Brevet FR2770590A1 — publié le 19990507

I La présente invention concerne un étage de sortie de puissance, intégré, monolithique, comprenant des moyens pour détecter le courant de charge par un transistor de com- mutation d'étage de sortie et/ou des moyens pour saisir la5 tension de sortie d'un transistor de commutation d'étage de sortie et/ou des moyens pour saisir la température de la puce, avec au moins une logique de commutation comprenant un transistor de sortie pour commuter le transistor de sortie lorsqu'on atteint au moins un seuil de courant de charge pre- déterminé et/ou un seuil de tension de sortie et/ou un seuil de température, le transistor de sortie fournissant un signal haut sur au moins une sortie logique. Etat de la technique Les étages de sortie de puissance, intégrés mono- lithiques, du type défini ci-dessus, sont connus. Ces étages servent à détecter un seuil de courant de charge et, lors- qu'on atteint le seuil de courant de charge, réglé, une logi- que de commutation fournit un signal de commutation par un transistor de sortie. De tels étages de sortie de puissance sont par exemple destinés à des dispositifs de commande d'allumage électronique de véhicules automobiles. Selon le document DE 43 33 359 AI, on connaît un tel étage de sortie de puissance intégré monolithique. Ce circuit présente néanmoins l'inconvénient qu'à la commutation de charges inductives, le collecteur du transistor de commu- tation de l'étage de sortie de puissance est tiré à une ten- sion inverse pas atteint). Cela se traduit par une erreur de signal. Pour conserver le transistor de sortie à l'état bloqué même lorsque la tension du collecteur descend en des- sous de 0 volt, le document DE 43 33 359 A1 prévoit une fonc- tion d'erreur de la logique de commutation en mode inverse de l'étage de puissance de sortie par une diode de limitation de potentiel et un transistor supplémentaire. Le transistor de sortie est branché dans ce cas en transistor tiré vers le bas de sorte que le découplage des signaux parasites ne peut se réaliser que de manière très compliquée. Avantages de l'invention La présente invention concerne un étage de sortie de puissance monolithique intégré du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que le transistor de sortie est relié par son émetteur à la sortie logique et un moyen de commutation est prévu qui bloque le transistor de sortie pour une tension de collecteur négative du transistor de commutation de l'étage de sortie. L'étage de sortie de puissance selon l'invention offre l'avantage d'éviter de manière simple un fonctionnement erroné du transistor de sortie en mode inverse de l'étage de puissance de sortie. Comme l'émetteur du transistor de sortie est relié à la sortie logique et comme il est prévu un moyen de commutation qui bloque le transistor de sortie pour une tension de collecteur négative du transistor de commutation de l'étage de sortie, on arrive à une très grande sécurité vis-à-vis des perturbations car le transistor de sortie bran- ché en transistor tirant vers le haut, ne peut être commandé que par un signal haut, actif, qui est en opposition de phase avec un signal perturbateur bas et, grâce à un transistor, on réalise en plus une commande plus sûre vis-à-vis des pertur- bations. Le transistor de sortie reste ainsi bloqué de ma- nière certaine même en fonctionnement inverse de l'étage de sortie de puissance lorsque la tension de collecteur descend indiquerait une valeur de seuil pour le courant de charge. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: - le moyen de commutation est un transistor dont le collec- teur est relié à la base du transistor de sortie et l'émetteur est relié au collecteur du transistor de commu- tation, la base étant reliée à l'émetteur du transistor de commutation, le transistor de sortie est commandé par l'intermédiaire d'un transistor dont la base est reliée à un circuit logi- que, dont le collecteur est relié à la base du transistor de sortie et l'émetteur est relié à l'émetteur du transis- tor de commutation, - les transistors sont définis dans une cuvette commune de l'étage de sortie de puissance, - la cuvette est reliée de manière électriquement conduc- trice, par au moins un point de contact, à l'émetteur du transistor de commutation. La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'exemples de réalisation représentés schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre un schéma d'un étage de sortie de puis- sance, intégré monolithique, - les figures 2a et 2b sont des vues des zones de diffusion de l'étage de sortie de puissance représentées à la figure 1, selon deux variantes de réalisation. Description des exemples de réalisation La figure 1 montre un étage de sortie de puis- sance 10, intégré, monolithique, se composant d'un transistor de commutation de l'étage de sortie 12 formé des transistors Tl, T2, T3. La base du transistor de commutation de l'étage de sortie 12 est reliée à un branchement de base externe B; l'émetteur est relié à un branchement d'émetteur externe E et le collecteur à un branchement de collecteur externe C. Selon d'autres exemples de réalisation, le transistor de commuta- tion de l'étage de sortie 12 peut également être à deux ou trois étages. Un capteur d'intensité 14 par exemple réalisé comme cellule de détection de l'étage T3 du transistor de commutation d'étage de sortie 12 détecte un courant de charge I traversant le transistor de commutation d'étage de sortie 12; il est relié à un circuit logique 16 non détaillé ici. Ce circuit logique comporte au moins un étage à seuil pour fournir un signal de commande appliqué à un transistor de sortie Tll en fonction d'un seuil de courant de charge régla- ble pour le courant de charge I. L'étage de sortie de puissance 10 possède en ou- tre une diode inverse D10 en parallèle aux chemins de commu- tation du transistor de commutation d'étage de sortie 12. Le collecteur du premier étage Tl du transistor de commutation d'étage de sortie 12 est relié à une borne de collecteur ex- terne C ou, par une résistance de collecteur R6, à une autre borne externe K. Le branchement K et la résistance de collec- teur R6 sont supprimés si le collecteur de l'étage de commu- tation Tl est relié au branchement de collecteur externe C. Les deux variantes de montage sont explicitées par des lignes de liaison représentées en trait interrompu. Pour la commande du transistor de sortie Tll, le branchement de sortie du circuit logique 16 est relié à la base d'un transistor T10. Le collecteur du transistor T10 est lui-même relié à la base du transistor de sortie Tll et, par une résistance Rl1, à une borne de potentiel Vcc ainsi qu'avec le collecteur d'un autre transistor T12. L'émetteur du transistor de sortie Til est relié à une borne de commande externe St. Le collecteur du transistor de sortie Tll est également relié à la borne de potentiel Vcc. L'émetteur de l'autre transistor T12 est relié à la borne de collecteur ex- térieur C alors que la base de ce transistor T12 et l'émetteur du transistor TO10 sont reliés à la borne 2() d'émetteur extérieure E. Il est en outre prévu une logique de commande 18 indiquée ici, qui réalise d'une manière non détaillée la com- mande du transistor de commutation d'étage de sortie 12 en fonction d'un signal externe appliqué à la borne de base B et, le cas échéant, d'une tension appliquée à la borne ex- terne K. L'étage de sortie puissance 10 représenté à la figure 1 sert par exemple à commander une bobine d'allumage d'une installation d'allumage d'un moteur à combustion in- terne de véhicule automobile. Le primaire 22 est relié d'un côté à la borne de collecteur externe C et de l'autre à une source de tension d'alimentation 24, par exemple la batterie du véhicule. Le secondaire 26 de la bobine d'allumage 20 gé- nère, comme cela est connu, les impulsions d'allumage appli- quées à une bougie 28 représentée seulement de manière schématique ici. Au cas o le branchement externe K est relié au collecteur du premier étage de commutation T1, celui-ci est en outre relié au branchement positif de la source de tension d'alimentation 24. Le branchement de potentiel Vcc peut être alimen- té à partir du branchement externe K ou B. La figure 2a montre schématiquement en coupe l'étage de sortie de puissance, intégré monolithique 10 selon une première variante de réalisation. Le domaine X correspond à un domaine à faible dopage (p) et le domaine v représente un domaine à faible dopage (n). A la fois le transistor de sortie Tll, et les transistors Tl, T10, T12, de même que les résistances R6, Ril, sont intégrés dans une cuvette i, 30 commune. L'émetteur du transistor de sortie Tll est formé par + un domaine n; la base est formée par un domaine (p) entou- rant ce domaine n; le collecteur est formé par un domaine v entourant de nouveau ce domaine (p). L'émetteur est relié à la sortie logique externe St. Le collecteur est relié à la borne de potentiel Vcc. L'émetteur du transistor T10 est for- + mé par un domaine n; sa base est formée par un domaine (p) + entourant le domaine n; son collecteur est formé par un do- maine v entourant ce domaine (p). La base est reliée au cir- cuit logique 16 alors que l'émetteur est relié à la borne d'émetteur externe E. + Le transistor T12 est défini par un domaine n et le domaine v qui l'entoure pour former le collecteur; le substrat (domaine n) constitue l'émetteur et la base est formée par la cuvette K, 30. Il est en outre prévu un domaine v qui forme la résistance Rll. Le branchement externe k est relié à un domaine + n qui est entouré par le domaine v qui forme la résistance R6. Le domaine v de la résistance R6 est relié à un domaine v qui forme le collecteur du transistor Tl. Ce domaine v en- toure un domaine (p) formant la base du transistor T1. Ce do- + maine (p) entoure lui-même un domaine n qui forme l'émetteur du transistor T1. La cuvette a, 30 est reliée par un ou plusieurs branchements au branchement d'émetteur externe E. Ces bran- chements par exemple au nombre de trois sont des domaines (p). Les domaines (p) assurent un bon contact ohmique. La figure 2b montre schématiquement une vue en coupe d'un étage de sortie de puissance 10, intégré, monoli- thique, correspondant à une autre variante de réalisation. Les mêmes parties qu'à la figure 2a portent les mêmes réfé- rences et leur description ne sera pas reprise. Dans cette variante de réalisation, on supprime le branchement externe K et la résistance R6. Le transistor de sortie Tll de même que les tran- sistors T10, T12 et la résistance Rll sont intégrés dans une cuvette A, 30 commune. L'étage de commutation Tl est réalisé dans une cuvette K, 31 distincte. + Le transistor T12 est défini par un domaine n + formant le collecteur, un domaine v entoure le domaine n et forme l'émetteur; la base est formée par la cuvette K, 30. En outre, un domaine v forme la résistance Rll. La cuvette K, est reliée par un ou plusieurs branchements au branchement d'émetteur extérieur E, par exemple par deux branchements réalisés par des domaines (p). Le transistor T1 fait partie d'un montage Dar- lington triple composé des transistors Tl, T2, T3. Le domaine v est relié par un domaine n (émetteur Tl) à la base du transistor T2 (non représenté). La cuvette 7t, 31 forme la base du transistor Tl reliée par un domaine (p) à la logique de commande 18. Aux figures 2a et 2b il y a en outre l'étage de commutation T3 du transistor de commutation de l'étage de sortie de puissance 12; ce transistor est réalisé dans une cuvette K, 32 distincte. La cuvette 7, 32 forme la base de l'étage de commutation T3; un domaine n et un domaine v qui + entoure le domaine n forment l'émetteur de l'étage de commu- tation T3. L'émetteur est relié au capteur d'intensité 14 alors que la base est reliée à l'étage de commutation T2. Dans un but de simplification, les autres élé- ments du circuit, notamment le circuit logique 16 et la logi- que de commande 18, n'ont pas été représentés. Pour obtenir les différents domaines de diffusion on peut utiliser les procédés connus de fabrication de semi- conducteurs de puissance, bipolaires, avec un encombrement en surface relativement faible. En logeant en commun les éléments de circuit as- sociés à la sortie logique St et en particulier les transis- tors T10, Tll, T12 et la résistance Rll dans une cuvette A, commune, le transistor de sortie Tll se branche comme transistor de relèvement dans le circuit de collecteur (l'émetteur du transistor de sortie Tll est relié au branche- ment logique St). Ainsi un signal haut, actif, au collecteur du transistor T10, est en opposition de phase par rapport à un signal perturbateur de niveau bas, que peut produire le fonctionnement inverse de l'étage de sortie de puissance 10. La tension de collecteur du transistor de commutation de l'étage de sortie 12 est alors tirée à des valeurs domaine n (collecteur C) ne sont plus bloquées avec certi- tude. Le transistor T10 peut être bloqué ce qui commanderait l'ouverture du transistor de sortie Tll. Toutefois on évite cela par le transistor T12 qui, dans ce cas de perturbations supposées, puisque sa base est formée par la cuvette A, 30, serait commandé à l'ouverture; un courant passant par la ré- sistance Rll peut ainsi continuer à travers le transistor T12, et le transistor Tll reste ainsi bloqué. Selon un autre exemple de réalisation, on peut réunir les domaines v des transistors T10, T12 pour économi- ser de la surface. Le domaine de collecteur du transistor T12 peut être réalisé comme domaine v avec une inclusion d'un do- +. + maine n, ou seulement comme domaine n. (Dans les figures 2a et 2b, on a uniquement représenté une disposition avec un do- maine v). L'étage de puissance 10 à intégration monolithi- que se réalise également pour différentes valeurs de seuil du courant de charge I et, de façon correspondante, de plusieurs sorties logiques St; à chaque sortie logique St, on associe une valeur de seuil de courant de charge déterminée. En outre, on peut également saisir des valeurs de seuil pour d'autres grandeurs (tension de sortie, température de la puce) et les associer à une ou plusieurs sorties logi- ques. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Etage de sortie de puissance, intégré, monolithique, com- prenant des moyens pour détecter le courant de charge par un transistor de commutation d'étage de sortie et/ou des moyens pour saisir la tension de sortie d'un transistor de commuta- tion d'étage de sortie et/ou des moyens pour saisir la tempé- rature de la puce, avec au moins une logique de commutation comprenant un transistor de sortie pour commuter le transis- tor de sortie lorsqu'on atteint au moins un seuil de courant de charge prédéterminé et/ou un seuil de tension de sortie et/ou un seuil de température, - le transistor de sortie fournissant un signal haut sur au moins une sortie logique, caractérisé en ce que le transistor de sortie (T11) est relié par son émetteur à la sortie logique (St) et un moyen de commutation est prévu qui bloque le transistor de sortie (Til) pour une tension de col- lecteur négative du transistor de commutation de l'étage de sortie (12). 2 ) Etage de sortie de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de commutation est un transistor (T12) dont le col- lecteur est relié à la base du transistor de sortie (T11) et l'émetteur est relié au collecteur (C) du transistor de com- mutation (12), la base étant reliée à l'émetteur (E) du tran- sistor de commutation (12). 3 ) Etage de sortie de puissance selon la revendication 2, caractérisé en ce que le transistor de sortie (T11) est commandé par l'intermédiaire d'un transistor (TO10) dont la base est reliée à un circuit logique (16), dont le collecteur est relié à la base du transistor de sortie (T11) et l'émetteur est relié à l'émetteur (E) du transistor de commutation (12). 4 ) Etage de sortie de puissance selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les transistors (T10, Tll, T12) sont définis dans une cuvette K commune (30) de l'étage de sortie de puissance (10) ) Etage de sortie de puissance selon la revendication 4, caractérisé en ce que la cuvette 7 (30) est reliée de manière électriquement con- ductrice, par au moins un point de contact, à l'émetteur (E) du transistor de commutation (12).N0