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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Schaltungen zum Betrieb von Leistungshalbleiterschalter.
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In vielen Anwendungen ist es notwendig die durch einen Leistungshalbleiterschalter angesteuerte Last zu überwachen, um eine Beschädigung oder eine Zerstörung des Leistungshalbleiterschalters verhindern zu können. Beispielsweise ist aus der Publikation
EP 0 287 919 A1 eine Schaltungsanordnung zum Überwachen eines Stromkreises auf Unterbrechung bekannt. In der Publikation
DE 197 23 456 A1 ist eine Fehlerschlusserkennungseinrichtung für elektrische Verbraucher beschrieben. Die Publikation
DE 102 44 266 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überstrom- und Kurzschlussschutz von Leistungshalbleiterbauelementen. Insbesondere wenn die Last (beispielsweise aufgrund eines Defekts) kurzgeschlossen ist, ist der Betrag der Impedanz der angesteuerten Last sehr klein, was wiederum zu einer Überlastung des Leistungshalbleiterschalters führen kann. Eine derartige Überlastung kann beispielsweise zu einer lokalen Überhitzung des Halbleiterkörpers, in dem der Leistungshalbleiterschalter integriert ist, führen, wodurch unerwünschte thermische Spannungen im Halbleiterkörper entstehen. Thermisch induzierte Spannungen im Halbleiterkörpers können diesen direkt zerstören, wenn die Spannungsamplitude hoch genug ist. Auch bei kleineren Spannungsamplituden kann jedoch eine Ermüdung des Halbleitermaterials auftreten, was zu einer Verkürzung der Lebensdauer des Halbleiterschalters führt.
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Aus diesem Grund wird bei bekannten Ansteuerschaltungen zum Ansteuern einer Last mit einem Leistungshalbleiterschalter, z. B. einem Leistungs-MOSFET, während eines Zeitraums, in dem der Leistungshalbleiterschalter abgeschalten ist und kein Laststrom fließt, an der Last mit Hilfe eines Diagnosestroms überprüft, ob der (ohmsche) Widerstand der Last innerhalb eines vorgegebenen zulässigen Intervalls liegt. Ist der ohmsche Widerstand zu klein, dann liegt möglicherweise ein Kurzschluss vor und ein Einschalten des Leistungshalbleiterschaltes kann verhindert werden.
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Diese Methode des Überwachens der Last verbraucht elektrische Leistung, die dem Produkt aus dem Diagnosestrom und dem Widerstand der Last entspricht. In vielen Anwendungen ist dieser Leistungsverbrauch im AUS-Zustand des Leistungshalbleiterschalters jedoch unerwünscht, da bei ausgeschalteten Leistungshalbleiterschalter die gesamte Ansteuerschaltung für die Last in einen Zustand extrem geringer Leistungsaufnahme (”low power consumption mode”) versetzt werden soll. Dieser Zustand extrem geringer Leistungsaufnahme ist jedoch unvereinbar mit dem Leistungsverbrauch bei der Widerstandsmessung mittels Diagnosestrom im AUS-Zustand des Leistungshalbleiterschalters.
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Im eingeschalteten Zustand besteht im Allgemeinen keine Anforderung die Leistungsaufnahme zu beschränken. Wird die Widerstandsmessung jedoch im eingeschalteten Zustand an der Last durchgeführt, kann es (z. B. bei einem Kurzschluss) bereits zu einer unzulässigen Überhitzung des Leistungshalbleiterschalters gekommen sein, bevor geeignete Gegenmaßnahmen (z. B. Abschalten des Laststromes) ergriffen werden können. Auch wenn durch rechtzeitiges Abschalten einen Zerstörung des Leistungshalbleiterschalters verhindert wird, kann dennoch die lokale Überhitzung bereits eine Beschädigung bewirken, die eine verkürzte Lebensdauer des Halbleiterschalters zur Folge hat.
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Es besteht folglich ein Bedarf an einer Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines Leistungshalbleiterschalters, mit der eine Überwachung der angeschlossenen Last möglich ist und die Beschränkungen der Leistungsaufnahme im ausgeschalteten Zustand des Leistungshalbleiterschalters berücksichtigt. Es besteht ferner ein Bedarf an einem Verfahren zum Überwachen einer durch einen Leistungshalbleiterschalter angesteuerten Last, das ebenfalls die oben genannten Randbedingungen erfüllt.
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Ein Beispiel der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Überwachen einer durch einen Leistungshalbleiterschalter angesteuerten Last. Das Verfahren umfasst: Ansteuern einer Steuerelektrode des Leistungshalbleiterschalters, derart dass nach einer Verzögerungszeit ein Anstieg des Laststromes durch den Leistungshalbleiterschalter erfolgt; Erzeugen eines durch die Last fließenden Diagnosestroms, der einen Spannungsabfall über der Last bewirkt bevor die Verzögerungszeit abgelaufen ist; Auswerten des Spannungsabfalls über der Last bevor die Verzögerungszeit abgelaufen ist.
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Das Auswerten kann beispielsweise darin bestehen dass der Spannungsabfall mit einem Schwellenwert verglichen wird.
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Ein weiteres Beispiel der Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines Leistungshalbleiterschalters. Die Schaltungsanordnung umfasst: einen mit einer Last verbundenen Leistungshalbleiterschalter mit einer Laststrecke, die in Serie zu der Last geschaltet ist, und mit einer Steuerelektrode; eine Treiberschaltung, die mit der Steuerelektrode verbunden und dazu ausgebildet ist, abhängig von einem Steuersignal die Steuerelektrode so anzusteuern, dass zwischen dem Anlegen eines Treibersignals an die Steuerelektrode und dem Anstieg eines Laststromes durch die Laststrecke des Leistungshalbleiterschalter eine Verzögerungszeit vergeht; eine Überwachungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, einen Diagnosestrom durch die Last zu erzeugen und den dadurch bewirkten Spannungsabfall über der Last auszuwerten bevor die Verzögerungszeit abgelaufen ist.
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Die Überwachungsschaltung kann beispielsweise eine Stromquelle zur Erzeugung des Diagnosestroms aufweisen. Sie kann ferner einen Komparator aufweisen, um den Spannungsabfall mit einem Schwellwert zu vergleichen.
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Die folgenden Figuren und die weitere Beschreibung sollen helfen, die Erfindung besser zu verstehen. Die in den Figuren dargestellten Elemente sind nicht als Einschränkung zu verstehen, vielmehr wird dabei Wert darauf gelegt, das Prinzip der Erfindung darzustellen. Des Weiteren sind in den Figuren nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Schaltungskomponenten dargestellt.
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1 zeigt eine konventionelle Schaltungsanordnung zum Schalten einer Last mit einem Leistungshalbleiterschalter in einer Konfiguration als High-Side-Schalter.
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2 zeigt anhand von Zeitdiagrammen die Signalverläufe des Steuersignals und des Laststroms durch den Leistungshalbleiterschalter in einer Schaltungsanordnung nach 1.
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3 illustriert anhand von Signalverläufen ein Verfahren zum Überwachen einer durch einen Leistungshalbleiterschalter angesteuerten Last.
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4 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines Leistungshalbleiterschalters mit einer Überwachungsschaltung zum Überwachen einer durch einen Leistungshalbleiterschalter angesteuerten Last.
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5 zeigt eine gegenüber der Schaltungsanordnung gemäß 4 abgewandelte Schaltungsanordnung.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen korrespondierende Teile.
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1 zeigt eine konventionelle Schaltungsanordnung 1 zum Ansteuern einer Last RLOAD mit Hilfe eines Leistungshalbleiterschalters M1. Der dargestellte Halbleiterschalter M1 ist ein Leistungs-MOSFET in einer High-Side-Konfiguration. Das beschriebene Prinzip ist jedoch selbstverständlich auch auf Low-Side-Schalter und auch auf andere Typen von Halbleiterschalter, wie z. B. IGBTs, anwendbar.
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Der im vorliegenden Beispiel als MOSFET ausgebildete Halbleiterschalter weist als Steueranschluss einen Gate-Anschluss G auf, und als Lastanschlüsse einen Drain- und einen Source-Anschluss D und S. Eine Laststrecke des MOSFET wird in dem Beispiel durch den Drain-Source-Pfad D-S gebildet. Der dargestellte Halbleiterschalter M1 ist zwischen einen Versorgungspotentialanschluss mit dem Versorgungspotential VDD und einen Ausgang OUT geschaltet ist. Der Steueranschluss ist mit einem Ausgang einer Treiberschaltung 10 verbunden ist. Zwischen den Ausgang OUT der Schaltungsanordnung 1 und einen Referenzpotentialanschluss mit einem Referenzpotential (z. B. Massepotential GND) ist die Last RLOAD geschaltet, so dass eine Serienschaltung der Laststrecke D-S des Leistungshalbleiterschalters M1 und der Last RLOAD vorhanden ist. Dem Eingang der Treiberschaltung 10 ist ein Steuersignal ON zugeführt. Die Treiberschaltung 10 ist dazu ausgebildet, ein von dem Steuersignal ON abhängiges Treibersignal, z. B. einen wenigstens abschnittsweise konstanten Gatestrom, zum Ansteuern der Steuerelektrode G des Leistungshalbleiterschalters M1 zu erzeugen. Bei eingeschaltetem Transistor fließt durch die Last ein Laststrom IOUT und bewirkt dadurch einen vom Laststrom IOUT abhängigen Spannungsabfall VOUT an der Last RLOAD.
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Ein Einschaltvorgang des mit der Last RLOAD verbundenen Leistungshalbleiterschalters M1 ist in 2 anhand von Zeitdiagrammen veranschaulicht. Vor einem Zeitpunkt t0 weist das Steuersignal ON einen Ausschaltpegel, in dem Beispiel einen Low-Pegel auf, die Treiberschaltung 10 steuert den Leistungshalbleiterschalter M1 somit sperrend an, und der Laststrom IOUT durch die Laststrecke D-S des Leistungshalbleiterschalters M1 bzw. durch die Last RLOAD entspricht einem Sperrstrom von nahezu Null (vgl. Diagramm 2 der 2). Zu dem Zeitpunkt t0 wechselt das Steuersignal ON auf einen Einschaltpegel, in dem Beispiel einen High-Pegel, und löst damit einen Einschaltvorgang des Leistungshalbleiterschalters M1 aus. Die Treiberschaltung 10 erzeugt ein entsprechendes Treibersignal für die Steuerelektrode G des Leistungshalbleiterschalters M1, wodurch elektrische Ladung auf der Steuerelektrode gespeichert wird. Die auf der Steuerelektrode gespeicherte elektrische Ladung bestimmt dabei den Schalterzustand des Halbleiterschalters M1, wobei der Halbleiterschalter M1 von dem sperrenden in den leitenden Zustand übergeht, wenn die unmittelbar mit der gespeicherten elektrischen Ladung in Beziehung stehende Ansteuerspannung (Gate-Source-Spannung) die Schwellenspannung (threshold voltage) des Halbleiterschalters übersteigt. Von dem Zeitpunkt t0 des Pegelwechsels des Steuersignal ON vergeht somit noch eine Verzögerungszeit tD bis der Halbleiterschalter M1 tatsächlich leitet und damit ein Anstieg des Laststromes IOUT erfolgt. Nach Ablauf dieser Verzögerungszeit tD steigt der Laststrom IOUT zwischen einem Zeitpunkt t1 und einem Zeitpunkt t2 mit nahezu konstanter Steigung an. Zu dem Zeitpunkt t2 hat der Laststrom IOUT annähernd einen Nennwert INOM erreicht. Der Leistungshalbleiterschalter M1 ist nun voll eingeschaltet und befindet sich in einem Zustand mit niedrigem Einschaltwiderstand (low onresistance). Eine Zeitdauer t2 – t0 zwischen dem Erreichen des Nennwertes INOM und dem Pegelwechsel des Steuersignals ON wird auch als Einschaltzeit tON bezeichnet.
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Die Treiberschaltung 10 kann dazu ausgebildet sein, als Treibersignal für die Steuerelektrode G einen Strom IG zu erzeugen. Bei Verwendung eines MOSFETs als Leistungshalbleiterschalter M1 wird die Gate-Elektrode G beispielsweise durch einen konstanten Gatestrom IG aufgeladen. Die Amplitude des Gatestroms IG beeinflusst die Steigung des nachfolgenden Anstiegs des Lastroms IOUT und damit auch die elektromagnetischen Emissionen während eines Schaltvorgangs. Die Flankensteilheit des Laststromanstiegs kann über die Amplitude des Gatestromes IG begrenzt werden, um die elektromagnetischen Emissionen auf ein erlaubtes Mindestmaß zu begrenzen. Da die Steuerelektrode G eine bestimmte Kapazität aufweist (im Falle eines MOSFETs dessen Gate-Kapazität) wird eine bestimmte, von dieser Kapazität abhängige Zeit benötigt, um die Steuerelektrode so weit aufzuladen, dass der Halbleiterschalter einschaltet und ein Stromfluss durch die Laststrecke D-S möglich wird. Folglich bestimmt diese Kapazität der Steuerelektrode G im Wesentlichen die Verzögerungszeit tD. Die Kapazität der Steuerelektrode G ist technologisch bedingt. Eine gewisse Verzögerungszeit tD ist bei einem Einschaltvorgang also immer vorhanden.
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Anhand der in 3 dargestellten Zeitdiagramme wird nun als ein Beispiel der Erfindung ein Verfahren zum Überwachen einer durch einen Leistungshalbleiterschalter angesteuerten Last erläutert.
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Die Diagramme 1 und 2 in 3 entsprechen denen der 2 und sind in 3 dargestellt, um einen direkten Vergleich zu ermöglichen. Wie bereits in der Beschreibung zur 2 erläutert löst ein Pegelwechsel des Steuersignals ON zu einem Zeitpunkt t0 einen Einschaltvorgang des Halbleiterschalters M1 aus, ein Anstieg des Laststromes IOUT erfolgt jedoch erst nach einer Verzögerungszeit tD zu einem Zeitpunkt t1. Entsprechend dem hier beschriebenen Verfahren ist vorgesehen, nach dem Pegelwechsel des Steuersignals ON zum Zeitpunkt t0 (für den Fall der Verwendung eines MOSFETS als Halbleiterschalter also nach dem Beginn des Ladens der Gatekapazität des MOSFETS) aber vor Ablauf der Verzögerungszeit tD einen im Verhältnis zum Nominalwert INOM des Laststromes kleinen Diagnosestrom IDIAG zum Zwecke der Widerstandsmessung einzuspeisen (vgl. Diagram 3 in 3). Aufgrund des kleinen Betrages des Diagnosestroms von beispielsweise 0.5 mA bis 10 mA, ist es möglich diesen Strom sehr schnell einzuschalten ohne nennenswerte elektromagnetische Emissionen zu erzeugen, welche andere elektronische Komponenten beeinflussen könnte. Der Diagnosestrom IDIAG ist dem Laststrom IOUT durch den Halbleiterschalter M1 überlagert (vgl. Diagram 4 in 3), so dass durch die Last RLOAD ein tatsächlicher Strom IOUT' = IOUT + IDIAG fließt, wobei gilt: IDIAG/INOM << 1 bzw. INOM + IDIAG ≈ INOM (1)
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Der Diagnosestrom IDIAG ist im Vergleich zum Nennwert INOM des Laststromes IOUT dadurch vernachlässigbar. Das Diagram 4 in 3 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht maßstabsgetreu.
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Da zu dem Zeitpunkt t1 auch der Strom IOUT durch den Halbleiterschalter M1 anzusteigen beginnt bleibt für eine Spannungsmessung an der Last RLOAD ein Zeitraum von tDIAG ≤ t1 – t0. Aus der an der Last abfallenden Spannung VOUT kann bei bekanntem Diagnosestrom IDIAG der (ohmsche) Widerstand RLOAD = VOUT/IDIAG der Last ermittelt werden. Der Widerstand der Last RLOAD ist im vorliegenden also proportional zum Spannungsabfall VOUT an der Last.
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Um zu überprüfen, ob der Widerstand der Last RLOAD in einem bestimmten zulässigen Intervall liegt, muss der Wert der Spannung VOUT nicht tatsächlich gemessen werden. Es reicht eine einfachere Auswertung, z. B. die Überprüfung ob die Ausgangsspannung VOUT in dem Intervall [VLO, VH] liegt, ob also VOUT ∊ [VLO, VHI] (2) gilt. VLO und VHI bezeichnen dabei einen ersten bzw. einen zweiten Schwellenwert. Ist der Spannungsabfall VOUT über der Last kleiner als der erste Schwellenwert VLO so ist die von dem Halbleiterschalter M1 angesteuerte Last RLOAD zu klein und es kann eventuell ein Kurzschluss in der Last vorliegen. Übersteigt der Spannungsabfall VOUT den zweiten Schwellenwert VHI so ist der Lastwiderstand RLOAD zu hoch, was ebenfalls auf einen Defekt der Last oder der Anschlussverbindung der Last hindeuten kann. Bei einem erkannten Kurzschluss kann als Reaktion z. B. die sofortige Abschaltung des Leistungshalbleiterschalters M1 erfolgen, noch bevor der Laststrom IOUT seinen Nennwert INOM erreicht hat. Hierdurch wird rechtzeitig eine Überhitzung des Leistungshalbleiterschalters M1 verhindert.
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Die oben beschriebene Messung oder Auswertung des Spannungsabfalls über der Last sollte vor dem Ansteigen des Laststromes IOUT abgeschlossen sein, denn nach dem Zeitpunkt t1 hängt der Spannungsabfall VOUT nicht mehr nur von dem Diagnosestrom IDIAG ab, sondern die Spannung VOUT steigt bis auf einen Wert VDD – INOM·RON an, wobei RON den Bahnwiderstand des Halbleiterschalters im voll eingeschalteten Zustand, den sogenannten Einschaltwiderstand, bezeichnet. Nach dem Zeitpunkt t1 kann der Diagnosestrom IDIAG wieder abgeschaltet werden, was aber nicht zwingend notwendig ist. Ein Abschalten des Diagnosestromes IDIAG sollte jedoch spätestens beim Abschalten des Halbleiterschalters M1 erfolgen.
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Die 4 und 5 zeigen als weitere Beispiele der Erfindung Schaltungsanordnungen 1 zum Ansteuern eines Leistungshalbleiterschalters, die dazu ausgebildet sind, das oben beschriebene Verfahren zu realisieren.
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Die Schaltungsanordnung 1 in 4 zum Ansteuern eines Leistungshalbleiterschalters umfasst einen Leistungshalbleiterschalter M1, dessen Laststrecke D-S wie bei der in 1 gezeigten Schaltung zwischen einen Versorgungspotentialanschluss mit dem Versorgungspotential VDD und einen Ausgang OUT geschaltet ist. Die Last RLOAD ist zwischen den Ausgang OUT und einen Referenzpotentialanschluss mit einem Referenzpotential (z. B. Massepotential GND) geschaltet. Der Leistungshalbleiterschalter M1 umfasst außerdem eine Steuerelektrode G, die mit dem Ausgang einer Treiberschaltung 10 verbunden ist. Die Treiberschaltung erzeugt abhängig von einem Steuersignal ON (vgl. Diagramm 1 in 3) ein Treibersignal zur Ansteuerung der Steuerelektrode G des Leistungshalbleiterschalters M1. Zusätzlich weist die Schaltungsanordnung 1 eine Überwachungsschaltung auf, die dazu ausgebildet ist, einen Diagnosestrom IDIAG durch die Last RLOAD zu erzeugen und den dadurch bewirkten Spannungsabfall VOUT über der Last RLOAD auszuwerten bevor die anhand von 3 erläuterte Verzögerungszeit tD abgelaufen ist.
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Dieser Diagnosestrom IDIAG kann beispielsweise durch die gesteuerte Stromquelle 20, die ein Bestandteil der Überwachungsschaltung ist, erzeugt werden. Die Stromquelle 20 kann parallel zur Laststrecke D-S des Halbleiterschalters M1 geschaltet sein und beispielsweise durch eine Logikschaltung 30 so angesteuert werden, dass nach einem Pegelwechsel in dem Steuersignal ON (das einen Einschaltvorgang des Halbleiterschalters M1 auslöst) die Stromquelle mit dem Strom IDIAG aktiviert wird.
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Mit Hilfe der Logikschaltung 30 kann auch die an der Last RLOAD abfallende Spannung VOUT, die durch den Diagnosestrom IDIAG bewirkt wird, ausgewertet werden. Dazu können zwei Komparatoren 50 und 51 vorgesehen sein, die beide mit einem ihrer Eingänge mit dem Ausgang OUT der Schaltungsanordnung 1 verbunden sind. Einem anderen Eingang der Komparatoren 50 und 51 kann jeweils der erste Schwellwert VLO bzw. der zweite Schwellwert VHI zugeführt sein. Die Ausgänge der Komparatoren 50 und 51 sind mit der Logikschaltung 30 verbunden, die dazu ausgebildet ist, zu entscheiden, ob sich der Spannungsabfall VOUT über der Last innerhalb des Intervalls [VLO, VHI] befindet.
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Die Auswertung der Spannung VOUT muss innerhalb eines Diagnose-Zeitraumes tDIAG erfolgen, wie dies anhand von 3 bereits erläutert wurde. Dieser Diagnose-Zeitraum tDIAG kann der Logikschaltung 30 beispielsweise durch eine Timerschaltung, die z. B. durch das Steuersignal ON gesteuert wird, fest vorgegeben werden. Abhängig von dem Ergebnis der Auswertung der Spannung VOUT kann die Logikschaltung 30 an einem ersten Ausgang DLO und einem zweiten Ausgang DHO das Vorhandensein einer zu niedrigen Last bzw. einer zu hohen Last signalisieren. Beispielsweise kann ein Kurzschluss bzw. ein zu hoher Lastwiderstand nach dem Ablauf der Verzögerungszeit tD durch einen entsprechenden Logikpegel (z. B. High-Pegel) an dem Ausgang DLO bzw. an dem Ausgang DHO signalisiert werden.
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Das Steuersignal ON für die Treiberschaltung 10 wird beispielsweise von einer Ansteuerschaltung 40 erzeugt. Der Ansteuerlogik können dafür ein externes Steuersignal ONEXT und ein Abschaltsignal LO_OFF zugeführt sein. Im normalen Betrieb (d. h. wenn der Widerstand RLOAD der Last im zulässigen Bereich ist) entspricht das Steuersignal ON dem externen Steuersignal ONEXT. Wird durch die Logikschaltung 30 ein Kurzschluss erkannt, kann durch das von der Logikschaltung 30 erzeugte Abschaltsignal LO_OFF die sofortige Abschaltung des Leistungshalbleiterschalters M1 ausgelöst werden. Im einfachsten Fall kann die Ansteuerlogik 40 aus einem UND-Gatter bestehen, welches die Signale ONEXT und LOOFF UND-verknüpft. Eine genauere Erläuterung dieser Not-Abschaltung erfolgt nachfolgend noch unter Bezugnahme auf 6.
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Die in 5 dargestellte Schaltungsanordnung 1 unterscheidet sich von der Schaltungsanordnung gemäß 4 dadurch, dass die Stromquelle 20 durch einen zweiten Transistor M2 und eine dazugehörige Treiberschaltung 10 ersetzt ist. Die Transistoren M1 und M2 können dabei in dem selben Zellenfeld CA einer Leistungstransistoranordnung angeordnet sein. Die Laststrecke des zweiten Transistors M2 kann dabei parallel zur Laststrecke des Leistungshalbleiterschalters M1 geschaltet sein, wobei in Serie zur Laststrecke des zweiten Transistors M2 noch ein Serienwiderstand RS zur Strombegrenzung vorgesehen sein kann, sofern der Laststreckenwiderstand des Transistors M2 hierfür allein nicht ausreicht. Ähnlich wie der Leistungshalbleiterschalter M1 wird der zweite Transistor M2 durch eine Treiberschaltung 10' angesteuert, der wiederum ein von der Logikschaltung 30 erzeugtes Steuersignal zugeführt ist. Die Funktion der Stromquelle 20 gemäß 4 wird in diesem Beispiel durch den Transistor M2 und die Treiberschaltung 10' übernommen. Durch die Anordnung des zweiten Transistors M2 im selben Zellenfeld des Transistors M1 ist dieses Beispiel der Erfindung besonders platzsparend realisierbar. Da der Diagnosestrom durch den zweiten Transistor M2 wesentlich kleiner ist als der Nennwert INOM des Laststroms IOUT durch den Leistungshalbleiterschalter M1, kann der zweite Transistor M2 aus wesentlich weniger Transistorzellen bestehen als der Leistungshalbleiterschalter M1. Aus diesem Grund ist die Kapazität der Steuerelektrode des zweiten Transistors M2 wesentlich geringer, was wiederum ein schnelles Schalten des Diagnosestroms durch den zweiten Transistors M2 erlaubt.
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In 6 ist anhand von Zeitdiagrammen die Funktionsweise der Schaltungsanordnungen der 4 und 5 für den Fall einer zu geringen Last (z. B. Kurzschluss in der Last) veranschaulicht. Diagramm 1 in 6 zeigt den Diagnosestromverlauf wie er bereits in Diagramm 3 der 3 dargestellt ist. Das Diagramm 2 der 6 zeigt den resultierenden Gesamtstrom IOUT' durch die Last und das Diagramm 3 der 6 die dadurch bewirkte Spannung VOUT an der Last. Die gepunkteten Linien zeigen jenen Signalverlauf, der sich einstellen würde, wenn der Widerstand RLOAD der Last sich in einem zulässigen Bereich befinden würde. Angenommen die Auswertung der Spannung VOUT durch die Logikschaltung 30 und die Komparatoren 50 bzw. 51 (vgl. 4 und 5) erfolgt zu einem Zeitpunkt tE, der vor dem Zeitpunkt t1 liegen muss, so erkennt die Logikschaltung 30, mit Hilfe des Komparators 50 eine zu geringe Last und eine drohende Überhitzung der Schaltungsanordnung 1. Um dies zu verhindern wird das Abschaltsignal LO_OFF (Diagramm 4 der 6) von einem High-Pegel auf einen Low-Pegel gesetzt, was ein Abschalten des Halbleiterschalters M1 zur Folge hat, da dadurch das Steuersignal ON entsprechend rückgesetzt wird (Diagramm 5 der 6). Nach Ablauf des Zeitintervalls tDIAG bzw. nach Ablauf der Verzögerungszeit tD wird durch die Logikschaltung 30 an deren Ausgang DLO eine Störung (d. h. eine zu geringe Last am Ausgang OUT der Schaltungsanordnung) signalisiert (Diagramm 6 der 6).
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Durch die mit Hilfe der Überwachungsschaltung rechtzeitig veranlasste Abschalung des Halbleiterschalters M1 wird eine Überhitzung des Halbleiterkörpers, in dem die Schaltungsanordnung integriert ist, effektiv verhindert, da die Steuerelektrode G des Halbleiterschalters M1 wieder entladen wird bevor der Halbleiterschalter M1 voll durchschalten und einen niederohmigen Zustand annehmen kann.
