DE102005046993B3 - Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines Leistungssignals aus einem Laststrom - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines Leistungssignals aus einem Laststrom Download PDF

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung (100) zum Erzeugen eines Leistungssignals (LS) aus einem Laststrom beschrieben, die eine Kontrolleinrichtung (110) mit einem Laststromeingang (110a), einem Laststromausgang (110b), einem Zwischensignalausgang (110c) und ein Statussignalausgang (110d), einer Beeinflussungseinrichtung (120) mit einem Zwischensignaleingang (120a) und einem Leistungssignalausgang (120b) und einer Unterbrechungseinrichtung (130) mit einem Unterbrechungseingang (130a), einem Unterbrechungsausgang (130c) und einem Statussignaleingang (130b), aufweist, wobei die Kontrolleinrichtung (110) in Abhängigkeit von dem Laststrom ein Statussignal (STS) und ein Zwischensignal (ZS) erzeugt und wobei die Unterbrechungseinrichtung (130) ausgebildet ist, um das Leistungssignal (LS) zu unterbrechen, wenn das Statussignal (STS) eine vorbestimmte erste Bedingung erfüllt, und anderenfalls das Leistungssignal passieren zu lassen und wobei die Beeinflussungseinrichtung (120) so ausgebildet ist, um das Zwischensignal (ZS) als das Leistungssignal (LS) zu erzeugen und an dem Leistungssignalausgang (120b) auszugeben, wenn das Zwischensignal (ZS) eine vorbestimmte zweite Bedingung nicht erfüllt, und anderenfalls ein Leistungssignal (LS) mit einem vorbestimmten Wert zu erzeugen und auszugeben.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen eines Leistungssignals aus einem eine externe Vorrichtung durchfließenden Laststrom, und insbesondere auf einen Halbleiterschalter.
  • Die Signalgestaltung strommessender oder stromsensierender Halbleiterschalter basiert heute üblicherweise auf einem stromsensierenden Verhalten im normalen Betrieb (Normalbetrieb, normal operation), bei dem ein einem Laststrom IL proportionaler Sensestrom IL = ISense·KILIS ausgegeben wird, und einer definierten Signalausgabe im Fall eines auftretenden Fehlers (Fehlerfall, FAULT). In diesem Fall wird ein definierter Strom oder eine definierte Spannung, beispielsweise ein verschwindender Strom oder eine verschwindende Spannung (Wert 0) oder ein maximaler Strom oder eine maximale Spannung im Fall einer auf einen Fehlerzustand zurückzuführende Abschaltung ausgegeben. Diese Signalgestaltung erlaubt prinzipiell eine Unterscheidung der Betriebsfälle Lastunterbrechung (Open Load), bei dem der Sensestrom oder die Sensespannung einen ausreichend kleinen Wert annehmen, der normale Betrieb, bei dem der Sensestrom oder die Sensespannung sich in einem vorbestimmten und überwachten Bereich befindet, und der Fehlerfall, bei dem, wie oben erläutert, ein definierter Sensestrom oder eine definierte Sensespannung ausgegeben wird. Diese Signalgestaltung ist aber für Halbleiterschalter ohne eine Open Load-Diagnose im eingeschalteten Zustand (ON) optimiert. 12 zeigt die heute gängigen, prinzipiellen Ausgestaltungen eines solchen Lastsignals.
  • 12 zeigt zwei schematische Darstellungen einer beispielhaften Signalgestaltung eines Spannungsverlaufs VIS eines Sense-Pins eines Halbleiterschalters als Funktion eines eine externe Komponente durchfließenden Laststroms IL, wobei in 12a ein Fall dargestellt ist, bei dem im Fehlerfall eine definierte Spannung und im in 12b dargestellten Fall ein definierter Strom im Fehlerfall ausgegeben wird. In 12a und 12b ist hierbei jeweils schematisch ein Verlauf eines VIS-IL-Verlaufs für einen an den Sense-Pin des Halbleiterschalters angeschlossenen Messwiderstand mit dem Wert RIS_1 850-1 und 860-1 und für einen im Vergleich zu RIS_1 kleineren elektrischen Widerstand RIS_2 850-2 und 860-2 dargestellt. Die Spannung VIS am Sense-Pin steigt hierbei ausgehend von einem verschwindenden Laststrom (IL = 0) für alle in 12 dargestellten Fälle im Wesentlichen linear mit dem Laststrom IL an, bis der Laststrom einen vorbestimmten maximalen Wert IL_FAULT erreicht und überschreitet. Ab dem Laststrom IL_FAULT wird in dem in 12a dargestellten Signalverlauf an dem Sense-Pin des Halbleiterschalters eine konstante und vorbestimmte Spannung VIS_max bereitgestellt, so dass unabhängig von dem an den Sense-Pin angeschlossenen elektrischen Widerstand an dem Sense-Pin die konstante Spannung VIS_max anliegt. Bei dem in 12b dargestellten Signalverlauf wird bei Erreichen und Überschreiten der Grenze IL_FAULT durch den Laststrom IL ein konstanter Strom an dem Sense-Pin ausgegeben, der je nach anliegendem elektrischen Widerstand an dem Sense-Pin des Halbleiterschalters zu einem entsprechenden Spannungssignal VIS führt.
  • 12 zeigt darüber hinaus schematisch drei Laststrombereiche, nämlich einen Open Load-Laststrombereich 870-2, einen Normalbetriebs-Laststrombereich 870-4 (normal operation) und einen Fehlerfall-Laststrombereich 870-6 (FAULT). Von diesen drei Laststrombereichen ist nur der Fehlerfall-Laststrombereich 870-6 aufgrund des bei dem Überschreiten der Laststromschwelle IL_FAULT einsetzenden Sprungs der VIS-IL-Kennlinien 850-1, 850-2, 860-1, 860-2 eindeutig identifizierbar. Insbesondere im Bereich kleiner Lastströme ist eine eindeutige Unterscheidung der Laststrombereiche Open Load 870-2 und des Normalbetriebs-Laststrombereichs 870-4 kaum möglich, da einerseits die an dem Sense-Pin des Halbleiterschalters anliegende Spannung VIS von dem an diesem Pin angeschlossenen Widerstand abhängt und andererseits bei typischen Anwendungen, beispielsweise im Kfz-Bereich, die in diesen Laststrombereichen resultierenden Spannungen VIS häufig im Bereich von Nullpunktsspannungen oder auch Rauschamplituden typischer halbleitender Bauelemente liegt.
  • Mit anderen Worten ist für Halbleiterschaltungen mit eine Open Load-Diagnose im eingeschalteten Zustand, wie sie beispielsweise in der nichtveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2005 030 150.9 beschrieben sind, diese Signalgestaltung nicht bzw. nicht optimal anwendbar.
  • Die DE 19825211 C2 bezieht sich auf eine Halbleiterschaltung mit einem Leistungstransistor, der eine mit einer Last verbundenen erste Hauptelektrode, eine zweite Hauptelektrode und eine Steuerelektrode aufweist, wobei der Leistungstransistor einen Hauptstrom zwischen der ersten Hauptelektrode und der zweiten Hauptelektrode durchlässt, wenn einer an der Steuerelektrode angelegte Steuerspannung gleich einer oder größer als eine Schwellenspannung ist. Die Halbleiterschaltung beinhaltet ferner eine Eingangssignalleitung, die ein Eingangssignal empfängt und überträgt, das ein Einschaltsignalpegel und einen Ausschaltsignalpegel hat, die sich abwechselnd periodisch ändern. Ferner hat sie eine Treiberschaltung, die einen mit der Eingangssignalleitung verbundenen Eingang und einem mit der Steuerelektrode des Leistungstransistors verbundenen Ausgang hat, und eine Entscheidungsschaltung, die den Hauptstrom und die Steuerspannung des Leistungstransistors als Eingangssignale erkennt. Die Treiberschaltung gibt hierbei die Steuerspannung, die gleich der oder größer als die Schwellenspannung ist, an ihrem Ausgang nach Ablauf einer Verzögerung, die einer Einschalt-Verzögerungsdauer entspricht, nach dem Eingang des Eingangssignals ab, wenn der Pegel des Eingangssignals der Einschaltsignalpegel ist und die Steuerspannung, die kleiner als die Schwellenspannung ist, an ihrem Ausgang nach Ablauf einer Verzögerung, die einer Ausschalt-Verzögerungsdauer entspricht, nach dem Eingang des Eingangssignals ab, wenn der Pegel des Eingangssignals der Ausschaltsignalpegel ist. Die Entscheidungsschaltung entscheidet, dass sich der Leistungstransistor in einem Überstromzustand befindet, wenn sie detektiert, dass die Steuerspannung gleich oder größer als die Schwellenspannung ist und der Hauptstrom gleich einem oder größer als ein bestimmter Schwellenstrom ist. Insbesondere gibt die Entscheidungsschaltung einen High-Pegel aus, wenn die Überstrom-Detektierschaltung einen High-Pegel liefert und wenn die Gatespannungs-Detektierschaltung einen Low-Pegel liefert, wird der zuvor genannte High-Pegel unterbrochen, der andernfalls durchgelassen wird.
    •
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Konzept zum Erzeugen eines Leistungssignals aus einem eine externe Vorrichtung durchfließenden Laststrom zu schaffen, wobei dieses Konzept insbesondere eine eindeutige Unterscheidung der Betriebsfälle im unteren Laststrombereich ermöglichen soll.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, durch ein Verfahren gemäß Anspruch 18 und durch ein Computerprogramm gemäß Anspruch 23 gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen eines Leistungssignals aus einem eine externe Vorrichtung durchfließenden Laststrom weist eine Kontrolleinrichtung mit einem Laststromeingang für den Laststrom, einem Laststromausgang für den Laststrom, einem Zwischensignalausgang für ein Zwischensignal und einem Statussignalausgang für ein Statussignal, eine Beeinflussungseinrichtung mit einem Zwischensignaleingang für das Zwischensignal und einem Leistungssignalausgang für das Leistungssignal und eine Unterbrechungseinrichtung mit einem Unterbrechungseingang für das Leistungssignal, einem Unterbrechungsausgang für das Leistungssignal und einem Statussignaleingang für das Statussignal auf, wobei die Kontrolleinrichtung ausgebildet ist, um in Abhängigkeit von dem Laststrom das Statussignal und das Zwischensignal zu erzeugen, wobei die Unterbrechungseinrichtung ausgebildet ist, um das Leistungssignal zu unterbrechen, wenn das Statussignal eine vorbestimmte erste Bedingung erfüllt, und andernfalls das Leistungssignal passieren zu lassen und wobei die Beeinflussungseinrichtung ausgebildet ist, um das Zwischensignal als das Leistungssignal an dem Leistungssignalausgang auszugeben, wenn das Zwischensignal eine vorbestimmte zweite Bedingung nicht erfüllt, und andernfalls das Leistungssignal mit einem vorbestimmten Wert zu erzeugen und auszugeben oder so ausgebildet ist, um das Zwischensignal als das Leistungssignal an dem Leistungssignalausgang auszugeben, wenn der Laststrom eine vorbestimmte zweite Bedingung nicht erfüllt, und andernfalls das Leistungssignal mit dem vorbestimmten Wert zu erzeugen und auszugeben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen eines Leistungssignals aus einem eine externe Vorrichtung durchfließenden Laststroms umfasst einen Schritt des Erzeugens eines Statussignals und eines Zwischensignals in Abhängigkeit von dem Laststrom, des Ausgebens des Zwischensignals als das Leistungssignal, wenn das Zwischensignal eine vorbestimmte zweite Bedingung nicht erfüllt, anderenfalls Erzeugen und Ausgeben des Leistungssignals mit einem vorbestimmten Wert oder Ausgeben des Zwischensignals als das Leistungssignal, wenn der Laststrom eine vorbestimmte zweite Bedingung nicht erfüllt, anderenfalls Erzeugen und Ausgeben des Leistungssignals mit einem vorbestimmten Wert und des Unterbrechens des Leistungssignals, wenn das Statussignal eine vorbestimmte erste Bedingung erfüllt, und anderenfalls Durchlassen des Leistungssignals.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine eindeutige Unterscheidung der Betriebszustände und damit der Laststrombereiche „Lastunterbrechung im eingeschal teten Zustand", Normalbetrieb und Fehlerzustand ermöglicht werden kann, indem ein Leistungssignal eine entsprechende Signalgestaltung aufweist und so eine zusätzliche Funktionalität der Möglichkeit der Unterscheidung der genannten Betriebszustände ermöglicht. Ein weiterer Vorteil das Lastsignal mit einer solchen Signalgestaltung einzuführen, die die eindeutige Unterscheidung der vorgenannten Betriebsfälle erlaubt, liegt darin, dass auch zusätzliche Steueranschlüsse bzw. Statusanschlüsse, die die zusätzlichen Informationen weiteren Teilen einer möglichen Schaltung zur Verfügung stellen, nicht benötigt werden. Neben einer Reduzierung der Herstellungskosten entsprechender Schaltungen ermöglicht eine solche Ausgestalltung auch eine Abwärtskompatibilität zu bereits verfügbaren Halbleiterschaltern.
  • Die im weiteren Verlauf der vorliegenden Anmeldung geschilderte Signalgestaltung erlaubt so eine eindeutige Unterscheidung der Betriebszustände Lastunterbrechung im eingeschalteten Zustand (Open Load im ON), Strommessung in einem normalen Betriebszustand, wobei sich der Laststrom in einem für eine Anwendung bestimmten Bereich bewegt (applikativer Bereich) und über das Leistungssignal (Sense) bestimmt werden kann, und einem Fehlerzustand. Ein solcher Fehlerzustand kann beispielsweise auftreten, wenn die externe Vorrichtung bzw. der externe Baustein in extremer Überlast betrieben wird, so dass er sich aufgrund einer Übertemperatur oder eines Kurzschlusses abgeschaltet hat oder andere abschaltende oder schützende Mechanismen aktiviert wurden. Ein wesentlicher Vorteil der hier beschriebenen Signalgestaltung ist, neben der Möglichkeit der Unterscheidung der zuvor genannten Betriebsfälle, dass im normalen Betrieb eine maximal mögliche Auflösung des Laststroms erreicht werden kann. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei der Auswertung des Leistungssignals bzw. des Stromsensesignals über einen analogen Eingang z. B. eines Mikrocontrollers. Die Signalgestaltung kann in diesem Fall über entsprechende Design-Maßnahmen auf unterschiedliche Parameter und Auflösungen von Analog/Digital- Konvertern optimiert werden. Der Schwerpunkt der Signalgestaltung der vorliegenden Anmeldung liegt hierbei auf der Unterscheidung zwischen dem normalen Betriebszustand im unteren Laststrombereich und einer Laststromunterbrechung im eingeschalteten Zustand (Open Load im ON).
    •
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen eines Leistungssignals aus einem Laststrom;
  • 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Signalgestaltung des Leistungssignals in Abhängigkeit von dem Laststrom;
  • 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Signalgestaltung des Leistungssignals in Abhängigkeit von dem Laststrom im unteren Laststrombereich;
  • 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Signalgestaltung des Leistungssignals in Abhängigkeit von dem Laststrom für verschiedene Schwellenkriterien;
  • 5 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 6 eine schematische Darstellung von Signalverläufen der Gaterückregelungsschaltung;
  • 7 ein Schaltbild einer möglichen Realisierung einer Gaterückregelungsschaltung;
  • 8 ein Schaltbild einer möglichen Realisierung einer Vergleichsschaltung;
  • 9 ein schematisches Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 10 ein Schaltbild einer möglichen Realisierung einer Wechselschaltungseinrichtung;
  • 11 ein Schaltbild einer möglichen Realisierung einer Stromvergleichsschaltung und zweier schematischer Funktionsschaltbilder; und
  • 12 zwei schematische Darstellungen des Signalverlaufs eines Leistungssignals gemäß einer möglichen Lösung.
  • Bezug nehmend auf die 1–11 wird nun ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel zur Erzeugung eines Leistungssignals aus einem Laststrom beschrieben. Im weiteren Verlauf werden für gleiche bzw. ähnliche Objekte auch gleiche Bezugszeichen bzw. abgeleitete Bezugszeichen verwendet.
  • 1 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zum Erzeugen eines Leistungssignals aus einem Laststrom. Die Vorrichtung 100 weist eine Kontrolleinrichtung 110 mit einem Laststromeingang 110a, einem Laststromausgang 110b, einem Zwischensignalausgang 110c und einem Statussignalausgang 110d auf. Die Kontrolleinrichtung 110 stellt an ihrem Zwischensignalausgang 110c ein Zwischensignal ZS zur Verfügung, das von einem in die Kontrolleinrichtung 110 an ihrem Laststromeingang 110a hineinfließenden und an dem Laststromausgang 110b herausfließenden Laststrom abhängt. Darüber hinaus stellt die Kontrolleinrichtung 110 an ihrem Statussignalausgang 110d ein Statussignal STS zur Verfügung. An den Zwischensignalausgang 110c der Kontrolleinrichtung 110 ist ein Zwischensignaleingang 120a einer Beeinflussungsein richtung 120 angeschlossen. Die Beeinflussungseinrichtung 120 stellt nun in Abhängigkeit des Zwischensignals ZS oder des Laststroms an einem Leistungssignalausgang 120b ein Leistungssignal LS zur Verfügung. Hierbei gibt die Beeinflussungseinrichtung 120 typischerweise das Zwischensignal ZS als das Leistungssignal LS aus, wenn das ZS oder der Laststrom eine vorbestimmte zweite Bedingung nicht erfüllt, und einen vorbestimmten, vorzugsweise konstanten Wert als Leistungssignal aus, wenn die vorbestimmte zweite Bedingung von dem Zwischensignal ZS oder dem Laststrom erfüllt wird. Der Leistungssignalausgang 120b der Beeinflussungseinrichtung 120 ist weiter mit einem Unterbrechungseingang 130a einer Unterbrechungseinrichtung 130 verbunden. Darüber hinaus weist die Unterbrechungseinrichtung 130 einen Statussignaleingang 130b und einen Unterbrechungsausgang 130c auf. Der Statussignaleingang 130b ist mit dem Statussignalausgang 110d der Kontrolleinrichtung 110 verbunden. Die Unterbrechungseinrichtung 130 unterbricht hierbei typischerweise das Leistungssignal LS, wenn das Statussignal STS eine vorbestimmte erste Bedingung erfüllt, und lässt dieses ansonsten passieren. Typischerweise erfüllt das Zwischensignal ZS oder der Laststrom die zweite Bedingung, wenn das Statussignal STS die erste Bedingung erfüllt. Mit anderen Worten kann typischerweise das Statussignal STS die erste Bedingung nur dann erfüllen, wenn das Zwischensignal ZS bzw. der Laststrom die zweite Bedingung erfüllt. Typischerweise kann so der Fall, dass das Statussignal STS die erste Bedingung erfüllt, das Zwischensignal ZS bzw. der Laststrom die zweite Bedingung nicht erfüllt, nicht auftreten.
  • Die Funktionsweise der einzelnen Komponenten der Vorrichtung 100 zum Erzeugen eines Leistungssignals wird nun genauer anhand der 2 und 3 näher beschrieben. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Signalgestaltung des Lastsignals LS in Abhängigkeit von dem Laststrom IL, wobei es sich im vorliegenden Fall bei dem Leistungssignal LS um ein Spannungssignal VIS handelt. 2a zeigt so in Abhängigkeit von dem Laststrom IL einen Zustand einer Lastunterbrechung (Open Load), während in 2b zwei VIS-IL-Verläufe 150-1 und 150 für zwei verschiedene Werte RIS_1, RIS_2 eines Widerstands gezeigt sind, der an den Unterbrechungsausgang 130c der Unterbrechungseinrichtung 130 angeschlossen, aber in 1 nicht gezeigt ist. Hierbei ist der Wert RIS_1 des elektrischen Widerstands, der zu dem Signalverlauf 150-1 gehört, größer als der Wert RIS_2 des elektrischen Widerstands, der zu dem Signalverlauf 150-2 gehört. Den in 2 gezeigten beispielhaften Signalverläufen liegt als Zwischensignal ZS ein Strom zugrunde, der in der Beeinflussungseinrichtung 120 durch den in 1 nicht gezeigten Messwiderstand in ein Spannungssignal VIS verwandelt wird, das das eigentliche Leistungssignal LS im vorliegenden Beispiel darstellt. Bei dem in 2 gezeigten Beispiel wird sowohl im Fehlerfall, wie auch im Fall des Auftretens einer Lastunterbrechung im eingeschalteten Zustand (Open Load im ON) eine konstante Spannung als Leistungssignal am Leistungssignalausgang 120b der Beeinflussungseinrichtung ausgegeben. 2 zeigt somit eine prinzipielle Signalgestaltung am Beispiel eines „Stromsenses" mit definiertem Spannungssignal im Fehlerfall und im Open Load-Fall.
  • Darüber hinaus ist in 2b ein Open Load-Laststrombereich 170-2, ein Zwischenlaststrombereich 170-3, ein Normalbetriebslaststrombereich 170-4 (normal operation) und ein Fehlerfall-Laststrombereich 170-6 (FAULT) eingezeichnet. Ausgehend von einem Laststromwert Imax_L(IS), der in Bezug auf den Signalverlauf 150-1 zu einem Spannungswert VIS_max gehört, wächst mit steigendem Laststrom das Spannungssignal VIS an, bis bei Erreichen eines Laststromwertes IL_FAULT, also bei Erreichen des Fehlerfall-Laststrombereichs 170-6, durch eine nicht in 1 enthaltene Schaltung das Spannungssignal VIS auf einen konstanten vorherbestimmten Wert IIS_FAULT gelegt wird. Auch der zu dem betragsmäßig kleineren Messwiderstand RIS_2 gehörende Signalverlauf 150-2 weist bei Erreichen und Überschreiben des Laststrom IL_FAULT einen Sprung auf den Wert VIS_fault auf.
  • Ein Fehlerfall im angesteuerten Zustand wird also analog zu den in den einführenden Abschnitten der vorliegenden Anmeldung genannten Konzepten durch eine definierte Spannung VIS fault oder durch einen definierten Strom IIS_fault signalisiert. Im Überlast-Fehlerfall wird, analog zu den heutigen Konzepten für Halbleiterschalter mit normaler Strommessfunktionalität, entweder eine definierte Fehlerspannung, beispielsweise IIS_fault = 5 Volt oder ein definierter Fehlerstrom IIS_fault = 5 mA, über den Ausgang des Halbleiterschalters (Sense) ausgegeben.
  • Ausgehend von einem Laststromwert Imax_L(IS), also beginnend mit dem größten Laststromwert, der zu dem Normalbetriebs-Laststrombereich 170-4 (normal operation) gehört, sinkt im vorliegenden Beispiel das Leistungssignal VIS mit fallendem Laststrom IL so weit ab, bis das Leistungssignal VIS einen minimalen Wert VIS_min aufweist. Im Fall des in 2b gezeigten Signalverlaufs 150-1 geschieht dies bei einem Laststromwert Imin_L(IS), also bei einem minimalen Laststromwert des Normalbetriebs-Laststrombereichs 170-4. Im Normalbetrieb wird also, analog zu den heutigen Konzepten für Halbleiterschalter mit normaler Strommessfunktionalität (Stromsensefunktionalität), ein definierter Messstrom (Sensestrom) oder aber auch eine definierte Messspannung (Sensespannung) ausgegeben, die im Normalbetriebs-Laststrombereich 170-4, also im Laststrombereich Imin_L(IS) ≤ IL ≤ Imax_L(IS), Proportional zu dem Laststrom IL ist. Das Teilerverhältnis bzw. die Proportionalitätskonstante ergibt sich hierbei aus dem Parameter KILIS = IL/IS bzw. im Falle eines Spannungssignals K'ILIS = IL/VIS.
  • In dem Zwischenlaststrombereich 170-3, also in einem Laststrombereich zwischen dem Laststromwert Imin_L(IS) und einem Wert IL(OL_ON), wird das Leistungssignal VIS durch die Beeinflussungseinrichtung 120 auf den konstanten Spannungswert VIS_min festgelegt bzw. geklemmt. In dem an den Zwischenlaststrombereich 170-3 zu kleineren Lastströmen angrenzenden Open Load-Laststrombereich 170-2, also bei Unterschreiten eines Wertes IL(OL_ON) durch den Laststrom IL wird das Leistungssignal VIS in dem in 2 gezeigten Beispiel durch die Unterbrechungseinrichtung 130 auf einen Wert VIS_OL, der meist einer Spannung von etwa 0 Volt entspricht, festgelegt. Die Unterbrechungseinrichtung 130 trennt also das Leistungssignal und sorgt so für einen leicht detektierbaren Sprung des Leistungssignals VIS.
  • Mit dieser Signalgestaltung ist nun zum einen das Überwachen (Monitoring) des Normalbetriebs-Laststrombereichs 170-4 zwischen einem minimalen Wert Imin_L(IS) und einem maximalen Wert Imax_L(IS) möglich. Über das Leistungssignal (Sensesignal) ist aber nun eine klare Unterschreitung der eingestellten Lastunterbrechungsschwelle (Open Load im ON-Schwelle) des Laststroms bei einem Wert IL(OL_ON) erkennbar, indem zwischen Laststrombereich 170-3, also unterhalb des Normalbetriebs-Laststrombereichs 170-4 (Laststrom-Monitoring-Bereich) und oberhalb der Open Load im ON-Schwelle (IL(OL_ON) ≤ IL ≤ Imin_L(IS)) eine definierte Spannung oder ein definierter Strom ausgegeben wird und indem erst bei Unterschreiten der Open Load-Schwelle die ausgegebene Sensespannung oder der ausgegebene Sensestrom auf Null fällt. Erst im Laststrombereich mit Werten kleiner als IL(OL_ON), also im Open Load-Laststrombereich 170-2, liegt eine Lastunterbrechung vor, wie dies auch 2a zeigt. 3 zeigt diese besondere Funktionsweise im unteren Laststrombereich noch einmal hervorgehoben, wobei auf der VIS-Achse der durch die Unterbrechungseinrichtung 130 hervorgerufene Spannungswert VIS_OL mit dem Wert 0 eingetragen ist.
  • Die beschriebene Signalgestaltung, also insbesondere die in den 2 und 3 gezeigte Signalgestaltung einer Sensespannung als Leistungssignal auf Basis eines Stroms als Zwischensignal für einen Schalter mit einer Open Load-Erkennung im ON, zielt darauf, bei Schaltern mit einer Open Load-Diagnose im ON im normalen Betrieb den Laststrom mit einer maximal möglichen Auflösung der auswertenden Komponente, also beispielsweise eines Analog/Digital-Konverters eines Mikrocontrollers, bereitzustellen. Die vorliegende Signalgestaltung erlaubt so neben der reinen Unterscheidung der Betriebszustände Open Load im ON, Normalbetrieb und Fehlerfall im Normalbetrieb eine maximale Auflösung des Laststroms zu erreichen. Die konkrete Signalgestaltung kann hierbei über entsprechende Design-Maßnahmen auf unterschiedliche Parameter und Auflösungen von Analog/Digital-Konvertern, wie sie ein Mikrocontroller an einem analogen Eingang aufweisen kann, optimiert werden.
  • Typische Parameter und Auflösungen von Mikrocontrollern liegen so beispielsweise bei 3,3 Volt oder 5 Volt bei einer Auflösung von 8, 10 oder 12 Bit. Das Auftreten einer Lastunterbrechung im eingeschalteten Zustand (Open Load im ON) wird ebenso eindeutig wie ein Auftreten eines Fehlers signalisiert, indem bei Unterschreiten der Open Load-Schwelle des Laststroms IL das Sensesignal VIS von einer definierten Spannung VIS_min oder von einem definierten Sensestrom IIS_min auf Null fällt. Die definierte Spannung oder der definierte Strom wird dabei so gewählt, dass noch eine ausreichende Bestimmung (Sensierung) über einen analogen Eingang eines Mikrocontrollers möglich ist. Beispielsweise ergibt sich im Falle eines Mikrocontrollers mit einer Betriebsspannung von 5 Volt und einem Analog/Digital-Converter mit einer Auflösung von 8 Bit und einem Vier-Bit-Kriterium ein minimaler Wert VIS_min = 5 Volt·4/256 ≈ 78 mV.
  • Die Voraussetzung hierfür ist, dass im unteren Laststrombereich, also bei Lastströmen IL ≤ Imin_L(IS), oder alternativ im unteren Sensespannungsbereich, also im Bereich VIS(theoretisch) = RIS·IL/KILIS < VIS_min, die Strommessfunktionalität nach außen, also gegenüber einer Schaltung, in die die Vorrichtung 100 integriert bzw. implementiert ist, „deaktiviert" wird. Da bei Schaltern mit einer Lastunterbrechungs-Diagnose im eingeschalteten Zustand (Open Load im ON) die Open Load-Schwelle auf deutlich kleinere Laststromwerte gelegt werden kann als bei Schaltern mit normaler Strommessfunktionalität, bietet die hier ausgewiesene Signalgestaltung den Vorteil, dass die Strommessfunktionalität bei vergleichen Laststrombereichen arbeitet wie bei Schaltern mit einer normalen Strommessfunktionalität. Trotzdem ist aber eine klare Unterscheidung einer Lastunterbrechung im Vergleich zu einer Nichtlastunterbrechung möglich. Dies wird dadurch erreicht, dass bei Lastströmen größer als der Open Load-Schwelle IL(OL_ON) das ausgegebene Leistungssignal (Sensesignal) auf einen unteren „Anschlag", bei dem es sich um einen Stromwert VIS_min oder um einen Spannungswert VIS_min handeln kann, geklemmt bleibt. Erst bei Unterschreiten der Open Load-Schwelle im Rahmen der Open Load-Diagnose im ON fällt die ausgegebene Sensespannung oder der ausgegebene Sensestrom auf Null.
  • Neben der in den 2 und 3 gezeigten Möglichkeit, in Abhängigkeit von dem Laststrom IL eine Sensespannung VIS als Leistungssignal zu verwenden, zeigt 4 drei weitere erfindungsgemäße Signalverläufe im unteren Laststrombereich. Hierbei zeigt 4b das „Klemmen" des Sensestroms IIS als Leistungssignal ab einem minimalen Laststrom Imin_L(IS), wobei 4a den zugehörigen Verlauf der Lastunterbrechung zeigt. 4d zeigt entsprechend das „Klemmen" des Sensestroms IIS ab einem minimalen Sensestroms VIS_min mit dem zugehörigen Lastunterbrechungs-Verlauf in 4c. 4f zeigt schließlich das „Klemmen" der Sensespannung VIS als Leistungssignal ab einer minimalen Sensespannung VIS_min mit dem zugehörigen in 4e dargestellten Lastunterbrechungs-Verlauf.
  • Wie in 4 dargestellt ist, wird für die Unterscheidung einer Lastunterbrechung im eingeschalteten Zustand (Open Load im ON) gegenüber dem Nichtvorliegen einer Lastunterbrechung entweder bei einem zu kleinen Laststrom (IL ≤ Imin_L(IS)), bei einem entsprechend zu geringen Sensestrom (IIS(theoretisch) ≤ IIS_min) oder alternativ bei einer zu kleinen Sensespannung (VIS(theoretisch) ≤ VIS_min) der ausgegebene Sensestrom IIS oder die ausgegebene Sensespannung VIS als Leistungssignal auf einen definierten Wert „geklemmt" bzw. fixiert, solange die Open Load-Schwelle nicht erreicht ist, solange also gilt IL > IL(OL_ON). Der so definierte minimale Sensestrom IIS min oder die so definierte Sensespannung VIS_min wird durch die interne Logik des Schalters so lange bereitgestellt, bis der Laststrom IL die Open Load-Schwelle unterschreitet. In diesem Fall, also sobald der Laststrom IL unter die Schwelle der Lastunterbrechung im eingeschalteten Zustand (Open Load im ON) fällt, fällt aufgrund des Eingreifens der Unterbrechungseinrichtung 130 die Ausgangsspannung oder der Ausgangsstrom als Leistungssignal am Leistungssignalausgang 130c (Sense) auf Null. Wie bereits erwähnt wurde, zeigt 4 die entsprechende Signalgestaltung im Bereich geringer Lastströme noch einmal für die Fälle eines zu kleinen Laststroms, eines zu kleinen Sensestroms und einer zu kleinen Sensespannung.
  • Mit anderen Worten beschreibt die vorliegende Anmeldung basierend auf der nichtveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2005 030 150.9 das Signalverhalten eines smarten Schalters mit einer Lastunterbrechungs-Erkennung im eingeschalteten Zustand (Open Load im ON), das es ermöglicht, eine eindeutige Unterscheidung der Betriebsfälle Lastunterbrechung im eingeschalteten Zustand, Strommessung (Stromsensierung) in normalen Betrieb und Abschalten im Fehlerfall zu erreichen.
  • In den folgenden Abschnitten werden Ausführungsbeispiele in Form von Schaltungsbildern und Blockschaltbildern der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Im Einzelnen handelt es sich hierbei um schaltungstechnische Umsetzungen, die Schaltungseinheiten beispielsweise zur Erkennung einer Lastunterbrechung im eingeschalteten Zustand (Open Load im ON) umfasst. Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen handelt es sich um Highsideschalter mit einer internen Strommessung (Stromsense), einer automatischen Aktivierung der Lastunterbrechungserkennung im eingeschalteten Zustand, interner automatischer Open Load im ON Aktivierung und einer über einen externen Widerstand ROL einstellbaren Open Load-Schwelle. Unter einem Highsideschalter wird im Allgemeinen und im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ein Schalter verstanden, der so zwischen eine Last und eine Spannungsquelle oder eine Stromquelle geschaltet ist, dass der Schalter mit einem Anschluss der Spannungsquelle oder Stromquelle verbunden ist, die gegenüber einem zweiten Anschluss des Stromquelle bzw. Spannungsquelle auf einem höheren Potential liegt. Entsprechend wird unter einem Lowsideschalter ein Schalter verstanden, der so zwischen eine Last und eine Spannungsquelle oder eine Stromquelle geschaltet ist, dass der Schalter mit dem Anschluss der Spannungsquelle oder der Stromquelle verbunden ist, die gegenüber dem zweiten Anschluss der Spannungsquelle bzw. der Stromquelle auf dem niedrigeren Potential liegt.
  • Das Hauptaugenmerk liegt im weiteren Verlauf der vorliegenden Anmeldung jedoch auf dem unteren Laststrombereich. Die im Zusammenhang mit 2 erläuterte Funktionalität einer Detektion eines Fehlerfalls durch Ausgeben einer konstanten Spannung oder eines konstanten Stroms im Fall sehr hoher Lastströme ist in dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel nicht enthalten. Mit anderen Worten liegt das Hauptaugenmerk der vorliegenden Anmeldung auf einer Signalgestaltung des Stromsenses für Open Load im ON Schalter.
  • 5 zeigt ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Leistungssignals aus einem eine externe Vorrichtung durchfließenden Laststroms, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Highsideschalter 200 ausgeführt ist. Der Highsideschalter 200 weist einen ersten Anschluss 200a für einen Laststrom IL und einen zweiten Anschluss 200b für den Laststrom IL auf. Der erste Anschluss 200a des Highsideschalters 200 stellt hierbei einen Eingang für den Laststrom IL und der zweite Anschluss 200b des Highsideschalters einen Ausgang für den Laststrom IL dar, der mit einer Last 205, die in 5 auch als Load bezeichnet ist, und weiter mit einem Bezugspotential GND verbunden ist. Darüber hinaus weist der Highsideschalter 200 einen dritten Anschluss 200c als Ausgang für ein Leistungssignal VIS und einen Steuersignaleingang 200d für ein Steuersignal auf. Der Steuersignaleingang 200d des Highsideschalters 200 dient hierbei einerseits zum Einschalten des Laststroms IL und andererseits zum gleichzeitigen Aktivieren der Open Load-Erkennung. Der Highsideschalter 200 umfasst darüber hinaus eine Kontrolleinrichtung 110 mit einem Laststromeingang 110a, der mit dem ersten Anschluss 200a des Highsideschalters 200 übereinstimmt, einen Laststromausgang 110b, der mit dem zweiten Anschluss 200b des Highsideschalters 200 verbunden ist, einem Zwischensignalausgang 110c und einem Statussignalausgang 110d.
  • Darüber hinaus umfasst der Highsideschalter 200 eine Beeinflussungseinrichtung 120 mit einem Zwischensignaleingang 120a, der wie schon in 1 gezeigt ist mit dem Zwischensignalausgang 110c verbunden ist, und einem Leistungssignalausgang 120b. Des weiteren weist der Highsideschalter 200 noch eine Unterbrechungseinheit 130 mit einem Unterbrechungseingang 130a, der mit dem Leistungssignalausgang 120b verbunden ist, einem Statussignaleingang 130b, der mit dem Statussignalausgang 110d gekoppelt ist, und einem Unterbrechungsausgang 130c, der mit dem dritten Anschluss 200c des Highsideschalters 200 verbunden ist, auf. Der dritte Anschluss 200c des Highsideschalters 200 ist mit einem Messwiderstand 207 mit einem Widerstandswert RIS und dem Bezugspotential GND verbunden. Über dem Messwiderstand 207 fällt somit die von dem Highsideschalter 200 als Leistungssignal ausgegebene Spannung VIS ab.
  • Die Kontrolleinrichtung 110 weist einen ersten Feldeffekttransistor 240 auf, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel als selbstsperrender n-Kanal-MOSFET mit Freilaufdiode ausgeführt und in 5 auch als MOS bezeichnet ist. Ein Drainanschluss des ersten Feldeffekttransistors 240 ist mit dem Laststromeingang 110a und ein Sourceanschluss des ersten Feldeffekttransistors 240 mit dem Laststromausgang 110b verbunden. Ein Gateanschluss des ersten Feldeffekttransistors 240 ist mit einem Ausgang 250a einer Gaterückregelungsschaltung 250 verbunden, deren Aufbau und Funktionsweise im weiteren Verlauf der vorliegenden Anmeldung und im Zusammenhang mit 7 beschrieben und erläutert werden. Neben dem Ausgang 250a weist die Gaterückregelungsschaltung 250 einen Drainpotentialanschluss 250b, einen Sourcepotentialanschluss 250c und einen Steuereingang 250d auf. Der Steuereingang 250d ist mit dem Steuersignaleingang 200d des Highsideschalters 200 verbunden, während der Drainpotentialanschluss 250b mit dem Drainanschluss des ersten Feldeffekttransistors 240 und der Sourcepotentialanschluss 250c mit dem Sourceanschluss des ersten Feldeffekttransistors 240 gekoppelt sind.
  • Neben dem ersten Feldeffekttransistor 240 weist die Kontrolleinrichtung 110 einen zweiten Feldeffekttransistor 260 auf, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel ebenfalls als selbstsperrender n-Kanal-MOSFET mit Freilaufdiode ausgebildet ist. Ein Drainanschluss des zweiten Feldeffekttransistors 260 ist ebenfalls mit dem Laststromeingang 110a und damit mit dem Drainanschluss des ersten Feldeffekttransistors 240 verbunden. Ein Gateanschluss des zweiten Feldeffekttransistors ist ebenfalls mit dem Ausgang 250a der Gaterückregelungsschaltung gekoppelt. Ein Sourceanschluss des zweiten Feldeffekttransistors 260 ist mit einem nicht-invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 265 verbunden. Ein invertierender Eingang des Operationsverstärkers 265 ist mit dem Sourceanschluss des ersten Feldeffekttransistors 240 verbunden. Ein Sourceanschluss des zweiten Feldeffekttransistors 260 ist mit einem ersten Anschluss einer steuerbaren Stromquelle 270 verbunden, die mit einem zweiten Anschluss an den Zwischensignalausgang 110c der Kontrolleinrichtung 110 angeschlossen und mit einem Steuereingang an den Ausgang des Operationsverstärkers 265 gekoppelt ist. Die steuerbare Stromquelle 270 kann hierbei beispielsweise als Transistor, typischerweise als Feldeffekttransistor und insbesondere als selbstsperrender n-Kanal-MOSFET, ausgeführt sein. Auf diese Auslegung weist auch die in 5 enthaltene Bezeichnung PTR (PTR = power transistor = Hochleistungstransistor) hin. Im Fall eines selbstsperrenden n-Kanal-MOSFET entspricht dem ersten Anschluss der steuerbaren Stromquelle 270 ein Drainanschluss, dem zweiten Anschluss ein Sourceanschluss und dem Steuereingang ein Gateanschluss.
  • Des weiteren weist die Kontrolleinrichtung 110 einen dritten Feldeffekttransistor 275 auf, der ebenfalls wie der erste Feldeffekttransistor 240 und der zweite Feldeffekttransistor 260 im vorliegenden Ausführungsbeispiel als selbstsperrender n-Kanal-MOSFET mit Freilaufdiode ausgeführt ist. Ein Drainanschluss des dritten Feldeffekttransistors ist ebenfalls an den Laststromeingang 110a der Kontrolleinrichtung 110 angeschlossen. Ein Sourceanschluss des dritten Feldeffekttransistors 275 ist an einen ersten externen Anschluss 280 und ein Gateanschluss des dritten Feldeffekttransistors an den Steuereingang 200d des Highsideschalters 200 angeschlossen. Ein zweiter externer Anschluss 285 ist an den Sourceanschluss des ersten Feldeffekttransistors 240 angeschlossen.
  • Zwischen den ersten externen Anschluss 280 und den zweiten externen Anschluss 285 ist ein externer Widerstand 290 mit einem Widerstandswert ROL zur Festlegung der Open Load-Schwelle geschaltet. Die Unterbrechungseinrichtung 130 weist eine Vergleichsschaltung 295, deren möglicher Aufbau und deren Funktionsweise im weiteren Verlauf der vorliegenden Anmeldung und im Zusammenhang mit 8 näher beschrieben und erläutert werden, mit einem ersten Eingang 295a, einem zweiten Eingang 295b und einem Ausgang 295c auf. Der erste Eingang 295a der Vergleichsschaltung 295 ist mit dem Drainanschluss des ersten Feldeffekttransistors 240, der zweite Eingang 295b der Vergleichsschaltung 295 mit dem Statussignaleingang 130b der Unterbrechungseinrichtung 130, also letztendlich mit dem Ausgang 250a der Gaterückregelungsschaltung 250 verbunden. Der Ausgang 295c der Vergleichsschaltung 295 ist mit einem ersten Eingang eines UND-Gatters 300, das die Unterbrechungseinrichtung 130 ebenfalls aufweist, verbunden. Ein zweiter Eingang des UND-Gatters 300 ist mit dem Steuersignaleingang 200d des Highsideschalters 200 verbunden. Ein Ausgang des UND-Gatters 300 ist mit einem Steuereingang einer ersten Schalterschaltung 305 gekoppelt. Die erste Schalterschaltung 305 weist darüber hinaus einen ersten Anschluss, der mit dem Unterbrechungseingang 130a der Unterbrechungseinrichtung 130 verbunden ist, und einen zweiten Anschluss auf, der mit dem Unterbrechungsausgang 130c der Unterbrechungseinrichtung 130 verbunden ist. Die erste Schalterschaltung 305 kann beispielsweise als Transistor, typischerweise als Feldeffekttransistor und insbesondere als selbstsperrender n-Kanal-MOSFET ausgeführt werden. Im Fall eines selbstsperrenden n-Kanal-MOSFETs entspricht der Steuereingang der ersten Schalterschaltung 305 einem Gateanschluss, der erste Anschluss einem Drainanschluss und der zweite Anschluss einem Sourceanschluss. In diesem Fall ist der n-Kanal-MOSFET beispielsweise vollständig leitend geschaltet, wenn er an seinem Gateanschluss mit einem Spannungssignal, das einem logischen High entspricht, angesteuert wird, wenn also aufgrund der Verschaltung des Komparators 325 VIS_min > VIS gilt.
  • Die Beeinflussungseinrichtung 120 weist einen Knoten 310 auf, der zwischen den Zwischensignaleingang 120a und den Leistungssignalausgang 120b der Beeinflussungseinrichtung 120 geschaltet ist. Darüber hinaus ist der Knoten 310 mit einem ersten Anschluss einer zweiten Schalterschaltung 315 verbunden. Ein zweiter Anschluss der zweiten Schalterschaltung 315 ist mit einem ersten Anschluss einer internen Spannungsquelle 320, der gegenüber einem zweiten Anschluss der internen Spannungsquelle 320 auf einem um die Spannung VIS_min höheren Potential liegt, und der zweite Anschluss der internen Spannungsquelle 320 ist mit dem Bezugspotential GND verbunden. Die Beeinflussungseinrichtung 120 weist darüber hinaus einen Komparator 325 auf mit einem nicht-invertierenden Eingang, der an den ersten Anschluss der internen Spannungsquelle 320 angeschlossen ist, mit einem invertierenden Eingang, der mit dem dritten Anschluss 200c des Highsideschalters 200 verbunden ist, und mit einem Ausgang, der so an den Steuereingang der zweiten Schalterschaltung 315 angeschlossen ist, dass, wenn das Potential an dem invertierenden Eingang des Komparators 325 das Potential des ersten Anschlusses der internen Spannungsquelle 320 überschreitet, die zweite Schalterschaltung 315 die Verbindung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss der zweiten Schalterschaltung unterbricht.
  • Um die grundsätzliche Funktionsweise des Highsideschalters 200 zu erläutern, ist es notwendig, das Verhalten der Gaterückregelungsschaltung 250 im Kontext des in 5 gezeigten Ausführungsbeispiels des Highsideschalters 200 zu erläutern. Daher wird zunächst anhand von 6 das Verhalten der Gaterückregelungsschaltung 250 erläutert, bevor die Funktionsweise und das Verhalten des Highsideschalters 200 näher betrachtet wird. Im Anschluss hieran wird anhand der 7 und 8 ein mögliches Ausführungsbeispiel der Gaterückregelungsschaltung 250 und der Vergleichsschaltung 295 beschrieben und erläutert.
  • In 6 sind untereinander eine Laststreckenspannung VDS des ersten Feldeffekttransistors 240, also die zwischen dem Drainanschluss und dem Sourceanschluss des ersten Feldeffekttransistors 240 anliegende Spannung, wie sie auch in 5 eingezeichnet und bezeichnet ist, und eine Ansteuerspannung VGS des ersten Feldeffekttransistors, also eine zwischen dem Gateanschluss und dem Sourceanschluss des ersten Feldeffekttransistors 240 anliegende Spannung, in Abhängigkeit von dem durch den Highsideschalter fließenden Laststrom IL dargestellt. Hierbei ist in 6 insbesondere der untere Last strombereich dargestellt. Zur Erläuterung sei zunächst ein Schaltzustand des ersten Feldeffekttransistors 240 betrachtet, bei dem der Laststrom IL größer als ein unterer Schwellenwert IL1 ist und bei dem die Ansteuerspannung VGS einen Wert VGS0 aufweist, bei dem der erste Feldeffekttransistor 240 vollständig leitend angesteuert ist. Der erste Feldeffekttransistor 240 weist in diesem Fall einen Einschaltwiderstand Ron auf, der in diesem Schaltzustand einen Minimalwert annimmt und annähernd unabhängig von dem durch den Highsideschalter 200 fließenden Laststrom IL konstant ist, so dass die Laststreckenspannung VDS proportional zu dem fließenden Laststrom IL zunimmt, wie dies 6a zeigt. Sinkt die Laststreckenspannung VDS auf einen unteren Schwellenwert VDS0 ab, was gleichbedeutend damit ist, dass der Laststrom IL auf einen unteren Schwellenwert IL1 abgesunken ist, so reduziert die Gaterückregelungsschaltung 250 die Ansteuerspannung VGS derart, um den ersten Feldeffekttransistor 240 abzuregeln und dadurch den Einschaltwiderstand Ron für kleine Laststromwerte zu erhöhen, so dass die Laststreckenspannung VDS für kleine Laststromwerte auf den unteren Schwellenwert VDS1 begrenzt wird. Die Ansteuerspannung VGS sinkt hierbei mit kleiner werdendem Laststrom IL von ihrem ursprünglichen Wert VGS0 bis auf einen Wert VR1 bei Erreichen eines Laststroms IL0, wie dies 6b zeigt.
  • Da bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Highsideschalters 200 der erste Feldeffekttransistor als ein selbstsperrender n-Kanal-MOSFET ausgeführt ist, reduziert die Gaterückregelungsschaltung bei Unterschreiten der Laststromschwelle IL1 durch den Laststrom IL die Ansteuerspannung VGS zu kleiner werdenden Lastströmen IL, wie dies in 6b dargestellt ist. Bei Unterschreiten einer vorbestimmten Ansteuerungsschwelle VR1 durch die Ansteuerspannung VGS wird dann, wie weiter unten näher erläutert wird, durch die Vergleichsschaltung 295 die erste Schalterschaltung 305 aktiviert, die das Leistungssignal, also im vorliegenden Fall die Spannung VIS, an dem dritten Anschluss 200c des Highside schalters 200 unterbricht bzw. aufgrund der Kopplung des dritten Anschlusses 200c des Highsideschalters 200 zu dem Bezugspotential GND auf Null abfallen lässt. Die Ansteuerspannung VGS unterschreitet hierbei die Ansteuerschwelle VR1 bei einem Laststromwert IL0, wie dies in 6 gezeigt ist. Der Laststromwert IL0 wird hierbei maßgeblich durch die Auslegung des externen Widerstands 290 mit dem Widerstandswert ROL bestimmt, den ein Open Load-Aktivierungsschaltblock 330 (OL_ON activation) neben dem dritten Feldeffekttransistor 275, dem ersten externen Anschluss 280 und dem zweiten externen Anschluss 285 umfasst. Der Laststrom IL wird aufgrund der parallelen Schaltung des ersten Feldeffekttransistors 240 und des dritten Feldeffekttransistors 275 auf die beiden zugehörigen Schaltungsäste verteilt, wobei den Sourceanschluss bzw. den Drainanschluss des ersten Feldeffekttransistors 240 ein Laststromanteil I'L und den Sourceanschluss bzw. den Drainanschluss des dritten Feldeffekttransistors 275 ein Laststromanteil IOL(ON) passiert.
  • Während der Gateanschluss des ersten Feldeffekttransistors 240 mit dem Ausgang der Gaterückregelungsschaltung 250 verbunden ist, ist der Gateanschluss des dritten Feldeffekttransistors 275 mit dem Steuereingang 200d des Highsideschalters 200 gekoppelt, so dass eine entsprechende Signalausgestaltung eines an dem Steuersignaleingang 200d anliegenden Steuersignals vorausgesetzt der dritte Feldeffekttransistor 275 vollständig leitend angesteuert ist. Liegt nun der Laststrom IL im Bereich zwischen den beiden Laststromwerten IL0 und IL1, in dem aufgrund der Gaterückregelungsschaltung 250 die Laststreckenspannung VDS des ersten Feldeffekttransistors 240 annähernd konstant ist, so liegt aufgrund der konstanten Ansteuerung des dritten Feldeffekttransistors 275 an dem externen Widerstand 290 eine nahezu konstante Spannung an, so dass auch in diesem Laststrombereich der Laststromanteil IOL(ON) annähernd konstant ist und nicht wesentlich von dem Laststrom IL abhängt. Durch eine entsprechende Dimensionierung des externen Widerstands 290 mit dem Widerstandswert ROL kann somit insbesondere der Laststromwert IL0 bestimmt werden, ab dem die Ansteuerspannung VGS des ersten Feldeffekttransistors 240 unter die Ansteuerungsschwelle VR1 mit kleiner werdendem Laststrom IL fällt.
  • Fällt die Ansteuerspannung VGS unter die Ansteuerungsschwelle VR1, wird an dem Ausgang 295c der Vergleichsschaltung 295 ein logisches Signal mit dem Wert High bereitgestellt und dem logischen UND-Gatter 300 zur Verfügung gestellt. In dem eingeschalteten Zustand des Highsideschalters 200, wenn also an dem Steuersignaleingang 200d des Highsideschalters 200 ein Steuersignal anliegt, das einem logischen High entspricht, wird aufgrund der Verbindung des Steuersignaleingangs 200d mit dem UND-Gatter 300 an dem Ausgang des UND-Gatters 300 in diesem Fall ein logisches Signal mit dem Wert High bereitgestellt, so dass die erste Schalterschaltung 305 die leitende Verbindung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten der ersten Schalterschaltung 305 unterbricht. Um zu vermeiden, dass ein Absinken der Ansteuerspannung VGS auf einen Wert unterhalb der Ansteuerungsschwelle VR1, das durch einen Ausschaltpegel des an dem Steuereingang 200d des Highsideschalters 200 anliegenden Signals bedingt ist, fälschlicherweise als Lastunterbrechung erkannt wird, weist die Unterbrechungseinrichtung 130 im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein UND-Gatter 300 auf, das das an dem Steuersignaleingang 200d des Highsideschalters 200 anliegende Steuersignal und das Signal am Ausgang der Vergleichsschaltung 295 miteinander verknüpft und so sicherstellt, dass die erste Schalterschaltung 305 nur dann die Verbindung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss der ersten Schalterschaltung 305 unterbricht, wenn an dem Steuereingang 200d des Highsideschalters ein Signal mit einem einem logischen High entsprechenden Signalwert anliegt.
  • Zur Erzeugung des Zwischensignals, bei dem es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um einen Strom ISense handelt, weist die Kontrolleinrichtung 110 einen in 5 als „Cur rent Sense" bezeichneten Strommessungsschaltblock 335 auf, der den zweiten Feldeffekttransistor 260, den Operationsverstärker 265 und die steuerbare Stromquelle 270 umfasst. Der Strommessungsschaltblock 335 stellt hierbei eine Regelschaltung dar, bei der der Strom ISense, den die steuerbare Stromquelle 270 bereitstellt, durch den Operationsverstärker 265 so geregelt wird, dass zwischen dem Drainanschluss und dem Sourceanschluss des zweiten Feldeffekttransistors 260 ebenfalls die Laststreckenspannung VDS abfällt. Um dies zu ermöglichen, ist einerseits der Drainanschluss des zweiten Feldeffekttransistors 260 mit dem Drainanschluss des ersten Feldeffekttransistors 240 und andererseits der Gateanschluss des zweiten Feldeffekttransistors 260 ebenfalls wie der Gateanschluss des ersten Feldeffekttransistors 240 mit dem Ausgang 250a der Gaterückregelungsschaltung 250 gekoppelt.
  • Der Operationsverstärker 265 dient aufgrund seiner Verschaltung als Regelglied, das dafür sorgt, dass auch an dem Sourceanschluss des zweiten Feldeffekttransistors 260 das an dem Sourceanschluss des ersten Feldeffekttransistors 240 anliegende Potential bereitsteht. Der zweite Feldeffekttransistor 260 stellt somit einen „Messtransistor" für den Laststrom IL bzw. genauer für den Laststromanteil I'L, der durch den ersten Feldeffekttransistor 240 fließt, dar. Das Verhältnis des von der steuerbaren Stromquelle 270 bereitgestellten Stroms ISense im Vergleich zu dem Laststromanteil I'L wird im Wesentlichen über das Flächenverhältnis des zweiten Feldeffekttransistors 260 und des ersten Feldeffekttransistors 240 bestimmt. Der Unterschied zwischen dem Laststrom IL und dem Laststromanteil I'L wird durch die Dimensionierung des Widerstandswertes ROL des externen Widerstandes 290 wesentlich bestimmt. Seine Dimensionierung stellt somit einen Kompromiss zwischen Genauigkeit der Laststrommessung einerseits und der Festlegung des Open Load-Schwellenstroms andererseits dar.
  • Die Beeinflussungseinrichtung 120 des in 5 gezeigten Highsideschalters 200 dient dazu, im Falle eines Unterschrei tens der Spannung VIS_min durch die an dem dritten Anschluss 200c des Highsideschalters 200 anliegende Spannung VIS, also dem Leistungssignal des Highsideschalters 200, dieses solange auf den Spannungswert VIS_min festzulegen, solange durch die Unterbrechungseinrichtung 130 das Leistungssignal nicht unterbrochen wird. Zu diesem Zweck vergleicht der Komparator 325 die an dem dritten Anschluss 200c des Highsideschalters 200 anliegende Spannung mit der Spannung der internen Spannungsquelle 320. Der Komparator 325 stellt im Falle des Unterschreitens an seinem Ausgang ein logisches High-Signal zur Verfügung, so dass in diesem Fall die zweite Schalterschaltung 315 die Verbindung zwischen ihrem ersten Anschluss und ihrem zweiten Anschluss schließt und somit die interne Spannungsquelle 320 mit dem Knoten 310 verbindet. Als Folge steht an dem dritten Anschluss 200c des Highsideschalters 200 die Spannung VIS_min solange zur Verfügung, solange die Unterbrechungseinrichtung 130 die Verbindung zwischen dem Knotenpunkt 315 und dem dritten Anschluss 200c unterbricht.
  • Im Folgenden wird anhand von 7 eine mögliche Realisierung der Gaterückregelungsschaltung 250 gezeigt und erläutert. Die Gaterückregelungsschaltung 250 weist eine Treiberschaltung 350 auf, die mit einem Eingang an den Steuereingang 250d der Gaterückregelungsschaltung 250 angeschlossen ist. Nach Maßgabe des an dem Steuereingang 250d anliegenden Signals stellt die Treiberschaltung 350 an einem Ausgang 350b, der mit dem Ausgang 250a der Gaterückregelungsschaltung 250 verbunden ist, eine Ansteuerspannung VGS für den ersten Feldeffekttransistor 240 bereit. Nimmt das an dem Steuereingang 250d der Gaterückregelungsschaltung 250 anliegende Signal den Wert High an, so entspricht diese Ansteuerspannung VGS beispielsweise der anhand von 6 erläuterten Spannung VGS0. Nimmt das an dem Steuereingang 250d der Gaterückregelungsschaltung 250 anliegende Signal einen Signalpegel an, der einem logischen Low entspricht, so nimmt die von der Treiberschaltung 350 erzeugte Ansteuerspannung einen Wert an, der sicher unterhalb der Einsatzspannung des ersten Feldeffekttransistors 240 liegt.
  • Zur Regelung der Ansteuerspannung VGS abhängig von der Laststreckenspannung VDS weist die Gaterückregelungsschaltung 250 eine Regelanordnung mit einem zwischen den Ausgang 250a und den Sourcepotentialanschluss 250c der Gaterückregelungsschaltung 250 geschalteten internen Transistor 360, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel als selbstsperrender n-Kanal-MOSFET ausgeführt ist, und einen den internen Transistor 360 ansteuernden internen Operationsverstärker 370 auf. Ein Ausgang des internen Operationsverstärkers 370 ist zu diesem Zweck mit einem Gateanschluss des internen Transistors 360 verbunden. Ein Drainanschluss des internen Transistors 360 ist hierbei mit dem Ausgang 350b der Treiberschaltung 350 und damit mit dem Ausgang 250a der Gaterückregelungsschaltung 250 verbunden. Ein Sourceanschluss des internen Transistors 360 ist hierbei mit dem Sourcepotentialanschluss 250c der Gaterückregelungsschaltung 250 verbunden. Ein invertierender Eingang des internen Operationsverstärkers 370 ist mit dem Drainpotentialanschluss 250b der Gaterückregelungsschaltung 250 und der nicht-invertierende Eingang des internen Operationsverstärkers 370 mit einem Anschluss einer zweiten internen Spannungsquelle 380 verbunden, der gegenüber einem weiteren Anschluss der zweiten internen Spannungsquelle 380 um eine Spannung VR2 geringeren Potential liegt. Der zweite Anschluss der zweiten internen Spannungsquelle 380 ist ebenfalls mit dem Sourcepotentialanschluss 250c der Gaterückregelungsschaltung 250 verbunden.
  • Der interne Operationsverstärker 370 vergleicht nun die Laststreckenspannung VDS mit der von der zweiten internen Spannungsquelle 380 bereitgestellten Spannung VR2 und steuert den internen Transistor 360 abhängig von diesem Vergleichsergebnis an. Aufgrund der Verschaltung des invertierenden und des nicht-invertierenden Eingangs des internen Operationsverstärkers 370 entspricht die zwischen diesen beiden Eingängen anliegende Spannung gerade der Differenz aus der Laststreckenspannung VDS und der Spannung VR2. Ist die Laststreckenspannung VDS größer als die Spannung VR2, deren Wert beispielsweise dem Wert VDS0 aus 6 entsprechen kann, so ist der interne Transistor 360 gesperrt und die Ansteuerspannung VGS entspricht der von der Treiberschaltung 350 bereitgestellten Ansteuerspannung. Erreicht die Laststreckenspannung VDS bei kleinen Lastströmen IL den Wert der Spannung VR2, so beginnt der interne Operationsverstärker 370 den internen Transistor 360 leitend anzusteuern mit dem Ziel, die Differenz zwischen der Laststreckenspannung VDS und der Spannung VR2 auf Null zu regeln. Das heißt, dass die Laststreckenspannung VDS auf den Wert der zweiten internen Spannungsquelle 380, also auf den Wert VR2, eingeregelt wird.
  • Diese Regelung endet bei absinkendem Laststrom IL dann, wenn der interne Transistor 360 so weit aufgesteuert ist, dass die Ansteuerspannung VGS unter den Wert der Einsatzspannung des ersten Feldeffekttransistors 240 sinkt oder wenn zuvor aufgrund des Unterschreitens der Ansteuerspannung VGS des Werts VR1 die Unterbrechungseinrichtung 130 aktiviert wird. Im ersten Fall sperrt der erste Feldeffekttransistor 240 vollständig, so dass der Laststromanteil I'L sowie die Laststreckenspannung VDS auf einen Wert nahe Null abfallen.
  • 8 zeigt eine mögliche Ausführungsform der Vergleichsschaltung 295. Die Vergleichsschaltung 295 weist einen internen Komparator 390 mit einem Ausgang, der an den Ausgang 295c der Vergleichsschaltung 295 angeschlossen ist, und mit einem invertierenden Eingang, der mit dem zweiten Eingang 295b der Vergleichsschaltung 295 verbunden ist, auf. Der erste Eingang 295a der Vergleichsschaltung 295 ist mit einem Anschluss einer dritten internen Spannungsquelle 395 gekoppelt, der gegenüber einem zweiten Anschluss der dritten internen Spannungsquelle 395 auf einem um die Spannung VR1 höheren Potential liegt. Der zweite Anschluss der dritten internen Spannungsquelle 395 ist mit einem nicht-invertierenden Eingang des internen Komparators 390 verbunden. Aufgrund der Einbindung der Vergleichsschaltung 295 in den Highsideschalter 200 führt der innere Aufbau der Vergleichsschaltung 295 dazu, dass, wenn die Ansteuerspannung VGS, die an dem zweiten Eingang 295b der Vergleichsschaltung 295 anliegt, gegenüber dem Sourcepotential des ersten Feldeffekttransistors 240, das dem ersten Anschluss 295a der Vergleichsschaltung 295 zugeführt wird, unter die Spannung VR1 fällt, der interne Komparator 390 an dem Ausgang 295c ein logisches High-Signal bereitstellt. Liegt die Ansteuerspannung VGS über der Spannung VR1 der dritten internen Spannungsquelle 395, so liegt an dem Ausgang 295c der Vergleichsschaltung 295 ein logisches Low-Signal.
  • Mit anderen Worten zeigt 5 eine beispielhafte, schaltungstechnische Umsetzung für einen Highsideschalter, beispielsweise einen Profet®, mit Massebezug, der auch als spannungsgesteuerter Profet® bezeichnet wird. Die dargestellten Schaltungsblöcke zeigen die Gaterückregelungsschaltung 250, wobei 7 eine mögliche Realisierung dieser Schaltung zeigt, den Strommessungsschaltblock 335 (Stromsense), den Open Load-Aktivierungsschaltblock 330 (Open Load-Erkennung im ON), der Beeinflussungseinrichtung 120 zur „Klemmung" des Sensesignals bei kleinen Lastströmen bzw. dem „Klemmen" der Sensespannung und der Unterbrechungseinrichtung 130 zur Ausgabe eines definierten Signals im Fall der Lastunterbrechung (Open Load), wobei das definierte Signal beispielsweise durch einen „Null-Strom" gekennzeichnet sein kann. Die Funktionalität und die genauere Beschreibung ist in den oberen Abschnitten der vorliegenden Anmeldung enthalten.
  • Mit anderen Worten zeigt 5 ein Schaltungsbeispiel für einen Highsideschalter mit einer Open Load-Erkennung im eingeschalteten Zustand (ON) und einer Sensefunktionalität mit einem „Klemmen" der Sensespannung ab einer minimalen Sensespannung VIS_min. Die Open Load-Erkennung im ON wird hierbei gemäß der nichtveröffentlichten deutschen Patentan meldung DE 10 2005 030 150.9 bzw. gemäß der Beschreibung in den vorhergehenden Abschnitten der vorliegenden Anmeldung umgesetzt, wobei die Open Load-Schwelle in diesem Beispiel über den externen Widerstand 290 mit dem Widerstandswert R_OL eingestellt werden kann. In diesem Beispiel wird die Open Load-Erkennung mit dem Einschalten des Highsideschalters 200 aktiviert. Grundsätzlich kann aber auch eine separate Aktivierung mit oder ohne externe Einstellung der Open Load-Schwelle implementiert sein. Der Strommessungsschaltblock 335 (Sense-Block) ist zunächst vergleichbar zu einem entsprechenden Sense-Block eines heutigen Highsideschalters ohne Open Load-Erkennung im ON gestaltet.
  • Mit noch anderen Worten zeigt 5 einen smarten Halbleiterschalter 200 mit einer erweiterten Stromsensefunktionalität zur Open Laod-Detektion im eingeschalteten Zustand.
  • Die erfindungsgemäße Signalgestaltung der Sensespannung für die Unterscheidung zwischen den Betriebszuständen Open Load gegenüber dem normalen Betrieb (Normal Load) wird nun durch eine zusätzliche, über die zweite Schalterschaltung 315 geschaltete, interne Spannungsquelle 320 erreicht. Wird der Schalter 200 – unabhängig von einer aktivierten oder deaktivierten Gaterückregelung – mit einem zu kleinen Laststrom IL beaufschlagt, der an dem Sensewiderstand bzw. Messwiderstand 207 über das KILIS-Teilerverhältnis und den Widerstandswert RIS des Messwiderstands 207 zu einem zu kleinen Spannungsabfall führen würde, so wird über den Komparator 325 die zweite Schalterschaltung 315 geschlossen, damit die Spannung am Sensewiderstand bzw. Messwiderstand 207 auf einen definierten Wert „geklemmt" wird. Dieser definierte Wert der Spannung VIS_min wird durch die interne Spannungsquelle 320 bereitgestellt. Fällt der Laststrom IL, beispielsweise durch die Open Load-Erkennung im ON, unter die Open Load-Schwelle IL(OL_ON), so wird der dritte Anschluss 200c bzw. der Senseausgang des Highsideschalters 200 über die erste Schalterschaltung 305 bzw. über einen Transistor deaktiviert. Die Spannung über dem Sensewiderstand 207 fällt damit im Open Load-Fall von dem vorherigen Wert VIS_min auf Null.
  • 9 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen eines Leistungssignals aus einem Laststrom in Form eines Highsideschalters 400. Ebenso wie der in 5 gezeigte Highsideschalter 200 weist der Highsideschalter 400 einen ersten Anschluss 400a für einen Laststrom IL, einen zweiten Anschluss 400b für den Laststrom IL, einen dritten Anschluss 400c für das Leistungssignal, bei dem es sich im vorliegenden Fall wiederum um ein Spannungssignal VIS handelt, und einen Steuereingang 400d auf. Der Highsideschalter 400 ist mit seinem zweiten Anschluss 400b mit einer Last 205 und weiter mit einem Bezugspotential GND verbunden. Ebenfalls wie der Highsideschalter 200 aus 5 ist auch der Highsideschalter 400 an seinem dritten Anschluss 400c mit einem Messwiderstand 207 mit einem Widerstandswert RIS, über den das Leistungssignal VIS abfällt, und weiter mit dem Bezugspotential GND verbunden. Der Highsideschalter 400 weist, genau wie der Highsideschalter 200 aus 5, eine Kontrolleinrichtung 110, eine Beeinflussungseinrichtung 120 und eine Unterbrechungseinrichtung 130 auf.
  • Die Unterbrechungseinrichtung 130 des Highsideschalters 400 unterscheidet sich von der Unterbrechungseinrichtung 130 des Highsideschalters 200 nicht, so dass für die Beschreibung des Aufbaus und der Funktionsweise auf die entsprechenden Abschnitte weiter oben der vorliegenden Anmeldung verwiesen wird. Die Kontrolleinrichtung 110 des Highsideschalters 400 unterscheidet sich von der Kontrolleinrichtung 110 des Highsideschalters 200 nur dadurch, dass sie einen weiteren Anschluss 110x aufweist, der direkt mit dem Laststromeingang 110a verbunden ist. Abgesehen von dem weiteren Anschluss 110x unterscheidet sich die Kontrolleinrichtung 110 des Highsideschalters 400 nicht von der in 5 gezeigten Kontrolleinrichtung des Highsideschalters 200, so dass auch für die Beschreibung des weiteren Aufbaus und der Funktionsweise auf die entsprechenden Abschnitte weiter oben verwiesen wird.
  • Der Highsideschalter 400 weist wesentliche Unterschiede zu dem Highsideschalter 200 aus 5 nur in Bezug auf die Beeinflussungseinrichtung 120 auf. Die Beeinflussungseinrichtung 120 des Highsideschalters 400 weist ebenso einen Zwischensignaleingang 120a auf, der mit dem Zwischensignalausgang 110c verbunden ist, sowie einen Leistungssignalausgang 120b, der mit dem Unterbrechungseingang 130a der Unterbrechungseinrichtung 130 verbunden ist. Im Unterschied zu der Beeinflussungseinrichtung 120 des Highsideschalters 200 aus 5 weist die Unterbrechungseinrichtung 120 des Highsideschalters 400 einen weiteren Anschluss 120x auf, der mit dem weiteren Anschluss 110x der Kontrolleinrichtung 110 verbunden ist.
  • Die Beeinflussungseinrichtung 120 des Highsideschalters 400 weist eine Wechselschalterschaltung 440 mit einem ersten Anschluss 440a, der mit dem Zwischensignaleingang 120a verbunden ist, einem zweiten Anschluss 440b, der mit dem Leistungssignalausgang 120b verbunden ist, einem Steuereingang 440c und einen dritten Anschluss 440d auf. Der dritte Anschluss 440d der Wechselschalterschaltung 440 ist mit einem ersten Anschluss einer internen Stromquelle 450 gekoppelt, die mit einem zweiten Anschluss an den weiteren Anschluss 120x der Beeinflussungseinrichtung 120 angeschlossen ist. Die interne Stromquelle 450 stellt hierbei einen Strom mit einem Wert IIS_min an ihren Anschlüssen bereit. Der Steuereingang 440c der Wechselschalterschaltung 400 ist mit einem Ausgang einer Stromvergleichsschaltung 460 verbunden.
  • Die Stromvergleichsschaltung 460 und die Wechselschalterschaltung 440 sind hierbei so ausgelegt, dass der zweite Anschluss 440b der Wechselschalterschaltung 440 mit dem ersten Anschluss 440a der Wechselschalterschaltung 400 elektrisch leitend verbunden wird, wenn der Stromwert ISense des Zwischensignals, das die Kontrolleinrichtung 110 an dem Zwischensignalausgang 110c bereitstellt, größer ist als der von der internen Stromquelle 450 gelieferte Strom IIS_min. Ist dies nicht erfüllt, gilt also ISense < IIS_min, so sind die Stromvergleichsschaltung 460 und die Wechselschalterschaltung 440 so ausgelegt, dass in diesem Fall der zweite Anschluss 440b mit dem dritten Anschluss 440d der Wechselschalterschaltung 440 elektrisch leitend verbunden werden.
  • 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Wechselschalterschaltung 440 und ihre Einbindung in das Ausführungsbeispiel aus 9. Die Wechselschalterschaltung 440 weist eine weitere Treiberschaltung 500 mit einem Eingang und einem Ausgang auf, wobei der Eingang der weiteren Treiberschaltung 500 mit dem Steuereingang 440c der Wechselschalterschaltung 440 verbunden ist. Darüber hinaus weist die Wechselschalterschaltung 440 einen ersten Schalttransistor 510, einen zweiten Schalttransistor 520 und einen dritten Schalttransistor 530 auf, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als selbstsperrende MOSFET ausgeführt sind. Hierbei sind der erste Schalttransistor 510 und der zweite Schalttransistor 530 als selbstsperrende p-Kanal-MOSFET und der zweite Schalttransistor 520 als selbstsperrender n-Kanal-MOSFET ausgelegt. Alle drei Schalttransistoren 510, 520, 530 sind mit einem Gateanschluss an den Ausgang der weiteren Treiberschaltung 500 angeschlossen.
  • Der erste Anschluss 440a der Wechselschalterschaltung 440 ist sowohl mit einem Drainanschluss des zweiten Schalttransistors 520 wie auch mit einem Sourceanschluss des dritten Schalttransistors 530 verbunden. Der zweite Anschluss 440b ist dagegen mit einem Sourceanschluss des zweiten Schalttransistors 520 und einem Drainanschluss des ersten Schalttransistors verbunden. Ein Drainanschluss des dritten Schalttransistors 530 ist mit dem Bezugspotential GND verbunden, während ein Sourceanschluss des ersten Schalttransistors 510 mit dem vierten Anschluss 440d der Wechselschalterschaltung 440 gekoppelt ist. Der erste Anschluss 440a der Wechselschalterschaltung 440 ist über einen weiteren Messwiderstand 550 mit der steuerbaren Stromquelle 270 der Kontrolleinrichtung 110 verbunden. Wie dies schon 9 gezeigt hat, ist der dritte Anschluss 440d der Wechselschalterschaltung 440 mit der internen Stromquelle 450 verbunden.
  • Abhängig von dem der weiteren Treiberschaltung 500 an ihrem Eingang bereitgestellten Signal erzeugt diese an ihrem Ausgang ein Signal, das so ausgelegt ist, dass entweder der erste Schalttransistor 510 und der dritte Schalttransistor 530 vollständig sperren und der zweite Schalttransistor 520 vollständig durchgeschaltet ist, oder dass der erste Schalttransistor 510 und der dritte Schalttransistor 530 vollständig durchgeschaltet sind und der zweite Schalttransistor 520 vollständig gesperrt ist. Hierdurch kann je nach dem an dem Steuereingang 440c der Wechselschalterschaltung 440 anliegenden Signal an dem zweiten Anschluss 440b ein Strom IS_OUT abgegriffen werden, der der Wechselschalterschaltung 440 entweder an ihrem ersten Anschluss 440a oder an ihrem dritten Anschluss 440d zugeführt wird.
  • 11 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer Stromvergleichsschaltung 460. Hierbei zeigt 11a das Schaltbild einer möglichen Realisierung, während die 11b und 11c in Form eines mechanischen Analogons jeweils den Fall zeigen, dass das Zwischensignal ISense den von der internen Stromquelle 450 zur Verfügung gestellten Strom IIS_min übersteigt (11b) bzw. nicht übersteigt (11c). Hierbei zeigt auch 11a für die Wechselschalterschaltung 440 ein vereinfachtes mechanisches Analogon. Die Stromvergleichsschaltung 460 weist neben dem weiteren Messwiderstand 550 auch einen Vergleichskomparator 560 und eine Referenzspannungsquelle 570 auf. Hierbei ist ein Ausgang des Vergleichskomparators 560 mit dem Steuereingang 440c der Wechselschalterschaltung 440 gekoppelt. Ein invertierender Eingang des Vergleichskomparators 560 ist einerseits mit dem ersten Anschluss 440a der Wechselschalterschaltung 440 und einem Anschluss des weiteren Messwiderstands 550 verbunden. Ein nicht-invertierender Eingang des Vergleichskomparators 560 ist mit einem Anschluss der Referenzspannungsquelle 570 verbunden, der gegenüber einem weiteren Anschluss der Referenzspannungsquelle 570 ein um einen Spannungsbetrag IIS_min reduziertes Potential aufweist. Der weitere Anschluss der Referenzspannungsquelle 570 ist mit einem weiteren Anschluss des weiteren Messwiderstands 550 und der steuerbaren Stromquelle 270, die das Zwischensignal der Stromstärke ISense bereitstellt, verbunden. Wie dies bereits 9 gezeigt hat, ist die interne Stromquelle 450 mit dem dritten Anschluss 440d der Wechselschalterschaltung 440 verbunden.
  • In dem in 11a gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Vergleich der Ströme ISense und des Stroms IIS_min über die Referenzspannungsquelle 570 und den weiteren Messwiderstand 550, der einen Widerstandswert RM aufweist, realisiert. In diesem Ausführungsbeispiel erfüllen die Spannung IIS_min der Referenzspannungsquelle 570 und der Strom IIS_min der internen Stromquelle 450 die Beziehung VIS_min = RM·IIS_min.
  • Liegt der Fall vor, den auch 11b schematisch zeigt, dass der Strom ISense größer ist als der Strom IIS_min, so übersteigt der Spannungsabfall über dem weiteren Messwiderstand 550 die Spannung der Referenzspannungsquelle 570, so dass der Vergleichskomparator 560 in diesem Fall ein logisches High-Signal an den Steuereingang 440c der Wechselschalterschaltung 440 ausgibt. In diesem Fall wird, wie 11b zeigt, der erste Anschluss 440a und der zweite Anschluss 440b der Wechselschalterschaltung 440 leitend miteinander verbunden, so dass an dem zweiten Anschluss 440b der Ausgangsstrom IS_OUT = ISense bereitsteht. Ist hingegen der Strom ISense kleiner als der Strom IIS_min, so ist die Spannung der Referenzspannungsquelle 570 größer als der Spannungsabfall über dem weiteren Messwiderstand 550, so dass der Vergleichskomparator 560 ein logisches Low-Signal dem Steuereingang 440c der Wechselschalterschaltung zur Verfügung stellt. In diesem Fall, der schematisch in 11c gezeigt ist, wird der erste Anschluss 440a der Wechselschalterschaltung 440 mit dem Bezugspotential GND und der dritte Anschluss 440d mit dem zweiten Anschluss 440b der Wechselschalterschaltung 440 verbunden, so dass an dem zweiten Anschluss 440b ein Ausgangsstrom IS_OUT = IIS_min zur Verfügung steht.
  • Mit anderen Worten zeigt 9 im Zusammenhang mit 10 und 11 ein Schaltungsbeispiel für einen Highsideschalter 400 mit einer Open Load-Erkennung im ON und einer Sensefunktionalität mit „Klemmen" des Sensestroms ab einem minimalen Sensestrom IIS_min. Die in 9 gezeigte beispielhafte, schaltungstechnische Umsetzung für einen Highsideschalter 400 mit einem „Klemmen" des Sensestroms ab einem minimalen Sensestrom ist besonders für Highsideschalter ohne Masse (stromgesteuerter Schalter) geeignet. Grundsätzlich eignet sich dieser Ansatz aber ebenso für Schalter mit Massebezug. Die erfindungsgemäße Signalgestaltung des Sensestroms für die Unterscheidung des Falls einer Lastunterbrechung (Open Load) gegenüber dem Fall des Normalbetriebs (Normal Load) wird nun durch eine zusätzliche, über die Wechselschalterschaltung 440 geschaltete, interne Stromquelle 450 erreicht. Wird der Schalter 400 – unabhängig von eine aktivierten oder deaktivierten Gaterückregelung – mit einem zu kleinen Laststrom IL beaufschlagt, bei dem der Sensestrom ISense kleiner ausfallen würde, als der Strom der internen Stromquelle 450 IIS_min, so wird über den Wechselschalterschalter 440 bzw. den Schalter 440 der definierte Sensestrom IIS_min ausgegeben, so dass die Spannung an dem Sensewiderstand bzw. Messwiderstand 207 auf einen definierten Wert „geklemmt" wird. Fällt der Laststrom IL, beispielsweise durch die Open Load-Erkennung im ON, unter die Open Load-Schwelle IL(OL_ON), so wird der Senseausgang bzw. der dritte Anschluss 400c des Highsideschalters 400 über die erste Schalterschaltung 305 der Unterbrechungseinrichtung 130 bzw. über einen Transistor deaktiviert. Die Spannung über dem Sensewiderstand bzw. über dem Messwiderstand 207 fällt damit im Open Load-Fall von dem vorherigen Wert VIS_min, hervorgerufen bzw. erwirkt durch den Strom VIS_min, auf Null.
  • Obwohl die im Rahmen dieser Anmeldung gezeigten Ausführungsbeispiele nur Highsideschalter gezeigt haben, ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen eines Leistungssignals aus einem Laststrom nicht auf einen Highsideschalter beschränkt. Vielmehr ist es auch denkbar, eine entsprechende erfindungsgemäße Vorrichtung als Lowsideschalter auszulegen. Darüber hinaus ist es auch möglich, wie die erfindungsgemäßen Signalverläufe in den 2, 3 und 4 bereits angedeutet haben, das Festlegen des Leistungssignals auf einen konstanten Wert nicht nur abhängig von dem Zwischensignal auszulegen, sondern es ist vielmehr auch möglich, direkt den Laststrom IL hierfür heranzuziehen. Wie die beiden Ausführungsbeispiele in 5 und 9 zusammen mit den weiteren Detailauslegungen in den 7 und 8 sowie in den 10 und 11 gezeigt haben, ist es möglich, sowohl Ströme wie auch Spannungen als Grundlage für eine Lastunterbrechung heranzuziehen.
  • Neben der in 11 gezeigten Stromvergleichsschaltung, die sich eines Spannungsabfalls über einem Widerstand zur Bestimmung eines Stroms bedient, ist es durchaus möglich, andere Stromvergleichsschaltungen einzusetzen. Ein Beispiel stellt hierfür eine Schaltung dar, die die Magnetfelder zweier Ströme mit umgekehrten Vorzeichen überlagert und das resultierende Magnetfeld detektiert. Hierfür können beispielsweise Hall-Sonden oder andere magnetoresistive Bauelemente eingesetzt werden.
  • Darüber hinaus ist es möglich, die Lastunterbrechungserkennung (Open Load-Erkennung) entgegen den in 5 und 9 gezeigten Ausführungsbeispielen auch über eine separate Aktivierung zuzuschalten. Des weiteren kann die Open Load- Schwelle nicht nur über einen externen Widerstand festgelegt werden, sondern es ist durchaus möglich, eine solche Open Load-Schwelle beispielsweise über eine Stromquelle oder eine Spannungsquelle zu realisieren.
  • Mit anderen Worten kann beispielsweise die Funktionalität eines „geklemmten" Sensestroms bis zu einem minimalen Laststrom mit einer dem in 9 gezeigten vergleichbaren Ausführungsbeispiel realisiert werden. Eine entsprechende Schaltung unterscheidet sich lediglich in den Komparatorsignalen der die Wechselschalterschaltungen ansteuernden Komparatoren bzw. in den Signalen der Stromvergleichsschaltungen. Diese Komparatoren vergleichen in diesem Fall anstelle der Bedingung ISense < IIS_min den Laststrom auf das Kriterium IL < Imin_L(IS). Die hier beschriebene Signalgestaltung des Strommessungsschaltblocks bzw. des Stromsenses kann ebenso auf Lowsideschalter angewendet werden.
  • Abhängig von den Gegebenheiten kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen eines Leistungssignals aus einem eine externe Vorrichtung durchfließenden Laststrom in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementation kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette, einer CD oder einer DVD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das entsprechende Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computer-Programm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computer-Programm-Produkt auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt kann die Erfindung somit als ein Computer-Programm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computer-Programm auf einem Computer abläuft.
    • 100
    Vorrichtung zum Erzeugen eines Leistungssignals
    110
    Kontrolleinrichtung
    120
    Beeinflussungseinrichtung
    130
    Unterbrechungseinrichtung
    150-1
    Leistungssignalverlauf
    150-2
    Leistungssignalverlauf
    170-2
    Open Load-Laststrombereich
    170-3
    Zwischenlaststrombereich
    170-4
    Normalbetriebs-Laststrombereich
    170-6
    Fehler-Laststrombereich
    200
    Highsideschalter
    205
    Last
    207
    Messwiderstand
    240
    Erster Feldeffekttransistor
    250
    Gaterückregelungsschaltung
    260
    Zweiter Feldeffekttransistor
    265
    Operationsverstärker
    270
    Steuerbare Stromquelle
    275
    Dritter Feldeffekttransistor
    280
    Erster externer Anschluss
    285
    Zweiter externer Anschluss
    290
    Externer Widerstand
    295
    Vergleichsschaltung
    300
    Und-Gatter
    305
    Erste Schalterschaltung
    310
    Knoten
    315
    Zweite Schalterschaltung
    320
    Interne Spannungsquelle
    325
    Komparator
    330
    Open Load-Aktivierungsschaltblock
    335
    Stromessungsschaltungblock
    350
    Treiberschaltung
    360
    Interner Transistor
    370
    Interner Operationsverstärker
    380
    Zweite interne Spannungsquelle
    390
    Interner Komparator
    395
    Dritter interne Spannungsquelle
    400
    Highsideschalter
    440
    Wechselschalterschaltung
    450
    Interne Stromquelle
    460
    Stromvergleichsschaltung
    500
    Weitere Treiberschaltung
    510
    Erster Schalttransistor
    520
    Zweiter Schalttransistor
    530
    Dritter Schalttransistor
    550
    Weiterer Messwiderstand
    560
    Vergleichskomparator
    570
    Referenzspannungsquelle
    850-1
    Leistungssignalverlauf
    850-2
    Leistungssignalverlauf
    860-1
    Leistungssignalverlauf
    860-2
    Leistungssignalverlauf
    870-2
    Open Load-Laststrombereich
    870-4
    Normalbetriebs-Laststrombereich
    870-6
    Fehler-Laststrombereich

Claims (23)

  1. Vorrichtung (100; 200; 400) zum Erzeugen eines Leistungssignals (LS) aus einem eine externe Vorrichtung durchfließenden Laststrom mit folgenden Merkmalen: einer Kontrolleinrichtung (110) mit einem Laststromeingang (110a) für den Laststrom, einem Laststromausgang (110b) für den Laststrom, einem Zwischensignalausgang (110c) für ein Zwischensignal (ZS) und einem Statussignalausgang (110d) für ein Statussignal (STS); einer Beeinflussungseinrichtung (120) mit einem Zwischensignaleingang (120a) für das Zwischensignal (ZS) und einem Leistungssignalausgang (120b) für das Leistungssignal (LS); und einer Unterbrechungseinrichtung (130) mit einem Unterbrechungseingang (130a) für das Leistungssignal (LS), einem Unterbrechungsausgang (130c) für das Leistungssignal und einem Statussignaleingang (130b) für das Statussignal (STS), wobei die Kontrolleinrichtung (110) ausgebildet ist, um in Abhängigkeit von dem Laststrom das Statussignal (STS) und das Zwischensignal (ZS) zu erzeugen; wobei die Unterbrechungseinrichtung (130) ausgebildet ist, um das Leistungssignal (LS) zu unterbrechen, wenn das Statussignal (STS) eine vorbestimmte erste Bedingung erfüllt, und andernfalls das Leistungssignal (LS) passieren zu lassen; und wobei die Beeinflussungseinrichtung (120) ausgebildet ist, um das Zwischensignal (ZS) als das Leistungssignal (LS) an dem Leistungssignalausgang (120b) auszugeben, wenn das Zwischensignal (ZS) eine vorbestimmte zweite Bedingung nicht erfüllt, und andernfalls das Leistungssignal (LS) mit einem vorbestimmten Wert zu erzeugen und auszugeben, oder so ausgebildet ist, um das Zwischensignal (ZS) als das Leistungssignal (LS) an dem Leistungssignalausgang (120b) auszugeben, wenn der Laststrom eine vorbestimmte zweite Bedingung nicht erfüllt, und andernfalls das Leistungssignal (LS) mit dem vorbestimmten Wert zu erzeugen und auszugeben.
  2. Vorrichtung (100; 200; 400) nach Anspruch 1, bei der die Beeinflussungseinrichtung (120) so ausgebildet ist, dass der vorbestimmte Wert größer als Null und kleiner als ein maximaler Wert des Leistungssignals (LS) ist.
  3. Vorrichtung (100; 200; 400) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Kontrolleinrichtung (110), die Beeinflussungseinrichtung (120) und die Unterbrechungseinrichtung (130) so ausgebildet sind, dass das Zwischensignal (ZS) oder der Laststrom die zweite Bedingung erfüllt, wenn das Statussignal (STS) die erste Bedingung erfüllt.
  4. Vorrichtung (100; 200; 400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Kontrolleinrichtung (110), die Beeinflussungseinrichtung (120) und die Unterbrechungseinrichtung (130) so ausgebildet sind, dass sich ein erster Laststrombereich, in dem das Statussignal (STS) die erste Bedingung erfüllt und das Zwischensignal (ZS) oder der Laststrom die zweite Bedingung erfüllt, an einen zweiten Laststrombereich anschließt, in dem das Zwischensignal (ZS) oder der Laststrom die zweite Bedingung erfüllt und das Statussignal (STS) die erste Bedingung nicht erfüllt, und bei dem sich ein dritter Laststrombereich, in dem das Zwischensignal (ZS) oder der Laststrom die zweite Bedingung nicht erfüllt und das Statussignal (STS) die erste Bedingung nicht erfüllt, an den zweiten Laststrombereich anschließt.
  5. Vorrichtung (100; 200; 400) nach Anspruch 4, bei der die Kontrolleinrichtung (110), die Beeinflussungseinrichtung (120) und die Unterbrechungseinrichtung (130) so ausgebildet sind, dass mit betragsmäßig steigendem Laststrom der erste Laststrombereich an den zweiten Laststrombereich und der zweite Laststrombereich an den dritten Laststrombereich angrenzt.
  6. Vorrichtung (100; 200; 400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Beeinflussungseinrichtung (120) so ausgebildet ist, dass die zweite Bedingung eine Bedingung an einen Stromstärkewert des Zwischensignals (ZS) umfasst.
  7. Vorrichtung (100; 200; 400) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Beeinflussungseinrichtung (120) so ausgebildet ist, dass die zweite Bedingung eine Bedingung an einen Spannungswert des Zwischensignals (ZS) umfasst.
  8. Vorrichtung (100; 200; 400) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Beeinflussungseinrichtung (120) so ausgebildet ist, dass die zweite Bedingung eine Bedingung an einen Stromwert des Laststroms umfasst.
  9. Vorrichtung (100; 200; 400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beeinflussungseinrichtung (120) eine Vergleichseinrichtung (325; 460), eine Schaltungseinrichtung (315; 440) und eine Signalquelle (320; 450) aufweist.
  10. Vorrichtung (100; 400) nach Anspruch 9, bei der die Schaltungseinrichtung (440) einen ersten Schalttransistor (510) mit einem Steuereingang und einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss und einen zweiten Schalttransistor (520) mit einem Steuereingang und einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss aufweist, wobei der erste Schalttransistor (510) mit dem ersten Anschluss an die Signalquelle (450), der zweite Schalttransistor (520) mit dem ersten Anschluss an den Zwischensignaleingang (120a), der zweite Anschluss des ersten Schalttransistors (510) mit dem zweiten Anschluss des zweiten Steuertransistors (520) an den Leistungssignalausgang (120b) und der Steuereingang des ersten Schalttransistors (510) und der Steuereingang des zweiten Schalttransistors (520) mit der Vergleichseinrichtung (460) gekoppelt sind.
  11. Vorrichtung (100; 400) nach Anspruch 10, bei der der erste Schalttransistor (510) und der zweite Schalttransistor (520) derart angesteuert werden, dass der erste Schalttransistor (510) sperrt, wenn der zweite Schalttransistor (520) durchschaltet, und dass der erste Schalttransistor (510) durchschaltet, wenn der zweite Schalttransistor (520) sperrt.
  12. Vorrichtung (100; 400) nach einem der Ansprüche 10 bis 11, bei der der erste Schalttransistor (510) und der zweite Schalttransistor (520) als Feldeffekttransistoren ausgeführt sind, wobei der Steueranschluss des ersten Schalttransistors (510) ein Gateanschluss und der Steueranschluss des zweiten Schalttransistors (520) ein Gateanschluss sind.
  13. Vorrichtung (100; 400) nach Anspruch 12, wobei der erste Schalttransistor (510) als selbstsperrender p-MOSFET und der zweite Schalttransistor (520) als selbstsperrender n-MOSFET ausgeführt sind, wobei der erste Anschluss des ersten Schalttransistors (510) ein Sourceanschluss, der zweite Anschluss des ersten Schalttransistors (510) ein Drainanschluss, der erste Anschluss des zweiten Schalttransistors (520) ein Drainanschluss und der zweite Anschluss des zweiten Schalttransistors (520) ein Sourceanschluss ist.
  14. Vorrichtung (100; 200) nach Anspruch 9, bei der die Schaltungseinrichtung (315) einen ersten Schalttransistor mit einem Steuereingang und einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss aufweist, wobei der Steueranschluss mit der Vergleichseinrichtung (325), der erste Anschluss des ersten Schalttransistors mit dem Leistungssignalausgang (120b) und der zweite Anschluss des ersten Schalttransistors mit der Signalquelle (320) gekoppelt sind.
  15. Vorrichtung (100; 200; 400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Kontrolleinrichtung (110) einen Hochleistungsfeldeffekttransistor mit einem Sourceanschluss und einem Drainanschluss aufweist, wobei der Laststrom den Sourceanschluss und den Drainanschluss des Hochleistungsfeldeffekttransistors passiert.
  16. Vorrichtung (100; 200; 400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Unterbrechungseinrichtung (130) eine weitere Vergleichseinrichtung (295) mit einem Eingang (295a) und einem Ausgang (295c) und eine weitere Schaltungseinrichtung (305) mit einem Steuereingang und einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss aufweist, wobei der Eingang (295a) der weiteren Vergleichsschaltung (295) mit dem. Statussignaleingang (110d), der erste Anschluss der weiteren Schaltungseinrichtung (305) mit dem Unterbrechungseingang (130a) und der zweite Anschluss der weiteren Schaltungseinrichtung (305) mit dem Unterbrechungsausgang (130c) verbunden sind und der Ausgang (295c) der weiteren Vergleichsschaltung (295) mit dem Steuereingang der weiteren Schaltungseinrichtung (305) gekoppelt sind.
  17. Vorrichtung (100; 200; 400) nach Anspruch 16, bei der die weitere Schaltungseinrichtung (305) einen weiteren Schalttransistor aufweist, wobei der weitere Schalttransistor mit einem Steuereingang an einen Ausgang (295c) der weiteren Vergleichseinrichtung (295) gekoppelt ist.
  18. Verfahren zum Erzeugen eines Leistungssignals (LS) aus einem eine externe Vorrichtung durchfließenden Laststrom mit folgenden Schritten: Erzeugen eines Statussignals (STS) und eines Zwischensignals (ZS) in Abhängigkeit von dem Laststrom; Ausgeben des Zwischensignals (ZS) als das Leistungssignal (LS), wenn das Zwischensignal (ZS) eine vorbestimmte zweite Bedingung nicht erfüllt, anderenfalls Erzeugen und Ausgeben des Leistungssignals (LS) mit einem vorbestimmten Wert oder Ausgeben des Zwischensignals (ZS) als das Leistungssignal (LS), wenn der Laststrom eine vorbestimmte zweite Bedingung nicht erfüllt, anderenfalls Erzeugen und Ausgeben des Leistungssignals (LS) mit einem vorbestimmten Wert; und Unterbrechen des Leistungssignals (LS), wenn das Statussignal (STS) eine vorbestimmte erste Bedingung erfüllt, und anderenfalls Durchlassen des Leistungssignals (LS).
  19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der vorbestimmte Wert größer als Null und kleiner als ein Maximalwert des Leistungssignals (LS) ist.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 19, bei dem das Zwischensignal (ZS) oder der Laststrom die zweite Bedingung erfüllt, wenn das Statussignal (STS) die erste Bedingung erfüllt.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, bei dem sich ein erster Laststrombereich, in dem das Statussignal (STS) die erste Bedingung erfüllt und das Zwischensignal (ZS) oder der Laststrom die zweite Bedingung erfüllt, an einen zweiten Laststrombereich anschließt, in dem das Zwischensignal (ZS) oder der Laststrom die zweite Bedingung erfüllt und das Statussignal (STS) die erste Bedingung nicht erfüllt, und bei dem sich ein dritter Laststrombereich, in dem das Zwischensignal (ZS) oder der Laststrom die zweite Bedingung nicht erfüllt und das Statussignal (STS) die erste Bedingung nicht erfüllt an den zweiten Laststrombereich anschließt.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem mit betragsmäßig steigendem Laststrom der erste Laststrombereich an den zweiten Laststrombereich angrenzt und der zweite Laststrombereich an den dritten Laststrombereich angrenzt.
  23. Computer-Programm mit einem Programmcode zum Durchführen des Verfahrens zum Erzeugen eines Leistungssignals (LS) aus einem eine externe Vorrichtung durchfließenden Laststrom nach Anspruch 18, wenn das Computer-Programm auf einem Computer abläuft.
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