CN113315501A - 智能半导体开关 - Google Patents

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C·德耶拉希-切克
U·L·利洛
M·卢欣
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Abstract

本公开的各实施例涉及智能半导体开关。本发明说明了一种可以作为智能半导体开关运行的电路。根据一个实施例，该电路包括电源引脚和用于连接负载的输出引脚、以及配置引脚。该电路还包括半导体开关，该半导体开关连接在电源引脚和输出引脚之间，并且被设计为：根据驱控信号建立或阻断在电源引脚和输出引脚之间的电流路径。控制电路被设计为：在考虑第一参数的情况下，产生用于半导体开关的驱控信号，并且根据与配置引脚连接的外部部件的元件参数来设置第一参数。如果元件参数小于第一阈值，则第一参数被设置为第一标准值，并且如果元件参数大于第二阈值，则第一参数被设置为第二标准值。

Description

智能半导体开关
技术领域
本说明书涉及智能半导体开关领域，特别地涉及一种具有配置智能半导体开关的特定参数的可能性的智能半导体开关。
背景技术
电子开关被广泛地应用。例如，随着汽车电气化程度的提高，在汽车中安装有越来越多的电子开关。改进的驾驶员辅助系统和自动驾驶需要高可靠性。所谓的“智能半导体开关”通常包含一个或多个用作电子开关的功率晶体管，以及半导体芯片中的传感器和控制电子装置。因此，智能半导体开关例如包含电流测量电路，以便测量功率晶体管的负载电流。电流测量值例如可以用于实现过电流保护功能(例如，过电流关断、电流限制等)。智能半导体开关还可以包括温度测量电路，以实现过热保护功能。
此外，智能半导体开关可以输出测量值，以便例如可以由微控制器处理测量值。为此目的，已知的智能半导体开关可以具有诊断引脚，在该诊断引脚处可以输出电流或电压，该电流或电压可以表示智能半导体开关的测量值或一个或多个参数。这些参数例如可以表示故障代码或可配置参数的当前值，例如温度阈值或电流阈值。
智能半导体开关可以是可配置的。也就是说，半导体开关的特定参数(例如，电流限制的阈值、温度阈值、转换速率等)不是固定地预设的，而是可以由用户设置。如果智能半导体开关具有数字通信接口(例如，串行外围设备接口，SPI)，则可以通过特定的控制指令相对容易地设置以及读取这些参数，这些控制指令通过通信接口例如从微控制器传输到智能半导体开关。在许多应用中，不存在这种数字通信接口或者有意地不使用这种数字通信接口，以提高整个系统的鲁棒性。因此，智能半导体开关可以具有一个或多个配置引脚，在这些配置引脚处例如可以连接电阻器。在此，电阻器的电阻值决定了在智能半导体开关中使用的特定参数值。例如，用户可以借助于连接在配置引脚处的外部电阻器来确定智能半导体开关的对于安全功能至关重要的温度阈值。参数借助于固定接线的硬件可靠地被设置，并且不依赖于(必要时，由软件控制的)数字传输。
然而，固定接线的元件还可能会由于各种原因(例如，错误的焊点等)而发生故障，或者其特性(例如，电阻值)可能会随时间而变化，这在某些情况下可能会改变智能半导体开关的安全关键参数。就关于功能安全的适用标准(ISO 26262)而言，需要改善关于智能半导体开关、特别是关于应用的功能安全和鲁棒性的现有方案。
发明内容
说明了一种可以作为智能半导体开关运行的电路。根据一个实施例，该电路包括电源引脚和用于连接负载的输出引脚、以及配置引脚。该电路还包括半导体开关，该半导体开关连接在电源引脚和输出引脚之间，并且被设计为：根据驱控信号建立或阻断在电源引脚和输出引脚之间的电流路径。控制电路被设计为：在考虑第一参数的情况下，产生用于半导体开关的驱控信号，并且根据与配置引脚连接的外部部件的元件参数来设置第一参数。如果元件参数小于第一阈值，则第一参数被设置为第一标准值，并且如果元件参数大于第二阈值，则第一参数被设置为第二标准值。
此外，还说明了一种用于智能半导体开关的方法。根据一个实施例，该方法包括：根据与配置引脚连接的外部部件的元件参数来设置第一参数。在此，如果元件参数小于第一阈值，则将第一参数设置为第一标准值，并且如果元件参数大于第二阈值，则将第一参数设置为第二标准值。此外，该方法还包括：在考虑第一参数的情况下，产生用于半导体开关的驱控信号。
附图说明
在下文中，参考附图更详细地解释实施例。这些图示不一定按比例绘制，并且实施例并不限于所示的方面。相反，重点在于说明实施例所基于的原理。其中：
图1示出了智能半导体开关的示例性应用，其中智能半导体开关借助于微控制器被驱控。
图2示出了智能半导体开关的实施例，其中根据与配置引脚连接的外部部件的元件参数来设置参数。
图3和图4示例性地示出了在与配置引脚连接的元件的元件参数和智能半导体开关的待设置的参数之间的关系。
图5示出了诊断电流中的信息的编码。
图6示出了用于智能半导体开关的方法的一个示例的流程图，该方法用于配置智能半导体开关的运行参数。
图7示出了可以在图2的智能半导体开关中使用的参数读取电路的可能实施方式的一个示例。
图8示出了可以在图2的智能半导体开关中使用的栅极驱动器和电流限制电路的可能实施方式的一个示例。
图9更详细地示出了图7中的电路的一部分。
图10示出了可以在图2的智能半导体开关中使用的可能的诊断输出电路的一个示例。
具体实施方式
图1示出了在电子控制单元(electronic control unit,ECU)中使用智能半导体开关1的简单示例。在所示的示例中，ECU具有微控制器2(micro controller unit,MCU)，该微控制器2被设计用于驱控智能半导体开关1，以便例如接通和断开负载。应当理解的是，图1的电阻器RL表示任意的电负载。在诸如驾驶员辅助系统的汽车应用中，该负载例如可以是雷达系统、摄像机或任何其他电气子系统。
在图1的示例中，智能半导体开关具有电源引脚VS、接地引脚GND、输出引脚OUT、第一输入引脚IN、第二输入引脚DEN(诊断引脚)、诊断输出引脚IS和配置引脚OC。应当理解的是，这不是完全的穷举。智能半导体开关1可以例如具有多个输出通道，这些输出通道具有多个输出引脚或多个配置引脚。在一些实施例中，如上所述，智能半导体开关还可以具有带有相应的输入/输出引脚的数字通信接口。引脚的结构取决于所使用的芯片壳体，在该芯片壳体中布置了集成有智能半导体开关的半导体芯片。在SMD壳体(SMD封装)中，引脚被设计为焊接引脚。在其他类型的芯片壳体中，引脚可以被设计为焊球(solder balls)。
例如可以由汽车电池提供的电源电压VS被馈送到电源引脚VS。包含在智能半导体开关1中的功率晶体管将电源引脚VS与输出引脚OUT耦连。因此，在功率晶体管接通时，向负载RL提供电源电压VS(忽略功率晶体管处的电压降)，并且相应的负载电流iOUT可以流过晶体管和负载RL。接地引脚GND与接地GND2连接，该接地GND2不必与用于微控制器2的接地GND1相同。在输入引脚IN处接收的输入信号VIN指示功率晶体管应当被接通还是断开。输入信号VIN通常是二进制逻辑信号(具有电平“高”和“低”)，该信号在所示示例中由微控制器2生成。通过将输入信号VIN的电平设置为高电平或低电平，微控制器2可以接通或断开智能半导体开关1。
诊断功能将在下文中详细讨论。通过向诊断引脚DEN施加适当的逻辑电平(诊断请求信号VDEN)，可以促使智能半导体开关1在诊断输出引脚IS处输出诊断信息(例如，电流测量值、故障代码等)。在本示例中，智能半导体开关在引脚IS处输出包含诊断信息的诊断电流iS。诊断电流iS在被耦连在引脚IS与接地GND1之间的电阻器RS上产生相应的电压降iS·RS，该电压降例如可以在微控制器2的模拟输入端被接收并被数字化。
如上文所述，智能半导体开关1可以具有一个或多个配置引脚。在本示例中设置有配置引脚OC，以便设置在智能半导体开关1中所使用的电流阈值。该运行参数(在本示例中为电流阈值)由与配置引脚OC连接的外部部件(例如，电阻)的元件参数(例如，电阻值)确定。
图2更详细地示出了智能半导体开关的实施例。根据图2，功率晶体管TL的负载电流路径将电源引脚VS与输出引脚OUT连接。在此处所示的示例中，功率晶体管被设计为MOS晶体管；在这种情况下，负载电流路径为漏极-源极电流路径。功率晶体管TL被配置为高侧开关，即，功率晶体管TL被布置在负载RL和电源电压VS之间。就这点而言应当注意的是，在此处所说明的方案可以简单地转用于具有低侧开关的智能半导体开关。因此，在一些实施例中，功率晶体管被布置在输出引脚OUT和接地引脚GND之间。既可以使用p沟道MOS晶体管，也可以使用n沟道MOS晶体管。还可以使用其他类型的晶体管，例如双极型晶体管。
图2所示的用于测量负载电流iOUT的电流测量电路基于本身已知的感测FET方案。因此，测量晶体管TS(感测晶体管)与功率晶体管TL耦连，使得功率晶体管TL和测量晶体管基本上运行在相同的工作点。在这种情况下，流过测量晶体管TS的电流iCS与流过功率晶体管TL的电流iOUT大致成比例，从而电流iCS可以用作电流iOUT的测量值。比例因子k＝iCS/iOUT基本上由晶体管TS和TL的有效面积之比决定。电流iCS引起电阻器RCS两端的电压降VCS，该电阻器RCS可以连接在晶体管TS的源极和接地之间。因此，电压VCS也基本上与输出电流iOUT成比例，并且可以用作电流测量值。应当理解的是，图2所示的电流测量电路仅是简化的示例，并且根据应用，实际的实现方式可以明显更复杂。然而，根据感测FET原理的电流测量电路是本身已知的，因此在此不再赘述。还可以使用其他类型的电流测量，例如与功率晶体管TL耦连的简单的电流测量电阻器。
功率晶体管TL通常借助于驱动器电路11被驱控，该驱动器电路11在MOS晶体管的情况下被称为栅极驱动器。在所示的示例中，栅极驱动器11接收逻辑信号V1，该逻辑信号V1指示应当接通还是断开功率晶体管TL。栅极驱动器11基于该逻辑信号V1产生适当的栅极电压VG或适当的栅极电流，以接通或断开功率晶体管TL。栅极驱动器电路的结构和作用原理是本身已知的，因此在此不再详细讨论。栅极驱动器电路11还可以与过电流保护电路12耦连，该过电流保护电路12例如被设计为将栅极电极的驱控限制为使得所产生的负载电流iOUT被限制为最大值iOUT,max，该最大值例如取决于电流阈值THOC。即使在所示示例中将栅极驱动器11和过电流保护电路12示出为独立的模块，过电流保护电路12仍可以被包含在栅极驱动器11中。当电流测量值VCS指示负载电流iOUT已经达到最大值iOUT,max时，电流限制功能是活跃的。
在另一实施例中，代替电流限制而设置有过电流关断。为此，过电流保护电路12会检查负载电流iOUT是否已经达到或超过预定义的阈值iTRIP(通常称为“跳闸电流(tripcurrent)”)。然后，过电流保护电路12可以通过信号(过电流信号OCEN)向栅极驱动器通知达到或超过阈值THOC，该栅极驱动器随后关断晶体管TL。备选地，过电流信号OCEN可以促使驱动器逻辑10消隐(austasten)逻辑信号V1(并且例如将逻辑信号V1设置为低电平)，以关断晶体管TL。在图2中还示出了温度传感器17，该温度传感器17被设计用于测量芯片温度。基于所测得的芯片温度，驱动器逻辑可以触发半导体开关TL的过热关断。在一些实施例中设置有多个温度传感器，以便测量芯片处的温度差。过高的温度差也可以需要关断半导体开关TL。通过在负载晶体管TL接通时将晶体管的负载电流路径上的电压降(即，漏极-源极电压VDS)与对应的阈值VDSmax进行比较，也可以实现过电流关断。如果超过该阈值(VDS≥VDSmax)，则晶体管TL被关断(过电流关断)。就此而言，用于过电流关断的阈值也可以是晶体管TL接通时的最大漏极-源极电压VDSmax。
所提及的驱动器逻辑10是如下的逻辑电路，这样的逻辑电路接收输入信号VIN和VDEN并根据输入信号VIN和VDEN的电平执行某些控制功能。例如，逻辑电路10可以响应于输入信号VIN的高电平而产生具有相应的高电平的控制信号V1，以接通功率晶体管TL。然而，如有必要，例如由于所识别的过电流状况或过热，逻辑电路10可以阻止接通或触发关断晶体管TL。
参数可以是可配置的，以使智能半导体电路适于所期望的应用，参数诸如是用于电流限制、过电流关断(例如由于条件VDS≥VDSmax)、过热关断等的阈值。在图2所示的示例中，用于电流限制的阈值THOC是可配置的。应当理解的是，诸如温度阈值的其他参数也可以通过相同的方式被配置。如上所述，阈值THOC由与配置引脚OC连接的部件的元件参数确定。在所示示例中，元件参数是电阻器ROC的电阻值。在图2所示的示例中，电阻器ROC的第一端子与配置引脚OC连接，并且电阻器ROC的第二端子接地。应当理解的是，电阻器ROC也可以连接在配置引脚OC和施加有电源电压VS的电路节点之间。备选地，还可以将电阻器ROC连接在配置引脚OC和任何(恒定的)参考电压之间。
参数读取电路13(parameter readout circuit)被设计为基于电阻值ROC来产生表示所寻求的运行参数(例如，阈值THOC)的信号。为此目的，参数读取电路13可以被设计为：在配置引脚OC处输出测试电流iPAR，并且调节该测试电流iPAR，使得所产生的电压V0＝ROC·iPAR对应于预定义的恒定值(例如V0＝0.5V)。于是，测试电流iPAR明确地表示电阻值ROC(iPAR＝V0/ROC)，并且所寻求的参数(例如，阈值THOC)可以根据测试电流iPAR来设置。应当理解的是，在其他示例中，电流iPAR也可以被调节为恒定，从而所产生的电压V0表示电阻值ROC。根据图2，阈值THOC被提供给过电流保护电路12，并且由过电流保护电路12用于对输出电流iOUT的电流限制。也就是说，阈值THOC确定了最大输出电流iOUT,max。
在图2中还示出了诊断输出电路14(感测输出电路)，该诊断输出电路14被设计为例如以诊断电流iS的形式输出诊断信息。根据智能半导体开关1的状态，诊断电流iS可以具有不同的含义。如果功率晶体管TL接通(即，输入信号VIN具有高电平)并且诊断请求信号VDEN呈现高电平，则诊断电流iS表示电流测量信号iCS。如果功率晶体管TL断开(即，输入信号VIN具有低电平或者存在错误)并且诊断请求信号VDEN呈现高电平，则诊断电流表示状态信息，例如故障代码。为此，诊断输出电路14可以具有多个可控电流源，这些可控电流源可以由驱动器逻辑10激活和去激活，以便在诊断输出引脚IS处输出所期望的电流iS。
图3示例性地示出了在与配置引脚连接的元件(在图2的示例中为电阻器ROC)的元件参数和智能半导体开关的待设置的参数THOC之间的关系。据此，可以设置最大输出电流iOUT,max，以用于在iOUT,max,1和iOUT,max,2之间的电流限制。在此处说明的实施例中，电阻器ROC的对应电阻值在5kΩ和100kΩ之间变化。在此，100kΩ对应于最大输出电流iOUT,max,1，并且5kΩ对应于最大输出电流iOUT,max,2。
图3所示的特征曲线可以在两侧延续。即，对于所示示例，大于100kΩ的电阻将导致电流限制为小于iOUT,max,1的最大电流，并且小于5kΩ的电阻将导致电流限制为大于iOUT,max,2的最大电流。两者都可能会导致危险状况，因为电流限制将变得无效(最大电流过高)或负载无法再正常运行(最大电流过低)。特别是当电阻器ROC出现故障并形成短路(short circuit)或开路(open circuit)时，可能会发生这种状况。开路例如可以由不良焊接点导致。
如上文所述，对于系统的功能安全而言，重要的是，单个故障、例如存在故障的(或错误连接的)电阻器ROC不会使整个系统无法继续运行。因此，即使存在故障，整个系统也应当保持可运转的状态(故障后保全功能的(fail functional))。就借助于外部连接的部件(电阻器)进行的参数配置而言，图4中的特征曲线说明了上述问题的解决方案。根据该实施例，智能半导体电路1(例如，参数读取电路13，参见图2)被设计为：如果元件参数小于第一阈值(例如，ROC<ROCmin，ROCmin≈5kΩ)，则将待设置的参数(例如，表示最大电流iOUT,max的阈值THOC)设置为第一标准值，并且如果元件参数大于第二阈值(例如，ROC>ROCmax，ROCmax≈100kΩ)，则将待设置的参数设置为第二标准值。在图4所示的示例中，第一标准值和第二标准值相同，并且由iOUT,max,default表示。应当理解的是，第一标准值和第二标准值还可以不同，但是在iOUT,max,1和iOUT,max,2的范围内。
利用根据图4的特征曲线可以确保相关参数(即，例如电流阈值iOUT,max)保持在“正常”范围内，在该范围内即使在电阻器ROC出现故障(例如，短路或开路)的情况下负载也可以继续运行(必要时受到限制)。此外，智能半导体电路1(例如，参数读取电路13，参见图2)可以被设计为：检测元件参数(例如，电阻ROC)小于第一阈值或大于第二阈值，并且根据请求(参见图2，诊断请求信号VDEN)在诊断输出引脚IS处以相应的诊断电流iS的形式输出该信息。
图5示出了诊断电流iS中信息的编码，该诊断电流根据请求(诊断请求信号VDEN处于高电平)在引脚IS处被输出。图5中仅是具有四个不同电流水平的说明性示例。根据应用，还可以使用更多或更少的电流水平来进行信息编码。图5中的示例涉及如下的状况，在这样的状况中在输入引脚IN处施加有低电平(功率晶体管TL断开)，并且在输入引脚DEN处施加有高电平(诊断请求)。在这种情况下，诊断电流iS具有图5所示的四种值中的一种值。在所示示例中，最低电流值指示一般错误，该一般错误例如可以由过热触发。(从下部起)第二电流水平指示电阻ROC(参见图2)过小并且可能存在短路。第三电流值指示如下的故障状况，在这样的故障状况中输出引脚OUT处的电压VOUT过高，即当差值VS-VOUT小于阈值VDS,min时。最高的第四电流值指示电阻ROC(参见图2)过大并且可能存在断路。微控制器(参见图1)可以评估诊断电流并且例如通知上级控制单元和/或启动某些紧急措施(例如，使自动驾驶车辆可靠地停下并泊车)。
在图6的流程图中示出并且在下文中总结了在智能半导体开关中实现的、用于配置智能半导体开关的运行参数(例如，电流阈值)的方法的一个示例。根据图6，首先求取表示与配置引脚连接的外部部件ROC的元件参数的值(例如，上述测试电流iPAR，参见图2)(参见图6，步骤S1)。如上所述，例如可以将测试电流iPAR馈入与配置引脚OC连接的电阻器ROC中，并且可以将该测试电流iPAR调节为使得配置引脚OC处的电压V0呈现预定义的值。在这种情况下，测试电流iPAR可以被视为电阻器ROC的测量值。
然后，检查元件参数ROC是否小于第一阈值ROCmin(参见图6，步骤S2)。如果元件参数ROC小于第一阈值ROCmin(在电阻器ROC处检测到短路)，则将待配置的运行参数设置为第一标准值(参见图6，步骤S4，标准值iOUT,max,default)。如果元件参数ROC不小于第一阈值ROCmin，则检查元件参数ROC是否大于第二阈值ROCmax(参见图6，步骤S3)。如果元件参数ROC大于第二阈值ROCmax(在电阻器ROC处检测到开路)，则将待配置的运行参数设置为第二标准值(参见图6，步骤S5，标准值iOUT,max,default)。如果元件参数ROC不大于第二阈值ROCmax，则(所测量的)元件参数决定了所寻求的运行参数(参见图6，步骤S6)。换言之，所寻求的运行参数(例如，电流阈值iOUT,max)是元件参数(电阻ROC)的函数。该函数的一个示例在图4中示出。然后，生成用于功率晶体管的驱控信号(例如，栅极电压VG)，其中考虑所配置的运行参数(参见图6，步骤S7)。在电流限制的情况下，生成栅极电压，使得负载电流iOUT无法增大到由运行参数决定的最大值iOUT,max以上。如上所述，该最大值是两个标准值之一，或者(在预定的限制内)取决于外部电阻器的电阻值(例如，对于ROCmin<ROC<ROCmax，iOUT,max～1/ROC)。
此外，如上所述，该方法可以包括如下的步骤，根据该步骤输出诊断信号(例如，诊断电流iS)，该诊断信号根据诊断请求信号(参见图2，输入引脚DEN处的信号VDEN)指示元件参数(例如，电阻ROC)是否小于第一阈值ROCmin或者大于第二阈值ROCmax(参见图5)。
在此处说明的实施例中，作为可配置参数的示例阐述了在电流限制中使用的最大电流iOUT,max。附加地或备选地，还可以以相同的方式配置其他参数，例如过热阈值、半导体芯片处的最大温度差异(温度差)、用于过电流关断的阈值(跳闸电流)、用于与输出引脚连接的电缆的所估计的电缆温度的阈值等。
图7示出了图2所示智能半导体开关的参数读取电路13的可能实现方式的一个示例。图7示出了配置引脚OC和接地引脚GND。如已经参照图2所说明的，接地引脚与接地电位VGND连接，并且电阻器ROC在外部连接到配置引脚OC。参数读取电路13被设计为：将配置引脚OC处的电压V0(并且因此电阻器ROC两端的电压降)设置为恒定的预定义参考值VREF(例如，VREF＝0.5V)。于是，在配置引脚OC处输出的电流iPAR与电阻ROC成反比，即，iPAR＝VREF/ROC。
借助于晶体管T1提供电流iPAR，该晶体管T1与配置引脚OC被耦连为使得晶体管T1的负载电流路径与电阻器ROC串联连接。在所示示例中，借助于运算放大器OA1来驱控晶体管T1的控制电极(在MOS晶体管的情况下为栅极电极)，使得配置引脚OC处的电压V0等于参考电压VREF。为此目的，电压V0被反馈到运算放大器OA1的反相输入端，而参考电压VREF被施加到非反相输入端。运算放大器OA1驱控晶体管T1，使得运算放大器OA1的输入端处的差分电压VREF-V1约为零伏，这将使得V1≈VREF。齐纳二极管DZ是可选的并且防止配置引脚OC处的过电压。就这点而言应当再次指出的是，电阻值ROC表示待配置的参数，并且因此iPAR也表示待配置的参数。
电流iPAR＝VREF/ROC被馈送到电流比较器131，该电流比较器131被设计为：将电流iPAR与下阈值iLO和上阈值iHI进行比较(其中iLO<iHI)。二进制(逻辑信号)LO指示是否满足条件iPAR<iLO，并且二进制信号HI指示是否满足条件iPAR>iHI。限制电路132防止用于电流限制的限制值iOUT,max过小或过大。在正常情况下，iOUT,max＝iPAR。然而，如果——例如由于电阻器ROC的短路——电流iPAR过大(即iPAR>iHI)，则限制电路132输出标准值iOUT,max＝iOUT,max,2作为极限值iOUT,max。如果——例如由于配置引脚OC处开路(即，ROC过高)——电流iPAR过小(即，iPAR<iLO)，则限制电路132输出标准值iOUT,max＝iOUT,max,1作为极限值iOUT,max。在下文中，将参考图9更详细地讨论电流比较器131和限制电路132的示例性实现方式。在本示例中，外部电阻器ROC连接在配置引脚OC和接地GND之间。应当理解的是，在另一实施例中，电阻器ROC还可以连接在配置引脚OC和电源电压节点(在该电源电压节点上施加有电压VS)之间。在这种情况下，只需稍微修改参数读取电路13(例如，以互补晶体管替换n沟道晶体管T1，等等)。
图8示出了图2中的栅极驱动器11和电流限制电路12的可能实现方式的一个示例。电流限制电路12被设计为：根据极限值iOUT,max来限制智能半导体开关的输出电流iOUT。图8示出了将电源引脚VS和输出引脚OUT耦连的功率晶体管TL、以及已经参照图2讨论的电流测量晶体管TS。栅极驱动器11主要包括电平移位器(level shifter)112和输出级111，该电平移位器112将逻辑信号V1“移位”到栅极驱动器11的浮置(floating)电源域中，该输出级111根据经电平移位的逻辑信号为功率晶体管TL提供相应的栅极信号VG。在所示的示例中，栅极驱动器11还包含电荷泵，该电荷泵从电源电压VS中产生较高的电源电压VCP，利用该较高的电源电压VCP为输出级111和电平移位器112供电。栅极驱动器11的结构和作用原理是本身已知的，因此在此不再详细讨论。
在本示例中，过电流保护电路12基本上像限流器(current limiter)一样工作。过电流保护电路12包括运算放大器OALIM，当由晶体管TL提供的输出电流iOUT达到由电流iOUT,max表示的最大值时，该运算放大器OALIM与栅极驱动器11的输出端耦连并且将栅极电压VG“钳位”。电流限制的结构和作用原理是本身已知的，因此在此不再详细讨论。在本示例中，运算放大器OALIM在其输入端“看到”电压VCS＝RCS·iCS和电压RCS·iOUT,max，其中借助于与电流镜120的输出分支连接的电阻器产生电压RCS·iOUT,max，电流镜120可以镜像电流iOUT,max(来自限制电路132，参图7)。电流镜120还用于将电压RCS·iOUT,max移位到栅极驱动器11的电源域中(电源电压VCP，参考为晶体管TL的源极电压)。
图9更详细地示出了图7中的电路的一部分，即，电流比较器131和限制电路132。根据图9，电流比较器131包括电流镜1310，该电流镜1310具有输入分支中的晶体管TA以及三个输出分支中的晶体管TB、TC和TD。在本示例中，电流镜1310被设计为使得所有三个输出端都提供相同的电流iPAR。电流镜的第一输出端和第二输出端分别与一个电流源耦连(源电流iHI或iLO)。如果电流镜1310的相应输出分支的输出电流iPAR小于对应的源电流iHI或iLO，则电流镜的相应输出端处的电压呈现高电平。相反，如果电流镜1310的相应输出分支的输出电流iPAR大于对应的源电流iHI或iLO，则电流镜的相应输出端处的电压呈现低电平。相应输出端连接有缓冲器1313(反相)和1314(非反相)。因此，缓冲器1313和1314的输出信号HI、LO指示是否满足条件iPAR>iHI和iPAR<iLO。第三输出分支同样提供电流iPAR，该电流iPAR经由另一电流镜1315被馈送到限制电路132。电流比较器的各种实现可能性是本身已知的，因此在此不再赘述。图9仅包含说明性示例，其中其他实现方式也是可行的。
限制电路132被设计为：如果两个条件iPAR>iHI和iPAR<iLO都不满足(即，电流iPAR在数值iLO和iHI之间)，则输出(多次镜像(mehrfach gespiegelten))电流iPAR作为极限值iOUT,max。如果满足条件iPAR<iLO，则输出电流iOUT,max,1作为极限值iOUT,max。如果满足条件iPAR>iHI，则输出电流iOUT,max,2作为极限值iOUT,max。可以通过电流源提供标准值iOUT,max,1和iOUT,max,2。在本示例中，借助于根据缓冲器1313和1314的输出信号HI、LO被驱控的开关来实现在经配置的值iPAR与标准值iOUT,max,1和iOUT,max,2之间的切换。如上文所述，标准值iOUT,max,1和iOUT,max,2可以相同。在这种情况下，简化了限制电路132的实现。结果，限制电路132确保了极限值iOUT,max始终在iHI和iLO之间，并且——如果不是这种情况——则取而代之将标准值用于后续的电流限制。
图10示出了图2的诊断输出电路14的可能实施方式的一个示例。在所示的示例中，诊断输出电路14具有多路复用器MUX和多个电流源，这些电流源提供电流水平iS(FAULT)、iS(ROC<ROCmin)、iS(ROC>ROCmax)和iS(VS-VOUT<VDSmin)。另外，由电流测量电路CS提供的电流iCS(必要时，经由一个或多个电流镜)可以被馈送到多路复用器MUX的输入。驱动器逻辑10(参见图2)被设计为：根据智能半导体开关的状态在诊断引脚IS处不输出特定电流或者输出特定电流。在本示例中，被馈送到多路复用器的选择信号CTL由驱动器逻辑10生成，并且尤其可以取决于输入信号VIN和VDEN以及逻辑信号HI和LO(参见图7)。
应当理解的是，附图中所示的示例仅是所说明的功能的示例性实现方式。本领域技术人员能够容易地设计出基本上执行相同功能的其他实现方式。例如，参数读取电路13(参见图2和图7)还可以以数字方式记录所寻求的元件参数。为此目的，例如具有电流输出端的数模转换器可以与配置引脚OC耦连，使得数模转换器的输出电流流过外部电阻器ROC。然后，可以以数字方式驱控数模转换器，使得配置引脚OC处的电压呈现期望值VREF。于是，数模转换器的输入寄存器包含数字值，该数字值表示流过电阻ROC的电流，并且因此还表示电阻值。诊断输出电路14还可以备选地借助于具有电流输出端的数模转换器来实现，其中逻辑电路10以数字方式确定待输出的电流iS。如上所述，还已知许多不同的电流测量可能性(参见图2，电流测量电路CS)。

Claims (15)

1.一种电路，具有以下各项：
电源引脚(VS)和用于连接负载(RL)的输出引脚(OUT)、以及配置引脚(OC)；
半导体开关(T1)，连接在所述电源引脚(VS)和所述输出引脚(OUT)之间，并且被设计为：根据驱控信号(VG)建立或阻断在所述电源引脚(VS)和所述输出引脚(OUT)之间的电流路径；
控制电路(CTL)，被设计为：在考虑第一参数(iOUT,max)的情况下，产生用于所述半导体开关(T1)的所述驱控信号(VG)，并且根据与所述配置引脚(OC)连接的外部部件的元件参数(ROC)来设置所述第一参数(iOUT,max)，
其中如果所述元件参数(ROC)小于第一阈值(ROCmin)，则将所述第一参数(iOUT,max)设置为第一标准值(iOCmax)，并且如果所述元件参数(ROC)大于第二阈值(ROCmax)，则将所述第一参数(iOUT,max)设置为第二标准值(iOCmin)。
2.根据权利要求1所述的电路，
其中所述第一参数(iOUT,max)是最大输出电流，并且其中所述元件参数(ROC)是被连接到所述配置引脚(OC)的外部电阻器的电阻值。
3.根据权利要求1或2所述的电路，其中所述控制电路(CTL)还具有：
参数读取电路(13)，被设计为：获取表示所述元件参数(ROC)的数字值，或者获取表示所述元件参数(ROC)的电流(iPAR)。
4.根据权利要求1所述的电路，
其中所述第一参数(iOUT,max)是过热阈值、温度差、用于过电流关断的阈值(iTRIP、VDSmax)、或者用于与所述输出引脚(OUT)连接的电缆的所估计的电缆温度的阈值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电路，还具有诊断引脚(IS)：
其中所述控制电路(CTL)还被设计为：输出诊断信号(iS)，所述诊断信号根据诊断请求信号(VDEN)指示所述元件参数(ROC)是否小于所述第一阈值(ROCmin)或者大于所述第二阈值(ROCmax)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电路，还具有：
用于接收输入信号(VIN)的第一输入引脚(IN)，
其中所述控制电路(CTL)还被设计为：根据所述输入信号(VIN)来产生用于所述半导体开关(T1)的所述驱控信号(VG)，使得依据所述输入信号(VIN)来接通或断开所述半导体开关(T1)。
7.从属于权利要求5、根据权利要求6所述的电路，其中所述诊断信号(iS)还取决于所述输入信号(VIN)。
8.根据权利要求5所述的电路，
其中所述诊断信号(iS)是诊断电流，如果所述输入信号(VIN)指示断开所述半导体开关(T1)，则所述诊断电流的电流值指示所述元件参数(ROC)是否小于第一阈值(ROCmin)或者大于第二阈值(ROCmax)。
9.根据权利要求5或6所述的电路，
其中如果所述输入信号(VIN)指示接通所述半导体开关(T1)，则所述诊断电流的电流值表示所述半导体开关(T1)的负载电流(iL)。
10.从属于权利要求2、根据权利要求2至8中任一项所述的电路，其中所述控制电路(CTL)具有与所述半导体开关(T1)耦连的电流限制电路，所述电流限制电路被设计为：将所述半导体开关(T1)的负载电流(iL)限制为所述最大输出电流。
11.一种方法，包括：
根据与配置引脚(OC)连接的外部部件的元件参数(ROC)来设置第一参数(iOUT,max)，其中如果所述元件参数(ROC)小于第一阈值(ROCmin)，则将所述第一参数(iOUT,max)设置为第一标准值(iOCmax)，并且如果所述元件参数(ROC)大于第二阈值(ROCmax)，则将所述第一参数(iOUT,max)设置为第二标准值(iOCmin)，以及
在考虑所述第一参数(iOUT,max)的情况下，产生用于半导体开关(T1)的驱控信号(VG)。
12.根据权利要求11所述的方法，
其中所述第一参数(iOUT,max)表示所述半导体开关(T1)的最大负载电流，其中所述元件参数(ROC)是被连接到所述配置引脚(OC)的电阻器的电阻值。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：
将电流(iPAR)馈入所述电阻器(ROC)中，使得所述电阻器(ROC)处的电压(V0)呈现目标值(VREF)，
其中如果所馈入的电流在预定义范围(iLO、iHI)内，则所述第一参数(iOUT,max)由所馈入的电流(iPAR)确定。
14.根据权利要求13所述的方法，
其中如果所馈入的电流(iPAR)在所述预定义范围(iLO、iHI)之下，则所述第一参数(iOUT,max)对应于所述第一标准值(iOUT,max,1),并且如果所馈入的电流(iPAR)在所述预定义范围(iLO、iHI)之上，则所述第一参数(iOUT,max)对应于所述第二标准值(iOUT,max,2)。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，还包括：
检测所述元件参数(ROC)是否小于所述第一阈值(ROCmin)或者大于所述第二阈值(ROCmax)，以及
输出诊断信号(iS)，所述诊断信号根据诊断请求信号(VDEN)指示所述元件参数(ROC)是否小于所述第一阈值(ROCmin)或者大于所述第二阈值(ROCmax)。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11431308B2 (en) * 2019-04-05 2022-08-30 Baker Hughes Oilfield Operations Llc Differential noise cancellation
JP7388290B2 (ja) * 2020-05-18 2023-11-29 株式会社デンソーウェーブ 産業用制御装置の出力モジュール
JP2023033997A (ja) * 2021-08-30 2023-03-13 株式会社デンソーウェーブ 産業用制御装置の出力モジュール
DE102022112757B4 (de) 2022-05-20 2024-02-15 Infineon Technologies Ag Intelligenter halbleiterschalter mit integrierter strommessfunktion
EP4350917A1 (en) * 2022-10-04 2024-04-10 Future Systems Besitz GmbH Apparatus and method for conditioning an electrical power supplied to a load

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005039138B4 (de) * 2005-08-18 2012-07-12 Infineon Technologies Ag Mittels eines Widerstandes programmierbare und eine Referenzstromquelle aufweisende Schaltung
US8054602B2 (en) * 2006-06-01 2011-11-08 Autonetworks Technologies, Ltd. Power supply controller
US7957116B2 (en) 2006-10-13 2011-06-07 Advanced Analogic Technologies, Inc. System and method for detection of multiple current limits
US8558553B2 (en) * 2008-12-16 2013-10-15 Infineon Technologies Austria Ag Methods and apparatus for selecting settings for circuits
US10559952B2 (en) 2017-08-11 2020-02-11 Infineon Technologies Ag Digital line protection
DE102019102929B3 (de) 2019-02-06 2020-07-09 Infineon Technologies Ag Intelligenter Halbleiterschalter

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