CN106849919A - 利用积分的保护曲线的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种装置，其包括电子开关、用于控制所述电子开关的操控单元、用于确定通过所述电子开关的电流的诊断单元、用于存储保护曲线的存储器，其中，所述操控单元设置为基于由所述诊断单元确定的通过所述电子开关的电流并且基于所述电子开关的保护曲线来控制。此外，给出一种用于控制电子开关的方法。

Description

利用积分的保护曲线的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种利用积分的(包括至少一个特征曲线的)保护曲线的装置，以及涉及一种用于控制电子开关的方法。
发明内容
本发明的目的在于，改进一种装置、特别是一种电子部件，以改善对所述部件和必要时所连接的元件的保护。
该目的根据独立权利要求的特征来实现。优选的实施方式特别是可以由从属权利要求得出。
为了实现该目的，给出一种装置，其包括：
-电子开关，
-用于操控电子开关的操控单元，
-用于确定通过电子开关的电流的诊断单元，
-用于存储保护曲线的存储器，
-其中，操控单元设置为基于由诊断单元确定的通过电子开关的
电流并且基于所述电子开关的保护曲线来控制。
在此的优点是，所述装置具有高效的安装的电流安全装置。另一个优点在于，所述装置具有自保险的安全功能，而不需要一个单独的微控制器或一个另外的外部装置。所述装置例如是保护开关，所述保护开关保护自身和所连接的线路或负载免受过大电流影响。开关的自保护例如可以通过对电子开关适当的确定尺寸并且对保护曲线的设计来设置。
诊断单元和存储器可以是所述装置的集成部件。为此，特别是可以使用一个单个的芯片。也可能的是，使用用于集成所述装置的多个芯片。
一个可选方案是，所述装置作为层叠芯片(Chip-on-Chip)或者作为芯片到芯片(Chip-by-Chip)安装。开关和保护装置也可以整体地实现在一个芯片中。
所述装置可以如同传统的晶体管或MOSFET那样地来操控。就此而言，基极端子或栅极端子的操控可以通过公知的栅极驱动器进行。
一个可选方案是，栅极驱动器集成在保护电路中，并且所述操控通过数字输入管脚实现。
一个可选方案是，诊断单元根据在MOSFET的漏极-源极-线路上或者在晶体管的集电极-发射极-线路上的电压测量或电压降来确定通过电子开关的电流。
替换地，在电子开关的主电流通路中的任意的电阻部分实现电压测量。例如可以确定键合线的电阻上或者源极金属化层的电阻上的电压降。
由所述装置提供的安全功能能够例如通过施加到所述装置的端子(例如栅极端子或输入端子或输入管脚上的)电压或电压改变量来重置。
在此所述的操控单元可以特别是设计为处理器单元和/或至少部分地固定布线的或者逻辑的电路布置，所述处理器单元和电路布置例如设置为，能够执行在此所述的方法。所述的处理单元可以是或包括任意类型的处理器或计算器或具有相应地需要的外部设备(存储器、输入/输出端子、输入输出装置等)的计算机。
由此例如执行线路保护特征曲线(也称为安全特征曲线)。所述特征曲线特别是包括针对线路的能量保护和/或热量保护的(例如优化的)特征曲线和/或针对电子开关的能量保护和/或热量保护的(例如优化的)特征曲线。这两种特征曲线可以在其功能方面被补充或者所述特征曲线可以已经由相应的另外的特征曲线覆盖。
一个变型方案是，诊断单元设置用于确定温度。
一个变型方案是，所述温度借助于温度传感器确定，所述温度传感器靠近临近于电子开关来布置。
温度传感器可以是pn结或温度敏感电阻。
一个变型方案是，操控单元设置为基于由诊断单元确定的通过所述电子开关的电流、所述温度并且基于所述电子开关的保护曲线来控制。
用于断开电子开关的断开准则特别是可以由通过电子开关的电流IL(T)确定，所述电流根据温度T由在电子开关上的电压UDS(T)和电阻RON(T)得出：
I L(T)＝UDS(T)/RON(T).
替换地可以按照下述公式根据温度T分析在电阻、例如键合线电阻RB(T)上的电压UBHL(T)：
I L(T)＝UBHL(T)/RON(T).
所述分析的目的在于，确保在每个温度下始终不变的电流测量。
在此所述的安全功能可以与温度相关地或者与温度无关地进实施。
一个变型方案是，电子开关的温度在考虑所述开关的热学模型的情况下来确定。
要保护的线路的温度在考虑所述线路的热学模型的情况下来确定。
由此可以例如确定电子开关的(实际)温度和/或(例如通过确定包围所述线路的绝缘材料)确定要保护的线路的温度。
一个变型方案是，保护曲线对应于一个特征曲线或者包括至少一个特征曲线。
所述特征曲线可以例如是安全特征曲线。由此，当确定了根据作用时间达到或超过安全特征曲线的电流时，电子开关可以被关断。
一个可选方案也是，所述特征曲线包括IL2t-特征曲线或转换的函数。
一个变型方案是，所述特征曲线包括电子开关的电阻RON的取决于温度的曲线。
一个变型方案是，所述特征曲线包括键合线的电阻的取决于温度的曲线。
一个变型方案是，操控单元设置为，所述操控单元基于由诊断单元确定的通过电子开关的电流、持续时间并且基于保护曲线来断开电子开关。
一个变型方案是，操控单元设置为，所述操控单元基于电子开关的热学模型和/或基于要保护的线路的热学模型来断开电子开关。
一个变型方案是，操控单元设置为，通过电子开关的电流能够在芯片层上或者在模块层上被校准并且存储。
一个变型方案是，操控单元设置为，所述特征曲线能够在芯片层上或者在模块层上被校准并且存储。
电流和/或保护曲线特别是可以持续地存储在可变的存储器或不可变的存储器中。
一个变型方案是，操控单元设置为，在运行期间，所述特征曲线在芯片层上或者在模块层上被改变。
例如可能的是，改变所存储的值。
一个可选方案特别是，对保护曲线、例如特征曲线(特别是安全特征曲线)的校准和/或调整提前在制造所述装置时或者在应用情况(例如在用户中，所述用户将所述装置使用在车辆中)的范围内进行。
一个变型方案是，存储器能够通过所述装置的至少一个端子管脚编程。
例如可以将保护曲线(例如安全特征曲线)写入到存储器中或者改变在那里存在的保护曲线，其方式是，将确定的脉冲或静态信号施加到所述装置的至少一个端子管脚。
一个可选方案在于，设置一个最大的安全特征曲线，所述最大的安全特征曲线根据作用时间预定最大允许电流。安全特征曲线的编程可以在所述情况中仅仅被降低(不升高)到较小的允许电流。这对应于所述装置的自保护。
一个可选方案是，设置一个供电装置，所述供电装置根据所述装置之间的电压降给所述装置供应电压。
例如栅极端子和源极端子之间的电压降和/或漏极端子和源极端子之间的电压降可以用于给所述装置供应电压。在此有利的是，不需要用于所述装置的附加的供电端子。
替换地可以使用漏极(Vbat)与地线或一个单独的电压源或供电装置之间的电压。
一个优点也在于，根据所述装置也可以在Standby-模式中实现线路保护，在该模式中，所述装置具有非常小的自用电消耗。
另一个优点在于，根据所述装置也可以在接通模式中实现线路保护，在该模式中，所述装置也在接通和关断过程中可以检测所述电流。
一个可选方案是，操控单元设置为，电子开关在保护断开之后持续地或在必要的持续时间内保持关断。
特别是可以设置计算器，所述计算器计算(存储)断开过程(导致触发安全功能的事件)。如果计算器达到预定的阈值，则电子开关可以被/保持持续地关断，或者提前通知即将发生的断开。可选地能够确定出预定的时间持续时间，在所述持续时间结束之后，所述电子开关由被接通或者又可以被接通。所述持续时间也可以通过热学模型(开关或线路的冷却曲线)来计算。
电子开关的断开可以由所述装置这样实现，电子开关的栅极端子与源极端子连接。由此，操控单元可以这样控制开关，或者(在正常运行中)使所述装置的栅极端子与电子开关的栅极端子连接，或者(在断开状态中)使所述装置的栅极端子不与电子开关的栅极端子连接。
一个变型方案是，操控单元设置为，如果达到或者超过预定次数的断开，则电子开关持续地保持关断。
一个可选方案在于，所述装置的诊断功能借助于在所述装置的端子管脚(栅极端子)上的电流分析来提供。
在此补充说明，所述装置可以不仅具有n沟道MOSFET而且具有p沟道MOSFET。
一个变型方案是，电子开关具有两个反串联的MOSFET。
一个变型方案是，两个反串联的MOSFET通过安全装置连接。
一个变型方案是，所述装置具有三个端子管脚并且能够替代传统的电子开关被使用。
在此所述的关于所述装置的说明和特征相应地适用于所述方法。所述装置可以设计为一个部件或者分成多个部件。
此外，提出一种用于控制电子开关的方法，
-其中，确定通过所述电子开关的电流，
-其中，基于所述电流并且基于所述电子开关的存储在一存储器中的保护曲线控制所述电子开关。
一个变型方案是，
-其中，确定温度，
-其中，基于电流、温度和保护曲线控制电子开关。
一个变型方案是，保护曲线能够在存储器中被改变。
一个变型方案是，改变所述保护曲线，通过下述步骤进行：
-将电流或电流曲线施加到电子开关中；
-基于施加电流确定断开时间点；
-确定断开时间点和预定的断开时间点之间的偏差；
-在考虑所述偏差的情况下校准所述保护曲线。
一个变型方案是，对于预定的电流和/或温度进行用于改变保护曲线的步骤。
在此所述电子开关可以在此包括晶体管、双极晶体管、场效应晶体管、MOSFET、IGBT或其他半导体开关或者半导体开关的组合以及呈半导体模块的形式。
附图说明
本发明的上述特性、特征和优点以及实现其的方式和方法结合实施例的下述示意性的说明更清楚地并且更明确地理解，所述实施例结合附图详细地被说明。在此为了简明，相同的或相同作用的元件可以设有相同的附图标记。
附图中：
图1示出具有例如15A(安培)的与继电器触点组合的保险丝，所述继电器触点作为与控制装置连接的开关元件；
图2示出在使用所谓的受保护的电子开关(SmartFET)的情况下的线路保护；
图3示出提供改善的自保险的装置；
图4示出用于示例性地实现具有安全功能的装置的电路的示意性的图示；
图5示出用于借助于分析电压UDS来说明对负载电流IL的测量的示例性图表；
图6示出用于控制电路的电压供应的示例性图表；
图7示出用于借助于多个晶体管控制栅极的示例性的电路布置；
图8示出具有用于激活对单元编程的电压指令序列的示例性图表；
图9示出基于图4的图示的电路，其中，提供测量电流；
图10示出用于一个替代的实施方式的示例性的电路图，其中，MOSFET的栅极端子通过电荷泵来控制；
图11基于图10中所示的电路示出一个另外的示意性的电路图，其中，键合线上的电压降被确定并且根据MOSFET的所述电压降来控制；
图12示出用于在此所述的具有安全功能的装置的示例性的符号表示的电路图；
图13示出用于提供双向安全功能的装置。
具体实施方式
电子安全装置的任务在于，保护在安全装置下游连接的直至负载的线路。一个目的特别是，尽可能高效地使用线路的安全工作区(SOA：Safe Operating Area)，即充分利用下路的物理可能性；高效的电子安全装置可以适配所述线路，从而所述线路自身不再必须或仅仅必须还以减小的程度被超尺寸设计。换而言之，高效的安全功能实现了，所述线路可以比在使用传统的保险丝的情况下具有更小的横截面。这导致(例如在车辆中的电缆束的情况下)更低的线缆成本、更小的重量和更少的空间需求。
图1示出具有例如15A(安培)的与继电器触点102组合的保险丝101，所述继电器触点作为与控制装置103连接的开关元件。控制装置103可以例如具有微控制器和驱动器并且与供电装置104以及与地线105连接。
电池电压与端子106连接。端子106通过继电器触点102、保险丝101、线路107和负载RL与地线105连接。
保险丝101的保险触发是负载电流IL、作用时间t以及初始温度T的功能并且由此与继电器开关功能及其控制无关。在此，保险丝101具有的优点是，当电流对于确定的时间过高时，则所述保险丝与边界条件、例如运行电压、开关控制或诊断无关地被触发。保险丝由此是“自保险的”。
图2示出在使用所谓的受保护的电子开关201的情况下的线路保护，所述电子开关在此也称为SmartFET。电子开关201可以例如包括半导体开关203(例如晶体管、FET、MOSFET或IGBT)以及逻辑单元204。半导体开关203(在此为n沟道MOSFET)包括测量端子210，所述测量端子同样如同所述半导体开关的栅极那样地与逻辑单元204连接。此外，逻辑单元204与地线208连接。微控制器202与供电装置206并且与地线208连接。逻辑单元204(根据电阻205上的电压降)将检验电流提供给微控制器202，并且微控制器202将控制信号IN提供给逻辑单元204。半导体开关203的漏极端子与节点207连接，将电池电压施加到该节点上。半导体开关203的源极端子通过线路209和负载RL与地线208连接。
电子开关201的安全断开可以例如当下述条件发生时实现：
-超过电子开关201中所分析的Trip电流Itrip；
-超过几线电流Ilim(例如限制在100A)，随着与此相关的温度升高；
-超过积分的断开温度Toff(例如170℃)；
-超过借助于检测电流分析确定的电流的阈值；
-超过对于确定的时间借助于检测电流分析确定的电流的阈值；
-由微控制器202导致断开。
由此全部安全功能在整个系统中起作用。如果例如微控制器202处于暂停工作或者对其他任务满负荷工作的睡眠模式中，则导致延迟电流分析。这可能对于快速实现安全功能是成问题的。此外，检测电流的错误测量或在微控制器202中的错误分析导致安全功能失效。因此，这种电子开关的自保险性需要改善。
图3示出提供改善的自保险性的装置301。装置301包括电子开关303、例如n沟道MOSFET。所提供的安全功能性与MOSFET 303的功能组合，从而也在没有外部的控制装置的情况下或者在不分析诊断的情况下确保了自保险。
装置301例如具有三个端子，所述端子可以对应于传统的晶体管、例如MOSFET。根据图3中所示的实例，装置301具有端子：栅极G、源极S和漏极D。此外，设置与负载电流IL和时间t有关的积分的安全功能。可以减小或消除可能的不期望的与初始温度T的相关性。一个优点也是，装置301可以设计为积分的安全装置，所述安全装置例如通过其栅极端子G重置。
漏极端子D与电池电压Vbat连接。源极端子通过线路209与负载RL连接。
在此具有的优点是，安全功能保护装置301本身也保护线路209。装置301由此特别是提供激活保护的开关。可选地，安全功能可以关于温度保护例如以过热断开的形式被补充。安全功能性可以包括保险丝304的功能，所述保险丝可以通过栅极端子G控制、例如重置或编程。
微控制器302(必要时具有驱动器，所述驱动器也可以是微控制器的部件)控制所述装置301的栅极端子G。微控制器302与供电装置206并且与地线208连接。
装置301例如具有10A的标称电流和在15A的额定电流Is下进行的安全保护。该电流Is可以例如从工厂被施加给装置301。一个可选方案也是，之后可以例如对于一个应用将电流Is编程为预定的、例如较低的值。
装置301的安全功能例如具有保险丝的特征曲线。为此，可以例如借助于(在装置301中的或在微控制器302中的)逻辑部件对由负载电流的平方与时间t的乘积
IL2·t
关于作用时间t求积分。如果所述积分的结果超过预定的边界值，则装置301被断开。
特征曲线也可以不同于保险丝设计。所述特征曲线特别是可以针对个别的预定值来设计。所述特征曲线例如针对要保护的线路的SOA特征曲线(SOA：Safe Operating Area；安全工作区)来设计，例如针对具有1mm2的铜横截面的线路来设计，该线路处于具有最大85℃的周围空气中并且该线路的绝缘层可以加热到最大105℃。如果使用一个另外的线路，所述另外的线路具有例如150℃的最大绝缘温度，或者该线路例如处于具有105℃的环境中，则由此得出该线路的另外的SOA特征曲线。装置301中的特征曲线的个别的预定值优选地这样设计，可以考虑不同的条件。
图4示出用于示例性地实现具有安全功能的装置401的电路的示意性的图示。
所述装置可以示例性地包括n沟道的MOSFET 403以及控制电路402，所述控制电路可以特别是布置在共同的壳体中。半导体元件(芯片)也能够以Chip-on-Chip技术或者以Chip-by-Chip技术安装。在一个有利的实施方式中，所述装置具有三个端子：栅极G、源极S和漏极D并且可以由此替代传统的MOSFET使用。装置401的漏极端子对应于MOSFET 403的漏极端子，并且装置401的源极端子对应于MOSFET 403的源极端子。
控制电路402包括单元404，所述单元提供电流供应装置、逻辑电路和存储器。此外，控制电路402包括开关S1以及温度传感器405。
MOSFET 403的温度可以借助于温度传感器405足够准确地被确定并且被传输到单元404上。
装置401的栅极端子与单元404并且与开关S1的端子406连接。开关S1的端子407与单元404并且与MOSFET 403的源极端子连接。开关S1由单元404这样控制，从而或者端子406或者端子407与MOSFET 403的栅极端子连接。此外，单元404与MOSFET 403的源极端子连接。结果由此在控制电路402和MOSFET 403之间具有连接408、409和410。
在此具有的优点是，可以使用传统的价格便宜的MOSFET芯片用作MOSFET 403。所述MOSFET 403自身不需要测量端子或温度端子。
负载电流根据MOSFET 403的漏极端子和源极端子之间的电压降UDS来确定。电压UDS由于MOSFET 403的导通电阻RON的温度相关性而通常与温度强烈相关。导通电阻RON的所述温度相关性可以(例如近似)存储在存储器404中并且由此被补偿。例如基于制造偏差和安装偏差的其他温度相关性、与理想特性的偏差或偏差可以借助于参考测量来校准并且可选地也存储在存储器404的存储器中。存储器例如是永久存储器。
由此对于(很大程度上)与温度无关的负载电流IL0成立的是：
其中，电压UDS(T)和温度T被测量，并且导通电阻RON0(T)被存储在存储器中。
温度T例如借助于控制电路402中的温度传感器405来确定。所测量的温度可以与MOSFET沟道的温度不同，这在分析负载电流时决定了一定的不准确性。所述不准确性可以被减小或者补偿，其方式是，借助于电流和时间的知识由所测量的温度推算出实际温度。这种推算可以例如在控制电路402内部借助于MOSFET 403的热学模型进行。由此可以改善确定负载电流IL的准确性。
图5示出用于借助于分析电压UDS来说明对负载电流IL的测量的示例性图表。
x-轴表示例如-40℃至150℃的温度范围。在所述温度范围内描述了：
-电压UDS的(所测量的)特征曲线，所述特征曲线与温度T而且与导通电阻RON相关，
-导通电阻RON0的对应于物理预定值的特征曲线，所述导通电阻具有由制造决定的偏差(通过围绕特征曲线的区域示出)
-根据校准和计算的负载电流IL0的特征曲线(在此可以看到，负载电流IL0与温度无关并且对应于导通电阻RON0的偏差具有下述偏差，该偏差例如通过校准在一定程度上消除)。
如果例如在25℃的温度下的校准过程中施加20A的实际负载电流，则由此得出所测量的电压UDS501。由此可以确定负载电流IL的测量值502，所述测量值恰好等于20A的负载电流。
用于控制电路402的供应电压Vint可以由电压UDS或者由电压UGS(MOSFET 403的栅极端子和源极端子之间的电压)获得。为此可以在装置401内使用栅极端子G以及连接408和410。如果MOSFET 403用作开关晶体管，则能够稳定地以足够的数值提供所述电压UDS或UGS中的一个电压。由此，确保了连续地给控制电路402供电，而为此不需要用于供应电压的附加的端子。
图6示出用于控制电路402的电压供应的示例性图表。栅极端子G通过二极管601与节点606连接。节点606通过电压调节器604与节点605连接，将用于控制电路402的供应电压Vint提供到所述节点上。节点606通过二极管602与端子607连接，所述端子与连接408接触。二极管601和二极管602布置为使得其阴极分别指向节点606的方向。
此外，节点606通过电容器603与端子608连接，所述端子与连接410接触。端子608也与电压调节器604连接。
借助于图6中所示的电流可以给节点605提供连续的供应电压。如果电压UDS在时间点t0上断开，则电压UGS在所述时间点t0上增大；由这两个电压可以总体上获得用于运行控制电路402的供应电压。
如果控制电路402确定用于保险触发的条件，则栅极端子G与至MOSFET 403的栅极的连接409分开，并且应该通过连接410将MOSFET 403的源极端子上的电势施加到MOSFET403的栅极的电势上。所述关系在图4中通过开关S1表示。
图7示出用于借助于多个晶体管701至704控制栅极的示例性的电路布置，其中，晶体管701，702和704是n沟道MOSFET，并且晶体管703是p沟道MOSFET。
栅极端子G与MOSFET 703的源极端子连接。将供应电压施加到端子705上，所述端子通过电阻706与节点707连接。节点707与MOSFET 703的栅极端子并且与MOSFET 704的栅极端子连接。此外，节点707与MOSFET 702的漏极端子连接。
端子708与单元404并且与MOSFET 702的栅极端子连接。MOSFET 702的源极端子与节点709连接，该节点也与MOSFET 704的源极端子以及与MOSFET 701的源极端子连接。在此，MOSFET 701对应于出自图4的受控制的电子开关403。
MOSFET 703的源极端子与节点710并且与MOSFET 704的源极端子连接。节点710与MOSFET 701的栅极端子连接。此外，在节点710和节点709之间布置一个电阻711。
MOSFET 701的漏极端子与电池电压Vbat连接。
MOSFET 701的漏极端子和源极端子之间的电压降UDS例如可以借助于比较器来测量并且被传输到单元404上，所述单元则相应地控制MOSFET 702的栅极端子。
单元404可以配置为，在触发安全功能之后，所述装置或者获得功能LATCH-AUS或者功能AUTO-RESTART。在功能LATCH-AUS的情况下，MOSFET 701可以持续地保持关断。通过暂时地不激活栅极电压UGS(0V)可以LATCH-AUS功能。在功能AUTO-RESTART中，安全功能可以通过MOSFET 701(例如自动地)在线路的预定的持续时间或者模拟的冷却阶段之后被重置。
一个可选方案在于，安全功能不在脉冲宽度调制应用装置的每个脉冲间歇中被重置。这可以例如通过如下方式实现，直至安全功能的重置的持续时间大于在一个PWM信号(PWM：脉冲宽度调制)中关断的最长持续时间。
一个另外的可选方案在于，也当没有(没有明显的)负载电流流过时，MOSFET 701被导通。这例如适用于下述车辆，所述车辆在停车的或其他的省电模式(也称为IDLE模式)中仅仅具有低的自用电消耗。也在IDLE模式中应该使线路保护起作用。这由在此所述的装置401实现，因为对在MOSFET 701上的电压UDS的测量也可以在小的负载电流下实现。电压UDS的检测以及负载电流Il的由此确定的值可以在装置401中的非常低的自用电消耗的情况下实现，因为为此不需要如同在检测电流测量中所需的那样大的电流消耗、例如镜像电流。
用于校准负载电流的并且用于调整安全特征曲线的数据例如保存在存储器、例如EEPROM存储器、闪存存储器、OTP存储器或ZAP存储器中。
在制造所述装置期间，存储器例如通过端子、Pads或晶片针被编程。在制造中和/或在应用中(例如在客户方面)，存储器的编程可以在测量装置上通过存在的端子管脚实现。
图8示出具有用于激活对单元404编程的电压指令序列的示例性图表。MOSFET 701的漏极-源极电压UDS力图可以根据一个预定的模型来调制，以便进入到单元404的编程模式中。在编程模式中可以使用一个调制模式，以便对单元404编程，栅极端子设计为数据输入端并且与MOSFET 701断开。一个可选方案在于，在编程之后，MOSFET 701的栅极端子被接通并且用于输出存储器内容，以便检验所述存储器内容。
图8示出多个Bit的编程，其中，一个具有“0”或“1”的值的Bit在持续时间t_bit内被编程。在所示的实例中，当在持续时间t_bit内首先较长的持续时间施加大于Us_high的电压并且接着在较短的持续时间内施加小于Us_low的电压时，编程为“1”的值。反之，当在持续时间t_bit内首先较短的持续时间施加大于Us_high的电压并且接着在较长的持续时间内施加小于Us_low的电压时，编程为“0”的值。较短的持续时间可以是t_bit/3，并且较长的持续时间可以是2*t_bit/3。如果电压在较长的持续时间(例如长于2*t_bit/3)内保持小于Us_low，则又脱离编程模式。相应地能够以相同的信号被输入编程模式。
在每次安全断开之前，半导体开关经受明显的热负荷。多次的安全断开由此降低了半导体开关的使用寿命。由此一个可选方案在于，预定最大次数的安全触发，所述安全触发例如由单元404(例如状态自动装置、也称为“State Maschine”)来监测。随着达到所述次数，所述装置持续地断开(即MOSFET 403被断开)，或者MOSFET 403(补充说明：者也适用于出自图7的MOSFET 701)仅仅允许进行预定次数的另外的接通过程。这具有的优点是，半导体开关受到保护了并且可以及时在出现潜在的老化故障之前(也持续地)断开。
所述次数的安全断开可以例如储存在存储器中。在达到预定次数的安全断开(可选地：每个预定时间间隔)可以阻止半导体开关的再次接通。
所述装置401的在此示例性地描述的单元404(或控制电路402)可以被补充其他的功能和/或部件。
图9示出基于图4的图示的电路。单元404可以将电流信息提供给端子901，其中，为此示例性地在单元404的端子902上示出电流IIS，所述电流借助于电阻RIS转换成与所述电流成正比的电压
UIS＝RIS·IIS
由此在电阻RIS上产生参照微控制器的地线的成正比的电压降。
图10示出用于一个替代的实施方式的示例性的电路图，其中，单元404具有栅极电荷泵，以便控制MOSFET的栅极端子。
图10所示的电路基于根据图9的电路。不同于图9地不设置开关S1，通过所述开关可以直接控制MOSFET 403的栅极端子。替代所述开关，图10中的单元404包括数字输入管脚IN，所述数字输入管脚使集成在单元404中的电荷泵接通或关断。输入管脚IN以地线为参照，单元404优选地同样具有接地端子。单元404的电压供应通过MOSFET 403的漏极端子(Vbat)和接地端子来实现。替换地，单元404也可以具有带自身供电电压的自身的正供电端子。借助于单元404中的电荷泵将用于MOSFET 403的栅极电压提供在连接409上。
图11基于图10中所示的电路示出一个另外的示意性的电路图。不同于图10地，根据图11的电路具有键合线B，所述键合线使节点BH与节点BL连接。节点BH与连接410并且与MOSFET 403的源极端子连接。节点BL通过连接411与单元404连接。此外，节点BL与装置401的端子S＇连接。
在此补充说明，替代键合线可以使用带状接线、夹式接线或者其他类型的具有电阻的接线。一个可选方案也是，待分析的电压降也可以分接到具有电阻的壳体部分或者其他具有电阻的部件。
在所述实例中，对负载电流IL的检测不是借助于MOSFET 403上的电压而是借助于键合线B上的电压降UBHL实现。在此也涉及用于确定负载电流的电压测量，由此可以相应地使用分析和校准的前述步骤。因为键合线B也是与温度相关的电阻，也可以为键合线B提供单元404的存储器中的与温度和偏差相关的特征曲线。
一个优点在于，负载电流也可以线性地在接通和关断过程期间由MOSFET 403确定并且由此已经在开断过程期间准备好完全的安全功能。
持续导通的MOSFET 403的故障可以在MOSFET 403的关断状态中被识别，因为已经测量了电流，即使所述电流应该是零。
在此存在的优点是，使用通常的MOSFET芯片。尤其不需要的是，将测量结构集成在半导体自身中。单元404和MOSFET 403之间连接411实现了使单元404检测键合线B上的电压降UBHL。
图12示出用于在此所述的具有安全功能的包括n沟道MOSFET的装置的示例性的符号表示的电路图905以及用于在此所述的具有安全功能的包括p沟道MOSFET的装置的示例性的符号表示的电路图907。
电路图905和907示例性地示出基于传统的MOSFET的单向的元件，也就是说，安全特征曲线仅仅在主电流方向上起作用。在运行电压的错接极的情况中，电流平行于MOSFET流过反并联的二极管906或908(也称为“Body-Diode”)。在所述错接极的情况中由此不进行安全断开。
双向安全功能可以借助于根据图13的装置910，911实现。装置910包括两个n沟道MOSFET，并且装置911包括两个p沟道MOSFET。
双向装置910，911分别包括两个反串联的MOSFET。为此，不但这些漏极端子而且这些源极端子可以被联接。这些漏极端子的联接是有利的，由此使这两个晶体管的栅极-源极电压是相等的。通过所述方案可以实现下述的目的：
-相应的电路的第二晶体管用作错接极保护开关。在错接极时电流被断开，并且不需要安全功能。因此这是有利的，因为在错接极时应该大部分没有电流流过(反向截止)。
-相应的电路的第二晶体在错接极时并且在反向流过电流的情况下承担也作为安全断开功能的开断功能。也就是说，所述第二晶体可以不仅反向导通地接通并且在此确保安全保护。优选地可以进给利用改变符号的电压对第二晶体管进行如同对第一晶体管一样的诊断和校准措施。
虽然本发明在细节上通过至少一个所示的实施例详细地示出和描述，但是本发明布局相遇此，并且其他变型由此可以在不脱本发明的保护范围的情况下由本领域技术人员推导出来。

Claims (26)

1.一种装置，包括：
-电子开关，
-用于操控所述电子开关的操控单元，
-用于确定经过所述电子开关的电流的诊断单元，
-用于存储保护曲线的存储器，
-其中，所述操控单元设置为基于由所述诊断单元确定的经过所述电子开关的电流并且基于所述电子开关的保护曲线来被操控。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述诊断单元设置用于确定温度。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，借助于温度传感器确定所述温度，所述温度传感器接近于所述电子开关地布置。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的装置，其中，所述操控单元设置为基于由所述诊断单元确定的通过所述电子开关的电流、所述温度并且基于所述电子开关的保护曲线来被操控。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的装置，其中，在考虑所述开关的热学模型的情况下来确定所述电子开关的温度。
6.根据权利要求2至4中任一项所述的装置，其中，在考虑所述线路的热学模型的情况下来确定待保护的线路的温度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述保护曲线对应于一个特征曲线或者包括至少一个特征曲线。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述特征曲线包括所述电子开关的电阻RON的取决于温度的曲线。
9.根据权利要求7所述的装置，其中，所述特征曲线包括键合线的电阻的取决于温度的曲线。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述操控单元设置为，所述操控单元基于由所述诊断单元确定的通过所述电子开关的电流、持续时间并且基于所述保护曲线来断开所述电子开关。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述操控单元设置为，所述操控单元基于所述电子开关的热学模型和/或基于所述要保护的线路的热学模型来断开所述电子开关。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述操控单元设置为，通过所述电子开关的电流能够在芯片层上或者在模块层上被校准并且存储。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述操控单元设置为，所述特征曲线能够在芯片层上或者在模块层上被校准并且存储。
14.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述操控单元设置为，在运行期间，所述特征曲线在芯片层上或者在模块层上被改变。
15.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述存储器能够通过所述装置的至少一个端子管脚被编程。
16.根据前述权利要求中任一项所述的装置，所述装置具有供电装置，所述供电装置根据所述装置的端子之间的电压降给所述装置供电。
17.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述操控单元设置为，所述电子开关在保护断开之后持续地保持关断或保持关断达必要的持续时间。
18.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述操控单元设置为，一旦达到或者超过预定次数的断开，则所述电子开关持续地保持关断。
19.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述电子开关具有两个反串联的MOSFET。
20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述两个反串联的MOSFET通过安全装置连接。
21.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述装置具有三个端子管脚并且能够替代传统的电子开关被使用。
22.一种用于控制电子开关的方法，
-其中，确定通过所述电子开关的电流，
-其中，基于所述电流并且基于所述电子开关的存储在存储器中的保护曲线操控所述电子开关。
23.根据权利要求22所述的方法，
-其中，确定温度，
-其中，基于所述电流、所述温度和所述保护曲线操控所述电子开关。
24.根据权利要求22或23所述的方法，其中，所述保护曲线能够在所述存储器中被改变。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，改变所述保护曲线，通过下述步骤执行：
-将电流或电流曲线施加到所述电子开关中；
-基于施加的电流确定断开时间点；
-确定所述断开时间点和预定的断开时间点之间的偏差；
-在考虑所述偏差的情况下校准所述保护曲线。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，为预定的电流和/或温度执行用于改变所述保护曲线的步骤。
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