DE102012109745A1

DE102012109745A1 - Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE102012109745A1
Application number: DE102012109745A
Authority: DE
Inventors: Frank Auer; Benno Köppl; Andreas Kiep
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2013-04-18
Anticipated expiration: 2032-10-13
Also published as: US20130093411A1; CN103149407B; US20150010041A1; US10036771B2; DE102012109745B4; CN103149407A; US8847575B2

Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Schaltungsanordnung angegeben, die eine Brückenschaltung aufweisend wenigstens zwei Feldeffekt-Transistoren und eine Messschaltung, eingerichtet zur Messung der Durchlassspannung einer Body-Diode von wenigstens einem der wenigstens zwei Feldeffekt-Transistoren, die aus einem vordefinierten Strom, der durch den Feldeffekt-Transistor fließt, resultiert, aufweist.

Description

Hintergrund
Die Erkennung von Kurzschlüssen in Treiber-ICs (integrierte Schaltung) für externe Treiber-Transistoren werden in der Regel durch Überwachung der elektrischen Spannung des jeweiligen Transistors realisiert, beispielsweise der Spannung zwischen dem Drain und der Source eines Feldeffekt-Transistors. Jedoch führt die immer häufigere Verwendung von MOSFETs (Metalloxid Feldeffekt-Transistoren) mit immer niedrigeren Einschaltwiderständen zu Problemen im Zusammenhang mit dem Schutzmechanismus basierend auf der Messung der Source-Drain Spannung.
Ein Diagramm 100 in 1 stellt eine Beziehung zwischen der Temperatur eines Substrates T_j, dargestellt durch die x-Achse 102 des Diagramms 100, und dem Einschaltwiderstand R_DS(on) eines typischen MOSFETs, dargestellt auf der y-Achse 104 des Diagramms 100, dar, wobei der MOSFET auf oder eingebettet in einem Substrat vorliegt. Eine erste Kurve 106 stellt die Beziehung zwischen der Substrattemperatur und dem Einschaltwiderstand eines typischen MOSFETs dar, eine zweite Kurve 108 stellt die gleiche Beziehung für etwa 98% der von einem Hersteller gelieferten MOSFETs dar. Anders ausgedrückt, die Beziehung zwischen der Substrattemperatur und dem Einschaltwiderstand, die durch die zweite Kurve 108 gezeigt wird, repräsentiert eine obere Grenze für 98% der MOSFETs, so dass nur 2% der MOSFETs einer Lieferung größere Widerstände bei den jeweiligen Temperaturwerte aufweisen. Das Diagramm zeigt deutlich das Vorhandensein eines starken Einflusses des Einschaltwiderstandes R_DS(on) eines MOSFETs auf die Temperatur T_j des MOSFETs. Bei einem typisch bemessenen Bereich für die Betriebstemperatur von –40°C bis 180°C, kann der Einschaltwiderstand zum Beispiel bis zu einem Faktor von 3 variieren.
Im Allgemeinen kann der Betriebszustand eines MOSFETs bei Überschreitung der Source-Drain-Spannung von einer bestimmten Schwellenspannung als ein Kurzschlusszustand beurteilt werden. Um eine Fehlbeurteilung zu vermeiden ist die Schwellenspannung üblicherweise über den Werten angesetzt, die durch heiße Transistoren erreicht werden können, die bei einem Durchflussstrom betrieben werden, der nahe oder gleich den zu leistenden Einschaltströmen liegt. Solch ein Schwellenwert 110 ist in dem in 1 dargestellten Diagramm 100 symbolisch mittels einer gestrichelten Linie dargestellt, wobei die durchgehend horizontalen Linien über und unter der gestrichelten Linie beispielhafte Standardabweichungen darstellen. Ein vertikaler Pfeil 112 zeigt die „Schutzlücke” an, die bei einem typischen Schutzmechanismus abhängig von der Aufzeichnung der Source-Drain-Spannung eines MOSFET vorhanden ist, die der Tatsache geschuldet ist, dass wie beschrieben, der Einschaltwiderstand stark von der Temperatur des MOSFET abhängig ist. Anders ausgedrückt wird die festgesetzte Schwellenspannung 110, die von der Source-Drain-Spannung eines MOSFET bei einem Kurzschluss überschritten werden muss, geschätzt, wobei ein heißer MOSFET angenommen wird, der einen hohen Strom leitet, beispielsweise einen Kurzschluss. Daher besteht eine Gefahr, dass ein Kurzschlusszustand bei einem kalten MOSFET der bei einem niedrigen Einschaltwiderstand und sogar noch einen höheren Strom leitet als den Kurzschlussstrom, nicht als Kurzschluss erkannt wird. Dies ist verständlicher Weise eine unerwünschte Situation, da dies schnell zu einem Schmelzen des MOSFET führen könnte, und somit zu einem dauerhaften Ausfall des Systems führen könnte.
Ausgehend von einer theoretischen Berechnung kann weiter gezeigt werden, dass der voraussichtlich schnelle Aufwärmvorgang eines kalten MOSFET, der bei hohen Strömen betrieben wird, nicht schnell genug stattfinden könnte, um den Einschaltwiderstand des MOSFETs so weit zu erhöhen, dass die Source-Drain-Spannung den Schwellenwert der Kurzschlussspannung erreicht, bevor es zu einer dauerhaften Schädigung der Vorrichtung kommt. Im Allgemeinen wird der MOSFET durchbrennen bevor er ausreichend warm werden kann damit der Einschaltwiderstand R_DS(on) soweit für die Source-Drain-Spannung U_DS = R_DS(on)·I ansteigen kann, um den Schwellenwert der Kurzschlussspannung zu erreichen oder zu überschreiten, wodurch der Schutzmechanismus aktiviert werden kann.
Um die im Diagramm 100 in der 1 gezeigte „Schutzlücke” 112 in dem beschriebenen Kurzschluss-Schutzmechanismus zu schließen ist es notwendig, die Temperatur des MOSFETs während des Betriebs zu kennen. Wenn die Temperatur des MOSFETs ungefähr bekannt ist, kann eine kalter MOSFET, der einen Kurzschlussstrom trägt, von einem heißen MOSFET, der einen normalen Betriebsstrom trägt, unterschieden werden, was zu einer wesentlichen Verbesserung des Detektionsmechanismus führt.
Bislang wird die Temperatur von MOSFETs mittels Temperatursensoren ermittelt, die auf der Leiterplatte (PCB) bereitgestellt werden können, auf denen die MOSFETs angeordnet sind oder durch die Benutzung spezieller Temperatursensoren, die an den MOSFETs angebracht sind. Die Leiterplattenbasierten Temperaturmessungen weisen den Nachteil auf, dass die gemessene Temperatur nur eine verzögerte und geglättete Temperatur der MOSFETs wiedergibt. Des Weiteren ist ein zusätzlicher Schaltkreis zur Evaluierung der Signale, die von den Sensoren bereitgestellt werden, vorzusehen. Die Temperatursensoren basieren meistens auf PTC-(positiver Temperaturkoeffizient) oder NTC-Elementen (negativer Temperaturkoeffizient). Die zweite Option ermöglicht eine präzise Temperaturermittlung eines jeweiligen MOSFET, an dem der Temperatursensor angebracht ist oder in dem der Temperatursensor integriert ist. Jedoch müssen in diesem Fall teure spezielle MOSFETs und aufwendige Auswertungsschaltkreise eingesetzt werden. Des Weiteren verursachen beide Lösungen auch beträchtliche zusätzliche Kosten.
Zusammenfassung der Erfindung
In Abhängigkeit von verschiedenen Ausführungsformen wird eine Schaltungsanordnung zur Verfügung gestellt, die eine Brückenschaltung mit wenigsten zwei Feldeffekt-Transistoren und einer Messschaltung zum Messen einer Durchlassspannung einer Body-Diode von mindestens einem der wenigstens zwei Feldeffekt-Transistoren aufweist, die von einem vordefinierten Stromfluss durch den Feldeffekt-Transistor verursacht wird.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Diese Zeichnungen dienen zur Veranschaulichung des Grundprinzips, so dass nur solche Aspekte dargestellt sind, die zum Verständnis des Grundprinzips notwendig sind. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgerecht. In den Zeichnungen bezeichnen, sofern nichts anderes angegeben ist, gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale mit gleicher Bedeutung.
1 zeigt ein Diagramm, das einen typischen Kurzschluss-Erfassungsmechanismus basierend auf der Temperaturabhängigkeit des Einschaltwiderstandes eines typischen MOSFET darstellt;
2 zeigt eine Schaltungsanordnung in verschiedenen Ausführungsformen;
3 zeigt ein Diagramm, das eine beispielhafte Strom-Spannungs-Charakteristik einer Diode darstellt;
4A bis 4C zeigen die Konfiguration eines Treibermechanismus von Transistoren, die in verschiedenen Ausführungsformen der Schaltungsanordnung angeordnet sind; und
5 zeigt ein Diagramm, in dem ein verbesserter Kurzschluss-Erfassungsmechanismus basierend auf der Temperaturabhängigkeit des Einschaltwiderstandes eines typischen MOSFETs dargestellt ist.
Detaillierte Beschreibung
Die folgende detaillierte Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, die beispielhaft verschiedene Details und Ausführungsformen zeigen in den die Erfindung genutzt werden kann.
Die Bezeichnung „beispielhaft” ist hierbei als „als Beispiel für, als Gelegenheit oder als Veranschaulichung dienend” zu verstehen. Jedwedes Ausführungsbeispiel oder Entwurf der hierbei als „beispielhaft” beschrieben ist, ist notwendigerweise nicht bevorzugt oder zweckmäßig gegenüber anderen Ausführungsformen anzusehen.
Die Bezeichnung „über” die im Zusammenhang mit einen Auftragswerkstoff als „über” einer Seite oder Oberfläche benutzt wird, kann hierbei so zu verstehen sein, dass das Material „direkt auf”, d. h. in direkten Kontakt mit dem besagten Seite oder Oberfläche aufgebracht ist. Die Bezeichnung „über” die im Zusammenhang mit einen Auftragswerkstoff als „über” einer Seite oder Oberfläche benutzt wird, kann hierbei so zu verstehen sein, dass das Material „indirekt auf” der besagten Seite oder Oberfläche mit einer oder mehreren Zwischenschichten zwischen der Seite oder Oberfläche und dem Auftragswerkstoff aufgebracht ist.
Verschiedene Ausführungsformen stellen einen effizienten Weg dar, die Temperatur eines Feldeffekt-Transistors mit geringstmöglichem zusätzlichen Schaltungsaufwand und ohne Bedarf von speziellen Feldeffekt-Transistoren, wie beispielsweise Feldeffekt-Transistoren mit speziellen integrierten Temperaturerfassungsdioden, zu ermitteln.
Die Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen ermöglicht eine effiziente Temperaturmessung eines Feldeffekt-Transistors in dem Sinne, dass herkömmliche Feldeffekt-Transistoren verwendet werden können und keine aufwendigen oder teuren zusätzlichen elektronischen Bauelemente benötigt werden, um die Temperatur des Feldeffekt-Transistors zu ermitteln.
Die Schaltungsanordnung ermöglicht gemäß verschiedenen Ausführungsformen auch eine sehr direkte Temperaturmessung in dem Sinne, dass die Temperatur des Feldeffekt-Transistors gemessen wird, indem die Temperatur der Body-Diode, die in jedem Feldeffekt-Transistors inhärent vorhanden ist, gemessen wird. Somit kann der Einfluss von anderen Wärmequellen, die zu einer verzögerten (beispielsweise auch verfälschten) Temperaturerfassung führen können, auf ein Minimum reduziert werden, weil die Temperatur des Feldeffekt-Transistors am Kern gemessen wird.
Die Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen nutzt die Temperaturabhängigkeit der Strom-Spannungs-Charakteristik einer Diode aus, um die Temperatur der Diode, in dem vorliegenden Fall die Temperatur der Body-Diode eines Feldeffekt-Transistors, zu ermitteln. In dem vorliegenden Fall hat die Temperaturabhängigkeit einen bedeutenden Einfluss, da die Temperatur der Diode ein Parameter ist, der aus dem Stromfluss durch die Diode und dem Spannungsabfall über dem PN-Übergang der Diode ermittelt werden kann, sobald einmal die temperaturabhängige Spannungs-Strom-Charakteristik bekannt ist.
Für den Fall, dass die Schaltungsanordnung Bestandteil einer elektrischen Motorsteuerungsschaltung ist, kann die Temperatur des Treiber-Feldeffekt-Transistors auf Grundlage des vorliegenden Schaltungsaufbaus ohne weitere grundlegende Anpassungen an die elektrische Motorsteuerungsschaltung ermittelt werden. Der große Vorteil einer solchen Schaltung ist darin zu sehen, dass die Parameter aus denen die Temperatur der Body-Diode und damit die Temperatur des Feldeffekt-Transistors ermittelt werden kann, entweder bekannt sind, voreingestellt sind oder andernfalls, wie im Folgenden beschrieben, ermittelt werden können.
2 zeigt eine Schaltungsanordnung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Zum einfacheren Verständnis sind die verschiedenen Ausführungsformen der Schaltungsanordnung 200 im technischen Zusammenhang einer Treiberschaltung für einen elektrischen Antrieb 234 dargestellt. Jedoch können alternative Ausführungsformen auch für andere technische Anwendungen, wie beispielsweise in anderen Schaltungen als in Halbbrückenschaltungen oder Vollbrückenschaltungen, vorgesehen sein. Die Schaltungsanordnung 200 weist einen ersten Eingang 202 und einen zweiten Eingang 204 auf, wobei ein mögliches Versorgungspotential, beispielsweise bereitgestellt von einer Batterie, mit dem ersten Eingang 202 und einem Referenzpotential, beispielsweise das Massepotential, mit dem zweiten Eingang 204 verbunden sein kann. Ein Kondensator 206 kann parallel angeschlossen zum ersten Eingang 202 und zum zweiten Eingang 204 vorgesehen sein. In dem dargestellten Beispiel ist der elektrische Motor 234 ein bürstenloser Dreiphasenmotor, der zum korrekten Betrieb drei unterschiedliche Phasen benötigt. Drei Paar Feldeffekt-Transistoren können zwischen dem ersten Eingang 202 und dem zweiten Eingang 204 angeschlossen sein, wobei die zwei Feldeffekt-Transistoren eines jeweiligen Feldeffekt-Transistor-Paares in Reihe geschaltet sind. Das heißt, dass in verschiedenen Ausführungsformen ein erster Anschluss eines ersten Feldeffekt-Transistors 210 an den ersten Eingang 202 gekoppelt sein kann, der zweite Anschluss des ersten Feldeffekt-Transistors 210 an den ersten Anschluss eines zweiten Feldeffekt-Transistors 214 gekoppelt sein kann und der zweite Anschluss des zweiten Feldeffekt-Transistors 214 an den zweiten Eingang 204 gekoppelt sein kann. Zwischen dem ersten Feldeffekt-Transistor 210 und dem zweiten Feldeffekt-Transistor 214 kann ein erster Knoten 236 vorgesehen sein, über den eine erste Phase angeschlossen und dem elektrischen Motor 234 bereitgestellt werden kann. Der erste Feldeffekt-Transistor 210 weist eine erste Body-Diode 212 auf, die eingerichtet ist derart, dass sie in Durchlassrichtung einen Stromfluss, beispielsweise in Richtung des ersten Eingangs 202 und/oder des Kondensators 206 und/oder eines dritten Feldeffekt-Transistors 219 und/oder eines fünften Feldeffekt-Transistors 226, zulässt. Der zweite Feldeffekt-Transistor 214 weist eine zweite Body-Diode 216 auf, die einen Stromfluss in Richtung des ersten Feldeffekt-Transistors 210 zulässt. Ein erster Anschluss des dritten Feldeffekt-Transistors 218 ist an den ersten Eingang 202 gekoppelt, ein zweiter Anschluss des dritten Feldeffekt-Transistors 218 ist an einen ersten Anschluss eines vierten Feldeffekt-Transistors 222 gekoppelt und der zweite Anschluss des vierten Feldeffekt-Transistors 222 ist an den zweiten Eingang 204 gekoppelt. Zwischen dem dritten Feldeffekt-Transistor 218 und dem vierten Feldeffekt-Transistor 222 kann ein zweiter Knoten 236 vorgesehen sein, über den eine zweite Phase angeschlossen und dem elektrischen Motor 234 bereitgestellt werden kann. Der dritte Feldeffekt-Transistor 218 kann eine dritte Body-Diode 220 aufweisen, die eingerichtet sein kann derart, dass sie in Durchlassrichtung einen Stromfluss, beispielsweise in Richtung des ersten Eingangs 202 und/oder des Kondensators 206 und/oder des ersten Feldeffekt-Transistors 210 und/oder des fünften Feldeffekt-Transistors 226, zulässt. Der vierte Feldeffekt-Transistor 222 kann eine vierte Body-Diode 224 aufweisen, die eingerichtet ist derart, dass sie einen Stromfluss in Richtung des dritten Feldeffekt-Transistors 218 zulässt. Ein erster Anschluss des fünften Feldeffekt-Transistors 226 kann an den ersten Eingang 202 gekoppelt sein, ein zweiter Anschluss des fünften Feldeffekt-Transistors 226 kann an den ersten Anschluss eines sechsten Feldeffekt-Transistors 230 angeschlossen sein und der zweite Anschluss des sechsten Feldeffekt-Transistors 230 kann an den zweiten Eingang 204 gekoppelt sein. Zwischen dem fünften Feldeffekt-Transistor 226 und dem sechsten Feldeffekt-Transistor 230 kann ein dritter Knoten 240 vorgesehen sein, über den eine dritte Phase angeschlossen und dem elektrischen Motor 234 bereitgestellt werden kann. Der fünfte Feldeffekt-Transistor 226 weist eine fünfte Body-Diode 228 auf, die eingerichtet sein kann derart, dass sie in Durchlassrichtung einen Stromfluss, d. h. in Richtung des ersten Eingangs 202 und/oder des Kondensators 206 und/oder des ersten Transistors 210 und/oder des dritten Transistors 218, zulässt. Der sechste Feldeffekt-Transistor 230 weist eine sechste Body-Diode 232 auf, die eingerichtet ist derart, dass sie einen Stromfluss in Richtung des fünften Feldeffekt-Transistors 226 zulässt. Die Body-Dioden der sechs Feldeffekt-Transistoren sind als Schutzdioden oder Speicherdioden ausgebildet, wie sie üblicherweise bei Brückenschaltungen, beispielsweise in elektrischen Antriebssteuerschaltungen, verwendet werden.
Das Gate jeder der sechs Feldeffekt-Transistoren ist an einen Treiber 208 angeschlossen, der eingerichtet ist, das Gate eines jeden der Feldeffekt-Transistoren individuell zu steuern, d. h. um an den Gates der Feldeffekt-Transistoren Potentiale zu erzeugen so dass diese angeschaltet (d. h. in den Durchlasszustand gebracht werden) oder ausgeschaltet (d. h. in einen Isolieren-Zustand gebracht werden) werden. Die Darstellung der Treiber 208 in 1 gemäß verschiedenen Beispielen dient Illustrationszwecken, der Treiber 208 kann tatsächlich auch nur eine Einheit aufweisen. Der Treiber 208 kann an einen Kontroller (beispielsweise eine Steuerung oder einen Regler) 244 angeschlossen sein, der dazu eingerichtet ist, den Betrieb der Antriebssteuerschaltung zu kontrollieren und den Treiber 208 mit entsprechenden Signalen zu versorgen, die angeben, wann der Treiber 208 einen entsprechenden Feldeffekt-Transistor anzuschalten oder auszuschalten hat. Im Allgemeinen kann der Treiber 208 ein separates Schaltungsbauteil sein, er kann aber auch in dem Kontroller 244 implementiert sein. Zusätzlich kann eine Überwachungsschaltung 242 vorgesehen sein, die die Spannung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss (zum Beispiel Drain und Source) eines jeden Feldeffekt-Transistors überwacht. In 2 ist nur eine derartige Überwachungsschaltung 242 dargestellt, wobei jedoch eine separate Überwachungsschaltung 242 zur Überwachung der Spannung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss (zum Beispiel Drain und Source) von einigen oder allen weiteren Feldeffekt-Transistoren ebenfalls vorgesehen sein kann. Die eine (oder mehreren) Überwachungsschaltung(en) 242 kann (oder können) an den Kontroller 244 angeschlossen sein. Im Allgemeinen kann die Überwachungsschaltung 242 eingerichtet sein, die Spannung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des jeweiligen Feldeffekt-Transistors zu ermitteln und kann daher dazu benutzt werden, Kurzschlüsse festzustellen, indem der Spannungsabfall an dem jeweiligen Feldeffekt-Transistor mit einer Kurschluss-Schwellenspannung, wie zuvor beschrieben, verglichen wird. Die Überwachungsschaltung 242 kann jedoch auch zur Messung des Spannungsabfalls an der Body-Diode des jeweiligen Feldeffekt-Transistors verwendet werden, beispielsweise wenn der jeweilige Feldeffekt-Transistor ausgeschaltet ist und der Stromfluss durch die entsprechende Body-Diode weiter aufrechterhalten bleibt. Des Weiteren kann die Schaltungsanordnung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine Kontrollschnittstelle, wie beispielsweise ein SPI (Serielle Peripherie-Schnittstelle, engl: Serial Peripheral Interface), zur Kontrolle verschiedener Funktionen und Parameter der Schaltungsanordnung 200 aufweisen. Anders ausgedrückt können Schaltungskomponenten der Schaltungsanordnung 200 verschiedener Ausführungsformen auf einfache Weise hinzugefügt werden, zum Beispiel mittels ihrer Implementierung in bereits bestehende integrierte Schaltungen (ICs) und an den SPI Bus angeschlossen werden, oder bestehende Schaltungskomponenten können über einen SPI Bus miteinander kommunizieren und dadurch den Betrieb der Schaltungsanordnung 200 entsprechend verschiedenen Ausführungsformen verändern oder beeinflussen.
Die Schaltungsanordnung 200 kann des Weiteren eine Temperaturermittlungsschaltung 246 aufweisen, die dazu eingerichtet ist, die Temperatur der Feldeffekt-Transistoren zu erfassen. Es kann jedoch auch eine softwarebasierte Temperaturermittlungsfunktion, beispielsweise im Kontroller 244 oder in dem jeweiligen Treiber 208 oder der Überwachungsschaltung 242 eingesetzt werden. Die Temperaturermittlungsschaltung 246 kann eine separate Schaltung sein oder im oder durch den Kontroller 244 implementiert sein. Der Kontroller 244 kann zum Auswählen des Feldeffekt-Transistors eingerichtet sein, dessen Temperatur gemessen werden soll. Die Temperatur des jeweiligen Feldeffekt-Transistors kann dadurch ermittelt werden, indem die Temperaturermittlungsschaltung 246 die Spannung verwendet, die von der Überwachungsschaltung 242 gemessen wird, wenn der jeweilige Feldeffekt-Transistor ausgeschaltet wird, und dem Strom der bis zu dessen Deaktivierung durch diesen geflossen ist, der anschließend durch die zugehörige Body-Diode fließt.
In diesem Fall ist der durch die Body-Diode fließende Strom, der ein voreingestellter oder vordefinierter Strom, beispielsweise ein Ladestrom sein kann, für den Kontroller 244 bekannt, da dieser in einem Speicherelement des Kontrollers 244 als eine vordefinierte Stromstärke oder ein Ladestromwert gespeichert sein kann. Der Wert des vordefinierten Stroms kann durch Messung und/oder aus einer Modellrechnung oder Simulation bekannt sein. Der Spannungsabfall an der Body-Diode kann durch die Überwachungsschaltung 242 gemessen werden, da die Body-Diode ein inhärenter Bestandteil eines jeden Feldeffekt-Transistors ist und dadurch dessen Anschlüsse mit verwendet. Die Überwachungsschaltung 242 kann dazu eingerichtet sein, die gemessene Durchlassspannung der jeweiligen Body-Diode dem Kontroller 244 oder direkt der Temperaturermittlungsschaltung 246 bereitzustellen. Die Temperaturermittlungsschaltung 246 kann dazu eingerichtet sein, die Temperatur der jeweiligen Body-Diode und damit die Temperatur des dazugehörigen Feldeffekt-Transistors auf der Grundlage eines vordefinierten Stroms, der durch die Body-Diode des Feldeffekt-Transistors fließt, und weiter auf der Grundlage der von der Überwachungsschaltung 242 gemessenen Durchlassspannung, zu ermitteln. Es wird nochmals hervorgehoben, dass diese Werte für normale Brückenschaltungen zum Betrieb von elektrischen Motoren bekannt sind und/oder standardmäßig gemessen werden, und folglich die Schaltungsanordnung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine Temperaturmessung erlaubt, die auf der standardmäßig vorliegenden Schaltungsarchitektur beruht. Die Temperaturermittlungsschaltung 246 kann zusätzlich bereitzustellen sein, entweder als separate Schaltung oder als Modul implementiert in dem Kontroller 244. Die Temperaturermittlungsschaltung 246 kann in die bestehende Kommunikationsarchitektur einer normalen Brückenschaltung zum Antrieb eines elektrischen Motors, beispielsweise mittels des SPI eingebettet oder integriert sein. Im Allgemeinen kann auch eine dezentrale Bauweise vorgesehen sein, bei der die Überwachungsschaltung 242 und/oder der Kontroller 244 und/oder die Temperaturermittlungsschaltung 246 oder entsprechende Funktionen in jedem der Treiber 208 implementiert sein können.
Das Diagramm 300 der 3 zeigt eine beispielhafte Strom-Spannungs-Charakteristik der Body-Diode. Die x-Achse 302 des Diagramms zeigt den durch die Body-Diode fließenden Strom in Ampere an, die y-Achse zeigt die an der Body-Diode anliegende Spannung in Volt an. Die Temperaturabhängigkeit äußert sich in diesem beispielhaften Fall durch die Anwesenheit von vier verschiedenen Kurven. Eine erste Kurve 306 zeigt den Zusammenhang zwischen der Stromstärke und der Spannung bei 175°C an, eine zweite Kurve 308 zeigt den Zusammenhang zwischen der Stromstärke und der Spannung bei 100°C an, eine dritte Kurve 310 zeigt den Zusammenhang zwischen der Stromstärke und der Spannung bei 25°C an und eine vierte Kurve 312 zeigt letztlich den Zusammenhang zwischen der Stromstärke und der Spannung bei –55°C an. Das Diagramm 300 zeigt deutlich, dass die an der Body-Diode anliegende Spannung bei einer bestimmten Stromstärke mit fallender Temperatur der Body-Diode ansteigt. Wenn die Spannungscharakteristik der Body-Diode bekannt ist, kann die Temperatur der Body-Diode einfach aus dem durch die Body-Diode fließenden Strom und der durch diesen Strom induzierten Spannung abgeleitet werden. In der Schaltungsanordnung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Kontroller 244 Daten bezüglich der Strom-Spannungs-Charakteristik der Body-Dioden der Transistoren speichern, wobei zwei oder mehr Feldeffekt-Transistoren die gleiche Strom-Spannungs-Charakteristik der Body-Dioden aufweisen können. In diesem Fall kann die Temperaturermittlungsschaltung 246 wenn erforderlich die Informationen über die Strom-Spannungs-Charakteristik der Body-Dioden der Transistoren von dem Kontroller 244 anfordern. Die Schaltungsanordnung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann des Weiteren eine Kalibrierungsfunktionalität aufweisen, so dass Abweichungen von einer Standard-Strom-Spannungs-Charakteristik für wenigstens eine der Body-Dioden beispielsweise mittels des Kontrollers 244 ermittelt werden können, und so dass diese während des Betriebs der Schaltungsanordnung 200 eingesetzt werden können, die zur Steigerung der Gesamtgenauigkeit und Ausfallsicherheit des Betriebs der Schaltungsanordnung 200 führen können. Jedoch können die Daten bezüglich der Strom-Spannungs-Charakteristik der Body-Dioden der Transistoren auch in der Temperaturermittlungsschaltung 246 gespeichert sein, so dass diese zur automatischen Berechnung oder Erfassung der Temperatur eines jeweiligen Feldeffekt-Transistors eingerichtet sein kann. Die Daten der Strom-Spannungs-Charakteristiken der Body-Dioden der Transistoren können beispielsweise in Matrixform, in Tabellenform oder in Form einer mathematischen Gleichung, mit deren Hilfe die Temperatur berechnet werden kann, gespeichert sein. Im Allgemeinen tendieren die Strom-Spannungs-Charakteristiken von Dioden dazu, über die Zeit hinweg konstant zu bleiben und sind fast gar nicht anfällig für Alterungseffekte. Folglich kann, sobald eine Strom-Spannungs-Charakteristik bekannt ist, diese sicher über die Lebensspanne einer Body-Diode als vertrauliche Grundlage zu deren Temperaturermittlung in der Schaltungsanordnung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen eingesetzt werden.
Die Strom-Spannungs-Charakteristik kann für alle Body-Dioden von Feldeffekt-Transistoren, die zu einer gleichen Charge während der Herstellung gehören, als gleich angenommen werden, so dass das Risiko einer zu großen Streuung von Bauteilparametern reduziert werden kann. Dennoch können auch einer oder mehr Feldeffekt-Transistoren einer jeweiligen Schaltungsanordnung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen zur Kalibrierung verwendet werden. Zusätzlich können Feldeffekt-Transistoren, die von einem Hersteller geliefert werden, der verschiedene Chargen vermischt, einer Sortierung unterzogen werden, d. h. sie können entsprechen der Ähnlichkeit ihrer Strom-Spannungs-Charakteristik in verschiedene Gruppen getrennt werden, was die Verwendung aller Bauteile einer Lieferung ermöglichen kann.
Im Folgenden wird das Messverfahren, das bevorzugt im Normalbetrieb der Schaltungsanordnung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen abläuft, auf der Grundlage der in den 4A bis 4C dargestellten Diagramme erläutert. Da die drei Abgriffe, die jeweils eine einzelne Phase bilden, bezüglich ihrer Funktionalität gleich sind, ist die folgende Beschreibung auf den ersten Zweig beschränkt, d. h. der Zweig der den ersten Transistor 210 und den zweiten Transistor 212 einschließt.
In dem Diagramm 400 in 4A zeigt die Kurve 414 den Verlauf des Potentials, das an dem ersten Knoten 236 bereitgestellt wird. Die x-Achse 406 zeigt die Zeit an und die y-Achse 408 zeigt die Spannung an dem ersten Knoten 236 an. In dem Diagramm 402 in 4B ist ein am Gate des ersten Feldeffekt-Transistors 210 anliegendes Treibersignal 416 dargestellt. Die x-Achse 406 zeigt die Zeit an und die y-Achse 408 zeigt einen logischen Zustand des Transistors an, wobei „0” dem Aus-Zustand (d. h. der Transistor ist isolierend) und „1” dem An-Zustand (d. h. der Transistor ist leitend) entspricht. In dem Diagramm 404 in 4C ist ein an dem Gate des zweiten Feldeffekt-Transistors 214 anliegendes Treibersignal 418 dargestellt, wobei die Achsen in gleicher Art wie die Achsen des Diagramms 402 in 4B bezeichnet sind. Die x-Achsen 406 die die Zeit abbilden, sind in jedem der Diagramme synchronisiert, was bedeutet, dass ein ausgewählter Zeitpunkt t_x in allen drei Diagrammen dem gleichen Zeitpunkt entspricht.
Zu einem Zeitpunkt t₁ ist der zweite Feldeffekt-Transistor 214 deaktiviert. Das Potential an dem ersten Knoten 236 steigt an, da der Strom von dem elektrischen Motor 234 weiterhin in Richtung des Versorgungspotentials durch die erste Body-Diode des ersten Feldeffekt-Transistors 210 fließt. Bei diesem Beispiel entspricht das Versorgungspotential einem Potential, das von einer Batterie V_BAT zur Verfügung gestellt wird. Kurz nach dem Zeitpunkt t₁ (aufgrund des Zeitverlaufs und ähnlichen Effekten) entspricht das Potential an dem ersten Knoten 236 dem Potential der Batterie V_BAT, das durch die Spannung der Body-Diode V_PN angestiegen ist. Um einen Durchschuss zu verhindern, d. h. eine Situation bei der sowohl der erste Feldeffekt-Transistor 210 als auch der zweite Feldeffekt-Transistor 214 zur gleichen Zeit aktiviert sind und ein Kurzschlusspfad zwischen dem ersten Eingang 202 und dem zweiten Eingang 204 bereitgestellt wird, findet die Aktivierung des ersten Feldeffekt-Transistors 210 zu einem späteren Zeitpunkt t₂ statt. Zwischen dem ersten Zeitpunkt t₁ und dem Zeitpunkt t₂ fließt der vorbestimmte Strom des elektrischen Motors 234 durch die Body-Diode. Während dieser Zeit kann die Messschaltung 242 die Spannung an der Body-Diode ermitteln und das Ergebnis dem Kontroller 244 bereitstellen.
Da der durch die Body-Diode des ersten Feldeffekt-Transistors 210 fließende vordefinierte Strom für den Kontroller 244 oder die Temperaturermittlungsschaltung 246 bekannt ist, kann die Temperatur der ersten Body-Diode und damit des ersten Feldeffekt-Transistors 210 ermittelt werden. Kurz nach dem Zeitpunkt t₂, wenn der erste Feldeffekt-Transistor aktiviert worden ist, fällt die Spannung an dem ersten Knoten 236 auf V_BAT ab, da der Strom nun durch den ersten Feldeffekt-Transistor 210 fließen kann, der einen vernachlässigbaren Einschaltwiderstand aufweist. Zum Zeitpunkt t₅ ist der erste Feldeffekt-Transistor 210 deaktiviert, wobei der Strom jedoch weiterhin in die gleiche Richtung fließt und somit durch die erste Body-Diode des ersten Feldeffekt-Transistors 210 abgeführt wird, was durch die Spannung der Body-Diode V_PN zu einem Anstieg des Potentials am ersten Knoten 236 von V_BAT zu V_BAT + V_PN führt. Zum Zeitpunkt t₆ ist der zweite Feldeffekt-Transistor 214 aktiviert und das Potential am ersten Knoten 236 wird auf das Referenzpotential abgebaut oder gezogen.
Wie bereits ausgeführt, kann zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ der vordefinierte Strom des Motors 234 durch die Body-Diode des ersten Feldeffekt-Transistors 210 fließen. Während dieser Zeit kann die Messschaltung 242 die Spannung an der Body-Diode des jeweiligen Transistors ermitteln. Falls die Zeit zwischen dem ersten Zeitpunkt t₁ und dem zweiten Zeitpunkt t₂ für eine präzise Messung nicht ausreicht, kann der Zeitpunkt, zu dem der erste Feldeffekt-Transistor 210 angeschaltet wird, auf einen späteren Zeitpunkt t₃ oder t₄ verschoben werden. Um diese Funktionalität zu implementieren, kann die Messschaltung 242 so eingerichtet sein, dass diese an den Kontroller 244 ein Fehlersignal übermittelt, das einen zu kurzen Messzeitraum kennzeichnet. Alternativ kann der Kontroller 244, der zur Überwachung des Zyklus, in dem Phasen an den elektrischen Motor bereitgestellt werden, eingerichtet ist, feststellen, dass die zur Verfügung stehende Zeitspanne für die Messung der Durchlassspannung (auch bezeichnet als Vorwärtsspannung) der entsprechenden Body-Diode zu kurz ist. In jedem Fall kann die Messung als fehlerhaft gekennzeichnet und der entsprechende Feldeffekt-Transistor kann in dem Gleichen oder dem nächsten Zyklus zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise zum Zeitpunkt t₃ oder t₄ angeschaltet werden. Das Zurückstellen des Anschaltzeitpunktes des jeweiligen Feldeffekt-Transistors bringt eine sehr kleine oder vernachlässigbare Abweichung der anzulegenden Spannung ein, d. h. V_BAT + V_PN anstelle von V_BAT. Die unmittelbare Abweichung kann in der Größenordnung von etwa 5%, bei zum Beispiel V_BAT = 13,5 V und V_PN = 0,7 V, liegen. Berücksichtigt man, dass diese Abweichung nur für eine sehr kurze Zeit vorliegt, verändert sich das Gesamtintegral über die am ersten Knoten 236 bereitgestellte Spannung über die Zeit nur unwesentlich. Typischerweise beträgt der Zeitraum zwischen t₁ und t₂ bis zu wenige Mikrosekunden, beispielsweise 2 Mikrosekunden oder 1 Mikrosekunde. Die Kurve 414 in 4A zeigt eine Hälfte eines Zyklus eines PWM-Pulses zum Treiben einer Phase, die dem elektrischen Motor 234 bereitgestellt werden kann. Der Zeitraum des gesamten Zyklus liegt in etwa in der Größenordnung von 50 Mikrosekunden, die Zeitspanne zwischen t₁ und t₆, die in etwa einem halben Zyklus entspricht, liegt im Bereich zwischen wenigen und 50 Mikrosekunden und kann beispielsweise bei 20 Mikrosekunden liegen. Die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt t₄ und t₁, d. h. ein exemplarisches erweitertes Messintervall, liegt typischerweise im Bereich von 10 Mikrosekunden. Bei einem typischen Messverfahren kann eine der Phasen eine erhöhte Spannung von in etwa 14,3 V anstelle von 13,5 V für einen typischen Messzeitraum von etwa 10 Mikrosekunden (die Zeitspanne zwischen t₁ und t₄ oder die Zeitspanne zwischen t₅ und t₆) aufweisen, wobei ein solches Messereignis alle 10 Millisekunden stattfinden kann. Wenn man sich erinnert, dass ein Zyklus in der Größenordnung von 50 Mikrosekunden liegt, sollte die Gesamtabweichung, die durch eine Erweiterung des Messintervalls auftreten kann, in etwa im Größenbereich von 10^–4 liegen und kann damit vernachlässigt werden. Dies zeigt die „minimale Invasivität” der Messmethode bei der Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Für die Schaltungsanordnung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist es wichtig zu wissen, wann ein Messintervall erweitert werden kann. In den Situationen, in denen die Zeitspanne zwischen t₅ und t₆ (bei dem auch ein Fluss des vordefinierten Stromes vom elektrischen Motor 234 durch die Body-Diode des ersten Transistors 210 in der Form stattfindet, dass die Messschaltung derart eingerichtet sein kann, die Durchlassspannung der Body-Diode in diesem Zeitintervall zu ermitteln) ausreichend lang ist, kann diese auch zur Messung verwendet werden. Jedoch würde eine Erweiterung dieses Intervalls zum Einbringen eines wesentlichen Fehlers führen, da in diesem Fall eine Spannung V_BAT + V_PN anstelle der Spannung V_CND des Massepotentials bereitgestellt würde. Aus diesem Grund kann der Kontroller 244 Anschalt- oder Ausschaltzeitpunkte als sanfte Vorgänge (soft Event) markieren. In anderen Ausführungsformen können die Temperaturermittlungsschaltung 246 oder die Messschaltung 242 dazu eingerichtet sein, Anschalt- oder Ausschaltvorgänge als sanfte Vorgänge zu markieren, d. h. sie sind dazu eingerichtet, die Zeitplanung des gesamten Schaltschemas zu kontrollieren, wie es in den 4A bis 4C dargestellt ist. Ein sanfter Vorgang bedeutet, dass der Zeitpunkt für dessen Ausführung verzögert werden kann. Die Markierung kann auch eine Verzögerungszeit beinhalten, die einer maximalen Zeit entsprechen kann, um die der Anschaltzeitpunkt oder der Ausschaltzeitpunkt verzögert werden können. Bei einer Anfrage des Kontrollers 244 oder der Temperaturermittlungsschaltung 246 kann der Gate-Treiber 208 den entsprechenden Anschaltzeitpunkt oder Ausschaltzeitpunkt des jeweiligen Feldeffekt-Transistors nur verzögern, wenn dieser Vorgang als sanfter Vorgang markiert ist. Bei dem beispielhaften Treibersignal 416, das in dem Diagramm 402 der 4B gezeigt ist, ist der Anschaltzeitpunkt t₂ ein sanfter Vorgang und die Verzögerungszeit, die der Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt t₂ und t₄ entspricht, ist durch die schraffierte Fläche dargestellt. Da sich die schraffierte Fläche bis zum Zeitpunkt t₄ erstreckt, kann sich das Anschalten des ersten Feldeffekt-Transistors 210 (vom Zeitpunkt t₂ aus) bis zum Zeitpunkt t₄ verzögern. Die leichten Störungen durch die möglicherweise stattfindenden Verzögerungen um eine genaue Messung der Durchlassspannung der Body-Diode durch die Messschaltung 242 zu gewährleisten, können durch eine Motorsteuerungsschaltung, die die Rotationsgeschwindigkeit des elektrischen Motors 234 oder eines anderen Parameters, wie dem durch den elektrischen Motor 234 erzeugten Drehmoment, überwacht, auch (bedingt durch ihre geringe Größe) leicht kompensiert werden. Es ist anzumerken, dass der Zeitpunkt t₄ im Diagramm 400 der 4A auch bis zum Zeitpunkt t₅ ausgedehnt werden kann, falls eine solche Erweiterung der Messdauer notwendig ist. Der Kontroller 244 kann so eingerichtet sein, dass sichergestellt ist, dass der Zeitpunkt t₄, der das Ende des erweiterten Messintervalls markiert, sich maximal mit dem Zeitpunkt t₅ überdeckt, jedoch niemals über den Zeitpunkt t₅ hinausreicht. Die maximale Zeit, die zur Messung genutzt werden kann, kann die Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₆ sein. Für den Fall, dass sich das Messintervall über den Zeitpunkt t₆ hinaus ausdehnt, kann die Messung als Fehlmessung gekennzeichnet werden.
Um eine korrekte Messung der Durchlassspannung der jeweiligen Body-Diode zu erhalten, muss während des Messverfahrens eine konstante Stromflussrichtung aufrechterhalten bleiben. Daher kann es vorkommen, dass einige Messintervalle von der Messung auszuschließen sind, da diese für eine geeignete Messung zu kurz sein können oder der Stromfluss durch die jeweilige Body-Diode seine Richtung ändern kann. Derartige Zustände können durch die Messschaltung 242 erkannt werden und die resultierenden gemessenen Spannungswerte können als fehlerhaft gekennzeichnet werden, d. h. sie werden durch die Temperaturermittlungsschaltung 246 nicht zur Ermittlung der Temperatur des jeweiligen Feldeffekt-Transistors verwendet.
Alternativ kann der Kontroller 244, der zur Überwachung des Gesamtbetriebs der Treiberschaltung für den elektrischen Motor 234 konfiguriert sein kann, unbrauchbare Messintervalle gegenüber der Messschaltung 242 oder der Temperaturermittlungsschaltung 246 kennzeichnen.
In 5 ist ein Diagramm 500 dargestellt, in dem der verbesserte Kurzschlusserfassungsmechanismus auf Grundlage eines variablen Kurzschlussschwellenwertes gezeigt ist. Das Diagramm 500 entspricht dem in 1 dargestellten Diagramm 100, demzufolge sind auch die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht nochmals beschrieben. Der Unterschied zu dem in 1 dargestellten Diagramm 100, bei dem der feste Kurzschlussschwellenwert 110 gezeigt ist, besteht in dem variablen Kurzschlussschwellenwert, der in dem vorliegenden Fall drei verschiedene Kurzschlussschwellenwerte aufweist. Ein erster Kurzschlussschwellenwert 502 kann verwendet werden, wenn festgestellt wird, dass der Feldeffekt-Transistor kalt ist, wobei der kalte Feldeffekt-Transistor eine Temperatur in einem Bereich von beispielsweise –40°C bis 25°C aufweist. Ein zweiter Kurzschlussschwellenwert 504 kann verwendet werden, wenn festgestellt wird, dass der Feldeffekt-Transistor warm ist, wobei der warme Feldeffekt-Transistor eine Temperatur in einem Bereich von beispielsweise 25°C bis 105°C aufweist. Ein dritter Kurzschlussschwellenwert 506 kann verwendet werden, wenn festgestellt wird, dass der Feldeffekt-Transistor heiß ist, wobei der heiße Feldeffekt-Transistor eine Temperatur in einem Bereich von beispielsweise 110°C bis 180°C aufweist. Durch Anpassung des Kurzschlussschwellenwerts an die Temperatur eines entsprechenden Feldeffekt-Transistors kann, durch Aufteilung des festen Kurzschlussschwellenwertes 110 im Diagramm 100 der 1 in mehrere individuelle Kurzschlussschwellenwerte, die „Schutzlücke” 112 somit vermieden werden.
Die in 5 dargestellte beispielhafte Aufteilung des festen eindeutigen Kurzschlussschwellenwertes ist selbstverständlich nur eine von vielen verschiedenen Möglichkeiten. Die Aufteilung kann feinere Abschnitte beinhalten, die nicht die gleiche Größe oder Umfang haben müssen, so dass Temperaturbereiche bei denen der Feldeffekt-Transistor erwartungsgemäß die meiste Zeit betrieben wird in feinere Abschnitte unterteilt werden können. Die Unterteilung des festen eindeutigen Kurzschlussschwellenwertes 110 kann durch die Genauigkeit der durch die Messschaltung 242 durchgeführten Spannungsmessung beeinflusst sein, wobei genauere Messungen begründeterweise eine feinere Unterteilung ermöglichen. Des Weiteren kann anstelle von stufenartigen Intervallen eine Funktion eingesetzt werden, die einen Kurzschlussschwellenwert für jede Temperatur definiert. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine bessere Implementierung des Kurzschlusserfassungsmechanismus ermöglicht. Für den Fall einer elektrischen Motortreiberschaltung kann eine bereits bestehende Schaltungsbauweise (Messschaltungen zur Überwachung von Kurzschlüssen bei Feldeffekt-Transistoren, SPI, usw.) ohne zusätzliche wesentliche Veränderungen eingesetzt werden. Die Temperatur wird direkt am Feldeffekt-Transistor gemessen, was die Erkennung von relativ kurzen und/oder geringen Temperaturschwankungen ermöglicht. Die Temperaturmessung kann die Funktionssicherheit der Schaltungsanordnung weiter verbessern. Ein Anstieg der Temperatur eines der Feldeffekt-Transistoren innerhalb der Brückenschaltung kann auf deren reduzierte oder eingeschränkte Abkühlung (möglicherweise verursacht durch Schichtablösung) hinweisen, so dass Gegenmaßnahmen ergriffen werden können bevor eine wirkliche Schädigung des Bauteils vorliegt. Des Weiteren wird durch die Möglichkeit der Temperaturmessung jedes der Feldeffekt-Transistoren in einer Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen gegenüber einer Lösung, bei der nur ein Temperatursensor auf der Leiterplatte vorgesehen ist, die Redundanz erhöht.
Sobald die Temperatur eines jeweiligen MOSFET ermittelt ist, kann diese zur Ermittlung oder Abschätzung des Ladestroms des jeweiligen MOSFETs auf der Grundlage der Source-Drain-Spannung, die meistens mittels einer Messschaltung überwacht wird, die in den Brückenschaltungstreibern enthalten ist, in der der MOSFET als Shunt-Widerstand angesehen wird, eingesetzt werden.
Folglich kann eine Strommessung in der Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen genau nachgeprüft oder abgeglichen werden und/oder abhängig von der benötigen Genauigkeit der Strommessung kann ein weiterer Strommess-Sensor entfallen, da der Ladestrom aus dem Widerstand des MOSFETs, der auf Grundlage der 5 erhalten wird, berechnet werden kann, sobald dessen Temperatur bekannt ist und der Source-Drain-Spannung, die ohnehin gemessen wird. Insgesamt können weitere Temperatursensoren, die beispielsweise auf der Leiterplatte vorgesehen sein können, weggelassen werden.
Das Messverfahren in der Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann auf unterschiedliche Art und Weise implementiert werden. Wie bereits ausgeführt, kann der Kontroller 244 die Brückenschaltung über den Treiber 208 kontrollieren, d. h. die Feldeffekt-Transistoren anschalten und ausschalten. Die Messschaltung 242 kann dann die Source-Drain-Spannung der jeweiligen Transistoren ermitteln und den Wert in analoger oder digitaler Form an den Kontroller 244 übermitteln.
Der Kontroller 244 kann dann die Temperatur des jeweiligen Feldeffekt-Transistors auf der Basis der gemessenen Spannung und des Ladestroms des Feldeffekt-Transistors aus der Strom-Spannungs-Charakteristik der jeweiligen Body-Diode berechnen.
Einige Kontrollmöglichkeiten können jedoch auch dem Treiber 208 überlassen werden. Beispielsweise kann die Strom-Spannungs-Charakteristik der Body-Dioden in dem Treiber 208 gespeichert sein. Der Treiber 208 kann auch dazu eingerichtet sein, eine Messung des Stroms der durch den jeweiligen Feldeffekt-Transistor fließt, zu initiieren (in diesem Fall ist eine entsprechende Messschaltung zur Messung des Stroms analog zur Messschaltung 242 erforderlich). Der Treiber 208 kann dazu eingerichtet sein, autonom den entsprechenden MOSFET auszuschalten um einen freilaufenden Betrieb der Body-Diode zu initiieren.
Im Allgemeinen können die Zeitpunkte während denen die Spannungs- oder Strommessungen erfolgen auch auf der Grundlage von Schaltzeiten in einem vorhergehenden Schaltzyklus des jeweiligen Feldeffekt-Transistors ermittelt werden. Des Weiteren können auch spezielle Messpulse anstelle von PWM-(Pulsweitenmodulation)Signalen, wie sie in den 4A und 4B gezeigt sind, verwendet werden.
Es ist zu erwähnen, dass die in 2 dargestellte Schaltungsanordnung 200, die im Zusammenhang mit dem elektrischen Motor 234 beschrieben ist, nur eine von vielen verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten zeigt. Das in den 4A bis 4C dargestellte Messverfahren kann auch in vielen anderen Anwendungen eingesetzt werden, bei denen HalbBrücken verwendet werden, beispielsweise in DC-DC Wandlern.
In Übereinstimmung mit einer Implementierung der Ausführungsform kann die Schaltungsanordnung eine Brückenschaltung aufweisen, die wenigstens zwei Feldeffekt-Transistoren und eine Messschaltung zur Messung einer Durchlassspannung einer Body-Diode wenigstens eines der beiden Feldeffekt-Transistoren, die von einem vordefinierten Strom, der durch den Feldeffekt-Transistor fließt, herrührt, aufweist.
Gemäß einer weiteren Implementierung der Ausführungsform kann die Schaltungsanordnung des Weiteren eine Temperaturermittlungsschaltung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, die Temperatur des Feldeffekt-Transistors unter Verwendung der gemessenen Durchflussspannung zu ermitteln.
Gemäß einer weiteren Implementierung der Ausführungsform der Schaltungsanordnung kann die Temperaturermittlungsschaltung des Weiteren dazu eingerichtet sein, die Temperatur des Feldeffekt-Transistors unter Verwendung des vordefinierten Stroms, der durch die Body-Diode des jeweiligen Feldeffekt-Transistors fließt, zu ermitteln.
Gemäß einer weiteren Implementierung der Ausführungsform der Schaltungsanordnung kann die Temperaturermittlungsschaltung des Weiteren dazu eingerichtet sein, die Temperatur des Feldeffekt-Transistors während des Betriebs der Brückenschaltung zu ermitteln.
Gemäß einer weiteren Implementierung der Ausführungsform der Schaltungsanordnung kann eine Richtung des vordefinierten Stromflusses durch die Body-Diode des Feldeffekt-Transistors während deren Temperaturermittlung konstant bleiben.
Gemäß einer weiteren Implementierung der Ausführungsform kann die Schaltungsanordnung des Weiteren einen elektrischen Motor aufweisen, der an die Brückenschaltung gekoppelt ist.
Gemäß einer weiteren Implementierung der Ausführungsform kann die Schaltungsanordnung des Weiteren einen Kontroller zur Ansteuerung eines Kontroll-Gates von jedem der wenigstens zwei Feldeffekt-Transistoren, aufweisen.
Gemäß einer weiteren Implementierung der Ausführungsform der Schaltungsanordnung kann der Kontroller dazu eingerichtet sein von den wenigstens zwei Feldeffekt-Transistoren denjenigen Feldeffekt-Transistor auszuwählen, dessen Temperatur gemessen werden soll.
Gemäß einer weiteren Implementierung der Ausführungsform der Schaltungsanordnung kann der Kontroller des Weiteren dazu eingerichtet sein, den vordefinierten Strom, der durch den elektrischen Motor fließt, zu ermitteln.
Gemäß einer weiteren Variante einer Ausführungsform der Schaltungsanordnung kann der Kontroller dazu eingerichtet sein, einen Wert der vordefinierten Stromstärke an die Temperaturermittlungsschaltung bereitzustellen.
Gemäß einer weiteren Variante einer Ausführungsform der Schaltungsanordnung kann der Kontroller des Weiteren dazu eingerichtet sein, einen Anschaltzeitpunkt des Feldeffekt-Transistors zu verzögern.
Gemäß einer weiteren Implementierung der Ausführungsform der Schaltungsanordnung können die wenigstens zwei Feldeffekt-Transistoren als Leistungs-Feldeffekt-Transistoren eingerichtet sein.
In Übereinstimmung mit noch einer weiteren Implementierung der Ausführungsform kann die Schaltungsanordnung eine Brückenschaltung beinhalten die wenigstens zwei Feldeffekt-Transistoren und eine Messschaltung zur Messung eines Stroms, der durch die Body-Diode wenigstens eines der beiden Feldeffekt-Transistoren fließt, der von einer vordefinierten Spannung die an dem Feldeffekt-Transistor angelegt ist resultiert, aufweist.
Gemäß noch einer weiteren Variante der Ausführungsform kann die Schaltungsanordnung des Weiteren eine Temperaturermittlungsschaltung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, die Temperatur des Feldeffekt-Transistors durch Verwendung der gemessenen Stromstärke zu ermitteln. Gemäß noch einer weiteren Implementierung der Ausführungsform der Schaltungsanordnung kann die Temperaturermittlungsschaltung des Weiteren dazu eingerichtet sein, die Temperatur des Feldeffekt-Transistors durch Verwendung der vordefinierten Durchlassspannung durch die Body-Diode des Feldeffekt-Transistors zu ermitteln.
Gemäß noch einer weiteren Implementierung der Ausführungsform der Schaltungsanordnung kann die Messschaltung dazu eingerichtet sein, die Temperatur des Feldeffekt-Transistors während des Betriebs der Brückenschaltung zu ermitteln. Gemäß noch einer weiteren Implementierung der Ausführungsform der Schaltungsanordnung kann eine Polarität der vordefinierten Spannung der Body-Diode des Feldeffekt-Transistors während dessen Temperaturermittlung konstant bleiben.
Gemäß noch einer weiteren Implementierung der Ausführungsform kann die Schaltungsanordnung des Weiteren einen elektrischen Motor aufweisen, der an die Brückenschaltung gekoppelt ist. Gemäß noch einer weiteren Implementierung der Ausführungsform kann die Schaltungsanordnung des Weiteren einen Kontroller aufweisen, der dazu eingerichtet ist, ein Kontroll-Gate von jedem der wenigstens zwei Feldeffekt-Transistoren anzusteuern.
Gemäß noch einer weiteren Implementierung der Ausführungsform der Schaltungsanordnung kann der Kontroller dazu eingerichtet sein, von wenigstens zwei Feldeffekt-Transistoren denjenigen Feldeffekt-Transistor auszuwählen, dessen Temperatur gemessen werden soll.
Gemäß noch einer weiteren Implementierung der Ausführungsform der Schaltungsanordnung kann der Kontroller des Weiteren dazu eingerichtet sein, die vordefinierte Spannung des elektrischen Motors zu ermitteln.
Gemäß noch einer weiteren Implementierung der Ausführungsform der Schaltungsanordnung kann der Kontroller dazu eingerichtet sein, einen Wert der vordefinierten Spannung an die Temperaturermittlungsschaltung bereitzustellen.
Gemäß noch einer weiteren Implementierung der Ausführungsform der Schaltungsanordnung kann der Kontroller dazu eingerichtet sein, einen Anschaltzeitpunkt des Feldeffekt-Transistors zu verzögern.
Gemäß noch einer weiteren Implementierung der Ausführungsform der Schaltungsanordnung können die wenigstens zwei Feldeffekt Transistoren als Leistungs-Feldeffekt-Transistoren eingerichtet sein.
Obwohl die Erfindung nur anhand von bestimmten Ausführungsbeispielen dargestellt wurde, sollte für den Fachmann deutlich hervorgehen, dass Änderungen in der Gestalt oder im Detail vorgenommen werden können ohne von dem Sinn und Geltungsbereich der in den anhängigen Ansprüchen definierten Erfindung abzuweichen. Der Geltungsbereich der Erfindung bestimmt sich daher durch die anhängigen Ansprüche und alle Änderungen die sich innerhalb des Sinngehalts und im Rahmen der Äquivalenz der Ansprüche ergeben könnten, sind hiermit als umfasst anzusehen.

Claims

Schaltungsanordnung aufweisend, eine Brückenschaltung die wenigstens zwei Feldeffekt-Transistoren (210, 214) aufweist; eine Messschaltung (242) die dazu eingerichtet ist, eine Durchlassspannung einer Body-Diode (212) von einem der wenigstens zwei Feldeffekt-Transistoren (210, 214), die von einem vordefinierten Strom resultiert, der durch den Feldeffekt-Transistor (210, 212) fließt, zu messen.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Temperaturermittlungsschaltung (246), die dazu eingerichtet ist, unter Verwendung der gemessenen Durchlassspannung die Temperatur des Feldeffekt-Transistors (210) zu ermitteln.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 2, bei der die Temperaturermittlungsschaltung (246) des Weiteren dazu eingerichtet ist, unter Verwendung des vordefinierten Stroms, die durch die Body-Diode (212) des Feldeffekt-Transistors (210) fließt, die Temperatur des Feldeffekt-Transistors (210) zu ermitteln.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 3, bei der die Messschaltung (242) dazu eingerichtet ist, die Temperatur des Feldeffekt-Transistors (210) während des Betriebs der Brückenschaltung zu ermitteln.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 4, bei der eine Richtung des vordefinierten Stroms durch die Body-Diode (212) des Feldeffekt-Transistors (210) während der Ermittlung dessen Temperatur konstant bleibt.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 5, ferner aufweisend: einen elektrischen Motor (234), der an die Brückenschaltung gekoppelt ist.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 6, ferner aufweisend: einen Kontroller (244), der dazu eingerichtet ist, ein Kontroll-Gate von jedem der wenigstens zwei Feldeffekt-Transistoren (210, 214) anzusteuern.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 7, bei der der Kontroller (244) dazu eingerichtet ist, von wenigstens zwei Feldeffekt-Transistoren (210, 214) denjenigen Feldeffekt-Transistor (210) auszuwählen, dessen Temperatur gemessen werden soll.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 8, bei der der Kontroller (244) ferner dazu eingerichtet ist, den vordefinierten Strom, der durch den elektrischen Motor (234) fließt, zu ermitteln.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 9, bei der der Kontroller (244) dazu eingerichtet ist, einen Wert des vordefinierten Stroms der Temperaturermittlungsschaltung (246) bereitzustellen.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 10, bei der der Kontroller (244) dazu eingerichtet ist, einen Anschaltzeitpunkt des Feldeffekt-Transistors (210) zu verzögern.
Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der die wenigstens zwei Feldeffekt-Transistoren (210, 214) als Leistungs-Feldeffekt-Transistoren eingerichtet sind.
Schaltungsanordnung, aufweisend: eine Brückenschaltung die wenigstens zwei Feldeffekt-Transistoren (210, 214) aufweist; eine Messschaltung (242) die dazu eingerichtet ist, einen Strom, der durch eine Body-Diode (212) von wenigstens einem der beiden Feldeffekt-Transistoren (210, 214) fließt, der von einer am Feldeffekt-Transistor (210) angelegten vordefinierten Spannung resultiert, zu messen.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 13, ferner aufweisend: eine Temperaturermittlungsschaltung (246), die dazu eingerichtet ist, die Temperatur des Feldeffekt-Transistors (210) unter Verwendung des gemessenen Stroms zu ermitteln.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 14, bei der die Temperaturermittlungsschaltung (246) des Weiteren dazu eingerichtet ist, die Temperatur des Feldeffekt-Transistors (210) unter Verwendung der vordefinierten Durchflussspannung durch die Body-Diode (212) des Feldeffekt-Transistors (210) zu ermitteln.
Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, bei der die Messschaltung (242) dazu eingerichtet ist, die Temperatur des Feldeffekt-Transistors (210) während des Betriebs der Brückenschaltung zu ermitteln.
Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, bei der eine Polarität der vordefinierten Spannung der Body-Diode (212) des Feldeffekt-Transistors (210) während der Ermittlung deren Temperatur konstant bleibt.
Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, ferner aufweisend: einen elektrischen Motor (234), der an die Brückenschaltung gekoppelt ist.
Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 18, ferner aufweisend: einen Kontroller (244), der dazu eingerichtet ist, ein Kontroll-Gate von jedem der wenigstens zwei Feldeffekt-Transistoren (210, 214) anzusteuern.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 19, bei der der Kontroller (244) dazu eingerichtet ist, von wenigstens zwei Feldeffekt-Transistoren (210, 214) denjenigen Feldeffekt-Transistor (210) auszuwählen, dessen Temperatur gemessen werden soll.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 20, bei der der Kontroller (244) ferner dazu eingerichtet ist, die vordefinierte Spannung des elektrischen Motor (234) zu ermitteln.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 21, bei der der Kontroller (244) dazu eingerichtet ist, einen Wert der vordefinierten Spannung der Temperaturermittlungsschaltung (246) bereitzustellen.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 22, bei der der Kontroller (244) dazu eingerichtet ist, einen Anschaltzeitpunkt des Feldeffekt-Transistors (210) zu verzögern.
Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 23, bei der die wenigstens zwei Feldeffekt-Transistoren (210, 214) als Leistungs-Feldeffekt-Transistoren eingerichtet sind.