, LSD, HSD) abhängt und dass zum Dritten die Wirkung einer Änderung des Gate-Potenzials des Gates (GD, GLSD, GHSD) des Treibertransistors (D, LSD, HSD) auf das Referenzsignals (VREF) der Wirkung auf das Sense-Signal (V1) entgegengesetzt ist.The output driver circuit has a driver transistor (D, LSD, HSD) connected to a sense stage (SENSE) via a first common terminal (A). In this case, the driver transistor (D, LSD, HSD) is also connected to the sense stage (SENSE) via a second common terminal (B). At the same time, the gate (GD, GLSD, GHSD) of the driver transistor (D, LSD, HSD) is also connected to the sense stage (SENSE). The sense current (ISENSE) flows through the sense stage (SENSE) between the first common terminal (A) and the second common terminal (B). Sense stage (SENSE) and driver transistor (D, LSD, HSD) have a common reference potential (VBAT, GND). The sense stage (SENSE) generates a sense signal (V1) as a function of the sense current (ISENSE) and in dependence on the gate potential of the gate (GD, GLSD, GHSD) of the driver transistor (D, HSD, LSD). , A reference stage (REF) generates a reference signal (VREF). In parallel, a controller (CTR) compares the reference signal (VREF) and the sense signal (V1) by subtraction and generates a control signal (Vreg). The gate potential of the gate (GD, GLSD, GHSD) of the driver transistor (D, LSD, HSD) depends on the control signal (Vreg). In addition to this known prior art, the system according to the invention is characterized in that firstly the reference stage (REF) is connected to the gate (GD, GLSD, GHSD) of the driver transistor (D, LSD, HSD) and secondly the reference signal (VREF) depends on the potential of the gate (GD, GLSD, GHSD) of the driver transistor (D, LSD, HSD) and, thirdly, that the effect of a gate potential change of the gate (GD, GLSD, GHSD) of the driver transistor (D , LSD, HSD) is opposite to the reference signal (VREF) of the effect on the sense signal (V1).
Description
Einleitung und Stand der TechnikIntroduction and state of the art
Die Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung einer präziseren Strombegrenzung und eines Überstromschutzes für einen monolithisch integrierten Low-Side-Treiber (im Weiteren LSD genannt) und für einen monolithisch integrierten High-Side-Treiber (im Weiteren HSD genannt). Unter einem Low-Side-Treiber wird in der Regel eine Treiberendstufe, beispielsweise zum Ansteuern einer ohmschen oder induktiven Last, verstanden, die den Ausgang auf das negativere von zwei möglichen Ausgangspotenzialen legen kann. Im Gegensatz dazu ist der High-Side-Treiber (im Weiteren HSD genannt). Unter einem High-Side-Treiber wird in der Regel eine Treiberendstufe, beispielsweise zum Ansteuern einer ohmschen oder induktiven Last, verstanden, die den Ausgang auf das positivere von zwei möglichen Ausgangspotenzialen legen kann. Typischerweise verbindet ein High-Side-Schalter (HSD) die Versorgungsspannung (VBat) mit dem Ausgang (Out) und ein Low-Side-Schalter (LSD) die Bezugsmasse (GND) mit dem Ausgang (Out). Durch eine Verriegelung wird dabei verhindert, dass es zu einem Querstrom kommt.The object of the invention is the development of a more precise current limitation and an overcurrent protection for a monolithically integrated low-side driver (hereinafter referred to as LSD) and for a monolithically integrated high-side driver (hereinafter referred to as HSD). A low-side driver is generally understood to mean a driver output stage, for example for driving an ohmic or inductive load, which can set the output to the more negative of two possible output potentials. In contrast, the high-side driver (hereafter called HSD). A high-side driver is generally understood to mean a driver output stage, for example for driving an ohmic or inductive load, which can set the output to the more positive of two possible output potentials. Typically, a high-side switch (HSD) connects the supply voltage (V Bat ) to the output (Out) and a low-side switch (LSD) connects the reference ground (GND) to the output (Out). By locking it is prevented that it comes to a cross-flow.
Eine aus dem Stand der Technik bekannte Aufgabe ist es, den Treiberstrom (ILSD, IHSD) zu regeln. Hierfür muss dieser erfasst und der Regelung zugeführt werden. Da das Problem für den High-Side-Treiber (HSD) und den Low-Side-Treiber (LSD) symmetrisch ist, wird zunächst der Stand der Technik für den Low-Side-Treiber (LSD) betrachtet und anschließend der Stand der Technik für den High-Side-Treiber (HSD).A task known from the prior art is to regulate the drive current (I LSD , I HSD ). For this purpose, this must be recorded and fed to the scheme. Since the problem is symmetrical for the high-side driver (HSD) and the low-side driver (LSD), the state of the art for the low-side driver (LSD) is considered first and then the state of the art for the high-side driver (HSD).
Der Stand der Technik wird anhand von
Ein wesentliches Problem solcher Schaltungen aus dem Stand der Technik (siehe
Das besagte Mismatch kommt durch den Spannungsabfall, also die Sense-Spannung (V1), über den Sense-Widerstand (RSENSE) zustande. Die Gate-Source-Spannung (VGS_LSD) des Low-Side-Treibers (LSD) ist gegenüber der Gate-Source-Spannung (VGS_SENSE) des Sense-Transistors (MSENSE) um die Sense-Spannung (V1) erhöht. Ebenso ist die Drain-Source-Spannung (VDS_LSD) des Low-Side-Treibers (LSD) gegenüber der Drain-Source-Spannung (VDS_SENSE) des Sense-Transistors (MSENSE) aus dem gleichen Grund erhöht. Dies alles hat wiederum eine Störung (Mismatch) im Spiegelverhältnis zur Folge.The said mismatch is due to the voltage drop, so the sense voltage (V1), via the sense resistor (R Sense ) about. The gate-source voltage (V GS_LSD ) of the low-side driver (LSD) is increased compared to the gate-source voltage (V GS_SENSE ) of the sense transistor (M SENSE ) by the sense voltage (V1). Likewise, the drain-source voltage (V DS_LSD ) of the low-side driver (LSD) is increased from the drain-source voltage (V DS_SENSE ) of the sense transistor (M SENSE ) for the same reason. This in turn results in a disorder (mismatch) in the mirror ratio.
Dieses Mismatch führt zu größeren Variationen der Strombegrenzung über das gemeinsame Drain-Potenzial bzw. das gemeinsame Ausgangspotenzial am Ausgang (OUT). Besonders kritisch wird diese Variation für kleinere Drain-Source-Spannungen (VDS_LSD, VDS_SENSE), also in dem Bereich in dem die Transistoren im Schalterbetrieb bzw. linearem Bereich arbeiten, weil dort auch durch einen relativ kleinen Spannungsabfall (Sense-Spannung V1) an dem Sense-Widerstand (RSENSE) das Verhältnis zwischen der Drain-Source-Spannung VDS_LSD des Low-Side-Treibers (LSD) und der Drain-Source-Spannung VDS_SENSE des Sense-Transistors (Msense) und damit das Mismatch zwischen dem Low-Side-Treiberstrom (ILSD) und dem Sense-Strom (ISENSE) groß wird. Dieses Phänomen kann anhand von
Die analoge Schaltung für einen High-Side-Treiber (HSD) ist in
Das gemeinsame Bezugspotenzial ist nun statt Masse die Betriebsspannung (VBAT). Das Vorzeichen des Referenzstroms (IREF) ist gedreht. Die Transistoren sind in analoger Weise eingebaut. Source und Drain sind jedoch bezogen auf den Bezugsnoten (nun VBAT) vertauscht. Die Sense-Spannung (V1) ist nun am positiven Eingang des Controllers (CTR) und die Referenzspannung (VREF) am negativen Eingang des Controllers (CTR) angeschlossen. Zwar ist der Mechanismus der Verkopplung ein wenig anders, da Source und Drain des High-Side-Transistors (HSD) gegenüber dem Source und Drain des Low-Side-Transistors (LSD) des vorhergehenden Beispiels in Bezug zum Bezugspotenzial (hier VBAT, dort GND) vertauscht sind. Die Kopplung funktioniert hier aber auch. Eine Erhöhung des Potenzials am Gate des High-Side-Treibertransistors (HSD) führt gleichzeitig zu einer Vergrößerung der Sense-Spannung (V1), da der Sense-transistor mit seinem Gate mit dem Gate des High-Side-Treibertransistors (HSD) verbunden ist und ebenfalls gleichzeitig stärker zu leiten beginnt. Diese Erhöhung von V1 bedeutet eine Erniedrigung des Eingangspegels am positiven Eingang des Controllers (CTR). Damit sinkt die Regelspannung (VREG) am Ausgang des Controllers (CTR). Damit wirkt der Controller einer Änderung entgegen und stabilisiert den Regelkreis. Bei einer Erhöhung des Ausgangsstromes, wird der Ausgangsstrom (ILoad) durch den Stromteiler auf den Treiber-Ast und den Sense-Ast aufgeteilt. Der Sense-Strom (ISENSE) im Sense-Ast wird bei einer Erhöhung daher erhöht und führt zu einer Erhöhung der Sense-Spannung (V1), die wiederum zu einer Erniedrigung des Potenzials am positiven Eingang des Controllers (CTR) führt. Dies wiederum führt zu einer Erniedrigung der Regelspannung (VREG), was der Erhöhung des Ausgangsstromes (ILoad) entgegen wirkt. Da hier der Sense-Transistor (MSENSE) eine um die Sense-Spannung (V1) verminderte Drain-Source-Spannung (VDS_SENSE) gegenüber der Drain-Source-Spannung (VDS_HSD) des High-Side-Treibertransistors (HSD) erhält, kommt es zu Unsymmetrien, da die Sense-Spannung (V1) nicht mehr richtig erzeugt werden kann. Daher ist auch hier ein Überschwingen des Ausgangsstromes (IOUT) mit einem Abstieg des Wertes der Differenz (VBAT – VOUT) aus Betriebsspannung (VBAT) vermindert um die Ausgangsspannung (VOUT) für kleine Werte dieser Differenz zu beobachten. (
In den vorhergehenden Beispielen wurden ausnahmslos Schaltungen mit N-Kanal-Transistoren (LSD, HSD) betrachtet. Selbstverständlich sind diese Schaltungen auch mit P-Kanal-Transistoren in entsprechend abgeänderter Form denkbar.In the preceding examples all circuits with N-channel transistors (LSD, HSD) were considered without exception. Of course, these circuits are also conceivable with P-channel transistors in a correspondingly modified form.
Es ist daher sinnvoll, die allgemeine Struktur einer solchen Schaltung genauer zu definieren.
Parallel zum Treibertransistor (D) mit seinem ersten Anschluss (A) und seinem zweiten Anschluss (B) ist eine Sense-Stufe (SENSE) geschaltet, die mit Hilfe des Potenzials am Gate (G) des Treibertransistors (D) und des sie durchfließenden Sense-Stromes (ISENSE) eine Sense-Spannung (V1) erzeugt, die in einem vorgegebenen Arbeitsbereich der Schaltung differentiell proportional zum Sense-Strom (ISENSE) ist, wenn das Potenzial am Gate (G) des Treibertransistors (D) unverändert ist. Der Controller (CTR) vergleicht, vorzugsweise durch Differenzbildung des Sense-Signals (V1) mit einem Referenzsignal (VREF), diese beiden Signale miteinander und erzeugt ein Regelsignal (Vreg), das zumindest in dem besagten Arbeitsbereich differentiell proportional zur Differenz zwischen dem Sense-Signal (V1) und dem Referenzsignal (VREF) ist. Dabei wird die Differenz mit einem Faktor durch den Controller (CTR) verstärkt, dessen Vorzeichen sich nach Transistor-Typ (N-Kanal, P-Kanal) und Schaltungskonfiguration (High-Side-Anordnung, Low-Side-Anordnung) richtet. Das Regelsignal (Vreg) steuert in diesem Beispiel eine Stromquelle (IG), die das Gate (G) des Treibertransistors (D) lädt oder entlädt. Dabei wird hier die parasitäre Kapazität des Gates (G) des Treibertransistors (D) ausgenutzt. Natürlich kann es sinnvoll sein, zusätzliche Kapazitäten parallel zur parasitären Kapazität zu schalten. Das Referenzsignal (VREF) wird dabei durch einen Referenzerzeugungsblock (REF) erzeugt.Parallel to the driver transistor (D) with its first terminal (A) and its second terminal (B) is a sense stage (SENSE) connected by means of the potential at the gate (G) of the driver transistor (D) and the sense flowing through it Currents (I SENSE ) produces a sense voltage (V1) which is differentially proportional to the sense current (I SENSE ) in a given operating range of the circuit when the potential at the gate (G) of the driver transistor (D) is unchanged. The controller (CTR) compares these two signals to one another, preferably by differentiating the sense signal (V1) with a reference signal (V REF ), and generates a control signal (V reg ) which, at least in the said operating range, is differentially proportional to the difference between the two Sense signal (V1) and the reference signal (V REF ) is. In this case, the difference is amplified by a factor by the controller (CTR) whose sign depends on the transistor type (N-channel, P-channel) and circuit configuration (high-side arrangement, low-side arrangement). The control signal (V reg ) in this example controls a current source (I G ) which charges or discharges the gate (G) of the driver transistor (D). Here, the parasitic capacitance of the gate (G) of the driver transistor (D) is utilized here. Of course, it may be useful to switch additional capacities parallel to the parasitic capacitance. The reference signal (V REF ) is generated by a reference generation block (REF).
Für die Nutzung der Stufe aus
Das durch die Erfindung gelöste Problem tritt nun auf, wenn die Sense-Spannung (V1), wie oben beschrieben, am Rande des besagten Betriebsbereichs der Sense-Stufe (SENSE) nicht mehr korrekt erzeugt werden kann und nicht mehr oder nicht mehr in dem gewünschten Maße vom Sense-Strom (ISENSE) und/oder dem Gate-Potenzial des Gates (G) des Treibertransistors (D) abhängt. In diesem Fall funktioniert die Rückkopplung über den Controller (CTR) auf das Gate (G) des Treibertransistors (D) nicht mehr und der Laststrom (IB oder IA) weicht von der Vorgabe ab.The problem solved by the invention now arises when the sense voltage (V1), as described above, can no longer be generated correctly at the edge of the said operating range of the sense stage (SENSE) and no longer or no longer in the desired one Dimensions of the sense current (ISENSE) and / or the gate potential of the gate (G) of the driver transistor (D) depends. In this case, the feedback via the controller (CTR) to the gate (G) of the driver transistor (D) no longer functions and the load current (I B or I A ) deviates from the specification.
Aufgabe der Erfindung Object of the invention
Die Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zur Kompensation des Versagens der Sense-Stufe (SENSE) am Rande des Betriebsbereiches bereitzustellen. Dies trifft insbesondere auf eine Kompensation des oben beschriebenen Mismatches zwischen dem Verhalten des Low-Side-Treibers (LSD) bzw. des High-Side-Treibers (HSD) und des Sense-Transistors (Msense) und damit die Realisierung einer präziseren Strombegrenzung und/oder einer präziseren Überstromabschaltung für einen monolithisch integrierten Low-Side-Treiber (LSD) bzw. für einen monolithisch integrierten High-Side-Treiber (HSD) für beliebige Ausgangsspannungen (Vout) zu.The object of the invention is to provide a method for compensating the failure of the sense stage (SENSE) at the edge of the operating range. This is especially true for a compensation of the mismatch described above between the behavior of the low-side driver (LSD) or the high-side driver (HSD) and the sense transistor (M sense ) and thus the realization of a more precise current limit and / or a more precise overcurrent shutdown for a monolithically integrated low-side driver (LSD) or for a monolithically integrated high-side driver (HSD) for any output voltages (V out ) to.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1.This object is achieved with a device according to
Beschreibung der grundlegenden ErfindungDescription of the basic invention
Wenn die Arbeitsbereiche des Referenzerzeugungsblocks (REF) und der Sense-Stufe (SENSE) sich zwar überlappen, aber auch Bereiche aufweisen, in denen nur der Referenzerzeugungsblock (REF) oder nur die Sense-Stufe (SENSE) funktionieren und der jeweils andere Block keine Abhängigkeit mehr zeigt, so wird der Gesamtarbeitsbereich des Gesamtsystems auf die Vereinigungsmenge des Arbeitsbereiches der Referenzerzeugungsblock (REF) und des Arbeitsbereichs der Sense-Stufe (SENSE) erweitert, was den wesentlichen erfindungsgemäßen Vorteil ausmacht.If the work areas of the reference generation block (REF) and the sense stage (SENSE) overlap, but also have areas in which only the reference generation block (REF) or only the sense stage (SENSE) work and the other block no dependency shows more, the total work area of the entire system is extended to the union amount of the work area of the reference generation block (REF) and the work area of the sense stage (SENSE), which constitutes the essential advantage of the present invention.
Diese Kernidee soll nun an ausgewählten Beispielen weiter erläutert werden.This core idea will now be explained further with selected examples.
Die erfindungsgemäße Kernidee für die Umsetzung einer präzisen Strombegrenzung und eines Überstromschutzes für einen monolithisch integrierten Low-Side-Treiber-Transistor (LSD) bzw. für einen monolithisch integrierten High-Side-Treiber-Transistor (HSD) auf der beispielhaften Basis eines N-Kanal-Transistors in Rahmen dieser Erfindung stellt konkret bezogen auf die Beispiel der
Im Falle einer Low-Side-Treiber-Konfiguration lässt sich auf dieser Weise die, durch den zuvor beschriebenen Spannungsabfall, Sense-Spannung (V1), an dem Sense-Widerstand (Rsense) hervorgerufene, unterschiedliche Drain-Source-Spannung (VDS_SENSE) des Sense-Transistors (MSENSE) und die Drain-Source-Spannung (VDS_LSD) des Low-Side-Treibertransistors (LSD) und das in Folge entstehende Missverhältnis (Mismatch) zwischen dem Drain-Strom (ILSD) des Low-Side-Treibertransistors (LSD) und dem Sense-Strom (ISENSE) durch den Sense-Transistor (MSENSE) insbesondere auch bei hohen Lastströmen (ILoad) kompensieren.In the case of a low-side driver configuration, in this way the different drain-source voltage (V DS_SENSE ) caused by the previously described voltage drop, sense voltage (V1), at the sense resistor (R sense ) can be determined ) of the sense transistor (M SENSE ) and the drain-source voltage (V DS_LSD ) of the low-side driver transistor (LSD) and the resulting mismatch between the drain current (I LSD ) of the low-side driver transistor ( LSD ). Side driver transistor (LSD) and the sense current (I SENSE ) by the sense transistor (M Sense ) in particular at high load currents (I Load ) compensate.
Im Falle eines High-Side-Treibers lässt sich wiederum auf diese Weise der, durch die am Sense-Widerstand (Rsense) abfallende Sense-Spannung (V1) hervorgerufene, unterschiedliche Verlauf der Drain-Spannung (VDS_LSD) des High-Side-Treibers (HSD) und des Sense-Transistors (Msense) und das in Folge entstehende Missverhältnis (Mismatch) zwischen dem Drain-Strom (IHSD) des High-Side-Treibers (HSD) und dem Sense-Strom (ISENSE) durch den Sense-Transistor (MSENSE) wie beim Low-Side-Treiber (LSD) kompensieren.In the case of a high-side driver, the different course of the drain voltage (V DS_LSD ) of the high-side current caused by the sense voltage (V1) dropping across the sense resistor (R sense ) can in turn be determined in this way. Driver (HSD) and the sense transistor (M sense ) and the resulting mismatch between the drain current (I HSD ) of the high-side driver (HSD) and the sense current (I SENSE ) by Compensate the sense transistor (M SENSE ) as with the low side driver (LSD).
In Folgenden wird die Erfindung anhand einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Strombegrenzung entsprechend der beispielhaften
Der Low-Side-Treibertransistor (LSD) der Schaltung aus
Der Sense-Transistor (Msense) wird typischerweise mit einem deutlich kleinerem Weiten-zu-Längen-Verhältnis (W/L-Verhältnis, (W/L)SENSE) in Relation zum W/L-Verhältnis ((W/L)LSD) des Low-Side-treibers (LSD) gefertigt. Das W/L-Verhältnis (W/L)SENSE) des Sense-Transistors (MSENSE) entspricht dabei dem der übrigen Transistoren (M1, M4, M3) und zwar insbesondere auch dem des dritten Transistors (M3), des vierten Transistors (M4) und des ersten Transistors (M1).The sense transistor (M sense ) typically has a much smaller width-to-length ratio (W / L ratio, (W / L) SENSE ) relative to the W / L ratio ((W / L) LSD ) of the low-side driver (LSD). The W / L ratio (W / L) SENSE ) of the sense transistor (M SENSE ) corresponds to that of the remaining transistors (M1, M4, M3) and in particular also that of the third transistor (M3), the fourth transistor ( M4) and the first transistor (M1).
Die Grundidee der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es somit bezogen auf diese beispielhafte Low-Side-Treiberkonfiguration, einen Hilfsstrom (Ih) entsprechend des durch dem Mismatch bedingten, oben erläuterten Stromfehlers in dem Sense-Pfad durch den hier dargestellten ersten Transistor (M1) auch auf der Referenzseite zu modulieren und diesen Hilfsstrom (Ih) von dem ursprünglich konstanten Referenzstrom (IREF) abzuziehen.The basic idea of the device according to the invention is thus based on this exemplary low-side driver configuration, an auxiliary current (I h ) corresponding to the mismatch caused by the above-described current error in the sense path through the first transistor (M1) shown here also on to modulate the reference side and subtract this auxiliary current (I h ) from the originally constant reference current (I REF ).
Hierbei wird ausgenutzt, dass die Transistoren (LSD, Msense, M1, M3 und M4) vorzugsweise vom gleichen Transistortyp sind und daher mit gleichen Eigenschaften (Fachbegriff „matchend”) gefertigt werden können.In this case, use is made of the fact that the transistors (LSD, M sense , M1, M3 and M4) are preferably of the same transistor type and can therefore be manufactured with the same characteristics (technical term "matching").
Für diesen Zweck werden als Spannungsfühler und zur Referenzspannungserzeugung statt Sense-Widerständen (RSENSE) aus dem Stand der Technik, im Linear-Modus operierende Transistoren, konkret der dritte Transistor (M3) und der vierte Transistor (M4), verwendet.For this purpose, as voltage sensors and for reference voltage generation instead of sense resistors (R Sense ) of the prior art, in linear mode operating transistors, specifically the third transistor (M3) and the fourth transistor (M4) is used.
Der dritte Transistor (M3) konvertiert den Sense-Strom (ISENSE), wie bereits beschrieben, zur Sense-Spannung (V1), die der Drain-Source-Spannung (Vds_M3) dieses dritten Transistors (M3) entspricht. Der Verstärker (CTR) begrenzt die Gate-Spannung (VGS_LSD) des Low-Side-Treibertransistors (LSD) und die Gate-Spannung (VGS_SENSE) des Sense-Transistors (Msense), sobald die Sense-Spannung (V1) das Referenzpotenzial (Vref) übersteigt. Ein wesentlicher Vorteil gegenüber der Schaltung (siehe
Das Gate des ersten Transistors (M1) im Referenzpfad ist mit dem Gate (GLSD) des Low-Side-Treiber-Transistors (LSD) und dem Gate des Sense-Transistors (Msense) verbunden. Seine Drain-Source-Spannung (VDS_SENSE) entspricht somit der Drain-Source-Spannung (VDS_M3) des dritten Transistors (M3) und damit der Sense-Spannung (V1), die im Begrenzungsfall durch die Unterregelung des Gate-Anschlusses (GLSD) des Low-Side-Treibertransistors (LSD) der Drain-Source-Spannung (UDS_M4) über den vierten Transistor (M4) und damit der Referenzspannung (VREF) entspricht. Beim Aktivieren, also dem leitend Schalten, des Low-Side-Treibertransistors (LSD) wird zunächst im Normalbetrieb die Gate-Spannung (VGS_LSD) des Low-Side-Treibertransistors (LSD) durch die Ein-Stromquelle (Ion) hochgezogen. Da die parasitären Kapazitäten mehr oder weniger fixiert sind, wird daher die Gate-Source-Spannung (VGS_LSD) des Low-Side-Treibertransistors (LSD) mit einer definierten Anstiegsgeschwindigkeit, der Slewrate, langsam bis auf das Begrenzungspotenzial (VLIM) hochgezogen. Dabei wird dann die Ausgangsspannung (Vout) durch den Low-Side-Treibertransistor (LSD) abgesenkt. Der Fehler (Mismatch) des Treiberstroms (ILSD) zum Sense-Strom (ISENSE) steigt dann zunächst. Auf der anderen Seite, steigt bei dem steigenden Potenzial (VGS_LSD, VGS_M1) des gemeinsamen Gates (GLSD) des Low-Side-Treibertransistors (LSD) und des ersten Transistors (M1), der Hilfsstrom (Ih) durch den ersten Transistor (M1) an, der nun von dem Referenzstrom (IREF) abgezogen wird. Auf diese Weise sinkt nun die Referenzspannung (VREF), die nun wiederum durch die Herunterregelung der Gate-Source-Spannung (VGS_LSD) des Low-Side-Treibertransistors (LSD) einer durch den Mismatch bedingten Steigerung des Treiberstroms (ILSD) entgegenwirkt.The gate of the first transistor (M1) in the reference path is connected to the gate (G LSD ) of the low-side driver transistor (LSD) and the gate of the sense transistor (M sense ). Its drain-source voltage (V DS_SENSE ) thus corresponds to the drain-source voltage (V DS_M3 ) of the third transistor (M3) and thus the sense voltage (V1), in the limit case by the under-regulation of the gate terminal (G LSD ) of the low-side driver transistor (LSD) corresponds to the drain-source voltage (U DS_M4 ) via the fourth transistor (M4) and thus to the reference voltage (V REF ). When activating, ie the conductive switching, of the low-side driver transistor (LSD), the gate voltage (V GS_LSD ) of the low-side driver transistor (LSD) is first pulled up by the on-current source (I on ) during normal operation. Since the parasitic capacitances are more or less fixed, therefore, the gate-source voltage (V GS_LSD ) of the low-side driver transistor (LSD) is slowly pulled up to the limiting potential (V LIM ) at a defined slew rate, the slew rate. In this case, the output voltage (V out ) is then lowered by the low-side driver transistor (LSD). The error (mismatch) of the driver current (I LSD ) to the sense current (I SENSE ) then increases first. On the other hand, with the rising potential (V GS_LSD , V GS_M1 ) of the common gate (G LSD ) of the low-side driver transistor (LSD) and the first transistor (M1), the auxiliary current (I h ) increases by the first one Transistor (M1), which is now subtracted from the reference current (I REF ). In this way, now the reference voltage (V REF ) decreases, which in turn counteracts by the regulation of the gate-source voltage (V GS_LSD ) of the low-side driver transistor (LSD) by an increase of the drive current (I LSD ) caused by the mismatch ,
Um eine gute Übereinstimmung der Eigenschaften (Fachbegriff „Matching”) der Transistoren innerhalb der Vorrichtung zu erzielen, sind der Low-Side-Treiber-Transistor (LSD), der Sense-Transistor (MSENSE), der erste Transistor (M1), der dritte Transistor (M3) und der vierte Transistor (M4) von gleichem Typ. Das Weiten-zu-Längenverhältnis (W/L)M3 des dritten Transistors (M3) im Verhältnis zu dem Weiten-zu-Längenverhältnis (W/L)MSENSE des Sense-Transistors (MSENSE), sollte das gleiche Verhältnis haben, wie das Weiten-zu-Längenverhältnis (W/L)M4 des vierten Transistoren (M4) zum Weiten-zu-Längenverhältnis (W/L)M1 des ersten Transistoren (M1). Also es muss gelten: In order to achieve a good match of the characteristics of the transistors within the device, the low-side driver transistor (LSD), the sense transistor (M SENSE ), the first transistor (M1), the third transistor (M3) and the fourth transistor (M4) of the same type. The width-to-length ratio (W / L) M3 of the third transistor (M3) relative to the width-to-length ratio (W / L) MSENSE of the sense transistor (M SENSE ) should have the same ratio as that Width-to-length ratio (W / L) M4 of the fourth transistor (M4) to the width-to-length ratio (W / L) M1 of the first transistor (M1). So it must apply:
Nehmen wir nun an, dass das Weiten-zu-Längenverhältnis (W/L)LSD des Low-Side-Treiber-Transistors (LSD) ein ganzzahliges Vielfaches des Weiten-zu-Längenverhältnis (W/L)SENSE des Sense-Transistors (MSENSE) ist, sodass gilt: mit n als ganzer Zahl.Now suppose that the width-to-length ratio (W / L) LSD of the low-side driver transistor (LSD) is an integer multiple of the width-to-length ratio (W / L) SENSE of the sense transistor (M SENSE ), so that: with n as a whole number.
Nehmen wir nun weiter an, dass das Weiten-zu-Längenverhältnis (W/L)M3 des dritten Transistors (M3) ein ganzzahliges Vielfaches des Weiten-zu-Längenverhältnis (W/L)M4 des vierten Transistors (M4) ist, sodass gilt: Now, suppose that the width-to-length ratio (W / L) M3 of the third transistor (M3) is an integral multiple of the width-to-length ratio (W / L) M4 of the fourth transistor (M4), so :
Dann ergibt sich für alle Transistoren in linearem Bereich als Bedingung:
Die Gate-Source-Spannung (VGS_LSD) des Low-Side-Treibertransistors (LSD) ist also etwa gleich der Gate-Source-Spannung (VGS_SENSE) des Sense-Transistors (MSENSE) und etwa gleich der Gate-Source-Spannung (VGS_M1) des ersten Transistors (M1) und etwa gleich der Gate-Source-Spannung (VGS_M3) des dritten Transistors (M3) und etwa gleich der Gate-Source-Spannung (VGS_M4) des vierten Transistors (M4) und letztlich gleich der Begrenzungsspannung (VLIM).The gate-source voltage (V GS_LSD ) of the low-side driver transistor (LSD) is thus approximately equal to the gate-source voltage (V GS_SENSE ) of the sense transistor (M SENSE ) and approximately equal to the gate-source voltage (V GS_M1 ) of the first transistor (M1) and approximately equal to the gate-source voltage (V GS_M3 ) of the third Transistors (M3) and approximately equal to the gate-source voltage (V GS_M4 ) of the fourth transistor (M4) and ultimately equal to the limiting voltage (V LIM ).
Damit gilt: und Thus: and
(VLIM) ist hier die maximal erlaubte Gate-Source-Spannung (VGS_LSD) des eingesetzten Low-Side-Treibertransistors (LSD). Bei einem vorhandenen Gate-Source-Schutz z. B. über zusätzlichen Zenerdioden kann diese Spannung (VLIM) auch beliebig groß bis hin zum Versorgungspotenzial (VBAT) gewählt werden.(V LIM ) is here the maximum permitted gate-source voltage (V GS_LSD ) of the low-side driver transistor (LSD) used. For an existing gate-source protection z. B. via additional Zener diodes, this voltage (V LIM ) can also be arbitrarily large up to the supply potential (V BAT ) can be selected.
Mit der Bedingung: Under the condition:
Resultiert daraus für den Low-Siede-Treiberstrom ILSD:
Wobei IREF der Referenzstrom ist.Where I REF is the reference current .
Geht die Schaltung in die Strombegrenzung, so wird das gemeinsame Gate-Potenzial (VGS_LSD) des Low-Side-Treibertransistors (LSD) und des Sense-Transistors (MSENSE) herunter geregelt. Damit sinken die Gate-Source-Spannungen (VGS_LSD und VGS_SENSE) an diesen beiden Transistoren aber auch die Gate-Source-Spannung (VGS_M1) an dem ersten Transistor (M1). Damit gilt für den Drain-Source-Widerstand (RdsM3) des dritten Transistors (M3) und den Drain-Source-Widerstand (RdsM4) des vierten Transistors (M4) und den Drain-Source-Widerstand (RdsM1) des ersten Transistors (M3) und den Drain-Source-Widerstand (RdsMSENSE) des Sense-Transistors (MSENSE): If the circuit is in the current limit, the common gate potential (V GS_LSD ) of the low-side driver transistor (LSD) and the sense transistor (M Sense ) is down regulated. Thus, the gate-source voltages (V GS_LSD and V GS_SENSE ) at these two transistors but also the gate-source voltage (V GS_M1 ) at the first transistor (M1) decrease . Thus, the drain-source resistor (Rds M3 ) of the third transistor (M3) and the drain-source resistor (Rds M4 ) of the fourth transistor (M4) and the drain-source resistor (Rds M1 ) of the first transistor (M3) and the drain-source resistor (Rds MSENSE ) of the sense transistor (M SENSE ):
Weiterhin gilt:
Es bleibt ein kleiner Restfehler, der sich durch den Spannungsabfall am dritten Transistor (M3) und damit durch die unterschiedliche Gate-Source-Spannungen (VGS_SENSE) des Sense-Transistors (Msense) und des ersten Transistors (M1) ergibt. Dieser Fehler ist aber für: vernachlässigbar.There remains a small residual error, which results from the voltage drop across the third transistor (M3) and thus by the different gate-source voltages (V GS_SENSE ) of the sense transistor (M sense ) and the first transistor (M1). This error is for: negligible.
Erfahrungsgemäß ist das bevorzugtes Verhältnis zwischen diesen Paaren: Experience has shown that the preferred ratio between these pairs is:
Die
Nachdem die erfindungsgemäße Struktur für die Anwendung bei der Steuerung eines Low-Side-Treibers (LSD) als Low-Side-Treiber-Konfiguration beschrieben wurde, zeigt
Wie zuvor im Stand der Technik ist das Bezugspotenzial nun die Betriebsspannung (VBAT), die mit dem ersten Anschluss (A) des Treibers (D) aus
Die andere Regelschleife führt bei einer Erniedrigung des Gate-Potenzials des Gates (GHSD) des High-Side-Treibertransistors (HSD) zu einer Erniedrigung der Gate-Source-Spannung (VGS_SENSE) des Sense-Transistors (MSENSE) Hierdurch verringert sich die Sense-Spannung (V1), da der Sense-Strom (ISENSE) sich verringert und somit weiniger Spannung über den dritten Transistor (M3) als Drain-Source-Spannung (VDS_M3) abfällt. Hierdurch erhöht sich das Eingangspotenzial am negierenden Eingang des Controllers (CTR). Daher sinkt auch hier die Regelspannung (Vreg) ab und die Entladung des Gates (GHSD) des High-Side-Treibertransistors (HSD) nimmt ab. Somit ist auch diese regelschleife geschlossen. Bei einer Erhöhung des Gate-Potenzials des Gates (GHSD) des High-Side-Treibertransistors (HSD) verhalten sich die Pegel wieder analog umgekehrt. Man beachte, dass der zweite Transistor (M2) zu einer weiteren Negierung führt, weshalb die Anschlüsse des Controllers in der
Wie zuvor, wird durch diese Schaltung das Verhalten des High-Side-Treibers so modifiziert, dass es zu keinem Überschwinger mehr kommt. (
Das in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwirklichte Verfahren einer adaptiven Nachregelung der Referenz kann auch zur präzisen Überstromerkennung und Überstromabschaltung verwendet werden. Dabei wird in
Die erfindungsgemäße Ausgangstreiberschaltung zeichnet sich also zunächst durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Struktur aus, bei der ein Treibertransistor (D, LSD, HSD) über einem ersten gemeinsamen Anschluss (A), der typischerweise identisch mit der Source oder dem Drain des Treibertransistors (D, LSD, HSD) ist, mit einer Sense-Stufe (SENSE) verbunden ist. Dabei ist der Treibertransistor (D, LSD, HSD) über einem zweiten gemeinsamen Anschluss (B), der nun das Drain des Treibertransistors (D, LSD, HSD) ist, wenn zuvor der erste gemeinsame Anschluss (A) die Source des Treibertransistors (D, LSD, HSD) war, oder der nun die Source des Treibertransistors (D, LSD, HSD) ist, wenn zuvor der erste gemeinsame Anschluss (A) das Drain des Treibertransistors (D, LSD, HSD) war, ebenfalls mit der Sense-Stufe (SENSE) verbunden. Es ist offensichtlich, dass dabei der zweite Anschluss (B) nicht identisch zum ersten gemeinsamen Anschluss (A) sein darf. Gleichzeitig ist das Gate (GD, GLSD, GHSD) des Treibertransistors (D, LSD, HSD) ebenfalls mit der Sense-Stufe (SENSE) verbunden. Der Sense-Strom (ISENSE) durchfließt dabei die Sense-Stufe (SENSE) zwischen dem ersten gemeinsamen Anschluss (A) und dem zweiten gemeinsamen Anschluss (B).Thus, the output driver circuit according to the invention is initially characterized by a structure known from the prior art, in which a driver transistor (D, LSD, HSD) is connected across a first transistor common terminal (A), which is typically identical to the source or the drain of the driver transistor (D, LSD, HSD), connected to a sense stage (SENSE). In this case, the driver transistor (D, LSD, HSD) via a second common terminal (B), which is now the drain of the driver transistor (D, LSD, HSD), if previously the first common terminal (A), the source of the driver transistor (D , LSD, HSD), or which is now the source of the driver transistor (D, LSD, HSD), if previously the first common terminal (A) was the drain of the driver transistor (D, LSD, HSD) was also connected to the sense transistor. Level (SENSE) connected. It is obvious that the second connection (B) may not be identical to the first common connection (A). At the same time, the gate (G D , G LSD , G HSD ) of the driver transistor (D, LSD, HSD) is also connected to the sense stage (SENSE). The sense current (I SENSE ) flows through the sense stage (SENSE) between the first common terminal (A) and the second common terminal (B).
Sense-Stufe (SENSE) und Treibertransistor (D, LSD, HSD) weisen hierbei ein gemeinsames Bezugspotenzial (VBAT, GND) auf. Die Sense-Stufe (SENSE) erzeugt in Abhängigkeit vom Sense-Strom (ISENSE) und in Abhängigkeit von dem Gate-Potenzial des Gates (GD, GLSD, GHSD) des Treibertransistors (D, HSD, LSD) ein Sense-Signal (V1). Eine Referenzstufe (REF) erzeugt ein Referenzsignal (VREF). Paralleldazu vergleicht ein Controller (CTR) das Referenzsignal (VREF) und das Sense-Signal (V1) durch Differenzbildung und erzeugt ein Regelsignal (Vreg). Die Verstärkung des Controllers (CTR) wird in der Konstruktionsphase dabei so nach Betrag und Vorzeichen gewählt, dass sich für die zwei oben beschriebenen Regelkreise Stabilität ergibt. Der Controller weist dabei typischerweise zwei Eingänge auf. Ein erster Eingang des Controllers (CTR) ist mit dem Sense-Signal (V1) verbunden und ein zweiter Eingang des Controllers (CTR) ist mit dem Referenz-Signal (VREF) verbunden. Das Gate-Potenzial des Gates (GD, GLSD, GHSD) des Treibertransistors (D, LSD, HSD) hängt dabei von dem Regelsignal (Vreg) ab. Über diesen bekannten Stand der Technik hinaus zeichnet sich das erfindungsgemäße System dadurch aus, dass zum Ersten die Referenzstufe (REF) mit dem Gate (GD, GLSD, GHSD) des Treibertransistors (D, LSD, HSD) verbunden ist und dass zum Zweiten das Referenzsignal (VREF) von dem Potenzial des Gates (GD, GLSD, GHSD) des Treibertransistors (D, LSD, HSD) abhängt und dass zum Dritten die Wirkung einer Änderung des Gate-Potenzials des Gates (GD, GLSD, GHSD) des Treibertransistors (D, LSD, HSD) auf das Referenzsignals (VREF) der Wirkung auf das Sense-Signal (V1) entgegengesetzt ist.Sense stage (SENSE) and driver transistor (D, LSD, HSD) have a common reference potential (VBAT, GND). The sense stage (SENSE) generates a sense signal in response to the sense current (I SENSE ) and depending on the gate potential of the gate (G D , G LSD , G HSD ) of the driver transistor (D, HSD, LSD). Signal (V1). A reference stage (REF) generates a reference signal (V REF ). In parallel, a controller (CTR) compares the reference signal (V REF ) and the sense signal (V1) by subtraction and generates a control signal (Vreg). The gain of the controller (CTR) is selected in the design phase in terms of magnitude and sign, so that there is stability for the two control circuits described above. The controller typically has two inputs. A first input of the controller (CTR) is connected to the sense signal (V1) and a second input of the controller (CTR) is connected to the reference signal (V REF ). The gate potential of the gate (G D , G LSD , G HSD ) of the driver transistor (D, LSD, HSD) depends on the control signal (Vreg). Beyond this known state of the art, the system according to the invention is distinguished in that, first of all, the reference stage (REF) is connected to the gate (G D , G LSD , G HSD ) of the driver transistor (D, LSD, HSD) and to the Second, the reference signal (V REF ) depends on the potential of the gate (G D , G LSD , G HSD ) of the driver transistor (D, LSD, HSD) and, thirdly, the effect of changing the gate potential of the gate (G D , G LSD , G HSD ) of the driver transistor (D, LSD, HSD) is opposite to the reference signal (V REF ) of the effect on the sense signal (V1).
In einer besonderen Ausprägung der Erfindung wird die Sense-Stufe (SENSE) durch die Serienschaltung eines Sense-Transistors (MSENSE) mit einem dritten Transistor (M3) gebildet. Das Drain des dritten Transistors (M3) ist dabei über einen gemeinsamen Sense-Koten (SSENSE) mit der Source des Sense-Transistors (MSENSE) verbunden. Die Spannung zwischen Bezugspotenzial (VBAT, GND) und gemeinsamen Sense-Knoten (SENSE) stellt hier das Sense-Signal (V1) dar, das mit dem besagten ersten Eingang des Controllers (CTR) verbunden ist. Das Drain des Sense-Transistors (MSENSE) ist mit einem der zwei gemeinsamen Anschlüsse (A, B) verbunden. Die Source des dritten Transistors (M3) ist hierbei mit dem jeweils anderen der gemeinsamen Anschlüsse (B, A) verbunden. Schließlich ist das Gate des Sense-Transistors (MSENSE) mit dem Gate (GD, GLSD, GHSD) des Treibertransistors (D, LSD, HSD) verbunden. Das Gate des dritten Transistors (M3) ist mit einer weiteren Referenzspannung (VCP, VLIM) verbunden, um den Arbeitspunkt festzulegen.In a particular embodiment of the invention, the sense stage (SENSE) is formed by the series connection of a sense transistor (M SENSE ) with a third transistor (M3). The drain of the third transistor (M3) is connected to the source of the sense transistor (M SENSE ) via a common sense node (S SENSE ). The voltage between reference potential (VBAT, GND) and common sense node (SENSE) here represents the sense signal (V1), which is connected to said first input of the controller (CTR). The drain of the sense transistor (M SENSE ) is connected to one of the two common terminals (A, B). The source of the third transistor (M3) is in this case connected to the respective other of the common terminals (B, A). Finally, the gate of the sense transistor (M SENSE ) is connected to the gate (G D , G LSD , G HSD ) of the driver transistor (D, LSD, HSD). The gate of the third transistor (M3) is connected to another reference voltage (VCP, V LIM ) to set the operating point.
In einer weiteren besonderen Ausführung der Ausgangstreiberschaltung wird wiederum die Sense-Stufe (SENSE) durch die Serienschaltung eines Sense-Transistors (MSENSE) mit einem dritten Transistor (M3) gebildet. Nun ist jedoch die Source des dritten Transistors (M3) über einen gemeinsamen Sense-Koten (SSENSE) mit dem Drain des Sense-Transistors (MSENSE) verbunden. Im Gegensatz zur zuvor beschriebenen Ausführung stellt die Spannung zwischen Bezugspotenzial (VBat, GND) und gemeinsamen Sense-Knoten (SSENSE) das Sense-Signal (V1) dar, das wieder mit dem ersten Eingang des Controllers (CTR) verbunden ist. Die Source des Sense-Transistors (MSENSE) ist mit einem der gemeinsamen Anschlüsse (A, B) verbunden. Das Drain des dritten Transistors (M3) ist hierbei wiederum mit dem jeweils anderen der gemeinsamen Anschlüsse (B, A) verbunden. Das Gate des Sense-Transistors (MSENSE) ist mit dem Gate (GD, GLSD, GHSD) des Treibertransistors (D, LSD, HSD) verbunden. Das Gate des dritten Transistors ist hierbei mit einer weiteren Referenzspannung (VCP, V) verbunden.In a further particular embodiment of the output driver circuit, in turn, the sense stage (SENSE) is formed by the series connection of a sense transistor (MSENSE) with a third transistor (M3). However, the source of the third transistor (M3) is now connected to the drain of the sense transistor (M SENSE ) via a common sense node (S SENSE ). In contrast to the previously described embodiment, the voltage between reference potential (VBat, GND) and common sense node (S Sense ) represents the sense signal (V1), which is again connected to the first input of the controller (CTR). The source of the sense transistor (M SENSE ) is connected to one of the common terminals (A, B). The drain of the third transistor (M3) is in turn connected to the other of the common terminals (B, A). The gate of the sense transistor (M SENSE ) is connected to the gate (G D , G LSD , G HSD ) of the driver transistor (D, LSD, HSD). The gate of the third transistor is in this case connected to a further reference voltage (VCP, V).
In einer weiteren Ausführung umfasst der Referenzerzeugungsblock (REF) einen vierten Transistor (M4), der mit seinem Drain mit einem Bezugspotenzial (VBAT) verbunden ist. Dabei ist der vierte Transistor (M4) mit seiner Source mit einem Referenzknoten (SREF) und das Gate des vierten Transistors (M4) mit einem weiteren Referenzpotenzial (VCP) verbunden. Darüber hinaus umfasst der Referenzerzeugungsblock (REF) einen ersten Transistor (M1), der mit seinem Drain mit einem Bezugspotenzial (VBAT) verbunden ist. Dabei ist der erste Transistor (M1) mit seiner Source mit einem Referenzknoten (SREF) und das Gate des ersten Transistors (M1) mit dem Gate (GD, GLSD, GHSD) des Treibertransistors (D, LSD, HSD) verbunden. Gleichzeitig speist eine Referenzstromquelle einen Referenzstrom (IREF) in den Referenzknoten (SREF) ein. Der so aufgebaute Referenzerzeugungsblock gibt an dem Referenzknoten (SREF) das Referenzsignal (VREF) aus, das mit dem zweiten Eingang des Controllers (CTR) verbunden ist.In a further embodiment, the reference generation block (REF) comprises a fourth transistor (M4) connected to its drain with a reference potential (VBAT). In this case, the fourth transistor (M4) is connected with its source to a reference node (S REF ) and the gate of the fourth transistor (M4) to a further reference potential (VCP). In addition, the reference generation block (REF) comprises a first transistor (M1) connected at its drain to a reference potential (VBAT). In this case, the first transistor (M1) is connected with its source to a reference node (S REF ) and the gate of the first transistor (M1) to the gate (G D , G LSD , G HSD ) of the driver transistor (D, LSD, HSD) , At the same time, a reference current source feeds a reference current (I REF ) into the reference node (S REF ). The so constructed reference generation block outputs at the reference node (S REF ) the reference signal (V REF ), which is connected to the second input of the controller (CTR).
In einer weiteren Ausführung der erfindungsgemäßen Ausgangstreiberschaltung umfasst der Referenzerzeugungsblock (REF) einen vierten Transistor (M4), der mit seiner Source mit einem Bezugspotenzial (GND) verbunden ist. Dabei ist der vierte Transistor (M4) mit seinem Drain mit einem Referenzknoten (SREF) und das Gate des vierten Transistors (M4) mit einem weiteren Referenzpotenzial (VLIM) verbunden.In a further embodiment of the output driver circuit according to the invention, the reference generation block (REF) comprises a fourth transistor (M4) which is connected with its source to a reference potential (GND). In this case, the fourth transistor (M4) is connected with its drain to a reference node (S REF ) and the gate of the fourth transistor (M4) to a further reference potential (V LIM ).
Der Referenzerzeugungsblock (REF) umfasst des Weiteren einen ersten Transistor (M1), der mit seiner Source mit einem Bezugspotenzial (GND) und mit seinem Drain mit einem Referenzknoten (SREF) verbunden ist. Das Gate des ersten Transistors (M1) ist mit dem Gate (GD, GLSD, GHSD) des Treibertransistors (D, LSD, HSD) verbunden. Eine Referenzstromquelle speist einen Referenzstrom (IREF) in den Referenzknoten (SREF) ein. Der so aufgebaute Referenzerzeugungsblock (REF) gibt dabei an dem Referenzknoten (SREF) das Referenzsignal (VREF) aus, das mit dem zweiten Eingang des Controllers (CTR) verbunden ist.The reference generation block (REF) further comprises a first transistor (M1) having its source connected to a reference potential (GND) and its drain connected to a reference node (S REF ). The gate of the first transistor (M1) is connected to the gate (G D , G LSD , G HSD ) of the driver transistor (D, LSD, HSD). A reference current source feeds a reference current (I REF ) into the reference node (S REF ). The reference generation block (REF) thus constructed outputs the reference signal (V REF ) at the reference node (SREF), which is connected to the second input of the controller (CTR).
In einer weiteren Ausprägung der Erfindung handelt es sich bei den Transistoren (D, LSD, HSD, M1, M2, M3, M4) um N-Kanal-Transistoren oder alternativ um P-Kanal-Transistoren. Wichtig ist hierbei ach, dass es sich um Transistoren gleichen Typs handeln sollte, die gut „matchen” sollten, also so konstruiert sein sollten, dass sie annähernd gleiche Eigenschaften haben oder aus solchen Transistoren zusammengesetzt sind.In a further embodiment of the invention, the transistors (D, LSD, HSD, M1, M2, M3, M4) are N-channel transistors or alternatively P-channel transistors. It is important to note that they should be transistors of the same type, which should match well, that is, be constructed to have approximately the same characteristics or to be composed of such transistors.
In einer weiteren Ausprägung der Erfindung hat der Ausgangstreiber eine High-Side-Konfiguration hat oder eine Low-Side-Konfiguration. Natürlich können solche Treiber zu komplexeren Halb- oder Vollbrücken zusammengeschaltet werden.In a further aspect of the invention, the output driver has a high-side configuration or a low-side configuration. Of course, such drivers can be interconnected to more complex half or full bridges.
Eine weitere Ausprägung der Erfindung zeichnet sich zusätzlich dadurch aus, dass das W/L Verhältnis ((W/L)M3) des dritten Transistors (M3) geteilt durch das W/L Verhältnis ((W/L)SENSE) des Sense-Transistors (MSENSE) auf der einen Seite bis auf eine Abweichung von +/–25%, oder besser +/–10%, oder besser +/–5%, oder besser +/–2% oder besser +/–1% oder besser +/–0,5% auf der anderen Seite dem W/L Verhältnis ((W/L)M4) des vierten Transistors (M4) geteilt durch das W/L Verhältnis ((W/L)M1) des ersten Transistors (M1) entspricht.A further feature of the invention is additionally characterized in that the W / L ratio ((W / L) M3 ) of the third transistor (M3) divided by the W / L ratio ((W / L) SENSE ) of the sense transistor (M SENSE ) on the one hand to a deviation of +/- 25%, or better +/- 10%, or better +/- 5%, or better +/- 2% or better +/- 1% or better +/- 0.5% on the other hand the W / L ratio ((W / L) M4 ) of the fourth transistor (M4) divided by the W / L ratio ((W / L) M1 ) of the first transistor ( M1).
Eine weitere Ausprägung der Erfindung zeichnet sich zusätzlich dadurch aus, dass für das W/L Verhältnis ((W/L)M3) des dritten Transistors (M3) geteilt durch das W/L Verhältnis ((W/L)SENSE) des Sense-Transistors (MSENSE) ein Wert größer als 1 und/oder größer als 2 und/oder größer als 5 und/oder größer als 10 und/oder größer als 20 und/oder größer als 50 und/oder größer als 100 und/oder bevorzugt 10 +/– 1 ist.A further feature of the invention is additionally characterized in that for the W / L ratio ((W / L) M3 ) of the third transistor (M3) divided by the W / L ratio ((W / L) SENSE ) of the sense transistor Transistor (M Sense ) has a value greater than 1 and / or greater than 2 and / or greater than 5 and / or greater than 10 and / or greater than 20 and / or greater than 50 and / or greater than 100 and / or preferred 10 +/- 1 is.
Eine weitere Ausprägung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass für das W/L Verhältnis ((W/L)M4) des vierten Transistors (M4) geteilt durch das W/L Verhältnis ((W/L)M1) des ersten Transistors (M1) größer als 1 und/oder größer als 2 und/oder größer als 5 und/oder größer als 10 und/oder größer als 20 und/oder größer als 50 und/oder größer als 100 und/oder bevorzugt 10 +/– 1 ist.A further feature of the invention is characterized in that for the W / L ratio ((W / L) M4 ) of the fourth transistor (M4) divided by the W / L ratio ((W / L) M1 ) of the first transistor ( M1) greater than 1 and / or greater than 2 and / or greater than 5 and / or greater than 10 and / or greater than 20 and / or greater than 50 and / or greater than 100 and / or preferably 10 +/- 1 is.
Eine weitere Ausprägung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass im eingeschalteten Zustand das Verhältnisse des differentiellen On-Widerstands (Rds_M3) des dritten Transistors (M3) geteilt durch den differentiellen On-Widerstand (Rds_Msense) des Sense-Transistors (MSENSE) auf der einen Seite bis auf eine Abweichung von +/–25%, oder besser +/–10%, oder besser +/–5% oder besser +/–2% oder besser +/–1% oder besser +/–0,5% auf der anderen Seite dem Verhältnis des differentiellen On-Widerstands (Rds_M4)des vierten Transistors (M4) geteilt durch den differentiellen On-Widerstand (Rds_M1) des ersten Transistors (M1) entspricht.A further feature of the invention is characterized in that, in the switched-on state, the ratios of the differential on-resistance (R ds_M3 ) of the third transistor (M3) divided by the differential on-resistance (R ds_Msense ) of the sense transistor (M SENSE ) on the one hand, to a deviation of +/- 25%, or better +/- 10%, or better +/- 5% or better +/- 2% or better +/- 1% or better +/- 0 , 5% on the other hand corresponds to the ratio of the differential on-resistance (R ds_M4 ) of the fourth transistor (M4) divided by the differential on-resistance (R ds_M1 ) of the first transistor (M1).
Eine weitere Ausprägung der Erfindung mit einer Modifikation der Strombegrenzung zu einer Überstromerkennung und/oder einer Überstromabschaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Controller (CTR) ein Komparator ist und er ein Mittel zum Vergleichen des Sense-Signals (V1) mit einem Referenzsignal (VREF) aufweist, das ein logisches Komparatorsignal (VKomp) in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis zwischen diesen beiden Signalen (V1, VREF) ausgibt. Der erfindungsgemäße Ausgangstreiber weist darüber hinaus eine digitale Logik zur Weiterverarbeitung des Komparatorsignals (VKomp) auf. In Abhängigkeit von diesem Komparatorsignal (VKomp) wird der Treiber-Transistor (D, LSD, HSD) bei der Überschreitung einer Überstromerkennungsschwelle abgeschaltet.A further development of the invention with a modification of the current limitation to an overcurrent detection and / or an overcurrent disconnection is characterized in that the controller (CTR) is a comparator and it has a means for comparing the sense signal (V1) with a reference signal (V REF ) which outputs a logical comparator signal (V Komp ) in response to the comparison result between these two signals (V1, V REF ). The output driver according to the invention also has a digital logic for further processing of the comparator signal (V Komp ). In response to this comparator signal (V Komp ), the driver transistor (D, LSD, HSD) is turned off when an overcurrent detection threshold is exceeded.
Das wesentliche Merkmal des Ausgangstreibers ist somit, dass er im Gegensatz zum Stand der Technik über zwei Rückkoppelschleifen verfügt und dass diese Rückkoppelschleifen unterschiedliche aber zumindest überlappende Betriebsbereiche hinsichtlich des Ausgangsstromes (ILoad) aufweisen.The essential feature of the output driver is thus that, in contrast to the prior art, it has two feedback loops and that these feedback loops have different but at least overlapping operating ranges with respect to the output current (I Load ).
Als Letztes sein noch erwähnt, dass der bisher nur wenig beschriebene zweite Transistor eine wichtige Sicherheitstechnische Aufgabe hat. Diese ist von Bedeutung, wenn es sich bei der Treiberstufe um eine Ausgangsstufe zur Zündung von Airbag-Sprengkapseln handelt. Der gegenüber dem Stand der Technik zusätzliche Transistor (M2) ist in den beispielhaften Zeichnungen als N-Kanal-Transistor ausgeführt, der mit seinem Drain mit dem Gate (GD, GLSD, GHSD) des jeweiligen Treibertransistors (D, LSD, HSD) verbunden ist. Das Source ist mit dem Bezugspotenzial, typischerweise die Bezugsmasse (GND) verbunden. Dieser zweite Transistor (M2) wird dabei durch das Regelsignal (Vreg) des Controllers (CTR) gesteuert. Dieses Regelsignal (Vreg) ist mit seinem Gate-Anschluss verbunden. Wird das Gate des zweiten Transistors (M2) aktiviert und damit der zweite Transistor (M2) eingeschaltet, so verbindet der zweite Transistor (M2) das Gate (GD, GLSD, GHSD) des Treibertransistors (D, LSD, HSD) so mit einem Bezugspotenzial, insbesondere dem Massepotenzial (GND), dass die Ein-Stromquelle (ION) auch bei geschlossenem ersten ON-Schalter (SON) das Gate (GD, GLSD, GHSD) des Treiber-Transistors (D, LSD, HSD) nicht mehr so umladen kann, dass der Treibertransistor (D, LSD, HSD) einschaltet und damit die Zündpille des Airbags versehentlich zündet. Dies wird durch eine geeignete Dimensionierung des zweiten Transistors (M2) gegenüber der Ein-Stromquelle (ION) erreicht.Finally, it should be mentioned that the second transistor, which has hitherto been little described, has an important safety-related task. This is important if the driver stage is an exit stage for the ignition of airbag detonators. The prior art additional transistor (M2) is designed in the exemplary drawings as an N-channel transistor with its drain to the gate (G D , G LSD , G HSD ) of the respective driver transistor (D, LSD, HSD ) connected is. The source is connected to the reference potential, typically the reference ground (GND). This second transistor (M2) is controlled by the control signal (V reg ) of the controller (CTR). This control signal (V reg ) is connected to its gate terminal. If the gate of the second transistor (M2) is activated and thus the second transistor (M2) is turned on, then the second transistor (M2) connects the gate (G D , G LSD , G HSD ) of the driver transistor (D, LSD, HSD) with a reference potential, in particular the ground potential (GND), that the one-current source (I ON ), even with the first ON switch (S ON ) closed, the gate (G D , G LSD , G HSD ) of the driver transistor (D, LSD, HSD) can not reload so that the driver transistor (D, LSD, HSD) turns on and thus accidentally ignites the squib of the airbag. This is achieved by a suitable dimensioning of the second transistor (M2) with respect to the single-current source (I ON ).
Vorteile der Erfindung gegenüber dem Stand der TechnikAdvantages of the invention over the prior art
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist viele Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf:
- 1. Das Mismatch zwischen dem Low-Side-Treiberstrom ILSD bzw. dem High-Side-Treiberstrom (IHSD) und dem Sense-Strom (ISENSE) wird weitgehend aufgehoben. Hierdurch kann somit eine präzisere Strombegrenzungsschwelle und/oder eine präzisere Überstromabschaltungsschwelle erreicht und definiert werden.
- 2. Eine präzise Strombegrenzungsschwelle und Überstromabschaltungsschwelle hat weiterhin den Vorteil, die maximale Verlustleistung zu verringern und damit die durch die Verlustleitung bestimmte Treibergröße zu reduzieren.
- 3. In Schaltungen mit einer niederohmigen Last zwischen Low-Side-Treiber-Transistor (LSD) und High-Side-Treiber-Transistor (HSD), wird in der Regel einer der beiden Treiber dominant gegenüber dem anderen gewählt, indem sein Referenzstrom größer gewählt wird als der des anderen. Der Stromunterschied des als dominant bestimmten Treibers sollte dabei größer sein als die maximale Strombegrenzungsschwelle des anderen bzw. nicht dominanten Treibers um einen unbeabsichtigten Dominanzwechsel zwischen den Treibern zu vermeiden. Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit kleinerer Strombegrenzungsschwelle, kann dieser Stromunterschied und damit der Ruhestrom kleiner gewählt werden. Somit können die Treiber kleiner dimensioniert werden, wodurch Fläche und somit Herstellkosten gespart werden können.
- 1. The mismatch between the low-side drive current I LSD or the high-side drive current (I HSD ) and the sense current (I SENSE ) is largely eliminated. As a result, a more precise current limiting threshold and / or a more precise overcurrent switching-off threshold can thus be achieved and defined.
- 2. A precise current limit threshold and overcurrent shutdown threshold further has the advantage of reducing maximum power dissipation and thus reducing driver size determined by the loss line.
- 3. In circuits with a low-impedance load between low-side driver transistor (LSD) and high-side driver transistor (HSD), one of the two drivers is usually chosen to be dominant over the other, by making its reference current larger is considered the other's. The current difference of the dominant driver should be greater than the maximum current limit threshold of the other or non-dominant driver in order to avoid an unintentional change of dominance between the drivers. With a device according to the invention with a smaller current limiting threshold, this current difference and thus the quiescent current can be selected smaller. Thus, the drivers can be made smaller, whereby area and thus manufacturing costs can be saved.
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102014001264.6A DE102014001264B4 (en) | 2014-01-29 | 2014-01-29 | Precision current limiting and overcurrent tripping to protect a monolithic integrated driver by means of adapive reference generation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102014001264.6A DE102014001264B4 (en) | 2014-01-29 | 2014-01-29 | Precision current limiting and overcurrent tripping to protect a monolithic integrated driver by means of adapive reference generation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102014001264A1 true DE102014001264A1 (en) | 2015-07-30 |
DE102014001264B4 DE102014001264B4 (en) | 2016-12-08 |
Family
ID=53522733
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102014001264.6A Active DE102014001264B4 (en) | 2014-01-29 | 2014-01-29 | Precision current limiting and overcurrent tripping to protect a monolithic integrated driver by means of adapive reference generation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102014001264B4 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110098827A (en) * | 2018-01-30 | 2019-08-06 | 瑞萨电子株式会社 | Semiconductor devices, electric current detecting method and load driving system |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4820968A (en) * | 1988-07-27 | 1989-04-11 | Harris Corporation | Compensated current sensing circuit |
DE69614659T2 (en) * | 1996-02-09 | 2004-04-08 | Co.Ri.M.Me. Consorzio Per La Ricerca Sulla Microelettronica Nel Mezzogiorno | Circuit with overcurrent protection for power transistors |
-
2014
- 2014-01-29 DE DE102014001264.6A patent/DE102014001264B4/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4820968A (en) * | 1988-07-27 | 1989-04-11 | Harris Corporation | Compensated current sensing circuit |
DE69614659T2 (en) * | 1996-02-09 | 2004-04-08 | Co.Ri.M.Me. Consorzio Per La Ricerca Sulla Microelettronica Nel Mezzogiorno | Circuit with overcurrent protection for power transistors |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110098827A (en) * | 2018-01-30 | 2019-08-06 | 瑞萨电子株式会社 | Semiconductor devices, electric current detecting method and load driving system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102014001264B4 (en) | 2016-12-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69020295T2 (en) | Time delay circuits with temperature compensation. | |
DE60017049T2 (en) | Linear regulator with low series voltage drop | |
DE102015216493B4 (en) | Linear regulator with improved stability | |
DE102008001368A1 (en) | Electrostatic discharge protective circuit for protecting series circuit, has electrostatic discharge transistor that is controlled by single transistor which is controlled by inverter with inverted potential of center tap | |
DE102014108576B4 (en) | Driver circuit with Miller clamping functionality for power semiconductor switches, power semiconductor switches and inverter bridges | |
DE102013106744B4 (en) | Voltage regulation circuits and procedures | |
DE102014213963A1 (en) | Leakage loss reduction technique for low voltage LDOs | |
DE102014012828A1 (en) | Electronic circuit breaker | |
DE112014002021T5 (en) | Switching element driving circuit | |
DE102006017048B4 (en) | Method and apparatus for providing a regulated voltage at a voltage output | |
DE102006007479B4 (en) | Shunt regulator | |
DE10341320B4 (en) | Differential amplifier circuit | |
DE112017006477T5 (en) | Power supply circuit | |
DE102012107953B3 (en) | Circuit arrangement for driving a bistable relay | |
DE102004062205B4 (en) | Circuit arrangement for protecting a circuit from electrostatic discharges | |
EP1026569B1 (en) | Voltage regulator | |
DE102014001264B4 (en) | Precision current limiting and overcurrent tripping to protect a monolithic integrated driver by means of adapive reference generation | |
DE102016207714A1 (en) | Voltage regulator with current reduction mode | |
DE102009033449B4 (en) | Integrated circuit having a control circuit for a power field effect transistor, electronic circuit having such an integrated circuit and method for configuring a control circuit for a power field effect transistor | |
DE112020001370T5 (en) | ANALOGUE UNIVERSAL SWITCH WITH A CONTROLLED LIMIT OF THE DIFFERENTIAL INCREASE VOLTAGE | |
DE102010010103B3 (en) | Electronic device for controlling current through ignition tablet, has metal oxide semiconductor transistor which is coupled with gate at common gate node and with source connection at ground | |
DE102008008831B4 (en) | Current limited voltage source with wide input current range | |
DE102004030840A1 (en) | switching regulators | |
DE102014010202B3 (en) | EMC-compliant edge regulation for transceivers of a single-wire bus system, in particular for a LINBUS transceiver | |
WO2005010631A1 (en) | Voltage regulator having a current mirror for decoupling a partial current |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified | ||
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: ELMOS SEMICONDUCTOR SE, DE Free format text: FORMER OWNER: ELMOS SEMICONDUCTOR AKTIENGESELLSCHAFT, 44227 DORTMUND, DE |