DE102015104567A1

DE102015104567A1 - Gesteuertes Ausschalten eines Leistungsschalters

Info

Publication number: DE102015104567A1
Application number: DE102015104567.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Djelassi; Robert Illing; Hans-Peter Kreuter; Markus Ladurner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2015-10-01
Also published as: US9640972B2; US20150280416A1; CN104954002A; CN104954002B

Abstract

Eine Leistungsschaltung ist beschrieben, die einen Schalter, der mit einer ohmschen-induktiven-kapazitiven Last gekoppelt ist, und einen Treiber, der mit dem Schalter gekoppelt ist, umfasst. Der Treiber ist konfiguriert, eine Notsituation in der Leistungsschaltung zu detektieren. Nachdem die Notsituation in der Leistungsschaltung detektiert wurde, ist der Treiber ferner konfiguriert, einen gesteuerten Notausschaltvorgang des Schalters durchzuführen, um die maximale Temperatur des Schalters während der detektierten Notsituation und des Ausschaltvorgangs zu minimieren.

Description

Technisches Gebiet
Diese Anmeldung betrifft Verfahren zur Steuerung des Ausschalteschalters.
Hintergrund
Induktionsenergie kann sich in einer Leistungsschaltung (z.B. in schalterbasierten Leistungsversorgungen, Automobilanwendungen und dergleichen) akkumulieren, die auf Leistungsschaltern, wie z.B. vom Typ des Leistungs-MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor), auf halbleiterbasierten Schaltvorrichtungen basieren, um den Fluss von elektrischem Strom zu einer ohmschen-kapazitiven-induktiven Last zu steuern. Das Ausschalten eines Leistungsschalters kann die Akkumulation von Induktionsenergie stoppen und Induktionsenergie, die vor dem Ausschalten akkumuliert wurde, erlauben. Wenn ein Kurzschluss an der ohmschen-kapazitiven-induktiven Last auftritt, kann eine Dissipation der akkumulierten Induktionsenergie beginnen, was möglicherweise den Leistungsschalter oder den anderen Teil der Leistungsschaltung beschädigen oder sogar zerstören kann.
Leistungsschaltungsnotzustände (z.B. Überlastungssituationen, Kurzschlüsse und dergleichen) können zur größten Akkumulation und anschließenden Dissipation von Induktionsenergie in einer Leistungsschaltung führen. Um das Auftreten von Energiedissipation und resultierender thermischer Schädigung an einem Leistungsschalter zu verhindern, können manche Leistungsschaltungen eine Zenerdiodengateklemme (einfach als „Zenerklemme“ bezeichnet) an den Drain- und Gate-Anschlüssen des Leistungsschalters umfassen. Während eines Notereignisses kann eine Leistungsschaltung versuchen, die Menge an Induktionsenergie zu minimieren, die als Folge der Notsituation akkumuliert wird, indem die Schalter der Leistungsschaltung so schnell wie möglich ausgeschaltet werden. Wenn ein Leistungsschalter, der durch eine Zenerklemme geschützt ist, so schnell wie möglich während einer Notsituation ausgeschaltet wird, kommt es zu einer Erhöhung der Sperrschichttemperatur des Leistungsschalters während der Zeit, in der die Zenerklemme in den Klemmbetrieb übergeht. Der kurzfristige Temperaturanstieg kann einen Leistungsschalter beschädigen und sogar zerstören, wenn die Temperatur die Maximaltemperaturbelastung des Leistungsschalters übersteigt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, Möglichkeiten bereitzustellen, solche Folgen für den Leistungsschalter zu verhindern oder zumindest abzumildern.
Zusammenfassung
Es werden ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie Leistungsschaltungen nach Anspruch 15 oder 20 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen.
Allgemein werden Verfahren und Schaltungen zur Steuerung der Entladung des Gates eines Leistungsschalters während eines Notausschaltvorgangs beschrieben, um die maximale Sperrschichttemperatur der Leistungsschaltung während einer Notsituation zu minimieren. Eine Leistungsschaltung kann einen Leistungsschalter umfassen, um den Stromfluss zu einer ohmschen-kapazitiven-induktiven Last zu steuern. Ein Treiber des Leistungsschalters kann einen Gate-Strom ansteuern, um den Leistungsschalter zu laden, beispielsweise um den Leistungsschalter ein- und auszuschalten. Während einer Notsituation (z.B. einer kurzgeschlossenen Last, einer Überspannung usw.) kann die Leistungsschaltung den Leistungsschalter öffnen, um den Leistungsschalter und die Last zu schützen.
In manchen Leistungsschaltungen führt die Leistungsschaltung bei einer Notsituation einen schnellen Notausschaltvorgang am Schalter durch, um die Gate-Ladung des Schalters in kürzestmöglicher Zeit zu entladen. Die schnelle Notausschaltung kann zu einem Anstieg der Sperrschicht- bzw. Halbleiberübergangstemperatur (engl.: „junction temperature“) des Schalters führen und/oder die Verwendung einer Klemme erfordern, um die Dissipation der Induktionsenergie zu bewältigen, die sich in der Leistungsschaltung vor der Notsituation akkumuliert hat. Um die Notwendigkeit einer solchen Klemme aufzuheben und die maximale Sperrschichttemperatur eines Schalters zu minimieren, kann ein Treiber eines Leistungsschalters, wie er hierin beschrieben ist, konfiguriert sein, eine Notsituation in einer Leistungsschaltung zu detektieren. Nachdem die Notsituation in der Leistungsschaltung detektiert wurde, kann der Treiber konfiguriert sein, einen gesteuerten Notausschaltvorgang des Leistungsschalters durchzuführen, um die maximale Temperatur des Leistungsschalters während der Notsituation zu minimieren und den Betrieb auszuschalten.
In einem Beispiel betrifft die Anmeldung ein Verfahren, das Detektieren, mittels eines Treibers, einer Notsituation in einer Leistungsschaltung umfasst, die einen Schalter zur Steuerung von Strom zu einer ohmschen-induktiven-kapazitiven Last umfasst. Das Verfahren umfasst ferner Durchführen, mittels des Treibers, eines gesteuerten Notausschaltvorgangs des Schalters als Antwort auf eine detektierte Notsituation.
In einem weiteren Beispiel betrifft die Anmeldung eine Leistungsschaltung, die einen Schalter umfasst, der mit einer induktiven Last gekoppelt ist. Die Leistungsschaltung umfasst ferner einen Treiber zur Steuerung des Schalters, wobei der Treiber konfiguriert ist, eine gesteuerte Notausschaltung des Schalters als Antwort auf eine in der Leistungsschaltung detektierte Notsituation durchzuführen.
In einem weiteren Beispiel betrifft die Anmeldung eine Leistungsschaltung, die einen Schalter, der mit einer induktiven Last gekoppelt ist, und einen Treiber, der mit dem Schalter gekoppelt ist, umfasst. Der Treiber umfasst Mittel zum Detektieren einer Notsituation in der Leistungsschaltung und Mittel zum Durchführen eines gesteuerten Notausschaltvorgangs des Schalters als Antwort auf die detektierte Notsituation. Details eines oder mehrerer Beispiele sind in den beiliegenden Zeichnungen und der nachstehenden Beschreibung dargelegt. Andere Merkmale, Ziele und Vorteile der Anmeldung gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen hervor.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das ein beispielhaftes System zur Steuerung von Strom zu einer ohmschen-kapazitiven-induktiven Last gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Leistungsschaltung des beispielhaften Systems aus 1 zeigt.
3 ist ein Zeitablaufdiagramm, das verschiedene Zeitablaufmerkmale der Leistungsschaltung aus 2 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt.
4 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres Beispiel für eine Leistungsschaltung des beispielhaften Systems aus 1 zeigt.
5 ist ein Zeitablaufdiagramm, das verschiedene Zeitablaufmerkmale der Leistungsschaltung aus 4 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt.
6 und 7 sind Blockdiagramme, die jeweils einen beispielhaften Treiber der Leistungsschaltung aus 4 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigen.
8 ist ein Flussdiagramm, das beispielhafte Operationen eines beispielhaften Treibers gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt.
9 ist ein Zeitablaufdiagramm, das verschiedene Zeitablaufmerkmale der beispielhaften Treiber aus 6 und 7 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt.
10A und 10B sind Zeitablaufdiagramme, die verschiedene Zeitablaufmerkmale der Leistungsschaltung aus 4 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigen.
11 ist ein Zeitablaufdiagramm, das verschiedene Zeitablaufmerkmale der Leistungsschaltung aus 4 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt.
12A und 12B sind Zeitablaufdiagramme, die verschiedene Zeitablaufmerkmale der Leistungsschaltung aus 4 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigen.
13 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres Beispiel für eine Leistungsschaltung des beispielhaften Systems aus 1 zeigt.
14 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres Beispiel für eine Leistungsschaltung des beispielhaften Systems aus 1 zeigt.
Ausführliche Beschreibung
Ein Leistungs-MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor) ist ein Beispiel für einen halbleiterbasierten „Leistungsschalter“, der in einer Leistungsschaltung (z.B. schalterbasierte Leistungsversorgungen, Automobilanwendungen und dergleichen) verwendet werden kann, um den Fluss von elektrischem Strom zu einer ohmschen-kapazitiven-induktiven Last (z.B. Relais, Ventilsolenoide, induktive Stellantriebe, Leitungssätze, LED-Modul, Motor und dergleichen) zu steuern. Eine Leistungsschaltung kann einen oder mehrere Leistungsschalter „einschalten“ und „ausschalten“, um die Richtung von elektrischem Stromfluss zu steuern, der durch eine ohmsche-kapazitive-induktive Last (z.B. einen Elektromotor, eine Lichtquelle, einen elektrischen Leitungssatz im Falle einer kurzgeschlossenen Last und dergleichen) fließt.
Während eines normalen Betriebs, wenn eine Leistungsschaltung Strom einer ohmschen-kapazitiven-induktiven Last zuführt, können Stromspitzen auftreten, die zu Akkumulation von Induktionsenergie in der Leistungsschaltung führen. Notsituationen (z.B. hohe Stromspitzen, Kurzschlüsse und dergleichen) können zur höchsten Akkumulation und nachfolgenden Dissipation von Induktionsenergie führen. Während einer Notsituation kann die Menge an Induktionsenergie, die sich in der Leistungsschaltung akkumuliert hat, die Maximalmenge an Energie, welche die Leistungsschaltung sicher auf einmal während des Ausschaltens eines Leistungsschalters ableiten kann, überschreiten. Als Folge kann die Dissipation der Energie zu Überhitzung und Schädigung von Teilen der Leistungsschaltung führen. Eine Leistungsschaltung kann versuchen, die Menge an Induktionsenergie, die sich während einer Notsituation in der Schaltung aufbaut, zu minimieren und zu verhindern, dass Komponenten der Schaltung beschädigt werden, indem eine „schnelle Notausschaltung“ (hierin auch als „Schnellnotabschaltung“ bezeichnet) eines Leistungsschalters durchgeführt wird. Während einer schnellen Notausschaltung kann die Leistungsschaltung die Gate-Ladung eines Leistungsschalters schneller entladen als die Schaltung dies sonst unter Normalbetrieb machen würde, um zu versuchen, den Leistungsschalter so schnell wie möglich „auszuschalten“.
Um zu verhindern, dass während einer Notsituation Energiedissipation und resultierende thermische Schädigung am Leistungsschalter auftreten, können manche Leistungsschaltungen eine „Zenerdiodengateklemme“ (einfach als „Zenerklemme“ bezeichnet) umfassen. Eine Leistungsschaltung kann eine Zenerklemme zwischen dem Drain und dem Gate eines Leistungsschalters aufweisen, sodass die Spannung an der Zenerklemme („V_CL“) gleich der Spannung zwischen dem Drain und dem Gate des Leistungsschalters („V_DG“) ist. Wenn V_DG, V_CL die der Zenerklemme zugeordnete Durchbruchspannung überschreiten, kann die Zenerklemme den Leistungsschalter in Klemmbetrieb führen, indem der Drain- und Gate-Anschluss des Leistungsschalters kurzgeschlossen werden und Strom vom Drain des Leistungsschalters weg geleitet wird. Mit anderen Worten kann eine Zenerklemme die Knotenpunktspannung zwischen Drain und Source eines Leistungsschalters begrenzen, um den ungesteuerten Durchbruch eines Leistungsschalters aufgrund eines Überspannungszustands zu verhindern.
Wie oben erläutert kann, um akkumulierte Induktionsenergie während einer kurzen Last oder einer anderen Notsituation abzuleiten, eine Leistungsschaltung eine „schnelle Notausschaltung“ des Leistungsschalters durchführen, indem die Gate-Ladung eines Leistungsschalters so schnell wie möglich entladen wird. Unglücklicherweise kann es, wenn ein Leistungsschalter, der von einer Zenerklemme geschützt wird, so schnell wie möglich abgeschaltet wird, zu einem Anstieg der Sperrschichttemperatur des Leistungsschalters kommen, wenn die Zenerklemme von Nichtklemmbetrieb in Klemmbetrieb übergeht. Die Zeit, in der die Zenerklemme vom Nichtklemm- in den Klemmbetrieb übergeht, kann hierin als „Übergangszeitraum“ bezeichnet werden. Der kurzfristige Temperaturanstieg während des Übergangszeitraums einer Zenerklemme kann einen Leistungsschalter beschädigen und sogar zerstören, vor allem wenn der Temperaturanstieg die Maximaltemperaturbelastung des Leistungsschalters überschreitet.
Gemäß Verfahren und Schaltungen dieser Anmeldung kann, um Induktionsenergie während einer Notsituation (z.B. eines Kurzschlusses an einer ohmschen-kapazitiven-induktiven Last) abzuleiten, eine Abschalteinheit einer Leistungsschaltung eine „gesteuerte Notabschaltung“ eines Leistungsschalters durchführen, der von einer Zenerklemme geschützt sein kann oder nicht. Durch Durchführen einer „gesteuerten Notausschaltung“ anstatt einer „schnellen Notausschaltung“ kann die Abschalteinheit die Sperrschichttemperatur des Leistungsschalters während der Notsituation minimieren. In manchen Beispielen können, auch wenn der Leistungsschalter durch eine Zenerklemme geschützt ist, die Verfahren und Schaltungen die gesteuerte Notausschaltung eines Leistungsschalters bereitstellen, welche die Zenerklemme nicht in Klemmbetrieb setzt und daher einen zugehörigen Anstieg der Sperrschichttemperatur des Leistungsschalters verhindert. Außerdem können die Verfahren und Schaltungen in manchen Beispielen eine gesteuerte Notausschaltung eines Leistungsschalters bereitstellen, indem der Gate-Ladungsverlauf gesteuert wird, sodass eine Zenerklemme nicht länger erforderlich ist, um den Leistungsschalter vor thermischer Zerstörung durch Induktionsenergiedissipation zu schützen.
1 ist ein Blockdiagramm, das ein System 1 zur Steuerung von Strom zur Last 6 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt. 1 zeigt System 1 als drei separate und verschiedene Komponenten umfassend, die als Leistungsversorgung 2, Leistungsschaltung 4 und ohmsch-kapazitiv-induktiv 6 (einfach als „Last 6“ bezeichnet) dargestellt sind, System 1 kann aber auch zusätzliche oder weniger Komponenten aufweisen. Beispielsweise können die Leistungsversorgung 2, Leistungsschaltung 4 und die Last 6 drei einzelne Komponenten sein oder eine Kombination von einer oder mehreren Komponenten darstellen, welche die Funktionalität von System 1 wie hierin beschrieben bereitstellen.
System 1 umfasst eine Leistungsversorgung 2, die elektrische Leistung für System 1 bereitstellt. Es gibt zahlreiche Beispiele für eine Leistungsversorgung 2, und diese können Leistungsversorgungsnetze, Generatoren, Transformatoren, Batterien, Solarkollektoren, Windmühlen, regenerative Bremssysteme, hydroelektrische oder windbetriebene Generatoren oder eine beliebige andere Form von Vorrichtungen, die in der Lage sind, elektrische Leistung über eine Überbrückung 10 der Leistungsschaltung 4 bereitzustellen, umfassen, sind jedoch nicht auf diese beschränkt.
System 1 umfasst eine Leistungsschaltung 4, die eine Schaltung darstellt, die eine oder mehrere Schaltvorrichtungen vom Leistungsschaltertyp umfasst, die den Fluss von elektrischem Strom über die Überbrückung 12 zur Last 6 steuert. In manchen Beispielen umfasst eine Leistungsschaltung 4 mehrere Leistungsschalter, die beispielsweise in H-Brücken- oder Halbbrückenkonfigurationen angeordnet sind, um den Fluss von elektrischem Strom zur Last 6 zu steuern. In manchen Beispielen kann die Leistungsschaltung 4 als Gleichstrom-Gleichstrom-, Gleichstrom-Wechselstrom- oder Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler arbeiten. In manchen Beispielen kann die Leistungsschaltung 4 ein schalterbasierter Leistungswandler sein, der eine Form von elektrischer Leistung, die von einer Leistungsversorgung 2 bereitgestellt wird, in eine andere und nutzbare Form von elektrischer Leistung umwandelt, um die Last 6 mit Leistung zu versorgen. Beispielsweise kann eine Leistungsschaltung 4 ein Aufwärtswandler sein, der Leistung mit einem höheren Spannungspegel ausgibt als der Spannungspegel der Eingangsleistung, die der Aufwärtswandler empfängt (ein Beispiel für solch einen Aufwärtswandler kann beispielsweise als Hochsetzwandler bezeichnet werden), oder stattdessen einen Abwärtswandler umfassen, der konfiguriert ist, Leistung mit einem niedrigeren Spannungspegel auszugeben als der Spannungspegel der Eingangsspannung, die der Abwärtswandler empfängt (ein Beispiel für solch einen Abwärtswandler kann etwa als Tiefsetzwandler bezeichnet werden). In noch anderen Beispielen kann eine Leistungsschaltung 4 ein Aufwärts- und Abwärtswandler sein (z.B. ein Tiefsetz-Hochsetz-Wandler), der in der Lage ist, Leistung mit einem Spannungspegel auszugeben, der höher oder niedriger ist als der Spannungspegel der Eingangsleistung, die der Aufwärts- und Abwärtswandler empfängt.
System 1 umfasst ferner eine Last 6. Eine Last 6 ist eine beliebige Last vom ohmschen-kapazitiven-indikativen Typ, die in der Lage ist, elektrischen Strom zu empfangen, der von einer Leistungsschaltung 4 ausgegeben wird. In manchen Beispielen empfängt eine Last 6 elektrischen Strom von einer Leistungsschaltung 4, nachdem der Strom durch einen Filter (nicht dargestellt) geflossen ist. In manchen Beispielen verwendet die Last 6 den elektrischen Strom von einer Leistungsschaltung 4 um eine Funktion auszuführen. Es gibt zahlreiche Beispiele für eine Last 6, die Relais, Ventilsolenoide, induktive Stellantriebe, Leitungssätze, LED-Module, Motoren, Rechenvorrichtungen und zugehörige Komponenten, wie z.B. Mikroprozessoren, elektrische Komponenten, Schaltungen, Laptopcomputer, Desktopcomputer, Tabletcomputer, Mobiltelefone, Batterieladegeräte, Lautsprecher, Beleuchtungseinheiten, automobil-/seefahrt-/ luftfahrt-/eisenbahnbezogene Komponenten, Motoren, Transformatoren oder eine beliebige andere Art von elektrischer Vorrichtung und/oder Schaltung, die eine Spannung oder einen Strom von einem Leistungswandler empfängt, umfassen können, nicht jedoch darauf beschränkt sind.
Eine Leistungsversorgung 2 kann Spannung oder Strom über eine Überbrückung 10 einer Leistungsschaltung 4 bereitstellen. Eine Last 6 kann elektrischen Strom über eine Überbrückung 12 von einer Leistungsschaltung 4 empfangen. Die Überbrückungen 10 und 12 stellen jedes beliebige Medium dar, das in der Lage ist, elektrische(n) Spannung und Strom von einem Ort zu einem anderen zu leiten. Beispiele für Überbrückungen 10 und 12 umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, physische und/oder drahtlose elektrische Übertragungsmedien, wie z.B. elektrische Kabel, elektrische Bahnen, leitfähige Gasrohre, verdrehte Drahtpaare, Leitungssätze und dergleichen. Jede der Überbrückungen 10 und 12 stellt elektrische Kopplung zwischen Leistungsversorgung 2 und Leistungsschaltung 4 bzw. Leistungsschaltung 4 und Last 6 bereit. Außerdem stellt die Überbrückung 12 eine Rückkopplungsschleife oder -schaltung zur Übertragung von Informationen zur Leistungsschaltung 4 bereit, die mit den Merkmalen der Stromausgabe der Leistungsschaltung 4 zusammenhängen. Beispielsweise kann eine Rückkopplungssteuerungs-(z.B. Stromsensor-)Schaltung einer Leistungsschaltung 4 den Spannungs- oder Strompegel der Leistungsausgabe bei Überbrückung 12 detektieren, und der Treiber/die Steuerlogik von Wandler 4 kann die Leistungsausgabe bei Überbrückung 12 auf Grundlage des detektierten Spannungs- oder Strompegels anpassen, damit die Leistungsausgabe einen anderen Spannungs- oder Strompegel aufweist, der innerhalb eines Spannungs- oder Strompegeltoleranzfensters liegt, das von der Last 6 verlangt wird.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine Leistungsschaltung 4A als ein Beispiel für eine Leistungsschaltung 4 von System 1, das in 1 dargestellt ist, zeigt. 2 ist nachstehend im Zusammenhang mit System 1 aus 1 beschrieben.
Eine Leistungsschaltung 4A stellt eine elektrische Schaltung zur Steuerung des Flusses von Strom zu einer Last 6 dar, die über eine Überbrückung 12 gekoppelt ist. Eine Leistungsschaltung 4A ist als verschiedene elektrische Komponenten umfassend dargestellt, einschließlich: Schalter 16, Steuereinheit 18, Treiber 20 und Klemme 22. Eine Leistungsschaltung 4A kann einen Strom über die Überbrückung 12 bereitstellen, basierend auf einem Spannungs- oder Strompegel, der über die Überbrückung 10 empfangen wird. Eine Leistungsschaltung 4A kann zusätzliche oder weniger elektrische Komponenten umfassen als in 2 dargestellt. Beispielsweise können in manchen Beispielen Schalter 16, Steuereinheit 18, Treiber 20 und Klemme 22 auf einem/einer einzigen Halbleiternacktchip, elektrischen Komponente oder Schaltung vorhanden sein, während in anderen Beispielen mehr als zwei Nacktchips, Komponenten und/oder Schaltungen die Leistungsschaltung 4A mit der Funktionalität von Schalter 16, Steuereinheit 18, Treiber 20 und Klemme 22 versehen. Obwohl nur einzelne separate Komponenten dargestellt sind, kann eine Leistungsschaltung 4A einen oder mehrere Schalter vom Leistungsschaltertyp und andere Typen von Schaltvorrichtungen, einen oder mehrere Gate-Treiber, eine oder mehrere Halbbrückenschaltungen, eine oder mehrere H-Brückenschaltungen, einen oder mehrere Eingangsfilter, einen oder mehrere Ausgangsfilter, einen oder mehrere Kondensatoren, einen oder mehrere Widerstände, einen oder mehrere Transistoren, einen oder mehrere Transformatoren, eine oder mehrere Induktivitäten, ein oder mehrere Klemmelemente und/oder eine oder mehrere elektrische Komponenten oder Schaltungen, die in einer Leistungsschaltung 4A angeordnet sind, um den Stromfluss über eine Überbrückung 12 zu steuern, umfassen.
Eine Leistungsschaltung 4A ist nachstehend genauer beschrieben; im Allgemeinen kann eine Leistungsschaltung 4A jedoch Leistung von einer Versorgung 2 mit einem bestimmten Spannungspegel an einer Leitung 10 empfangen und Leistung mit einem bestimmten Strompegel an einer Überbrückung 12 an eine Last 6 ausgeben. Eine Leistungsschaltung 4A kann von einer Steuereinheit 18 abhängen, um den Betrieb von Schalter 16 zu steuern, indem sie Befehle an einen Treiber 20 ausgibt, und basierend auf den Befehlen von der Steuereinheit 18 kann der Treiber 20 entweder Gate-Ladung über eine Überbrückung 14 bereitstellen oder hemmen, um den Zustand (z.B. eingeschalteter Zustand oder ausgeschalteter Zustand) von Schalter 16 zu steuern.
In manchen Beispielen kann ein Treiber 20 einen „EIN/AUS“-Block umfassen, der die Ladung und Entladung der Gate-Ladung bei Überbrückung 14 steuert. Innerhalb des EIN/AUS-Blocks von Treiber 20 können beispielsweise zwei oder mehr Stromspiegel die Ladung der Überbrückung 14 zuführen oder auf andere Weise auf sie anwenden und Strom für normale Schaltvorgänge an die Überbrückung 14 abgeben.
2 zeigt einen Leistungsschalter 16 (z.B. einen Leistungs-MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor)), der in einer Leistungsschaltung 4A als halbleiterbasierte Schaltvorrichtung angeordnet ist. Ein Schalter 16 ist ein Beispiel für einen halbleiterbasierten Schalter, der von einer Leistungsschaltung 4A verwendet werden kann, um den Fluss von elektrischem Strom zu einer induktiven Last (z.B. Relais, Ventilsolenoide, induktive Stellantriebe, Leitungssätze, LED-Modul, Motor und dergleichen) zu steuern, die mit einer Überbrückung 12 gekoppelt ist. In manchen Beispielen kann ein Schalter 16 ein Leistungs-MOSFET, ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) oder ein beliebiger anderer halbleiterbasierter, steuerbarer Schalter sein.
2 zeigt Drain, Gate und Source eines Schalters 16 mit den jeweiligen Markierungen „D“, „G“ und „S“. Der Drain von Schalter 16 ist mit Überbrückung 10 gekoppelt, und die Source von Schalter 16 ist mit Überbrückung 12 gekoppelt. Ob ein Schalter 16 eingeschaltet oder ausgeschaltet ist, hängt von der Menge an Gate-Ladung ab, die über Überbrückung 14 zum Gate von Schalter 16 wandert. Eine hohe Gate-Ladung bei Überbrückung 14 kann beispielsweise dazu führen, dass Schalter 16 „eingeschaltet“ wird und Strom leitet, und eine niedrige Gate-Ladung bei Überbrückung 14 kann dazu führen, dass Schalter 16 „ausgeschaltet“ wird und aufhört, Strom zu leiten.
Eine Steuereinheit 18 eines Leistungswandlers 6 kann ein Treibersteuersignal oder einen Treiberbefehl an Treiber 20 bereitstellen, das/der dazu führt, dass Treiber 20 eine Gate-Ladung bei Überbrückung 14 erzeugt, um den Zustand von Schalter 16 zu steuern. Beispielsweise kann eine Steuereinheit 18 basierend auf dem Spannungspegel eines Leistungseingangs bei Überbrückung 10 oder dem Strompegel eines Leistungsausgangs bei Überbrückung 12 ein Pulsbreitenmodulations(PWM)-Signal oder anderes Signal, das einem anderen geeigneten Modulationsverfahren zugeordnet ist, erzeugen. In anderen Beispielen kann eine Steuereinheit 18 basierend auf dem Spannungspegel eines Leistungseingangs, der bei Überbrückung 10 und/oder Überbrückung 12 detektiert wird, ein Pulsdichtemodulations(PDM)-Signal oder anderes Signal, das einem anderen geeigneten Modulationsverfahren zugeordnet ist, erzeugen. In jedem Fall kann ein Treiber 20 das von einer Steuereinheit 18 ausgegebene Signal empfangen und als Antwort auf das Signal von Steuereinheit 18 ein Gatesteuersignal erzeugen, das Schalter 16 antreibt (z.B. dazu führt, dass Schalter 16 zwischen Betrieb im eingeschalteten Zustand und ausgeschalteten Zustand umschaltet oder auf andere Weise dazu führt, dass Schalter 16 einschaltet oder ausschaltet). Mit anderen Worten kann eine Steuereinheit 18 einen Treiber 20 mit einem Treibersteuersignal versorgen, um die Schaltmuster von Schaltern 16 einer Leistungsschaltung 4A zu modulieren (z.B. steuern), um den Strompegel zu steuern, den Leistungsschaltung 4A bei Überbrückung 12 ausgibt.
Eine Steuereinheit 18 kann jede beliebige Anordnung von analoger und/oder digitaler Hardware, Software, Firmware oder jeder beliebigen Kombination davon umfassen, um die hierin der Steuereinheit 18 zugeordneten Verfahren auszuführen. Beispielsweise kann eine Steuereinheit 18 eine(n) beliebige(n) oder mehrere beliebige Mikroprozessoren, Signalprozessoren, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), feldprogrammierbare Gate-Anordnungen (FPGAs) oder eine beliebige andere äquivalente integrierte, digitale, analoge oder eigenständige logische Schaltung sowie beliebige Kombinationen solcher Komponenten umfassen. Wenn eine Steuereinheit 18 Software oder Firmware umfasst, umfasst die Steuereinheit 18 ferner digitale und/oder analoge Hardware zum Speichern und Ausführen der Software oder Firmware, wie z.B. eine(n) oder mehrere Prozessoren oder Verarbeitungseinheiten. Im Allgemeinen kann eine Verarbeitungseinheit eine(n) oder mehrere Mikroprozessoren, Signalprozessoren, ASICs, FPGAs oder eine beliebige andere äquivalente integrierte, digitale, analoge oder eigenständige logische Schaltung sowie beliebige Kombinationen solcher Komponenten umfassen. Obwohl es nicht in 2 dargestellt ist, kann eine Steuereinheit 18 einen Speicher umfassen, der zum Speichern von Daten konfiguriert ist. Der Speicher kann beliebige flüchtige oder nichtflüchtige Medien, wie z.B. einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen Festwertspeicher (ROM), einen nichtflüchtigen RAM (NVRAM), einen elektrisch löschbaren programmierbaren ROM (EEPROM), einen Flashspeicher und dergleichen umfassen. In manchen Beispielen kann sich der Speicher außerhalb der Steuereinheit 18 und/oder Leistungsschaltung 4A befinden, z.B. außerhalb eines Gehäuses, in dem die Steuereinheit 18 und/oder Leistungsschaltung 4A untergebracht sind.
Während des Betriebs kann eine Steuereinheit 18 einer Leistungsschaltung 4A einen Schalter 16 „einschalten“ oder „ausschalten“, um die Richtung und/oder Menge des elektrischen Stroms zu steuern, der aus einem Leistungswandler 4A bei Überbrückung 12 austritt. Während eines normalen Betriebs können elektrisches Rauschen, elektrische Interferenzen, elektrische Kurzschlüsse und andere elektrische Anomalien (z.B. aufgrund von Merkmalen der Betriebsumgebung einer Leistungsschaltung 4A) innerhalb der Überbrückungen und Verbindungen der verschiedenen Komponenten einer Leistungsschaltung 4A auftreten, die zur Akkumulation von Induktionsenergie bei Last 6 führen. Beispielsweise kann eine Stromspitze zwischen Drain und Source eines Schalters 16 auftreten, die dazu führt, dass Induktionsenergie bei Last 6 akkumuliert wird. Eine Steuereinheit 18 kann die Stromspitze und/oder die Akkumulation von Induktionsenergie bei Last 6 detektieren. Eine Steuereinheit 18 kann einen Treiber 20 dazu bringen, einen Schalter 16 auszuschalten, um die weitere Akkumulation von Induktionsenergie bei Last 6 zu stoppen und der akkumulierten Induktionsenergie Zeit zu geben, als Wärme von Last 6 abzugehen.
Manchmal kann während eines normalen Betriebs ein Kurzschluss an der Last 6 auftreten oder Induktionsenergie kann sich in einer Leistungsschaltung 4A akkumulieren. Wenn sich vor dem Kurzschluss Energie bei Last 6 akkumuliert hat oder wenn die Menge an akkumulierter Induktionsenergie in einer Leistungsschaltung 4A mehr als die Menge an Induktionsenergie ist, welche die Last 6 sicher ableiten kann, wird die akkumulierte Induktionsenergie an einem anderen Teil der Leistungsschaltung 4A abgegeben. Um die Dissipation von Induktionsenergie vom Schalter 16 zu verhindern, umfasst die Leistungsschaltung 4A eine Klemme 22.
Eine Klemme 22 ist als zenerdiodebasiertes Klemmelement dargestellt, das über dem Drain und Gate von Schalter 16 angeordnet ist. Klemme 22 kann in manchen Beispielen eine „Zweiweg“-Klemme sein, die zwei oder mehr Zenerdioden umfasst, die in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet sind, und in manchen Beispielen kann nur eine einzige Zenerdiode verwendet werden. Klemme 22 umfasst eine Diode, die Rücken an Rücken (d.h. in entgegengesetzte Richtungen) und in Reihe mit einer Zenerdiode angeordnet ist, um Strom vom Gate zum Drain von Schalter 16 zu blockieren und/oder um Strom vom Drain zum Gate von Schalter 16 zu blockieren. In manchen Beispielen können andere Variationen der Klemme 22 verwendet werden. Beispielsweise kann eine Klemme 22 eine oder mehrere Zenerdioden, eine oder mehrere Dioden, Übergangsspannungsunterdrückungsdioden, Lawinendioden oder andere elektrische Schaltungen und/oder Komponenten umfassen, die als Klemme verwendet werden können, um eine Spannung und/oder einen Strom am Drain- und Gate-Anschluss von Schalter 16 zu unterdrücken. Klemme 22 kann Eigenschaften oder Merkmale aufweisen, die von einem Schwellenwert oder einem anderen Aktivierungskriterium von Klemme 22 abhängen, die bei Erfüllung zur Bildung einer Strombahn durch Klemme 22 führen. Wenn beispielsweise der Spannungspegel an Klemme 22 eine der Klemme 22 zugeordnete Durchbruchspannung überschreitet, kann sich eine Strombahn durch Klemme 22 bilden, die ansonsten nicht vorhanden wäre, wenn die Spannung an Klemme 22 unter der Durchbruchspannung von Klemme 22 bleibt.
Klemme 22 ist in einer Leistungsschaltung 4A angeordnet, um Schalter 16 im Allgemeinen vor potenzieller thermischer Schädigung durch Wärmedissipation zu schützen, die auf Dissipation von akkumulierter Induktionsenergie zurückzuführen ist. 2 zeigt beispielsweise eine Klemme 22, die zwischen Drain und Gate von Schalter 16 angeordnet ist, sodass die Spannung an Klemme 22 („V_CL“) gleich der Spannung zwischen Drain und Gate von Schalter 16 („V_DG“) ist. Wenn V_DGund V_CL die Klemme 22 zugeordnete Durchbruchspannung überschreiten, kann die Klemme 22 den Schalter 16 in Klemmbetrieb setzen, indem Drain und Gate von Schalter 16 kurzgeschlossen werden und Strom vom Drain des Schalters 16 weggeleitet wird. Als Ergebnis leitet, wenn die Klemme 22 in Klemmbetrieb übergeht, die Klemme 22 Ladung vom Schalter 16 weg, sodass Wärmedissipation an der Klemme 22 und nicht am Schalter 16 stattfinden kann.
Es ist zwar in 2 nicht dargestellt, aber in manchen Beispielen kann eine Leistungsschaltung 4A eine externe Freilaufdiode umfassen, um die Dissipation von Induktionsenergie zu bewältigen (z.B. wenn ein Kurzschluss bei Last 6 auftritt). Die externe Freilaufdiode kann so konfiguriert sein, dass eine Freilaufstrombahn außerhalb des normalen Stromflusses erzeugt wird, wenn ein Kurzschluss innerhalb der Schaltung auftritt. Anstatt Energie am Schalter 16, an einem Leitungssatz (z.B. Überbrückung 12) oder einem anderen Teil der Leistungsschaltung zu akkumulieren und Energie von dort abzugeben, kann sich Induktionsenergie an der Freilaufstrombahn, die durch die Freilaufdiode erzeugt wird, akkumulieren und von dort abgehen.
Eine externe Freilaufdiode kann aus zumindest drei Gründen nachteilig für eine Leistungsschaltung, wie z.B. die Leistungsschaltung 4A, sein: Erstens ist eine externe Freilaufdiode eine zusätzliche Komponente und kann die Kosten und Komplexität einer Leistungsschaltung erhöhen. Zweitens kann eine externe Freilaufdiode die Schaltgeschwindigkeit von Leistungsschaltern verringern oder verlangsamen (z.B. Übergangszeitdauer zwischen einem eingeschalteten Zustand des Leistungsschalters und einem ausgeschalteten Zustand des Leistungsschalters), verursacht durch eine niedrige, vorwärts vorgespannte Diodenspannung während eines induktiven Ausschaltens. Drittens kann eine externe Freilaufdiode im Falle einer unbeabsichtigten Versorgungspolaritätsumkehr einen Kurzschluss in der Versorgung der Leistungsschaltung und/oder der induktiven Last verursachen. Um Umkehrpolarität zu verhindern, können zusätzliche Umkehrpolaritätsschutzvorrichtungen bei der Versorgung der Leistungsschaltung erforderlich sein, welche die Komplexität und Kosten des Aufbaus und der Herstellung der Leistungsschaltung erhöhen können.
In manchen Beispielen kann eine Leistungsschaltung 4a, anstatt auf die Klemme 22 angewiesen zu sein, sich auf die inhärente „Körperdiode“ von Schalter 16 verlassen, um akkumulierte Induktionsenergie abzuleiten. Beispielsweise kann Schalter 16 eine inhärente „Körperdiode“ aufweisen, die unter bestimmten Bedingungen Strom nach dem so genannten „Lawineneffekt“ leitet. Wenn die Spannung am Drain und an der Source von Schalter 16 (einfach als „V_DS“ bezeichnet) die Durchbruchspannung von Schalter 16 (einfach als „V_BDS“ bezeichnet, auch als Spannungsschwelle bekannt) überschreitet, kann die inhärente Körperdiode des Leistungsschalters „ausfallen“ und elektrischen Strom durch die Körperdiode leiten (z.B. vom Drain von Schalter 16 zur Source von Schalter 16). In manchen Fällen kann ein Lawinenausfall der inhärenten Körperdiode von Schalter 16 kleine Mengen von Induktionsenergie abgeben. Wenn jedoch die Menge an akkumulierter Induktionsenergie die maximale Menge an Energie überschreitet, die Schalter 16 sicher ableiten kann, würde es zu einer Beschädigung oder sogar Zerstörung von Schalter 16 kommen.
3 ist ein Zeitablaufdiagramm, das verschiedene Zeitablaufmerkmale einer Leistungsschaltung 4A aus 2 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt. Die Kurven 30A–30D in 3 zeigen Spannungs-, Strom- und Temperaturpegel von Teilen von Schalter 16 wie in 2 dargestellt während einer Notsituation (z.B. eines Kurzschlusses von Last 6) zwischen den Zeitpunkten t0 und t8. Die Kurve 30A zeigt den aktuellen Pegel („I_D“) beim Drain von Schalter 16 während der Notsituation, und die Kurve 30B zeigt den Spannungspegel („V_DS“) zwischen Drain und Source von Schalter 16 während der Notsituation. Die Kurve 30C zeigt den aktuellen Pegel („I_G“) beim Gate von Schalter 16 während der Notsituation, und die Kurve 30D zeigt die Sperrschichttemperatur („T_j“) von Schalter 16 während der Notsituation.
Im Allgemeinen können Notsituationen (z.B. besonders hohe Stromspitzen, Kurzschlüsse, Kurzschlüsse an Last 6 und dergleichen) zu verschiedenen Zeitpunkten während eines normalen Betriebs einer Leistungsschaltung 4A auftreten. Diese Notsituationen können zu großen Akkumulationen von Induktionsenergie in einer Leistungsschaltung 4A führen, die bei Dissipation zu einer katastrophalen thermischen Schädigung der Komponenten von Leistungsschaltung 4A führen kann. Während einer Notsituation kann beispielsweise die Menge an Induktionsenergie, die sich in einer Leistungsschaltung 4A akkumuliert, die maximale Energiemenge, welche die Leistungsschaltung 4A sicher auf einmal abgeben kann, überschreiten. Als Folge kann die Dissipation der Energie zu Überhitzung und Schädigung von Teilen der Leistungsschaltung 4A führen.
Steuereinheit 18 kann vom I_D von Schalter 16 und/oder von der V_DS von Schalter 16 abhängen, um zu bestimmen, ob eine Notsituation stattfindet oder kurz bevorsteht. In manchen Beispielen kann, wenn eine Steuerung 18 bestimmt, dass eine Notsituation in einer Leistungsschaltung 4A stattfindet, die Steuereinheit 18 der Leistungsschaltung 4A eine „schnelle Notausschaltung“ (hierin auch als „Schnellnotabschaltung“ bezeichnet) von Schalter 16 durchführen. Eine Steuereinheit 18 kann Signale erzeugen, die einen Treiber 20 einer Leistungsschaltung 4A anweisen, die schnelle Notausschaltung von Schalter 16 durchzuführen, indem die Gate-Ladung von Schalter 16 („I_G“) so schnell wie möglich oder in so kurzer Zeit wie möglich entladen wird. Beispielsweise kann die Steuereinheit 18 einen Befehl an den Treiber 20 ausgeben, der den Treiber 20 dazu bringt, den Strom bei Überbrückung 14 sofort so schnell wie möglich abzusenken und weg vom Gate von Schalter 16 zu entladen.
Durch Durchführen einer schnellen Notausschaltung von Schalter 16 als Antwort auf eine Detektion einer Notsituation bei Leistungsschaltung 4A kann eine Steuereinheit 18 die Menge an Induktionsenergie minimieren, die sich in Leistungsschaltung 4A während der Notsituation aufbaut, und ferner verhindern, dass Komponenten von Leistungsschaltung 4A beschädigt werden. Anders gesagt kann Steuereinheit 18 durch Durchführung einer schnellen Notausschaltung weitere Akkumulation von Induktionsenergie während der Notsituation stoppen und Induktionsenergie, die sich vor der Notsituation in der Leistungsschaltung 4A akkumuliert hat, Zeit zur Dissipation (z.B. als Wärme) von Klemme 22 geben.
3 zeigt beispielsweise, dass eine Notsituation bei Zeitpunkt t0 beginnen kann und bis zu einem Zeitpunkt t8 dauern kann. Zwischen Zeitpunkten t1 und t2 kann eine Steuerung 18 einen Anstieg im I_D von Schalter 16 (durch die Kurve 30A gezeigt) und/oder einen Abfall der V_DS von Schalter 16 (durch die Kurve 30B gezeigt) detektieren, und basierend auf dem Anstieg des I_D und/oder Abfall der V_DS kann die Steuerung 18 bestimmen, dass eine Notsituation bei Leistungsschaltung 4A stattfindet.
Die Kurven 30A und 30D zeigen, dass zwischen Zeitpunkten t2 und t5, wenn der I_D von Schalter 16 steigt, auch die T_j von Schalter 16 steigen kann. Zu einem Zeitpunkt nach t0 und als Antwort darauf, dass Steuereinheit 18 bestimmt, dass eine Notsituation bei Leistungsschaltung 4A stattfindet, kann die Steuereinheit 18 Treiber 20 anweisen, eine schnelle Notausschaltung von Schalter 16 durchzuführen. Steuereinheit 18 kann Treiber 20 befehlen, schnell jeglichen Strom von Überbrückung 14 zu entladen, um zu versuchen, den I_G von Schalter 16 auf null zu bringen, um den Schalter 16 so schnell wie möglich „auszuschalten“. Die Kurve 30C zeigt beispielsweise zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 einen starken Abfall des I_G von Schalter 16 als Folge davon, dass Treiber 20 jeglichen Strom aus Überbrückung 14 entlädt.
Eine schnelle Notausschaltung von Schalter 16 kann weitere Akkumulation von Induktionsenergie in einer Leistungsschaltung 4A schnell stoppen und kann die Strommenge I_Dvon Schalter 16 schnell verringern. Die Kurven 30A und 30C zeigen beispielsweise zwischen den Zeitpunkten t5 und t7 einen starken oder stark negativen Abfall des I_D von Schalter 16 nach der Entladung des I_G von Schalter 16. Da der I_D von Schalter 16 auch der Menge an Strom durch die Last 6 („I_L“) entspricht, entspricht ein starker, negativer Abfall des I_D von Schalter 16 einem äquivalenten starken, negativen Abfall des I_L von Last 6. Starke, negative Abfälle des I_D (z.B. hohes dI_D/dt) von Schalter 16 und der I_L von Last 6 führen zu einem starken, negativen Abfall der Spannung (z.B. hohes dV_L/dt) an Last 6 („V_L“). Ein starker, negativer Abfall der V_L von Last 6 und/oder des I_L von Last 6 kann zum Aktivieren einer Klemme 22 und zum Überführen von Schalter 16 in den Klemmbetrieb führen. Durch Überführen von Schalter 16 in den Klemmbetrieb kann die Klemme 22 schnell die V_DSvon Schalter 16 reduzieren. Die Kurve 30B zeigt beispielsweise zwischen Zeitpunkten t5 und t7 einen schnellen Abfall der V_DS von Schalter 16 als Folge davon, dass die Klemme 22 den Schalter 16 in den Klemmbetrieb überführt.
Außerdem kann als Folge davon, dass eine Klemme 22 einen Schalter 16 in Klemmbetrieb überführt, ein Anstieg der Sperrschichttemperatur („T_j“) des Schalters 16 während der schnellen Notausschaltung von Schalter 16 und zum Zeitpunkt, an dem die Klemme 22 in Klemmbetrieb umschaltet, auftreten. Die Kurve 30D zeigt beispielsweise einen starken Anstieg der T_jvon Schalter 16 zwischen Zeitpunkten t6 und t7, wenn die Reduktion der V_DS von Schalter 16, die in der Kurve 30B dargestellt ist, am stärksten ist. Der kurzfristige Anstieg der Sperrschichttemperatur T_j von Schalter 16 kann Schalter 16 beschädigen und sogar zerstören, wenn die Maximaltemperatur des Temperaturanstiegs die Maximaltemperaturbelastung von Schalter 16 überschreitet. Ein signifikanter Anteil des Temperaturanstiegs kann zur Steuerung der Abschaltung von Schalter 16 als Messartefakt betrachtet werden.
Obwohl eine schnelle Notausschaltung (z.B. eine Abschaltung mit ähnlichen Zeitablaufmerkmalen wie die in den Kurven 30A–30D dargestellten) zu einer schnelleren Dissipation von Induktionsenergie von einer Leistungsschaltung 4A während einer Notsituation führen kann, kann daher der Anstieg der Sperrschichttemperatur, der in der Kurve 30D dargestellt ist und der direkt durch die schnelle Notausschaltung verursacht wird, zu unnötiger thermischer Belastung des Schalters 16 führen. Als Folge der möglicherweise großen Temperaturanstiege, die ein Schalter 16 während einer schnellen Notausschaltung erfahren kann, kann eine Leistungsschaltung 4A erfordern, dass Schalter 16 eine Schaltvorrichtung vom teureren Leistungsschaltertyp ist, der einer höheren maximalen Sperrschichttemperatur, die während einer Notsituation auftreten kann, standhalten kann.
4 ist ein Blockdiagramm, das eine Leistungsschaltung 4B als ein zusätzliches Beispiel für eine Leistungsschaltung 4 von System 1 aus 1 zeigt. 4 ist nachstehend im Zusammenhang mit System 1 aus 1 beschrieben.
Leistungsschaltung 4B aus 4 umfasst einen Schalter 16, der zwischen Überbrückung 10 und 12 angeordnet ist, um den Stromfluss zur Last 6 zu steuern. Steuereinheit 18 kann Treiberbefehle erzeugen, die einen Treiber 20 veranlassen, einen Schalter 16 einzuschalten und/oder auszuschalten. Der Treiber 20 ist mit einer Abschalteinheit 24 und einer Ein/Aus-Einheit 26 zur Steuerung von Schalter 16 dargestellt, gemäß den Aspekten dieser Anmeldung. Klemme 22 von Leistungsschaltung 4B ist als optionale Komponente von Leistungsschaltung 4B dargestellt, um zu verhindern, dass Schalter 16 Induktionsenergie während einer Notsituation abgibt. Wie nachstehend beschrieben kann es sein, dass eine Leistungsschaltung, z.B. eine Leistungsschaltung 4B, gemäß den Aspekten dieser Anmeldung keine Komponente wie Klemme 22 benötigt.
Wie in 4 dargestellt ist ein Treiber 20 sowohl mit dem Drain, der Source als auch dem Gate eines Schalters 16 gekoppelt und kann Treibersteuerbefehle oder Signale von einer Steuereinheit 18 empfangen. Eine EIN/AUS-Einheit 26 von Treiber 20 stellt Gate-Ladung („I_G“) für Schalter 16 über eine Überbrückung 14 bereit, um das Einschalten und Ausschalten von Schalter 16 während eines normalen Betriebs zu steuern. Anstatt dass eine Steuereinheit 18 und ein Treiber 20 versuchen, eine schnelle Notausschaltung von Schalter 16 während einer Notsituation auszuführen (und möglicherweise eine Beschädigung von Schalter 16 riskieren und/oder dazu führen, dass Schalter 16 in den Klemmbetrieb übergeht), kann eine Abschalteinheit 24 von Treiber 20 automatisch einen gesteuerten Notausschaltvorgang von Schalter 16 initiieren, um die Gate-Ladung von Schalter 16 zu entladen. Ein gesteuerter Notausschaltvorgang von Schalter 16 während einer Notsituation kann von einer Abschalteinheit 24 so durchgeführt werden, dass die maximale Sperrschichttemperatur von Schalter 16 so minimiert wird, dass sie keine Pegel erreicht, die denen ähnlich sind, die die Sperrschichttemperatur während mancher schnellen Notausschaltvorgänge erreicht.
Anders gesagt kann, anstatt eine schnelle Notausschaltung während einer Notsituation durchzuführen, um den Strom am Gate von Schalter 16 so schnell wie möglich (z.B. in der kürzestmöglichen Zeit) zu senken und/oder zu entladen, eine Abschalteinheit 24 von Treiber 20 eine gesteuerte Notausschaltung von Schalter 16 durchführen, indem der Strom am Gate von Schalter 16 in zwei Stufen oder Phasen entladen wird. Durch Entladen des Stroms am Gate von Schalter 16 in zwei Stufen oder Phasen kann eine Abschalteinheit 24 verhindern, dass Schalter 16 in den Klemmbetrieb übergeht (falls und wenn Leistungsschaltung 4B eine Klemme, wie z.B. die Klemme 22, umfasst), und/oder verhindern, dass die Sperrschichttemperatur von Schalter 16 während eines Notausschaltvorgangs so weit steigt wie die Sperrschichttemperatur ansonsten während eines schnellen Notausschaltvorgangs steigen würde.
Die Verfahren und Schaltungen von Abschalteinheit 24 und eine gesteuerte Notabschaltung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die weiteren Figuren genauer beschrieben. Wenn ein Schalter 16 durch eine Klemme 22 geschützt ist, kann eine Abschalteinheit 24 eines Treibers 20 verhindern, dass die Klemme 22 in den Klemmbetrieb gesetzt wird, und so kann ein damit einhergehender Anstieg der Sperrschichttemperatur von Schalter 16 verhindert werden. Da die Abschalteinheit 24 gesteuerte Notausschaltvorgänge ausführen kann, braucht die Leistungsschaltung 4B außerdem keine Klemme 22, um den Schalter 16 vor thermischer Zerstörung aufgrund von Induktionsenergiedissipation während sowohl Notsituationen als auch Nichtnotsituationen zu schützen.
Eine Abschalteinheit 24 kann die Entladung des Gates von Schalter 16 steuern, um die maximale Sperrschichttemperatur T_j von Schalter 16 während einer gesteuerten Notausschaltung gemäß den Steuergleichungen 1 und 2 zu minimieren, die in der folgenden Tabelle 1 dargestellt sind. Tabelle 1
Gemäß den obigen Steuergleichungen kann eine Abschalteinheit 24 die Entladung der Gate-Ladung von Schalter 16 während einer gesteuerten Notausschaltung in zwei Phasen teilen. Während der ersten Phase der gesteuerten Notausschaltung kann die Abschalteinheit 24 dazu führen, dass die Gate-Ladung von Schalter 16 so schnell wie möglich und lange genug entladen wird, sodass die Demagnetisierungsenergie in Verbindung mit Schalter 16 die Möglichkeit hat, abzugehen. In der zweiten Phase der gesteuerten Notausschaltung kann jedoch, anstatt die Entladung des Gates von Schalter 16 so schnell wie möglich fortzusetzen, um die gesteuerte Notausschaltung von Schalter 16 zu beenden, die Abschalteinheit 24 dazu führen, dass die restliche Gate-Ladung von Schalter 16 langsamer entladen wird. Die langsamere Geschwindigkeit kann dazu führen, dass der Drain-Strom I_D von Schalter 16 während einer gesteuerten Notausschaltung im Vergleich zu einer schnellen Notausschaltung, die von einer anderen Leistungsschaltung durchgeführt wird, verringert wird. Ein verringerter I_D von Schalter 16 kann zu einer niedrigeren V_DS von Schalter 16 und ferner zu niedrigeren maximalen Leistungsdissipationen bei Schalter 16 führen. Folglich können die Abschalteinheit 24 und die gesteuerte Notausschaltung von Schalter 16 dazu führen, dass die maximale Sperrschichttemperatur von Schalter 16 verringert wird.
5 ist ein Zeitablaufdiagramm, das verschiedene Zeitablaufmerkmale einer Leistungsschaltung 4B aus 4 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt. Die Kurven 40A–40D in 5 zeigen Spannungs-, Strom- und Temperaturpegel von Teilen von Schalter 16 wie in 4 dargestellt während einer Notsituation (z.B. eines Kurzschlusses von Last 6) zwischen Zeitpunkten t0 und t8. Die Kurve 40A zeigt den Strompegel („I_D“) am Drain von Schalter 16 während der Notsituation, und die Kurve 40B zeigt den Spannungspegel („V_DS“) zwischen Drain und Source von Schalter 16 während der Notsituation. Die Kurve 40C zeigt den Strompegel („I_G“) am Gate von Schalter 16 während der Notsituation, und die Kurve 40D zeigt die Sperrschichttemperatur („T_j“) von Schalter 16 während der Notsituation.
Notsituationen können zu verschiedenen Zeitpunkten während eines normalen Betriebs von Leistungsschaltung 4B auftreten, wenn eine Steuereinheit 18 einen Treibersignalbefehl einem Treiber 20 bereitstellt, um einen Schalter 16 zu steuern. Diese Notsituationen können zu großen Akkumulationen von Induktionsenergie in einer Leistungsschaltung 4B führen, die bei Dissipation zu katastrophalen thermischen Schäden der Komponenten der Leistungsschaltung 4B führen können.
Eine Abschalteinheit 24 von Treiber 20 kann vom I_D von Schalter 16 und/oder von der V_DS von Schalter 16 abhängen, um unabhängig von jeglichem Treibersteuersignal, das der Treiber 20 von Steuereinheit 18 empfängt, zu bestimmen, ob eine Notabschaltung von Schalter 16 durchgeführt werden soll oder nicht. Basierend auf dem I_D von Schalter 16 und/oder auf der V_DS von Schalter 16 kann die Abschalteinheit 24 bestimmen, dass eine Notsituation bei Schalter 16 stattfindet oder kurz bevorsteht. Abschalteinheit 24 kann eine gesteuerte Notausschaltung durchführen, indem sie den I_G von Schalter 16 dazu bringt, auf eine Weise zu entladen, dass die T_J von Schalter 16 während des Ausschaltvorgangs minimiert wird.
5 zeigt beispielsweise, dass eine Notsituation bei Zeitpunkt t0 beginnen kann und bis Zeitpunkt t8 dauern kann. An einem Punkt nach t0 kann eine Abschalteinheit 24 bestimmen, dass eine Notsituation bei Leistungsschaltung 4B stattfindet (z.B. basierend auf dem I_D und/oder der V_DS von Schalter 16, die in den Kurven 40A und 40B dargestellt sind). Anstatt eine schnelle Notausschaltung von Schalter 16 auszuführen, um den Strom von Überbrückung 14 so schnell wie möglich zu entladen, kann die Abschalteinheit 24 eine gesteuerte Notausschaltung von Schalter 16 als Antwort auf die Notsituation initiieren, indem sie den I_G von Schalter 16 dazu bringt, auf eine Weise zu entladen, dass die T_J von Schalter 16 minimiert wird.
Abschalteinheit 24 kann die Entladung des I_G von Schalter 16 während einer gesteuerten Notausschaltung in zwei Stufen oder Phasen ablaufen lassen. Zwischen Zeitpunkten t5 und t6 zeigt die Kurve 40C, dass in Phase 1 („θ₁“) der gesteuerten Notausschaltung die Abschalteinheit 24 eine „schnelle“ Entladung des I_G von Schalter 16 durchführt und in Phase 2 („θ₂“) der gesteuerten Notausschaltung die Abschalteinheit 24 eine „langsame“ Entladung des I_G von Schalter 16 durchführt (z.B. kann ein Ausmaß einer langsamen Entladungsgeschwindigkeit von Phase 2 größer als null aber kleiner als ein Ausmaß einer schnellen Entladungsgeschwindigkeit von Phase 1 sein).
In manchen Beispielen führt Abschalteinheit 24 nach einer vordefinierten Zeitschwelle zu einem Übergang von Phase 1 der gesteuerten Notausschaltung (z.B. der schnellen Entladung des I_G von Schalter 16) zu Phase 2 der gesteuerten Notausschaltung (z.B. der langsamen Entladung des I_G von Schalter 16). In anderen Beispielen kann die Abschalteinheit 24 zum Übergang von Phase 1 zu Phase 2 der gesteuerten Notausschaltung gemäß einer vordefinierten Stromauslösepegelhysterese des I_G von Schalter 16 führen. Mit anderen Worten kann, nachdem Abschalteinheit 24 bestimmt, dass ein Teil (z.B. 80 %) des I_D von Schalter 16 aufgetreten ist, die Abschalteinheit 24 dazu führen, dass die Entladung des I_G von Schalter 16 von schneller Entladung zu langsamer Entladung übergeht. In weiteren Beispielen kann eine Abschalteinheit 24 die V_DS von Schalter 16 mit einer maximalen Spannungsschwelle vergleichen und dazu führen, dass die Entladung des I_G von Schalter 16 während einer gesteuerten Notausschaltung von Phase 1 zu Phase 2 übergeht, wenn die V_DS die maximale Spannungsschwelle überschreitet.
In jedem Fall kann, wie bei einer schnellen Notausschaltung von Schalter 16, eine gesteuerte Notausschaltung von Schalter 16 schnell eine Akkumulation von weiterer Induktionsenergie in einer Leistungsschaltung 4B stoppen. Als Beweis dafür, dass die gesteuerte Notausschaltung von Schalter 16 eine Akkumulation von weiterer Induktionsenergie in einer Leistungsschaltung 4B schnell stoppen kann, zeigt die Kurve 40A in 5 eine starke Reduktion des I_Dvon Schalter 16 nach einem Zeitpunkt t5. Die Kurve 40B zeigt jedoch, dass, wenn der I_Dvon Schalter 16 beginnt, nach dem Zeitpunkt t5 abzufallen, die V_DS von Schalter 16 allmählich abnimmt, sodass eine starker negative Verringerung der V_L von Last 6 und/oder eine starke, negative Verringerung des I_L von Last 6 verhindert werden. Im Gegensatz zu einer schnellen Änderungsgeschwindigkeit des I_D und der V_DS von Schalter 16, die während einer schnellen Notausschaltung auftritt, verhindert die mäßige Änderungsgeschwindigkeit des I_D und der V_DS von Schalter 16, die während einer gesteuerten Notausschaltung auftritt, dass der Schalter 16 in den Klemmbetrieb gesetzt wird.
Die Kurve 40D zeigt, dass während der gesteuerten Notausschaltung nach einem Zeitpunkt t6, da verhindert wird, dass der Schalter 16 in den Klemmbetrieb übergeht und/oder die Änderungsgeschwindigkeit des I_D und der V_DS von Schalter 16 gesteuert wird, die T_j von Schalter 16 eine verringerte maximale Temperatur aufweist. In manchen Beispielen kann, vergleicht man die T_j von Schalter 16 während einer schnellen Notausschaltung (wie durch die Kurve 30D in 3 dargestellt) mit der T_j von Schalter 16 während einer gesteuerten Notausschaltung, letztere um etwa 6,4 % oder 24 °C verringert sein. Außerdem kann die verringerte Veränderung des I_L einen Spannungsabfall an der Versorgungsimpedanz abschwächen und dazu beitragen, eine Versorgungsleitung während einer Notabschaltung zu stabilisieren.
6 und 7 sind Blockdiagramme, die jeweils Beispiele für einen Treiber 20 einer Leistungsschaltung 4B, die in 4 dargestellt ist, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigen. 6 und 7 sind nachstehend im Zusammenhang mit einer Leistungsschaltung 4B aus 4 beschrieben.
Wie in 6 dargestellt kann ein Treiber 20A sowohl mit einem Drain, einem Gate als auch einer Source eines Leistungsschalters, z.B. des Schalters 16, gekoppelt sein. Der Treiber 20A aus 6 umfasst eine EIN/AUS-Einheit 26A, die über eine Überbrückung 14 mit der Abschalteinheit 24A gekoppelt ist. Die EIN/AUS-Einheit 26A und die Abschalteinheit 24A sind funktionell äquivalent mit der EIN/AUS-Einheit 26 bzw. der Abschalteinheit 24 aus 4.
Eine EIN/AUS-Einheit 26A umfasst Stromspiegel 70 und 76, die durch Schalter 72 bzw. 74 mit einer Überbrückung 14 gekoppelt sind. Eine Abschalteinheit 24A umfasst eine Sensoreinheit, die aus einem Sensor-MOSFET 50 und einem Nebenschlusswiderstand 52 besteht. Die Abschalteinheit 24A umfasst auch einen Komparator 54, einen Puffer 58, Stromspiegel 62 und 66, Schalter 60 und 64 und eine Überbrückung 68. Stromspiegel 62 und 66 können unterschiedliche Stufen der Abschalteinheit 24A darstellen. Beispielsweise kann eine erste Stufe der Abschalteinheit 24A einen Stromspiegel 62 und/oder zusätzliche Stromspiegel, operationelle Verstärker und dergleichen umfassen, um eine schnelle Entladung von Gate-Strom an einem Leistungsschalter, z.B. Schalter 16, durchzuführen. Eine zweite Stufe der Abschalteinheit 24A kann einen Stromspiegel 66 und/oder zusätzliche Stromspiegel, operationelle Verstärker und dergleichen umfassen, um eine langsame Entladung von Gate-Strom am Leistungsschalter, z.B. Schalter 16, bereitzustellen. Die Abschalteinheit 24A kann operativ mit dem Gate eines Schalters 16 und einer Überbrückung 14 von Leistungsschaltung 4B sowie sowohl mit dem Drain als auch der Source von Schalter 16 gekoppelt sein. In manchen Beispielen kann eine Abschalteinheit 24A zusätzliche oder weniger Komponenten umfassen als in 6 dargestellt.
6 zeigt, dass eine EIN/AUS-Einheit 26A Strom dem Gate von Schalter 16 bereitstellen kann, wenn Schalter 74 offen ist und Schalter 72 geschlossen ist. Eine EIN/AUS-Einheit 26A kann Strom vom Gate von Schalter 16 entladen, wenn Schalter 72 offen ist und Schalter 74 geschlossen ist. Ein Treiber 20A kann eine Steuerlogik (nicht dargestellt) umfassen, die den Betrieb der Schalter 72 und 74 steuert. Ein Stromspiegel 70 ist mit einer Versorgungsquelle („V_SUP“) gekoppelt, die eine Ladungsquelle darstellt, die von der EIN/AUS-Einheit 26A bereitgestellt wird, wenn der Schalter 16 eingeschaltet ist. Ein Stromspiegel 76 ist mit der Source von Schalter 16 gekoppelt, der eine Ladungssenke bereitstellt, die von der EIN/AUS-Einheit 26A vom Gate von Schalter 16 entladen wird, wenn der Schalter 16 abgeschaltet wird. Während eines normalen Betriebs (z.B. wenn keine Notsituation vom Treiber 20A detektiert wird) kann die EIN/AUS-Einheit 26A von Treiber 20A die I_G von Schalter 16 an Überbrückung 14 bereitstellen, um Schalter 16 einzuschalten, und kann den I_G von Schalter 16 von Überbrückung 14 entladen, um Schalter 16 auszuschalten.
Im Beispiel aus 6, bei dem eine EIN/AUS-Einheit 26A das Gate von Schalter 16 bei normalen Schaltvorgängen von Schalter 16 laden oder entladen kann, kann eine Abschalteinheit 24A von Treiber 20A eine gesteuerte Notausschaltung von Schalter 16 durchführen, wenn die Abschalteinheit 24A eine Notsituation detektiert. Die Kombination aus Sensor-MOSFET 50 und Nebenschlusswiderstand 52 von Abschalteinheit 24A stellt eine Sensoreinheit dar, die der Abschalteinheit 24A eine Laststrom(„I_L“)-Abfühlfähigkeit bereitstellt. 6 zeigt die Anschlüsse Drain, Gate und Source des Sensor-MOSFET 50 mit den Anschlüssen von Schalter 16 gekoppelt, um den Betriebszustand von Schalter 16 und von Sensor-MOSFET 50 zu synchronisieren. Mit anderen Worten können durch Kopplung der Anschlüsse von Schalter 16 und Sensor-MOSFET 50 der Schalter 16 und der Sensor-MOSFET 50 simultan entweder im „eingeschalteten“ oder „ausgeschalteten“ Zustand laufen. Wenn Schalter 16 und Sensor-MOSFET 50 beide im eingeschalteten Zustand sind, kann die Abschalteinheit 24A die Menge an Strom („I_L“) bei Last 6 bestimmen (z.B. die Menge an Strom, die aus dem Schalter 16 herausfließt), indem ein Verhältnis zwischen dem Spannungspegel am Nebenschlusswiderstand 52 und dem Widerstand von Nebenschlusswiderstand 52 bestimmt wird. Abschalteinheit 24A kann basierend auf einem Strompegel an der Sensoreinheit (z.B. dem bestimmten I_L bei Last 6) bestimmen, ob eine Notsituation bei Last 6 oder in einem anderen Teil von Leistungsschaltung 4B vorhanden ist oder nicht. Wenn Abschalteinheit 24A bestimmt, dass eine Notsituation bei Leistungsschaltung 4B stattfindet oder kurz bevorsteht, kann Abschalteinheit 24A von Treiber 20A eine gesteuerte Abschaltung von Schalter 16 initiieren.
Die Abschalteinheit 24A aus 6 kann beispielsweise vom Ausgang vom Komparator 54 bei Überbrückung 68 abhängen, um zu bestimmen, wann sie eine gesteuerte Notausschaltung von Schalter 16 initiiert. 6 zeigt, dass eine erste Eingabe in Komparator 54 der Spannung am Nebenschlusswiderstand 52 entspricht, und dass eine zweite Eingabe in Komparator 54 einem Spannungsschwellenwert entspricht (z.B. einer maximalen Spannung am Nebenschlusswiderstand 52, die anzeigt, dass eine Notsituation stattfindet oder kurz bevorsteht). In manchen Beispielen kann die erste Eingabe am Komparator 54 dem I_L bei Last 6 entsprechen (z.B. ein Verhältnis zwischen der Spannung am Nebenschlusswiderstand 52 und dem Widerstand vom Nebenschlusswiderstand 52), und die zweite Eingabe am Komparator 54 kann einem Stromschwellenwert entsprechen (z.B. einem maximalen Strom durch den Nebenschlusswiderstand 52, der anzeigt, dass eine Notsituation stattfindet oder kurz bevorsteht).
Der in 6 dargestellte Komparator 54 kann einen ersten Wert bei Überbrückung 68 ausgeben, wenn die erste Eingabe die zweite Eingabe übersteigt, und kann einen zweiten Wert bei Überbrückung 68 ausgeben, wenn die erste Eingabe die zweite Eingabe nicht übersteigt. Die Abschalteinheit 24A bestimmt, wann eine gesteuerte Notausschaltung von Schalter 16 initiiert werden soll, basierend auf der Ausgabe von Komparator 54. In manchen Beispielen kann die Abschalteinheit 24A beispielsweise eine gesteuerte Notausschaltung von Schalter 16 initiieren, wenn die Ausgabe des Komparators 54 anzeigt, dass die Spannung an Nebenschlusswiderstand 52 eine Spannungsschwellenmenge überschreitet, die einem Stromauslösepegel der Abschalteinheit 24A entspricht (z.B. 80 % des maximalen Stroms, den der Schalter 16 sicher bewältigen kann).
Anders als bei einem normalen Abschaltvorgang, bei dem eine EIN/AUS-Einheit 26A die Gate-Ladung zum Schalter 16 für einen Treiber 20A entladen kann, kann während einer Notsituation eine in 6 dargestellte Abschalteinheit 24A die Entladung von Gate-Ladung von Überbrückung 14 für Treiber 20A übernehmen, indem ein gesteuerter Notausschaltvorgang mit zwei Phasen durchgeführt wird. Eine Abschalteinheit 24A kann Phase 1 der gesteuerten Notausschaltung durchführen, indem die erste Stufe der Abschalteinheit 24A zur Entladung der Gate-Ladung von Schalter 16 unter Verwendung eines Stromspiegels 62 und/oder zusätzlicher Stromspiegel, operationeller Verstärker und dergleichen freigegeben wird, um eine „schnelle Entladung“ durchzuführen. Die Abschalteinheit 24A kann Phase 2 der gesteuerten Notausschaltung durchführen, indem die zweite Stufe der Abschalteinheit 24A zur Entladung der Gate-Ladung von Schalter 16 unter Verwendung eines Stromspiegels 66 und/oder zusätzlicher Stromspiegel, operationeller Verstärker und dergleichen freigegeben wird, um eine „langsame Entladung“ durchzuführen.
Im Beispiel aus 6 kann beispielsweise eine Abschalteinheit 24A oder eine andere Treibersteuerlogik von Treiber 20A zu Beginn einer gesteuerten Notausschaltung eine EIN/AUS-Einheit 26A veranlassen, beide Schalter 72 und 74 zu öffnen, um sicherzustellen, dass kein Strom durch die EIN/AUS-Einheit 26A bereitgestellt oder entladen wird. Als Nächstes kann Abschalteinheit 24A Schalter 60 schließen, um Phase 1 der gesteuerten Notausschaltung von Schalter 16 zu beginnen (z.B. ähnlich wie eine „schnelle Notausschaltung“, um schnell möglichst viel Ladung vom Gate von Schalter 16 zu entfernen), um eine schnelle Demagnetisierung von Last 6 durchzuführen. Nach Durchführung von Phase 1 des gesteuerten Notausschaltvorgangs kann Abschalteinheit 24A zu Phase 2 der gesteuerten Notausschaltung übergehen, indem sie Schalter 60 öffnet und Schalter 64 schließt, um eine langsame Demagnetisierung von Last 6 durchzuführen.
Der Übergang von Abschalteinheit 24A aus 6 von Phase 1 zu Phase 2 des gesteuerten Notausschaltvorgangs kann auf unterschiedliche Arten ausgelöst werden. In manchen Beispielen kann die Abschalteinheit 24A nach einer vordefinierten Dauer (t_FAST) zu Phase 2 der gesteuerten Notausschaltung übergehen, wie durch Puffer 58 zwischen Schalter 60 und 64 dargestellt. In manchen Beispielen kann eine Abschalteinheit 24A gemäß einer vordefinierten Stromauslösepegelhysterese (z.B. wenn I_L, gemessen mit einem Sensor-MOSFET 50 und Nebenanschlusswiderstand 52, 80 % des Schalter 16 zugeordneten Stromauslösers erreicht) von Phase 1 zu Phase 2 der gesteuerten Notausschaltung übergehen. In noch weiteren Beispielen kann eine Abschalteinheit 24A von Phase 1 zu Phase 2 des gesteuerten Notausschaltvorgangs übergehen, wenn Abschalteinheit 24A oder ein anderer Logikblock von Treiber 20A bestimmt, dass die Spannung an Schalter 16 (z.B. V_DS) eine maximale Spannungsschwelle überschreitet. In jedem Fall kann, nachdem Abschalteinheit 24A bestimmt, dass der Übergang zu Phase 2 des gesteuerten Notausschaltvorgangs stattfinden soll, Treiber 20A Schalter 60 öffnen und sofort Schalter 64 schließen, um die Entladung der Gate-Ladung von Schalter 16 an Überbrückung 14 unter Verwendung von Stromspiegel 66 fortzusetzen, um eine langsame Entladung durchzuführen und einen Sperrschichttemperaturanstieg bei Schalter 16 zu verhindern.
Auf diese Weise kann Abschalteinheit 24A aus 6 verhindern, dass Schalter 16 in eine aktive Überspannungsklemme übergeführt wird. Folglich kann Klemme 22 weggelassen werden, wenn Treiber 20A die Abschalteinheit 24A umfasst, wodurch die physische Größe (z.B. Fläche) von Leistungsschaltung 4B und/oder ihre Kosten reduziert werden können.
Treiber 20B aus 7 umfasst weitere Details von Treiber 20 aus 4 zusätzlich zu den durch Treiber 20A in 6 dargestellten. Beispielsweise kann Treiber 20B aus 7 eine integrierte Komponente einer Schaltvorrichtung sein, die in einer Leistungsschaltung (z.B. Halbbrückenschaltung) als Hochseitenschalter verwendet wird. Wie in 7 dargestellt umfasst Treiber 20B eine EIN/AUS-Einheit 26B, die über Überbrückung 14 mit Abschalteinheit 24B gekoppelt ist, wobei Abschalteinheit 24B mit dem Gate und der Source von Schalter 16 gekoppelt ist. EIN/AUS-Einheit 26B und Abschalteinheit 24B sind funktionell äquivalent mit EIN/AUS-Einheit 26 bzw. Abschalteinheit 24 aus 4.
Wie in 7 dargestellt umfasst die EIN/AUS-Einheit 26B von Treiber 20B eine Ladungspumpenschaltung, die die EIN/AUS-Einheit 26B bis zu einer bestimmten V_DS bipolar mit Leistung versorgen kann und ansonsten bei niedriger V_DS die Gate-Spannung auf einen höheren Wert pumpen kann als die Versorgung.
7 zeigt ferner, dass innerhalb einer EIN/AUS-Einheit 26B PMOS-Stromspiegel die Ladungsströme bereitstellen und NMOS-Stromspiegel die Entladungsströme bereitstellen. Wie bei Treiber 20A aus 6 wird der Laststrom, der stromab (z.B. bei Last 6) von Treiber 20B aus 7 gemessen wird, von einem Sensor-MOSFET und einem Nebenschlusswiderstand von Abschalteinheit 24B gemessen. Auch ähnlich wie bei Treiber 20A aus 6 kann der Komparator von Abschalteinheit 24B aus 7 den gesteuerten Notausschaltvorgang initiieren, wenn der Spannungsabfall am Nebenschlusswiderstand, der dem Sensor-MOSFET zugeordnet ist, eine Spannungsschwelle oder -grenze überschreitet, die durch V_REF definiert ist. Um Vorgänge einer gesteuerten Notausschaltung durchzuführen, nachdem beide Schalter S1 und S2 von EIN/AUS-Einheit 26B geöffnet wurden, kann Treiber 20B Schalter S4 von Abschalteinheit 24B schließen, um die Gate-Ladung unter Verwendung des Stromspiegels von Abschalteinheit 24B zu entladen, der als IFAST bezeichnet wird (z.B. um die Abschaltdauer zu minimieren und mit der schnellen Demagnetisierung von Last 6 zu beginnen). Nach einer definierten Zeit (t_FAST) oder nachdem eine V_DS-Grenze erreicht wurde, kann Treiber 20B zu Phase 2 übergehen und Schalter S4 von Abschalteinheit 24B öffnen und sofort Schalter S3 von Abschalteinheit 24B schließen, um die Entladung mit dem als ISLOW bezeichneten Stromspiegel fortzusetzen (z.B. um die Strom- und die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit der Lastbahn zu steuern).
8 ist ein Flussdiagramm, das beispielhafte Operationen von Treiber 20 von Leistungsschaltung 4B gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt. 8 ist nachstehend im Zusammenhang mit Treiber 20 und Leistungsschaltung 4B aus 4 beschrieben.
8 zeigt, dass Treiber 20 von Leistungsschaltung 4B eine Notsituation (100) detektieren kann. Beispielsweise kann Abschalteinheit 24 von Treiber 20 bestimmen, dass die V_DS von Schalter 16 und/oder der I_L von Last 6 eine Spannungs- bzw. Stromschwelle überschreiten, und kann bestimmen, dass eine Notsituation (z.B. eine Überlast) stattfindet oder kurz bevorsteht.
Im Beispiel aus 8 kann Treiber 20 normale Gate-Ladung und normale Gate-Entladung von Schalter 16 beenden, nachdem detektiert wurde, dass die Notsituation stattfindet oder kurz bevorsteht (110). Beispielsweise kann EIN/AUS-Einheit 26 von Treiber 20 aufhören, Ladungs- oder Entladungsstrom der Überbrückung 14 bereitzustellen, oder mit anderen Worten aufhören, Schalter 16 im normalen Abschalt- oder Einschaltzustand anzusteuern.
8 zeigt, dass, nachdem EIN/AUS-Einheit 26 aufgehört hat, das Gate von Schalter 16 anzusteuern, Abschalteinheit 24 eine schnelle Gate-Entladung des Gates von Schalter 16 initiieren kann (120). Beispielsweise kann Abschalteinheit 24 in Phase 1 einen gesteuerten Notausschaltvorgang beginnen und die Gate-Ladung von Schalter 16 zur schnellen Entladung bringen (z.B. mit –1 mA).
Im Beispiel aus 8 kann Treiber 20 mit der schnellen Gate-Entladung aufhören, wenn Abschalteinheit 24 bestimmt, dass Treiber 20 zu Phase 2 des gesteuerten Notausschaltvorgangs übergehen soll. Beispielsweise kann Abschalteinheit 24 nach einer vorbestimmten Dauer (z.B. 4 µs), gemäß einer vordefinierten Stromauslösepegelhysterese (z.B. wenn der I_L, mit einem Sensor-MOSFET 50 und Nebenschlusswiderstand 52 gemessen, 80 % des Stromauslösers erreicht, der dem Schalter 16 zugeordnet ist) und/oder wenn die Spannung an Schalter 16 (z.B. V_DS) eine maximale Spannungsschwelle überschreitet, zu Phase 2 der gesteuerten Notausschaltung übergehen.
8 zeigt, dass Treiber 20 den gesteuerten Notausschaltvorgang von Schalter 16 abschließen kann, indem er eine langsame Gate-Entladung von Schalter 16 initiiert (140). Nachdem beispielsweise Abschalteinheit 24 bestimmt, dass der Übergang zu Phase 2 des gesteuerten Notausschaltvorgangs stattfinden soll, kann Treiber 20 eine langsame Entladung des Gates von Schalter 16 durchführen und das Gate von Schalter 16 veranlassen, langsamer zu entladen als in Phase 1 (z.B. mit –20 µA), um einen starken Anstieg der Sperrschichttemperatur bei Schalter 16 zu verhindern. Auf diese Weise kann durch Durchführen eines gesteuerten Notausschaltvorgangs gemäß den Schritten aus 8 eine Leistungsschaltung, z.B. Leistungsschaltung 4B, verhindern, dass eine auf einem Leistungsschalter basierende Schaltvorrichtung in den Klemmbetrieb gesetzt wird, und die Notwendigkeit, auf einer Zenerklemme zu beruhen, aufheben.
9 ist ein Zeitablaufdiagramm, das verschiedene Zeitablaufmerkmale der beispielhaften Treiber aus 6 und 7 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt. 9 zeigt die Gate-Ladung an Schalter 16, wenn Abschalteinheit 24 einen gesteuerten Notausschaltvorgang der Ladung bei Überbrückung 14 durchführt. Beispielsweise zeigt 9, dass Phase 1 des gesteuerten Notausschaltvorgangs eine schnelle Gate-Entladung über etwa 4 µs auslöst (z.B. eine Entladung der Gate-Ladung mit –1 mA vom Gate von Schalter 16). 9 zeigt ferner, dass nach 4 µs Abschalteinheit 24 zu Phase 2 des gesteuerten Notausschaltvorgangs übergeht, während dem eine langsame Gate-Entladung für den Rest der Notsituation stattfindet (z.B. eine Gate-Ladung von –20 µA, die vom Gate von Schalter 16 entladen wird). Durch diesen gesteuerten Notausschaltvorgang kann Treiber 20 unter Verwendung von Abschalteinheit 24 sicherstellen, dass die Sperrschichttemperatur von Schalter 16 innerhalb der Betriebstemperaturgrenzen von Schalter 16 bleibt, und außerdem die Notwendigkeit einer Zenerklemme am Drain und Gate von Schalter 16 aufheben.
10A und 10B sind Zeitablaufdiagramme, die verschiedene Zeitablaufmerkmale von Leistungsschaltung 4B aus 4 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigen. 10A und 10B zeigen Vergleiche zwischen elektrischen und thermischen Eigenschaften von Schalter 16, wenn gemäß den beschriebenen Schaltungen und Verfahren entweder eine schnelle Notausschaltung während einer Notsituation stattfindet oder wenn eine gesteuerte Notausschaltung während einer Notsituation stattfindet.
10A zeigt Kurven der Sperrschichttemperatur (TJ_C) und Leistungsdissipation (PD_C) von Schalter 16 über die Zeit während eines gesteuerten Notausschaltvorgangs gemeinsam mit Kurven der Sperrschichttemperatur (TJ_F) und Leistungsdissipation (PD_F) von Schalter 16 über die Zeit während eines schnellen Notausschaltvorgangs. Die höchste Sperrschichttemperatur und die höchste Leistungsdissipation von Schalter 16 während eines gesteuerten Notausschaltvorgangs sind niedriger als die höchste Sperrschichttemperatur und die höchste Leistungsdissipation von Schalter 16 während eines schnellen Notausschaltvorgangs.
10B zeigt Kurven der V_DS (VDS_C) und des I_D (ID_C) von Schalter 16 über die Zeit während eines gesteuerten Notausschaltvorgangs gemeinsam mit Kurven der V_DS (VDS_F) und des I_D (ID_F) von Schalter 16 über die Zeit während eines schnellen Notausschaltvorgangs. Die höchste V_DS und der höchste I_D von Schalter 16 während eines gesteuerten Notausschaltvorgangs sind niedriger als die höchste V_DS und der höchste I_D von Schalter 16 während eines schnellen Notausschaltvorgangs.
11 ist ein Zeitablaufdiagramm, das verschiedene Zeitablaufmerkmale von Leistungsschaltung 4B aus 4 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigt. 11 zeigt Kurven der Sperrschichttemperatur (TJ_C) und Leistungsdissipation (PD_C) von Schalter 16 über die Zeit während eines gesteuerten Notausschaltvorgangs gemeinsam mit Kurven der Sperrschichttemperatur (TJ_F) und Leistungsdissipation (PD_F) von Schalter 16 über die Zeit während eines schnellen Notausschaltvorgangs. 11 zeigt, dass eine gesteuerte Notausschaltung im Vergleich zur schnellen Notausschaltung zu signifikanter Reduktion der maximalen Sperrschichttemperatur von Schalter 16 führen kann. Die in 11 gezeigte maximale Sperrschichttemperatur nimmt um 6,4 % oder 24 °C ab.
Bei vielen Anwendungen wird ein Leistungsschalter, z.B. ein Schalter 16, für eine Leistungsschaltungsanwendung nicht auf Basis des R_DSON des Schalters, sondern anhand der erforderlichen Klemmenergie des Schalters ausgewählt. 11 zeigt, dass durch Durchführen von gesteuerten Notausschaltvorgängen anstelle von schnellen Notausschaltvorgängen eine Leistungsschaltung einen billigeren Leistungsschalter verwenden kann, der eine kleinere Fläche aufweist und einer niedrigeren maximalen Sperrschichttemperatur standhalten kann.
12A und 12B sind Zeitablaufdiagramme, die verschiedene Zeitablaufmerkmale von Leistungsschaltung 4B aus 4 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Anmeldung zeigen. Die Kurven in 12A und 12B vergleichen jeweils gesteuertes Notausschaltungsverhalten mit schnellem Notausschaltungsverhalten eines Schalters 16 mit der maximalen Leistungsimpulsbreite, bevor der Schalter 16 versagt. Unter der Annahme einer konstanten Zerstörungstemperatur von Schalter 16 kann die Abschalttemperatur verwendet werden, um den Unterschied im Temperaturanstieg des gesteuerten Notausschaltungsverhaltens und des schnellen Notausschaltungsverhaltens zu bestimmen. Die gesteuerte Notausschaltung führt zu einer signifikant höheren Impulsbreite und folglich zu einer höheren maximalen Abschalttemperatur. Folglich wird die maximale Sperrschichttemperatur um 5,5 % oder 31 °C gesenkt, wenn von einer Zerstörungstemperatur von 550 °C ausgegangen wird.
13 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres Beispiel einer Leistungsschaltung des in 1 gezeigten beispielhaften Systems zeigt. 13 zeigt Leistungsschaltung 4C, die Steuereinheit 18, Treiber 20, Klemme 22 und Schalter 16 umfasst. Im Beispiel aus 13 ist Überbrückung 10 mit einer Batteriequelle und dem Drain von Schalter 16 gekoppelt. Der Ausgang von Leistungsschaltung 4C ist mit Überbrückung 12 und Last 6A gekoppelt, die als Beispiel für eine induktive Last dargestellt ist. 13 zeigt ferner die Körperdiode in Schalter 16 sowie ein Beispiel für eine Freilaufdiode 200 zum Schutz von Last 6A vor möglichen Kurzschlüssen in Notsituationen.
14 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres Beispiel für eine Leistungsschaltung des in 1 gezeigten beispielhaften Systems zeigt. 14 zeigt eine Leistungsschaltung 4D, die Steuereinheit 18, Treiber 20C und Schalter 16 umfasst. Im Beispiel aus 13 ist der Ausgang von Leistungsschaltung 4D mit Überbrückung 12 und Last 6B gekoppelt, die als Beispiel für eine induktive Last dargestellt ist, die kurzgeschlossen wird, was dazu führt, dass das R/L-Kabel von Last 6B als induktives Lastelement von Last 6B dient. 14 zeigt ferner, dass eine EIN/AUS-und/oder Abschaltlogik zum Durchführen der oben beschriebenen Verfahren in Bezug auf EIN/AUS-Einheit 26 und Abschalteinheit 24 aus 4 in Treiber 20C als Teil einer Gatesteuerung und eines Ladungspumpenlogikblocks enthalten sein können.
15 ist ein Schaltungsdiagramm, dass ein Beispiel für eine elektrische Simulationsschaltung zur Modellierung und Simulation von Treiber 20B aus 7 zeigt. Mit anderen Worten zeigt 15 eine Simulatorschaltung zur Modellierung und Simulation einer EIN/AUS-Einheit 26B und einer Abschalteinheit 24B von Treiber 20B aus 7 und ein thermisches Modell zur Simulation des elektrothermischen Verhaltens der Simulatorschaltung. Der Schaltungssimulator aus 15 wird verwendet, um die minimale maximale Sperrschichttemperatur zu bestimmen.

Satz 1. Ein Verfahren, umfassend: Detektieren, mittels eines Treibers, einer Notsituation in einer Leistungsschaltung, die einen Schalter zur Steuerung von Strom zu einer ohmschen-induktiven-kapazitiven Last umfasst; und Durchführen, mittels des Treibers, eines gesteuerten Notausschaltvorgangs des Schalters als Antwort auf eine detektierte Notsituation.
Satz 2. Das Verfahren aus Satz 1, wobei das Durchführen des gesteuerten Notausschaltvorgangs des Schalters als Antwort auf eine detektierte Notsituation umfasst: Initiieren, mittels des Treibers, einer schnellen Gate-Entladung des Schalters; Stoppen, mittels des Treibers, der schnellen Gate-Entladung des Schalters; und Initiieren, mittels des Treibers, einer langsamen Gate-Entladung des Schalters nach Stoppen der schnellen Gate-Entladung des Schalters.
Satz 3. Das Verfahren aus Satz 2, wobei die schnelle Gate-Entladung des Schalters zu einem ersten Zeitpunkt initiiert wird, wobei das Stoppen der schnellen Gate-Entladung des Schalters umfasst: Stoppen, mittels des Treibers, der schnellen Gate-Entladung des Schalters als Antwort auf eine Bestimmung, dass eine vordefinierte Zeit seit dem ersten Zeitpunkt vergangen ist.
Satz 4. Das Verfahren aus Satz 3, wobei die vordefinierte Zeit zumindest teilweise basierend darauf ausgewählt ist, dass eine maximale Sperrschichttemperatur des Schalters während des gesteuerten Notausschaltvorgangs minimiert werden soll.
Satz 5. Das Verfahren aus einem beliebigen der Sätze 2–4, wobei das Stoppen der schnellen Gate-Entladung des Schalters umfasst: Detektieren eines Stromausgangs des Schalters; und Stoppen der schnellen Gate-Entladung des Schalters als Antwort auf eine Bestimmung, dass der Stromausgang des Schalters eine Stromschwelle einhält.
Satz 6. Das Verfahren aus Satz 5, wobei die Stromschwelle auf einer Stromauslösepegelhysterese des Laststroms basiert, um eine maximale Sperrschichttemperatur des Schalters während des gesteuerten Notschaltvorgangs zu minimieren.
Satz 7. Das Verfahren nach einem beliebigen der Sätze 2–6, wobei das Stoppen der schnellen Gate-Entladung des Schalters umfasst: Detektieren eines Spannungspegels des Schalters; und Stoppen der schnellen Gate-Entladung des Schalters als Antwort auf eine Bestimmung, dass der Spannungspegel des Schalters eine Spannungsschwelle einhält.
Satz 8. Das Verfahren nach einem beliebigen der Sätze 1–7, ferner umfassend: Absehen vom Durchführen, mittels des Treibers, des gesteuerten Notausschaltvorgangs des Schalters während einer Nichtnotsituation in der Leistungsschaltung.
Satz 9. Das Verfahren nach einem beliebigen der Sätze 1–8, ferner umfassend: Betreiben, mittels des Treibers, des Schalters in einem eingeschalteten Zustand des Schalters vor der detektierten Notsituation.
Satz 10. Das Verfahren nach einem beliebigen der Sätze 1–9, wobei die Notsituation detektiert wird, während der Schalter im eingeschalteten Zustand betrieben wird.
Satz 11. Das Verfahren nach einem beliebigen der Sätze 1–10, ferner umfassend: Stoppen, mittels des Treibers, des Betreibens oder Senkens einer Gate-Ladung, die dem Schalter zugeordnet ist, vor Durchführen des gesteuerten Notausschaltvorgangs.
Satz 12. Das Verfahren nach einem beliebigen der Sätze 1–11, wobei der Schalter einen Leistungsschalter vom Halbleitertyp umfasst.
Satz 13. Das Verfahren nach einem beliebigen der Sätze 1–12, wobei die Schaltung eine Klemme umfasst, wobei das Durchführen des gesteuerten Notausschaltvorgangs Begrenzen, mittels des Treibers, einer Spannung am Schalter umfasst, um zu verhindern, dass die Klemme den Schalter in Klemmbetrieb setzt.
Satz 14. Das Verfahren nach einem beliebigen der Sätze 1–3, wobei der Treiber eine Abschalteinheit umfasst, um zumindest den gesteuerten Notausschaltvorgang des Schalters als Antwort auf die detektierte Notsituation durchzuführen.
Satz 15. Eine Leistungsschaltung, umfassend: einen Schalter, der mit einer ohmschen-kapazitiven-induktiven Last gekoppelt ist; und einen Treiber zur Steuerung des Schalters, wobei der Treiber konfiguriert ist, eine gesteuerte Notausschaltung des Schalters als Antwort auf eine Notsituation durchzuführen, die in der Leistungsschaltung detektiert wird.
Satz 16. Die Leistungsschaltung aus Satz 15, ferner umfassend: eine Klemme, wobei der Treiber ferner konfiguriert ist, eine Spannung am Schalter zu beschränken, um zu verhindern, dass die Klemme den Schalter in Klemmbetrieb setzt.
Satz 17. Die Leistungsschaltung nach einem beliebigen der Sätze 15–16, wobei der Treiber ferner umfasst: eine erste Stufe und eine zweite Stufe, wobei der Treiber konfiguriert ist, die gesteuerte Notausschaltung des Schalters durchzuführen, indem er zumindest: die erste Stufe aktiviert, um eine schnelle Entladung von Gate-Ladung am Schalter durchzuführen; und die zweite Stufe aktiviert, um eine langsame Entladung von Gate-Ladung am Schalter durchzuführen, nachdem der erste Stromspiegel deaktiviert wurde.
Satz 18. Die Leistungsschaltung aus Satz 17, worin: die erste Stufe zumindest einen aus einem ersten Stromspiegel oder einem ersten operationellen Verstärker umfasst und die zweite Stufe zumindest einen aus einem zweiten Stromspiegel oder einem zweiten operationellen Verstärker umfasst.
Satz 19. Die Leistungsschaltung nach einem beliebigen der Sätze 15–18, wobei der Treiber ferner umfasst: eine Sensoreinheit, wobei der Treiber ferner konfiguriert ist, die Notsituation basierend auf einem Strompegel an der Sensoreinheit zu detektieren.
Satz 20. Eine Leistungsschaltung, umfassend: einen Schalter, der mit einer ohmschen-kapazitiven-induktiven Last gekoppelt ist; und einen Treiber, der mit dem Schalter gekoppelt ist, wobei der Treiber umfasst: Mittel zum Detektieren einer Notsituation in der Leistungsschaltung; und Mittel zum Durchführen eines gesteuerten Notausschaltvorgangs des Schalters als Antwort auf die detektierte Notsituation.
Satz 22. Eine Leistungsschaltung, Mittel zum Durchführen eines beliebigen der Verfahren der Sätze 1–14 umfassend.

Verschiedene Beispiele wurden beschrieben. Diese und weitere Beispiele liegen innerhalb des Schutzumfangs der nachstehenden Ansprüche.

Claims

Verfahren, umfassend: Detektieren, mittels eines Treibers, einer Notsituation in einer Leistungsschaltung, wobei die Leistungsschaltung einen Schalter zur Steuerung von Strom zu einer ohmschen-induktiven-kapazitiven Last umfasst; und Durchführen, mittels des Treibers, eines gesteuerten Notausschaltvorgangs des Schalters als Antwort auf eine detektierte Notsituation.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Durchführen des gesteuerten Notausschaltvorgangs des Schalters als Antwort auf eine detektierte Notsituation umfasst: Initiieren, mittels des Treibers, einer schnellen Gate-Entladung des Schalters; Stoppen, mittels des Treibers, der schnellen Gate-Entladung des Schalters; und Initiieren, mittels des Treibers, einer langsamen Gate-Entladung des Schalters nach dem Stoppen der schnellen Gate-Entladung des Schalters.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die schnelle Gate-Entladung des Schalters zu einem ersten Zeitpunkt initiiert wird, wobei das Stoppen der schnellen Gate-Entladung des Schalters umfasst: Stoppen, mittels des Treibers, der schnellen Gate-Entladung des Schalters als Antwort auf eine Bestimmung, dass eine vordefinierte Zeit seit dem ersten Zeitpunkt vergangen ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die vordefinierte Zeit zumindest teilweise basierend darauf ausgewählt ist, dass eine maximale Sperrschichttemperatur des Schalters während des gesteuerten Notausschaltvorgangs minimiert werden soll.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2–4, wobei das Stoppen der schnellen Gate-Entladung des Schalters umfasst: Detektieren einer Stromausgabe des Schalters; und Stoppen der schnellen Gate-Entladung des Schalters als Antwort auf eine Bestimmung, dass die Stromausgabe des Schalters eine Stromschwelle einhält.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Stromschwelle auf einer Stromauslösepegelhysterese des Laststroms basiert, um eine maximale Sperrschicht- bzw. Halbleiterübergangstemperatur des Schalters während des gesteuerten Notschaltvorgangs zu minimieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2–4, wobei das Stoppen der schnellen Gate-Entladung des Schalters umfasst: Detektieren eines Spannungspegels des Schalters; und Stoppen der schnellen Gate-Entladung des Schalters als Antwort auf eine Bestimmung, dass der Spannungspegel des Schalters eine Spannungsschwelle einhält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, ferner umfassend: Absehen vom Durchführen, mittels des Treibers, des gesteuerten Notausschaltvorgangs des Schalters während einer Nichtnotsituation in der Leistungsschaltung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8, ferner umfassend: Betreiben, mittels des Treibers, des Schalters in einem eingeschalteten Zustand des Schalters vor der detektierten Notsituation.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9, wobei die Notsituation detektiert wird, während der Schalter im eingeschalteten Zustand betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10, ferner umfassend: Stoppen, mittels des Treibers, des Treibens oder Ableitens einer Gate-Ladung, die dem Schalter zugeordnet ist, vor dem Durchführen des gesteuerten Notausschaltvorgangs.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–11, wobei der Schalter einen Halbleiter-Leistungsschalter umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–12, wobei die Schaltung eine Klemme umfasst, wobei das Durchführen des gesteuerten Notausschaltvorgangs ein Begrenzen, mittels des Treibers, einer Spannung am Schalter umfasst, um zu verhindern, dass die Klemme den Schalter in einen Klemmbetrieb setzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–13, wobei der Treiber eine Abschalteinheit umfasst, um zumindest den gesteuerten Notausschaltvorgang des Schalters als Antwort auf die detektierte Notsituation durchzuführen.
Leistungsschaltung umfassend: einen Schalter, der mit einer ohmschen-kapazitiven-induktiven Last gekoppelt ist; und einen Treiber zur Steuerung des Schalters, wobei der Treiber eingerichtet ist, eine gesteuerte Notausschaltung des Schalters als Antwort auf eine Notsituation durchzuführen, die in der Leistungsschaltung detektiert wird.
Leistungsschaltung nach Anspruch 15, ferner umfassend: eine Klemme, wobei der Treiber ferner eingerichtet ist, eine Spannung am Schalter zu beschränken, um zu verhindern, dass die Klemme den Schalter in einen Klemmbetrieb setzt.
Leistungsschaltung nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Treiber ferner umfasst: eine erste Stufe und eine zweite Stufe, wobei der Treiber konfiguriert ist, die gesteuerte Notausschaltung des Schalters durchzuführen, indem er zumindest: die erste Stufe aktiviert, um eine schnelle Entladung von Gate-Ladung am Schalter durchzuführen; und die zweite Stufe aktiviert, um eine langsame Entladung von Gate-Ladung am Schalter durchzuführen, nachdem die erste Stufe deaktiviert wurde.
Leistungsschaltung nach Anspruch 17, wobei: die erste Stufe einen ersten Stromspiegel und/oder einen ersten Operationsverstärker umfasst und die zweite Stufe einen zweiten Stromspiegel und/oder einen zweiten Operationsverstärker umfasst.
Leistungsschaltung nach einem der Ansprüche 15–18, wobei der Treiber ferner umfasst: eine Sensoreinheit, wobei der Treiber ferner eingerichtet ist, die Notsituation basierend auf einem Strompegel an der Sensoreinheit zu detektieren.
Leistungsschaltung, umfassend: einen Schalter, der mit einer ohmschen-kapazitiven-induktiven Last gekoppelt ist; und einen Treiber, der mit dem Schalter gekoppelt ist, wobei der Treiber umfasst: Mittel zum Detektieren einer Notsituation in der Leistungsschaltung; und Mittel zum Durchführen eines gesteuerten Notausschaltvorgangs des Schalters als Antwort auf die detektierte Notsituation.