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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung mit einem
Unterspannungsdetektor.
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Es
ist hinlänglich
bekannt, in integrierten Schaltungen Unterspannungsdetektoren vorzusehen,
die dazu dienen ein Absinken einer der integrierten Schaltung zugeführten Versorgungsspannung
zu erkennen, um die Schaltung gegebenenfalls abzuschalten oder in
einen vorgegebenen "sicheren" Zustand zu überführen.
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Eine
integrierte Schaltung mit Anschlussklemmen 11, 12 zum
Anlegen einer Versorgungsspannung und einem in der integrierten
Schaltung zwischen die Versorgungsspannungsklemmen geschalteten
Unterspannungsdetektor 20 ist in 1 schematisch dargestellt. Über die
Anschlussklemmen 11, 12 werden in der integrierten
Schaltung 1 vorhandene weitere Schaltungskomponenten, die
in 1 schematisch als
Schaltungsblock 30 dargestellt sind, versorgt. Der Unterspannungsdetektor 20 ist
dazu ausgebildet, die zwischen den Anschlussklemmen 11, 12 anliegende
Versorgungsspannung V1 zu überwachen
und bei Detektion einer Unterspannung, d.h. bei Absinken dieser
Spannung unter einen vorgegebenen Wert, die anderen Schaltungskomponenten 30 beispielsweise
abzuschalten.
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Zum
Schutz vor kurzfristigen, beispielsweise durch elektrostatische
Entladungen hervorgerufene, Spannungsspitzen einer Versorgungsspannung
V+ ist es bekannt, integrierte Schaltungen nicht unmittelbar sondern über einen
Vorwiderstand an Klemmen einer Versorgungsspannungsquelle anzuschließen. Ein
solcher Vorwiderstand ist bei der Schaltung gemäß 1 mit dem Bezugszeichen R bezeichnet und
zwischen eine der Anschlussklemmen und einen Knoten, an dem die
Versorgungsspannung V+ gegen ein Bezugspotential GND anliegt, geschaltet.
In Verbindung mit einem parallel zu der integrierten Schaltung 1 geschalteten
Schutzkondensator C verhindert dieser Vorwiderstand R bei kurzfristigen
Spannungsschwankungen, dass die effektive Versorgungsspannung V1
der Schaltung, unbedingt durch die Spannungsspitze der Versorgungsspannung
ansteigt.
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Bei
Betriebszuständen
der Schaltung 1, bei denen kurzfristig ein erhöhter Versorgungsstrom
I1 in die Schaltung fließt,
kann dieser Vorwiderstand R allerdings zu einem Absinken der effektiven
Versorgungsspannung V1 bis auf einen Wert führen, bei dem der Unterspannungsdetektor 20 anspricht.
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Um
dies zu vermeiden, kann der Unterspannungsdetektor 20 so
ausgeführt
sein, dass er bei einem Absinken der effektiven Versorgungsspannung V1
unter einen vorgegebenen Schwellenwert erst zeitverzögert reagiert.
Diese Verzögerung
bewirkt allerdings auch, dass auf ein Absinken der effektiven Versorgungsspannung
V1, das aus einer Störung
in der Spannungsversorgung resultiert, erst zeitverzögert reagiert
wird.
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine integrierte Schaltung
mit einem Unterspannungsdetektor zur Verfügung zu stellen, der in der Lage
ist auf ein störungsbedingtes
Absinken einer an Anschlussklemmen der integrierten Schaltung anliegenden
Versorgungsspannung rasch zu reagieren.
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Dieses
Ziel wird durch eine Schaltung nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
umfasst Anschlussklemmen zum Anlegen einer Versorgungsspannung,
einen zwischen die Anschlussklemmen geschalteten Unterspannungsdetektor,
der ein Detektorsignal erzeugt, sowie wenigstens eine zwischen die
Anschlussklemmen geschaltete Verbraucher-Schaltungseinheit, die
wenigstens einen ersten Betriebszustand mit einer ersten Stromaufnahme
oder einen zweiten Betriebszustand mit einer gegenüber dem
ersten Betriebszustand erhöhten zweiten
Stromaufnahme annimmt. Der Unterspannungsdetektor ist dazu ausgebildet,
abhängig
von dem Betriebszustand der wenigstens einen Schaltungseinheit die
Versorgungsspannung mit einem ersten Referenzwert oder einem zweiten
Referenzwert, der kleiner als der erste Referenzwert ist, zur Erzeugung
des Detektorsignals zu vergleichen.
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Das
Detektorsignal ist vorzugsweise ein zweiwertiges Signal, dessen
Signalpegel ein Absinken der Versorgungsspannung unter den jeweiligen Referenzwert
anzeigt. Ein solches Absinken der Versorgungsspannung unter den
jeweiligen Referenzwert wird nachfolgend als Fehlerzustand bezeichnet.
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Wird
bei dieser Schaltungsanordnung anhand des Betriebszustandes der
wenigstens einen, als Verbraucher vorhandenen Schaltungseinheit
erkannt, dass eine erhöhte
Stromaufnahme vorliegt, so wird die zwischen den Anschlussklemmen
anliegende Versorgungsspannung mit dem kleineren zweiten Referenzwert
verglichen. Hierdurch wird die Schwelle, bei der auf das Vorliegen
einer zu geringen Versorgungsspannung, und damit das Vorliegen eines Fehlerzustandes,
entschieden wird, abgesenkt. Ein Absinken der Versorgungsspannung,
das durch einen Spannungsabfall an einem eventuell vorhandenen Vorwiderstand
bei einer erhöhten
Stromaufnahme der Schaltungseinheit hervorgerufen wird, wird somit
erst dann als fehlerhaft angesehen und durch das Detektorsignal
angezeigt, wenn die Versorgungsspannung unter den kleineren zweiten
Referenzwert absinkt. Der zweite Referenzwert kann dabei so auf
die maximale Stromaufnahme des Verbrauchers, den zulässigen Minimalwert
einer (über den
Vorwiderstand) angelegten Versorgungsspannung und den Wert eines üblicherweise
verwendeten Vorwiderstandes angepasst werden, dass die effektiv zwischen
den Anschlussklemmen anliegende Versorgungsspannung nicht unter
diesen zweiten Referenzwert absinkt, sofern kein Fehler vorliegt
und sofern die von außen
angelegte Versorgungsspannung nicht unter ihren zulässigen Minimalwert
absinkt.
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Die
Detektion des Betriebszustandes der Verbraucher-Schaltungseinheit kann auf verschiedene
Weise erfolgen.
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Ist
in der integrierten Schaltungsanordnung beispielsweise ein die Verbraucher-Schaltungseinheit
ansteuerndes Ansteuersignal vorhanden, das eine Information über den
Betriebszustand dieser Schaltungseinheit oder über einen bevorstehenden Wechsel
des Betriebszustandes enthält,
so kann dieses Ansteuersignal in dem Unterspannungsdetektor zur
Umschaltung der Vergleichsschwelle verwendet werden. Das Ansteuersignal
wird in diesem Fall als Vorhersagesignal für einen bevorstehenden Wechsel des
Betriebszustandes und damit einen bevorstehenden Einbruch der Versorgungsspannung
verwendet.
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Ein
Beispiel für
eine Schaltungseinheit, die nach Maßgabe eines Ansteuersignals
von einem ersten Betriebszustand mit einer niedrigeren Stromaufnahme
zu einem zweiten Betriebszustand mit einer erhöhten Stromaufnahme wechselt,
ist eine Schaltungseinheit mit einem Leistungs-MOSFET und einer zugehörigen Treiberschaltung.
Bei einer derartigen Schaltung ändert
der MOSFET nach Maßgabe
eines Ansteuersignals angesteuert durch die Treiberschaltung seinen
Schaltzustand. Diese Änderung
des Schaltzustands erfordert üblicherweise
eine zeitweise erhöhte
Stromaufnahme der Treiberschaltung bis die Gate-Kapazität des MOSFET
entsprechend umgeladen ist.
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Die
Verbraucher-Schaltungseinheit kann auch eine durch das Ansteuersignal
angesteuerte Messschaltung aufweisen, die nach Maßgabe des Ansteuersignals
eine Messroutine startet, die eine erhöhte Stromaufnahme erfordert.
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Sofern
in der integrierten Schaltungsanordnung kein geeignetes Ansteuersignal
vorhanden ist, dem eine Information über den Betriebszustand der Verbraucher-Schaltungseinheit
entnommen werden kann, ist bei einer weiteren Ausführungsform
ein an diese Schaltungseinheit gekoppelter Betriebszustandsdetek tor
vorgesehen, der ein von dem Betriebszustand abhängiges Betriebszustandssignal
erzeugt, das dem Unterspannungsdetektor zugeführt ist. Zur Erzeugung dieses
Betriebszustandssignals kann der ßetriebszustandsdetektor beispielsweise den
in die Verbraucher-Schaltungseinheit fließenden Strom ermitteln.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
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1 zeigt
schematisch eine integrierte Schaltungsanordnung mit einem Unterspannungsdetektor
nach dem Stand der Technik.
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2 zeigt
eine erfindungsgemäße integrierte
Schaltungsanordnung mit einer Verbraucher-Schaltungseinheit und
einem Unterspannungsdetektor, der abhängig von einem Betriebszustand der
Schaltungseinheit eine Versorgungsspannung unter Verwendung eines
ersten oder eines zweiten Referenzwertes bewertet.
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3 zeigt
ein Realisierungsbeispiel für
eine Spannungsquellenanordnung zur Erzeugung einer ersten und zweiten
Referenzspannung.
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4 zeigt
eine erfindungsgemäße integrierte
Schaltungsanordnung mit einer einen Leistungs-MOSFET aufweisenden
Verbraucher-Schaltungseinheit, bei der ein Betriebszustandssignal
aus einem Ansteuersignal der Schaltungseinheit erzeugt wird.
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5 zeigt beispielhaft zeitliche Verläufe ausgewählter Signale
in der Schaltungsanordnung nach 4.
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6 zeigt
ein Realisierungsbeispiel für
ein Zeitglied des Unterspannungsdetektors gemäß 5.
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7 zeigt
eine erfindungsgemäße integrierte
Schaltungsanordnung mit einem an die Verbraucher-Schaltungseinheit
gekoppelten Betriebszustandsdetektor, der ein Betriebszustandssignal
unter Auswertung einer Stromaufnahme der Verbraucher-Schaltungseinheit
erzeugt.
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8 zeigt
eine Abwandlung des Unterspannungsdetektors gemäß 4.
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In
den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen
gleiche Bauelemente und Signale mit gleicher Bedeutung.
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen integrierten
Schaltungsanordnung 1. Diese Schaltungsanordnung ist in
nicht näher
dargestellter Weise in einem Halbleiterchip integriert und von außen über Anschlussklemmen
kontaktierbar.
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Die
Schaltungsanordnung weist Versorgungsspannungsklemmen 11, 12 auf,
zwischen denen eine Versorgungsspannung anlegbar ist. Mit V1 ist
in 2 eine effektiv zwischen diesen Anschlussklemmen 11, 12 anliegende
Versorgungsspannung für
die integrierte Schaltungsanordnung bezeichnet. Diese effektive
Versorgungsspannung V1 resultiert aus einer in dem Beispiel gegen
Bezugspotential GND anliegenden Versorgungsspannung V+, die über einen
Vorwiderstand R an die Versorgungsspannungsklemmen 11, 12 angelegt
ist. Eine erste Versorgungsspannungsklemme 11 ist hierzu über den
Vorwiderstand R an ein positives Versorgungspotential V+ und die
zweite Versorgungsspannungsklemme 12 ist an Bezugspotential
GND angeschlossen. In der integrierten Schaltungsanordnung 1 ist
ein Unterspannungsdetektor 2 zwischen die Versorgungsspannungsklemmen 11, 12 geschaltet,
der dazu ausgebildet ist, eine Unterspannung das heißt eine
zu kleine effektive Versorgungsspannung V1, zu detektieren und ein
Detektorsignal S zur Verfügung zu
stellen. Das Detektorsignal S2 nimmt abhängig davon, ob eine Unterspannung
detektiert wird, einen ersten oder einen zweiten Signalpegel an.
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Die
effektive Versorgungsspannung V1 speist eine Verbraucher-Schaltungseinheit 3,
die in 2 lediglich schematisch als Schaltungsblock dargestellt
ist. Diese Schaltungseinheit, die nachfolgend als Verbraucher-Schaltungseinheit
bezeichnet ist, kann wenigstens zwei unterschiedliche Betriebszustände annehmen:
einen ersten Betriebszustand mit einer ersten Stromaufnahme und
einen zweiten Betriebszustand mit einer gegenüber dem ersten Betriebszustand
erhöhten
zweiten Stromaufnahme. Die Stromaufnahme entspricht dem Eingangsstrom
I3 den die Schaltungseinheit 3 über die Versorgungsspannungsklemmen 11, 12 aufnimmt.
In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass unter "erster Stromaufnahme" und "zweiter Stromaufnahme" nicht notwendigerweise
konstante Stromaufnahmen zu verstehen sind, sondern, dass sie darunter
auch Bereiche verstanden werden können, innerhalb derer der Eingangsstrom
variieren kann.
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Der
Unterspannungsdetektor 2 ist dazu ausgebildet, abhängig von
dem Betriebszustand der Schaltungseinheit 3 die zwischen
den Versorgungsspannungsklemmen 11, 12 anliegende
effektive Versorgungsspannung V1 entweder mit einer ersten Referenzspannung
Vref1 oder einer zweiten Referenzspannung Vref2 zur Erzeugung des
Detektorsignals S2 zu vergleichen. Dieses Detektorsignal S2 ist
in dem Ausführungsbeispiel
der Schaltungseinheit 3 zugeführt, um die Schaltungseinheit 3 abzuschalten, wenn
der Unterspannungsdetektor eine Unterspannung zwischen den Anschlussklemmen 11, 12 detektiert.
Der Pegel, den das Detektorsignal S2 bei Detektion einer solchen
Unterspannung annimmt, wird nachfolgend als Fehlerpegel bezeichnet.
Dieser Fehlerpegel ist von der schaltungstechnischen Realisierung
abhängig
und entspricht bei der Schaltung gemäß 2 einem
High-Pegel des Detektorsignals S2. Das Detektorsignal S2 kann alternativ
oder zusätzlich
auch nach außen geführt werden,
was in 2 gestrichelt dargestellt ist, um es weiteren
(nicht dargestellten) Schaltungsanordnungen zuzuführen.
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Der
dargestellte Unterspannungsdetektor vergleicht die effektive Versorgungsspannung
V1 während
des ersten Betriebszustandes der Schaltungseinheit 3 mit
einem ersten Referenzwert Vref1 und während eines zweiten Betriebszustandes,
bei dem die Schaltungseinheit 2 eine erhöhte Stromaufnahme
besitzt, mit einem kleineren Referenzwert Vref2. Während des
ersten Betriebszustandes genügt
somit ein Absinken der Versorgungsspannung V1 unter den ersten Referenzwert
Vref1 um einen Fehlerpegel des Detektorsignals S2 zu erzeugen, wohin
gegen während
des zweiten Betriebszustandes die effektive Versorgungsspannung
V1 unter den kleineren Referenzwert Vref2 absinken muss, um einen
Fehlerpegel des Detektorsignals S2 zu erzeugen. Erhöht sich
die Stromaufnahme I3 der Schaltungseinheit 3 so erhöht sich
der Spannungsabfall an dem Vorwiderstand R und die effektive Versorgungsspannung
V1 sinkt. Da bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung während des
zweiten Betriebszustandes, bei dem die Schaltungseinheit 3 eine
erhöhte
Stromaufnahme besitzt, die Vergleichsschwelle für die Erzeugung eines Fehlerpegels
des Detektorsignals S2 herabgesetzt ist, führt die erhöhte Stromaufnahme während dieses
zweiten Betriebszustandes nicht fälschlicherweise zu einem Fehlerpegel
des Detektorsignals 52.
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Bezugnehmend
auf 2 weist der Unterspannungsdetektor 2 mit
der erläuteten
Funktionalität
einen Komparator 21 auf, dessen einem Eingang, in dem Beispiel
dem Minus-Eingang, die effektive Versorgungsspanne V1 zugeführt ist,
und dessen anderem Eingang, in dem Beispiel dem Plus-Eingang, über eine
Schalteranordnung 22 entweder die von einer ersten Referenzspannungsquelle 23 bereitgestellte
erste Referenzspannung Vref1 oder die von einer zweiten Referenzspannungsquelle 24 bereitgestellte
zweite Referenzspannung Vref2 zugeführt ist. Die Schalteranordnung 22,
die zwischen den beiden Referenz spannungsquellen 23, 24 umschaltet,
ist durch ein Betriebszustandsignal ST angesteuert. Dieses Betriebszustandsignal
ST repräsentiert
den Betriebszustand der Verbraucher-Schaltungseinheit 3 und
kann abhängig
von der Art dieser Schaltungseinheit 3 auf verschiedene
Weise erzeugt werden, wie nachfolgend noch erläutert wird.
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Zur
Bereitstellung der beiden Referenzspannungen Vref1, Vref2 sind bei
dem Unterspannungsdetektor gemäß 2 zwei
Referenzspannungsquellen 23, 24 vorgesehen, die
jedoch nur stellvertretend für
eine Vielzahl unterschiedlicher Realisierungsmöglichkeiten stehen. Eine besonders
einfach zu realisierende Schaltung für die Bereitstellung zweier
Referenzspannungen Vref1, Vref2 ist in 2 dargestellt.
Diese Schaltungsanordnung umfasst eine Referenzspannungsquelle 210,
beispielsweise die Bandgap-Schaltung, die eine Ausgangsspannung
Vout zur Verfügung
stellt. Zur Erzeugung dieser Referenzspannung Vout ist der Spannungsquelle 210 beispielsweise
die effektive Versorgungsspannung V1 zugeführt. Zwischen den Ausgang dieser Spannungsquelle 210 und
Bezugspotential GND ist eine Reihenschaltung mit mehreren, vorzugsweise temperaturstabilen
Widerständen 211-214 geschaltet.
An den Verbindungsknoten zwischen zwei benachbarten Widerständen dieser
Reihenschaltung sind dabei unterschiedliche Referenzpotentiale abgreifbar.
In dem Beispiel ist die zweite Referenzspannung Vref2 über dem
unmittelbar an Bezugspotentiale liegenden Widerstand 214 der
Widerstandskette abgreifbar, während
die erste Referenzspannung Vref1 über der Reihenschaltung aus
diesem Widerstand 214 und dem unmittelbar benachbart dazu
geschalteten Widerstand 213 abgreifbar ist.
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Zur
Erläuterung
einer möglichen
Erzeugung des Betriebszustandssignals ST zeigt 4 ein
Ausführungsbeispiel
einer integrierten Schaltungsanordnung, bei der die Verbraucher-Schaltungseinheit
einen Leistungs-MOSFET 33, eine Treiberschaltung 32 für den Leistungs-MOSFET 33 sowie
eine an den Treiber 32 angeschlossene Logikschaltung 31 aufweist.
Die Treiberschaltung 32 ist dazu ausgebildet, ein am Ausgang
der Logikschaltung 31 anliegendes Signal S31 auf ein Ansteuersignal
S32 mit einem zur Ansteuerung des Leistungs-MOSFET 33 geeigneten Pegel
umzusetzen. Dieser Leistungs-MOSFET 33 dessen Drain- und
Source-Anschlüsse über Anschlussklemmen 14, 15 von
außerhalb
der integrierten Schaltung 1 kontaktierbar sind, dient
beispielsweise zum Schalten einer Last Z, die zur Veranschaulichung
in 4 in Reihe zu der Drain-Source-Strecke des Leistungs-MOSFET 33 zwischen eine
Klemme für
ein Last-Versorgungspotential V++ und den Leistungs-MOSFET geschaltet
ist. Die Last-Versorgungsspannung V++ und die Versorgungsspannung
V+ der integrierten Schaltung können
abhängig
von der Last sowohl unterschiedliche Spannungen als auch gleiche
Spannungen sein können.
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Bei
der Schaltung gemäß 4 ist
der Leistungs-MOSFET 33 als Low-Side-Schalter eingesetzt, das
heißt
einer der Anschlüsse
des MOSFET 33 liegt auf negativem Versorgungspotential
bzw. Bezugspotential GND. Selbstverständlich kann ein solcher Leistungs-MOSFET
auch als High-Side-Schalter eingesetzt werden, wobei die Last dann
zwischen dem MOSFET und dem Bezugspotential GND liegt. Die Treiberschaltung 32 ist
an den gewünschten
Einsatz des MOSFET des Low-Side oder High-Side-Schalter angepasst, wobei bei Verwendung
des MOSFET 33 als High-Side-Schalter in dem Treiber 32 beispielsweise
eine Ladungspumpe vorgesehen wird, um ein ausreichend hohes Ansteuerpotential
an dem Gate-Anschluss des MOSFET 33 zur Verfügung stellen
zu können.
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Das
Ein- und Ausschalten eines solchen MOSFET erfordert in hinlänglich bekannter
Weise das Umladen einer intern in dem MOSFET vorhandenen Gate-Source-Kapazität Cgs, die
in 4 zum besseren Verständnis explizit dargestellt
ist. Beim Einschalten des MOSFET 33, bei dem die Gate-Source-Kapazität Cgs auf
ein geeignetes Ansteuerpotential aufgeladen werden muss, kann abhängig von
der Größe dieser
Kapazität
ein nicht unerheblicher Ladestrom erforderlich sein, der durch die
Treiber- 1eistung 32 geliefert
wird. Dieser während
der Einschaltdauer fließende
Ladestrom kann zu einem nicht unerheblichen Spannungsabfall an dem
Vorwiderstand R und. damit zu einem Absinken der effektiven Versorgungsspannung
V1 führen.
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Das
Einschalten des MOSFET 33 wird durch ein Ansteuersignal
S3 veranlasst, welches entweder intern in der integrierten Schaltung
durch weitere, nicht näher
dargestellte Schaltungseinheiten erzeugt wird, oder welches über eine
weitere Anschlussklemme von außen
zugeführt
ist. Die Verbraucher-Schaltungseinheit 3 gemäß 4 weist
stets während
des Einschaltvorganges, das heißt
während
dem Aufladen der Gate-Source-Kapazität Cgs auf
ein geeignetes Ansteuerpotential, eine erhöhte Stromaufnahme auf, was
dem zweiten Betriebszustand dieser Schalteinheit entspricht. Während der übrigen Zeitdauer, insbesondere
auch während
der Zeitdauer, während der
die Gate-Source-Kapazität
Cgs zum Sperren des MOSFET 33 nach Bezugspotential GND
entladen wird, weist die Schaltungseinheit 3 eine niedrigere Stromaufnahme
auf, was deren erstem Betriebszustand entspricht.
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Bei
der Schaltungsanordnung gemäß 4 macht
man sich zu Nutze, dass der zweite Betriebszustand, das heißt die erhöhte Stromaufnahme
durch das Ansteuersignal S3 ausgelöst wird. Dieses Ansteuersignal
S3 ist daher dem Unterspannungsdetektor 2 zur Erzeugung
des Betriebszustandssignals ST zugeführt. Zur Erzeugung des Betriebszustandssignals
ST weist der Unterspannungsdetektor 2 ein Zeitglied 25 auf,
dessen Funktionsweise nachfolgend anhand von 5 erläutert wird.
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Zu
Zwecken der Erläuterung
sei angenommen, dass dieses Ansteuersignal S1 zu einem Zeitpunkt
t1 einen High-Pegel annimmt um über
Logikeinheit 31 und die Treiberschaltung 32 den
MOSFET 33 einzuschalten. Eine Umschaltperiode, das heißt die Zeitdauer,
während
der der MOSFET vom sperrenden in den leitenden Zustand wechselt
und währenddessen
die Stromaufnahme erhöht
ist, ist insbesondere durch die Eigenschaften des MOS- FET 33 vorgegeben
und kann insbesondere Datenblättern
solcher Bauelemente entnommen werden.
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Für eine vorgegebene
Zeitdauer nach einer steigenden Flanke dieses Ansteuersignals S3
wird dem Komparator 21 das kleinere zweite Referenzsignal
Vref2 zum Vergleich mit der effektiven Versorgungsspannung V1 zugeführt. Hierzu
erzeugt das Zeitglied 25 für eine vorgegebene Zeitdauer
T1 nach dieser steigenden Flanke einen Pegel des Zustandsignals
ST, bei dem die Schalteinheit 23 die zweite Referenzspannung
Vref2 dem Komparator 21 zuführt. Diese Zeitdauer T1 ist
dabei vorzugsweise länger
als die Umschaltperiode des MOSFET 33 gewählt, so dass
die erhöhte
Stromaufnahme der Schaltungseinheit 3 am Ende dieser Zeitdauer
T1 – wenn
wieder auf die erste Referenzspannung Vref1 umgeschaltet wird – beendet
ist. Der zweite Betriebszustand wird bei dieser Schaltungsanordnung
gemäß 4 damit mittelbar über das
Ansteuersignal S3, welches diesen zweiten Betriebszustand auslöst, und
in Kenntnis der Zeitdauer, für
welche dieser zweite Betriebszustand üblicherweise vorliegt, ermittelt
um das Betriebszustandsignal ST zu erzeugen. Neben dem in 5a dargestellten
zeitlichen Verlauf des Ansteuersignals S3 ist in 5b der
zeitliche Verlauf des aus dem Ansteuersignal S3 abgeleiteten Betriebszustandsignals
ST und in 5c der zeitliche Verlauf der
am zweiten Eingang des Komparators 21 anliegenden Referenzspannung
Vref dargestellt. Diese Referenzspannung Vref entspricht während der
Zeitdauer T1 nach der steigenden Flanke des Ansteuersignals S3 in
erläuterter
Weise dem zweiten Referenzsignal Vref2 und sonst dem ersten Referenzsignal
Vref1.
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6 zeigt
ein schaltungstechnisches Realisierungsbeispiel für das Zeitglied 25 gemäß 4. Das
Zeitglied weist hierzu ein RS-Flip-Flop 251 auf, dessen
Setz-Eingang S das Ansteuersignal S3 zugeführt ist und dessen Rücksetzeingang
R das Ansteuersignal S3 über
ein Verzögerungsglied 252 verzögert zugeführt ist.
Am Ausgang Q dieses Flip-Flops liegt das Betriebszustandsignal ST
an. Das Flip-Flop 251 wird mit ei ner steigenden Flanke
des Ansteuersignals S3 gesetzt um einen High-Pegel des Zustandsignals
ST zu erzeugen, und wird zeitverzögert nach dieser steigenden
Flanke des Ansteuersignals S3 zurückgesetzt, um den Low-Pegel
des Betriebszustandsignals ST zu erzeugen. Die Zeitdauer, während der
ein High-Pegel des Betriebszustandsignals ST vorliegt, ist von der
Verzögerungszeit
des Verzögerungsglieds 252 abhängig. Diese
Verzögerungszeit
ist bezugnehmend auf die Signalverläufe gemäß 5 so
gewählt,
dass sie der Zeitdauer T1 entspricht.
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Der
Vollständigkeit
halber sei darauf hingewiesen, dass die Logikeinheit 31 beispielsweise
dazu ausgebildet sein kann, bei einem Fehlerpegel des Detektorsignals
S2, also dann wenn die effektive Versorgungsspannung V1 je nach
Betriebszustand der Schaltungseinheit 3 unter den ersten
oder zweiten Referenzwert Vref1, Vref2 absinkt, den MOSFET 33 über die
Treiberschaltung 32 unabhängig vom Pegel des Ansteuersignals
S3 zu sperren. Wie in 4 durch die gestrichelten Pfeile
angedeutet ist, können der
Logikeinheit 31 neben dem Ansteuersignal S3 und dem Detektorsignal
S2 weitere Steuersignale zugeführt
sein, die durch nicht näher
dargestellte Schutzschaltungen des MOSFET 33, wie beispielsweise
eine Übertemperaturschutzschaltung
oder eine Überspannungsschutzschaltung,
erzeugt werden. Diese Steuersignale dienen dazu, den MOSFET 33 bei
Detektion eines Ausnahmezustandes durch die erläuterten Schutzschaltungen geeignet
anzusteuern, um einen angeschlossenen Verbraucher zu schützen oder
Schäden
zu verhindern.
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Anstelle
des Zeitglieds 25 kann bezugnehmend auf 8 zur
Bereitstellung des Statussignals ST auch eine Logikschaltung 25_1 vorgesehen
sein. Dieser Logikschaltung 25_1 ist ein erstes Steuersignal,
welches den Beginn des zweiten Betriebszustandes oder einen bevorstehenden
Wechsel vom ersten zu dem zweiten Betriebszustand anzeigt, und ein zweites
Steuersignal, welches das Ende des zweiten Betriebszustands anzeigt,
zugeführt.
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Die
Logikschaltung 26 ist beispielsweise ein Flip-Flop, welches
durch das erste Steuersignal gesetzt und das zweite Steuersignal
zurückgesetzt wird.
Das Ausgangssignal dieses Flip-Flops bildet das Betriebszustandssignal
ST.
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Das
erste Steuersignal kann dabei das zuvor bereits erläuterte Steuersignal
S3 sein. Das zweite Steuersignal S4 kann beispielsweise abhängig von einem
Laststrom durch den Leistungs-MOSFET 33 erzeugt
werden. Bei der Schaltung nach 4 kann davon
ausgegangen werden, dass der Betriebszustand erhöhter Stromaufnahme der Schaltung 3 abgeschlossen
ist, wenn der MOSFET 33 so weit aufgesteuert ist, dass
dessen Laststrom einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
Zur Erzeugung des zweiten Steuersignals S4 genügt somit eine Ermittlung des
Laststromes mit dem vorgegebenen Schwellenwert.
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Zum
Schutz von Leistungs-MOSFET vor Überlastung
ist es üblich,
den sie durchfließenden Laststrom
permanent zu überwachen,
um den MOSFET bei einer Überlastung
abzuschalten. Ein ohnehin vorhandenes Strommesssignal kann dann
in einfacher Weise zur Erzeugung des zweiten Steuersignals verwendet
werden.
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7 zeigt
eine integrierte Schaltungsanordnung mit einer alternativen Lösungsmöglichkeit zur
Erzeugung des Betriebszustandssignals ST. Die Verbraucher-Schaltungseinheit
ist in 7 lediglich schematisch als Schaltungsblock 3 dargestellt,
der stellvertretend für
beliebige integrierte Schaltungen steht, die wenigstens einen ersten
Betriebszustand oder einen zweiten Betriebszustand annehmen können und
bei denen die Stromaufnahme der beiden Betriebszustände unterschiedlich
ist.
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Zur
Ermittlung des Betriebszustandssignal ST ist bei dieser Schaltungsanordnung
ein Betriebszustandsdetektor 4 vorgesehen, der die Stromaufnahme
der Schaltungseinheit 3 ermittelt, indem der Eingangsstrom
I3 durch eine Strommessanordnung 43 erfasst wird. Das hierdurch
erhaltene Messsignal S43 wird mittels eines Komparators 41 mit
einem Referenzsignal. Vref3, in dem Beispiel einer Referenzspannung
verglichen, um das Betriebszustandssignal ST zu erzeugen. Das Betriebszustandssignal
ST nimmt in dem Beispiel gemäß 7 dann
einen High-Pegel
an, wenn die Stromaufnahme I3 oberhalb eines Schwellenwertes liegt,
bei dem das Strommesssignal S43 größer ist als der Referenzwert Vref3.
Die Umschaltung der Schalteranordnung 22 abhängig von
dem Betriebszustandssignal ST erfolgt in der bereits erläuterten
Weise, indem dem Komparator 21 während des Betriebszustandes
mit niedriger Stromaufnahme das erste Referenzsignal Vref1 und während des
Betriebszustandes mit höherer Stromaufnahme
das zweite Referenzsignal Vref2 zugeführt ist.
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Zusammenfassend
erfolgt bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
die Detektion einer Unterspannung einer der Schaltungsanordnung
zugeführten
Versorgungsspannung abhängig vom
Betriebszustand einer durch die Versorgungsspannung versorgten Verbraucher-Schaltungseinheit.
Die Schwelle, bei der auf das Vorliegen einer Unterspannung entschieden
wird, wird dabei bei Betriebszuständen mit erhöhten Stromaufnahme
abgesenkt, um ein Absinken der Versorgungsspannung, das aus einem
Spannungsabfall an einem Vorwiderstand resultiert, nicht fälschlicherweise
als fehlerhafte Unterspannung zu detektieren. Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
werden somit betriebsbedingte Einbrüche der Versorgungsspannung nicht
als fehlerhafte Einbrüche
dieser Versorgungsspannung, die beispielsweise bei einem Leitungsbruch
vorliegen, detektiert. Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung können darüber hinaus größere externe
Vorwiderstände
vorgesehen werden, wodurch der Schutz der integrierten Schaltung verbessert
wird. Darüber
hinaus kann der externe Speicherkondensator (Bezugszeichen C in
den Figuren) kleiner als bei herkömmlichen derartigen integrierten
Schaltungen realisiert werden.
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- 1
- integrierte
Schaltungsanordnung
- 4
- Betriebszustandsdetektor
- 11,
12
- Anschlussklemmen,
Versorgungsspannungsklemmen
- 14,
15
- Lastanschlussklemmen
des MOSFET
- 20
- Unterspannungsdetektor
- 21
- Komparator
- 22
- Schalteranordnung
- 23,
24
- Referenzspannungsquellen
- 25
- Zeitglied
- 30
- Verbraucher-Schaltungseinheit
- 31
- Logikeinheit
- 32
- Treiberschaltung
- 33
- Leistungs-MOSFET
- 41
- Komparator
- 42
- Referenzspannungsquelle
- 43
- Strommessanordnung
- 210
- Referenzspannungsquelle
- 214-211
- Widerstände
- 251
- RS-Flip-Flop
- 252
- Verzögerungsglied
- C
- Puffer-Kondensator
- Cgs
- Gate-Source-Kapazität
- GND
- Bezugspotential
- I1
- Eingangsstrom
der integrierten Schaltungsanordnung
- I3
- Eingangsstrom
der Verbraucher-Schaltungseinheit
- R
- Widerstand
- S2
- Detektorsignal
- S3
- Ansteuersignal
- 531,
S32
- Steuersignale
- ST
- Betriebszustandssignal
- V+
- Versorgungsspannung
- V++
- Versorgungsspannung
der Last
- V1
- effektive
Versorgungsspannung
- Vout
- Ausgangsspannung
der Referenzspannungsquelle
- Vref1
- erste
Referenzspannung, erster Referenzwert
- Vref2
- zweite
Referenzspannung, zweiter Referenzwert
- Vref3
- Referenzwert,
Referenzspannung