DE102014216786B3

DE102014216786B3 - Integrated diagnostic circuit and circuit arrangement with the diagnostic circuit and a switching element

Info

Publication number: DE102014216786B3
Application number: DE102014216786.8A
Authority: DE
Inventors: Laszlo Molnar; Octavian Luca
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2014-08-14
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2015-10-22
Anticipated expiration: 2034-08-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine in einer integrierten Schaltung (IC) ausgebildete Diagnoseschaltung zur Ermittlung eines Überstromes durch ein eine Last (L) mit einer Versorgungsspannungsquelle (Vsup, GND) verbindendes Schaltelement (SE) mit einem Steueranschluss und einer Laststrecke mit zwei Laststreckenanschlüssen, mit einer Vergleicherschaltung (15) zum Vergleichen der den Strom durch die Laststrecke repräsentierenden Spannung über der Laststrecke mit einer Referenzspannung, mit einer Treiberschaltung (11) zum Ansteuern des Steueranschlusses des Schaltelements (SE), die mit dem Ausgang der Vergleicherschaltung (15) verbunden ist und von dieser deaktiviert werden kann, mit einem spannungsgesteuerten Oszillator (8), der mit einem ersten Eingang (19) der integrierten Schaltung (IC) zur Verbindung mit einer Temperatursensordiode (TD; SD) verbunden ist, mit einer Referenzspannungsermittlungseinheit (7), deren Eingang mit dem Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators (8) verbunden ist und die eingerichtet ist, aus der Frequenz des Oszillatorsignals die Temperatur und daraus die angepasste Referenzspannung zu ermitteln und diese in der Frequenz ihres Ausgangssignals kodiert auszugeben, und mit einer frequenzgesteuerten Referenzspannungsquelle (10), die mit dem Ausgang der Referenzspannungsermittlungsschaltung (7) und einem Eingang der Vergleicherschaltung (15) verbunden ist.The invention relates to a diagnosis circuit formed in an integrated circuit (IC) for determining an overcurrent through a switching element (SE) connecting a load (L) to a supply voltage source (Vsup, GND) with a control terminal and a load path having two load path terminals, with a comparator circuit (15) for comparing the voltage across the load path representing the current through the load path with a reference voltage, with a driver circuit (11) for driving the control terminal of the switching element (SE) connected to and from the output of the comparator circuit (15) can be deactivated, with a voltage controlled oscillator (8), which is connected to a first input (19) of the integrated circuit (IC) for connection to a temperature sensor diode (TD, SD), with a reference voltage detection unit (7) whose input to the Output of the voltage controlled oscillator (8) is connected and which is adapted to determine from the frequency of the oscillator signal the temperature and therefrom the adapted reference voltage and to output this coded in the frequency of its output signal, and with a frequency controlled reference voltage source (10) connected to the output of the reference voltage detection circuit (7) and an input the comparator circuit (15) is connected.

Description

In Kraftfahrzeugen werden eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern manuell durch Fahrzeuginsassen oder gesteuert durch in Steuergeräten ablaufende Programme ein- und ausgeschaltet. Dies können beispielsweise Fahrleuchten oder Scheibenwischer, aber auch Kraftstoffeinspritzventile oder Zündspulen sein. Je nach Verbraucher werden Schalter verwendet, die den Verbraucher mit dem Massepotential einer Spannungsversorgungsquelle, insbesondere Kraftfahrzeugbatterie oder mit einem hohen Potential dieser Spannungsversorgungsquelle verbinden. Statt nur einem hierzu verwendeten Low-Side- bzw. High-Side-Schalter können auch beide gleichzeitig – ggf. auch in einer Vollbrücke verschaltet – verwendet werden. Außerdem sind auch Push-Pull-Endstufen möglich, um beispielsweise kapazitive Verbraucher laden und schnell wieder entladen zu können.In motor vehicles, a large number of electrical consumers are switched on and off manually by vehicle occupants or controlled by programs running in control devices. These may be, for example, driving lights or windscreen wipers, but also fuel injection valves or ignition coils. Depending on the consumer, switches are used which connect the load to the ground potential of a power supply source, in particular a motor vehicle battery or to a high potential of this power supply source. Instead of just a low-side or high-side switch used for this purpose, both can be used simultaneously - if necessary also interconnected in a full bridge. In addition, push-pull power amplifiers are also possible, for example, to load capacitive loads and quickly discharge them again.

Als Schaltelemente werden zumeist MOSFETs verwendet. Diese können entweder in einem integrierten Schaltkreis – meist zusammen mit einer Vielzahl von anderen solcher Schaltelemente – oder aber, wenn sie höhere Ströme tragen können müssen, als ein Einzelhalbleiterbaustein realisiert sein. In diesem Fall sind Treiberschaltungen erforderlich, um die Steuerströme für das Betätigen dieser Schaltelemente bereitstellen zu können. Diese Steuerschaltungen sind dann ihrerseits zumeist in integrierten Schaltkreisen realisiert.MOSFETs are mostly used as switching elements. These can be realized either in an integrated circuit - usually together with a large number of other such switching elements - or, if they must be able to carry higher currents, as a single semiconductor component. In this case, driver circuits are required to provide the control currents for operating these switching elements. These control circuits are then in turn realized mostly in integrated circuits.

Bei all diesen Anwendungen ist es erforderlich, Überströme – beispielsweise aufgrund eines Kurzschlusses der Last – zu erkennen, um eine Zerstörung des Schaltelements zu vermeiden, indem dieses rechtzeitig abgeschaltet wird.In all these applications, it is necessary to detect overcurrents - for example due to a short circuit of the load - in order to avoid destruction of the switching element by switching this off in good time.

Häufig wird zur Messung des Stromes durch das Schaltelement und die dazu in Serie geschaltete Last ein Shuntwiderstand verwendet, der in Serie zu dem Schaltelement und der Last geschaltet ist, wobei die an diesem Shuntwiderstand abfallende Spannung mit einer Referenzspannung verglichen wird und bei Überschreiten der Referenzspannung auf einen Kurzschluss geschlossen und ggf. das Schaltelement öffnend angesteuert wird. Allerdings sind solche Shuntwiderstände zumeist relativ teuer und erfordern außerdem einen Platz auf der Leiterplatte, was ebenfalls die Kosten erhöht.Frequently, a shunt resistor is used to measure the current through the switching element and the load connected in series, which is connected in series with the switching element and the load, wherein the voltage dropping across this shunt resistor is compared with a reference voltage and when the reference voltage is exceeded closed a short circuit and possibly the switching element is opened to open. However, such shunt resistors are usually relatively expensive and also require a space on the circuit board, which also increases the cost.

Stattdessen kann auch der Spannungsabfall über der Laststrecke des Schaltelements selbst, bei Verwendung eines MOS-Transistors, also der Drain-Source-Widerstand, als Strommesswiderstand verwendet werden, indem die Drain-Source-Spannung als Maß für den durch das Schaltelement fließenden Strom herangezogen wird.Instead, the voltage drop across the load path of the switching element itself, when using a MOS transistor, so the drain-source resistor, can be used as a current sense resistor by the drain-source voltage is used as a measure of the current flowing through the switching element ,

Allerdings ist dieser Widerstand in hohem Maße von der Temperatur abhängig, so dass die Messung bei hohen Temperaturen und damit hohem Widerstand aufgrund des durch einen bestimmten Strom bedingten höheren Spannungsabfalls auf einen Kurzschluss hindeutet, obwohl ein solcher nicht vorliegt.However, this resistance is highly dependent on the temperature, so that the measurement at high temperatures and thus high resistance due to the higher voltage drop due to a certain current indicates a short circuit, although such is not present.

In der DE 102 37 920 B3 ist bei der Erfassung eines Stromes mittels eines Shuntwiderstand, wobei die Spannung am Shuntwiderstand mittels eines AD-Wandlers erfasst wird, vorgeschlagen, statt eines Widerstandsmaterials mit sehr geringem Temperaturgang einen einfachen Leiter zu verwenden, und zusätzlich die Temperatur zu erfassen und die Größe der Referenzspannung des AD-Wandlers entsprechend dem Temperaturgang des Widerstandsmaterials nachzuführen. Allerdings ist dort nicht angegeben, in welcher Weise die Temperatur erfasst und zur Veränderung der Referenzspannung verwendet werden kann, insbesondere in einer einfach zu realisierenden, integrierbaren Schaltung.In the DE 102 37 920 B3 is in the detection of a current by means of a shunt resistor, wherein the voltage across the shunt resistor is detected by means of an AD converter, proposed instead of a resistor material with very low temperature response to use a simple conductor, and in addition to detect the temperature and the size of the reference voltage of the AD converter to track according to the temperature response of the resistance material. However, there is no indication of how the temperature can be detected and used to change the reference voltage, in particular in an easy-to-implement, integrable circuit.

Aus der US 4,937,697 ist eine in einer integrierten Schaltung ausgebildete Diagnoseschaltung zur Ermittlung eines Überstromes durch ein eine Last mit einer Versorgungsspannungsquelle verbindendes Schaltelement mit einem Steueranschluss und einer Laststrecke mit zwei Laststreckenanschlüssen bekannt, welche mit einer Vergleicherschaltung zum Vergleichen der den Strom durch die Laststrecke repräsentierenden Spannung über der Laststrecke mit einer angepassten Referenzspannung, mit einer Treiberschaltung zum Ansteuern des Steueranschlusses des Schaltelements, die mit dem Ausgang der Vergleicherschaltung verbunden ist und von dieser deaktiviert werden kann, mit einer Temperatursensordiode, und mit einer mit der Temperatursensordiode verbundenen Referenzspannungsermittlungseinheit und einer Referenzspannungsquelle, die eingerichtet ist, die angepasste Referenzspannung zu ermitteln und zu erzeugen, und die mit einem Eingang der Vergleicherschaltung verbunden ist, gebildet ist.From the US 4,937,697 is a formed in an integrated circuit diagnosis circuit for detecting an overcurrent by a load with a supply voltage source connecting switching element with a control terminal and a load path with two load paths connections known, which with a comparator circuit for comparing the current through the load path representing voltage across the load path with a matched reference voltage, comprising a driver circuit for driving the control terminal of the switching element, which is connected to the output of the comparator circuit and can be deactivated therefrom, with a temperature sensor diode, and with a reference voltage detection unit connected to the temperature sensor diode and a reference voltage source which is set up to determine and generate adapted reference voltage, and which is connected to an input of the comparator, is formed.

Es ist die Aufgabe der Erfindung eine einfache, in einem integrierten Schaltkreis realisierbare Diagnoseschaltung anzugeben.It is the object of the invention to provide a simple, realizable in an integrated circuit diagnostic circuit.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine in einer integrierten Schaltung ausgebildete Diagnoseschaltung zur Ermittlung eines Überstromes durch ein eine Last mit einer Versorgungsspannungsquelle verbindendes Schaltelement mit einem Steueranschluss und einer Laststrecke mit zwei Laststreckenanschlüssen, mit einer Vergleicherschaltung zum Vergleichen der den Strom durch die Laststrecke repräsentierenden Spannung über der Laststrecke mit einer Referenzspannung, mit einer Treiberschaltung zum Ansteuern des Steueranschlusses des Schaltelements, die mit dem Ausgang der Vergleicherschaltung verbunden ist und von dieser deaktiviert werden kann, mit einem spannungsgesteuerten Oszillator, der mit einem ersten Eingang der integrierten Schaltung zur Verbindung mit einer Temperatursensordiode verbunden ist, mit einer Referenzspannungsermittlungseinheit, deren Eingang mit dem Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators verbunden ist und die eingerichtet ist, aus der Frequenz des Oszillatorsignals die Temperatur und daraus die angepasste Referenzspannung zu ermitteln und diese in der Frequenz ihres Ausgangssignals kodiert auszugeben, und mit einer frequenzgesteuerten Referenzspannungsquelle, die mit dem Ausgang der Referenzspannungsermittlungsschaltung und einem Eingang der Vergleicherschaltung verbunden ist.The object is achieved by a diagnosis circuit formed in an integrated circuit for determining an overcurrent by a switching element connecting a load to a supply voltage source with a control terminal and a load path having two load paths, with a comparator circuit for comparing the voltage representing the current through the load path over the Load path with a reference voltage, with a driver circuit for driving the control terminal of Switching element, which is connected to the output of the comparator circuit and can be deactivated by a voltage controlled oscillator, which is connected to a first input of the integrated circuit for connection to a temperature sensor diode, with a reference voltage detection unit whose input to the output of the voltage controlled oscillator is connected and which is adapted to determine from the frequency of the oscillator signal, the temperature and therefrom the adapted reference voltage and output coded in the frequency of its output signal, and having a frequency-controlled reference voltage source, which is connected to the output of the reference voltage detection circuit and an input of the comparator circuit ,

In erfindungsgemäßer Weise wird durch einfache Spannungs-Frequenz- und Frequenz-Spannungs-Wandlung, was durch Verwendung eines spannungsgesteuerten Oszillators und einer frequenzgesteuerten Spannungsquelle leicht in integrierter Schaltungstechnik realisiert werden kann, eine digitale Ermittlung einer der Temperatur angepassten Referenzspannung möglich.In accordance with the invention, a simple determination of a temperature-adapted reference voltage is possible by simple voltage-frequency and frequency-voltage conversion, which can be easily achieved by using a voltage-controlled oscillator and a frequency-controlled voltage source in integrated circuit technology.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der Vergleicherschaltung und der Treiberschaltung eine Verriegelungsschaltung angeordnet, die das Ausgangssignal der Vergleicherschaltung zwischenspeichert.In an advantageous embodiment of the invention, a latch circuit is arranged between the comparator circuit and the driver circuit, which latches the output signal of the comparator circuit.

In weiterer vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der Vergleicherschaltung und der Verriegelungsschaltung eine Filterschaltung angeordnet, die das Ausgangssignal der Vergleicherschaltung nur an die Verriegelungsschaltung weiterleitet, wenn das Ausgangssignal einen vorgegebener Pegel über eine vorgegebene Zeitdauer aufweist.In a further advantageous embodiment of the invention, a filter circuit is arranged between the comparator circuit and the latch circuit, which forwards the output signal of the comparator circuit only to the latch circuit when the output signal has a predetermined level over a predetermined period of time.

Hierdurch können kurzzeitige Stromspitzen nicht zu einer Deaktivierung des Schaltelements führen.As a result, short-term current peaks can not lead to a deactivation of the switching element.

In einer Ausbildung der Erfindung weist die integrierte Schaltung eine Stromquelle auf, die mit einem ersten Ausgang der integrierten Schaltung zur Verbindung mit einer an die integrierte Schaltung anzuschließenden Temperatursensordiode verbunden ist.In an embodiment of the invention, the integrated circuit has a current source which is connected to a first output of the integrated circuit for connection to a temperature sensor diode to be connected to the integrated circuit.

Die Erfindung betrifft auch eine Schaltungsanordnung mit einer die Diagnoseschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweisenden integrierten Schaltung und einem mit dieser verbundenen Schaltelement sowie einer mit dem ersten Ausgang der integrierten Schaltung verbundenen Temperatursensordiode.The invention also relates to a circuit arrangement with an integrated circuit having the diagnostic circuit according to one of claims 1 to 4 and a switching element connected thereto and a temperature sensor diode connected to the first output of the integrated circuit.

In einer Ausbildung der Erfindung ist das Schaltelement ein MOSFET.In one embodiment of the invention, the switching element is a MOSFET.

In vorteilhafter Weise sind das Schaltelement und die Temperatursensordiode auf einem Halbleiterchip ausgebildet.Advantageously, the switching element and the temperature sensor diode are formed on a semiconductor chip.

In einer einfachen Ausbildung der Erfindung weist das Schaltelement eine Substratdiode auf, die zur Temperatursensierung dient. Hierdurch kann eine zusätzliche Temperatursensordiode eingespart werden.In a simple embodiment of the invention, the switching element has a substrate diode which serves for temperature sensing. As a result, an additional temperature sensor diode can be saved.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe von Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigen:The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment with the aid of figures. Showing:

1 zwei Diagramme, die die Abhängigkeit der Spannung an einer Diode von der Temperatur und andererseits die Abhängigkeit der Spannung an einem MOSFET von der Temperatur zeigen, und 1 two diagrams showing the dependence of the voltage on a diode on the temperature and on the other hand the dependence of the voltage on a MOSFET on the temperature, and

2 eine erfindungsgemäße integrierte Diagnoseschaltung. 2 an integrated diagnostic circuit according to the invention.

In der oberen Hälfte der 1 ist die Spannung an einer Diode als Funktion der Temperatur dargestellt. Wenn also durch Messung der Spannung an der Diode, was in der 1 mit 1 bezeichnet ist, die Spannung bekannt ist, so kann aufgrund der ebenfalls bekannten Charakteristik, die beispielsweise in einem Kennfeld abgelegt ist, die Temperatur der Diode bzw. des Chips, auf dem die Diode realisiert ist, ermittelt werden.In the upper half of the 1 is the voltage across a diode as a function of temperature. So if by measuring the voltage across the diode, what in the 1 With 1 is known, the voltage is known, it can be due to the well-known characteristic, which is stored for example in a map, the temperature of the diode or the chip on which the diode is realized, are determined.

In der unteren Hälfte der 1 ist die Abhängigkeit der Drain-Source-Spannung eines MOSFET von der Temperatur bei konstantem Drain-Strom dargestellt. So kann bei bekannter Temperatur des Chips, auf dem der MOSFET realisiert ist, was durch die Zahl 3 in der 1 dargestellt ist, die bei dieser Temperatur aufgrund des durch den MOSFET fließenden Drain-Stroms abfallende Drain-Source-Spannung ermittelt werden, was durch eine Ziffer 4 dargestellt ist. Dieser Zusammenhang zwischen der Drain-Source-Spannung und der Temperatur kann ebenfalls entweder über eine die Charakteristik repräsentierende Formel oder ein Kennlinienfeld in einer Ermittlungseinheit abgelegt werden.In the lower half of the 1 shows the dependence of the drain-source voltage of a MOSFET on the temperature at a constant drain current. Thus, at a known temperature of the chip on which the MOSFET is realized, which by the number 3 in the 1 is shown, which are determined at this temperature due to the drain current flowing through the MOSFET drain-source voltage, which is indicated by a numeral 4 is shown. This relationship between the drain-source voltage and the temperature can also be stored either via a characteristic representing the formula or a characteristic field in a determination unit.

Die Diode zur Messung der Temperatur ist vorteilhafterweise auf demselben Halbleiterchip integriert, auf dem auch der MOSFET-Transistor realisiert ist. Die Kennlinien, die die Zusammenhänge zwischen den Spannungen und der Temperatur kennzeichnen, sind üblicherweise in den Datenblättern solcher Bauteile niedergelegt.The diode for measuring the temperature is advantageously integrated on the same semiconductor chip on which the MOSFET transistor is realized. The characteristic curves which characterize the relationships between the voltages and the temperature are usually laid down in the data sheets of such components.

Wie der 1 zu entnehmen ist, ist die Abhängigkeit der Diodenspannung von der Temperatur nahezu linear, jedoch ist die Abhängigkeit der Drain-Source-Spannung des MOSFET von der Temperatur bei konstantem Drain-Strom nicht linear, sondern etwa hyperbelförmig.Again 1 it can be seen, the dependence of the diode voltage on the temperature almost linear, but the dependence of the drain-source voltage of the MOSFET from the temperature at constant drain current is not linear, but approximately hyperbolic.

Um den Zusammenhang zwischen der Drain-Source-Spannung des MOSFET und der Temperatur durch eine einfache Gleichung darstellen zu können, kann die Hyperbel durch eine geeignete Gerade angenähert werden, die dadurch ermittelt werden kann, dass vorgegeben ist, dass die mittlere Abweichung im interessierenden Temperaturbereich minimal ist.In order to be able to represent the relationship between the drain-source voltage of the MOSFET and the temperature by a simple equation, the hyperbola can be approximated by a suitable straight line, which can be determined by predetermining the mean deviation in the temperature range of interest is minimal.

Bei Kenntnis der beiden linearen Abhängigkeiten der Diodenspannung von der Temperatur einerseits und der Drain-Source-Spannung des MOSFET von der Temperatur andererseits kann eine lineare Gleichung für die Abhängigkeit der Drain-Source-Spannung von der einfach zu messenden Diodenspannung aufgestellt werden und für eine erfindungsgemäße Kompensation der Referenzspannung zur Überstromerkennung verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich, die Kurven als Kennfelder abzuspeichern und den Zusammenhang zwischen der Drain-Source-Spannung des MOSFET und der Diodenspannung aufgrund der dort abgespeicherten Werte zu ermitteln.With knowledge of the two linear dependencies of the diode voltage of the temperature on the one hand and the drain-source voltage of the MOSFET on the other hand, a linear equation for the dependence of the drain-source voltage of the easy-to-measure diode voltage can be set up and for an inventive Compensation of the reference voltage can be used for overcurrent detection. However, it is also possible to store the curves as maps and to determine the relationship between the drain-source voltage of the MOSFET and the diode voltage due to the values stored there.

Die 2 zeigt nun eine erfindungsgemäße Diagnoseschaltung in einem integrierten Schaltkreis ASC (applicance pacific integrated circuit), in den neben der erfindungsgemäßen Diagnoseschaltung auch die Gate-Treiber-Schaltung für das MOSFET realisierte Schaltelement realisiert ist.The 2 now shows a diagnostic circuit according to the invention in an integrated circuit ASC (applicance Pacific integrated circuit), in which in addition to the diagnostic circuit according to the invention, the gate driver circuit for the MOSFET realized switching element is realized.

In dem Ausführungsbeispiel der 2 wird die Last L mittels eines Low-Side-Schaltelements SE, das als n-Kanal-MOSFET mit Substratdiode SD realisiert ist, mit den Klemmen Vsup, GND einer Versorgungsspannungsquelle verbunden. Auf dem Halbleiterchip, auf dem das als n-Kanal-MOSFET ausgebildete Schaltelement SE integriert ist, ist auch die Temperatursensordiode TD ausgebildet, um möglichst exakt die Temperatur des Schaltelements SE erfassen zu können.In the embodiment of 2 the load L is connected to the terminals Vsup, GND of a supply voltage source by means of a low-side switching element SE, which is realized as an n-channel MOSFET with substrate diode SD. On the semiconductor chip on which the switching element SE formed as an n-channel MOSFET is integrated, the temperature sensor diode TD is formed in order to detect the temperature of the switching element SE as accurately as possible.

Auch der integrierte Schaltkreis IC ist mit den Klemmen Vsup, GND der Versorgungsspannungsquelle verbunden, wobei intern – nicht dargestellt – die dortigen Schaltungsbestandteile mit Spannungen versorgt werden, die durch ebenfalls nicht dargestellte dem Fachmann bekannte Spannungsregelschaltungen aus der Spannungsversorgungsquellenspannung erzeugt werden.Also, the integrated circuit IC is connected to the terminals Vsup, GND of the supply voltage source, which internally - not shown - the local circuit components are supplied with voltages that are generated by also not shown to those skilled in voltage control circuits from the voltage supply source voltage.

Ebenfalls mit der Spannungsversorgungsquellenspannung Vsup verbunden ist eine Stromquelle 9, die im integrierten Schaltkreis IC ausgebildet ist, und deren anderer Anschluss mit einem ersten Ausgangsanschluss 18 des integrierten Schaltkreises IC verbunden ist, der mit der Anode der Temperatursensordiode TD verbunden ist, die andererseits mit dem niederen Potential GND der Spannungsversorgungsquelle verbunden ist. Es fließt also ein konstanter Strom durch die Temperatursensordiode TD, wobei der sich ergebende Spannungsabfall von der Temperatur abhängig ist, wie in 1 dargestellt.Also connected to the power source voltage Vsup is a power source 9 which is formed in the integrated circuit IC, and whose other terminal is connected to a first output terminal 18 is connected to the integrated circuit IC, which is connected to the anode of the temperature sensor diode TD, on the other hand connected to the low potential GND of the power source. Thus, a constant current flows through the temperature sensor diode TD, wherein the resulting voltage drop depends on the temperature, as in 1 shown.

Zur Ermittlung der Spannung an der Temperatursensordiode TD ist der Anodenanschluss ebenfalls an einen ersten Eingangsanschluss 19 des integrierten Schaltkreises IC geführt. Der integrierte Schaltkreis IC weist zumindest einen dritten und eine vierten Eingangsanschluss 22, 22 auf, von denen einer mit dem Drain-Anschluss und der andere mit dem Source-Anschluss des MOSFET verbunden ist.To determine the voltage at the temperature sensor diode TD, the anode terminal is also connected to a first input terminal 19 the integrated circuit IC out. The integrated circuit IC has at least a third and a fourth input terminal 22 . 22 one of which is connected to the drain terminal and the other to the source terminal of the MOSFET.

Der integrierte Schaltkreis IC weist auch eine Treiberschaltung 11 auf, die mit einem zweiten Ausgang 20 des integrierten Schaltkreises IC verbunden ist, der mit dem Gateanschluss des Schaltelements SE verbunden ist. Die Treiberschaltung 11 weist einen ersten Eingang auf, der mit einem zweiten Eingang 17 des integrierten Schaltkreises IC verbunden ist, über den Steuersignale einer Steuereinheit, beispielsweise eines Mikroprozessors, an die Treiberschaltung 11 gegeben werden können.The integrated circuit IC also has a driver circuit 11 on that with a second exit 20 is connected to the integrated circuit IC, which is connected to the gate terminal of the switching element SE. The driver circuit 11 has a first input connected to a second input 17 is connected to the integrated circuit IC, via the control signals of a control unit, such as a microprocessor, to the driver circuit 11 can be given.

Der integrierte Schaltkreis IC weist einen Differenzverstärker 16 auf, dessen nicht invertierender Eingang mit dem vierten Eingang 22 des integrierten Schaltkreises IC verbunden ist, der mit dem Drain-Anschluss des Schaltelements SE verbunden ist. Der invertierende Eingang des Differenzverstärkers 16 ist mit dem dritten Eingang 21 des integrierten Schaltkreises IC verbunden, der mit dem Source-Anschluss des Schaltelements SE verbunden ist. Der Ausgangsanschluss des Differenzverstärkers 16 ist mit dem einen Eingang einer Vergleicherschaltung 15 verbunden, während der andere Eingang dieser Vergleicherschaltung 15 mit einer frequenzgesteuerten Referenzspannungsquelle 10 mit veränderbarer Referenzspannung verbunden ist.The integrated circuit IC has a differential amplifier 16 on, its non-inverting input to the fourth input 22 is connected to the integrated circuit IC, which is connected to the drain terminal of the switching element SE. The inverting input of the differential amplifier 16 is with the third entrance 21 of the integrated circuit IC connected to the source terminal of the switching element SE. The output terminal of the differential amplifier 16 is connected to the one input of a comparator circuit 15 connected while the other input of this comparator circuit 15 with a frequency controlled reference voltage source 10 connected to variable reference voltage.

Der Ausgang des Komparators 15 ist mit einer Verzögerungsschaltung 14 verbunden, deren Ausgang mit einer Verriegelungsschaltung 13 verbunden ist, die ihrerseits mit ihrem Ausgang mit einem Eingang DIS der Treiberschaltung 11 verbunden ist, um die Treiberschaltung zu deaktivieren, wenn die Drain-Source-Spannung des Schaltelements SE über eine durch das Verzögerungsglied 14 definierte Zeitdauer oberhalb der veränderbaren Referenzspannung der Referenzspannungsquelle 10 liegt.The output of the comparator 15 is with a delay circuit 14 whose output is connected to a latch circuit 13 which in turn has its output connected to an input DIS of the driver circuit 11 is connected to disable the driver circuit when the drain-source voltage of the switching element SE via a through the delay element 14 defined time duration above the variable reference voltage of the reference voltage source 10 lies.

Der Anschluss 19 des integrierten Schaltkreises IC, der mit dem Anodenanschluss der Temperatursensordiode TD verbunden ist, ist mit einem spannungsgesteuerten Oszillator 8 verbunden, dessen Ausgangssignal eine Frequenz aufweist, die die Höhe der Spannung an der Temperatursensordiode TD und damit der Temperatur des Halbleiterchips, auf dem das Schaltelement SE realisiert ist, wiederspiegelt. Prinzipiell könnte statt dem spannungsgesteuerten Oszillator 8 auch ein Analog-Digital-Wandler oder ein Pulsweitenmodulator Verwendung finden, diese sind jedoch wesentlich teurer in der Realisierung, so dass es sich bei dem spannungsgesteuerten Oszillator 8 um eine sehr einfache und damit kostengünstige Realisierung zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Prinzips handelt.The connection 19 of the integrated circuit IC, which is connected to the anode terminal of the temperature sensor diode TD, is connected to a voltage-controlled oscillator 8th whose output signal has a frequency which reflects the magnitude of the voltage at the temperature sensor diode TD and thus the temperature of the semiconductor chip on which the switching element SE is realized. In principle, instead of the voltage-controlled oscillator 8th Also find an analog-to-digital converter or a pulse width modulator use, but these are much more expensive to implement, so that it is in the voltage controlled oscillator 8th is a very simple and thus cost-effective implementation of the implementation of the principle of the invention.

Das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 8 mit temperaturabhängiger Frequenz wird einer Referenzspannungsermittlungseinheit 7 zugeführt, die entweder durch Berechnung mit Hilfe der oben angegebenen Formel oder durch Ermittlung aus Kennlinienfeldern, die ein der Drain-Source-Spannung des Schaltelements SE bei der entsprechenden Temperatur entsprechendes Signal mit einer entsprechenden Frequenz erzeugt, das der frequenzgesteuerten Referenzspannungsquelle 10 zugeführt wird.The output signal of the voltage controlled oscillator 8th with temperature-dependent frequency becomes a reference voltage determination unit 7 supplied, either by calculation using the above formula or by determination of characteristic fields, which generates a corresponding to the drain-source voltage of the switching element SE at the corresponding temperature signal with a corresponding frequency, that of the frequency-controlled reference voltage source 10 is supplied.

Der integrierte Schaltkreis IC weist des Weiteren eine die gesamte Diagnoseschaltung steuernde Steuereinheit 12 auf, die abhängig von einem durch die Referenzspannungsermittlungseinheit 7 gelieferten, der Temperatur entsprechenden Signal ein Reset der Verriegelungsschaltung 13 durchführt, wenn die Temperatur wieder unter einen vorgegebenen Schwellwert gefallen ist.The integrated circuit IC furthermore has a control unit which controls the entire diagnosis circuit 12 depending on one by the reference voltage determination unit 7 supplied, the temperature corresponding signal a reset of the latch circuit 13 performs when the temperature has fallen below a predetermined threshold again.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind das als n-Kanal-MOSFET realisierte Schaltelement SE mit Substratdiode SD und die Temperatursensordiode TD auf einem gemeinsamen Halbleiterchip realisiert. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, zur Temperaturmessung diese Substratdiode SD zu verwenden und daher ein Schaltelement ohne die Temperatursensordiode TD zu verwenden. Allerdings ist hierzu eine Ansteuerschaltung für die Substratdiode SD erforderlich, die einen schnellen Strom durch diese Diode SD senden kann, und das auch nur, wenn das Schaltelement SE abgeschaltet ist. Hierzu ist eine entsprechende Steuerschaltung erforderlich.In the illustrated embodiment, realized as n-channel MOSFET switching element SE with substrate diode SD and the temperature sensor diode TD are realized on a common semiconductor chip. In principle, however, it is also possible to use this substrate diode SD for temperature measurement and therefore to use a switching element without the temperature sensor diode TD. However, for this purpose, a drive circuit for the substrate diode SD is required, which can send a fast current through this diode SD, and that only when the switching element SE is turned off. For this purpose, a corresponding control circuit is required.

Claims

Integrated circuit (IC) diagnostic circuit for detecting an overcurrent by a load (L) with a supply voltage source (Vsup, GND) connecting switching element (SE) with a control terminal and a load path with two load paths, with a comparator circuit ( 15 ) for comparing the voltage representing the current through the load path over the load path with a reference voltage, with a driver circuit ( 11 ) for driving the control terminal of the switching element (SE) connected to the output of the comparator circuit ( 15 ) and can be deactivated by a voltage controlled oscillator ( 8th ), which has a first input ( 19 ) of the integrated circuit (IC) for connection to a temperature sensor diode (TD; SD) is connected to a reference voltage determination unit ( 7 ) whose input is connected to the output of the voltage-controlled oscillator ( 8th ) and which is adapted to determine from the frequency of the oscillator signal the temperature and therefrom the adapted reference voltage and to output these coded in the frequency of its output signal, and with a frequency-controlled reference voltage source ( 10 ) connected to the output of the reference voltage detection circuit ( 7 ) and an input of the comparator circuit ( 15 ) connected is.

Diagnostic circuit according to Claim 1, characterized in that between the comparator circuit ( 15 ) and the driver circuit ( 11 ) a latch circuit ( 13 ) is arranged, which receives the output signal of the comparator circuit ( 15 ).

Diagnostic circuit according to Claim 2, characterized in that between the comparator circuit ( 15 ) and the latch circuit ( 13 ) a filter circuit ( 14 ) is arranged, which receives the output signal of the comparator circuit ( 15 ) only to the latch circuit ( 13 ) if the output signal has a predetermined level over a predetermined period of time.

Diagnostic circuit according to one of the preceding claims, characterized by a current source ( 9 ) with a first output ( 18 ) of the integrated circuit (IC) for connection to a temperature sensor diode (TD; SD) to be connected to the integrated circuit (IC).

Circuit arrangement with an integrated circuit (IC) having the diagnostic circuit according to one of Claims 1 to 4 and a switching element (SE) connected to it and one with the first output ( 18 ) of the integrated circuit (IC) connected temperature sensor diode (TD).

Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that the switching element (SE) is a MOSFET.

Circuit arrangement according to claim 6, characterized in that the switching element (SE) and the temperature sensor diode (TD) are formed on a semiconductor chip.

Circuit arrangement according to Claim 7, characterized in that the switching element (SE) has a substrate diode (SD) which serves for temperature sensing.