DE10120524A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung des Stromes durch ein Leistungs-Halbleiterbauelement - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einem Leistungsschalter (NTL; PTL) und einer Messanordnung (MA1; MA2) zur Erfassung des Laststromes (IL) durch den Leistungsschalter (NTL; PTL), wobei die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und ein erfindungsgemäßes Verfahren eine über einer Anschlussleitung (BL), insbesondere einem Bonddraht, in Reihe zu dem Leistungsschalter (NTL; PTL) abfallende Spannung (UBL) zur Ermittlung des Laststromes (IL) nutzt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einem Leistungs-Halbleiterbauelement und einer Vorrich­ tung zur Ermittlung eines Stromes durch das Leistungs- Halbleiterbauelement.

Fig. 1 zeigt eine allgemein bekannte Schaltungsanordnung mit einem als Leistungsschalter ausgebildeten Leistungs- Halbleiterbauelement, das in Reihe zu einer Last geschaltet ist, und mit einer nach dem sogenannten Strom-Sense-Prinzip arbeitenden Strommessanordnung. Der in Fig. 1 als n-Kanal Leistungs-MOSFET ausgebildete Leistungsschalter T1 ist in Reihe zu einer Last zwischen ein erstes und zweites Versor­ gungspotential V1, V2 geschaltet. Zur Erfassung eines Last­ stromes I1 durch Leistungsschalter T1 ist ein zweiter Tran­ sistor T2 vorgesehen, der im selben Arbeitspunkt wie der Leistungs-MOSFET T1 betrieben wird. Zur Einstellung derselben Arbeitspunkte sind die Gate-Anschlüsse der beiden Transisto­ ren T1, T2 miteinander verbunden und deren Drain-Anschlüsse sind ebenfalls miteinander verbunden. Außerdem ist dem Sour­ ce-Anschluss des zweiten Transistors T2 eine Regelschaltung nachgeschaltet, die einen Operationsverstärker OP und einen in Reihe zu dem zweiten Transistor T2 geschalteten dritten Transistor T2 aufweist. Eingänge des Operationsverstärkers OP sind an die Source-Anschlüsse des Leitungstransistors und des zweiten Transistors T2 angeschlossen, wobei der Operations­ verstärker OP den als steuerbaren Widerstand wirkenden drit­ ten Transistor T3 so einstellt, dass das Source-Potential des zweiten Transistors T2 dem Source-Potential des Leistungs­ transistors T1 entspricht. Ein durch den zweiten Transistor T2 fließender Strom 12 ist dann proportional zu dem Laststrom I1. Bei Herstellung der beiden Transistoren T1, T2 innerhalb desselben Herstellungsprozesses entspricht der Proportionalitätsfaktor dem Verhältnis zwischen den aktiven Transistorflä­ chen der ersten und zweiten Transistoren T1, T2.

An einem in Reihe zu den zweiten und dritten Transistoren T2, T3 geschalteten und von dem Messstrom 12 durchflossenen Wi­ derstand RM ist eine Messspannung UM abgreifbar. Eine dem dritten Transistor T3 abgewandte Anschlussklemme des Wider­ standes ist an das zweite Versorgungspotential V2 angeschlos­ sen, das üblicherweise ein Bezugspotential, insbesondere Mas­ se, für eine gesamte Schaltungsanordnung, in der die darge­ stellte Schaltung realisiert ist, ist. Das Strommesssignal ist dann gegen das Bezugspotential V2 abgreifbar.

Der in Fig. 1 dargestellte Leistungsschalter dient als soge­ nannter High-Side-Schalter, also als Schalter der zwischen das positive Versorgungspotential V1, bzw. das höhere positi­ ve Versorgungspotential, und die Last geschaltet ist. Das allgemein bekannte Messprinzip gemäß Fig. 1 ist nicht oder nur mit erheblichem Zusatzaufwand anwendbar, wenn der Leis­ tungsschalter als Low-Side-Schalter dient, wenn die Last also zwischen das positive Versorgungspotential und den Leistungs­ schalter geschaltet ist. Das Source-Potential des Leistungs­ transistors entspricht dann in etwa dem Bezugspotential. Um das Source-Potential des zweiten zur Strommessung dienenden Transistors T2 ebenfalls auf den Wert des Bezugspotentials einzustellen, müsste der Messwiderstand an ein Potential an­ geschlossen werden, das kleiner als das Bezugspotential ist. Die Bereitstellung eines solchen Potentials, das negativ sein müsste, wenn das Bezugspotential Masse ist, ist mit einem er­ heblichen Schaltungsaufwand verbunden.

Das Messprinzip gemäß Fig. 1 ist ferner dann nicht oder nur mit erheblichem zusätzlichem Aufwand anwendbar, wenn das Po­ tential an dem Source-Anschluss des Leistungsschalters größer als das Potential an dessen Drain-Anschluss, das heißt größer als das erste Versorgungspotential, wird. In diesem Fall müsste an dem Source des Messtransistors ebenfalls ein Potential zur Verfügung gestellt werden, das größer als das erste Versorgungspotential ist und das mindestens so groß sein müsste, wie ein durch die induktive Last an dem Source des ersten Transistors induziertes Potential.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanord­ nung mit einem Leistungs-Halbleiterbauelement, insbesondere einem Leistungsschalter, und einer Messanordnung zur Erfas­ sung eines Stromes durch das Leistungs-Halbleiterbauelement zur Verfügung zu stellen, die bei auch zur Erfassung des Stromes bei einem in Rückwärtsrichtung oder als Low-Side- Schalter betriebenem Leistungsschalter geeignet ist, ohne dass zusätzliche Versorgungspotentiale bereitgestellt werden müssen.

Dieses Ziel wird durch Schaltungsanordnungen gemäß den Merk­ malen der Ansprüche 1 oder 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal­ tungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist ein Leistungs- Halbleiterbauelement, insbesondere einen Leistungstransistor, eine Diode oder eine Parallelschaltung eines Leistungstran­ sistors und einer Freilaufdiode, mit einem ersten und zweiten Lastanschluss und eine Anschlussleitung auf, wobei die An­ schlussleitung zwischen einen der Lastanschlüsse und eine Last oder eine Klemme für ein Versorgungspotential geschaltet ist. Diese Anschlussleitung ist insbesondere ein Bonddraht, der einen der Lastanschlüsse des üblicherweise in einem Halb­ leiterkörper integrierten Halbleiterbauelements an einen An­ schlusspin eines Gehäuses, in dem der Halbleiterkörper unter­ gebracht ist, anschließt. Das Halbleiterbauelement ist über den Anschlusspin an weitere Schaltungskomponenten einer Schaltung anschließbar.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird ein Span­ nungsabfall über dieser Anschlussleitung, der durch einen in dem Leistungsschalter fließenden Laststrom hervorgerufen wird, zur Ermittlung des Laststroms herangezogen. Oder der Spannungsabfall über der Anschlussleitung dient als zusätzli­ che Hilfsspannung. Dazu ist bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung eine Strommessanordnung vorgesehen, die eine erste, zweite und dritte Eingangsklemme aufweist wobei die erste Eingangsklemme an einen Knoten angeschlossen ist, der dem einem der Lastanschlüsse des Leistungs-Halbleiterbauele­ ments und der Anschlussleitung gemeinsam ist, und wobei die zweite Anschlussklemme an einen dem Leistungs-Halbleiterbau­ element abgewandten Knoten der Anschlussleitung angeschlossen ist.

In der Strommessanordnung wird der Spannungsabfall zwischen dem ersten und zweiten Eingang der Strommessanordnung, das heißt der Spannungsabfall über der Anschlussleitung, ermit­ telt. Dieser Spannungsabfall ist proportional zu dem Last­ strom durch das Leistungs-Halbleiterbauelement, wobei der Leitungswiderstand der Anschlussleitung dem Proportionali­ tätsfaktor entspricht. Dieser Leitungswiderstand ist bei Bonddrähten, von deren Durchmesser, Länge und Material abhän­ gig. Diese Parameter sind üblicherweise genau bekannt, so dass der Leitungswiderstand vergleichsweise exakt ermittelbar ist und von Bonddraht zu Bonddraht in demselben Herstellungs­ prozess aufgrund der exakten und genau reproduzierbaren Her­ stellungsverfahrens nur geringen Schwankungen unterliegt. Au­ ßerdem besteht die Möglichkeit, nach Fertigstellung des Halb­ leiterbauelements eine Eichung des Bonddrahtwiderstandes oder einen Abgleich des Bonddrahtwiderstandes mit einem bekannten Widerstand durchzuführen.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Reihenschal­ tung eines Widerstandes, dessen Widerstandswert in einem be­ kannten Verhältnis zu dem Widerstand der Anschlussleitung/des Bonddrahtes steht, zwischen die dritte Anschlussklemme, an der ein Versorgungspotential zur Verfügung steht und die zweite Anschlussklemme geschaltet, wobei der Widerstandswert des veränderlichen Widerstandes so eingestellt wird dass, der Spannungsabfall über dem ersten Widerstand dem Spannungsab­ fall über der Anschlussleitung entspricht. Der durch den zweiten Widerstand fließende Strom steht dann über das Ver­ hältnis der Widerstände der Anschlussleitung und des ersten Widerstandes im Verhältnis zu dem Laststrom.

Der veränderliche Widerstand ist vorzugsweise als Transistor ausgebildet, wobei zur Ansteuerung des Transistors ein Opera­ tionsverstärker vorgesehen ist, dessen einer Eingang an die erste Eingangsklemme, dessen anderer Eingang an eine dem ers­ ten und zweiten Widerstand gemeinsamen Knoten angeschlossen ist und dessen Ausgang den Transistor ansteuert. Die Verwen­ dung des Operationsverstärkers, der eine sehr geringe Strom­ aufnahme besitzt, ermöglicht die Einstellung der Spannung ü­ ber dem zweiten Widerstand abhängig von dem Laststrom nahezu ohne eine Verfälschung des Laststromes.

Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist das Leistungs-Halbleiterbauelement als Leistungstransistor ausgebildet und in der Strommessanordnung ist ein Messtran­ sistor vorgesehen, dessen Steueranschluss an den Steueran­ schluss des Leistungstransistors angeschlossen ist und dessen einer Lastanschluss an den entsprechenden Lastanschluss des Leistungstransistors angeschlossen ist. Eine an der An­ schlussleitung des Lasttransistors anliegende Spannung wird bei dieser erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dazu ge­ nutzt, das Potential an dem anderen Lastanschluss des Mess­ transistors auf den Wert des Potentials an dem anderen Last­ anschluss des Lasttransistors einzustellen, ohne dass ein zu­ sätzliches Versorgungspotential erforderlich ist.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere bei Schaltungsan­ ordnungen anwendbar, bei denen das Leistungs-Halbleiterbau­ element als Transistor ausgebildet und als High-Side-Schalter oder als Low-Side-Schalter eingesetzt ist. Die Erfindung ist aber auch im Zusammenhang mit anderen Halbleiterbauelementen, die einen Stromfluss zwischen zwei Anschlussklemmen ermöglichen und die in einem mittels eines Bonddrahtes kontaktierten Halbleiterkörper integriert sind, einsetzbar.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbei­ spielen anhand von Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigt

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einem Leistungs-Halbleiterbauelement, einer in Reihe zu dem Leistungs-Halbleiterbauelement geschalteten An­ schlussleitung und mit einer Strommessanordnung ge­ mäß einem ersten Funktionsprinzip,

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung mit einem n-Kanal- Feldeffekttransistor als Low-Side-Schalter und ei­ ner Strommessanordnung gemäß dem ersten Funktions­ prinzip, die einen in Drain-Source-Richtung des Feldeffekttransistors positiven Strom erfasst,

Fig. 4 eine Schaltungsanordnung mit einem n-Kanal- Feldeffekttransistor und einer Strommessanordnung gemäß dem ersten Funktionsprinzip, die einen in Drain-Source-Richtung des Feldeffekttransistors ne­ gativen Strom erfasst,

Fig. 5 eine Schaltungsanordnung mit einem n-Kanal- Feldeffekttransistor als High-Side-Schalter und ei­ ner Strommessanordnung gemäß dem ersten Funktions­ prinzip, die einen in Drain-Source-Richtung des Feldeffekttransistors positiven Strom erfasst,

Fig. 6 eine Schaltungsanordnung mit einem p-Kanal- Feldeffekttransistor als High-Side-Schalter und ei­ ner Strommessanordnung gemäß dem ersten Funktions­ prinzip, die einen in Source-Drain-Richtung des Feldeffekttransistors positiven Strom erfasst,

Fig. 7 eine Schaltungsanordnung mit einem p-Kanal- Feldeffekttransistor als High-Side-Schalter und ei­ ner Strommessanordnung gemäß dem ersten Funktions­ prinzip, die einen in Source-Drain-Richtung des Feldeffekttransistors negativen Strom erfasst,

Fig. 8 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einem Leistungsschalter, einer in Reihe zu dem Leistungs­ schalter geschalteten Anschlussleitung und einer Strommessanordnung gemäß einem zweiten Funktions­ prinzip,

Fig. 9 eine Schaltungsanordnung mit einem n-Kanal- Feldeffekttransistor als Low-Side-Schalter und ei­ ner Strommessanordnung gemäß dem zweiten Funktions­ prinzip, die einen in Drain-Source-Richtung des Fe­ ldeffekttransistors positiven Strom erfasst,

Fig. 10 eine Schaltungsanordnung mit einem n-Kanal- Feldeffekttransistor als High-Side-Schalter und ei­ ner Strommessanordnung gemäß dem zweiten Funktions­ prinzip, die einen in Drain-Source-Richtung des Feldeffekttransistors negativen Strom erfasst,

Fig. 11 eine Schaltungsanordnung mit einem p-Kanal- Feldeffekttransistor als High-Side-Schalter und ei­ ner Strommessanordnung gemäß dem zweiten Funktions­ prinzip, die einen in Source-Drain-Richtung des Feldeffekttransistors positiven Strom erfasst.

In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile, Ströme und Spannungen mit gleicher Bedeutung.

Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin­ dungsgemäßen Schaltungsanordnung, die einen als n-Kanal- Feldeffekttransistor NTL ausgebildeten Leistungsschalter aufweist, dessen Gate-Anschluss G einen Steueranschluss, dessen Drain-Anschluss D einen ersten Lastanschluss und dessen Sour­ ce-Anschluss S einen zweiten Lastanschluss des Leistungs­ schalters bildet. Die Drain-Source-Strecke D-S des Transis­ tors NTL ist in Reihe zu einer Anschlussleitung BL zwischen einem ersten Anschluss LF und einem zweiten Anschluss P1 ver­ schaltet. Die Anschlussleitung BL weist einen Leitungswider­ stand RBL auf, der in Fig. 2 als ohmscher Widerstand RBL dargestellt ist. Die Anschlussleitung BL ist insbesondere ein Bonddraht, der das Source-Gebiet des in einem Halbleiterkör­ per integrierten Transistors NTL an einen Anschlusspin eines nicht näher dargestellten Gehäuses anschließt, in welchem der Halbleiterkörper mit dem Leistungstransistor NTL unterge­ bracht ist. Dieser Anschlusspin entspricht in Fig. 2 der zweiten Anschlussklemme P1. Das Drain-Gebiet eines in einem Gehäuse untergebrachten Leistungstransistors ist üblicherwei­ se direkt mit dem Leadframe des Gehäuses verbunden. Die erste Anschlussklemme LF in Fig. 2 repräsentiert den Leadframe ei­ nes solchen Gehäuses. Fließt ein Laststrom IL durch den Leis­ tungstransistor NTL, so ruft dieser Laststrom IL über der An­ schlussleitung BL einen Spannungsabfall UBL hervor, der in einer an die Anschlussleitung BL angeschlossenen Strommessan­ ordnung MA1 ausgewertet wird. Ein Spannungsabfall über der Anschlussleitung BL wird unabhängig davon hervorgerufen, ob der Laststrom IL bei angesteuertem Leistungstransistor TL in der in Fig. 1 eingezeichneten Richtung die Drain-Source- Strecke D-S des Leistungstransistors NTL durchfließt oder ob der Strom in entgegengesetzter Richtung über eine Freilaufdi­ ode DF, die parallel zu der Drain-Source-Strecke D-S geschal­ tet ist und die in dem Leistungstransistor NTL integriert ist, fließt. Ein Spannungsabfall UBL über der Anschlusslei­ tung BL ist bei einem Stromfluss über die Freilaufdiode DF, also einem Stromfluss entgegen der eingezeichneten Richtung, negativ.

Die Strommessanordnung MA1 weist eine erste Anschlussklemme K1 auf, die an den Source-Anschluss S des Leistungstransistors NTL, bzw. an den dem Leistungstransistor NTL und der An­ schlussleitung BL gemeinsamen Knoten angeschlossen ist. Eine zweite Anschlussklemme K2 ist an den dem Leistungstransistor NTL abgewandten Anschluss der Anschlussleitung BL angeschlos­ sen. Die Strommessanordnung MA1 weist eine Reihenschaltung eines ersten Widerstandes RS, dessen Widerstandswert in einem bekannten Verhältnis zu dem Widerstand RBL der Anschlusslei­ tung BL steht, und eines veränderlichen zweiten Widerstandes, der in Fig. 2 als Transistor T1 ausgebildet ist, auf. Außer­ dem ist in dem Ausführungsbeispiel eine zweite Anschlusslei­ tung BS vorgesehen, die insbesondere ebenfalls als Bonddraht ausgebildet ist, und die den ersten Widerstand RS über die zweite Anschlussklemme K2 an die erste Anschlussleitung BL, bzw. den Anschlusspin P1 anschließt. Der als veränderlicher Widerstand dienende Transistor T1 ist in dem Ausführungsbei­ spiel als p-Kanal-Transistor ausgebildet, dessen Drain- Anschluss an den ersten Widerstand RS und dessen Source- Anschluss S an eine dritte Anschlussklemme P2 der Strommess­ anordnung MA1 angeschlossen ist. Zur Ansteuerung des Transis­ tors T1 ist ein Operationsverstärker OP1 vorgesehen, dessen Plus-Eingang an die erste Eingangsklemme K1 und dessen Minus- Eingang an den dem Widerstand RS und dem Transistor T1 ge­ meinsamen Knoten N1 angeschlossen ist. Der Operationsverstär­ ker OP1 stellt den Einschaltwiderstand des Transistors T1 so ein, dass eine Potentialdifferenz U1 zwischen der ersten Ein­ gangsklemme K1 und dem gemeinsamen Knoten N1 Null ist, wobei dann die Summe aus einer Spannung URS über dem ersten Wider­ stand RS und einer Spannung UBS über der zweiten Anschluss­ leitung BS der Spannung UBL über der ersten Anschlussleitung BL entspricht. Der Wert des ersten Widerstandes RS ist vor­ zugsweise wesentlich größer als der Widerstandswert der ers­ ten Anschlussleitung RBL. Der Wert des ersten Widerstandes RS ist weiterhin wesentlich größer als der Widerstand der zwei­ ten Anschlussleitung BS, wobei der durch einen Strom IRS durch den ersten Widerstand RS hervorgerufene Spannungsabfall URS dann wesentlich größer als der Spannungsabfall UBS über der zweiten Anschlussleitung BS, so dass der Spannungsabfall über der zweiten Anschlussleitung BS vernachlässigt werden kann. Die Spannung URS an dem ersten Widerstand RS entspricht wenigstens annäherungsweise der Spannung UBL an der An­ schlussleitung BL, d. h.:

URS = UBL.

Für den Strom IRS durch den ersten Widerstand RS gilt dann:

IRS = (RBL/RS).IL.

Der Strom IRS durch den ersten Widerstand ist also proportio­ nal zu dem Laststrom IL, wobei der Proportionalitätsfaktor dem bekannten Verhältnis der Widerstandswerte des ersten Wi­ derstandes RS und der Anschlussleitung BL entspricht. Bei be­ kanntem Widerstandswert des zweiten Bonddrahtes BS, der aus den Parametern wie Länge, Durchmesser und Zusammensetzung e­ benfalls ermittelbar ist, kann in bekannter Weise auch die Summen aus dem Widerstandswert des zweiten Bonddrahtes BS und des Widerstandswerts des Widerstands RS in obiger Beziehung zur Ermittlung des Laststromes IL aus dem Messstrom IRS be­ rücksichtigt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass unter Verzicht auf einen separaten Widerstand der Bonddraht BS den ersten Widerstand bildet, der von dem Messstrom durchflossen ist und an dem eine zu dem Laststrom proportionale Spannung anliegt. Um der oben genannten Bedingung zu genügen, dass der Widerstandswert des ersten Widerstands größer als der Wider­ standswertes des Bonddrahtes BL in Reihe zu dem Halbleiter­ bauelement ist, ist der Durchmesser des Bonddrahtes BS klei­ ner als der des Bonddrahtes BL gewählt oder der Bonddraht BS ist länger als der Bonddraht BL gewählt.

Dieser Strom IRS, der proportional zu dem Laststrom IL ist, kann mittels im folgenden näher erläuterter Auswerteschaltun­ gen erfasst und zur Bereitstellung eines Strommesssignals, insbesondere zur Bereitstellung einer auf Bezugspotential be­ zogenen Spannung als Strommesssignal, herangezogen werden.

Ist bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung das Potential an der Anschlussklemme LF größer als an der An­ schlussklemme P1, so fließt der Strom IL in der in Fig. 2 eingezeichneten Richtung. Um an dem ersten Widerstand RS ei­ nen Spannungsabfall URS hervorzurufen, der im wesentlichen dem Spannungsabfall UBL über der Anschlussleitung entspricht, muss die Anschlussklemme P2 der Strommessanordnung MA1 eben­ falls an ein Potential angeschlossen werden, welches größer als das Potential an der Anschlussklemme P1 ist. Vorzugsweise wird in diesem Fall die Anschlussklemme P2 an den Anschluss LF, bzw. den Drain-Anschluss des Lasttransistors NTS ange­ schlossen.

Ist das Potential an der Anschlussklemme P1 größer als an der Anschlussklemme LF, so wird der Transistor NTL in Rückwärts­ richtung betrieben und der Anschluss P2 ist an ein Potential anzuschließen, welches kleiner als das Potential an der An­ schlussklemme P1 ist, um über dem ersten Widerstand RS einen der Spannung UBL über der Anschlussleitung BL entsprechenden Spannungsabfall URS hervorzurufen. Dazu kann auch in diesem Fall der Anschluss P2 der Strommessanordnung MA1 an den Drain-Anschluss D des Leistungstransistors NTL angeschlossen werden.

Das Funktionsprinzip der in Fig. 2 dargestellten Strommess­ anordnung, das darauf beruht, den Spannungsabfall über dem in Reihe zu dem Halbleiterbauelement geschalteten Bonddraht zu erfassen, ist unabhängig von dem verwendeten Halbleiterbau­ element. Anstelle des Transistors oder eines Transistors mit paralleler Freilaufdiode kann ein beliebiges anderes Halblei­ terbauelement, beispielsweise eine Diode, verwendet werden, das einen Stromfluss in einer der Richtungen zwischen den An­ schlüssen LF und P1 zulässt, wobei die spezifische Ausgestal­ tung der Strommessanordnung von der Richtung des fließenden Stromes abhängt, wie im folgenden anhand von verschiedenen Beispielen mit Strommessanordnungen, die auf dem beschriebe­ nen Funktionsprinzip beruhen, erläutert ist.

Die in Fig. 2 dargestellte Strommessanordnung ist somit zur Ermittlung eines Laststromes IL durch ein Leistungs- Halbleiterbauelement, insbesondere einen Leistungstransistor NTL sowohl bei Verwendung des Transistors als High-Side- Schalter als auch bei Verwendung des Transistors als Low- Side-Schalter einsetzbar, unabhängig davon, ob der Leistungs­ transistor als n-leitender Transistor oder als p-leitender Transistor ausgebildet ist. Die Strommessanordnung MA1 ist auch zur Ermittlung eines Stromes geeignet, der den Leis­ tungstransistor NTL in Rückwärtsrichtung durchfließt.

Sowohl der Widerstandswert des Widerstandes RS als auch der Widerstandswert des Bonddrahtes variieren üblicherweise mit der Temperatur. Um Auswirkungen dieser Temperaturabhängigkeit auf das Messergebnis weitgehend zu vermeiden, ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Widerstand RS und der Bonddraht räumlich nahe aneinanderliegend angeord­ net sind, so dass denselben Temperatureinflüssen unterliegen.

Die Fig. 2 bis 7 zeigen Ausführungsbeispiele erfindungsge­ mäßer Schaltungsanordnungen bei denen als Leistungs- Halbleiterbauelemente n-leitende Leistungstransistoren oder p-leitende Leistungstransistoren, die als High-Side-Schalter oder Low-Side-Schalter verschaltet sind, eingesetzt sind. Die Schaltungsanordnungen weisen jeweils eine Strommessanordnung MA1, die nach dem anhand von Fig. 2 erläuterten ersten Funk­ tionsprinzip funktioniert und die auf den jeweiligen Lei­ tungstyp des Leistungstransistors und auf dessen Verschaltung abgestimmt ist, auf, wobei jede der Strommessanordnungen eine Grundschaltung gemäß Fig. 2 aufweist. Das Bezugszeichen NTL bezeichnet im folgenden einen n-leitenden Leistungstransis­ tor, das Bezugszeichen PTL bezeichnet einen p-leitenden Leis­ tungstransistor. Die Bezugszeichen, RS für den ersten Widerstand, OP1 für den Operationsverstärker, T1 für den veränder­ lichen Widerstand, K1, K2, P2 für die Eingänge der Strommess­ anordnung, P1, LF für die Anschlüsse der Reihenschaltung aus Leistungstransistor NTL und Anschlussleitung BL und MA1 für Strommessanordnung werden im folgenden beibehalten, unabhän­ gig davon, ob in der Strommessanordnung MA1 weitere Schal­ tungskomponenten vorhanden sind.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einem n-leitenden Feldeffekttransis­ tor NTL als Leistungstransistor, der in Reihe zu einer Last RL und die Anschlussleitung BL zwischen eine Anschlussklemme für ein erstes Versorgungspotential Vbb und ein Bezugspoten­ tial M geschaltet ist. Der Leistungstransistor NTL wirkt als Low-Side-Schalter, d. h. die Last RL ist zwischen das positive Versorgungspotential Vbb und den Drain-Anschluss D des Leis­ tungstransistors NTL, bzw. die Anschlussklemme LF geschaltet. Der Leistungstransistor wird ferner von einem Laststrom IL in der eingezeichneten Richtung durchflossen. Dieser Laststrom ist in Bezug auf die Drain-Source-Richtung positiv, das heißt das Potential an dem Drain-Anschluss D, bzw. der Anschluss­ klemme LF, ist größer als an dem Source-Anschluss S.

Die zweite Anschlussklemme P1 der Reihenschaltung aus Leis­ tungstransistor NTL und Anschlussleitung BL ist an das Be­ zugspotential M angeschlossen. Die Strommessanordnung MA1 weist neben der bereits zuvor erläuterten Reihenschaltung aus dem ersten Widertand RS und dem als Transistor T1 ausgebilde­ ten veränderlichen Widerstand und dem Operationsverstärker OP1 eine Stromspiegelanordnung auf, welche einen durch den ersten Widerstand RS fließenden Strom IRS auf einen Messstrom IM abbildet, wobei dieser Messstrom IM an einem Strommesswi­ derstand RM einen Spannungsabfall UM gegen Bezugspotential M hervorruft. Der als veränderlicher Widerstand dienende Tran­ sistor T1 ist als p-Kanal-Transistor ausgebildet, dessen Wi­ derstandswert über den Operationsverstärker OP1 so einge­ stellt wird, das der Spannungsabfall URS über dem ersten Widerstand RS annäherungsweise dem Spannungsabfall UBL über der Anschlussleitung BL entspricht. Der dritte Eingang P2 der Strommessanordnung MA1 ist an das positive Versorgungspoten­ tial Vbb angeschlossen, um über dem ersten Widerstand RS ei­ nen Spannungsabfall URS entsprechend dem Spannungsabfall UBL über der Anschlussleitung BL hervorzurufen.

Die Stromspiegelanordnung weist einen Transistor T3 auf, des­ sen Source-Anschluss S an den Source-Anschluss S des Transis­ tors T1 angeschlossen ist, dessen Gate-Anschluss G an den Ga­ te-Anschluss des Transistors T1 angeschlossen ist. Dem Tran­ sistor T3 ist ein weiterer Transistor T4 nachgeschaltet, der ebenfalls als p-Kanal-Transistor ausgebildet ist, und der durch einen Operationsverstärker OP4 angesteuert ist, dessen Plus-Eingang an den Drain-Anschluss D des Transistors T1 an­ geschlossen ist und dessen Minus-Eingang an den Drain- Anschluss des Transistors T3 angeschlossen ist. Der Ein­ schaltwiderstand des Transistors T4 wird über den Operations­ verstärker OP4 so eingestellt, dass die Drain-Potentiale der Transistoren T1, T3 übereinstimmen, so dass die beiden Tran­ sistoren T1, T3 im selben Arbeitspunkt betrieben werden. Ein den Transistor T3 durchfließender Strom IM entspricht bei i­ dentischen Transistoren T1, T3 dem Strom IRS durch den ersten Widerstand RS. Unterscheiden sich die Transistoren T1, T3 in ihren aktiven Transistorflächen - sind sie aber im übrigen identisch aufgebaut-, so ist der Strom IM proportional zu dem Strom IRS, wobei der Proportionalitätsfaktor dem Verhältnis der aktiven Transistorflächen zwischen dem Transistor T3 und dem Transistor T1 entspricht. Für die gegen Bezugspotential M abgreifbare Spannung UM, die ein Strommesssignal darstellt, gilt dann:

UM = RM.IM = RM.IRS = RM.(RBL/RS).IL,

wenn IRS = IM gilt. Bei unterschiedlichen aktiven Transistor­ flächen der Transistoren T1 und T3 ist in bekannter Weise ein zusätzlicher Proportionalitätsfaktor zu berücksichtigen.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 ermög­ licht somit die Bereitstellung eines von dem Laststrom IL ab­ hängigen Strommesssignals bei einem als Low-Side-Schalter eingesetzten Leistungstransistors NTL durch Auswertung der über dem Bonddraht BL anliegenden Spannung UBL, ohne dass ei­ ne negative Hilfsspannung erforderlich ist.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfin­ dungsgemäßen Schaltungsanordnung, bei welcher ein als Schal­ ter eingesetzter n-leitender Feldeffekttransistor in nicht näher dargestellter Weise mit einer Spannungsquelle und einer Last derart verschaltet ist, dass eine negative Spannung UL zwischen der Anschlussklemme LF und der Anschlussklemme P1 anliegt. An dem Drain-Anschluss D des Leistungstransistors NTL liegt somit ein Potential an, welches kleiner als das Po­ tential an dem Anschluss P1 ist, so dass der in Fig. 4 dar­ gestellte Laststrom IL bezogen auf die Drain-Source-Richtung ebenfalls negativ ist, das heißt entgegen der eingezeichneten Richtung fließt. Der Aufbau der Strommessanordnung MA1 ent­ spricht dem Aufbau der in Fig. 3 beschriebenen Strommessan­ ordnung MA1, wobei der als veränderlicher Widerstand einge­ setzte Transistor T1 und der zugehörige Stromspiegeltransis­ tor T3 und der Transistor T4 als n-Kanal-Transistoren ausge­ bildet sind. Der Messwidertand RM wird von einem Messstrom IM durchflossen, der in der oben erläuterten Weise von dem Last­ strom IL abhängig ist, wobei auch der Messstrom IM in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 negativ ist. Zur Bereit­ stellung eines gegen Bezugspotential M positiven Messstroms IM kann in allgemein bekannter Weise eine weitere Stromspie­ gelanordnung vorgesehen werden.

Die dritte Anschlussklemme P3 der Strommessanordnung MA1 ge­ mäß der Fig. 4, an welche die Source-Anschlüsse der Transis­ toren T1, T3 angeschlossen sind, ist an den Drain-Anschluss D des Leistungstransistors NTL angeschlossen, um die Source- Anschlüsse S der Transistoren T1, T3 auf das durch die Last R, L hervorgerufene negative Versorgungspotential zu legen.

Wird durch eine Last abhängig von deren Betriebszustand ein positiver oder ein negativer Laststrom durch den Leistungs­ transistor hervorgerufen, so können in nicht näher darge­ stellter Weise, die Strommessanordnungen nach den Fig. 2 und 3 gleichzeitig in der in diesen Figuren beschriebenen Weise an den Transistor und die Anschlussleitung angeschlos­ sen werden, um sowohl positive als auch negative Lastströme erfassen zu können.

So kann eine durch die Schaltungsanordnungen gemäß der Fig. 3 und 4 kombinierte Schaltungsanordnung beispielsweise als "intelligente Anschlussklemme" einer Fahrzeugbatterie verwendet werden, die je nachdem, ob die Batterie an eine Last zur Stromabgabe oder an eine Ladeschaltung zur Stromauf­ nahme angeschlossen und dementsprechend von einem positiven oder negativen Strom durchflossen ist.

Lastströme mit wechselnden Richtungen können beispielsweise beim Ansteuern induktiver Lasten mittels eines Transistors und einer zu dem Transistor parallelen Freilaufdiode auftre­ ten. Bei derartigen Anwendungen wird die induktive Last bei leitendem Transistor von einem Laststrom durchflossen, wobei nach dem Sperren des Transistors die Freilaufdiode einen durch die induktive Last induzierten entgegengesetzt zu dem Laststrom fließenden Strom übernimmt. Lastströme mit wech­ selnden Richtungen können beispielsweise auch bei Schaltern auftreten, die dazu ausgebildet sind, eine Last an Spannungen mit veränderlichem Vorzeichen anzuschließen. Ein solcher Schalter kann beispielsweise dazu dienen, eine Batterie, ins­ besondere eine Fahrzeugbatterie, wahlweise an einen Verbrau­ cher, der der Batterie Strom entnimmt, oder an ein Ladegerät, das der Batterie Strom zuführt, anzuschließen, wobei der je­ weils fließende Strom ermittelt werden soll.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfin­ dungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einem als n-leitenden Feldeffekttransistor NTL ausgebildeten Leistungsschalter, der als High-Side-Schalter eingesetzt ist, wobei der Drain- Anschluss D des Leistungstransistors NTL an das positive Ver­ sorgungspotential Vbb angeschlossen ist und wobei eine Last RL in Reihe zu der Anschlussleitung BL zwischen den zweiten Anschluss P1 und Bezugspotential M geschaltet ist.

Der Aufbau und die Funktionsweise der Strommessanordnung MA1 gemäß Fig. 5 entspricht dem Aufbau und der Funktionsweise der Strommessanordnung gemäß Fig. 3, wobei die Source- Anschlüsse der p-Kanal-Transistoren T1, T3 über die dritte Anschlussklemme P2 der Strommessanordnung MA1 an das positive Versorgungspotential Vbb angeschlossen sind.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfin­ dungsgemäßen Schaltungsanordnung, wobei bei dieser Schal­ tungsanordnung ein p-leitender Feldeffekttransistor PTL als Leistungsschalter eingesetzt ist, der in dem Ausführungsbei­ spiel gemäß Fig. 6 als High-Side-Schalter dient. Der Source- Anschluss S des Transistors PTL ist über die Anschlussleitung BL und die zweite Anschlussklemme P1 an das positive Versor­ gungspotential Vbb angeschlossen. An den Drain-Anschluss D bzw. den ersten Anschluss LF, der üblicherweise dem Leadframe eines Gehäuses entspricht, ist die Last RL angeschlossen, de­ ren andere Anschlussklemme an Bezugspotential M liegt.

Der in Reihe zu dem ersten Widerstand RS geschaltete verän­ derliche Widerstand T1 ist als p-leitender Feldeffekttransis­ tor ausgebildet, dessen Source-Anschluss S an den ersten Wi­ derstand RS angeschlossen ist und dessen Drain-Anschluss an die dritte Anschlussklemme P2 der Strommessanordnung MA1 an­ geschlossen ist. Zwischen diese dritte Anschlussklemme P3 und Bezugspotential M ist ein Strommesswiderstand RM geschaltet, über den ein Strommesssignal UM abgreifbar ist, welches pro­ portional zu den Strom IRS durch den ersten Widerstand RS, bzw. proportional zu dem Laststrom IL ist. Die über der An­ schlussleitung BL anliegende Spannung UBL und damit die über dem ersten Widerstand RS anliegende Spannung URS ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 positiv und der Laststrom IL, bzw. der Strom IRS durch den ersten Widerstand RS ist e­ benfalls positiv.

Fig. 7 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einem p-leitenden Feldeffekttransistor als Leistungsschalter, der in dem Ausführungsbeispiel als High-Side-Schalter dient, wobei bei dem Ausführungsbeispiel gemäß davon ausgegangen ist, dass die zwischen die erste Anschlussklemme LF und Be­ zugspotential geschaltete Last an der ersten Anschlussklemme LF ein Potential hervorruft, das größer ist als das positive Versorgungspotential Vbb, an welches die erste Anschlussklem­ me P1 der Reihenschaltung aus Leistungstransistor und An­ schlussleitung BL angeschlossen ist.

Die zweite Anschlussklemme P2 der Strommessanordnung MA1 ist in dem Ausführungsbeispiel an den Drain-Anschluss des Leis­ tungstransistors angeschlossen. Der Laststrom IL fließt ent­ gegen der in der Fig. 7 eingezeichneten Richtung, wobei der Laststrom bei angesteuertem Transistor PTL über die Source- Drain-Strecke des Leistungstransistors PTL und sonst über die Freilaufdiode DF fließt. Der Strom durch den ersten Wider­ stand RS fließt ebenfalls entgegen der in Fig. 7 eingezeich­ neten Richtung, wobei der erste Transistor T1, der als verän­ derlicher Widerstand dient, als p-leitender Transistor ausge­ bildet ist, dessen Drain-Anschluss D an den ersten Widerstand RS angeschlossen ist und dessen Source-Anschluss S an die dritte Anschlussklemme P3 der Strommessanordnung angeschlos­ sen ist. Eine Stromspiegelanordnung mit einem Transistor T3, einem als veränderlicher Widerstand dienender Transistor T4 und einem Operationsverstärker OP4 bilden diesen negativen Strom IRS durch den ersten Widerstand RS auf einen bezogen auf Bezugspotential M positiven Messstrom IM ab. Der Gate- Anschluss des dritten Transistors T3 ist dazu an den Gate- Anschluss des ersten Transistors T1 angeschlossen, und der Source-Anschluss des Transistors T3 ist an den Source- Anschluss des ersten Transistors T1 angeschlossen. Der Tran­ sistor T4 ist durch einen Operationsverstärker OP4 angesteu­ ert, dessen Plus-Eingang an den Drain-Anschluss des Transis­ tors T1 angeschlossen ist und dessen Minus-Eingang an den Drain-Anschluss D des Transistors T3 angeschlossen ist. Der Transistor T4 stellt das Drain-Potential des Transistors T3 so ein, dass dieses Drain-Potential mit dem Drain-Potential des Transistors T1 übereinstimmt, so dass die Transistoren T1 und T3 in den selben Arbeitspunkten betrieben werden, so dass der Messstrom IM dem Betrag des Stromes IRS durch den ersten Widerstand RS entspricht, bzw. dass der Messstrom IM über das Flächenverhältnis der beiden Transistoren T1, T3 zu dem Strom IRS durch den ersten Widerstand RS bzw. dem Laststrom IL in Beziehung steht.

Fig. 8 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem als Leis­ tungstransistor Leistungs-Halbleiterbauelement, wobei der Leistungstransistor in Reihe zu einer Anschlussleitung BL ge­ schaltet ist und wobei eine Strommessanordnung MA2 vorgesehen ist, die gemäß einem zweiten Funktionsprinzip funktioniert. Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Drain-Source-Strecke des Transistors TL in Reihe zu einer An­ schlussleitung BL geschaltet, wobei diese Reihenschaltung zwischen einer ersten Klemme LF, an die der Drain-Anschluss D des Leistungstransistors NTL angeschlossen ist und einer zweiten Klemme P2, an welche ein Anschluss der Anschlusslei­ tung BL angeschlossen ist, verschaltet ist.

Die Strommessanordnung MA2 weist einen Messtransistor NTS auf, der vom selben Leitungstyps wie der Leistungstransistor NTL ist, wobei der Drain-Anschluss D des Messtransistors NTS über eine Anschlussklemme K5 der Strommessanordnung MA2 an den Drain-Anschluss D des Leistungstransistors NTL ange­ schlossen ist. Der Gate-Anschluss G des Messtransistors NTS ist an den Gate-Anschluss des Lasttransistors NTL angeschlos­ sen.

Vorzugsweise sind der Leistungstransistor NTL und der Mess­ transistor NTS in einem gemeinsamen Halbleiterkörper integ­ riert. Man macht sich hierbei zu Nutze, dass Leistungstran­ sistoren üblicherweise aus einer Vielzahl gleichartig aufge­ bauter Transistorzellen bestehen, wobei in dem Messtransistor NTS eine oder einige dieser Transistorzellen genutzt werden, deren Source-Anschlüsse nicht mit den Source-Anschlüssen der übrigen Transistorzellen verbunden sind.

Die Strommessanordnung MA2 weist weiterhin einen veränderli­ chen Widerstand auf, der in dem Ausführungsbeispiel als Tran­ sistor T2 ausgebildet und in Reihe zu dem Messtransistor NTS geschaltet ist. Dieser Transistor T2 ist durch einen Operati­ onsverstärker OP2 angesteuert, dessen Plus-Eingang über eine Anschlussklemme K4 an den Source-Anschluss S des Leistungs­ transistors NTL angeschlossen ist und dessen Minus-Eingang an einen dem Strommesstransistor NTS und dem veränderlichen Wi­ derstand T2 gemeinsamen Knoten angeschlossen ist. Der Opera­ tionsverstärker OP2 stellt den Einschaltwiderstand des Tran­ sistors T2 so ein, dass die Source-Potentiale des Lasttran­ sistors NTL und des Messtransistors NTS übereinstimmen. Diese beiden Transistoren werden dann im selben Arbeitspunkt be­ trieben, wobei die Drain-Source-Spannung UDSL des Leistungs­ transistors NTL der Drain-Source-Spannung UDSS des Messtran­ sistors NTS entspricht. Ein den Messtransistor NTS durchflie­ ßender Source-Strom ITS ist dann proportional zu einem den Leistungstransistor NTL durchfließenden Laststrom IL, wobei der Proportionalitätsfaktor dem Verhältnis zwischen der akti­ ven Transistorfläche des Lasttransistors NTL und der aktiven Transistorfläche des Leistungstransistors NTS entspricht.

Das Funktionsprinzip der Messanordnung MA2 beruht darauf, den Messtransistor NTS im selben Arbeitspunkt wie den Lasttran­ sistor zu betreiben, wobei der Spannungsabfall über dem Bonddraht BL zur Einstellung des Source-Potentials des Messtran­ sistors NTS dient.

Fig. 9 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem als Low- Side-Schalter dienenden n-leitenden Leistungstransistor NTL, wobei der Drain-Anschluss des Leistungstransistors NTL an ei­ ne Last RL und der dem Leistungstransistor NTL abgewandte An­ schluss der Last RL an das positive Versorgungspotential Vbb angeschlossen ist. Der zweite Anschluss P1 der Reihenschal­ tung aus Last, Leistungstransistor NTL und Anschlussleitung BL ist an Bezugspotential M angeschlossen. Der als veränder­ licher Widerstand dienende Transistor T2, der durch den Ope­ rationsverstärker OP2 angesteuert ist, ist in dem Ausfüh­ rungsbeispiel als n-leitender Transistor ausgebildet, dessen Drain-Anschluss D an den Source-Anschluss S des Messtransis­ tors NTS angeschlossen ist und dessen Source-Anschluss an die dritte Anschlussklemme P3 der Strommessanordnung MA2 ange­ schlossen ist. Die dritte Anschlussklemme P3 ist in dem Aus­ führungsbeispiel über eine zweite Anschlussleitung BS2, ins­ besondere einen Bonddraht, an Bezugspotential M angeschlos­ sen. Die Anordnung aus Operationsverstärker OP2 und Transis­ tor T2 stellt das Source-Potential S des Messtransistors NTS so ein, dass es dem Source-Potential des Leistungstransistors NTL entspricht. Der den Messtransistor durchfließende Source- Strom ITS ist dann proportional zu dem Laststrom IL. Der Messstrom ITS ist üblicherweise wesentlich kleiner als der Laststrom IL, so dass die über der zweiten Anschlussleitung BS2 anliegende Spannung UBS2 wesentlich kleiner als die Span­ nung UBL über der Anschlussleitung BL ist. Die Differenz aus der Spannung UBL und der Spannung UBS2 fällt als Drain- Source-Spannung des Transistors T2 an und dient dazu, das Source-Potential des Messtransistors NTS auf das Source- Potential des Transistors NTL einzustellen. Der Messstrom ITS ist mittels einer in der Fig. 9 nicht explizit dargestell­ ten, einem Fachmann jedoch allgemein bekannten Stromspiegel­ anordnung abgreifbar und in eine auf Bezugspotential M bezo­ gene Spannung, die als Strommesssignal dient, umsetzbar, wie dies anhand der beiden folgenden Ausführungsbeispiele in den Fig. 11 und 12 erläutert ist.

Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfin­ dungsgemäßen Schaltungsanordnung, bei welcher ein n-leitender Feldeffekttransistor NTL als High-Side-Schalter dient. Der Drain-Anschluss D des Feldeffekttransistors ist an den ersten Anschluss LF bzw. an das positive Versorgungspotential Vbb angeschlossen. Der zweite Anschluss P1 der Reihenschaltung aus Leistungstransistor NTL und Anschlussleitung BL ist an eine Last RL angeschlossen, deren der Anschlussleitung BL ab­ gewandter Anschluss an Bezugspotential M liegt. Die dritte Anschlussklemme P3 der Strommessanordnung MA2 ist in dem Aus­ führungsbeispiel über eine zweite Anschlussleitung BS2 an die zweite Anschlussklemme P1 angeschlossen, die beispielsweise ein Anschlusspin eines Gehäuses ist, in welchem der Leis­ tungstransistor NTL und die Strommessanordnung MA2 integriert sind. Der Leistungstransistor NTL und die Strommessanordnung MA2 sind dabei üblicherweise in einem gemeinsamen Halbleiter­ körper integriert.

Der als veränderlicher Widerstand dienende Transistor T2, der in Reihe zu dem Messtransistor NTS geschaltet ist, ist in dem Ausführungsbeispiel als p-leitender Feldeffekttransistor aus­ gebildet, dessen Drain-Anschluss an den Source-Anschluss S des Messtransistors NTS angeschlossen ist und dessen Source- Anschluss an die dritte Anschlussklemme P3 angeschlossen ist.

Eine Stromspiegelanordnung mit einem Transistor T5, einem Transistor T6 und einem Operationsverstärker OP6 dient zur Umsetzung des Messstromes ITS durch den Messtransistor NTS in einen gegen Bezugspotential M positiven Messstrom IM. Die Stromspiegelanordnung weist einen p-leitenden Transistor T5 auf, dessen Gate an das Gate des Transistors T2 und dessen Source an das Source des Transistors T2 angeschlossen ist. In Reihe zu den Transistor T5 ist ein Transistor T6 geschaltet, der durch einen Operationsverstärker OP6 angesteuert ist, wobei der Operationsverstärker OP6 den Transistor T6 so ansteu­ ert, dass das Source-Potential des Transistors T5 dem Source- Potential des Transistors T2 entspricht. Die Transistoren T2, T5 werden dann im selben Arbeitspunkt betrieben, wobei der Messstrom IM über das Flächenverhältnis der beiden Transisto­ ren T2, T5 in Beziehung zu dem Messstrom ITS durch den Mess­ transistor NTS steht. Die Strommessanordnung gemäß Fig. 10 ist dazu ausgebildet, einen negativen Laststrom IL zu erfas­ sen, d. h. einen Laststrom, der entgegen der in Fig. 10 ein­ gezeichneten Richtung fließt. Ein solcher Laststrom entsteht, wenn das Potential an der Anschlussklemme P1 größer ist als das Versorgungspotential Vbb an der Anschlussklemme LF.

Fig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanord­ nung mit einem p-leitenden Transistor, der als High-Side- Schalter eingesetzt ist. Der Source-Anschluss S des Transis­ tors PTL ist über die Anschlussleitung BL an das positive Versorgungspotential Vbb angeschlossen. Zwischen den Drain- Anschluss D des Leistungstransistors PTL und Bezugspotential M ist die Last RL geschaltet. Die dritte Anschlussklemme P3 der Strommessanordnung MA2 ist über die zweite Anschlusslei­ tung BS2 an das positive Versorgungspotential Vbb angeschlos­ sen. Der als veränderliche Widerstand dienende Transistor T2 ist in dem Ausführungsbeispiel als p-Kanal-Transistor ausge­ bildet, dessen Source-Anschluss über die Anschlussleitung BS2 an Versorgungspotential Vbb liegt und dessen Drain-Anschluss D an den Drain-Anschluss D des Messtransistors PTS, der eben­ falls als p-leitender Transistor ausgebildet ist, angeschlos­ sen ist. Liegt an der Anschlussklemme P1 ein Potential an, welches größer ist als das Potential an der Anschlussklemme LF, so wird der Leistungstransistor PTL von einem Laststrom IL durchflossen, der in der in Fig. 12 eingezeichneten Rich­ tung fließt. Der Messtransistor PTS wird im selben Arbeits­ punkt wie der Lasttransistor PTL betrieben, der durch den Messtransistor PTS fließende Messstrom fließt in der in Fig. 12 eingezeichneten Richtung. Eine Stromspiegelanordnung mit einem Transistor T5, einem Transistor T6 und einem Operationsverstärker OP6 setzt diesen Messstrom ITS in einen gegen Bezugspotential M positiven Messstrom IM um, der in einem den Transistoren T5, T6 nachgeschalteten Messwiderstand RM einen positiven Spannungsabfall UM gegen Bezugspotential M hervor­ ruft, wobei dieser Spannungsabfall UM proportional zu dem Messstrom ITS durch den Transistor PTS, bzw. proportional zu dem Laststrom IL ist.

Das den erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen zugrundelie­ gende Konzept besteht darin, den durch einen Laststrom an ei­ ner Anschlussleitung, üblicherweise einem Bonddraht, hervor­ gerufenen Spannungsabfall UBL entweder mittels eines Messwi­ derstandes in einer Strommessanordnung zu erfassen, und ein geeignetes Strommesssignal zur Verfügung zu stellen oder den Spannungsabfall über der Anschlussleitung dazu zu verwenden, einen Messtransistor auf denselben Arbeitspunkt wie den Last­ transistor einzustellen. Weitere externe Versorgungspotentia­ le sind hierzu nicht erforderlich.

Bezugszeichenliste

BL Anschlussleitung
BS Anschlussleitung
D Drain
DF Freilaufdiode
G Gate
IL Laststrom
K1, K2 Anschlüsse der Strommessanordnung
K4, K5 Anschlussklemmen der Strommessanord­ nung
L Induktivität
LF, P1, P2, Anschlussklemmen
M Bezugspotential
MA1 Strommessanordnung
MA2 Strommessanordnung
OP1, OP2, OP4, OP6 Operationsverstärker
R Widerstand
RBL Widerstand
RM Widerstand
RS Widerstand
S Source
T1, T2, T3, T4, T5, T6 Transistoren
UM Spannung
UL Lastspannung
URS, UBS Spannungen
Vbb Versorgungspotential

Claims (18)

1. Schaltungsanordnung, die folgende Merkmale aufweist:

• - ein Leistungs-Halbleiterbauelement (NTL; PTL) mit einem ersten und zweiten Lastanschluss (D, S),
• - eine Anschlussleitung (BL), die zwischen einen der Lastan­ schlüsse (S) und eine Last (RL; R, L) oder eine Klemme für ein Versorgungspotential (Vbb; M) geschaltet ist,
• - eine Messanordnung (MA1) mit einer ersten und zweiten Ein­ gangsklemme (K1, K2), wobei die erste Eingangsklemme (K1) an einen Knoten angeschlossen ist, der dem einem der Lastan­ schlüsse (S) des Leistungs-Halbleiterbauelement (NTL; PTL) und der Anschlussleitung (BL) gemeinsam ist und wobei die zweite Anschlussklemme (K2) an einen dem Leistungs- Halbleiterbauelement (NTL; PTL) abgewandten Knoten der An­ schlussleitung (BL) angeschlossen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die Strom­ messanordnung eine dritte Anschlussklemme (P2) aufweist, der ein zweites Versorgungspotential zugeführt ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Messanordnung (MA1) eine Reihenschaltung eines ersten Wider­ standes (RS), dessen Widerstandswert in einem bekannten Ver­ hältnis zu dem Widerstandswert der Anschlussleitung (BL) steht, und eines zweiten veränderlichen Widerstandes (T1) aufweist, wobei die Reihenschaltung zwischen das zweite Ver­ sorgungspotential und die zweite Anschlussklemme (K2) ge­ schaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 oder 2, bei der der veränderliche (T1) Widerstand abhängig von einer Potentialdifferenz zwischen der ersten Eingangs­ klemme (K1) und einem dem ersten Widerstand (RS) und dem veränderlichen zweiten Widerstand (T1) gemeinsamen Knoten einge­ stellt ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, bei der eine zweite Anschlussleitung (BS) in Reihe zu dem ersten Widerstand (RS) geschaltet ist, wobei der Wider­ standswert der zweiten Anschlussleitung (BS) geringer als der Widerstandswert des ersten Widerstandes ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, bei der der veränderliche Widerstand (T1) ein Transistor ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, die einen Operations­ verstärker (OP1) mit einem ersten und zweiten Eingang und ei­ nem Ausgang aufweist, wobei der erste Eingang an die erste Eingangsklemme (K1) angeschlossen ist, wobei der zweite Ein­ gang an den dem ersten und zweiten Widerstand (RS, T1) ge­ meinsamen Knoten angeschlossen ist und wobei der Ausgang an einen Steueranschluss (G) des zweiten Widerstandes (T1) ange­ schlossen ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, bei der die Strommessanordnung (MA1) eine Stromspiegel­ anordnung aufweist, die ein von dem Strom (IRS) durch den ersten Widerstand (RS) abhängiges Strommesssignal (UM) zur Verfügung stellt.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, bei der das Strom­ messsignal (UM) auf ein Bezugspotential (M) bezogen ist.

10. Schaltungsanordnung, die folgende Merkmale aufweist:

• - einen Leistungsschalter (NTL; PTL) mit einem Steueran­ schluss (G) und einem ersten und zweiten Lastanschluss (D, S),
• - eine Anschlussleitung (BL), die zwischen einen der Lastan­ schlüsse (S) und eine Last (RL; R, L) oder eine Klemme für ein Versorgungspotential (Vbb; M) geschaltet ist,
• - eine Strommessanordnung (MA2) mit einer ersten, zweiten und dritten Eingangsklemme (K4, K5, K6), wobei die erste Ein­ gangsklemme (K4) an einen Knoten angeschlossen ist, der dem einen der Lastanschlüsse (S) des Leistungsschalters (NTL; PTL) und der Anschlussleitung (BL) gemeinsam ist, wobei die zweite Anschlussklemme (K4) an den anderen Lastanschluss (D) des Leistungsschalters (NTL; PTL) angeschlossen ist, und wo­ bei der dritten Anschlussklemme (K6) ein zweites Versorgungs­ potential zugeführt ist.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, bei der der Leis­ tungsschalter (NTL, PTL) als Transistor ausgebildet ist und bei der eine Reihenschaltung eines Messtransistors (NTS, PTS) und eines veränderlichen Widerstandes (T2) zwischen die erste und dritte Anschlussklemme (K4, K6) der Strommessanordnung (MA2) geschaltet ist.

12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei der ein Widerstandswert des veränderlichen Widerstands (T2) abhängig von einer Potentialdifferenz zwischen der ers­ ten Anschlussklemme (K4) und einem dem Messtransistor (NTS, PTS) und dem veränderlichen Widerstand (T2) gemeinsamen Kno­ ten eingestellt ist.

13. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, die einen Operationsverstärker (OP2) mit einem ersten und zweiten Eingang und einem Ausgang aufweist, wobei der erste Eingang an die erste Anschlussklemme (K4) angeschlossen ist, wobei der zweite Eingang an den dem Messtransistor (NTS, PTS) und dem veränderlichen Widerstand (T2) gemeinsamen Knoten an­ geschlossen ist und wobei der Ausgang an einen Steueran­ schluss (G) des veränderlichen Widerstandes (T2) angeschlos­ sen ist.

14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei der der veränderliche Widerstand (T2) ein Transistor ist.

15. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei der die Strommessanordnung (MA2) eine Stromspiegelanord­ nung aufweist, die ein von einem Strom (ITS) durch den Mess­ transistor (NTS, PTS) abhängiges Messsignal (UM) zur Verfü­ gung stellt.

16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15, bei der das Mess­ signal (UM) auf ein Bezugspotential (M) bezogen ist.

17. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, bei der das Leistungs-Halbleiterbauelement (NTL; PTL) als Leistungstransistor (NTL; PTL) mit paralleler Diode (DF) oder als Diode ausgebildet ist.

18. Verfahren zur Ermittlung des Stromes (IL) durch ein Leistungs-Halbleiterbauelement (NTL; PTL), das in Reihe zu einer Anschlussleitung (BL) geschaltet ist, wobei zur Ermitt­ lung des Stromes (IL) die Spannung über der Anschlussleitung (UBL) ausgewertet wird.