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Leistungselektronik / Stromversorgungen
High-Side-Schalter
Bild: Fairchild Semiconductor
Bild 2: Darstellung der Spannungen V A
und V reg
in Abhängigkeit von V BB
.
den, D 1
-…-D N
, die eine Stromquelle mit einem äußerst kleinen
Strom bilden. Dadurch wird V A
geklemmt bis V A
ausreichend hoch
ist, um alle Z-Dioden durchzuschalten. Der Spannungsregler funktioniert
wie in Bild 2 beschrieben. Bevor D VR
aufgrund einer zu
geringen Spannung V BB
schaltet, liefert der Ausgang des Spannungsreglers
den konstanten Spannungspegel, |V TH
| von M 5
. Die
reduzierte Spannung von V BB
steht dagegen erst zur Verfügung
wenn D VR
durchschaltet. Alle in Bild 3 beschriebenen Stromquellen
werden mittels Sperrschicht-Transistoren implementiert, deren
Gate und Source kurzgeschlossen ist.
Messergebnisse
Der Prototyp des intelligenten High-Side-Schalters wurde mit einem
5 µm BCDMOS-Prozess hergestellt. Sein Mikrodiagramm ist
in Bild 4 zu sehen. Die vorgeschlagene UVOV-Erkennungsschaltung
weist eine aktive Fläche von 0,0625 mm 2 auf. Das Ausgangssignal
schaltet den High-Side-Schalter ab, sobald V BB
den vorgegebenen
Arbeitsbereich verlässt. Bild 5 zeigt die gemessene Spannung
V ON
, die Differenzspannung zwischen dem Drain- und dem Source-Anschluss
des High-Side-Schalters, in Abhängigkeit von V BB
.
V ON
ist nahe null wenn der High-Side-Schalter eingeschaltet ist
und nahe V BB
wenn dieser auf Grund von Unter- oder Überspannung
ausgeschaltet ist. Dabei kann V ON
wegen des endlichen Widerstands
des High-Side-Schalters, normalerweise einige zig mΩ,
nicht Null werden. Bei einer Unterspannung wird der High-Side-
Schalter bei 3,85 V mit einer Hysterese von 650 mV abgeschaltet.
Eine Überspannung wird bei 48,45 V mit einer Hysterese von 700
mV erkannt. Es wurden insgesamt 2000 unterschiedliche Muster
getestet, um die Robustheit der Schaltung zu verifizieren. Die gemessenen
UVOV-Erkennungspegel wurden in Bild 6 zusammengefasst.
Dabei ist zu sehen, dass der UVOV-Erkennungspegel des
Prototyps eine gute Verteilung aufweist und zwar mit einer Standardabweichung
von rund 0,04 bei der Erkennung von Unterspannung
und einer Standardabweichung von rund 0,42 bei der Erkennung
von Überspannung. Die simulierte Stromaufnahme der
Schaltung liegt bei 18,7 µA bei 12 V, bei 18,8 µA bei 24 V und bei
22,4 µA bei 60 V. Dies ist vernachlässigbar, da nur ein Transistor als
Spannungsdetektor genutzt wird.
Fazit
Die in diesem Beitrag vorgestellte neuartige UVOV-Erkennungsschaltung
benötigt nur einen einzigen Transistor als Spannungsdetektor.
Der Prototyp erkennt eine Unterspannung bei einem Pegel
von 3,85 V mit einer Hysterese von 650 mV und erkennt eine
Überspannung bei 48,45 V mit einer Hysterese von 700 mV, wobei
mit Hilfe der Simulation eine Stromaufnahme von 18,7 µA bei 12
V ermittelt wurde. (jj)
■
Die Autoren: Duckki Kwon , Kyoungmin Lee , Eunchul Kang und Jaehyun Han
sind Mitarbeiter von Fairchild Semiconductor .
Auf einen Blick
Prototyp der Erkennungsschaltung
Der Prototyp einer neuartigen Erkennungsschaltung für Unter- und
Überspannung (UVOV) wurde mit einem 5 µm BCDMOS-Prozess implementiert
und erfordert eine aktive Fläche von 0,0625 mm 2 . Die
Messergebnisse zeigen, dass er Prototyp Unter- und Überspannungen
bei 3,85 V mit einer Hysterese von 650 mV und von 48,45 V mit einer
Hysterese von 700 mV erkennt, wobei in der Simulation nur ein Strom
von 18,7 µA bei 12 V fl ießt.
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36 elektronik industrie 04 / 2011
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