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Die
Erfindung geht aus von einer monolithisch integrierten Schaltungsanordnung
nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine solche ist beispielsweise
aus der Druckschrift
DE
198 23 768 A1 bekannt. Eine solche Schaltungsanordnung
weist zwei Bereiche auf, einen Leistungsbereich und einen Logikbereich.
Im Leistungsbereich entsteht durch einen Stromfluss durch das monolithisch
integrierte Leistungsbauelement Wärme. Um die Schaltungsanordnung
vor einer Beschädigung
oder Zerstörung durch
eine zu hohe Temperatur zu schützen,
ist es bekannt, diese mit einem in der Schaltung vorgesehenen Übertemperaturschutz
zu versehen, der ebenfalls integriert sein kann oder welcher über externe Temperatursensoren
realisiert ist. Soll der Stromfluss dagegen nach Ablauf eines vorgegebenen
Zeitintervalls unterbrochen werden und nicht erst bei Erreichen
einer maximal zulässigen
Temperatur, so ist es nachteilig, dass die hierbei geforderten Zeitintervalle in
der Regel im Bereich zwischen 50 ms und 250 ms liegen und damit
um drei bis vier Größenordnungen über den
mit einfachen schaltungstechnischen Mitteln im Logikbereich erzeugbaren
Schaltintervallen von beispielsweise 10 μs liegen.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße monolithisch
integrierte Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs
bietet demgegenüber
den Vorteil, dass zur Erzeugung von reproduzierbaren Zeitabschnitten
die thermischen Eigenschaften von elektrischen Bauteilen herangezogen
werden, die mit der Schaltungsanordnung monolithisch integriert
vorgesehen sind. Dabei bedeutet "monolithisch
integriert" im Sinne
dieser Anmeldung, dass die Schaltungsanordnung einschließlich ihrer
Temperatursensoren auf einem Substrat eines monolithisch integrierten
Bauelements ausgeführt
ist. Dadurch ist über
das Substrat eine direkte Wärmekopplung
zwischen einer Wärmequelle
und dem Logikbereich mit der Schaltungsanordnung gegeben. Es sind
erfindungsgemäß ein erster
Temperatursensor und ein zweiter Temperatursensor vorgesehen, deren
thermische Kopplung mit der Wärmequelle
ungleich ist, beispielsweise durch unterschiedliche Entfernungen
zu der Wärmequelle. Nach
der Einschaltung der Wärmequelle
erhöhen sich
die Temperaturen des ersten und zweiten Temperatursensors. Durch
die unterschiedliche thermische Ankopplung werden die sensierten
Temperaturen unterschiedlich stark ansteigen, so dass nach einer
Einschaltzeit von beispielsweise 10 ms ein Temperaturunterschied
zwischen dem ersten Temperatursensor und dem zweiten Temperatursensor
durch eine Auswerteschaltung als Teil der Schaltungsanordnung leicht
detektierbar ist.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der monolithisch
integrierten Schaltungsanordnung möglich. Erfindungsgemäß ist es
bevorzugt, dass die Wärmequelle
als ein Leistungsbauelement, insbesondere ein Leistungstransistor,
vorgesehen ist. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, die Wärmequelle
bzw. die Wärmeabgabe der
Wärmequelle
in einfacher Weise und mit bewährten
und kostengünstigen
Komponenten zu schalten. In einer weiteren bevorzugten Ausführung der
Erfindung löst
die Auswerteschaltung bei Erreichen einer vorgegebenen Temperaturdifferenz
eine Schaltfunktion aus, beispielsweise die Abschaltung der Wärmequelle.
Die Auswerteschaltung ist hierfür
mit der Wärmequelle
derart verbunden, dass die Schaltfunktion ausgelöst werden kann. Der Fachmann
versteht, dass die erfindungsgemäße Schaltung
nicht auf die Sensierung steigender Temperaturen beschränkt ist, sondern
dass ebenso absinkende Temperaturen des ersten Temperatursensors
und des zweiten Temperatursensors nach Abschaltung der Wärmequelle
mit der Auswerteschaltung auswertbar sind. Bei Unterschreiten einer
vorgegebenen Temperaturdifferenz, d.h. einem Erreichen der vorgegebenen
Temperaturdifferenz von einem Bereich höherer Temperaturen her, löst die Auswerteschaltung
dann beispielsweise die Einschaltung oder Wiedereinschaltung der
Wärmequelle
aus. Es ist bevorzugt, in der Schaltungsanordnung zusätzlich ein
Mittel zum Verrasten vorzusehen, das ein Umkehren der ausgelösten Schaltfunktion
zumindest vorübergehend
verhindert, vorzugsweise bis zum Beginn des nächsten Zeitabschnitts. Hierdurch
ist es vorteilhaft möglich,
undefinierte Schaltungszustände
zu verhindern. Zur Erzeugung gleicher Zeitintervalle ist es vorteilhaft,
wenn die Wärmequelle
eine konstante Wärmeleistung
abgibt. Bei einer Wärmequelle
mit nicht konstanter Wärmeleistung,
was beispielsweise der Fall ist, wenn der das Leistungsbauelement
durchfließende
Strom variiert bzw. die dort anliegende Spannung variiert, ist es
bevorzugt, den Zeitpunkt der Auslösung der Schaltfunktion der
Auswerteschaltung durch ein Mittel zur Kompensation zu verändern, die
Auslösung
der Schaltfunktion also beispielsweise zu verzögern oder zu beschleunigen.
Dabei ist die Veränderung
besonders bevorzugt von der Wärmeleistung
bzw. der Verlustleistung der Wärmequelle
abhängig,
so dass auch mit einer Wärmequelle
mit variierender Wärmeleistung
gleiche Zeitintervalle erzeugbar sind. Es ist jedoch ebenso erfindungsgemäß vorgesehen
und bevorzugt, Wärmequellen
mit nicht konstanter Wärmeleistung
nicht zu kompensieren. Dies führt
bei erhöhter
Wärmeleistung
in vorteilhafter Weise zu einem schnelleren Erwärmen des Logikbereichs und
somit zu einem schnelleren Erreichen der vorgegebenen Temperaturdifferenz
zwischen dem ersten und dem zweiten Temperatursensor. Das erzeugte
Zeitintervall ist in diesem Falle kürzer, was insbesondere zum Schutz
vor Überhitzung
des Leistungsbereichs vorteilhaft ist. Die unterschiedliche Wärmekopplung
des ersten und zweiten Temperatursensors wird bevorzugt dadurch
erreicht, dass der erste Temperatursensor und der zweite Temperatursensor
unterschiedlich weit von der Wärmequelle
entfernt angeordnet sind. Durch die Anordnung der Temperatursensoren
ist es vorteilhaft möglich,
einen vorgegebenen und reproduzierbaren Unterschied in der Wärmeankopplung an
die Wärmequelle
zu realisieren. In der Regel ist die gesamte Schaltungsanordnung
im Logikbereich des monolithisch integrierten Bauteils angeordnet. Es
ist weiterhin bevorzugt, wenn beispielsweise der erste Temperatursensor
im Logikbereich möglichst weit
entfernt von der Wärmequelle
angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Temperatursensor
möglichst
nahe an der Wärmequelle
angeordnet sein, besonders bevorzugt direkt an der Wärmequelle
im Leistungsbereich des Bauteils. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, dass
der Unterschied in der Wärmeankopplung
möglichst
groß gewählt wird
und damit eine Wärmeentwicklung
durch vergleichsweise große
Temperaturdifferenzen am ersten und zweiten Temperatursensor möglichst
sicher detektierbar ist. Ebenfalls bevorzugt ist zwischen dem ersten
Temperatursensor und der Wärmequelle
eine Wärmeisolierung
vorgesehen, die die thermische Kopplung alternativ zu der unterschiedlich
weit von der Wärmequelle
entfernten Anordnung oder zusätzlich
zu dieser verringert. Dies ist insbesondere mit einer sogenannten
Wärmebremse
in dem monolithisch integrierten Bauelement realisierbar, beispielsweise
durch das Einbringen von Bohrungen oder Kanälen im Substrat zwischen dem
ersten Temperatursensor und der Wärmequelle. Dadurch ist es besonders
vorteilhaft möglich,
eine unterschiedliche Wärmekopplung
des ersten und des zweiten Temperatursensors auch bei geringem Abstand
zwischen ihnen zu erreichen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist der erste Temperatursensor als ein erster Transistor und der
zweite Temperatursensor als ein zweiter Transistor ausgebildet,
wobei insbesondere der erste Transistor mehr Transistorzellen aufweist,
als der zweite Transistor, vorzugsweise unterscheidet sich die Anzahl
der Transistorzellen deutlich, beispielsweise etwa um den Faktor
20. Wenn in einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform der Schaltungsanordnung
beispielsweise der erste und zweite Transistor sowohl mit ihren
Basisanschlüssen
als auch mit ihren Emitteranschlüssen
verbunden sind, leitet bei gleicher Temperatur der zweite Transistor
kaum Strom, sondern vorwiegend der größere, also der mit mehr Transistorzellen
ausgestattete, erste Transistor. Bei einer Temperaturerhöhung steigt
beispielsweise der Kollektorstrom des zweiten Transistors, der näher an der
Wärmequelle
angeordnet ist, stärker
an, so dass er bei Erreichen einer vorgegebenen Temperaturdifferenz
den Gesamtstrom leitet, wodurch die entsprechende Auswerteschaltung
ein Schaltsignal auslösen
kann. Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
sind bevorzugt Zeitintervalle zwischen einem Einschalten oder einem
Ausschalten der Wärmequelle
bis zu dem Auslösen
der Schaltfunktion durch die Auswerteschaltung bestimmbar, die vorzugsweise
bis zu etwa 250 ms, besonders bevorzugt zwischen 10 ms und 100 ms
lang sind. Hierdurch ist es erfindungsgemäß allein aufgrund der Kenntnis
des thermischen Verhaltens der einzelnen Komponenten bzw. Strukturen
wie Logikbereich bzw. Leistungsbereich und deren jeweilige thermische
Kopplung aneinander vorteilhaft möglich, die angegebenen vergleichsweise
langen Zeitintervalle zu realisieren.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren
zur Bestimmung eines Zeitintervalls mit einer erfindungsgemäßen, monolithisch
integrierten Schaltungsanordnung, wobei das Zeitintervall beginnt,
wenn eine Wärmequelle
eingeschaltet oder ausgeschaltet wird, und wobei das Zeitintervall
endet, wenn bei einem Vergleich der Temperaturentwicklung an dem
ersten Temperatursensor und an dem zweiten Temperatursensor eine
vorgegebene Temperaturdifferenz festgestellt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren
mit den Merkmalen des nebengeordneten Verfahrensanspruchs hat gegenüber dem
Stand der Technik den Vorteil, dass zur Bestimmung des Zeitintervalls
die thermischen Eigenschaften von Bauelementen genutzt werden, die
in die Schaltungsanordnung integriert werden können. Dadurch können in
einfacher und kostengünstiger Weise
längere
Zeitintervalle bestimmt werden, als mit rein elektrischen, in die
Schaltung integrierbaren Mitteln.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
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2 das
Ausführungsbeispiel
aus 1 mit einem Mittel zum Verrasten und einem Mittel
zur Kompensation,
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3 ein
Ausführungsbeispiel
eines Bauteils mit Wärmebremse
und
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4 Diagramme
einer Messreihe.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In
der 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
skizziert. Die monolithisch auf oder in einem Substratmaterial integrierte
Struktur umfasst einen Logikbereich und einen Leistungsbereich,
wobei die dargestellte Schaltungsanordnung im Logikbereich angeordnet ist.
Bei dem Substrat handelt es sich insbesondere um ein Halbleitermaterial,
beispielsweise Silizium oder dergleichen, das mit einer Wärmesenke
thermisch leitend verbunden ist. Im Leistungsbereich ist eine Wärmequelle 4 (siehe 3)
angeordnet, zum Beispiel ein Leistungsbauelement 4, etwa
ein Leistungstransistor einer Leistungsendstufe. Ein Stromfluss
durch den Leistungsbereich erfolgt dann beispielsweise über den
Leistungstransistor, wodurch eine entstehende Verlustleistung in
Form von Wärme an
die Umgebung, in diesem Falle an das Substrat abgegeben wird. So
entsteht ein Wärmestrom
in dem Bauteil vom Leistungsbereich zum Logikbereich, was insbesondere
zu einem Temperaturgefälle
im Logikbereich führt,
insbesondere zwischen solchen Bereichen des Logikbereichs, die thermisch
stärker
an den Leistungsbereich gekoppelt sind, etwa näher dazu angeordnet sind und
solchen Bereichen, die thermisch schwächer an den Leistungsbereich
gekoppelt sind.
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Die
erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
ist im Logikbereich des monolithisch integrierten Bauteils bzw.
der monolithisch integrierten Struktur angeordnet. Sie weist zumindest
einen ersten Temperatursensor 1 und einen zweiten Temperatursensor 2 auf.
Darüber
hinaus ist eine Auswerteschaltung 3 vorgesehen, die den
Temperaturverlauf des ersten und zweiten Temperatursensors 1, 2 auswertet.
Der erste Temperatursensor 1 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
durch einen ersten Transistor T1 gebildet, während der zweite Temperatursensor 2 durch
einen zweiten Transistor T2 gebildet ist. Es könnte sich beim ersten und zweiten
Temperatursensor 1, 2 jedoch auch beispielsweise
um Widerstände
handeln. Die ersten und zweiten Transistoren T1 und T2 sind im dargestellten
Beispiel der Auswerteschaltung 3 sowohl mit ihren Basisanschlüssen, als
auch mit ihren Emitteranschlüssen verbunden.
Die Emitteranschlüsse
des ersten und zweiten Transistors T1, T2, sowie eines dritten Transistors
T3 und eines vierten Transistors T4 der Auswerteschaltung 3 sind
mit einem Masseanschluss verbunden. Die Kollektoranschlüsse des
ersten und zweiten Transistors T1, T2, sowie des dritten Transistors
T3 sind mit einem Versorgungsspannungsanschluss X verbunden. Bei
gleicher Temperatur der ersten und zweiten Transistoren T1 und T2
stellt sich die gleiche Stromdichte in beiden Elementen ein. Der erste
Transistor T1 weist jedoch beispielsweise eine wesentlich höhere Zahl
an Transistorzellen auf, als der zweite Transistor T2. Ein wesentlicher
Stromfluss stellt sich dann bei nach wie vor gleichen Temperaturen
an den Transistoren T1 und T2 nur über einen ersten Widerstand
R1 und den größeren, ersten Transistor
T1 ein. Der kleinere, zweite Transistor T2 kann dagegen den Strom
aus einem zweiten Widerstand R2 nicht ableiten. Sein Kollektoranschluss
ist mit der Basis des dritten Transistors T3 der Auswerteschaltung 3 verbunden,
so dass der dritte Transistor T3 bei ausgeglichenen Temperaturen
leitend ist und den Strom über
einen dritten Widerstand R3 ableiten kann. Die Auswerteschaltung 3 umfasst
weiterhin einen vierten Transistor T4, dessen Basisanschluss über einen
vierten Widerstand R4 mit dem Kollektoranschluss des dritten Transistors
T3 verbunden ist. Solange der dritte Transistor T3 durchgeschaltet
ist, ist der vierte Transistor T4 gesperrt. Dies ist bei gleichen
Temperaturverhältnissen
des ersten und des zweiten Transistors T1, T2 also stets der Fall.
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Die
erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
ist vorteilhafterweise in einer Region des Logikteils angeordnet,
die möglichst
weit vom Leistungsbereich bzw. möglichst
weit von der Wärmequelle entfernt
ist. Lediglich der zweite Temperatursensor 2, hier also
beispielsweise der zweite Transistor T2 wird demgegenüber in möglichst
geringer Entfernung zur Wärmequelle
angeordnet. So wird in einfacher Weise eine unterschiedliche thermische
Kopplung der ersten und zweiten Transistoren T1 und T2 zur Wärmequelle
erreicht. Es ist vorteilhaft, wenn der Unterschied der thermischen
Kopplung möglichst
groß ist, also
wenn der Abstand der ersten und zweiten Transistoren T1, T2 zur
Wärmequelle
möglichst
groß ist, wie
später
noch anhand eines Diagramms in 3 erläutert wird.
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Nach
dem Einschalten der Wärmequelle
erwärmt
sich der zweite Transistor T2, der näher an der Wärmequelle
angeordnet ist, deutlich schneller als der erste Transistor T1.
Der Temperaturunterschied kann beispielsweise nach etwa 50 ms Einschaltzeit etwa
30 K betragen, siehe Diagramm in 3. Bei den
beispielweise verwendeten Bipolartransistoren weist die Emitter-Basis-Spannung
einen negativen Temperaturkoeffizienten auf, so dass der Durchgangswiderstand
des zweiten Transistors T2 mit ansteigendender Temperatur absinkt,
und zwar wegen des Temperaturunterschieds schneller als der Durchgangswiderstand
des ersten Transistors T1, der sich langsamer erwärmt. In
der Folge wird der zweite Transistor T2 leitend und kann den Strom
durch den zweiten Widerstand R2 vollständig ableiten. Dadurch wird
der dritte Transistor T3 gesperrt und ein Stromfluss über den
dritten und vierten Widerstand R3 und R4 zur Basis des vierten Transistors
T4 schaltet diesen leitend. Durch den vierten Transistor T4 der
Auswerteschaltung 3 fließt nunmehr ein Strom zu einem Ausgang 7,
wodurch die Wärmequelle
ausgeschaltet wird, beispielsweise mittels eines nicht dargestellten Leistungstransistors
einer ebenfalls nicht dargestellten Endstufe. Nach dem Abschalten
der Wärmequelle
stellt sich wieder eine ausgeglichene Temperaturverteilung auf dem
Substrat ein.
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In
der 2 ist die Schaltungsanordnung aus 1 mit
möglichen
vorteilhaften Weiterbildungen dargestellt. Die Schaltung weist ein
Mittel zum Verrasten 5 auf, wodurch verhindert wird, dass
das Durchschalten des vierten Transistors T4 der Auswerteschaltung 3 durch
Abkühlen
des Substrats nach der Abschaltung der Wärmequelle rückgängig gemacht wird. Dazu ist
beispielsweise der Kollektoranschluss des dritten Transistors T3 über einen
fünften Widerstand
R5 mit dem Basisanschluss eines fünften Transistors T5 verbunden
und die Basis des dritten Transistors T3 ist an den Kollektoranschluss
des fünften
Transistors T5 angeschlossen. Der Emitteranschluss des fünften Transistors
T5 ist mit dem Emitteranschluss des zweiten Transistors T2 verbunden.
Vor dem Einschalten der Wärmequelle
ist der dritte Transistor T3 durch den nicht abgeleiteten Strom
aus dem zweiten Widerstand R2 leitend, so dass der vierte Transistor
T4 und der fünfte
Transistor T5 gesperrt ist. Nach Erreichen einer vorgegebenen Temperaturdifferenz
des ersten und zweiten Transistors T1, T2 wird der vierte Transistor
T4 über den
dritten Widerstand R3 und den vierten Widerstand R4 leitend geschaltet.
Der fünfte
Transistor T5 wird über
den dritten Widerstand R3 und den fünften Widerstand R5 ebenfalls
leitend geschaltet, wodurch ein erneutes Umschalten des dritten
Transistors T3 in den leitenden Zustand verhindert wird. Wenn nämlich der
Strom durch den zweiten Widerstand R2 mittels des zweiten Transistors
T2 auf Grund der Abkühlung nicht
mehr abgeleitet werden kann, weil der zweite Transistor T2 sperrt,
dann wird dieser über
den fünften
Transistor T5 abgeleitet. Die Schaltung ist somit verrastet. Vor
einem erneuten Durchlauf muss in dem dargestellten Beispiel die
Versorgungsspannung an einem Versorgungsspannungsanschluss X abgeschaltet
werden, so dass die Schaltung elektrisch in den Ausgangszustand
versetzt wird.
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Der
Fachmann versteht, dass die Schaltzeiten der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung von
der Leistung der Wärmequelle
abhängig
sind. Eine nicht konstante Leistungsentwicklung der Wärmequelle,
beispielsweise durch betriebszustandsbedingte Schwankungen der Stromstärke und/oder
der Spannung der Leistungsendstufe, führt daher zu ungleichmäßigen Schaltzeiten.
Dieser Effekt kann einerseits als wünschenswerte Korrektur der
Einschaltdauer der Wärmequelle
genutzt werden. Eine höhere Leistung
führt zu
einer schnelleren Erwärmung
der Schaltungsanordnung, so dass sich der vorgegebene Temperaturunterschied
zwischen dem ersten Temperatursensor 1 und dem zweiten
Temperatursensor 2 schneller einstellt. Eine höhere Leistung führt also
zu verkürzten
Einschaltzeiten. Es ist andererseits erfindungsgemäß aber auch
möglich,
den Effekt schwankender Verlustleistungen der Wärmequelle durch ein Mittel
zur Kompensation 6 auszugleichen, so dass stets gleichbleibende
Schaltzeiten erzeugt werden. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert
werden, dass die an einem weiteren Anschluss 8 anliegende
Drain- bzw. Kollektorspannung der Wärmequelle bzw. der Leistungsendstufe über einen
sechsten Widerstand R6 zusätzlich
auf den Kollektoranschluss des zweiten Transistors T2 geführt wird.
Eine höhere
Drain- bzw. Kollektorspannung führt
dann dazu, dass der Schaltzeitpunkt der Schaltfunktion zeitlich
verzögert
wird, da der dritte Transistor T3 länger durchgeschaltet bleibt.
Das Mittel zur Kompensation 6 kann entweder alternativ
oder zusätzlich
zum Mittel zum Verrasten 5 bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
vorgesehen sein.
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Neben
dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist eine Vielzahl von Schaltungen geeignet, Schaltzeiten nach dem
erfindungsgemäßen Prinzip zu
erzeugen. So ist beispielsweise die Rückkehr der monolithisch integrierten
Schaltungsanordnung in einen isothermen Zustand mit einer ähnlichen
Schaltung sensierbar.
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Die 3 zeigt
einen möglichen
Aufbau einer erfindungsgemäßen Bauteils.
Ein Chip 10, beispielsweise aus Halbleitermaterial ist über eine Schicht 12,
in der Regel ein Lot 12 mit einem Träger 11 verbunden.
Der Träger 11 ist
ein sogenannter Cu-Flansch,
der auch als Die-Pad bezeichnet wird. Auf dem Chip 10 befindet
sich mindestens die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, von
der der erste Temperatursensor 1 und der zweite Temperatursensor 2 dargestellt
sind. Außerdem
befindet sich ein Leistungsbauelement 4 als Wärmequelle 4 auf dem
Chip 10. Der Fachmann versteht, dass eine Wärmeübertragung
der von dem Leistungsbauelement 4 abgegebenen Wärme zu dem
ersten und zweiten Temperatursensor 1, 2 auch
und vor allem über
den Träger 11 erfolgt.
Um die thermische Kopplung zwischen dem ersten Temperatursensor 1 und dem
zweiten Temperatursensor 2 zu verringern, weist der Träger 11 im
Bereich zwischen dem ersten Temperatursensor 1 und dem
zweiten Temperatursensor 2 eine Wärmeisolierung 9 bzw.
eine Wärmebremse 9 auf.
Die Wärmebremse 9 kann
durch eine Nut oder einen Kanal gebildet werden, oder auch durch
mehrere Bohrungen, die in den Träger 11 eingebracht
werden. Durch den entstehenden Luftspalt wird die Wärmeübertragung über den
Bereich der Wärmebremse 9 hinweg
erschwert.
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In 4 sind
in einem Diagramm mehrere Temperaturverläufe über der Zeit durch Messwerte dargestellt.
Auf der Längsachse
ist die Zeit in Sekunden dargestellt, während die Hochachse die Temperatur
in °C zeigt.
Die Temperaturentwicklung in vier verschiedenen Abständen von
einer Endstufe mit 100 W Leistung auf einem monolithisch integrierten Bauteil
ist anhand eines TO218 Gehäuses
veranschaulicht.
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Die
untere Kurve (Kreuze) zeigt den Temperaturverlauf in maximal möglicher
Entfernung auf dem Bauteil von der Wärmequelle nach dem Einschalten,
während
die darüber
liegenden Kurven die Temperaturverläufe in jeweils 3 mm (auf der
Ecke stehendes Quadrat), 1 mm (Dreieck) und 0,22 mm (auf der Seitenkante
stehendes Quadrat) Entfernung abbilden. Die Messwerte verdeutlichen,
dass Temperaturdifferenzen im Bereich von etwa 20 K bis 30 K, die
mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
gut auswertbar sind, sich etwa nach zehn Millisekunden oder darüber einstellen.
Derart lange Zeitabschnitte sind mit elektrischen Mitteln in einem
monolithisch integrierten Bauteil nur mit hohem Aufwand erzeugbar,
beispielsweise mit digitalen Schaltungselementen, wie etwa Zählern und
dergleichen, durch die eine größere Anzahl
von Maskenebenen erforderlich ist, als bei analogen Schaltungen.
Die Differenz der oberen Meßwerte
(auf der Seitenkante stehendes Quadrat) und der unteren Meßwerte (Kreuze)
stellen den maximalen Unterschied der Temperatur und damit den maximalen
Unterschied der thermischen Kopplung dar, die auf dem betrachteten
Bauteil möglich
ist. Da hier die Temperaturdifferenzen maximal sind, ist eine entsprechende,
möglichst
weit voneinander entfernt angeordnete Anordnung der ersten und zweiten
Temperatursensoren 1 und 2 vorteilhaft.