DE69421083T2 - Schutzschaltung und Verfahren für Leistungstransistor sowie diese verwendender Spannungsregler - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schutzverfahren und eine Schutzschaltung für Leistungstransistoren und einen sie verwendenden Spannungsregler.
• Auf dem Gebiet der Elektronik gibt es häufig Bedarf, an gewissen Knoten und/oder Zweigen einer Schaltung, z. B. einer integrierten Schaltung, die Spannungen und Ströme in der Weise zu regeln, daß deren Stärken nicht über Maximalwerte hinausgehen, die aus Entwurfsgründen, aus Betriebsspezifikationen, technologischen Beschränkungen (SOA, Primär- und Sekundärdurchbruch) und aus Gründen des Bondens vorgegeben wurden.
• Gleichermaßen wichtig ist die Regelung der in gewissen Zweigen der Schaltung verbrauchten Leistung, die - sei es aus Gründen der Entwurfs- Spezifikation oder zur Beschränkung der maximal von dem die Schaltung enthaltenden Gehäuse abzuführenden Leistung - auf einen Maximumwert beschränkt werden muß.
• Bekannt sind sehr einfache und exakte Schaltungen zum Schutz von Transistoren gegen Überschreitung einer einfachen Strom- oder Spannungsgrenze.
• Die UK-Patentanmeldung GB 2 030 808 offenbart eine Schutzschaltung für einen ersten Transistor, bei dem das von einem zweiten Transistor angelegte Signal gesteuert wird, wenn der Strom durch und/oder die Spannung an dem ersten Transistor eine sichere Zone verläßt. Die Schutzschaltung enthält einen ersten und einen zweiten Widerstand, die so verschaltet sind, daß die Kollektor-Emitter-Spannung des ersten Transistors erfaßt wird, ferner einen dritten Transistor, um seinen Emitterstrom zu erfassen.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Angabe eines Verfahrens und einer Schaltung, die ausreichend einfach und exakt sind, um mindestens einen Transistor davor zu schützen, eine komplexere Grenze zu überschreiten, die die Verarbeitung mehrerer elektrischer Größen in Verbindung mit dem Transistor einbezieht.
• Im folgenden wird auf den Schutz eines Transistors, z. B. vom MOS- oder BJT-Typ vor Überschreitung der Maximal-Leistung Bezug genommen, die von dem Solche Transistoren enthaltenden Gehäuse abgeführt werden kann, jedoch findet - wie weiter unten erläutert wird - die Erfindung auch Anwendung bei anderen Schutzarten, beispielsweise solchen gegenüber dem Sekundärbruch bei Bipolartransistoren.
• Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 und durch die Schaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 5, wobei weitere vorteilhafte Aspekte der Erfindung in den abhängigen Ansprüchen angegeben sind.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Spannungsregler, vorzugsweise ein integrierter Spannungsregler geschaffen, bei dem die Schaltung vorteilhafte Anwendung findet.
• Da in zahlreichen praktischen Fällen die komplexe Grenze dem Produkt aus mindestens zwei Größen entspricht, typischerweise dem Produkt aus Strom und Spannung, erzeugt die erfindungsgemäße Schaltung elektrische Signale, die im wesentlichen proportional zu derartigen Größen sind, multipliziert sie, vergleicht das Produkt mit einem Referenzsignal, welches der für den Transistor eingestellten Grenze entspricht, und wirkt auf den Transistor in der Weise ein, daß die Grenze nicht überschritten wird.
• In vorteilhafter Weise läßt sich die Multiplikation von Strömen in einfacher Weise durch die Serienschaltung von Bipolartransistor- Übergängen erreichen, an denen die Ströme den jeweiligen Kollektoren oder Emittern zugeführt werden. In diesem Fall ist es außerdem von Vorteil, das Referenzsignal mit Hilfe einer Serienschaltung aus Bipolartransistor-Übergängen in der Weise zu erzeugen, daß man ein analoges Verhalten des Multiplizierers und des Referenzsignal-Erzeugers erhält.
• Die Erfindung wird durch die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verdeutlicht. Es zeigen:
• Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Spannungsreglers gemäß der Erfindung,
• Fig. 2 ein elektrisches Teildiagramm einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung,
• Fig. 3 eine Spannungs-Strom-Kennlinie des Verhaltens der Schaltung nach Fig. 2 im Vergleich zu dem erwarteten, idealen Verhalten,
• Fig. 4 ein elektrisches Teildiagramm einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung,
• Fig. 5 ein Schaltungsdiagramm der Stromdetektoreinrichtung, die in Kombination mit der Schaltung nach Fig. 4 verwendet werden kann, und
• Fig. 6 das Schaltungsdiagramm der Spannungsdetektoreinrichtung, die in Verbindung mit der Schaltung nach Fig. 4 eingesetzt werden kann.
• Wenn im folgenden ein Leistungstransistor diskutiert wird, so soll mit diesem Begriff lediglich der zu schützende Transistor gemeint sein, wobei der Transistor aber allgemein ein Leistungs-Typ sein kann, ohne tatsächlich auf eigentliche "Leistungs"-Transistoren, wie z. B. DMOS- Bauelemente, beschränkt zu sein.
• Gemäß Fig. 2 oder 4 umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren zum Schutz mindestens eines Leistungstransistors PT, im vorliegenden Beispiel vom MOS-Typ mit mindestens einem Steueranschluß G (dem MOS-Gate) und zwei Hauptleitungsanschlüssen D und S (Drain bzw. Source des MOS), die den Hauptleitungspfad D-S kennzeichnen, folgende Phasen:
• a) die Erzeugung eines ersten elektrischen Signals S1, im wesentlichen proportional zu dem Stromfluß durch den Pfad D-S.
• b) Erzeugen eines zweiten elektrischen Signals S2 im wesentlichen proportional zu der Spannung an dem Pfad D-S (im vorliegenden Beispiel der Spannung VDS des MOS),
• c) Multiplikation zumindest der Signale S1 und S2, um ein elektrisches Produktsignal PS zu erhalten,
• d) Vergleich des Signals PS mit einem elektrischen Referenzsignal RS, um ein elektrisches Differenzsignal zu erhalten, und
• e) Treiben des Steueranschlusses G des Transistors PT mit Hilfe des Signals DS in der Weise, daß das Signal PS niedriger ist als das Signal RS.
• Man kann sich in einfacher Weise vorstellen, wie mit Hilfe des Signals DS die Möglichkeit besteht, mehrere Transistoren zu treiben, auch solche unterschiedlicher Bauart, möglicherweise durch Entkoppeln der Steueranschlüsse mit Hilfe geeigneter Schaltungsmaßnahmen. In diesem Fall versteht sich der Begriff "Hauptleitungspfad" in einem breiteren Sinn und derart, daß er die Bedeutung des "Schutz"-Konzepts umfaßt, welches auf mehrere Transistoren ausgedehnt ist.
• Bezugnehmend auf lediglich die Fig. 4 sind bei einem eine sehr einfache Implementierung ermöglichenden Verfahren die Signale S1 und S2 Stromsignale, und das Signal PS ist ein Spannungssignal, es wird erhalten mit Hilfe der Serienschaltung aus mindestens zwei Übergängen E-B (Emitter-Basis) eines ersten Bipolarübergang-Transistors T1 und eines zweiten solchen Transistors T2, denen die Signale S1 und S2 über ihre entsprechenden Hauptleitungsanschlüsse E (Emitter) zugeleitet werden. Die Verwendung von Transistoren verschiedenen Typs und/oder unterschiedlicher Topologie würde die Möglichkeit bieten, die Signale S1 und S2 z. B. den Kollektoren zuzuführen.
• Außerdem ist es in dem oben geschilderten Fall von Vorteil, wenn das Signal RS ein Spannungssignal ist, welches mit Hilfe einer Serienschaltung aus mindestens zwei Übergängen E-B zweier Bipolarübergangs-Transistoren T3 und T4 erhalten wird, und zwar in der Weise, daß man ein analoges Verhalten des Multiplizierers und des Spannungsgebers im Fall der vier Transistoren T1, T2, T3 und T4 in integrierter Form erhält.
• Wie oben erläutert, führt das erfindungsgemäße Verfahren selbst zu der Anwendung auch auf andere Schutztypen, so z. B. zu dem Schutz gegen Sekundärdurchbruch bei Bipolartransistoren. Tatsächlich entspricht die komplexe Grenze gemäß einem gewissen physikalischen Modell dem Produkt aus dem Kollektorstrom Ic oder dem Emitter Ie des Transistors einerseits und dem Quadrat der Spannung zwischen Kollektor und Emitter, Vce, andererseits.
• Das für diesen Typ von Schutz geeignete Verfahren sieht außerdem den Schritt vor, ein drittes elektrisches Signal zu erzeugen, welches im wesentlichen proportional zu der Spannung an dem Hauptleitungspfad ist (im vorliegenden Fall der Spannung Vce), und macht es erforderlich, daß in der Phase c) das erste, das zweite und das dritte Signal multipliziert werden, entsprechend hier also dem Strom Ic, der Spannung Vce und noch einmal der Spannung Vce.
• Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Schutzschaltung CPR, allerdings eingebaut in einen Spannungsregler.
• Die Schutzschaltung für mindestens einen Leistungstransistor PT mit mindestens einem Steueranschluß G und zwei Hauptleitungsanschlüssen D, S. die einen Hauptleitungspfad D-S bilden, umfaßt mindestens:
• a) eine erste Detektionseinrichtung DM1, ausgelegt zum Erzeugen eines ersten elektrischen Signals S1, im wesentlichen proportional zu dem Stromfluß in dem Pfad D-S des Transistor PT,
• b) eine zweite Detektionseinrichtung, in Fig. 1 entsprechend der Gruppe, die aus einem Block DM2 und einem Detektionstransistor ST zum Erzeugen eines zweiten elektrischen Signals S2 im wesentlichen proportional zur der Spannung an dem Pfad D-S des Transistors PT, besteht,
• c) eine Multipliziereinrichtung mm, die am Eingang das erste Signal S 1 und das zweite Signal S2 empfängt, und dazu ausgelegt ist, ein elektrisches Produktsignal PS zu erzeugen, welches im wesentlichen dem Produkt entspricht,
• d) einen Generator RG für ein elektrisches Referenzsignal RS,
• e) eine Vergleichereinrichtung, die am Eingang das Signal PS und das Signal RS empfängt, und dazu ausgelegt ist, ein elektrisches Differenzsignal DS im wesentlichen entsprechend zu deren Differenz zu erzeugen, und
• f) eine Steuereinrichtung, ausgebildet zum Treiben des Steueranschlusses G des Transistors PT auf der Grundlage des Signals DS, so daß das Signal PS niedriger ist als das Signal RS.
• Die Vergleichereinrichtung und die Steuereinrichtung sind in Fig. 1 durch den Block cm dargestellt, beruhend auf der Annahme, daß die Ausgangsstufe des Blocks in der Lage ist, den Transistor PT zu treiben. In diesem Fall entspricht die Ausgangsstufe im wesentlichen der Steuereinrichtung. Nicht ausgeschlossen ist, daß in einigen Fällen die Vergleichereinrichtung und die Steuereinrichtung verschiedenen Schaltungsblöcken entsprechen, wie für den Schaltungsfachmann ersichtlich ist.
• Abhängig von dem Typ des Leistungstransistors (BJT, MOS, ...) variiert die Art und Weise des Treibens des Steueranschlusses (der Basis, des Gates, ...), wie dem Fachmann ebenfalls bekannt ist. Beispielsweise kann es sich um eine Stromspeisung oder eine Spannungsspeisung handeln.
• Fig. 2 zeigt das elektrische Schaltungsdiagramm beschränkt auf die Blöcke mm, RG, cm einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung.
• Sie enthält einen Steilheitsmultiplizierer, der an ersten Eingängen das Signal S1, im vorliegenden Fall ein Spannungssignal, und an einem zweiten Eingang das Signal S2, im vorliegenden Fall ein Stromsignal, empfängt. Der Steilheitsmultiplizierer besteht aus zwei Transistoren T12 und T22 vom Bipolarübergangstyp, angeordnet in Differenzschaltung. Die ersten Eingänge entsprechen den Basen dieser Transistoren, während der zweite Eingang mit ihren Emittern in der Weise verbunden ist, daß ihr Polarisationsstrom festgelegt wird. Ihre Kollektoren sind mit einer aktiven Last verbunden, bestehend aus zwei Transistoren T11 und T21 vom Bipolarübergangstyp, verschaltet als Stromspiegel. Der Ausgang des Multiplizierers (von Strom) ist an den Kollektor des Transistors T12 angeschlossen und ist mit einem ersten Anschluß eines Lasttransistors RL verbunden, dessen anderer Anschluß auf Masse liegt. Dieser Widerstand hat den Zweck, das als Stromsignal vorliegende Ausgangssignal in ein Spannungssignal umzuwandeln, welches in diesem Fall dem Signal PS entspricht.
• Die Vergleichereinrichtung und Steuereinrichtung besteht aus einem Differenzverstärker 0A2, der das Signal DS erzeugt und es annähernd zu der Differenz zwischen den seinen Eingängen zugeführten Signalen macht und deshalb in linearem Bereich arbeitet. Dieser empfängt an seinem invertierenden Eingang das Signal PS und an seinem nichtinvertierenden Eingang das Signal RS, im vorliegenden Fall ein Spannungssignal, welches von einem Referenzspannungsgenerator VR, z. B. einer "Bandlücke" erzeugt wird.
• Fig. 3 zeigt in Form einer Spannungs-Strom-Kennlinie das ideale Verhalten, welches von der Anordnung aufgrund der Kurve MP von der Anordnung erwartet wird, die aus den Einrichtungen DM1, DM2 und mm besteht. Die Kurve MP ist eine Hyperbel entsprechend der Verlustleistungsgrenze des Transistors PT, im Strom und in der Spannung beschränkt auf die Werte IM bzw. VM entsprechend den Strom- und Spannungsgrenzen des Transistors. Normalerweise weisen die Detektoreinrichtungen DM1 und DM2 ziemlich lineares Verhalten auf, welches dem Idealfall sehr nahe kommt. Der Steilheitsmultiplizierer bildet eine Multiplikation nur in erster Näherung, real liefert er jedoch, wie man einfach nachrechnen kann, eine Funktion vom Typ einer Hyperbel. Dieses Verhalten ist in Fig. 3 durch die Kurve CA verdeutlicht. Wie man sehen kann, werden bei Verwendung der Kurve CA als Verlustleistungsgrenze unter gewissen Betriebsbedingungen die Möglichkeiten des Transistors nicht vollständig ausgenutzt, da die Kurve CA unterhalb der Kurve MP liegt, während unter anderen Bedingungen der Transistor möglicherweise außerhalb der Verlustleistungsgrenzen arbeitet, da die Kurve CA oberhalb der Kurve MP liegt.
• Eine erste Möglichkeit, dieses zusätzliche Problem zu lösen, besteht in der Wahl einer derartigen Kurve CA, daß diese immer unterhalb der Kurve MP liegt, wobei man in Kauf nimmt, daß ein Teil der Verlustleistungskapazität des Transistors ungenutzt bleibt.
• Eine zweite Möglichkeit besteht aus der Vorverzerrung der Signale S1 und/oder S2 mit einer Funktion entsprechend dem Kehrwert der Hyperbeltangente. Natürlich erhöht die Vorverzerrung die Komplexität der Schaltung.
• Eine dritte Möglichkeit besteht darin, einen Multiplizierer zu entwerfen, der eine Transferfunktion besitzt, die einer Hyperbel besser angenähert ist, wobei die dazugehörige Schaltung möglichst nicht zu komplex sein sollte. Dies führt zu der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit dem in Fig. 4 gezeigten elektrischen Schaltungsdiagramm.
• In diesem dritten Fall sind die Signale S1 und S2 Stromsignale, und das Signal PS ist ein Spannungssignal, die Einrichtung mm enthält mindestens zwei Bipolarübergangstransistoren T1 und T2 mit zugehörigen in Serie geschalteten Übergängen E-B, wobei das Signal PS im wesentlichen der Spannung an den beiden in Reihe geschalteten Übergängen E-B entspricht, und die Stromsignale S1 und S2 werden den zwei Emitteranschlüssen E der beiden Transistoren E1 und T2 zugeführt.
• Das so erhaltene Signal PS entspricht im wesentlichen - wie man einfach berechnen kann - dem natürlichen Logarithmus des Produkts der Signale S1 und S2. Dieser Umstand hat keinen Einfluß auf die Leistungsfähigkeit der Schaltung, da das Signal PS später mit einem konstanten Referenzsignal verglichen wird und es folglich für das Zulassen des Logarithmus ausreicht, einen geeigneten Wen für dieses Referenzsignal zu wählen.
• In der Schaltung nach Fig. 4 ist das Signal RS ein Spannungssignal, der Generator RG enthält mindestens zwei Bipolarübergang-Transistoren T3 und T4 mit zwei in Reihe geschalteten zugehörigen Übergängen E-B, und das Signal RS entspricht im wesentlichen der Spannung an den zwei in Reihe geschalteten Übergängen E-B. Den Transistoren T3 und T4 wird über denselben Referenzstromgeber R1 der gleiche Polarisationsstrom zugeführt.
• Die Transistoren T3 und T4 sind als Diode geschaltet und könnten deshalb im Prinzip durch zwei wirkliche Dioden ersetzt werden. Der Vorteil der Verwendung von zwei Transistoren besteht in einer integrierten Ausführungsform der Schaltung darin, daß die Transistoren T3 und T4 symmetrisch bezüglich der Transistoren T1 und T2 ausgelegt werden können, wodurch sich das Verhalten des Multiplizierers hinsichtlich der Streuung und der Schwankungen der elektrischen Kennwerte optimieren läßt.
• Es gibt verschieden Möglichkeiten, die Blöcke DM1 und DM2 auszubilden, d. h., elektrische Signale zu erzeugen, die proportional sind zu dem Strom in einem Zweig sowie zu der Spannung zwischen zwei Knoten einer Schaltung. Die Abweichung von dem idealen Verhalten könnte z. B. das Vorhandensein eines konstanten Addenden, nichtperfekte Linearität oder inhärente Nicht-Linearität des Verhaltens sein (eine nicht-lineare Funktion, die nicht signifikant von der linearen Funktion im Betriebsbereich der Schaltung abweicht).
• Bevorzugte Ausführungsformen, die z. B. in Verbindung mit der Schaltung nach Fig. 4 eingesetzt werden können, werden im folgenden anhand der Fig. 5 und 6 erläutert.
• Die Schaltung nach Fig. 5 entspricht der ersten Detektoreinrichtung DM und enthält:
• a) einen Detektionswiderstand R3 geringen Widerstandswerts, in Reihe geschaltet zu dem Hauptleitungspfad D-S des Transistors ST,
• b) zwei symmetrische Widerstände R1, R2, die mit ersten Anschlüssen an die Anschlüsse des Detektionswiderstands R3 angeschlossen sind, und
• c) eine Stromspiegelschaltung MI1 mit zwei Eingängen I1, I2, die an die jeweils zweiten Anschlüsse der symmetrischen Widerstände R1, R2 angeschlossen sind.
• Das Signal S1 entspricht dem Strom, der aus einem der Eingänge der Schaltung MI1 bezogen wird, insbesondere dem Eingang I1 aufgrund seiner Umsymmetrie. Genauer gesagt: zwischen dem Eingang I1 und dem Ausgang der Schaltung nach Fig. 4 befindet sich der Pfad D-S eines MOS-Transistors M1, der als Ausgangspuffer fungiert.
• Der Widerstand R3 muß einen genügend niedrigen Widerstand haben, damit der Potentialabfall an ihm klein ist im Vergleich zu der Spannung VDS des Transistors PT im gesamten Betriebsbereich der Schaltung. In einer integrierten Ausführungsform der vorliegenden Schaltung wurde ein Wert von 15 mΩ gewählt, realisiert mit Hilfe eines "Metall"- Streifens. Die in der Schaltung MI1 fließenden Ströme und der dem Signal S1 entsprechende Strom müssen ebenfalls gering sein.
• Wenn die Stromspiegelschaltung MI1 derart beschaffen ist, daß der Strom gleicher Ströme zu den Eingängen veranlaßt wird, müssen die Widerstandswerte der Widerstände R1 und R2 gleich groß sein.
• Die Schaltung MI1 besteht aus einem Paar Stromquellen I31 und I41, die die Kollektorströme an das Paar von Transistoren T31 und T32 liefern, die als Stromspiegel geschaltet sind und über ihre Emitter den Kollektorstrom an ein weiteres Paar von Transistoren T31 und T41 geben, die ebenfalls als Stromspiegel geschaltet sind. Die Emitter der Transistoren T31 und T41 sind an die Eingänge I1 und I2 der Schaltung MI1 angeschlossen. Der Gate-Anschluß des Transistors M1 ist an den Kollektor des Transistors T42 angeschlossen.
• Die Schaltung nach Fig. 6 entspricht der zweiten Detektionseinrichtung, die an den Transistor PT angeschlossen ist, und sie enthält einen Detektionstransistor ST vom gleichen Typ wie der Transistor PT, jedoch mit einem kleineren Kanalbreiten-Längen-Verhältnis, wobei sein Steueranschluß G mit dem Steueranschluß G des Transistors PT verbunden ist, sein Sourceanschluß S an den entsprechenden Anschluß S des Transistors PT geschaltet ist, und sein Drainanschluß D an den entsprechenden Anschluß D des Transistors PT über mindestens einen Begrenzungswiderstand R6 angeschlossen ist (in Fig. 6 bestehend aus der Serienschaltung zweier Widerstände R4 und R7), und sie enthält weiterhin eine dritte Detektionseinrichtung DM3, ausgelegt zur Erzeugung des Signals S2 in der Weise, daß es im wesentlichen proportional ist zu dem in dem Begrenzungswiderstand R4 fließenden Strom.
• Der Widerstand R4 dient im Verein mit der Bemessung des Kanals des Transistors ST dazu, die Spannung VDS des Transistors ST viel kleiner zu machen als die Spannung VDS des Transistors PT. In einer integrierten Ausführungsform wurde dieses Verhältnis 20.000-mal kleiner gewählt als der Wert des Widerstands R4, welcher 150 kΩ beträgt.
• Bei einer Netzgleichung, die den Widerstand R4 und zwei Transistoren ST und PT beinhaltet, sieht man unter den gegebenen Annahmen sofort, daß es eine im wesentlichen proportionale Verbindung gibt zwischen der Spannung VDS des Transistors PT und dem Stromfluß in dem Widerstand R4.
• Die dritte Detektionseinrichtung DM3 ist in der Schaltung nach Fig. 6 durch die gleiche Schaltungslösung realisiert, die auch für die in Fig. 5 gezeigte Einrichtung DM1 gewählt wurde. Vorgesehen sind:
• a) ein Detektionswiderstand R7 geringen Widerstandswerts, in Serie zu dem Begrenzungswiderstand R4 geschaltet,
• b) zwei symmetrische Widerstände R5 und R6, die mit ersten Anschlüssen an die Anschlüsse des Widerstands R4 angeschlossen sind, und
• c) eine Stromspiegelschaltung MI2 mit zwei Eingängen I5 und I6, die an die jeweils zweiten Anschlüsse der Widerstände R5, R6 angeschlossen sind.
• Das Signal S2 entspricht dem Strom, der aus einem der Eingänge der Schaltung MI2 gezogen wird, insbesondere dem Eingang I5, und der auf dessen Unsymmetrie zurückzuführen ist. Genauer gesagt, liegt zwischen dem Eingang I5 und dem Ausgang der Schaltung nach Fig. 5 der Pfad D-S des MOS-Transistors M2, der als Ausgangspuffer fungiert.
• Der Widerstand R7 muß einen sehr niedrigen Widerstandswert im Vergleich zu dem Wert des Widerstands R4 haben. Beim oben erwähnten integrierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Schaltung wurde ein Wert von 1,2 kΩ gewählt.
• Die Schaltung MI2 besteht aus einem Paar Stromquellen I51 und I61, die den Kollektorstrom an ein Paar von Transistoren T52 bzw. T62 liefern, die als Stromspiegel geschaltet sind und ihrerseits mit ihren Emittern den Kollektorstrom für ein weiteres Paar von Transistoren T51 bzw. T61 liefern, die ebenfalls als Stromspiegel geschaltet sind. Die Emitter der Transistoren T51 und T61 sind an die Eingänge I5 und I6 der Schaltung MI2 angeschlossen. Der Gateanschluß des Transistors M2 ist an den Kollektor des Transistors T62 angeschlossen.
• Bei einer Netzgleichung, die die Widerstände R5, R6 und R7 beinhaltet, sieht man sofort, daß unter den obigen Annahmen und den zusätzlichen Annahmen, daß R5 = R6 + R7, und daß der Stromspiegel MI2 so beschaffen ist, daß in die Eingänge gleich große Ströme fließen, es eine im wesentlichen proportionale Verbindung gibt zwischen dem Strom im Widerstand R4 und dem dem Signal S2 entsprechenden Strom. Folglich gibt es eine im wesentlichen proportionale Verbindung zwischen der Spannung VDS des Transistors PT und dem Strom, der dem Signal S2 entspricht.
• Wie oben erwähnt, findet die erfindungsgemäße Schutzschaltung vorteilhafte Anwendung in Spannungsreglern.
• Fig. 1 zeigt einen derartigen Spannungsregler mit mindestens einem Leistungstransistor PT und einer Schutzschaltung CPR für mindestens den einen Transistor.
• Letzterer weist einen auf Masse GND bezogenen Eingang VIN und einen Ausgang VOUT auf. Der Drainanschluß D des Transistors PT ist an den Eingang VIN über die Einrichtung DM1 angeschlossen, der Sourceanschluß 5 des Transistors PS liegt direkt am Ausgang VOUT.
• An den Eingang VIN ist ein erster Block B1 angeschlossen, der die Spannung anhebt und sie einer Ausgangsstromquelle OI zuführt, die den Zweck hat, den Gateanschluß G des Transistors PT mit einer Spannung anzusteuern, die ausreichend hoch ist, um ihn bei Änderungen der geregelten Ausgangsspannung leitend zu halten.
• Zwischen dem Ausgang VOUT und Masse GND liegt ein Spannungsteiler, bestehend aus der Serienschaltung zweier Widerstandselemente E1 und E2. Der Mittelanzapfpunkt des Teilers ist an den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers OA1 angeschlossen. Dessen nicht-invertierender Eingang ist an den Ausgang eines zweiten Blocks B2 angeschlossen, der eine Referenzspannung beispielsweise zum Regeln einer Bandlücke erzeugt. Der Ausgang des Verstärkers OA1 ist an den Anschluß G des Transistors PT in der Weise angeschlossen, daß die Ausgangsspannung in Relation zum Teilerverhältnis des Spannungsteilers E1, E2 geregelt wird.
• Natürlich kann die erfindungsgemäße Schutzschaltung Anwendung in vielen weiteren integrierten und nicht-integrierten Schaltungen finden.

Claims (11)

1. Verfahren zum Schutz mindestens eines Leistungstransistors (PT) mit mindestens einem Steueranschluß (G) und zwei Hauptleitungsanschlüssen (D, S), die einen Hauptleitungspfad (D-S) identifizieren, umfassend folgende Schritte:

a) Erzeugen eines ersten elektrischen Signals (S1), das im wesentlichen proportional ist zu dem durch den Pfad (D-S) fließenden Strom,

b) Erzeugen eines zweiten elektrischen Signals (S2) proportional zu der Spannung an dem Pfad (D-S),

dadurch gekennzeichnet,

daß es außerdem folgende Schritte aufweist:

c) Multiplikation zumindest des ersten (S1) und des zweiten (S2) Signals, um ein elektrisches Produktsignal (PS) zu bilden,

d) Vergleichen des Produktsignals (PS) mit einem elektrischen Referenzsignal (RS), um ein elektrisches Differenzsignal (DS) zu bilden, und

e) Treiben des Steueranschlusses (G) mit dem Differenzsignal (DS) derart, daß das Produktsignal (PS) kleiner ist als das Referenzsignal (RS).

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erste (S1) und das zweite (S2) Signal Stromsignale sind und das Produktsignal (PS) ein Spannungssignal ist, wobei das Produktsignal (PS) mit Hilfe einer Reihenschaltung aus mindestens zwei Übergängen (E-B) eines ersten (T1) und eines zweiten (T2) Bipolarübergang-Transistors erhalten wird, denen das erste (S1) und das zweite (S2) Signal über zwei ihrer entsprechenden Hauptleitungsanschlüsse (E) zugeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Referenzsignal (RS) ein Spannungssignal ist, welches gewonnen wird durch eine Serienschaltung aus mindestens zwei Übergängen (E-B) von zwei Bipolarübergang-Transistoren (T3, T4).

4. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend den Schritt des Erzeugens eines dritten elektrischen Signals, welches im wesentlichen proportional ist zu der Spannung an dem Pfad, wobei im Schritt c zumindest das erste, das zweite und das dritte Signal multipliziert werden.

5. Schutzschaltung für mindestens einen Leistungstransistor (PT) mit mindestens einem Steueranschluß (G) und zwei Hauptleitungsanschlüssen (D, S), die einen Hauptleitungspfad (D-S) identifizieren, umfassend zumindest:

a) eine erste Detektionseinrichtung (DM1), ausgelegt zum Erzeugen eines ersten elektrischen Signals (S1), welches im wesentlichen proportional ist zu dem in dem Pfad (D-S) fließenden Strom,

b) eine zweite Detektionseinrichtung (DM2, ST), ausgebildet zum Erzeugen eines zweiten elektrischen Signals (S2), das im wesentlichen proportional ist zur der Spannung (D-S),

dadurch gekennzeichnet,

daß sie außerdem aufweist:

c) eine Multipliziereinrichtung (mm), die am Eingang das erste (S1) und das zweite (S2) Signal empfängt, und die so ausgebildet ist, daß sie ein elektrisches Produktsignal (PS) erzeugt, welches grundsätzlich dem Produkt aus mindestens den vorgenannten Signalen entspricht,

d) einen Generator (RG) für ein elektrisches Referenzsignal (RS),

e) eine Vergleichereinrichtung (cm), die am Eingang das Produktsignal (PS) und das Referenzsignal (RS) empfängt, und die so ausgebildet ist, daß sie ein elektrisches Differenzsignal (DS) erzeugt, welches im wesentlichen deren Differenz entspricht, und

f) eine Steuereinrichtung (cm), ausgebildet zum Treiben des Steueranschlusses (G) auf der Grundlage des Differenzsignals (DS) in der Weise, daß das Produktsignal (PS) niedriger ist als das Referenzsignal (RS).

6. Schaltung nach Anspruch 5, bei der das erste (S1) und das zweite (S2) Signal Stromsignale sind, und das Produktsignal (PS) ein Spannungssignal ist, wobei die Multipliziereinrichtung (mm) mindestens zwei Bipolarübergang-Transistoren (T1, T2) aufweist, deren entsprechende Übergänge (E-B) in Reihe geschaltet sind, wobei das Produktsignal (PS) im wesentlichen der Spannung an den beiden in Reihe geschalteten Übergängen (E-B) entspricht, und wobei das erste (S1) und das zweite (S2) Signal den beiden Hauptleitungsanschlüssen (E) der beiden Transistoren (T1, T2) zugeführt werden.

7. Schaltung nach Anspruch 6, bei der das Referenzsignal (RS) ein Spannungssignal ist und bei der der Generator (RG) mindestens zwei Bipolarübergang-Transistoren (T3, T4) aufweist, deren entsprechende Übergänge (E-B) in Reihe geschaltet sind, wobei das Referenzsignal (RS) im wesentlichen der Spannung an den beiden in Reihe geschalteten Übergängen (E-B) entspricht.

8. Schaltung nach Anspruch 5, bei der die erste Detektionseinrichtung (DM1) aufweist:

a) einen Detektionswiderstand (R3) mit einem niedrigen Widerstandswert, der in Reihe zu dem Pfad geschaltet ist,

b) zwei symmetrische Widerstände (R1, R2), die mit ersten Anschlüssen jeweils an die Anschlüsse des Detektionswiderstands (R3) angeschlossen sind, und

c) eine Stromspiegelschaltung (MI1) mit zwei Eingängen (I1, I2), die an die jeweils zweiten Anschlüsse der symmetrischen Widerstände (R1, R2) angeschlossen sind, wobei das erste Signal (S1) einem Strom entspricht, der einem (11) der Eingänge der Stromspiegelschaltung (MI1) aufgrund deren Unsymmetrie entzogen wird.

9. Schaltung nach Anspruch 5, bei der die zweite Detektoreinrichtung (DM2, ST) einen Detektionstransistor (ST) vom gleichen Typ wie der Leistungstransistor (PT), jedoch mit einem kleineren Kanal- Breiten-Längen-Verhältnis, aufweist, der einen Steueranschluß (G) aufweist, welcher mit dem Steueranschluß (G) des Leistungstransistors (PT) verbunden ist, der einen ersten Hauptleitungsanschluß (S) aufweist, welcher mit dem entsprechenden Anschluß (S) des Leistungstransistors verbunden ist, und der einen zweiten Hauptleitungsanschluß (D) aufweist, der an den entsprechenden Anschluß (D) des Leistungstransistors über mindestens einen Begrenzungswiderstand (R4) angeschlossen ist, und zusätzlich eine dritte Detektionseinrichtung (DM3) aufweist, ausgebildet zum Erzeugen des zweiten Signals (S2) in der Weise, daß dieses im wesentlichen proportional zu dem in dem Begrenzungswiderstand (R4) fließenden Strom ist.

10. Schaltung nach Anspruch 9, bei der die dritte Detektoreinrichtung (DM3) aufweist:

a) einen Detektionswiderstand (R7) geringen Widerstandswerts, der in Reihe zu dem Begrenzungswiderstand (R4) geschaltet ist,

b) zwei symmetrische Widerstände (R5, R6), die mit einem jeweils ersten Anschluß an die Anschlüsse des Begrenzungswiderstands (R4) angeschlossen sind, und

c) eine Stromspiegelschaltung (MI2) mit zwei Eingängen (I5, I6), die an die jeweils zweiten Anschlüsse der symmetrischen Widerstände (R5, R6) angeschlossen sind,

wobei das zweite Signal (S2) einem Strom entspricht, welcher einem (I5) der Eingänge der Stromspiegelschaltung (MI2) aufgrund deren Unsymmetrie entzogen wird.

11. Stromregler mit mindestens einem Leistungstransistor (PT) und einer Schutzschaltung für diesen mindestens einen Leistungstransistor gemäß einem der Ansprüche 5 bis 10.