DE19733707A1

DE19733707A1 - Protection circuit e.g. for polarity reversal in motor vehicle low voltage applications

Info

Publication number: DE19733707A1
Application number: DE19733707A
Authority: DE
Inventors: Alfons Dr Ing Graf; Martin Dr Ing Maerz; Christian Dipl Ing Schweizer
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1997-08-04
Filing date: 1997-08-04
Publication date: 1999-02-11

Abstract

A protection circuit for a load (2) connected to a supply voltage source and having a field effect transistor (1) whose gate terminal is connected to a control circuit (4) connected to the supply voltage source. The FET-source terminal is connected to one terminal (V) of the supply voltage source and its drain terminal is coupled to one terminal of the load (L), in which the other terminals of the load and supply voltage source are interconnected. The conductivity type of the FET (1) as well as its control (drive) is arranged such that the FET (1) with correct polarity of the supply voltage source for the load is driven inversely and is switched on, while with the polarity of the supply voltage source incorrect for the load (L), the FET is operated normally and is switched off.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung.The invention relates to a protective circuit.

Bei vielen Anwendungen, in denen MOS-Feldeffekttransistoren als Schalter eingesetzt werden, macht sich die für MOS-Feldeffekttransistoren typische Inversdiode störend bemerk bar. Bedingt durch diese Diode läßt sich ein MOS-Feldeffekt transistor nur als Schalter für eine Stromrichtung verwenden (unidirektionaler Schalter), da er für die entgegengesetzte Stromrichtung immer leitet. Insbesondere bei Anwendungen, in denen die Gefahr einer Verpolung besteht, können daraus er hebliche Probleme entstehen, wie beispielsweise übermäßige Verlustleistung, unzulässiges Einschalten von Funktionsein heiten wie etwa Motoren und Ventilen, Zerstörung von Schal tungseinheiten usw.In many applications where MOS field effect transistors used as a switch, makes for MOS field-effect transistors, typical inverse diode notices bar. A MOS field effect can be caused by this diode Use transistor only as a switch for one current direction (unidirectional switch) because it is for the opposite Current direction always leads. Especially in applications in from which there is a risk of polarity reversal significant problems arise, such as excessive Power loss, impermissible switching on of functions units such as engines and valves, destruction of scarf units etc.

Zum Schutze vor Verpolung wird in bekannter Weise häufig eine Diode derart in die Versorgungsleitung geschaltet, das im Normalbetriebsfall die Diode leitet und bei Verpolung sperrt. Dies hat jedoch den Nachteil, daß im Normalbetrieb eine Span nung von 0,3 V an einer Schottky-Diode und bis zu 1,5 V an einer Siliziumdiode abfällt. Ein derartig hoher Spannungsab fall ist insbesondere bei Niederspannungsanwendungen wie etwa in Kraftfahrzeugen nicht tolerierbar. Außerdem entsteht auf grund des Spannungsabfalls eine erhebliche Verlustleistung, die insbesondere bei hohen Strömen zu erheblichen thermischen Problemen führt.To protect against reverse polarity, a is often used in a known manner Diode switched into the supply line in such a way that Normal operation, the diode conducts and blocks if the polarity is reversed. However, this has the disadvantage that a chip voltage of 0.3 V on a Schottky diode and up to 1.5 V. a silicon diode drops out. Such a high tension case is particularly in low-voltage applications such as intolerable in motor vehicles. Also arises on Considerable power loss due to the voltage drop, which, especially at high currents, leads to considerable thermal Leads to problems.

In "Engineering Journal", MAXIM, Ausgabe 20, Seite 9ff wird vorgeschlagen, als Verpolschutz einen MOS-Feldeffekttransis tor im Normalbetrieb als Verpolschutz einzusetzen. Bei einer auf Masse bezogenen, positiven Versorgungsspannung wie sie beispielsweise bei Kraftfahrzeugen Verwendung findet, wird ein p-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor benötigt, der jedoch aus physikalischen Gründen eine erheblich größere Chipfläche er fordert und damit aufwendiger ist. Zwar läßt sich die gleiche Schutzfunktion auch mit einem n-Kanal-MOS-Feldeffekttransis tor im Massepfad erreichen, wie dies beispielsweise bei "Schaltnetzteil in Current-Mode-Technik mit der integrierten Schaltung TDA 4919", Siemens Components 29(2), 1991, Seiten 77 bis 82, beschrieben ist, jedoch ist in den meisten Fällen eine Unterbrechung der Masseleitung nicht erwünscht bzw. nicht möglich.In "Engineering Journal", MAXIM, edition 20, page 9ff proposed a reverse polarity protection a MOS field effect transis Use the gate as reverse polarity protection in normal operation. At a grounded positive supply voltage like her is used for example in motor vehicles a p-channel MOS field effect transistor is required, however, the physical reasons he has a significantly larger chip area demands and is therefore more complex. The same can be said Protection function also with an n-channel MOS field effect transis Reach the gate in the ground path, such as at "Switching power supply in current mode technology with the integrated Circuit TDA 4919 ", Siemens Components 29 (2), 1991, pages 77 to 82, is described, however, in most cases an interruption of the ground line is not desired or not possible.

Weitere Schaltungsvorschläge zum Verpolschutz bzw. zur Realisierung rückwärtssperrender Schalter basieren auf der Verwendung antiserieller MOS-Feldeffekttransistoren. Wie bei spielsweise aus "Linear Application Handbook-Vol. II", Linear Technology Corporation 1993, Seite AN-53-3, bekannt ist, wer den dabei die Drain-Anschlüsse beider MOS-Feldeffekttransis toren zusammengeschaltet. Dies hat jedoch den Nachteil, daß wegen der geringen Durchbruchspannungen der jeweiligen Gate-Source-Strecken diese Schaltungsanordnung nur für Spannungen bis ca. 18 V einsetzbar ist. Diesen Nachteil vermeidet eine aus "HEXFET Designers Manual-Vol. I", International Rectifier Corporation, 1993, AN-950B, Seite 96, bekannte Schaltung, bei der die Source-Anschlüsse beider Transistoren zusammenge schaltet sind. Eine derartige Zusammenschaltung läßt sich je doch bei vielen MOS-Technologien nicht monolithisch realisie ren.Further circuit suggestions for reverse polarity protection or Realization of reverse locking switches are based on the Use of anti-serial MOS field effect transistors. As with for example from "Linear Application Handbook-Vol. II", Linear Technology Corporation 1993, page AN-53-3, who is known the drain connections of both MOS field effect transis gates interconnected. However, this has the disadvantage that because of the low breakdown voltages of the respective Gate-source routes this circuit arrangement only for voltages up to approx. 18 V can be used. One avoids this disadvantage from "HEXFET Designers Manual-Vol. I", International Rectifier Corporation, 1993, AN-950B, page 96, known circuit, at the source of both transistors together are switched. Such an interconnection can ever but not monolithically realizable with many MOS technologies ren.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schutzschaltung an zugeben, die diese Nachteile nicht aufweist.The object of the invention is therefore to provide a protective circuit admit that does not have these disadvantages.

Die Aufgabe wird durch eine Schnittstellenschaltung gemäß Pa tentanspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.The task is accomplished through an interface circuit according to Pa Claim 1 solved. Refinements and training of the inventive concept are the subject of dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Schutzschaltung für eine an eine Ver sorgungsspannungsquelle angeschlossene Last umfaßt insbeson dere einen Feldeffekttransistor, dessen Gateanschluß an einer mit der Versorgungsspannungsquelle verbundenen Ansteuerschal tung angeschlossen ist, dessen Sourceanschluß mit einem An schluß der Versorgungsspannungsquelle verbunden ist und des sen Drainanschluß mit einem Anschluß der Last gekoppelt ist. Dabei sind die jeweils anderen Anschlüsse von Last und Ver sorgungsspannungsquelle miteinander verschaltet und der Lei tungstyp des Feldeffekttransistors sowie dessen Ansteuerung sind derart, daß der Feldeffekttransistor bei der für die Last richtigen Polung der Versorgungsspannungsquelle invers betrieben wird und eingeschaltet ist sowie bei der für die Last falschen Polung der Versorgungsspannungsquelle normal betrieben wird und abgeschaltet ist. Bei falscher Polung der Versorgungsspannungsquelle sperrt folglich der Feldeffekt transistor und verhindert so einen Stromfluß bei Verpolung. Im normalen Betriebsfall, also bei für die Last richtiger Po lung der Versorgungsspannungsquelle wird der Feldeffekttran sistor invers betrieben, d. h., daß die parasitäre Drain- Source-Diode in Durchlaßrichtung betrieben wird und somit eine Versorgung der Last über die Diode erfolgen kann. Um je doch den Spannungsabfall über der parasitären Diode gering zu halten, wird der Feldeffekttransistor im Inversbetrieb zu sätzlich durchgeschaltet. Aufgrund des Durchschaltens des Feldeffekttransistors liegt parallel zur parasitären Diode ein niederohmiger Widerstand. Dadurch ergeben sich auch bei hohen Lastströmen Spannungsabfälle an der parasitären Diode, die weit unter denen handelsüblicher Schottky-Dioden liegen.A protection circuit according to the invention for a Ver The supply voltage source connected includes in particular a field effect transistor, the gate connection of which control scarf connected to the supply voltage source device is connected, the source connection with an An conclusion of the supply voltage source is connected and the sen drain port is coupled to a terminal of the load. The other connections of load and ver supply voltage source interconnected and the Lei tion type of the field effect transistor and its control are such that the field effect transistor at the for Last correct polarity of the supply voltage source inversely is operated and switched on as well as for the Load wrong polarity of the supply voltage source normal is operated and switched off. If the polarity is wrong The supply voltage source therefore blocks the field effect transistor and thus prevents current flow in the event of reverse polarity. In normal operation, i.e. with the right butt for the load The field effect train becomes the supply voltage source sistor operated inversely, d. that is, the parasitic drain Source diode is operated in the forward direction and thus the load can be supplied via the diode. By ever but the voltage drop across the parasitic diode is too small hold, the field effect transistor is closed in inverse operation additionally switched through. Due to the switching of the Field effect transistor is parallel to the parasitic diode a low resistance. This also results in high load currents voltage drops at the parasitic diode, which are far below those of conventional Schottky diodes.

Bevorzugt umfaßt die Schutzschaltung eine Ladungspumpe zur Ansteuerung des Feldeffekttransistors, die bei richtiger Po lung der Versorgungsspannungsquelle den Feldeffekttransistor durchschaltet und bei Verpolung die Gate-Source-Strecke des Feldeffekttransistors kurzschließt. Damit wird mit geringem Aufwand eine Ansteuerschaltung für den Feldeffekttransistor realisiert.The protective circuit preferably comprises a charge pump for Control of the field effect transistor, which with correct Po development of the supply voltage source the field effect transistor switches through and if the polarity is reversed, the gate-source path of the Field effect transistor shorts. So with little Effort a control circuit for the field effect transistor realized.

Bevorzugt wird zur Ansteuerung der Ansteuerschaltung eine Lo gikschaltung vorgesehen, welche aus mindestens einem Ein gangssignal sowie zusätzlichen internen Signalen ein Ansteu ersignal für die Ansteuerschaltung erzeugt. Derartige interne Signale werden beispielsweise von einer Übertemperaturschutz schaltung geliefert, die thermisch mit dem Feldeffekttransis tor gekoppelt ist und die neben der Logikschaltung auch mit der Ladungspumpe verbunden sein kann. Darüber hinaus kann aber auch die Übertemperaturschutzschaltung nur mit der La dungspumpe gekoppelt sein.A Lo is preferably used to control the control circuit gik circuit provided, which consists of at least one control signal and additional internal signals a control ersignal generated for the control circuit. Such internal Signals are, for example, from overtemperature protection circuit supplied, the thermal with the field effect transis Tor is coupled and in addition to the logic circuit with the charge pump can be connected. Furthermore, can but also the overtemperature protection circuit only with the La be connected to the pump.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist die Drain-Source-Strecke mindestens eines weiteren Feldeffekttransistors vom gleichen Leitungstyp antiseriell zur Drain-Source-Strecke des einen Feldeffekttransistors geschaltet, wobei der/die weite ren Feldeffekttransistor(en) bei richtiger Polung mittels an dessen/deren Gate(s) anlegbaren Steuersignalen schaltbar ist/sind. Der weitere Feldeffekttransistor kann dabei als Schalttransistor verwendet werden, so daß beide Feldeffekt transistoren zusammen einen verpolsicheren Schalter bilden.In a further development of the invention, the drain-source path at least one other field effect transistor from same line type antiserial to the drain-source path of the a field effect transistor connected, the / the wide Ren field effect transistor (s) with correct polarity by means of whose gate (s) control signals can be applied is / are. The further field effect transistor can be used as Switching transistor are used so that both field effect transistors together form a reverse polarity protected switch.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ansteuerschal tung zwischen Gate und Source des Feldeffekttransistors ge schaltet. Die Ansteuerschaltung ist dabei in eine Wanne vom ersten Leitungstyp integriert, wobei die Wanne selbst in eine Zone eines Halbleiterkörpers vom zweiten Leitungstyp einge bettet ist, die die Drainzone des Feldeffekttransistors bil det und die mit der Zone einen pn-Übergang bildet. Die Wanne ist dabei elektrisch mit dem Sourceanschluß des Feldeffekt transistors verbunden. Eine parasitäre Diode, die durch die Wanne und die genannte Zone gebildet wird, ist zwischen Drain- und Sourceanschluß des Feldeffekttransistors ange schlossen. Eine weitere Diode ist schließlich antiseriell zur parasitären Diode geschaltet. Die so ausgebildete Schutz schaltung ist in besonderem Maße für einen Inversbetrieb ge eignet.In a preferred embodiment, the control scarf device between gate and source of the field effect transistor ge switches. The control circuit is in a tub from integrated first line type, the tub itself in a Zone of a semiconductor body of the second conductivity type turned on is embedded, the bil the drain zone of the field effect transistor det and which forms a pn junction with the zone. The tub is electrical with the source connection of the field effect transistor connected. A parasitic diode caused by the Tub and the zone mentioned is formed between Drain and source connection of the field effect transistor is attached closed. Another diode is finally anti-serial parasitic diode switched. The protection trained in this way circuit is particularly suitable for an inverse operation is suitable.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist der weiteren Diode ein steuerbarer Schalter parallel geschaltet, der leitend ge steuert ist, wenn das Drainpotential des Feldeffekttransis tors höher ist als sein Sourcepotential und der gesperrt ist, wenn das Sourcepotential des Feldeffekttransistors höher ist als sein Drainpotential.In a further development of the invention, the further diode a controllable switch connected in parallel, the conductive ge is controlled when the drain potential of the field effect transis tors is higher than its source potential and locked, if the source potential of the field effect transistor is higher than its drain potential.

Bevorzugt ist dabei der steuerbare Schalter ein MOS-Feldef fekttransistor, dessen Gateanschluß mit dem Ausgang eines Komparators verbunden ist und bei der der eine Eingang des Komparators mit dem Drainanschluß und der andere Eingang des Komparators mit dem Sourceanschluß des Feldeffekttransistors verbunden ist. Dadurch wird mit geringem Aufwand eine Ansteu erschaltung realisiert.The controllable switch is preferably a MOS field fekttransistor, whose gate connection with the output of a Comparator is connected and the one input of the Comparator with the drain connection and the other input of the Comparator with the source connection of the field effect transistor connected is. This makes control easy circuit realized.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung wird als MOS-Feldef fekttransistor ein Depletion-Feldeffekttransistor verwendet, dessen Drainzone durch die Katodenzone der integrierten Diode gebildet wird und seine Sourcezone mit der Wanne elektrisch verbunden ist.In one embodiment of the invention, the MOS field is fect transistor uses a depletion field effect transistor, whose drain zone through the cathode zone of the integrated diode is formed and its source zone with the tub electrical connected is.

Schließlich wird bevorzugt in die Wanne eine Schutzdiode in tegriert, die zwischen Gateanschluß und Sourceanschluß des Feldeffekttransistors angeschlossen ist.Finally, a protective diode is preferred in the tub tegriert between the gate connection and source connection of the Field effect transistor is connected.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is based on the in the figures of the Drawing illustrated embodiments explained in more detail.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schutzschaltung, Fig. 1 a first embodiment of a protection circuit according to the invention,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schutzschaltung, Fig. 2 shows a second embodiment of a protection circuit according to the invention,

Fig. 3 die Anwendung einer erfindungsgemäßen Schutzschaltung bei einem Halbleiterschalter, Fig. 3, the application of a protection circuit according to the invention, in a semiconductor switch,

Fig. 4 eine erste Ausführungsform eines bevorzugten Feldef fekttransistors zur Verwendung bei einer erfindungs gemäßen Schutzschaltung, Fig. 4 shows a first embodiment of a preferred Feldef fekttransistors for use in fiction, modern protection circuit,

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform eines bevorzugten Feldef fekttransistors zur Verwendung bei einer erfindungs gemäßen Schutzschaltung und Fig. 5 shows a second embodiment of a preferred field effect transistor for use in a protective circuit according to the Invention and

Fig. 6 die Topologie eines Teils der Schaltung nach Fig. 5. Fig. 6 shows the topology of a portion of the circuit of Fig. 5.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein Feldeffekt transistor 1 über seinen Sourceanschluß mit einem Versor gungspotential V und über seinen Drainanschluß mit einem Aus gangsanschluß A verbunden. Zwischen Ausgangsanschluß A und ein Bezugspotential 6 ist dabei eine Last L geschaltet. Das Versorgungspotential V ist bei Normalbetrieb der Last L posi tiv und bei Verpolung, also bei falscher Polung, negativ. Der Gateanschluß des Feldeffekttransistors 1 ist an eine Ansteu erschaltung 4 angeschlossen, die ebenfalls an das Bezugspo tential 6 angeschlossen ist. Ein Steuereingang 5 der Ansteu erschaltung 4 ist über einen Widerstand 3 mit dem Versor gungspotential V verbunden. Da der Feldeffekttransistor 1 vom n-Kanal-Typ ist, wird er folglich bei richtiger Polung des Versorgungspotentials V invers betrieben. Demnach ist bei Normalbetrieb die parasitäre Diode des Feldeffekttransistor 1 in Durchlaßrichtung zwischen das Versorgungspotential V und dem Ausgangsanschluß A geschaltet. Bei Normalbetrieb wird zu dem die Ansteuerschaltung 4 über den Widerstand 3 durch das Versorgungspotential V derart ausgesteuert, daß diese einen Strom I in den Gateanschluß des Feldeffekttransistors 1 treibt. Dadurch verringert sich der Widerstand der Source-Drain-Strecke des Feldeffekttransistors 1 und setzt damit den Spannungsabfall, der ansonsten durch die parasitäre Diode be stimmt wird, wesentlich herab. Bei Verpolung arbeitet der Feldeffekttransistor 1 in normaler Betriebsweise. In dem Fall wird jedoch kein Strom je in den Gateanschluß getrieben, so daß der Feldeffekttransistor 1 sperrt und somit einen Strom fluß zur Last L unterbindet.In the embodiment of FIG. 1, a field effect transistor 1 is connected via its source connection to a supply potential V and via its drain connection to an output connection A. A load L is connected between output terminal A and a reference potential 6 . The supply potential V is positive during normal operation of the load L and negative if the polarity is reversed, i.e. if the polarity is incorrect. The gate terminal of the field effect transistor 1 is connected to a control circuit 4 , which is also connected to the potential 6 reference potential. A control input 5 of the control circuit 4 is connected via a resistor 3 to the supply potential V. Since the field effect transistor 1 is of the n-channel type, it is consequently operated with the correct polarity of the supply potential V inversely. Accordingly, the parasitic diode of the field effect transistor 1 is connected in the forward direction between the supply potential V and the output terminal A during normal operation. During normal operation, the control circuit 4 is driven via the resistor 3 by the supply potential V in such a way that it drives a current I into the gate connection of the field effect transistor 1 . This reduces the resistance of the source-drain path of the field effect transistor 1 and thus significantly reduces the voltage drop that is otherwise determined by the parasitic diode. If the polarity is reversed, the field effect transistor 1 operates in the normal operating mode. In the case, however, no current is ever driven into the gate connection, so that the field-effect transistor 1 blocks and thus prevents a current flow to the load L.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist gegenüber dem aus Fig. 1 dahingehend abgeändert, daß die Ansteuerschaltung 4 eine Ladungspumpe 41 aufweist, die dem Gateanschluß des Feldeffekttransistors 1 vorgeschaltet ist. Die Ladungspumpe 41 wird dabei von einer Logikschaltung 42 angesteuert, deren einer Eingang den Eingang 5 der Ansteuerschaltung 4 bildet und deren anderer Eingang mit dem Ausgang einer Transistor schutzschaltung 43 verbunden. Die Transistorschutzschaltung 43 überwacht den Feldeffekttransistor beispielsweise hin sichtlich der Temperatur. Demnach ist die Transistorschutz schaltung 43 thermisch mit dem Feldeffekttransistor 1 gekop pelt. In gleicher Weise kann die Transistorschutzschaltung 43 den Feldeffekttransistor 1 auch hinsichtlich Überspannung und Kurzschluß überwachen und über die Logikschaltung 42 und die Ladungspumpe 41 entsprechend auf den Feldeffekttransistor 1 einwirken.The embodiment according to FIG. 2 has been modified from that of FIG. 1 in that the control circuit 4 has a charge pump 41 which is connected upstream of the gate connection of the field effect transistor 1 . The charge pump 41 is controlled by a logic circuit 42 , one input of which forms the input 5 of the control circuit 4 and the other input of which is connected to the output of a transistor protection circuit 43 . The transistor protection circuit 43 monitors the field-effect transistor, for example with respect to the temperature. Accordingly, the transistor protection circuit 43 is thermally coupled with the field effect transistor 1 . In the same way, the transistor protection circuit 43 can also monitor the field effect transistor 1 with regard to overvoltage and short circuit and can act on the field effect transistor 1 accordingly via the logic circuit 42 and the charge pump 41 .

In Fig. 3 ist die Anwendung der Schutzschaltung nach Fig. 1 bei einem elektronischen Schalter gezeigt. Zu diesem Zweck ist der Drain-Source-Strecke die Source-Drain-Strecke eines weiteren Feldeffekttransistors 1' nachgeschaltet. Das bedeu tet, daß die Source-Drain-Strecken der beiden Feldeffekttran sistoren 1, 1' in Antiserie bei miteinander gekoppelten Source-Anschlüssen geschaltet sind. Der Drainanschluß des Feldeffekttransistors 1' bildet dabei einen Schaltausgang S, an dem beispielsweise die zu schaltende Last L angeschlossen ist. Der Feldeffekttransistor 1' wird durch eine Ansteuer schaltung 4' in gleicher Weise wie der Feldeffekttransistor 1 durch die Ansteuerschaltung 4 angesteuert. Beide Ansteuer schaltungen 4, 4' sind dabei an das Bezugspotential 6 ange schlossen. Die Steuereingänge beider Ansteuerschaltungen 4, 4' sind über jeweils einen Widerstand 3, 3' an einen Steuer eingang 55 gelegt. Um sicherzustellen, daß der invers betrie bene Feldeffekttransistor 1 bei Verpolung sicher ausgeschal tet bleibt, ist eine Diode zwischen seinem Schalteingang 5 und dem Versorgungspotential V eine Diode 2 derart geschal tet, daß diese bei Verpolung leitend ist. Das bedeutet beim vorliegenden Ausführungsbeispiel, daß die Anode mit dem Schalteingang 5 und die Katode mit dem Versorgungspotential V verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform können die beiden Source-Drain-Strecken gemeinsam durchgesteuert werden, da ein Verpolschutz nur bei durchgeschaltetem Feldeffekttransistor 1' erforderlich ist und daher nur in diesem Fall eine ent sprechende Aussteuerung des Feldeffekttransistors 1 notwendig wird. Auf diese Weise können elektronische Schalter mit Ver polschutz realisiert werden, die trotz des Verpolschutzes ei nen geringen Durchlaßwiderstand aufweisen. FIG. 3 shows the application of the protective circuit according to FIG. 1 with an electronic switch. For this purpose, the drain-source path is followed by the source-drain path of a further field-effect transistor 1 '. That means that the source-drain paths of the two field-effect transistors 1 , 1 'are connected in anti-series with source connections coupled to one another. The drain connection of the field effect transistor 1 'forms a switching output S to which, for example, the load L to be switched is connected. The field effect transistor 1 'is formed by a driving circuit 4' driven in the same manner as the field effect transistor 1 by the driving circuit. 4 Both control circuits 4 , 4 'are connected to the reference potential 6 is . The control inputs of both control circuits 4 , 4 'are each connected via a resistor 3 , 3 ' to a control input 55 . In order to ensure that the inversely operated field effect transistor 1 remains safely switched off in the event of polarity reversal, a diode between its switching input 5 and the supply potential V is a diode 2 switched in such a way that it is conductive in the event of polarity reversal. In the present exemplary embodiment, this means that the anode is connected to the switching input 5 and the cathode is connected to the supply potential V. In this embodiment, the two source-drain paths can be controlled together, since reverse polarity protection is only required when the field-effect transistor 1 'is switched on, and therefore only in this case is it necessary to control the field-effect transistor 1 accordingly. In this way, electronic switches with polarity protection can be realized which have a low forward resistance despite the polarity reversal protection.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der Feldeffekt transistor 1 durch einen MOS-Feldeffekttransistor gegeben. Ihm ist drainseitig die Last L in Reihe geschaltet. Sein Sourceanschluß ist an das Versorgungspotential V angeschlos sen. MOS-Feldeffekttransistoren benötigen zum Einschalten bekanntlich ein Gatepotential, das höher ist als das Source potential. Dieses Potential wird z. B. durch eine Ladungspumpe 7 erzeugt, die Teil der Ansteuerschaltung 4 ist, und die zum Ansteuern des Feldeffekttransistors 1 dient. Die Gate-Source-Spannung des Feldeffekttransistors 1 wird dabei durch eine Zenerdiode 8 zwischen dem Gateanschluß G und dem Sourceanschluß S begrenzt. Durch Anlegen eines Steuersignals an den Anschluß 6 wird die Ladungspumpe 7 in Betrieb gesetzt und der MOS-Feldeffekttransistor 1 leitend gesteuert.In the embodiment according to Fig. 4, the field effect transistor is 1 is given by a MOS field effect transistor. The load L is connected in series on the drain side. Its source connection is connected to the supply potential V. As is known, MOS field-effect transistors require a gate potential which is higher than the source potential for switching on. This potential is z. B. generated by a charge pump 7 , which is part of the control circuit 4 , and which serves to control the field effect transistor 1 . The gate-source voltage of the field effect transistor 1 is limited by a zener diode 8 between the gate terminal G and the source terminal S. By applying a control signal to the terminal 6 , the charge pump 7 is put into operation and the MOS field-effect transistor 1 is turned on .

Ein Stromfluß allein durch die dem MOS-Feldeffekttransistor 1 antiparallel geschaltete parasitäre Diode ist nicht er wünscht, da hier hohe Verluste aufgrund der hohen Schwellspannung eintreten würden. Deshalb muß sichergestellt werden, daß der MOS-Feldeffekttransistor 1 mit Hilfe der La dungspumpe 7 bei Inversbetrieb eingeschaltet bleibt, da die Ansteuerschaltung 4 in der Regel mindestens eine parasitäre Diode aufweist, die mit 9 bezeichnet ist. Sie ist über einen Ausgang der Ansteuerschaltung 4 mit dem Sourceanschluß und über einen Versorgungsspannungsanschluß der Steuerschaltung mit dem Drainanschluß des MOS-Feldeffekttransistors 1 ver bunden. A current flow solely through the parasitic diode connected in antiparallel to the MOS field-effect transistor 1 is not desirable since high losses would occur due to the high threshold voltage. It must therefore be ensured that the MOS field-effect transistor 1 remains switched on with the aid of the charge pump 7 during inverse operation, since the drive circuit 4 generally has at least one parasitic diode, which is denoted by 9. It is connected via an output of the control circuit 4 to the source connection and via a supply voltage connection of the control circuit to the drain connection of the MOS field-effect transistor 1 .

Ist also im Inversbetrieb das Sourcepotential größer als das Drainpotential, so beginnt die parasitäre Diode 9 zu leiten. Sie schaltet einen parasitären Bipolartransistor ein, der zwischen Gateanschluß G und Drainanschluß D des MOS-Feldef fekttransistors 1 angeschlossen ist. Das Einschalten des pa rasitären Bipolartransistors verhindert, daß das Gatepoten tial größer als das Drainpotential wird. Der MOS-Feldeffekt transistor 1 könnte daher bei Inversbetrieb nicht einge schaltet werden.If the source potential is greater than the drain potential in inverse operation, the parasitic diode 9 begins to conduct. It turns on a parasitic bipolar transistor, which is connected between the gate terminal G and drain terminal D of the MOS field effect transistor 1 . The switching on of the pa razarian bipolar transistor prevents the gate potential from being greater than the drain potential. The MOS field effect transistor 1 could therefore not be switched on in inverse operation.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht nun vor, daß der para sitären Diode 9 eine weitere Diode 10 in Antiserie geschaltet ist. Die Diode 10 kann so mit der Diode 9 verbunden sein, daß entweder - wie beim Ausführungsbeispiel gezeigt - ihre Anoden zonen oder ihre Katodenzonen miteinander verbunden sind. Sie kann in die Steuerschaltung integriert oder diskret ausge bildet sein. Wird nun das Sourcepotential des MOS-Feldeffekt transistors 1 größer als das Drainpotential, so kann durch die Diode 9 kein Strom fließen. Damit kann auch der parasi täre Bipolartransistor nicht eingeschaltet werden. Der MOS-Feldeffekttransistor 1 bleibt damit auch bei Inversbetrieb eingeschaltet. Ein Strom kann damit über den MOS-Feldeffekt transistor 1 niederohmig zur Last fließen, so daß nur geringe Verluste entstehen.A further development of the invention provides that the para-sitar diode 9, a further diode 10 is connected in anti-series. The diode 10 can be connected to the diode 9 so that either - as shown in the exemplary embodiment - their anode zones or their cathode zones are connected to one another. It can be integrated into the control circuit or formed discretely. If the source potential of the MOS field effect transistor 1 is greater than the drain potential, no current can flow through the diode 9 . This means that the parasitic bipolar transistor cannot be switched on. The MOS field effect transistor 1 thus remains switched on even in the case of inverse operation. A current can thus flow via the MOS field effect transistor 1 to the load with low resistance, so that only slight losses occur.

Die weitere Diode 10 kann, wie in Fig. 6 dargestellt, durch eine in die Wanne 12 integrierte stark n-dotierte Zone 26 realisiert werden. Die Zone 26 bildet die Katodenzone der Diode 10, die Wanne 12 die Anodenzone.The further diode 10 can, as shown in FIG. 6, be implemented by a heavily n-doped zone 26 integrated into the well 12 . Zone 26 forms the cathode zone of diode 10 , well 12 forms the anode zone.

Ist die weitere Diode 10 in die Steuerschaltung integriert, kann sie unter bestimmten Voraussetzungen ebenfalls parasi täre Bipolarstrukturen einschalten. Dies wird bei der in Fig. 5 dargestellten Weiterbildung der Erfindung berücksich tigt. Die Steuerschaltung 4 enthält dazu einen Depletion-MOS-Feldeffekttransistor 20, der der Diode 10 parallel geschaltet ist. Der Gateanschluß von 20 ist über einen Anschluß 25 und einen Widerstand mit dem Ausgang eines Komparators 21 verbun den. Der Komparator 21 hat einen ersten Eingang 23, der mit dem Drainanschluß von 1 verbunden ist und einen zweiten Ein gang 24, der mit dem Sourceanschluß von 1 verbunden ist. Der Depletion-MOS-Feldeffekttransistor 20 wird vom Komparator 21 dann leitend gesteuert, wenn die Spannung am Eingang 23 grö ßer ist als die Spannung am Eingang 24 des Komparators 21, d. h. wenn das Drainpotential höher ist als das Sourcepoten tial des Feldeffekttransistors 1. Wird das Sourcepotential höher als das Drainpotential, so tritt am Ausgang des Kompa rators 21 eine Spannung auf, die den Depletion-MOS-Feldef fekttransistor 20 sperrt. Damit kann durch die parasitäre Diode 9 kein Strom fließen und der Feldeffekttransistor 1 bleibt über die Ladungspumpe 7 sicher eingeschaltet. Zur Einstellung des Arbeitspunktes des Depletion-MOS-Feldeffekt transistor 20 ist dessen Gateanschluß mit dem Sourceanschluß über eine Diode 19 verbunden.If the further diode 10 is integrated in the control circuit, it can also switch on parasitic bipolar structures under certain conditions. This is taken into account in the development of the invention shown in FIG. 5. For this purpose, the control circuit 4 contains a depletion MOS field-effect transistor 20 which is connected in parallel with the diode 10 . The gate terminal of 20 is connected via a terminal 25 and a resistor to the output of a comparator 21 . The comparator 21 has a first input 23 which is connected to the drain connection of FIG. 1 and a second input 24 which is connected to the source connection of FIG. 1 . The depletion MOS field-effect transistor 20 is then turned on by the comparator 21 when the voltage at the input 23 is greater than the voltage at the input 24 of the comparator 21 , ie when the drain potential is higher than the source potential of the field-effect transistor 1 . If the source potential is higher than the drain potential, a voltage occurs at the output of the comparator 21 which blocks the depletion MOS field effect transistor 20 . This means that no current can flow through the parasitic diode 9 and the field effect transistor 1 remains safely switched on via the charge pump 7 . To set the operating point of the depletion MOS field effect transistor 20 , its gate connection is connected to the source connection via a diode 19 .

Bei der integrierten Schaltung nach Fig. 6 wird der Deple tion-MOS-Feldeffekttransistor 20 durch einen Lateral-Feldef fekttransistor gebildet, dessen Drainzone die Zone 26 ist. Im Abstand davon ist eine stark n-dotierte Sourcezone 27 ange ordnet. Drain- und Sourcezone sind durch eine schwach n-do tierte Kanalzone 28 miteinander verbunden. Die Sourcezone 27 ist über einen ohmschen Kontakt an die p-dotierte Wanne 12 angeschlossen. Die Gateelektrode des Feldeffekttransistors 20 ist über einen Anschluß 25 mit dem Ausgang des Komparators 21 aus Fig. 5 verbunden.In the integrated circuit of FIG. 6 of the Deple tion MOS field effect transistor 20 is formed by a lateral Feldef fekttransistor whose drain zone is the zone 26. At a distance from it, a heavily n-doped source zone 27 is arranged. The drain and source zones are connected to one another by a weakly n-doped channel zone 28 . The source zone 27 is connected to the p-doped well 12 via an ohmic contact. The gate electrode of the field effect transistor 20 is connected via a connection 25 to the output of the comparator 21 from FIG. 5.

In einem schwach n-dotierten Halbleiterkörper 11 ist eine p-dotierte Wanne 12 eingebettet, in die wiederum eine stark n-dotierte Zone 17 eingebettet ist. Die Zone 17 bildet die Ka todenzone der Schutzdiode 8, die parasitäre Diode 9 ist durch die p-Wanne 12 und die n-dotierte Zone 11 gebildet. Die Zone 17 ist analog der Schaltung nach Fig. 4 über einen Kontakt mit dem Ausgang der Ladungspumpe 7 und mit dem Gateanschluß des MOS-Feldeffekttransistors 1 verbunden. Dieser ist üblicherweise in den gleichen Halbleiterkörper integriert und hat eine p-dotierte Basiszone 14 und darin eingebettete Sourcezonen 15. Die Zonen 14 und 15 sind kontaktiert und über einen Kontakt mit der Wanne 12 verbunden. Die Wanne 12 liegt damit auf Sourcepotential. Im Normalbetrieb der Last L ist das Drainpotential des Feldeffekttransistors 1 höher als sein Sourcepotential. Die parasitäre Diode 9 ist damit gesperrt, ebenso ist der parasitäre, aus den Zonen 17, 12 und 11 gebildete Bipolartransistor 13 gesperrt.A p-doped well 12 is embedded in a weakly n-doped semiconductor body 11 , in which a heavily n-doped zone 17 is in turn embedded. Zone 17 forms the dead zone of the protective diode 8 , the parasitic diode 9 is formed by the p-well 12 and the n-doped zone 11 . Zone 17 is connected analogously to the circuit according to FIG. 4 via a contact with the output of charge pump 7 and with the gate connection of MOS field-effect transistor 1 . This is usually integrated in the same semiconductor body and has a p-doped base zone 14 and source zones 15 embedded therein. The zones 14 and 15 are contacted and connected to the tub 12 via a contact. The tub 12 is thus at source potential. In normal operation of the load L, the drain potential of the field effect transistor 1 is higher than its source potential. The parasitic diode 9 is thus blocked, and the parasitic bipolar transistor 13 formed from the zones 17 , 12 and 11 is also blocked.

Claims

1. Protection circuit for a connected to a supply voltage source load ( 2 ) with a field effect transistor ( 1 ), the gate connection of which is connected to a voltage supply source connected to the control circuit ( 4 ), the source connection of which is connected to a connection (V) of the supply voltage source and whose drain circuit is coupled to a connection of the load (L), the other connections of the load (L) and supply voltage source being connected to one another and the line type of the field effect transistor ( 1 ) and its control such that the field effect transistor ( 1 ) with the correct polarity of the supply voltage source for the load ( 1 ) is operated inversely and is switched on and with the incorrect polarity of the supply voltage source for the load (L) is operated normally and is switched off.

2. Protection circuit according to claim 1, wherein the control circuit comprises a charge pump ( 41 ) which turns on the field effect transistor ( 1 ) when the polarity is correct.

3. Protection circuit according to claim 1 or 2, in which a logic circuit ( 42 ) for controlling the charge pump ( 41 ) is seen before.

4. Protection circuit according to one of the preceding claims, in which the field effect transistor ( 1 ) is thermally coupled to a transistor protection circuit ( 43 ) which is electrically connected to the logic circuit ( 42 ) and / or the charge pump ( 41 ).

5. Protection circuit according to one of the preceding claims, in which the drain-source path of at least one further field effect transistor ( 1 ') of the same conductivity type is connected antiserially to the drain-source path of the one field effect transistor ( 1 ), the further field effect transistor ( 1 ') at the correct polarity can be switched by means of control signals which can be applied to its gate.

6. Protection circuit according to one of the preceding claims, in which the drive circuit between the gate and source of the field effect transistor ( 1 ) is connected,
the control circuit ( 4 ) is integrated in a trough ( 12 ) of the first line type,
the trough ( 12 ) is embedded in a zone ( 11 ) of a semiconductor body of the second conductivity type, which forms the drain zone of the field effect transistor ( 1 ) and which forms a pn junction with the zone ( 11 ),
the tub ( 12 ) is electrically connected to the source terminal of the field effect transistor ( 1 ),
a parasitic diode ( 9 ), which is formed by the trough ( 12 ) and said zone ( 11 ), between the drain and source connection of the field effect transistor ( 1 ) is connected,
a further diode ( 10 ) is connected in anti-series to the parasitic diode ( 9 ).

7. Protection circuit according to one of the preceding claims, in which the further diode ( 10 ) has a controllable switch ( 20 ) connected in parallel, which is switched on when the drain potential of the field effect transistor ( 1 ) is higher than its source potential and which is blocked, if the source potential of the field effect transistor ( 1 ) is higher than its drain potential.

8. Protection circuit according to one of the preceding claims, in which the controllable switch is a MOS field effect transistor ( 20 ), the gate connection of which is connected to the output of a comparator ( 21 ) and in that the one input ( 23 ) of the comparator ( 21 ) is connected to the Drain connection and the other input ( 24 ) of the comparator ( 21 ) is connected to the source connection of the field effect transistor ( 1 ).

9. Protection circuit according to one of the preceding claims, wherein the MOS field effect transistor ( 20 ) is a depletion field effect transistor, the drain zone ( 26 ) is formed by the cathode zone of the integrated diode and that its source zone ( 27 ) with the tub ( 12 ) is electrically connected.

10. Protection circuit according to one of the preceding claims, in which a protective diode ( 17 ) is integrated in the trough ( 12 ), which is connected between the gate connection and the source connection of the field effect transistor ( 1 ).