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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Halbleiterbauelemente und Verfahren zum Betrieb derselben, insbesondere das Gebiet der Leistungshalbleiterbauelemente, welche die Möglichkeit einer Fehlererkennung beinhalten zum Erkennen fehlerhafter Betriebszustände, die wiederum zu einer Überhöhung der Temperatur führen wie z. B. Kurzschlüsse.
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Halbleiterbauelemente, insbesondere Leistungshalbleiterbauelemente wie z. B. Leistungshalbleiterschalter umfassen oft eine Temperaturmessfunktionalität zur Detektion unerwünschter oder fehlerhafter Betriebszustände während denen unerwünscht hohe Temperaturen auftreten können. Solche unerwünschten oder fehlerhaften Betriebszustände können, unter anderem, durch eine Überlast oder einen Kurzschluss hervorgerufen werden.
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Leistungshalbleiterschalter, die in der Lage sind, Übertemperatur, Überlast, Kurzschlüsse, etc. zu erkennen, werden häufig als ”intelligente Leistungsschalter” (engl.: smart power switches) bezeichnet. In bekannten Applikationen wird die Temperatur häufig an zwei Positionen gemessen, nämlich misst ein Temperatursensor die Temperatur in oder nahe dem aktiven Bereich des Leistungshalbleiterbauelements (z. B. eines DMOS-Schalters) und ein zweiter Temperatursensor misst die Temperatur in oder nahe dem kältesten Bereich auf dem Chip. Die Differenz zwischen diesen beiden Temperaturmesswerten kann dazu verwendet werden, um den Zustand des Leistungshalbleiterbauelements zu prüfen und zu beurteilen. Das heißt, wenn die Temperaturdifferenz einen vordefinierten Schwellwert überschreitet, oder wenn ein Temperaturmesswert eine maximal zulässige Temperatur überschreitet, dann wird das Halbleiterbauelement abgeschaltet, um Schäden an dem Bauelement zu vermeiden.
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Bei den bekannten Anwendungen sind diese oben erwähnten Schwellwerte vordefinierte Konstanten. Die Halbleiterbauelemente werden z. B. dann ausgeschaltet, wenn die gemessene Temperaturdifferenz einen Schwellwert von 60 Kelvin überschreitet. Mit einem solchen Ansatz kann es jedoch schwierig sein, einen fehlerhaften Betriebszustand (wie z. B. einen Kurzschluss) von einem ”normalen” Temperaturanstieg aufgrund des gewöhnlichen Betriebs innerhalb eines genügend kurzen Zeitintervalls zu unterscheiden. Das kann insbesondere dann der Fall sein, wenn mit hohen (Batterie-)Versorgungsspannungen gearbeitet wird, d. h. über 12 bis 15 Volt.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Detektion thermisch bedingter Fehler innerhalb eines Halbleiterbauelements zu ermöglichen, welches eine schnelle Detektion fehlerhafter Betriebszustände, die zu einem unerwünscht hohen Anstieg der Temperatur führen können, erlaubt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 1 oder 11 sowie durch ein Verfahren zum Betrieb eines Halbleiterbauelements gemäß Anspruch 6 gelöst. Beispielhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Im Folgenden wird ein Halbleiterbauelement mit der Möglichkeit zur Detektion thermisch bedingter Fehler offenbart. Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung umfasst ein solches Halbleiterbauelement einen Halbleiterchip mit einem aktiven Bereich. Es umfasst weiter eine Temperatursensoranordnung, die ein Temperaturmesssignal bereitstellt, das von der Temperatur in oder nahe dem aktiven Bereich abhängt, wobei das Messsignal einen Anstieg (d. h. einen Gradienten) von zeitabhängiger Steilheit aufweist. Das Halbleiterbauelement umfasst weiter eine Auswerteschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Ausgangssignal zur Verfügung zu stellen, welches die Steilheit des Anstiegs des Messsignals repräsentiert, und die weiter dazu ausgebildet ist, eine Steilheit, die höher als ein vordefinierter Schwellwert ist, zu signalisieren.
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Des Weiteren wird ein Verfahren zum Betrieb eines Halbleiterbauelements beschrieben, das einen Halbleiterchip mit einem aktiven Bereich umfasst. Entsprechend betrifft ein weiteres Beispiel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren, das folgendes aufweist: Bereitstellen eines Messsignals, das von der Temperatur in oder nahe dem aktiven Bereich abhängt, wobei das Messsignal einen Anstieg von zeitabhängiger Steilheit aufweist; Auswerten des Messsignals, um ein Ausgangssignal bereitzustellen, welches die Steilheit des Anstiegs des Messsignals repräsentiert; und Signalisieren eines fehlerhaften Betriebszustands des Halbleiterbauelements, wenn die Steilheit des Anstiegs des Messsignals höher ist als ein vordefinierter Schwellwert.
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Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Abbildungen näher erläutert. Die einzelnen Komponenten der Abbildungen sind nicht notwendigerweise als Einschränkung zu verstehen, vielmehr wird Wert darauf gelegt, dass der Erfindung zugrunde liegende Prinzip zu illustrieren.
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1 illustriert anhand eines Blockdiagramms einen intelligenten Leistungshalbleiterschalter als ein erstes Beispiel für ein Halbleiterbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 illustriert eine modifizierte Version des Beispiels aus 1;
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3 illustriert die Funktion der Fehlerdetektion entsprechend einem Beispiel der Erfindung anhand eines Zeitdiagramms, welches den Temperaturanstieg über der Zeit in einem Leistungshalbleiterbauelement zeigt, welches mit einer kurzgeschlossenen Last verbunden ist.;
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4 zeigt in einem weiteren Zeitdiagramm die zeitabhängige Temperatur-Charakteristik des Halbleiterbauelements gemäß 1 in unterschiedlichen Betriebszuständen; und
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5 zeigt ein Beispiel einer Auswerteschaltung, die in einem Halbleiterbauelement gemäß 1 includiert ist und welche die Fehlerdetektionsfunktionalität bereitstellt.
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In den Abbildungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen, gleiche Komponenten oder Signale mit gleicher oder ähnlicher Bedeutung.
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Für die folgende detaillierte Beschreibung der Erfindung wird ein intelligenter Leistungshalbleiterschalter als konkretes Beispiel für ein beliebiges Halbleiterbauelement verwendet. Die im Folgenden beschriebene Fehlererkennung unter Bezugnahme auf den Leistungshalbleiterschalter kann jedoch auch auf andere Halbleiterbauelemente angewandt werden.
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In den 1 und 2 sind anhand eines Schaltbilds Beispiele für ein Halbleiterbauelement mit einer Erkennung thermisch bedingter Fehler dargestellt. Das in 1 dargestellte Leistungshalbleiterbauelement umfasst einen zwei Lastelektroden aufweisenden Halbleiterschalter M1, der in einem Halbleiterchip integriert ist. Der Halbleiterchip umfasst einen aktiven Bereich, was jener Bereich ist, der den Strompfad zwischen den beiden Lastelektroden (z. B. Drain-Elektrode und Source-Elektrode) des Halbleiterbauelements bildet. In anderen Worten, der aktive Bereich ist jene Region, in der elektrische Leistung dissipiert und in thermische Leistung umgewandelt wird, was zu einem Anstieg der Temperatur während des Betriebs des Halbleiterbauelement führt. Der Leistungshalbleiterschalter M1 ist als DMOS-Transistor dargestellt. Es kann jedoch auch jeder andere beliebige Typ von Halbleiterschalter verwendet werden.
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Das Halbleiterbauelement umfasst weiter eine Temperatursensoranordnung 10, welche ein Messsignal SdT abhängig von der Temperatur T1 in oder nahe dem aktiven Bereich auf dem Halbleiterchip (siehe 1). Das Messsignal hat einen Anstieg von zeitabhängiger Steilheit (d. h. einen zeitabhängigen Gradienten), dessen Relevanz für die Fehlererkennung im Folgenden beschrieben wird. Das Halbleiterbauelement umfasst auch eine Auswerteschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Ausgangssignal bereitzustellen, welches die Steilheit des Anstiegs (d. h. des Gradienten) des Messsignals SdT repräsentiert, und die weiter dazu ausgebildet ist, eine Steilheit (d. h. einen Gradientenwert), die höher ist als ein vordefinierter Schwellwert, zu signalisieren (anzuzeigen). Wenn der Schwellwert überschritten wird, kann ein Fehlersignal SERR auf einen Logikpegel gesetzt werden, welcher einen fehlerhaften Betriebszustand anzeigt. In anderen Worten der Gradient des Messsignals wird verwendet, um zu beurteilen, ob das Halbleiterbauelement in einem fehlerhaften Betriebszustand ist oder in einem normalen Betriebszustand.
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Entsprechend dem erfindungsgemäßen Beispiel aus 2 umfasst die Temperatursensoranordnung 10 zwei Temperatursensoren. Ein erster Temperatursensor 11 ist derart angeordnet, dass er ein erstes Temperatursignal ST1 bereitstellt, welches die Temperatur T1 im oder am aktiven Bereich repräsentiert, wohingegen ein zweiter Temperatursensor 12 derart angeordnet ist, dass er ein zweites Temperatursignal ST2 bereitstellt, welches die Chiptemperatur T2 repräsentiert, die an einem von dem aktiven Bereich fernen Punkt auf dem Halbleiterchip (abseits vom aktiven Bereich) herrscht. Die Temperatursensoren können in dem gleichen Halbleiterchip integriert sein wie der Transistor M1 (und folglich der aktive Bereich). Wenn jedoch Chip-on-Chip- oder Chip-by-Chip-Technologien verwendet werden, kann einer der Temperatursensoren 11, 12 sowie auch andere Teile die in den 1 oder 2 gezeigten Schaltungen in einem oder mehreren separaten Chips integriert sein. Die Temperatursensoranordnung 10 kann des Weiteren eine Subtrahierereinheit 13 umfassen, die dazu ausgebildet ist, als Messsignal SdT ein Signal bereitzustellen, welches die Differenz dT zwischen der ersten und zweiten Temperatur T1, T2 repräsentiert. In diesem Fall kann das Messsignal SdT interpretiert werden als relative Temperatur im Bezug auf die Chiptemperatur T2 (abseits des aktiven Bereichs), welche von dem zweiten Temperatursensor 12 bereitgestellt wird.
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In vielen Fällen kann der erste Temperatursensor 11 in dem gleichen Halbleiterchip integriert werden wie der Transistor M1 und nahe dem aktiven Bereich. Zum Beispiel kann im Falle eines MOSFET als Halbleiterschalter M1 die intrinsische Freilaufdiode des Transistors als Temperatursensor verwendet werden. Der Temperaturkoeffizient von Silizium kann ebenso zur Temperaturmessung herangezogen werden. Der zweite Temperatursensor 12 ist derart angeordnet, dass er eine durchschnittliche Chiptemperatur misst. Er muss daher abseits von dem aktiven Bereich und nahe dem kühlsten Teil des Chips angeordnet sein. Der Sensor 12 kann auch in einem separaten Chip integriert sein, wie oben bereits erwähnt. Entsprechend dem vorliegenden Beispiel der vorliegenden Erfindung wird der Gradient der relativen Temperatur dT verwendet, um zu beurteilen, ob sich das Halbleiterbauelement in einem fehlerhaften Betriebszustand befindet oder nicht.
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Um das Halbleiterbauelement und andere damit verbundene Bauelemente vor Beschädigung zu schützen, kann eine Steuerschaltung 30 vorgesehen sein, die dazu ausgebildet ist, das Halbleiterbauelement zu deaktivieren und/oder abzuschalten im Falle, dass die Auswerteschaltung 20 das Messsignal SdT als ”abnormal” beurteilt und folglich einen fehlerhaften Betriebszustand an die Steuerschaltung 30 signalisiert. In dem vorliegenden Beispiel, in dem das betrachtete Halbleiterbauelement ein intelligenter Leistungshalbleiterschalter ist, kann die Steuerschaltung 30 einen Gate-Treiber 31 umfassen zur Generierung eines Treibersignals SG, welches einer Steuerelektrode (z. B. einer Gate-Elektrode) des Halbleiterschalters zugeführt ist. Das Treibersignal SG wird nach Maßgabe eines Eingangssignals SIN, welches der Steuerschaltung 30 und somit dem Gate-Treiber 31 zugeführt ist, gesetzt. Um die oben erwähnte Deaktivierungs- oder Abschaltfunktion sicher zu stellen, kann eine Gatter-Schaltung 32 dazu verwendet werden, das Eingangssignal SIN auszutasten und folglich den Gate-Treiber 31 zu zwingen, ein Treibersignal SG zu erzeugen, welches ein Abschalten des Transistors M1 bewirkt.
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Die Funktionalität einer Erkennung thermisch bedingter Fehler des in den 1 und 2 dargestellten Halbleiterbauelements wird im Folgenden unter Bezugnahem auf die 3, 4 und 5 detaillierter erläutert. Der intelligente Leistungshalbleiterschalter, der in den 1 und 2 dargestellt ist, kann dazu verwendet werden, eine Last (in 1 und 2 nicht dargestellt) zu schalten, die zwischen einem ersten Lastanschluss des Halbleiterschalters M1 (z. B. Source-Terminal im Falle eines MOS-Transistors) und einem unteren Versorgungspotential (z. B. Massepotential) geschaltet ist, wohingegen der zweite Lastanschluss (z. B. Drain-Terminal) des Halbleiterschalters M1 mit einem oberen Versorgungspotential VDD versorgt wird. In einer solchen Konfiguration arbeitet der Halbleiterschalter als so genannter High-Side-Schalter. Selbstverständlich ist auch eine entsprechende Konfiguration als Low-Side-Schalter möglich.
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Angenommen, die Last wäre kurzgeschlossen, dann ist die Außenspannung VOUT am zweiten Lastanschluss des Transistors M1 nahe dem Massepotential und der Laststrom iD (z. B. der Drainstrom) wird im Wesentlichen durch den Einschaltwiderstand (On-Resistance) des Transistors M1 begrenzt. Es ist klar, dass in einem solchen Betriebszustand das Halbleiterbauelement sehr schnell überhitzt und thermisch zerstört werden würde, wenn das Bauelement nicht schnell abgeschaltet wird, bevor die Temperatur einen kritischen Wert überschreitet. 3 demonstriert anhand eines Zeitdiagramms den Anstieg der relativen Temperatur dT im Laufe der Zeit t in einem Halbleiterbauelement, wenn dieses mit einer kurzgeschlossenen Last verbunden ist.
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Im Falle einer kurzgeschlossenen Last steigt die Temperatur des aktiven Bereichs des Halbleiterchips schnell an. Als Beispiel zeigt 3 den Anstieg der relativen Temperatur (repräsentiert durch das Messsignal SdT) abhängig von der Zeit. Die relative Temperatur dT wird in Kelvin gemessen (abgekürzt als K), wobei eine relative Temperatur von Null Kelvin (0 K) die Chiptemperatur T2 repräsentiert, die durch den zweiten Sensor 12 gemessen wird (siehe 2). Die relative Temperatur beginnt sehr kurz nach dem Kurzschluss zu steigen (ungefähr bei t = 230 μs). Zu einem Zeitpunkt t = 256 μs überschreitet die Temperatur dT einen 5K-Schwellwert und eine Zeitspanne von Δt = 12 μs später (zu einem Zeitpunkt t = 268 μs) überschreitet die Temperatur dT einen 20K-Schwellwert. Die Temperaturdifferenz zwischen beiden Schwellwerten dT = 5 K und dT = 20 K wird mit dem Symbol ΔT (hier: ΔT = 15 K) bezeichnet. Folglich kann der Gradient des Messsignals SdT innerhalb des Zeitintervalls [256 μs, 268 μs] approximiert werden durch ΔT/Δt, was die durchschnittliche Steilheit des Anstiegs des Messsignals SdT innerhalb des betrachteten Zeitintervalls repräsentiert. Wenn bei der Beurteilung des Messsignals der Gradient des Messsignals (oder ein durchschnittlicher Gradient als dessen Näherung) betrachtet wird, kann ein fehlerhafter Betriebszustand (z. B. ein Kurzschluss) erkannt werden rechtzeitig bevor die Temperatur über eine kritische Temperatur dTCRIT (was z. B. rund 60K sein kann) ansteigt. Eine Berücksichtigung des Gradienten ist sinnvoll, da, wenn die kritische Temperatur dTCRIT einmal überschritten ist, es zu spät sein kann, eine Notabschaltung des Halbleiterbauelements einzuleiten.
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Um ein Maß für den Gradienten des Messsignals SdT zu erhalten, kann die Auswerteschaltung 20 dazu ausgebildet sein, eine Anstiegszeit Δt auszuwerten, die das Messsignal SdT benötigt, um um ein vordefiniertes Temperaturinkrement ΔT (SREF1 = 5K auf SREF2 = 20K) anzusteigen, und weiter dazu ausgebildet sein, einen fehlerhaften Betriebszustand zu signalisieren (Fehlersignal SERR), wenn die Anstiegszeit Δt unter einem vordefinierten Schwellwert bleibt. Alternativ kann die Auswerteschaltung dazu ausgebildet sein, ein Inkrement ΔT auszuwerten, um welches das Messsignal SdT innerhalb einer vordefinierten Zeitperiode Δt (z. B. 20 μs) ansteigt, und weiter dazu ausgebildet sein, einen fehlerhaften Betriebszustand zu signalisieren, wenn das Temperaturinkrement ΔT über einen vordefinierten Schwellwert steigt. In dem ersten Fall kann die Zeitmessung getriggert (gestartet) werden, wenn das Messsignal einen ersten Temperaturwert (z. B. SREF1 = 5 K) übersteigt und gestoppt werden, wenn das Messsignal einen zweiten Temperaturschwellwert (z. B. SREF2 = 20 K) übersteigt. In dem zweiten Fall muss das Temperaturinkrement ΔT kontinuierlich ausgewertet werden in aufeinander folgenden Zeitperioden Δt, um einen fehlerhaften Betriebszustand zu erkennen.
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4 zeigt die zeitabhängige Temperaturcharakteristik für unterschiedliche Versorgungsspannungen VCC und unterschiedliche Lasten (Kurzschluss als Überlast, Glühbirne als normale Last), um einen Vergleich der resultierenden Temperaturmesssignale SdT bzw. der korrespondierenden relativen Temperaturen dT zu ermöglichen. Die durchgezogenen Linien beziehen sich auf Messungen bei einer Versorgungsspannung von VCC = 16 V, die punktierten Linien beziehen sich auf Messungen bei Versorgungsspannungen von VCC = 12 V und die gestrichelten Linien beziehen sich auf Messungen bei Versorgungsspannungen von VCC = 8 V. Die dicken Linien beziehen sich auf Messungen bei einer kurzgeschlossenen Last, wohingegen die dünnen Linien sich auf Messungen mit einer Glühbirne als ”normale” Last beziehen. In 4 kann man sehen, dass, wenn eine kurzgeschlossene Last mit dem Halbleiterbauelement verbunden ist, die relative Temperatur dT des aktiven Bereichs des Halbleiterchips rund zweimal so schnell ansteigt wie in dem Fall, wenn eine Glühbirne als Last angeschlossen ist. Die Steilheit des Anstiegs kann kurz nach der Aktivierung des Halbleiterbauelements gemessen werden (z. B. nach dem Einschalten des Halbleiterschalters) und der Kurzschluss kann erkannt werden, bevor die Temperatur dT ein vordefiniertes Maximum (welches im vorliegenden Fall bei rund 60 K liegen kann) überschreitet.
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5 zeigt ein Beispiel einer möglichen Implementierung der Auswerteschaltung 20 (siehe 1 und 2). Ein Fachmann kann erkennen, dass die oben beschriebene Funktionalität, die durch die Auswerteschaltung 20 zur Verfügung gestellt wird, auf viele unterschiedliche Weisen implementiert werden kann, entweder unter Verwendung von applikationsspezifischer Hardware (z. B. ASICs) oder unter Verwendung von generischer Hardware, die geeignete Software ausführt.
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In dem Beispiel aus 5 ist das Messsignal SdT, welches die relative Temperatur dT des aktiven Bereichs des Halbleiterbauelements repräsentiert, der Auswerteschaltung 20 zugeführt. Das Messsignal SdT wird einem ersten Komparator 21 und einem zweiten Komparator 22 zugeführt, wobei der erste Komparator 21 einen ersten Schaltschwellwert SREF1 von 5 K und der zweite Komparator 22 einen zweiten Schaltschwellwert SREF2 von z. B. 20 K aufweist. Die (binären) Ausgangsignale der Komparatoren 21 und 22 werden mit S5 bzw. S20 bezeichnet. Die Signale S5 und S20 nehmen einen ersten Logikpegel (im vorliegenden Beispiel einen High-Pegel) an, wenn das Messsignal SdT über dem ersten schwellwert SREF1 bzw. dem zweiten Schwellwert SREF2 liegt, und nehmen einen zweiten Logikpegel an (im vorliegenden Beispiel einen Low-Pegel), wenn die Signale S5 und S20 unterhalb dem jeweiligen Schwellwert liegen. Wenn das Halbleiterbauelement mit einer kurzgeschlossenen Last betrieben wird, dann wird das Signal S5 von einem Low-Pegel auf einen High-Pegel schalten, wenn die relative Temperatur dT den 5 K-Schwellwert übersteigt und dass Signal S20 wird von einem Low-Pegel auf einen High-Pegel schalten zu einem Zeitpunkt Δt später, zu dem die relative Temperatur dT den 20 K-Schwellwert übersteigt (siehe auch 3). Mit anderen Worten, wenn die Temperatur dT steigt, wird die Flanke im Signal S5 eine Zeitspanne Δt vor der korrespondierenden Flanke in dem Signal S20 auftreten. Die Zeitspanne Δt ist jene Zeit, welche das Messsignal SdT benötigt, um vom ersten Schwellwert SREF1 auf den zweiten Schwellwert SREF2 zu steigen.
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Die Auswerteschaltung 20 führt dazu folgende Funktionen aus:
- (1) Entgegennehmen des Messsignals SdT;
- (2) Vergleichen des Messsignals SdT mit einem ersten Schwellwert SREF1, der eine erste Temperatur repräsentiert (5 K im vorliegenden Beispiel).
- (3) Signalisieren (im vorliegenden Beispiel durch eine steigende Flanke im Signal S5), wenn das Messsignal SdT den ersten Schwellwert überschreitet;
- (4) Vergleichen des Messsignals SdT mit einem zweiten Schwellwert SREF2, der eine zweite Temperatur repräsentiert (20 K im vorliegenden Beispiel); und
- (5) Signalisieren (im vorliegenden Beispiel durch eine steigende Flanke im Signal S20), wenn das Messsignal SdT den zweiten Schwellwert SREF2 übersteigt.
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Wenn die Zeitdifferenz Δt zwischen dem Zeitpunkt, zu dem das Messsignal SdT den ersten Schwellwert SREF1 überschreitet, und dem Zeitpunkt, zu dem das Messsignal SdT den zweiten Schwellwert SREF2 überschreitet, kürzer ist als eine vordefinierte kritische Zeitspanne tCRIT dann ist der Anstieg (der Gradient) des Messsignals zu steil, und es kann daraus geschlossen werden, dass das Halbleiterbauelement in einem fehlerhaften Betriebszustand ist. Folglich führt die Auswerteschaltung 20 noch weiter folgende Funktionen aus:
- (6) Vergleichen der Zeitdifferenz Δt mit einer vordefinierten kritischen Zeitspanne tCRIT; und
- (7) Signalisieren eines fehlerhaften Betriebszustands, wenn die Zeitspanne Δt kürzer ist als die vordefinierte kritische Zeitspanne Δt.
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Es bestehen viele Möglichkeiten in der Digitalelektronik zum Vergleichen einer Zeitspanne mit einer Referenzzeitspanne. Im vorliegenden Beispiel wird das Signal S5, welches den Anfang der Zeitspanne Δt anzeigt, um die kritische Zeitspanne tCRIT verzögert (siehe auch Element 23), und das resultierende verzögerte Signal S5' wird invertiert (Inverter 24). Das invertierte und verzögerte Signal NOT S5' und das Signal S20, welches das Ende der Zeitspanne anzeigt, werden einem UND-Gatter 25 zugeführt, dessen Ausgang nur dann für eine Zeit tCRIT-Δt aktiv ist (d. h. auf einem High-Pegel liegt), wenn die Zeitspanne Δt kürzer ist als die kritische Zeitspanne tCRIT. In diesem Fall setzt der Ausgang des UND-Gatters 25 ein RS-Flip Flop 27, dessen Ausgangssignal den erkannten Kurzschluss anzeigt durch Erzeugen eines Ausgangssignals SERR1 an seinem Ausgang Q. Im Prinzip könnte dieses Ausgangssignal SERR1 verwendet werden, die Deaktivierung bzw. die Abschaltung des Halbleiterbauelements auszulösen, um dieses vor einer Beschädigung zu schützen. Das RS-Flip Flop 27 wird erst zurückgesetzt (mit Hilfe des Inverters 26), wenn das Signal S5 unterhalb dem ersten Schwellwert SREF1 gefallen ist, d. h. nicht bevor die relative Temperatur wieder unter einen Wert von 5K gefallen ist.
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Zusätzlich kann ein weiteres Kriterium für eine Notabschaltung sein, dass die relative Temperatur dT über einen maximal zulässigen Temperaturwert dTMAX anzeigt. Um diese Funktion zu gewährleisten, kann die Auswerteschaltung 20 einen dritten Komparator 38 aufweisen zum Vergleichen des Messsignals SdT mit einem dritten Schwellwert SREF3, der die maximal zulässige Temperatur dTMAX repräsentiert. Der Ausgang des dritten Komparators 28 stellt ein Übertemperatursignal SOT bereit, welches mit dem Ausgangssignal SERR1 des RS-Flip Flops 27 mit Hilfe eine ODER-Gatters 29 kombiniert werden kann, welches wiederum als Auswerteergebnis das Signal SERR bereitstellt, das eine fehlerhaften Betriebszustand des Halbleiterbauelements anzeigt, nämlich entweder, wenn der Temperaturgradient über einem vordefinierten Limit (definiert durch die kritische Zeitspanne tCRIP) liegt, oder, wenn die relative Temperatur dT über eine maximal zulässige Temperatur dTMAX ansteigt.
