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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung umfassend eine integrierte Schaltung mit einem ersten Eingang und mit einem Treiberausgang zur wahlweisen Ansteuerung über den Treiberausgang einer außerhalb der integrierten Schaltung angeordneten externen Schaltendstufe oder eines elektrischen Verbrauchers, wobei in der integrierten Schaltung eine interne Schaltendstufe ausgebildet ist, die zwei zu einer Gegentaktstufe gekoppelte Feldeffekttransistoren umfasst, wobei ein erster Anschluss des ersten Feldeffekttransistors mit der Betriebsversorgungsspannung und ein zweiter Anschluss des ersten Feldeffekttransistors mit einem ersten Anschluss des zweiten Feldeffekttransistors gekoppelt ist und der erste Feldeffekttransistor und der zweite Feldeffekttransistor über die gemeinsame Kopplung mit dem Treiberausgang gekoppelt sind, wobei die integrierte Schaltung eine Steuerstruktur aufweist, die abhängig von einer Auswertung einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Eingang und einem Bezugspotential den ersten Feldeffekttransistor zur Ansteuerung einer an den Treiberausgang koppelbaren externen Schaltendstufe oder den zweiten Feldeffekttransistor zur Ansteuerung eines an den Treiberausgang koppelbaren elektrischen Verbrauchers ansteuert.
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Schaltendstufen finden vielfältigen Einsatz. Sie werden vielfach eingesetzt zur Ansteuerung von elektrischen Verbrauchern. Die Funktionsweise einer Schaltendstufe entspricht der Funktionsweise eines Schalters, mit dem der gekoppelte elektrische Verbraucher ein- und ausgeschaltet werden kann. Bei der Auslegung der Schaltendstufe muss darauf geachtet werden, dass ein von dieser bereitgestellter Strom groß genug ist, um den jeweils gekoppelten elektrischen Verbraucher betreiben zu können. Der maximale Strom, den eine Schaltendstufe an den elektrischen Verbraucher abgeben kann, wird als Stromtragfähigkeit bezeichnet.
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Um Herstellungskosten von Schaltendstufen gering zu halten, werden Schaltendstufen in Form von integrierten Schaltungen als Standardkomponenten eingesetzt. Die mittels der Schaltendstufen in unterschiedlichen Anwendungen angesteuerten Verbraucher können dabei bezüglich ihrer Stromaufnahme Unterschiede aufweisen. Damit die Schaltendstufen für eine möglichst große Anzahl von Verbrauchern ausgelegt sind, werden sie bezüglich ihrer Stromtragfähigkeit überdimensioniert. Auf diese Weise lassen sich mit einer Schaltendstufe verschiedene Anwendungen realisieren, die für Verbraucher unterschiedlicher Stromaufnahme bestimmt sind.
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Die
DE 10 2006 036 541 A1 offenbart eine Schaltungsanordnung, bei der über die Ansteuerung eines Moduseinganges jeweils beiden MOSFETs eines als Gegentaktendstufe ausgebildeten Treibers zur Erhöhung der Stromtragfähigkeit ein paralleler weiterer MOSFET zugeschaltet werden kann. Durch Ansteuerung lediglich des Moduseinganges kann jedoch nicht entweder der PMOS- oder der NMOS-FET der Gegentaktendstufe ausgewählt werden.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, eine Vorrichtung zum Betrieb einer Schaltungsanordnung mit mindestens einer Schaltendstufe zur Ansteuerung eines elektrischen Verbrauchers zu schaffen, die einen zuverlässigen Betrieb der Schaltungsanordnung ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Schaltungsanordnung, die eine integrierte Schaltung mit einem ersten Eingang und einem Treiberausgang umfasst. In der integrierten Schaltung ist eine interne Schaltendstufe ausgebildet zur Kopplung über den Treiberausgang mit einer außerhalb der integrierten Schaltung angeordneten externen Schaltendstufe. Die Schaltungsanordnung ist dazu ausgebildet, abhängig von einer Auswertung einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Eingang und einem Bezugspotential die interne Schaltendstufe anzusteuern oder, über die interne Schaltendstufe die gekoppelte externe Schaltendstufe anzusteuern. Dies ermöglicht ein Ersetzen der internen Schaltendstufe durch die externe Schaltendstufe unter Einsatz der integrierten Schaltung. Die interne Schaltendstufe weist eine geringere Stromtragfähigkeit auf als die externe Schaltendstufe. Zum Betrieb von Verbrauchern, deren Stromaufnahme größer ist als die Stromtragfähigkeit der internen Schaltendstufe, wird die interne Schaltendstufe durch die externe Schaltendstufe mit angepasster Stromtragfähigkeit ersetzt.
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In erfindungsgemäßer Weise umfasst die interne Schaltendstufe zwei zu einer Gegentaktstufe gekoppelte Feldeffekttransistoren. Ein erster Anschluss des ersten Feldeffekttransistors ist gekoppelt mit der Betriebsversorgungsspannung. Ein zweiter Anschluss des ersten Feldeffekttransistors ist gekoppelt mit einem ersten Anschluss des zweiten Feldeffekttransistors und der erste Feldeffekttransistor und der zweite Feldeffekttransistor sind über die gemeinsame Kopplung mit dem Treiberausgang gekoppelt.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist derart ausgebildet, dass bei Ansteuerung der internen Schaltendstufe der erste Feldeffekttransistor und bei Ansteuerung der externen Schaltendstufe der zweite Feldeffekttransistor ausgeschaltet ist oder bei Ansteuerung der internen Schaltendstufe der zweite Feldeffekttransistor und bei Ansteuerung der externen Schaltendstufe der erste Feldeffekttransistor ausgeschaltet ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung liegt der an dem elektrisch extern zu der integrierten Schaltung nicht kontaktierte erste Eingang an einer Betriebsversorgungsspannung an. Dies ermöglicht einen Betrieb der internen Schaltendstufe für den Fall, dass keine externe Schaltendstufe mit der integrierten Schaltung gekoppelt ist, ohne die Verwendung weiterer Komponenten.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die externe Schaltendstufe ausgebildet mit einem Steuereingang und einem ersten lastseitigen Anschluss, wobei der Steuereingang gekoppelt ist mit dem Treiberausgang und der erste lastseitige Anschluss gekoppelt ist mit dem ersten Eingang. Dies ermöglicht eine Kopplung der externen Schaltendstufe mit der integrierten Schaltung.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die integrierte Schaltung so ausgebildet, dass der erste Eingang direkt angeschlossen ist an das Bezugspotential. Dies ermöglicht die Auswertung der Potentialdifferenz und hat zur Folge, dass die gekoppelte externe Schaltendstufe erkannt wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist bei gekoppelter externer Schaltendstufe der erste Eingang gekoppelt mit dem Bezugspotential über einen ersten Messwiderstand.
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Dies bietet die Möglichkeit durch eine Messung des Spannungsabfalls an dem ersten Messwiderstand auf den durch die externe Schaltendstufe fließenden Strom zu schließen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die integrierte Schaltung mit einer Diagnoseeinheit ausgebildet, die verschiedene Betriebszustände der externen Schaltendstufe ermittelt. Die Funktionen der Diagnoseeinheit können hierdurch der externen Schaltendstufe zur Verfügung gestellt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der erste Eingang gekoppelt mit der Diagnoseeinheit, die dazu ausgebildet ist, eine Überlast der externen Schaltendstufe zu erkennen, abhängig von einer Messung des Spannungsabfalls an dem ersten Messwiderstand. Dies bietet die Möglichkeit eine Überlast der externen Schaltendstufe zu ermitteln.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Diagnoseeinheit einen Diagnoseeingang, der elektrisch gekoppelt ist mit einem zum Ankoppeln einer Last vorgesehenen zweiten lastseitigen Anschluss der externen Schaltendstufe. Dies bietet die Möglichkeit der externen Schaltendstufe weitere Funktionen der Diagnoseeinheit zur Verfügung zu stellen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Schaltungsanordnung mit einer integrierten Schaltung
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2 eine Schaltungsanordnung mit einer integrierten Schaltung und daran gekoppelter externer Schaltendstufe
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3 eine Schaltungsanordnung mit einer integrierten Schaltung und daran gekoppelter externer Schaltendstufe zur Erkennung einer Überlast
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4 eine Schaltungsanordnung mit einer integrierten Schaltung, daran gekoppelter externer Schaltendstufe und Ausführungsbeispielen
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5 eine Steuerstruktur
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figuren-übergreifend mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Eine Schaltungsanordnung (1) umfasst eine integrierte Schaltung IS, einen daran gekoppelten elektrischen Verbraucher LAST und eine mit dem elektrischen Verbraucher LAST gekoppelte externe Spannungsquelle Vbat. Die externe Versorgungsspannung Vbat kann beispielsweise vierzehn Volt betragen.
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Die integrierte Schaltung ist beispielsweise ausgebildet als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC). Sie ist mit einer internen Schaltendstufe ISE ausgebildet und kann beispielsweise eingesetzt sein in einem Automobil zur Ansteuerung des elektrischen Verbrauchers LAST.
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Die integrierte Schaltung IS umfasst zusätzlich zu der internen Schaltendstufe ISE eine Steuerstruktur STKR, eine Diagnoseeinheit DIAG und eine Schnittstelle I/O. Ferner umfasst die integrierte Schaltung IS einen Treiberausgang IS_AUS, über den sie mit dem elektrischen Verbraucher LAST gekoppelt ist, einen ersten Eingang IS_SENS sowie einen Diagnoseeingang IS_DIAG.
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Die interne Schaltendstufe ISE ist mit dem Treiberausgang IS_AUS gekoppelt und steuert über diesen den elektrischen Verbraucher LAST an. Der erste Eingang IS_SENS ist intern gekoppelt mit einer Betriebsversorgungsspannungsquelle, an der eine Betriebsversorgungsspannung Vdd anliegt. Die Betriebsversorgungsspannung Vdd beträgt typischerweise zwischen 4,5 und 5,5 Volt. Ferner ist der erste Eingang IS_SENS gekoppelt mit der Steuerstruktur STKR und mit der Diagnoseeinheit DIAG.
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Die Steuerstruktur STKR ist ferner gekoppelt zum einen mit der internen Schaltendstufe ISE und zum anderen mit der Schnittstelle I/O.
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Die Diagnoseeinheit DIAG ist ferner gekoppelt eingangsseitig mit dem Diagnoseeingang IS_DIAG, einem Bezugspotential GND und mit der internen Schaltendstufe ISE über einen internen Überlastschutz D_ISE. Ausgangsseitig ist die Diagnoseeinheit DIAG gekoppelt zur Übermittlung eines Schutzsignals über den Schutzsignalanschluss D_SCHUTZ mit der Steuerstruktur STKR. Ferner weist die Diagnoseeinheit DIAG eine Diagnoseschnittstelle D_IO auf, die sie zum Austausch von Informationen in beide Richtungen mit der Schnittstelle I/O koppelt. Die Schaltungsanordnung ist dazu ausgebildet, den elektrischen Verbraucher LAST anzusteuern. Angesteuert wird der elektrische Verbraucher LAST durch die interne Schaltendstufe ISE oder durch eine gekoppelte externe Schaltendstufe ESE (2), die über die interne Schaltendstufe ISE betrieben wird. Ob die Schaltungsanordnung zur Ansteuerung des elektrischen Verbrauchers LAST die interne Schaltendstufe ISE betreibt oder die gekoppelte externe Schaltendstufe ESE, hängt ab von einer Auswertung der Potentialdifferenz zwischen dem ersten Eingang IS_SENS und dem Bezugspotential GND. Die Auswertung wird von der Steuerstruktur STKR vorgenommen.
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Bei nicht gekoppelter externer Schaltendstufe ESE ist der Diagnoseeingang IS_DIAG gekoppelt mit dem Treiberausgang IS_AUS und mit dem elektrischen Verbraucher LAST. Der erste Eingang IS_SENS ist extern nicht kontaktiert.
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In einer Ausführungsform ist das Bezugspotential GND gekoppelt mit einem zweiten Eingang IS_GND der integrierten Schaltung IS. Bei dem Bezugspotential GND kann es sich beispielsweise um ein Massepotential handeln. Der elektrische Verbraucher LAST wird über den Treiberausgang IS_AUS mittels der internen Schaltendstufe ISE angesteuert.
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2 zeigt die Schaltungsanordnung mit der integrierten Schaltung IS und gekoppelter externer Schaltendstufe ESE. Die externe Schaltendstufe ESE ist ausgebilet mit einem Steuereingang ESE_EIN, einem ersten lastseitigen Anschluss ESE_ANS1 sowie einem zweiten lastseitigen Anschluss ESE_ANS2. Sie ist gekoppelt zum einen über den Steuereingang ESE_EIN mit dem Treiberausgang IS_AUS der integrierten Schaltung IS und zum anderen über den ersten lastseitigen Anschluss ESE_ANS1 mit dem ersten Eingang IS_SENS der integrierten Schaltung IS. Der zweite lastseitige Anschluss ESE_ANS2 ist gekoppelt mit dem Diagnoseeingang IS_DIAG der integrierten Schaltung IS und mit dem elektrischen Verbraucher LAST.
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Der erste Eingang IS_SENS ist direkt an den zweiten Eingang IS_GND der integrierten Schaltung IS angeschlossen. Zwischen dem ersten Eingang IS_SENS und dem zweiten Eingang IS_GND fällt keine Spannung ab. Durch die Auswertung der Steuerstruktur STKR kommt es infolgedessen zu einer Ansteuerung der externen Schaltendstufe ESE über die interne Schaltendstufe ISE wie später anhand von 5 erklärt wird.
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Die in 2 gezeigte Ausführung der Schaltungsanordnung kommt bevorzugt dann zum Einsatz, wenn zur Ansteuerung des elektrischen Verbrauchers LAST Ströme benötigt werden, die größer sind als die Stromtragfähigkeit der internen Schaltendstufe ISE. In diesem Fall wird der elektrische Verbraucher über die interne Schaltendstufe ISE von der externen Schaltendstufe ESE angesteuert, wobei die externe Schaltendstufe ESE in ihrer Stromtragfähigkeit dem Strombedarf des elektrischen Verbrauchers LAST angepasst werden kann. Damit können beliebige Verbraucher mit unterschiedlichem Stromverbrauch durch die Kombination von interner Schaltendstufe ISE und externer Schaltendstufe ESE angesteuert werden.
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3 zeigt eine weitere Ausführung der Schaltungsanordnung mit der integrierten Schaltung IS und daran gekoppelter externer Schaltendstufe ESE zur Erkennung einer Überlast. Ferner ist die Diagnoseeinheit DIAG weiter ausgeführt.
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Der erste Eingang IS_SENS ist elektrisch gekoppelt mit dem zweiten Eingang IS_GND über einen ersten Messwiderstand R1. Der Spannungsabfall an dem ersten Messwiderstand R1 wird von der Diagnoseeinheit DIAG dahingehend ausgewertet, dass bei einem überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes eine Überlast erkannt wird. Bei der Überlast kann es sich beispielsweise um einen Überstrom handeln, es kann sich jedoch auch um eine Übertemperatur handeln.
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Die Auswertung der Potentialdifferenz erfolgt mittels des externen Überstromkomparators ESE_OC der Diagnoseeinheit DIAG. Der Spannungsabfall über dem ersten Messwiderstand R1 wird verglichen mit einer Referenzspannung einer externen Überstromschwelle U_ESE_CC. Überschreitet die an dem ersten Messwiderstand R1 abfallende Spannung den Wert der externen Überstromschwelle U_ESE_OC, erkennt die Diagnoseeinheit DIAG eine Überlast der externen Schaltendstufe ESE und die externe Schaltendstufe ESE wird abgeschaltet. Das Abschalten der externen Schaltendstufe ESE erfolgt durch die Steuerstruktur STKR nach Übermittlung eines Schutzsignals über den Schutzsignalanschluss D_SCHUTZ einer Diagnosebasiseinheit DIAG_B.
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Diese Schaltungsanordung kommt bevorzugt dann zum Einsatz, wenn eine Überlast der externen Schaltendstufe ESE erkannt werden soll.
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Die Diagnoseeinheit DIAG kann auch eine Überlast der internen Schaltendstufe ISE erkennen. Dies wird ermöglicht durch die Messung eines Spannungsabfalls an einem mit der internen Schaltendstufe ISE gekoppelten zweiten Messwiderstand R2 für den Fall, dass der elektrische Verbraucher LAST über die interne Schaltendstufe ISE angesteuert wird. Der Wert, der an dem zweiten Messwiderstand R2 abfallenden Spannung wird verglichen von einem internen Überstromkomparator ISE_OC der Diagnoseeinheit DIAG mit einer internen Überstromschwelle U_ISE_OC. Überschreitet die an dem zweiten Messwiderstand R2 abfallende Spannung den Wert der internen Überstromschwelle U_ISE_OC, erkennt die Diagnoseeinheit DIAG eine Überlast der internen Schaltendstufe ISE und die interne Schaltendstufe ISE wird abgeschaltet. Der Schwellwert, bei der eine Überlast erkannt wird, richtet sich nach dem gekoppelten elektrischen Verbraucher LAST und liegt je nach Anwendung beispielsweise zwischen einigen Milliampere und einem Ampere. Das Abschalten der internen Schaltendstufe ISE erfolgt durch die Steuerstruktur STKR nach Übermittlung eines Schutzsignals über den Schutzsignalanschluss D_SCHUTZ der Diagnosebasiseinheit DI-AG_B.
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Die Diagnoseeinheit DIAG ist dazu ausgebildet weitere Betriebszustände der externen Schaltendstufe ESE zu erkennen. Dies ist möglich durch die Kopplung der externen Schaltendstufe ESE mit der Diagnoseeinheit DIAG über den zweiten lastseitigen Anschluss ESE_ANS2 der externen Schaltendstufe ESE und dem Diagnoseeingang IS_DIAG. So kann die Diagnoseeinheit DIAG beispielsweise einen Kurzschluss in der externen Schaltendstufe ESE erkennen. Ferner kann die Diagnoseeinheit DIAG einen offenen Kreislauf erkennen. Die prinzipielle Funktionsweise zur Erkennung der weiteren Betriebszustände der externen Schaltendstufe ESE ist wie folgt.
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Die Diagnoseeinheit DIAG weist auf eine Diagnosebasiseinheit DIAG_B, eine Schwellenreferenzspannung U_SCH, einen Kurzschlusskomparator KLS_KOMP und einen Lastkomparator VOL_KOMP und ist so ausgebildet, dass die Schwellenreferenzspannung U_SCH, der Kurzschlusskomparator KLS_KOMP und der Lastkomparator VOL_KOMP mit dem Diagnoseeingang IS_DIAG gekoppelt sind. Die Schwellenreferenzspannung U_SCH weist einen vorgegebenen Wert auf, beispielsweise 2,5 Volt.
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Der Kurzschlusskomparator KLS_KOMP vergleicht die am Diagnoseeingang IS_DIAG abfallende Spannung mit einer Referenzkurzschlussschwelle U_KLS. Unterschreitet die am Diagnoseeingang IS_DIAG gemessene Spannung den Wert der Referenzkurzschlussschwelle U_KLS, beispielsweise 2 Volt, so erkennt die Diagnoseeinheit DIAG einen Kurzschluss.
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Der Lastkomparator VOL_KOMP vergleicht die am Diagnoseeingang IS_DIAG abfallende Spannung mit einer Referenzlastschwelle U_VOL. Unterschreitet die am Diagnoseeingang IS_DIAG gemessene Spannung den Wert der Referenzlastschwelle U_VOL, beispielsweise 3 Volt, so erkennt die Diagnoseeinheit DIAG, dass keine Last angeschlossen ist. Eine bei offener Last an dem Diagnoseeingang IS_DIAG abfallende Spannung beträgt beispielsweise 2,5 Volt.
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Bei gekoppelter externer Schaltendstufe ESE erkennt die Diagnoseeinheit DIAG mittels des Kurzschlusskomparators KLS_KOMP einen Kurzschluss zwischen der externen Versorgungsspannung Vbat und dem Bezugspotential GND. Wird ein solcher Kurzschluss diagnostiziert, so veranlasst die Diagnoseeinheit DI-AG die Steuerstruktur STKR über den Schutzsignalanschluss D_SCHUTZ der Diagnosebasiseinheit DIAG_B die externe Schaltendstufe ESE abzuschalten.
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Die Diagnoseeinheit DIAG kann bei nicht gekoppelter externer Schaltendstufe ESE ihre Funktionen der internen Schaltendstufe ISE zur Verfügung stellen. In einer bevorzugten Ausführung wird die interne Schaltendstufe ISE in diesem Fall von der Diagnoseeinheit DIAG bei Diagnose einer Überlast nicht abgeschaltet.
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4 zeigt eine Ausführung der Schaltungsanordnung mit der integrierten Schaltung IS, daran gekoppelter externer Schaltendstufe ESE und einer Ausführung der Schnittstelle I/O.
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Die Schnittstelle I/O umfasst einen Kontaktpin PIN der integrierten Schaltung IS und eine standardisierte Schnittstelle, die beispielsweise durch ein Serial Peripheral Interface SPI ausgebildet ist, die über einen Umschalter UMS mit der Steuerstruktur gekoppelt sind. Die Schnittstelle I/O kann jedoch auch anders ausgebildet sein. Sie ist gekoppelt zum einen mit der Diagnoseeinheit DIAG über die Diagnoseschnittstelle D_IO und das Serial Peripheral Interface SPI und zum anderen mit der Steuerstruktur STKR über den Umschalter UMS. Mit der Schnittstelle I/O kann die Ansteuerung des elektrischen Verbrauchers LAST sowohl durch die interne Schaltendstufe ISE als auch durch die externe Schaltendstufe ESE ein- und ausgeschaltet werden.
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Die interne Schaltendstufe ISE und die externe Schaltendstufe ESE sind mittels Feldeffekttransistoren ausgebildet.
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Die nachfolgend beschriebene Ausführungsform wird beispielhaft ausgeführt mit Feldeffekttransistoren, die als Low-Side-Schalter ausgebildet sind. Die Schaltungsanordnung kann jedoch auch so ausgebildet sein, dass die Feldeffekttransistoren als High-Side-Schalter ausgebildet sind.
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Der Unterschied zwischen Feldeffekttransistoren, die als Low-Side-Schalter betrieben werden zu Feldeffekttransistoren, die als High-Side-Schalter betrieben werden liegt in der Polung bezüglich ihrer Anschlüsse Drain und Source. Bei High-Side-Schaltern ist der Drain-Anschluss der Feldeffekttransistoren gekoppelt an ein höheres Potential als der Source-Anschluss.
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Die interne Schaltendstufe ISE kann beispielsweise zwei zu einer Gegentaktstufe gekoppelte Feldeffekttransistoren T1 und T2 umfassen. Ein erster Anschluss T1_S des ersten Feldeffekttransistors T1 liegt in diesem Fall an der Betriebsversorgungsspannung Vdd an. Ein zweiter Anschluss T1_D des ersten Feldeffekttransistors T1 ist gekoppelt mit einem ersten Anschluss T2_S des zweiten Feldeffekttransistors T2 und der erste Feldeffekttransistor T1 und der zweite Feldeffekttransistor T2 sind über die gemeinsame Kopplung mit dem Treiberausgang IS_AUS gekoppelt.
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Der zweite Feldeffekttransistor T2 ist gekoppelt über einen zweiten Anschluss T2_D des zweiten Feldeffekttransistors T2 und dem zweiten Messwiderstand R2 mit dem Bezugspotential GND.
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Der zweite Anschluss T1_D des ersten Feldeffekttransistors T1 kann gekoppelt sein mit einer Anode (A) einer Diode D1, deren Kathode (K) zum einen mit dem ersten Anschluss T2_S des zweiten Feldeffekttransistors gekoppelt ist und zum anderen mit dem Treiberausgang IS_AUS der integrierten Schaltung IS. Dies verhindert einen Stromfluss von der Quelle der externen Versorgungsspannung Vbat über den elektrischen Verbraucher LAST und den ersten Feldeffekttransistor T1 in die Quelle der Betriebsversorgungsspannung Vdd.
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Beide Feldeffekttransistoren T1 und T2 sind gekoppelt mit der Steuerstruktur STKR. Der erste Feldeffekttransistoren T1 ist gekoppelt mit der Steuerstruktur STKR über das Gate T1_G des ersten Feldeffekttransistors T1 und der zweite Feldeffekttransistor T2 über das Gate T2_G des zweiten Feldeffekttransistors T2. Die Schaltungsanordnung ist derart ausgebildet, dass bei Ansteuerung der internen Schaltendstufe ISE der erste Feldeffekttransistor T1 ausgeschaltet ist und bei Ansteuerung der externen Schaltendstufe ESE der zweite Feldeffekttransistor T2 ausgeschaltet ist.
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Die Feldeffekttransistoren T1 und T2 der internen Schaltendstufe ISE können mittels des gleichen Ladungstyps ausgebildet sein. Beispielsweise können die Feldeffekttransistoren T1 und T2 beide n-Kanal Feldeffekttransistoren sein. Sie können jedoch auch beide als p-Kanal Feldeffekttransistoren ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die beiden Feldeffekttransistoren T1 und T2 mittels unterschiedlicher Ladungstypen ausgebildet sind. In diesem Fall kann der Aufbau der Steuerstruktur STKR dahingehend vereinfacht werden, dass die Steuerstruktur STKR nur über einen Ausgang zur Ansteuerung der internen Schaltendstufe ISE verfügt. Die interne Schaltendstufe ISE kann beispielsweise auch mittels Bipolartransistoren ausgebildet sein.
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Die externe Schaltendstufe ESE kann auch anders ausgebildet sein. Bei gekoppelter externer Schaltendstufe ESE ist diese bevorzugt durch Komponenten gleicher Technologie ausgebildet wie die interne Schaltendstufe ISE.
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Die externe Schaltendstufe ESE kann beispielsweise ein Schaltnetzwerk umfassen mit einem dritten Feldeffekttransistor T3 sowie einem dritten und einem vierten Widerstand R3 und R4. Der dritte Widerstand R3 ist über den Steuereingang EE_EIN mit dem Treiberausgang IS_AUS gekoppelt. Der dritte Widerstand R3 bildet mit dem an das Bezugspotential GND gekoppelten vierten Widerstand R4 einen Spannungsteiler aus. Der dritte Feldeffekttransistor T3 ist über ein Gate T3_G des dritten Feldeffekttransistors T3 gekoppelt mit dem dritten und dem vierten Widerstand R3 und R4. Ein drittes Source T3_S bildet den zweiten lastseitigen Anschluss EE_ANS2 aus und ein drittes Drain T3_D bildet den ersten lastseitigen Anschluss EE_ANS1 aus.
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Ein Umschalten zwischen der internen Schaltendstufe ISE und der externen Schaltendstufe ESE beziehungsweise zwischen dem zweiten Feldeffekttransistor T2 und dem ersten Feldeffekttransistor T1 erfolgt durch die Steuerstruktur STKR.
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5 zeigt eine schematische Darstellung der Steuerstruktur STKR. Die Steuerstruktur STKR umfasst einen Komparator KOMP mit einer Referenzspannungsquelle U_REF, ein RS-Flipflop FF, zwei UND-Gatter UND1 und UND2 und ein exklusives ODER-Gatter XODER.
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Eingangsseitig ist die Steuerstruktur STKR gekoppelt mit dem ersten Eingang IS_SENS, mit der Diagnoseeinheit DIAG über den Schutzsignalanschluss D_SCHUTZ der Diagnosebasiseinheit DI-AG_B und über den Umschalter UMS mit der Schnittstelle I/O (4). Ausgangsseitig ist die Steuerstruktur STKR gekoppelt mit dem Gate T1_G des ersten Feldeffekttransistors T1 sowie mit dem Gate T2_G des zweiten Feldeffekttransistor T2.
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Die Auswertung der Potentialdifferenz zwischen dem ersten Eingang IS_SENS und dem an dem Bezugspotential GND anliegenden zweiten Eingang IS_GND erfolgt mittels des Komparators KOMP. Der Komparator KOMP ist eingangsseitig gekoppelt mit dem ersten Eingang IS_SENS und der Spannungsreferenzquelle U_REF und vergleicht die an dem ersten Eingang IS_SENS abfallende Spannung mit der der Spannungsreferenzquelle U_REF. Ist die an dem ersten Eingang IS_SENS anliegende Spannung größer als die an der Referenzspannungsquell U_REF anliegende Spannung, dann gibt der Komparator eine logische null an seinem Ausgang aus, ansonsten eine logische eins.
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Die prinzipielle Funktionsweise der Steuerstruktur STKR ist wie folgt. Über die Schnittstelle I/O kann die Steuerstruktur STKR der integrierten Schaltung IS ein- und ausgeschaltet werden. Bei einer logischen eins ist die Steuerstruktur STKR eingeschaltet, bei null ist sie ausgeschaltet. Der mit der Diagnoseeinheit DIAG über den Schutzsignalanschluss D_SCHUTZ der Diagnosebasiseinheit DIAG_B gekoppelte Eingang sorgt für ein Abschalten der jeweils angesteuerten Schaltendstufe für den Fall, dass die Diagnoseeinheit DIAG durch die Auswertung eines Betriebszustandes einen Fehler der angesteuerten Schaltendstufe erkennt. Durch die Auswertung der Potentialdifferenz zwischen dem ersten Eingang IS_SENS und dem Bezugspotential GND mittels des Komparators KOMP steuert die Steuerstruktur STKR entweder den zweiten Feldeffekttransistor T2 an, oder die externe Schaltendstufe ESE über den ersten Feldeffekttransistor T1.
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Der Ausgang des Komparators KOMP ist gekoppelt zum einen mit einem Eingang des ersten UND-Gatters UND1 und zum anderen mit einem Eingang des exklusiven ODER-Gatters XODER. Der Ausgang des ersten UND-Gatters UND1 ist gekoppelt mit dem Gate T1_G des ersten Feldeffekttransistors T1. Der andere Eingang des ersten UND-Gatters UND1 ist gekoppelt zum einen mit dem anderen Eingang des exklusiven ODER-Gatters XODER und zum anderen mit dem Ausgang des zweiten UND-Gatters UND2. Das exklusive ODER-Gatter XODER ist ausgangsseitig gekoppelt mit dem Gate T2 G des zweiten Feldeffekttransistors T2. Das zweite UND-Gatter UND2 ist eingangsseitig gekoppelt über einen Eingang mit der Schnittstelle I/O und über den anderen Eingang mit dem invertierten Ausgang des RS-Flipflops FF. Der Eingang S des RS-Flipflops FF ist gekoppelt mit dem Schutzsignal D_SCHUTZ der Diagnoseeinheit DIAG. Der Eingang R des RS-Flipflops ist gekoppelt zum einen mit dem anderen Eingang des zweiten UND-Gatters UND2 und zum anderen mit der Schnittstelle I/O.
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Bei Normalbetrieb, das heisst bei eingeschalteter Steuerstruktur STKR und für den Fall, dass die Diagnoseeinheit DIAG dem aktuellen Betriebszustand keinen Fehlerfall zuordnet, weist der Schutzsignalanschluss D_SCHUTZ der Diagnosebasiseinheit DIAG_B eine logische null auf. Infolgedessen signalisiert der invertierte Ausgang des RS-Flipflops eine logische eins und mit der logischen eins der Schnittstelle I/O signalisiert das zweite UND-Gatter UND2 ebenfalls eine logische eins.
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Bei nicht gekoppelter externer Schaltendstufe ESE liegt, bedingt durch die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Eingang IS_EIN und dem zweiten Eingang IS_GND, am Ausgang des Komparators KOMP eine logische null an, so dass das erste UND-Gatter UND1 am Ausgang logisch null ist, das exklusive ODER-Gatter jedoch am Ausgang eine eins ausgibt. Infolgedessen sperrt der mit dem ersten UND-Gatter UND1 gekoppelte erste Feldeffekttransistor T1 während der mit dem exklusiven ODER-Gatter gekoppelte zweite Feldeffekttransistor T2 leitet.
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Bei gekoppelter externer Schaltendstufe ESE liegt am Ausgang des Komparators KOMP eine logische eins an. Infolgedessen leitet nun der erste Feldeffekttransistor T1, während der zweite Feldeffekttransistor T2 sperrt.
