DE102017107521A1

DE102017107521A1 - Elektrische Schalt- und Schutzschaltung mit mehreren Betriebsarten

Info

Publication number: DE102017107521A1
Application number: DE102017107521.6A
Authority: DE
Inventors: Christian Djelassi; Robert Illing; David Jansson; Markus Ladurner; Bernhard Marinelli; Alexander Mayer; Mario Tripolt
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2016-04-08
Filing date: 2017-04-07
Publication date: 2017-10-12
Also published as: US11404866B2; US20170294772A1; CN107276014B; CN107276014A

Abstract

Ein Beispiel einer elektronischen Schaltung umfasst einen elektronischen einen elektronischen Schalter, der eine Laststrecke aufweist, und eine Steuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, den elektronischen Schalter anzusteuern. Die Steuerschaltung ist dazu ausgebildet ist, in einem von wenigstens zwei Betriebsarten zu arbeiten. Die wenigstens zwei Betriebsarten umfassen eine erste Betriebsart und eine zweite Betriebsart. Die Steuerschaltung ist in der zweiten Betriebsart dazu ausgebildet ist, einen Satz von Grundfunktionen auszuführen, und in der ersten Betriebsart dazu ausgebildet ist, den Satz von Grundfunktionen und wenigstens eine zusätzliche Funktion auszuführen. Die wenigstens eine zusätzliche Funktion umfasst das Erzeugen eines Schutzsignals basierend auf einer Strom-Zeit-Charakteristik eines Laststroms des elektronischen Schalters und das Ansteuern des elektronischen Schalters basierend auf dem ersten Schutzsignal.

Description

Diese Beschreibung betrifft allgemein eine elektronische Schalt- und Schutzschaltung, und insbesondere eine elektronische Schaltung, die als elektronischer Schalter und elektronische Sicherung funktioniert.
Eine Sicherung ist ein Schutzbauelement, das abhängig von einem Strom und einer Zeitdauer, für welche der Strom fließt, auslöst. Eine Sicherung löst beispielsweise im Wesentlichen sofort aus, wenn der Strom höher ist als ein Maximalstrom, löst nicht aus, wenn der Strom ein Nennstrom oder unterhalb des Nennstroms ist, und löst nach einer Verzögerungszeit aus, die abhängig von dem Strom ist, wenn der Strom zwischen dem Nennstrom und dem Maximalstrom ist. Eine Sicherung kann dazu verwendet werden, eine Last und ein Kabel zwischen einer Leistungsquelle und der Last zu schützen. Die Funktion einer Sicherung kann unter Verwendung eines elektronischen Schalters und einer Ansteuerschaltung realisiert werden.
Ein Beispiel betrifft eine elektronische Schaltung. Die elektronische Schaltung umfasst einen elektronischen Schalter mit einer Laststrecke und eine Steuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, den elektronischen Schalter anzusteuern. Die Steuerschaltung ist dazu ausgebildet, in einem von wenigstens zwei Betriebsarten zu arbeiten. Die wenigstens zwei Betriebsarten umfassen eine erste Betriebsart und eine zweite Betriebsart. Die Steuerschaltung ist in der zweiten Betriebsart dazu ausgebildet, einen Satz von Grundfunktionen auszuführen, und in der ersten Betriebsart dazu ausgebildet, den Satz von Grundfunktionen und wenigstens eine zusätzliche Funktion auszuführen. Die wenigstens eine zusätzliche Funktion umfasst das Erzeugen eines Schutzsignals basierend auf einer Strom-Zeit-Charakteristik eines Laststroms des elektronischen Schalters und das Ansteuern des elektronischen Schalters basierend auf dem ersten Schutzsignal.
Ein weiteres Beispiel betrifft ein Verfahren. Das Verfahren umfasst das Betreiben einer Steuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, einen elektronischen Schalter anzusteuern, in einer von wenigstens zwei Betriebsarten anzusteuern, wobei die wenigstens zwei Betriebsarten eine erste Betriebsart und eine zweite Betriebsart aufweisen. Das Betreiben in der zweiten Betriebsart umfasst das Ausführen eines Satzes von Grundfunktionen durch die Steuerschaltung und das Betreiben in der ersten Betriebsart umfasst das Ausführen des Satzes von Grundfunktionen und wenigstens einer zusätzlichen Funktion durch die Steuerschaltung. Die wenigstens eine zusätzliche Funktion umfasst das Erzeugen eines ersten Schutzsignals basierend auf einer Strom-Zeit-Charakteristik eines Laststroms des elektronischen Schalters und ein Ansteuern des elektronischen Schalters basierend auf dem ersten Schutzsignal.
Beispiele werden nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen dienen dazu, bestimmte Prinzipien zu veranschaulichen, so dass nur solche Aspekte, die zum Verständnis dieser Prinzipien notwendig sind, dargestellt sind. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgerecht. In den Zeichnungen bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche Merkmale.
1 veranschaulicht schematisch eine elektronische Schaltung mit einem elektronischen Schalter und einer Steuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, den elektronischen Schalter anzusteuern;
2 zeigt ein Beispiel der Steuerschaltung;
3 zeigt eine Betriebsart einer Ansteuerschaltung in der in 2 gezeigten Steuerschaltung;
4 zeigt ein Beispiel der Steuerschaltung;
5 zeigt ein weiteres Beispiel der Steuerschaltung;
6 zeigt ein Beispiel des elektronischen Schalters;
7 zeigt ein weiteres Beispiel des elektronischen Schalters;
8 zeigt ein Beispiel einer in der Steuerschaltung enthaltenen ersten Schutzschaltung;
9 zeigt ein Beispiel eines Analog-Digital-Wandlers (ADC) in der in 8 gezeigten ersten Schutzschaltung;
10A und 10B zeigen Kennlinien des ADC gemäß einem Beispiel;
11 zeigt ein Beispiel eines Filters in der in 8 gezeigten ersten Schutzschaltung;
12 zeigt ein weiteres Beispiel des Filters in der in 8 gezeigten ersten Schutzschaltung;
13 veranschaulicht den Betrieb eines in dem in 12 gezeigten Filter enthaltenen Multiplizierers;
14 zeigt ein weiteres Beispiel des Filters in der in 8 gezeigten ersten Schutzschaltung;
15 zeigt Zeitdiagramme, die eine Betriebsart des Filters veranschaulichen;
16 zeigt ein Beispiel einer Komparatorschaltung, die in der in 8 gezeigten Schutzschaltung enthalten ist;
17 veranschaulicht die Kennlinien einer elektronischen Schaltung, die eine erste Schutzschaltung (Leitungsschutzschaltung) und optional eine zweite Schutzschaltung (Überstromschutzschaltung) aufweist;
18 veranschaulicht das Abtasten eines Strommesssignals nach Maßgabe eines Taktsignals gemäß einem Beispiel;
19 zeigt ein Zeitdiagramm eines Taktsignals, das mehrere Taktzyklen und Taktpulse mit variierenden Positionen in den einzelnen Taktzyklen aufweist;
20 zeigt ein Beispiel einer Schaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Taktsignal, wie es in 19 gezeigt ist, aus einem Taktsignal, wie es in 18 gezeigt ist, zu erzeugen.
21 zeigt Zeitdiagramme, die eine Betriebsart der in 20 gezeigten Schaltung veranschaulichen;
22 zeigt eine Steuerschaltung gemäß einem weiteren Beispiel;
23 zeigt Zeitdiagramme, die eine Betriebsart der in 22 gezeigten Steuerschaltung veranschaulichen;
24 zeigt eine Steuerschaltung gemäß einem weiteren Beispiel;
25 zeigt Zeitdiagramme, die eine Betriebsart der in 24 gezeigten Steuerschaltung veranschaulichen;
26 zeigt ein Steuerschaltung gemäß einem weiteren Beispiel;
27A und 27B zeigen Zeitdiagramme, die den Betrieb der in 26 gezeigten Steuerschaltung in verschiedenen Betriebsarten veranschaulichen;
28 zeigt eine Steuerschaltung gemäß einem weiteren Beispiel;
29A–29C zeigen Zeitdiagramme eines Testsignals, das dazu ausgebildet ist, einen Testbetrieb der Steuerschaltung zu initiieren;
30 zeigt mögliche Signalpegel eines durch die Steuerschaltung im Testbetrieb ausgegebenen Signals;
31 zeigt Zeitdiagramme von Signalen im Testbetrieb; und
32 zeigt eine elektronische Schaltung mit einer Steuerschaltung gemäß einem weiteren Beispiel.
In der nachfolgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Die Zeichnungen bilden einen Teil der Beschreibung und zeigen zur Veranschaulichung spezielle Ausführungsbeispiele, wie die Erfindung eingesetzt werden kann. Selbstverständlich können die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden, sofern nicht explizit etwas anderes angegeben ist.
1 zeigt ein Beispiel einer elektronischen Schaltung. Die elektronische Schaltung umfasst einen elektronischen Schalter 2 mit einem Steuerknoten 21 und einer Laststrecke zwischen einem ersten Lastknoten 22 und einem zweiten Lastknoten 23. Die elektronische Schaltung umfasst außerdem eine Steuerschaltung 1, die an den Steuerknoten 21 des elektronischen Schalters 2 gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, den elektronischen Schalter 2 anzusteuern. Die elektronische Schaltung mit dem elektronischen Schalter 2 und der Steuerschaltung 1 kann monolithisch in einem Halbleiterkörper (Chip) integriert werden oder kann in zwei Halbleiterkörpern integriert werden, die in einem Integrierte-Schaltung-Gehäuse (integrated circuit package) angeordnet sind. Die elektronische Schaltung ist dazu ausgebildet, eine (in 1 in gestrichelten Linien dargestellte) Last Z, die in Reihe mit der Laststrecke des elektronischen Schalters 2 geschaltet werden kann, anzusteuern, wobei die Reihenschaltung mit dem elektronischen Schalter 2 und der Last Z zwischen Versorgungsknoten, an denen ein positives Versorgungspotenzial Vbat und ein negatives Versorgungspotenzial oder Massepotenzial GND verfügbar ist, geschaltet werden. Eine Spannung zwischen dem positiven Versorgungsknoten und dem negativen Versorgungsknoten wird nachfolgend als Versorgungsspannung bezeichnet.
Die elektronische Schaltung kann insbesondere dazu verwendet werden, eine Last Z in einem Fahrzeug anzusteuern. In diesem Fall ist eine Leistungsquelle, die die Versorgungsspannung Vbat bereitstellt, eine Fahrzeugbatterie. „Eine Last anzusteuern“ kann umfassen, die Last durch Ein- oder Ausschalten des elektronischen Schalters 2 in der elektronischen Schaltung ein- oder auszuschalten. Die Last kann eine beliebige von verschiedenen, in einem Fahrzeug verwendeten elektrischen Lasten sein. Beispiele der Last Z umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, verschiedene Arten von Lichtern, verschiedene Arten von Motoren, Relais, eine Heizung, oder ähnliches. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel sind der elektronische Schalter 2 und die Last Z in einer High-Side-Konfiguration verschaltet. Das heißt, die Last Z ist zwischen dem elektronischen Schalter 2 und dem Masseknoten GND geschaltet. Dies ist jedoch nur ein Beispiel. Der elektronische Schalter 2 und die Last Z könnten ebenso in einer Low-Side-Konfiguration oder genauso in einer beliebigen anderen Konfiguration verschaltet sein. Beispielsweise in einer Low-Side-Konfiguration ist die Last Z zwischen den elektronischen Schalter und den positiven Versorgungsknoten geschaltet.
Bezug nehmend auf 1 kann die Last über eine elektrisch leitende Leitung an den elektronischen Schalter 2 angeschlossen sein. Abhängig davon, wo die elektronische Schaltung und die jeweilige Last Z in dem Auto angeordnet sind, kann das Kabel eine erhebliche Länge von einigen 10 cm, oder sogar mehr haben. Ein modernes Fahrzeug umfasst mehrere elektrische Lasten, so dass mehrere Leitungen benötigt werden, um die einzelnen Lasten an ihren jeweiligen elektronischen Schalter anzuschließen. Um Kosten und Ressourcen zu sparen, kann es wünschenswert sein, die einzelnen Leitungen so zu dimensionieren, dass sie langfristig einem Strom widerstehen, der einem Nennstrom der jeweiligen Last entspricht. Wenn der Strom allerdings über den Nennstrom ansteigt, kann die Leitung aufgrund von Überhitzung beschädigt oder sogar zerstört werden. Gemäß einem Beispiel hat die Steuerschaltung 1 daher eine Funktion, einen Laststrom I_L durch den elektronischen Schalter 2 zu überwachen und den elektronischen Schalter 2 auszuschalten, um das Kabel zu schützen, wenn ein Überlastszenario detektiert wird. Ein „Überlastszenario“ ist ein Szenario, das dazu führen kann, dass die Leitung beschädigt oder zerstört wird, wenn der elektronische Schalter 2 nicht ausgeschaltet wird, um die Verbindung zwischen der Leistungsquelle und der Leitung zu unterbrechen. Dies ist nachfolgend weiter im Detail erläutert. Da die elektronische Schaltung dazu ausgebildet ist, die Last Z ein- und auszuschalten und die Leitung zu schützen, wird sie nachfolgend auch als Schalt- und Schutzschaltung bezeichnet.
In 1 ist der elektronische Schalter 2 schematisch als Schaltungsblock gezeichnet, der einen Schalter umfasst. Nachfolgend soll der Begriff „elektronischer Schalter“ eine beliebige Art von elektronischem Schalter oder elektronischer Schalteranordnung umfassen, die einen Steuerknoten 21 und eine Laststrecke zwischen einem ersten Lastknoten 22 und einem zweiten Lastknoten 23 aufweist und dazu ausgebildet ist, abhängig von einem an dem Steuerknoten 21 erhaltenen Ansteuersignal ein- und auszuschalten. „Einzuschalten“ bedeutet, den elektronischen Schalter 2 in einem Ein-Zustand zu betreiben, in dem der elektronische Schalter 2 in der Lage ist, einen Strom zwischen dem ersten Lastknoten 22 und dem zweiten Lastknoten 23 zu leiten. "Auszuschalten" bedeutet, den elektronischen Schalter 2 in einem Aus-Zustand zu betreiben, in dem der elektronische Schalter 2 in der Lage ist, einen Stromfluss zwischen dem ersten Lastknoten 22 und dem zweiten Lastknoten 23 zu verhindern. Gemäß einem Beispiel umfasst der elektronische Schalter 2 wenigstens einen Transistor. Der wenigstens eine Transistor ist beispielsweise ein MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), ein JFET (Junction Field-Effect Transistor), ein bipolarer Sperrschichttransistor (Bipolar Junction Transistor, BJT) oder ein HEMT (High Electron Mobility Transistor).
Nachfolgend werden Beispiele der Steuerschaltung 1 und deren Funktion anhand von Zeichnungen erläutert. Die Funktion der Steuerschaltung 1 wird insbesondere anhand von Funktionsblöcken erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Es sei erwähnt, dass diese Funktionsblöcke eher die Funktion der Steuerschaltung 1 als deren spezifische Realisierung repräsentieren. Diese Funktionsblöcke können dedizierte Schaltungsblöcke sein, die dazu ausgebildet sind, die jeweilige, unten erläuterte Funktion auszuführen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Funktionen der einzelnen Funktionsblöcke durch eine programmierbare Schaltung (Prozessor) durchgeführt werden, auf der eine dedizierte Software, die in einem Speicher abgespeichert ist, läuft.
2 zeigt ein Beispiel der Steuerschaltung 1. Bei diesem Beispiel umfasst die Steuerschaltung 1 eine erste Schutzschaltung 4, die dazu ausgebildet ist, ein erstes Schutzsignal S4 basierend auf einer Strom-Zeit-Charakteristik des Laststroms I_L zu erzeugen. „Das erste Schutzsignal S4 basierend auf der Strom-Zeit-Charakteristik des Laststroms I_L zu erzeugen“ kann umfassen, dass die erste Schutzschaltung, um das erste Schutzsignal S4 zu erzeugen, den Strompegel des Laststroms IL und die Stromhistorie berücksichtigt. Das heißt, die erste Schutzschaltung 4 wertet den Laststrom I_L über eine bestimmte Zeitdauer aus, um das erste Schutzsignal S4 zu erzeugen. Um in der Lage zu sein, den Laststrom I_L auszuwerten, erhält die erste Schutzschaltung 4 ein Strommesssignal CS und erzeugt das erste Schutzsignal S4 basierend auf den Strommesssignal CS. Gemäß einem Beispiel ist das Strommesssignal CS proportional zu dem Laststrom I_L. Bei dem in 2 gezeigten Beispiel ist das Strommesssignal CS (das auch als Stromerfassungssignal bezeichnet werden kann) an einen Messausgang 24 der elektronischen Schaltung 2 verfügbar. In diesem Fall ist eine Strommessschaltung, die dazu ausgebildet ist, dem Laststrom I_L zu messen, und das das Strommesssignal CS bereitzustellen, in dem elektronischen Schalter 2 integriert. Dies ist jedoch nur ein Beispiel. Eine von dem elektronischen Schalter 2 getrennte Strommessschaltung kann ebenso verwendet werden.
Die in 2 gezeigte Steuerschaltung 1 ist dazu ausgebildet, den elektronischen Schalter 2 basierend auf dem ersten Schutzsignal S4 und einem an einem ersten Eingangsknoten (Eingangspin) PIN der Steuerschaltung 1 bzw. der elektronischen Schaltung erhaltenen Eingangssignal S_IN anzusteuern. Eine Ansteuerschaltung 3 erhält das erste Schutzsignal S4 und das Eingangssignal S_IN und erzeugt ein Ansteuersignal S3 basierend auf dem ersten Schutzsignal S4 und dem Eingangssignal S_IN. Das Ansteuersignal S3 wird an dem Steuerknoten 21 des elektronischen Schalters 2 erhalten und ist dazu ausgebildet, den elektronischen Schalter 2 ein- oder auszuschalten. Optional ist ein Treiber 51 zwischen die Ansteuerschaltung 3 und den Steuerknoten 21 des elektronischen Schalters 2 geschaltet. Gemäß einem Beispiel ist das Ansteuersignal S3 ein Logiksignal, das einen Ein-Pegel, der anzeigt, dass es gewünscht ist, den elektronischen Schalter 2 einzuschalten, oder einen Aus-Pegel, der anzeigt, dass es gewünscht, den elektronischen Schalter 2 auszuschalten, aufweist. Der optionale Treiber 51 ist dazu ausgebildet, den elektronischen Schalter 2 basierend auf dem jeweiligen Signalpegel des Ansteuersignals S3 anzusteuern. Der elektronische Schalter 2 umfasst beispielsweise einen Transistor, wie beispielsweise einen MOSFET (in 2 schematisch dargestellt). Ein MOSFET ist ein spannungsgesteuertes Halbleiterbauelement, das abhängig von einer zwischen einem Gateknoten und einem Sourceknoten angelegten Ansteuerspannung ein- oder ausschaltet. In diesem Beispiel ist der Treiber 51 dazu ausgebildet, die Ansteuerspannung basierend auf dem Ansteuersignal S3 zu erzeugen, um den elektronischen Schalter 2 basierend auf dem Ansteuersignal S3 ein- oder auszuschalten.
Eine Betriebsart der Steuerschaltung 1, insbesondere der Ansteuerschaltung 3, wird anhand von 3 erläutert. 3 zeigt Zeitdiagramme des Eingangssignals S_IN, des ersten Schutzsignals S4 und des Ansteuersignals S3. Bei dem gezeigten Beispiel ist das Eingangssignal S_IN ein Logiksignal, das einen Ein-Pegel oder einen Aus-Pegel aufweist. Ein Ein-Pegel des Eingangssignals S_IN zeigt an, dass es gewünscht ist, den elektronischen Schalter 2 einzuschalten, und ein Aus-Pegel zeigt an, dass es gewünscht ist, den elektronischen Schalter 2 auszuschalten. Lediglich zu Erläuterungszwecken ist bei diesem Beispiel der Ein-Pegel ein hoher Logikpegel und der Aus-Pegel ein niedriger Logikpegel. Entsprechend ist bei dem in 3 gezeigten Beispiel der Ein-Pegel des Ansteuersignals S3 als hoher Pegel gezeichnet und der Aus-Pegel ist als niedriger Pegel gezeichnet. Bei diesem Beispiel ist das erste Schutzsignal S4 ebenfalls ein Logiksignal mit zwei unterschiedlichen Signalpegeln. Ein Signalpegel des ersten Schutzsignals S4, der anzeigt, dass es gewünscht ist, den elektronischen Schalter 2 auszuschalten, wird nachfolgend als Schutzpegel oder Deaktivierungspegel (weil er die Ansteuerschaltung 3 deaktiviert, den elektronischen Schalter 2 einzuschalten) bezeichnet. Lediglich zu Veranschaulichungszwecken ist bei dem in 3 gezeigten Beispiel der Schutzpegel ein hoher Logikpegel. Der andere Signalpegel des ersten Schutzsignals S4 wird nachfolgend als Freigabepegel bezeichnet (weil er die Ansteuerschaltung 3 freigibt, den elektronischen Schalter 2 basierend auf dem Eingangssignal S_IN anzusteuern). Der Freigabepegel ist im vorliegenden Beispiel ein niedriger Signalpegel.
Bezug nehmend auf 3 ist die Ansteuerschaltung 3 dazu ausgebildet, den elektronischen Schalter 2 basierend auf dem Eingangssignal S_IN anzusteuern, wenn das erste Schutzsignal S4 den Freigabepegel aufweist. Das heißt, die Ansteuerschaltung 3 schaltet den elektronischen Schalter 2 durch Erzeugen eines Ein-Pegels des Ansteuersignals S3 ein, wenn der Signalpegel des Eingangssignals S_IN von dem Aus-Pegel auf den Ein-Pegel wechselt, und schaltet den elektronischen Schalter 3 durch Erzeugen eines Aus-Pegels des Ansteuersignals S3 aus, wenn der Signalpegel des Eingangssignals S_IN von dem Ein-Pegel auf den Aus-Pegel wechselt. Dies ist in 3 zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 veranschaulicht. Die Ansteuerschaltung 3 schaltet den elektronischen Schalter 2 durch Ändern des Signalpegels des Ansteuersignals S3 von dem Ein-Pegel auf den Aus-Pegel aus, wenn das erste Schutzsignal S4 anzeigt, dass es gewünscht ist, den elektronischen Schalter 2 auszuschalten. Dies ist in 3 zum Zeitpunkt t1 gezeigt, an dem der Signalpegel des ersten Schutzsignals S4 auf den Schutzpegel wechselt.
Gemäß einem Beispiel hält die Ansteuerschaltung 3 den elektronischen Schalter 2 im Aus-Zustand auch dann, wenn das erste Schutzsignal S4 auf den Freigabepegel wechselt und das Eingangssignal S_IN nach dem Zeitpunkt t1 den Ein-Pegel aufweist. Das heißt, die Ansteuerschaltung 3 ist in einem Betriebszustand blockiert, der den elektronischen Schalter im Aus-Zustand hält, bis sie zurückgesetzt wird. Gemäß einem Beispiel ist die Ansteuerschaltung 3 dazu ausgebildet, den elektronischen Schalter 2 nur dann wieder einzuschalten, das heißt die Ansteuerschaltung 3 zurückzusetzen, nachdem der Signalpegel des Eingangssignals S_IN vom Ein-Pegel auf den Aus-Pegel und zurück vom Aus-Pegel auf den Ein-Pegel gewechselt hat. Bei dem dargestellten Beispiel wechselt der Signalpegel des Eingangssignals S_IN zum Zeitpunkt t2 zum Aus-Pegel und zum Zeitpunkt t3 zurück zum Ein-Pegel, wobei der elektronische Schalter 2 zum Zeitpunkt t3 wieder eingeschaltet wird. Gemäß einem Beispiel wird die Ansteuerschaltung 3 nur dann zurückgesetzt, wenn der Aus-Pegel des Eingangssignals S_IN für länger als eine vordefinierte Zeitdauer anhält, bevor das Eingangssignal S_IN auf den Ein-Pegel wechselt. Das heißt, bei dem in 3 gezeigten Beispiel wird die Ansteuerschaltung nur dann zurückgesetzt, wenn eine vordefinierte Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 ist.
4 zeigt ein Beispiel einer Ansteuerschaltung 4, die dazu ausgebildet ist, den elektronischen Schalter 2 gemäß den in 3 gezeigten Zeitdiagrammen anzusteuern. Bei diesem Beispiel umfasst die Ansteuerschaltung 3 ein Latch 31, wie beispielsweise ein RS-Flipflop, und ein Logikgatter 32, wie beispielsweise ein AND-Gatter. Das RS-Flipflop erhält das erste Schutzsignal S4 an einem Setzeingang S, und das Logikgatter erhält das Eingangssignal S_IN und ein Ausgangssignal von einem invertierenden Ausgang Q‘ des Flipflops 31. Das Eingangssignal S_IN wird durch einen Rücksetzeingang R des Flipflops 31 erhalten. Das Flipflop 31 wird gesetzt, wenn das Schutzsignal S4 von dem Freigabepegel auf den Deaktivierungspegel (Schutzpegel) wechselt, und wird nicht zurückgesetzt, bis das Eingangssignal S_IN vom Aus-Pegel auf den Ein-Pegel wechselt. Wenn das Flipflop 31 gesetzt wird, ändert es den Signalpegel des Ansteuersignals S3 über das Logikgatter 32 auf den Aus-Pegel, bis das Flipflop zurückgesetzt wird. Nachdem das Flipflop 31 zurückgesetzt wurde, wird das Ansteuersignal S3 wieder durch das Eingangssignal S_IN bestimmt, bis das Flipflop 31 wieder gesetzt wird.
Gemäß einem Beispiel umfasst die erste Steuerschaltung 1 zusätzlich zu der ersten Schutzschaltung 4 wenigstens eine weitere Schutzschaltung. 5 zeigt ein Beispiel der ersten Steuerschaltung 1, die vier zusätzliche Schutzschaltungen enthält: eine zweite Schutzschaltung 52, eine dritte Schutzschaltung 53, eine vierte Schutzschaltung 54, und eine fünfte Schutzschaltung 55. Diese Schutzschaltungen sind unabhängig, so dass es nicht notwendig ist, alle dieser Schutzschaltungen 52–55 zu implementieren. Das heißt, die Steuerschaltung 1 könnte so implementiert werden, dass sie nur eine, zwei oder drei dieser zusätzlichen Schutzschaltungen 52–55 hat.
Gemäß einem Beispiel ist die zweite Schutzschaltung 52, die auch als Übertemperaturschutzschaltung bezeichnet werden kann, dazu ausgebildet, eine Temperatur des elektronischen Schalters 2 zu messen und ein zweites Schutzsignal S52, das von der Ansteuerschaltung 3 erhalten wird, basierend auf der gemessenen Temperatur zu erzeugen. Gemäß einem Beispiel ist die zweite Schutzschaltung 52 dazu ausgebildet, das zweite Schutzsignal S52 so zu erzeugen, dass es einen Schutzpegel (Deaktivierungspegel) hat, wenn die gemessene Temperatur oberhalb einer vordefinierten Übertemperaturschwelle ist, und einen Freigabepegel hat, wenn die gemessene Temperatur unterhalb der Übertemperaturschwelle ist. Der Schutzpegel des zweiten Schutzsignals S52 bewirkt, dass die Ansteuerschaltung 3 den elektronischen Schalter 2 ausschaltet, und der Freigabepegel bewirkt, dass die Ansteuerschaltung 3 den elektronischen Schalter 2 basierend auf dem Eingangssignal S_IN ansteuert.
Gemäß einem Beispiel ist die dritte Schutzschaltung 53, die auch als Übertemperaturschutzschaltung bezeichnet werden kann, dazu ausgebildet, den Laststrom I_L zu überwachen, um einen Überstrom zu detektieren, und ein drittes Schutzsignal S53 basierend auf dieser Detektion zu erzeugen. Bei diesem Beispiel erhält die dritte Schutzschaltung 53 das Strommesssignal CS und ist dazu ausgebildet, das Strommesssignal CS mit einer Überstromschwelle zu vergleichen. Die dritte Schutzschaltung 53 ist dazu ausgebildet, einen Schutzpegel des dritten Schutzsignals S53 zu erzeugen, wenn das Strommesssignal CS höher ist als die Überstromschwelle, und einen Freigabepegel des dritten Schutzsignals S53 zu erzeugen, wenn das Strommesssignal CS unterhalb der Überstromschwelle ist. Der Schutzpegel des dritten Schutzsignals S53 bewirkt, dass die Ansteuerschaltung 3 den elektronischen Schalter 2 ausschaltet, und der Freigabepegel bewirkt, dass die Ansteuerschaltung 3 den elektronischen Schalter 2 basierend auf dem Eingangssignal S_IN ansteuert.
Gemäß einem Beispiel ist die vierte Schutzschaltung 54, die auch als Überspannungsschutzschaltung bezeichnet werden kann, dazu ausgebildet, eine Laststreckenspannung V2 des elektronischen Schalters 2 zu messen und basierend auf der gemessenen Laststreckenspannung V2 ein viertes Schutzsignal S54 zu erzeugen. Gemäß einem Beispiel ist die vierte Schutzschaltung 54 dazu ausgebildet, einen Schutzpegel des vierten Schutzsignals S54 zu erzeugen, wenn die gemessene Laststreckenspannung V2 höher ist als eine vordefinierte Überspannungsschwelle, und einen Freigabepegel des vierten Schutzsignals S54 zu erzeugen, wenn die gemessene Laststreckenspannung V2 unterhalb der Überspannungsschwelle ist. Ein Schutzpegel des vierten Schutzsignals S54 bewirkt, dass die Ansteuerschaltung 3 den elektronischen Schalter 2 einschaltet, und ein Freigabepegel bewirkt, dass die Ansteuerschaltung 3 den elektronischen Schalter 2 abhängig von dem Eingangssignal S_IN ansteuert. Ein Einschalten des elektronischen Schalters 2 bei hohen Spannungen kann den elektronischen Schalter 2 davor schützen, beschädigt oder sogar zerstört zu werden.
Gemäß einem Beispiel ist die fünfte Schutzschaltung 55, die auch als Temperaturdifferenzschutzschaltung bezeichnet werden kann, dazu ausgebildet, ein fünftes Schutzsignal basierend auf einer Temperaturdifferenz zwischen einer Temperatur in dem elektronischen Schalter 2 und einer Temperatur in der Steuerschaltung 1 zu erzeugen. Gemäß einem Beispiel ist die fünfte Schutzschaltung 55 dazu ausgebildet, einen Schutzpegel des fünften Schutzsignals S55 zu erzeugen, wenn die Temperaturdifferenz höher ist als eine vordefinierte Temperaturdifferenzschwelle. Die fünfte Schutzschaltung 55 kann einen ersten Temperatursensor in der elektronischen Schaltung 2 und einen zweiten Temperatursensor in der Steuerschaltung 1 umfassen, um die Temperatur in dem elektronischen Schalter 2 bzw. der Steuerschaltung 1 zu messen. Gemäß einem Beispiel können die Übertemperaturschutzschaltung 52 und die Temperaturdifferenzschutzschaltung 55 denselben Temperatursensor verwenden.
Gemäß einem Beispiel ist die Ansteuerschaltung 3 dazu ausgebildet, den elektronischen Schalter 2 basierend auf den Schutzsignalen S4, S52–S55 in derselben Weise wie zuvor anhand von 3 erläutert, zu betreiben. Das heißt, die Ansteuerschaltung 3 kann dazu ausgebildet sein, den elektronischen Schalter 2, nachdem der elektronische Schalter 2 aufgrund eines der Schutzsignale S4, S52–S54 ausgeschaltet wurde, nur dann wieder einzuschalten, nachdem das Eingangssignal S_IN auf den Aus-Pegel und zurück auf den Ein-Pegel gewechselt hat.
6 zeigt ein Beispiel des elektronischen Schalters 2. Bei diesem Beispiel umfasst der elektronische Schalter einen ersten Transistor 25, der nachfolgend als Lasttransistor bezeichnet wird, und einen zweiten Transistor 26, der nachfolgend als Messtransistor bezeichnet wird. Der Lasttransistor 25 und der Messtransistor 26 sind Transistoren desselben Transistortyps. Lediglich zur Veranschaulichung sind der Lasttransistor 25 und der Messtransistor 26 bei dem in 6 gezeigten Beispiel MOS-FETs, insbesondere n-leitende MOSFETs. Der Lasttransistor 25 weist eine Laststrecke (Drain-Source-Strecke) zwischen einem Drainknoten D und einem Sourceknoten S auf. Die Laststrecke des Lasttransistors 25 bildet die Laststrecke des elektronischen Schalters 2. Das heißt, die Laststrecke des Lasttransistors 25 ist zwischen den ersten Lastknoten 22 und den zweiten Lastknoten 23 des elektronischen Schalters 2 geschaltet. Ein Gateknoten G des Lasttransistors 25 ist an den Steuerknoten 21 des elektronischen Schalters 2 angeschlossen. Ein Gateknoten G des zweiten Transistors 26 ist an den Steuerknoten 21 angeschlossen und ein Drainknoten D des zweiten Transistors 26 ist an den Drainknoten D des ersten Transistors 25 angeschlossen. Bezug nehmend auf das Voranstehende ist ein MOSFET, wie beispielsweise der Lasttransistor 25 und der Messtransistor 26, ein spannungsgesteuertes Halbleiterbauelement, das abhängig von einer Ansteuerspannung (Gate-Source-Spannung), die zwischen dem Gateknoten G und dem Sourceknoten S erhalten wird, angesteuert wird. Wenn der erste Transistor 25 nach Erhalten einer Ansteuerspannung von der Steuerschaltung 1, die oberhalb einer Schwellenspannung des ersten Transistors 25 ist, im Ein-Zustand ist, leitet der Lasttransistor 25 einen Laststrom I_L. Bei dem in 6 gezeigten elektronischen Schalter 2 wird der Messtransistor 26 im selben Arbeitspunkt wie der erste Transistor 25 betrieben, so dass ein Messstrom I_S durch den zweiten Transistor 26 proportional ist zu dem Laststrom I_L. Ein Proportionalitätsfaktor zwischen dem Laststrom I_L und dem Messstrom I_S ist gegeben durch ein Verhältnis zwischen einer Größe des Lasttransistors 25 und einer Größe des Messtransistors 26. Gemäß einem Beispiel umfassen der Lasttransistor 25 und der Messtransistor 26 jeweils mehrere Transistorzellen. In diesem Fall ist ein Proportionalitätsfaktor (k_ILIS = I_L/I_S) zwischen dem Laststrom I_L und dem Messstrom I_S gegeben durch ein Verhältnis zwischen der Anzahl der Transistorzellen n₂₅ des ersten Transistors 25 und der Anzahl von Transistorzellen n₂₆ des zweiten Transistors 26, das heißt, k_ILIS = n₂₅/n₂₆.
Bei dem in 6 gezeigten elektronischen Schalter 2 wird der zweite Transistor 26 durch eine Regelschaltung im selben Arbeitspunkt betrieben wie der erste Transistor 25. Die Regelschaltung umfasst einen variablen Widerstand 28, der durch einen Operationsverstärker 27 so gesteuert wird, das ein elektrisches Potenzial an den Sourceknoten S des zweiten Transistors 26 gleich dem elektrischen Potenzial an den Sourceknoten S des ersten Transistors 25 ist. Hierzu erhält der Operationsverstärker 27 das Sourcepotenzial des ersten Transistors 25 und das Sourcepotenzial des zweiten Transistors 26 an einem Eingang. Gemäß einem Beispiel ist der variable Widerstand 28 ein MOSFET, insbesondere ein p-leitender MOSFET 28. Bei dem in 6 gezeigten elektronischen Schalter 2 ist das Strommesssignal CS gleich dem Messstrom I_S.
7 zeigt eine Modifikation des in 6 gezeigten elektronischen Schalters 2. Bei diesem Beispiel umfasst der elektronische Schalter 2 zwei oder mehr Messtransistoren 26 ₁–26 _n1. Jeder dieser Messtransistoren 26 ₁–26 _n1 hat seinen Gateknoten an den Steuerknoten 21 angeschlossen und seinen Drainknoten an den Drainknoten G des Lasttransistors 25 angeschlossen. Jeder des Messtransistoren 26 ₁–26 _n1 wird in derselben Betriebsart wie der erste Transistor 25 betrieben. Hierzu ist eine Regelschaltung 27 ₁–27 _n1, 28 ₁–28 _n1, die der in 6 gezeigten Regelschaltung 27, 28 entspricht, zwischen den jeweiligen Sourceknoten S jedes Messtransistors 26 ₁–26 _n1 und den Sourceknoten des Lasttransistors 25 gekoppelt. Jede dieser Regelschaltungen 27 ₁–27 _n1, 28 ₁–28 _n1 betreibt den zugehörigen Messtransistor 26 ₁–26 _n1 im selben Arbeitspunkt wie den Lasttransistor 25, so dass die durch die einzelnen Messtransistoren 26 ₁–26 _n1 bereitgestellten Messströme I_S1–I_Sn1 proportional zu dem Laststrom I_L sind. Ein Gesamtmessstrom IS (der gleich dem Strommesssignal CS ist) wird durch eine Auswahlschaltung 29 aus den einzelnen Messströmen I_S1–I_Sn1 erzeugt. Diese Messschaltung erhält die einzelnen Messströme I_S1–I_Sn1 und leitet einen oder mehr dieser Messströme I_S1–I_Sn1 basierend auf einem Auswahlsignal S29 zu einem Ausgang durch, wo das Gesamtmesssignal zur Verfügung steht. Allgemein ist der GesamtMessstrom I_S gegeben durch
wobei ai entweder 0 oder 1 ist und von dem Auswahlsignal S29 abhängig ist. Bei dem in 7 gezeigten elektronischen Schalter 2 kann der Proportionalitätsfaktor k_ILIS durch das Auswahlsignal S29 eingestellt werden. Gemäß einem Beispiel können die Messtransistoren 26 ₁–26 _n1 dieselbe Größe haben, so dass verschiedene Proportionalitätsfaktoren (k_ILIS-Faktoren) durch Variieren der Anzahl der Messtransistoren, die an den Ausgang der Auswahlschaltung 29 gekoppelt sind, eingestellt werden. Gemäß einem weiteren Beispiel haben die Messtransistoren 26 ₁–26 _n1 unterschiedliche Größen, so dass unterschiedliche k_ILIS-Faktoren durch Variieren der Anzahl der Messtransistoren, die an den Ausgang der Auswahlschaltung 29 gekoppelt sind, und durch Auswählen, welcher/welche der Messtransistoren 26 ₁–26 _n1 an den Ausgang der Auswahlschaltung 29 gekoppelt ist/sind, eingestellt werden kann.
8 zeigt ein Beispiel der ersten Schutzschaltung 4, die dazu ausgebildet ist, das erste Schutzsignal S4 basierend auf dem Strommesssignal CS zu erzeugen. Bei dem in 8 gezeigten Beispiel umfasst die erste Schutzschaltung 4 einen Strom-zu-Spannung-Wandler 41, der das Strommesssignal CS erhält und eine Messspannung V41 erzeugt. Gemäß einem Beispiel umfasst der Strom-zu-Spannung-Wandler 41 einen Widerstand 411, der das Strommesssignal CS (welches gleich dem Messstrom I_S ist) erhält, und die Messspannung V41 ist eine Spannung über dem Widerstand 411. Optional ist eine RC-Schaltung mit einem Kondensator 412 und einem weiteren Widerstand 413 parallel zu dem Widerstand 411 geschaltet. Diese RC-Schaltung 412, 413 kann dazu dienen, unerwünschte Spannungsspitzen der Messspannung V41 zu filtern. Wenn die RC-Schaltung eingesetzt wird, ist die Messspannung V41 die Spannung über dem Kondensator 412 der RC-Schaltung.
Ein Analog-Digital-Wandler (analog-to-digital converter, ADC) 42 erhält die Messspannung V41 als ADC-Eingangssignal und gibt basierend auf dem Eingangssignal V41 ein ADC-Ausgangssignal S42 aus. Ein Filter 43 erhält das ADC-Ausgangssignal S42 und erzeugt ein Filterausgangssignal S43 aus dem ADC-Ausgangssignal S42. Eine Komparatorschaltung 44 erhält das Filterausgangssignal S43 und erzeugt das erste Schutzsignal S4 basierend auf dem Filterausgangsignal S43.
9 zeigt ein Beispiel des ADC 42. Bei diesem Beispiel umfasst der ADC 42 mehrere Komparatoren 421 ₁–421 _q. Jeder dieser Komparatoren 421 ₁–421 _q erhält das Eingangssignal V41 an einem ersten Eingang und ein entsprechendes Referenzsignal VREF₁–VREF_q an einem zweiten Eingang. Im vorliegenden Beispiel ist der erste Eingang ein nicht-invertierender Eingang und der zweite Eingang ist ein invertierender Eingang des jeweiligen Komparators 421 ₁–421 _q. Die Referenzspannungen VREF₁–VREF_q sind unterschiedlich. Gemäß einem Beispiel (wie es in 9 gezeigt ist) werden die Referenzspannungen VREF₁–VREF_q unter Verwendung einer Reihenschaltung mit mehreren Widerständen 423 ₁–423 _q erzeugt. Diese Reihenschaltung erhält eine Referenzspannung, die gleich der Referenzspannung VREFq sein kann, die von einem 421 _q der Komparatoren erhalten wird. Die anderen Referenzspannungen VREF₁–VREF₄ sind an Abgriffen der Reihenschaltung verfügbar. Eine Abtast- und Kodierschaltung 422 erhält Komparatorsignale S421₁–S421_q von den Komparatoren 421 ₁–421 _q, tastet diese Komparatorsignale S421₁–S421_q gemäß einem Taktsignal CLK ab und erzeugt das ADC-Ausgangssignal S42 gemäß den durch Abtasten der Komparatorsignale S421₁–S421_q erhaltenen Abtastwerten. Jedes der Komparatorsignale S421₁–S421_q ist am Ausgang eines jeweiligen Komparators 421 ₁–421 _q verfügbar und zeigt an, ob das Eingangssignal V41 höher als die durch den jeweiligen Komparator 421 ₁–421 _q erhaltene Referenzspannung VREF₁–VREF_q ist, oder nicht.
Die Referenzspannungen VREF₁–VREF_q definieren q + 1 Spannungsintervalle, < V_REF1, [V_REF1, V_REF2], [V_REF2, V_REF3], ..., [V_REFq-1, V_REFq] und > V_REFq. Die Komparatorsignale S421₁–S421_q definieren gemeinsam einen Zustand des ADC, wobei der ADC q + 1 unterschiedliche Zustände haben kann, von denen jeder einen der oben erläuterten Spannungsintervalle zugeordnet ist. Der ADC ist beispielsweise in einem ersten Zustand, wenn das Eingangssignal V41 im ersten Intervall < VREF₁ ist, in einem zweiten Zustand, wenn das Eingangssignal V41 im zweiten Intervall [VREF₁, VREF₂] ist, und so weiter. Die Kodierschaltung 422 ist dazu ausgebildet, die unterschiedlichen Zustände des ADC 42 auf das Ausgangssignal S42 abzubilden. Gemäß einem Beispiel umfasst das Ausgangssignal S42 eine Reihe S42 [k] von digitalen Worten, wobei jedes dieser digitalen Worte S42 [k] den Zustand des ADC zu einem Abtastzeitpunkt repräsentiert. Die Abtastzeitpunkte werden durch das Taktsignal definiert.
Gemäß einem Beispiel ist der ADC ein linearer ADC. In diesem Fall ist jede der Referenzspannungen VREF₁–VREF_q gegeben durch i∙VREF, wobei i ausgewählt ist aus 1, 2, 3, 4, ..., q. Die Abtast- und Kodierschaltung 422 ist beispielsweise dazu ausgebildet, die digitalen Worte S42 [k] des Ausgangssignals S42 so zu erzeugen, dass das digitale Wort das Spannungsintervall repräsentiert, in dem sich das Eingangssignal V41 am Abtastzeitpunkt befindet. Das durch die Abtast- und Kodierschaltung 422 ausgegebene binäre Wort ist beispielsweise 0, wenn das Eingangssignal V41 im ersten Intervall (unterhalb VREF1) ist, ist 1, wenn das Eingangssignal V41 im zweiten Intervall (höher als VREF1, aber niedriger VREF2), und so weiter. Im Fall eines linearen ADC ist die Eingangsspannung V41 im Abtastzeitpunkt annäherungsweise (d.h., wenn ein Quantisierungsfehler vernachlässigt wird), V41[k] = S42[k]·VREF (2) die Anzahl der Bits des binären Worts S42 [k], das durch den ADC ausgegeben wird, ist abhängig von den unterschiedlichen Zuständen, die der ADC annehmen kann. Gemäß einem Beispiel kann der ADC 16 unterschiedliche Zustände annehmen. In diesem Fall hat das binäre Wort p = 4 (= ld(16)), wobei ld = log₂) Bits.
Gemäß einem weiteren Beispiel ist der ADC ein logarithmischer ADC. In diesem Fall ist jede der Referenzspannungen VREF₁–VREF_q ein Vielfaches der nächstniedrigeren Referenzspannung. Das heißt, VREF_i = z∙VREF_i-1, wobei i ausgewählt ist aus 1, 2, 3, 4, ..., q. Es gilt beispielsweise z = 2. In diesem Fall kann jede der Referenzspannungen VREF₁–VREF_q ausgedrückt werden als VREF_i = 2^i-1·VREF₁ = 2^i-1·VREF₁.
10A zeigt ein Beispiel der Kennlinie eines logarithmischen ADC. Das heißt, 10A zeigt das dezimale Äquivalent des zum Abtastzeitpunkt k durch den ADC 42 ausgegebenen Binärworts S42[k] abhängig vom Wert des Eingangssignals V41[k] zum Abtastzeitpunkt k. In 10A ist das Eingangssignal im logarithmischen Maßstab gezeichnet. 10B zeigt einen Abschnitt der in 10A gezeigten Kurve im linearen Maßstab, wenn z = 2. Um die Darstellung zu vereinfachen, zeigt 10A die Kennlinie eines logarithmischen ADC mit 8 unterschiedlichen Zuständen und einem 3-Bit-Ausgang. Dies ist allerdings nur ein Beispiel. Die Kennlinie eines logarithmischen ADC mit beispielsweise 16 Zuständen und 4 Bit kann aus der in 10A gezeigten Kurve leicht abgeleitet werden.
In einem logarithmischen ADC mit einer in 10A gezeigten Kennlinie steht das Binärwort S42[k], das zum Abtastzeitpunkt k ausgegeben wird, mit dem Eingangssignal V41[k] zum Abtastzeitpunkt k wie folgt in Beziehung, V41[k] = 0 wenn S42[k] = 0 (3a) V41[k] = z^S42[k]-1·VREF wenn S42[k] ≠ 0 (3b).
Damit repräsentiert S42[k] den Logarithmus von V41[k] zur Basis z, wenn das Eingangssignal V41[k] sich von Null unterscheidet, insbesondere größer ist als VREF. Genauer – da die Anzahl der Bits des ADC-Ausgangssignals S41 begrenzt (endlich) ist – repräsentiert S42[k] den gerundeten Logarithmus von V41[k] zur Basis z.
Da das ADC-Eingangssignal V41 das Strommesssignal CS repräsentiert und das Strommesssignal CS den Laststrom I_L repräsentiert, repräsentiert das ADC-Ausgangssignal S41 den Laststrom I_L. Gemäß einem Beispiel ist die erste Schutzschaltung 41 dazu ausgebildet, die Leitung zwischen dem elektronischen Schalter 2 und der Last Z davor zu schützen, zu überhitzen. Bei diesem Beispiel ist das Filter 43 dazu ausgebildet, die Temperatur der Leitung basierend auf den Abtastwerten des durch den ADC 42 bereitgestellten Strommesssignals CS anzunähern. Es kann gezeigt werden, dass eine Temperatur T_W in dem Kabel gegeben ist durch T_W[k] = (1 – α)·T_W[k – 1] + R_EL·R_TH·I_L ²[k]·α (4a), wobei T_W[k] die Temperatur zu einem Abtastzeitpunkt ist, T_W[k – 1] die Temperatur zum vorangehenden Abtastzeitpunkt ist, I_L ²[k] das Quadrat des Laststroms I_L zum Abtastzeitpunkt ist, R_EL der elektrische Widerstand der Leitung und RTH der thermische Widerstand der Leitung ist. 1 – α ist zwischen 0 und 1 und berücksichtigt eine Dauer einer Abtastperiode, das heißt, eine Zeitdifferenz zwischen zwei Abtastzeitpunkten k und k – 1 und die Wärmeabstrahlung der Leitung. Allgemein nimmt 1 – α ab, wenn die Abtastfrequenz abnimmt. Außerdem ist 1 – α umso geringer, je besser die Leitung Energie in Form von Wärme an die Umgebung abstrahlen kann. Gemäß einem Beispiel,
wobei Δt die Zeitdifferenz zwischen zwei Abtastzeitpunkten k und k – 1 ist und τ eine Zeitkonstante des Kabels ist, die definiert, wie schnell in das Kabel eingebrachte Energie in Form von Wärme dissipiert wird. R_EL, RTH und τ sind Konstanten und abhängig von der speziellen Art der Leitung, dem Material der Leitung, dem Leitungsdurchmesser, oder ähnlichem. Unter Anwendung einiger mathematischer Umwandlungen kann die Gleichung (4a) umgewandelt werden in
Das heißt, eine gewichtete Temperatur β∙T_W[k] der Leitung zum Abtastzeitpunkt k ist nur abhängig von der Temperatur zum Abtastzeitpunkt k – 1, dem Quadrat des Laststroms I_L zum Abtastzeitpunkt k und 1 – α. α, R_EL und RTH sind in dem Gewichtungsfaktor β enthalten.
Es sei erwähnt, dass T_W[k] und T_W[k] keine absoluten Temperaturen der Leitung, sondern Temperaturänderungen, die durch den durch das Kabel fließenden Laststrom I_L bewirkt werden, repräsentieren. Das heißt, T_W[k] und T_W[k] können null sein, wenn der Laststrom I_L null ist oder wenn der Laststrom I_L lang genug null war, um die in das Kabel durch den Laststrom I_L eingebrachte Energie vollständig zu dissipieren.
11 zeigt ein Beispiel des Filters 43. Das in 11 gezeigte Filter basiert auf der Annahme, dass der ADC 42 ein oben erläuterter logarithmischer ADC ist. Das heißt, der ADC ist dazu ausgebildet, das ADC-Ausgangssignal S42 basierend auf einem Vergleichen des Eingangssignals V41 mit mehreren verschiedenen Referenzwerten (VREF₁–VREF_q in 9) zu erzeugen, wobei ein Verhältnis zwischen jeder Referenzspannung VREFi und der nächstniedrigeren Referenzspannung VREF_i-1 gegeben ist durch z (welches beispielsweise 2 ist). In diesem Fall repräsentiert das ADC-Ausgangssignal S42 einen Logarithmus des Laststroms I_L. Da der Logarithmus des Laststroms proportional ist zu dem Logarithmus des Quadrats des Laststroms (log_z(I_L)²) = 2log_z(I_L)), repräsentiert das ADC-Ausgangssignal S42 auch das Quadrat des Laststroms I_L. Bei Verwenden eines logarithmischen ADC 42 gibt es also keine Notwendigkeit, das Quadrat eines Signals, das den Laststrom I_L repräsentiert, in dem Filter 43 zu berechnen. Dies hilft, die Größe zu reduzieren, die benötigt wird, um das Filter 43 in der elektronischen Schaltung zu implementieren.
Wenn das ADC-Ausgangssignal S42 den Laststrom I_L anstelle des Quadrats des Laststroms I_L repräsentiert, wird das Quadrat des Signals S42 durch eine Berechnungseinheit 434 (in 11 in gestrichelten Linien dargestellt) berechnet. Zu Erläuterungszwecken sei allerdings angenommen, dass das ADC-Ausgangssignal S42 den Logarithmus des Laststroms I_L repräsentiert, so dass die Berechnungseinheit 434 weggelassen werden kann.
Das in 11 gezeigte Filter ist dazu ausgebildet, jeden Wert S43[k] des Filterausgangssignals S43 basierend auf dem ADC-Ausgangssignal S42 wie folgt zu berechnen, S43[k] = (1 – α)·S43[k – 1] + S42[k] (5).
In den Gleichungen (4) und (5) bezeichnen k und k – 1 diskrete Zeitvariablen (diskrete Abtastzeitpunkte). Bezugnehmend auf das Voranstehende umfassen das ADC-Ausgangssignal S42 und das Filterausgangssignal S43 jeweils eine Folge von Binärworten, wobei in jeden Taktzyklus ein neuer Wert ausgegeben wird. Gemäß einem Beispiel arbeitet das Filter 43 gemäß demselben Taktsignal CLK, das das Abtasten des Eingangssignals V42, das das Strommesssignal CS repräsentiert, in dem ADC 42 vorgibt. Gemäß einem Beispiel bezeichnet k einen Abtastzeitpunkt in einem Taktzyklus und k – 1 bezeichnet einen Abtastzeitpunkt in einem direkt vorangehenden Taktzyklus k. Damit bezeichnet in Gleichung (5) S43[k] den in einem Taktzyklus k ausgegebenen Filterwert, S43[k – 1] bezeichnet den in dem vorangehenden Taktzyklus k – 1 ausgegebenen Filterwert und S42[k] bezeichnet den im Taktzyklus k ausgegebenen ADC-Ausgangswert. Bei Vergleichen der Gleichungen (5) und (4c) ist ersichtlich, dass das Filterausgangssignal S43 die gewichtete Leitungstemperatur β∙T_W[k] repräsentiert, wenn das Filtereingangssignal S42[k] das Quadrat des Laststroms I_L repräsentiert.
Ein Beispiel eines Filters 43, das dazu ausgebildet ist, das Filterausgangssignal S43 in Übereinstimmung mit Gleichung (5) zu erzeugen, ist in 11 gezeigt. Dieses Filter 43 umfasst einen Addierer 431, der das ADC-Ausgangssignal S42 und das Ausgangssignal einer Rückkopplungsschleife erhält. Die Rückkopplungsschleife umfasst ein Verzögerungselement 432 und einen Multiplizierer 433. Das Verzögerungselement 432 erhält das Filterausgangssignal S43 und verzögert das Filterausgangssignal für einen Taktzyklus. Der Multiplizierer 433 multipliziert das verzögerte Filterausgangssignal S43 mit 1 – α, so dass das Ausgangssignal der Rückkopplungsschleife gleich (1 – α)·S43[k – 1] ist. Selbstverständlich können die Position des Verzögerungselements 432 und des Multiplizierers 433 in der Rückkopplungsschleife vertauscht werden.
12 zeigt eine Modifikation des in 11 gezeigten Filters 43. Anstelle des Multiplizierers 433, der den verzögerten Filterausgangswert S43[k – 1] mit 1 – α multipliziert, umfasst das in 12 gezeigte Filter 43 einen Multiplizierer 433, der den verzögerten Filterausgangswert S43[k – 1] mit α multipliziert, und einen Subtrahierer 435, der das Ausgangssignal des Multiplizierers 434 von dem verzögerten Filterausgangswert S43[k – 1] subtrahiert. Gemäß einem Beispiel ist α2^–N, wobei N eine ganze Zahl ist. In diesem Fall kann die durch den Multiplizierer 434 durchgeführte Multiplikation durch eine einfache Registerschiebeoperation durchgeführt werden. Dies wird anhand von 13 erläutert.
13 zeigt ein Beispiel des verzögerten Filterausgangswerts S43[k – 1]. Nur zu Erläuterungszwecken sei angenommen, dass die Filterausgangswerte Binärworte mit zwölf Bits sind, von denen acht Bits den ganzzahligen Teil repräsentieren und vier Bits den Teil des Ausgangswerts, der kleiner als eins ist, repräsentieren. Das Ergebnis des Multiplizierens von S43[k – 1] mit 2^–N (wobei in dem gezeigten Beispiel N = 4) kann erhalten werden durch einfaches Verschieben der Bits von S43[k – 1], um N Positionen nach rechts.
14 zeigt eine Modifikation des in 12 gezeigten Filters 43. Bei dem in 14 gezeigten Filter wird der verzögerte Ausgangswert S43[k – 1] durch einen Multiplizierer 436 mit einem Faktor A multipliziert und von S43[k – 1] nur einmal in B Taktzyklen subtrahiert. In 14 ist dies dargestellt durch einen Schalter 437, der in B Taktzyklen nur einmal geschlossen wird, das heißt, wenn k mod B = 0, wobei k die Taktzyklen bezeichnet, mod eine Modulo-Operation bezeichnet und B bezeichnet, wie viele Taktzyklen passieren dürfen, bevor der Schalter 436 einschaltet. Unter der Annahme, dass der Laststrom I_L sich innerhalb von B Taktzyklen nicht wesentlich ändert, so dass S43 über B Taktzyklen im Wesentlichen konstant ist, berechnet das Filter 43 den Ausgangswert S43[k] gemäß Gleichung (5), wobei α = A/B. Es gilt beispielsweise A = 2^–N, so dass die durch den Multiplizierer 436 durchgeführte Multiplikation realisiert werden kann durch eine anhand von 13 erläuterte Schieboperation. Dennoch erlaubt das Verwenden des Schalters 437 Werte von α zu haben, die sich von 2^–N unterscheiden.
Das anhand der 11, 12 und 14 erläuterte Filter ist, insbesondere in Kombination mit einem logarithmischen ADC, in der Lage, eine gewichtete Temperatur des Kabels zu einem Abtastzeitpunkt k basierend auf Additionen und/oder Subtraktionen zu berechnen und benötigt keine Multiplikation. Es ist insbesondere nicht notwendig, das Filtereingangssignal S42[k], welches das Quadrat des Laststroms I_L repräsentiert, wenn ein logarithmischer ADC verwendet wird, mit leitungsabhängigen Parametern, wie beispielsweise R_EL, RTH oder α zu multiplizieren, wie durch Gleichung (4a) impliziert wird. Dennoch sind diese leitungsabhängigen Parameter in dem Filterausgangssignal S43[k] enthalten, welches eine gewichtete Temperatur der Leitung repräsentiert. Genauer gesagt repräsentiert das Filterausgangssignal S43[k] einen gewichteten Anstieg der Temperatur, der aus einem durch die Leitung fließenden Strom resultiert.
Eine Betriebsart des Filters 43 ist in 15 gezeigt. 15 zeigt Zeitdiagramme des Laststroms I_L und des Filterausgangsignals S43. Aufgrund des integrierenden Verhaltens des Filters 43 folgt das Filterausgangssignal S43 dem Laststrom I_L. Wenn der Laststrom I_L über eine bestimmte Zeitdauer konstant ist, nähert sich das Filterausgangssignal S43 einem Signalpegel an, der dem jeweiligen Pegel des Laststroms I_L zugeordnet ist. Bei dem in 15 gezeigten Beispiel resultieren Variationen des Signalpegels des Filterausgangssignals S43 aus Variationen des Laststroms I_L über der in 15 gezeigten Zeitdauer. Das gestrichelte Gebiet in dem in 15 gezeigten Zeitdiagramm repräsentiert eine Zeitdauer, zu der der elektronische Schalter 2 häufig ein- und ausschaltet. In dieser Zeitdauer ist das Filterausgangssignal S43 im Wesentlichen konstant. 15 zeigt einen Normalbetrieb des elektronischen Schalters und der daran angeschlossenen Last Z. Bei diesem Beispiel hat der Laststrom einen vordefinierten Strompegel, wenn der elektronische Schalter 2 eingeschaltet ist, und ist 0, wenn der elektronische Schalter 2 ausgeschaltet ist. Die Temperatur der Leitung, die durch das Filterausgangssignal repräsentiert ist, variiert abhängig von dem Laststrom I_L, insbesondere abhängig von einer Strom-Zeit-Charakteristik des Laststroms, das heißt, abhängig von dem Strompegel und wie lange ein bestimmter Pegel vorliegt. Wenn der elektronische Schalter 2 lange genug ausgeschaltet ist, dass die Leitung die durch den Laststrom I_L eingebrachte Energie dissipiert, entspricht die Temperatur der Leitung der Umgebungstemperatur der Leitung. Es sei erwähnt, dass die Umgebungstemperatur in dem Filterausgangssignal S43 nicht berücksichtigt ist. Das Filterausgangsignal S43 repräsentiert nur Temperaturänderungen in dem Kabel, die bewirkt werden durch Einbringen von Energie über den Laststrom I_L und dissipieren von Energie durch Wärmeabstrahlung.
Die in 15 gezeigten Zeitdiagramme repräsentieren ein Szenario, bei dem der elektronische Schalter 2 lange genug ausgeschaltet war, um das Filterausgangssignal S43 auf einen Startwert S430 absinken zu lassen, oder bei dem der Laststrom I_L lange genug unterhalb eines durch die niedrigste Referenzspannung (beispielsweise VREF₁ in 9) repräsentierten Strompegels des ADC 43 war, um das Filterausgangssignal S43 auf dem Startwert zu halten, oder den Startwert S430 absinken zu lassen. Der Startwert ist beispielsweise 0. Wenn der elektronische Schalter 2 einschaltet, steigt das Filterausgangssignal an und nähert sich, wenn der Strom lange genug anhält, einem durch den Strompegel definierten Signalpegel an. Die Geschwindigkeit, mit der das Filterausgangssignal S43 ansteigt, und der Signalpegel, dem es sich nach einer bestimmten Zeit annähert, ist abhängig von dem Strompegel des Laststroms I_L.
16 zeigt ein Beispiel der Komparatorschaltung 44. Bei diesem Beispiel umfasst die Komparatorschaltung 44 einen (digitalen) Komparator 441, der das Filterausgangssignal S43 und ein Schwellensignal S43_TH erhält. Bezug nehmend auf das Voranstehende repräsentiert das Filterausgangssignal S43 Temperaturänderungen, die aus dem Laststrom I_L und der dissipierten Wärme resultieren. Eine Umgebungstemperatur der Leitung ist in dem Filterausgangsignal S43 nicht berücksichtigt. Die absolute Temperatur der Leitung ist gegeben durch die Umgebungstemperatur plus der durch das Filterausgangssignal S43 repräsentierten Temperaturdifferenz. Das Schwellensignal S43_TH repräsentiert eine maximale Temperaturdifferenz, die als Ergebnis des Laststroms I_L in dem Kabel auftreten darf. Wenn das Filterausgangssignal S43 die Temperaturschwelle S43_TH erreicht, erzeugt die Komparatorschaltung 4 einen Schutzpegel (Deaktivierungspegel) des ersten Schutzsignals S4, um den elektronischen Schalter auszuschalten. Gemäß einem Beispiel repräsentiert das Schwellensignal S43_TH eine Differenz zwischen einer maximalen Temperatur, der die Leitung standhalten kann, und der maximalen Umgebungstemperatur, die in einem normalen Betriebsszenario in der Umgebung der Leitung auftreten kann. Bei diesem Beispiel kann die Leitung die Maximaltemperatur nur dann erreichen, wenn die Umgebungstemperatur in ihrem Maximum ist. Wenn die Umgebungstemperatur unterhalb des Maximums ist, ist die Absoluttemperatur der Leitung unterhalb der Maximaltemperatur, wenn das Filterausgangssignal S43 die Schwelle S43_TH erreicht und die Komparatorschaltung 44 den elektronischen Schalter 2 ausschaltet. Bei dem in 16 gezeigten Beispiel erhält der Komparator 441 das Filterausgangssignal S43 an einem nicht-invertierenden Eingang und das Schwellensignal S43_TH an einem invertierenden Eingang. Das erste Schutzsignal S4 ist an einem Ausgang des Komparators 441 verfügbar.
Bezug nehmend auf das Voranstehende repräsentiert das Filterausgangssignal S43[k] eine gewichtete Summe der Filtertemperatur T_W[k], wobei der Gewichtungsfaktor β Leitungsparameter, wie beispielsweise R_EL, RTH und α repräsentiert. Damit ist gemäß einem Beispiel das Schwellensignal S43_TH auch abhängig von diesen Leitungsparametern, so dass S43_TH für unterschiedliche Arten von Kabeln unterschiedlich sein kann.
17 zeigt zwei Beispiele, die die durch die Schutzschaltung 4 bereitgestellte Schutzfunktion veranschaulichen. 17 zeigt Kennlinien von Leitungen mit unterschiedlichen Querschnitten. Insbesondere zeigt 17 I²t-Kurven der einzelnen Leitungen. Jede dieser Kurven repräsentiert mehrere Ströme und den einzelnen Strömen zugeordnete Zeiten. Die einem Strom zugeordnete Zeit ist die Zeit, die die Leitung dem jeweiligen Strom standhalten kann, ohne beschädigt oder zerstört zu werden. Die einzelnen Kurven basieren auf der Gleichung I²L∙t = c, wobei c eine Konstante ist, die abhängig ist von der Querschnittsfläche der jeweiligen Leitung und der Temperaturänderung, der die Leitung standhalten kann. Grundsätzlich nimmt die Zeit, die ein Kabel einem bestimmten Strom standhalten kann, zu, wenn die Querschnittsfläche zunimmt. In 17 repräsentiert die mit 111 bezeichnete Kurve die Kennlinie einer ersten Leitung mit einer ersten Querschnittsfläche und die mit 121 bezeichnete Kurve repräsentiert die Kennlinie einer zweiten Leitung mit einer zweiten Querschnittsfläche, die größer ist als die erste Querschnittsfläche. Die in gestrichelten Linien gezeichnete Kurve 110 veranschaulicht die Auslösekurve einer ersten Schutzschaltung 4, die an die erste Leitung angepasst ist, und die Kurve 120, die in gestrichelten Linien gezeichnet ist, veranschaulicht die Auslösekurve einer ersten Schutzschaltung 4, die an die zweite Leitung angepasst ist. Bezug nehmend auf das Voranstehende kann die erste Schutzschaltung 4 dazu ausgebildet sein, eine spezielle Leitung durch Anpassen von α in dem Filter 43 und S43_TH in der Komparatorschaltung 44 zu schützen. Die „Auslösekurve“ repräsentiert mehrere Ströme und Zeiten, die den jeweiligen Strömen zugeordnet sind, wobei die einem Strom zugeordnete Zeit die Zeit ist, für die die erste Schutzschaltung 4 den jeweiligen Strom fließen lässt, bevor sie über die Ansteuerschaltung 3 den elektronischen Schalter 2 ausschaltet.
Wie anhand von 17 ersichtlich ist, schützt die erste Schutzschaltung 4 die jeweilige Leitung, das heißt, die erste Schutzschaltung 4 schaltet den ersten elektronischen Schalter 2 in jedem Fall ab, bevor ein bestimmter Strom lange genug fließt, um die Zeitdauer zu erreichen, die durch die Kennlinie der Leitung diesem Strom zugeordnet ist.
In 17 repräsentiert die Kurve 130 die Auslösekurve der Überstromschutzschaltung 53. Die Überstromschutzschaltung 53 schaltet den ersten elektronischen Schalter in jedem Fall aus, wenn der Laststrom einen maximalen Strompegel I_LMAX erreicht. Wenn die erste Schutzschaltung 4 und die Überstromschutzschaltung 53 aktiv sind, kann die erste Schutzschaltung 4 den elektronischen Schalter 2 bei Strömen ausschalten, die niedriger sind als der maximale Strompegel I_LMAX, wenn diese Ströme länger als erlaubt fließen (das heißt, länger als durch die jeweilige Auslösekurve definiert), und die Überstromschutzschaltung 53 verhindert, dass der Laststrom I_L über den maximalen Strompegel I_LMAX ansteigt.
Bezug nehmend auf das Voranstehende tastet der ADC 42 des Eingangssignals V42, das das Strommesssignal CS repräsentiert, zu Abtastzeitpunkten, die durch das Taktsignal CLK vorgegeben sind, ab. Das ADC-Ausgangssignal S42 ist eine gute Darstellung des Strommesssignals CS, und damit des Laststroms I_L, wenn eine Frequenz des Laststroms I_L niedriger ist als die halbe Abtastfrequenz. Dies ist in Übereinstimmung mit dem Nyquist-Theorem. Wenn allerdings eine Frequenz des Laststroms I_L höher als die Hälfte der Abtastfrequenz ist, können Situationen auftreten, bei denen das ADC-Ausgangssignal S42 den Laststrom I_L nicht korrekt repräsentiert. Dies wird anhand von 18 erläutert.
18 zeigt ein Zeitdiagramm des Laststroms I_L gemäß einem Beispiel. Bei diesem Beispiel ist der Laststrom I_L ein periodisches Signal mit einer Frequenz, die gleich der Abtastfrequenz ist. Außerdem zeigt 18 ein Zeitdiagramm des Taktsignals CLK, das das Abtasten des Strommesssignals CS in dem ADC 42 vorgibt. Lediglich zu Erläuterungszwecken sei angenommen, dass das Strommesssignal CS durch den ADC 42 jedes Mal dann abgetastet wird, wenn Signalpulse des Taktsignals CLK eine steigende Flanke haben. Hierdurch erhaltene Abtastwerte sind in 18 durch Kreissymbole veranschaulicht. In dem vorliegenden Beispiel ist eine Phasenverschiebung zwischen dem oszillierenden Laststrom I_L und dem Taktsignal CLK so, dass der Laststrom I_L abgetastet wird, wenn der Laststrom I_L ein lokales Minimum hat. In diesem Fall ist ein durch das ADC-Ausgangssignal S42 repräsentierter Laststrom kleiner als ein durchschnittlicher Laststrom durch das Kabel. Wenn die Phasenverschiebung des Taktsignals CLK relativ zu dem Laststrom I_L beispielsweise so ist, dass das Strommesssignal CS jedes Mal dann abgetastet wird, wenn der Signalpegel nahe einem lokalen Maximum ist, ist der durch das ADC-Ausgangssignal S42 repräsentierte Laststrom I_L höher als der durchschnittliche Laststrom. In 18 ist dies durch Signalpulse, die die in gestrichelten Linien gezeichnet sind, und Abtastwerte, die durch Quadratsymbole veranschaulicht sind, dargestellt. Dieses Problem kann vermieden werden durch Erhöhen der Abtastfrequenz. Erhöhen der Abtastfrequenz erfordert allerdings, mehr Abtastwerte in einer vordefinierten Zeitdauer zu verarbeiten.
Ein Ansatz, der die Anzahl der zu verarbeitenden Abtastwerte in einer vordefinierten Zeitdauer nicht erhöht, aber das oben erläuterte Problem löst, ist in 19 gezeigt. Bei diesem Beispiel gibt es eine Folge von zeitlich aufeinanderfolgenden Abtastperioden, die dieselbe Länge haben können. Das Strommesssignal CS (das durch das ADC-Eingangssignal V42 repräsentiert wird) wird einmal in jeder dieser Abtastperioden abgetastet. Allerdings sind die Abtastzeitpunkte innerhalb der einzelnen Abtastperioden zufällig oder pseudozufällig ausgewählt. In 19 ist dies durch Signalpulse eines Taktsignals CLK‘ veranschaulicht, die unterschiedliche Zeitpositionen innerhalb der einzelnen Abtastperioden haben. Bei diesem Beispiel haben die einzelnen Abtastperioden jeweils eine Dauer T. Die „Zeitposition“ eines Signalpulses (Taktpulses) ist eine Zeitposition relativ zu einem Beginn oder einem Ende der jeweiligen Abtastperiode. Jede dieser Abtastperioden ist in 19 durch ihre Dauer T repräsentiert. Durch zufälliges oder pseudozufälliges Auswählen der Abtastzeitpunkte innerhalb der einzelnen Abtastperioden T werden unterschiedliche Abtastwerte des Strommesssignals CS erhalten, sogar dann, wenn das Strommesssignal CS eine Frequenz hat, die gleich der Frequenz ist, mit der die einzelnen Abtastperioden beginnen. Die Abtastwerte, die bei Verwendung eines Taktsignals CLK‘, wie es in 19 gezeigt ist, erhalten werden, sind in 18 durch horizontale Linien veranschaulicht. Wie ersichtlich ist, werden diese Abtastwerte an unterschiedlichen Positionen einer Periode des Strommesssignals CS erhalten, so dass diese Abtastwerte eine bessere Darstellung des Strommesssignals CS liefern.
Gemäß einem Beispiel wird ein modifiziertes Taktsignal CLK‘ des in 19 gezeigten Typs aus einem in 18 gezeigten periodischen Taktsignal CLK erhalten durch Unterteilen jeder Abtastperiode T in n3 Unterperioden, wobei eine Dauer jeder dieser Unterperioden gegeben ist durch T/n3. In jeder Abtastperiode T wird eine dieser Unterperioden zufällig oder pseudozufällig ausgewählt und ein Signalimpuls wird in der jeweiligen Unterperiode erzeugt. 20 zeigt eine Schaltung 45, die dazu ausgebildet ist, das Taktsignal CLK‘ auf diese Weise zu erzeugen.
Diese Schaltung 45 ist beispielsweise in der ersten Schutzschaltung 4 enthalten und erhält das Taktsignal CLK und liefert das modifizierte Taktsignal an den ADC 42. In diesem Fall erhält die in 9 gezeigte Abtast- und Kodierschaltung 442 das modifizierte Taktsignal CLK‘ anstelle des Taktsignals CLK. Das Filter 43 kann immer noch basierend auf dem Taktsignal CLK arbeiten.
Bezug nehmend auf 20 umfasst die Schaltung 45 eine Reihe (Kette) von Verzögerungselementen 451 ₁–451 _n3, die bei der n3-fachen Frequenz des Taktsignals CLK arbeiten. Diese Verzögerungselemente sind in Reihe geschaltet. Das Betreiben der Verzögerungselemente 451 ₁–451 _n3 bei der n3-Fachen Frequenz des Taktsignals CLK bedeutet, dass ein durch ein erstes 451 ₁ der Verzögerungselemente erhaltener Signalpuls des Taktsignals CLK bei der n3-fachen Frequenz des Taktsignals CLK durch die Reihe von Verzögerungselemente „läuft“. Das heißt, der Signalpuls wird durch das erste Verzögerungselement 451 ₁ bei T/n3 ausgegeben, nachdem er in die Kette von Verzögerungselementen eingegeben wurde, wird durch ein zweites 451 ₂ der Verzögerungselemente bei 2T/n3 ausgegeben, nachdem er am Eingang erhalten wurde, und so weiter. Dies ist in 21 veranschaulicht, wo Zeitdiagramme des Taktsignals CLK und Ausgangssignale der einzelnen Verzögerungselemente in einer Periode T des Taktsignals veranschaulicht sind.
Die Schaltung 45 umfasst außerdem mehrere Logikgatter 454 ₀–454 _n3, die beispielsweise UND-Gatter sind. Eines 454 ₀ dieser Logikgatter erhält das Taktsignal CLK und jedes der anderen 454 ₁–454 _n3 dieser Logikgatter erhält das Ausgangssignal S451₁–S451_n3 eines jeweiligen Verzögerungselements 451 ₁–451 _n3 und ein Bit eines Auswahlsignals S453. Das Auswahlsignal S453 wird durch einen Kodierer basierend auf einem durch einen Signalgenerator 452 erzeugten zufälligen oder pseudozufälligen Signal S452 erzeugt. Das zufällige oder pseudozufällige Signal S452 umfasst beispielsweise eine Folge von Binärworten, wobei in jeder Abtastperiode ein Binärwort ausgegeben wird und die Unterperiode definiert, in der der Signalpuls erzeugt werden kann. Wenn beispielsweise eine Abtastperiode in 8 (= n3 + 1) Unterperioden unterteilt ist, können die Binärworte des Signals S452 3 Bits haben. Allgemein haben die durch den Signalgenerator 452 ausgegebenen Binärworte wenigstens log₂(n3 + 1) Bits, wenn eine Abtastperiode in n3 + 1 Unterperioden unterteilt ist.
Der Kodierer 453 erzeugt basierend auf jedem vom Signalgenerator 452 erhaltenen Binärwort ein jeweiliges Binärwort mit n3 + 1 Bits des Auswahlsignals S453. Jedes dieser n3 + 1 Bits wird durch ein jeweiliges Logikgatter 454 ₀–454 _n3 erhalten. Dieses Binärwort wählt in jedem Taktzyklus entweder das Taktsignal CLK oder eines der Ausgangssignale S451₁–S451_n3 der Verzögerungselemente 451 ₁–451 _n3 aus, das modifizierte Taktsignal CLK‘ zu sein, wobei sich die Auswahl von Taktzyklus zu Zyklus ändern kann. Gemäß einem Beispiel erzeugt der Kodierer 453 das Binärwort so, dass nur eines dieser Bits „1“ ist und die anderen Bits „0“ sind. Das durch das UND-Gatter, das die „1“ in einem Taktzyklus erhält, erhaltene Ausgangssignal ist in diesem Taktzyklus das modifizierte Taktsignal CLK‘. Das modifizierte Taktsignal CLK‘ wird durch ein weiteres Logikgatter 455 ausgegeben, das an die Ausgänge der Logikgatter 454 ₀–454 _n3 gekoppelt ist. Das andere Logikgatter 455 ist beispielsweise ein ODER-Gatter.
Gemäß einem Beispiel ist der Signalgenerator 452 ein Pseudozufalls-Signalgenerator und enthält ein linear rückgekoppeltes Schieberegister (Linear Feedback Shift Register, LFSR). Gemäß einem Beispiel erhält der Signalgenerator das Taktsignal CLK und erzeugt ein neues pseudozufälliges Binärwort in jedem Taktzyklus. Ausgangswerte eines LFSR sind nicht zufällig. Insbesondere kann eine Korrelation zwischen mehreren aufeinanderfolgenden Ausgangswerten vorhanden sein. Um eine Korrelation zwischen aufeinanderfolgenden, durch den Codierer 453 erhaltenen Ausgangswerten zu vermeiden, erhält das LFSR gemäß einem Beispiel ein Taktsignal mit einer Frequenz, die höher ist als das Taktsignal CLK und nur jeder m-te Ausgangswert des LFSR wird dazu verwendet, das Auswahlsignal S453 zu erzeugen. Gemäß einem Beispiel ist m 5, 7 oder höher als 7. Alternativ nutzt der Codierer nur jeden m-ten von dem Signalgenerator 452 erhaltenen Ausgangswert, um das modifizierte Taktsignal CLK‘ zu erzeugen.
Gemäß einem Beispiel kann die Steuerschaltung 1, und damit die elektronische Schaltung, in wenigstens zwei unterschiedlichen Betriebsarten arbeiten. Gemäß einem Beispiel umfassen die wenigstens zwei unterschiedlichen Betriebsarten eine erste Betriebsart und eine zweite Betriebsart. Gemäß einem Beispiel ist ein Satz von Funktionen, die durch Steuerschaltung 2 in der zweiten Betriebsart ausgeführt werden, im Vergleich zu einem Satz von Funktionen, die durch die Steuerschaltung in der ersten Betriebsart ausgeführt werden, reduziert. Gemäß einem Beispiel ist die Steuerschaltung 1 dazu ausgebildet, in der zweiten Betriebsart einen Satz von Grundfunktionen auszuführen, und ist dazu ausgebildet, in der ersten Betriebsart den Satz von Grundfunktionen und wenigstens eine zusätzliche Funktion auszuführen. Damit ist der Leistungsverbrauch der Steuerschaltung 1 in der zweiten Betriebsart niedriger als in der ersten Betriebsart.
Gemäß einem Beispiel umfasst der Satz von Grundfunktionen der Steuerschaltung 1 das Ansteuern des elektronischen Schalters 2 basierend auf dem Eingangssignal SIN, das Überwachen des Laststroms I_L und wenigstens eines von Erzeugen des Übertemperaturschutzsignals S52 und Erzeugen der Überstromschutzsignals S53. Gemäß einem Beispiel umfasst die wenigstens eine zusätzliche Funktion das Erzeugen des ersten Schutzsignals (Leitungsschutzsignal) S4. Nachfolgend wird die erste Betriebsart auch als Leitungsschutzbetrieb bezeichnet und die zweite Betriebsart wird auch als Ruhebetrieb (engl.: idle mode) bezeichnet.
22 zeigt ein Beispiel der Steuerschaltung 1, die dazu ausgebildet ist, in einer von wenigstens zwei unterschiedlichen Betriebsarten zu arbeiten. Bei diesem Beispiel umfasst die Steuerschaltung 1 einen Betriebsartcontroller 6, der dazu ausgebildet ist, die jeweilige Betriebsart auszuwählen. Gemäß einem Beispiel geht die Steuerschaltung 1 wenigstens abhängig von dem Laststrom I_L in die zweite Betriebsart über, insbesondere, wenn der Laststrom I_L unter eine vordefinierte Stromschwelle absinkt. Diese Stromschwelle wird nachfolgend als Ruhebetriebsschwelle bezeichnet. Gemäß einem Beispiel verwendet der Betriebsartcontroller 6 zusätzliche Kriterien, um in die zweite Betriebsart überzugehen. Diese Kriterien umfassen beispielsweise das Ausgangssignal S43 des Filters 43 (in 22 nicht dargestellt), das in der Schutzschaltung 4 enthalten ist, eine Temperaturdifferenz zwischen einer Temperatur in dem elektronischen Schalter 2 und einer Temperatur in der Steuerschaltung 1, und eine Umgebungstemperatur. Ein Signal, das die Temperaturdifferenz repräsentiert, ist in 22 als dT bezeichnet, und ein Signal, das die Umgebungstemperatur bezeichnet, ist in 22 als aT bezeichnet. Gemäß einem Beispiel geht die Steuerschaltung in die zweite Betriebsart nur dann über, wenn wenigstens eines der folgenden Kriterien erfüllt ist: (a) das Filterausgangssignal S43 ist null; (b) eine Temperaturdifferenz dT zwischen der Temperatur in dem elektronischen Schalter 2 und der Temperatur in der Steuerschaltung 1 ist unterhalb einer vordefinierten Temperaturschwelle; (c) die Umgebungstemperatur ist unterhalb einer vordefinierten Temperaturschwelle; (d) ein Einschaltwiderstand des elektronischen Schalters 2 ist höher als eine vordefinierte Widerstandsschwelle. Gemäß einem Beispiel wird die Temperaturdifferenz dT unter Verwendung des Temperatursensors in der Übertemperaturdetektionsschaltung 52 und eines weiteren Temperatursensors (der in den Zeichnungen nicht gezeigt ist) in der Steuerschaltung 1 gemessen. Gemäß einem Beispiel wird die Umgebungstemperatur durch den Temperatursensor in der Steuerschaltung 1 oder durch den Temperatursensor in der Übertemperaturschutzschaltung gemessen. Der Einschaltwiderstand des elektronischen Schalters 2 ist der elektrische Widerstand des elektronischen Schalters im Ein-Zustand. Der Einschaltwiderstand ist gegeben durch die Laststreckenspannung V2 des elektronischen Schalters 2 im Ein-Zustand geteilt durch den Laststrom, R_ON = V2/I_L. Gemäß einem Beispiel ist die Steuerschaltung 1 dazu ausgebildet, den Einschaltwiderstand R_ON basierend auf der durch die Überspannungsschutzschaltung gemessene Laststreckenspannung V2 und dem Strommesssignal CS zu berechnen. Wenn der Einschaltwiderstand R_ON unterhalb der vordefinierten Widerstandsschwelle ist, kann dies ein Hinweis dafür sein, dass der elektronische Schalter 2 beschädigt ist, so dass die Steuerschaltung 1 nicht in den Ruhebetrieb übergeht.
Der Betriebsartcontroller 6 kann das Strommesssignal CS oder das Ausgangssignal S42 von dem ADC 42 (vgl. 8) in der ersten Schutzschaltung 4 erhalten, um den Laststrom I_L zu überwachen und die Steuerschaltung 1 basierend auf diesem Signal S42 oder CS in einer von der ersten und zweiten Betriebsart zu betreiben. Gemäß einem Beispiel erzeugt der Betriebsartcontroller 6 ein Statussignal S_IDLE, das anzeigt, ob die Steuerschaltung 1 im Ruhebetrieb oder im Leitungsschutzbetrieb ist. Dieses Statussignal wird nachfolgend auch als internes Statussignal bezeichnet. Eine Statusschaltung 7 ist dazu ausgebildet, das interne Statussignal S_IDLE zu erhalten und an einem Ausgangspin P_STATUS der Steuerschaltung 1 ein Statussignal S_STATUS auszugeben. Außer dem internen Statussignal S_IDLE erhält die Statusschaltung 7 das ADC-Ausgangssignal S42 von dem ADC 42 (in 22 nicht gezeigt) in der ersten Schutzschaltung (Leitungsschutzschaltung) 4. Der ADC 42 kann ein linearer ADC oder ein logarithmischer ADC sein.
Gemäß einem Beispiel ist die Statusschaltung 7 dazu ausgebildet, das Statussignal S_STATUS so zu erzeugen, dass das Statussignal S_STATUS einen Aufweckpuls aufweist, wenn die Betriebsart von dem zweiten Betrieb in den ersten Betrieb wechselt und nach dem Aufweckpuls auf dem ADC-Ausgangssignal S42 basiert. Dies ist in 23 veranschaulicht, welche Zeitdiagramme des Laststroms I_L, des internen Statussignals S_IDLE und des externen Statussignals S_STATUS zeigt. Gemäß einem Beispiel wechselt die Betriebsart von der zweiten Betriebsart zu der ersten Betriebsart, wenn der Laststrom I_L über eine vordefinierte Stromschwelle I_L-TH ansteigt. Gemäß einem (in 23 gezeigten) Beispiel arbeitet die Statusschaltung getaktet, wie in 23 durch die Taktzyklen T veranschaulicht ist. Bei diesem Beispiel erzeugt die Statusschaltung 7 den Aufweckpuls in dem Taktzyklus, der dem Taktzyklus folgt, in dem der Laststrom die Schwelle I_L-TH kreuzt. Außerdem wechselt das interne Statussignal S_IDLE von einem Signalpegel, der anzeigt, dass die Steuerschaltung 1 im Ruhebetrieb ist, zu einem Signalpegel, der anzeigt, dass die Steuerschaltung 1 im Leitungsschutzbetrieb ist, zu Beginn des nächsten Taktzyklus, nachdem der Laststrom I_L die Schwelle I_L-TH gekreuzt hat. Lediglich zur Erläuterung ist bei dem in 23 gezeigten Beispiel der Ruhebetrieb repräsentiert durch einen hohen Signalpegel und der Leitungsschutzbetrieb repräsentiert durch einen niedrigen Signalpegel des internen Statussignals S_IDLE.
Wenn das interne Statussignal S_IDLE‘ anzeigt, dass die Betriebsart in dem Leitungsschutzbetrieb gewechselt hat, erzeugt das Statussignal 7 einen Aufweckpuls. Gemäß einem Beispiel wird dieser Aufweckpuls dazu verwendet, einen Mikrocontroller „zu wecken“, der beispielsweise das Eingangssignal S_IN der Steuerschaltung 1 erzeugt. Nach dem Aufweckpuls leitet die Statusschaltung 7 das ADC-Ausgangssignal S42 an den Statusausgang P_STATUS weiter. Unter Verwendung des ADC-Ausgangssignals S42 kann der Mikrocontroller beispielsweise eine externe Schutzfunktion ausführen. Eine „externe Schutzfunktion“ ist eine durch eine externe Schaltung, wie beispielsweise einen Mikrocontroller, durchgeführte Schutzfunktion. Basierend auf dieser externen Schutzfunktion kann der Mikrocontroller den elektronischen Schalter 2 ausschalten durch Erzeugen eines Aus-Pegels des Eingangssignals S_IN. Gemäß einem Beispiel hat der Aufweckimpuls einen Signalpegel, der geeignet ist, durch den Mikroprozessor im Schlafbetrieb (Sleep Mode) detektiert zu werden.
24 zeigt eine Modifikation der in 22 gezeigten Steuerschaltung 1. Bei dieser Steuerschaltung 1 ist die Statusschaltung 7 dazu ausgebildet, ein Freigabesignal S_{ST_ENABLE} über einen weiteren Eingangsknoten P_{ST_ENABLE} zu erhalten. Dieses Freigabesignal S_{ST_ENABLE} wird beispielsweise durch die externe Schaltung (nicht dargestellt) erzeugt, die das Statussignal S_STATUSerhält. Bei diesem Beispiel ist die Statusschaltung 7 dazu ausgebildet, eine Statusinformation über das Statussignal S_STATUS im Ruhebetrieb und im Leitungsschutzbetrieb nur auf Anforderung durch das Freigabesignal S_{ST_ENABLE} auszugeben. Dies in 25 veranschaulicht, in der Zeitdiagramme des Laststroms I_L, des externen Statussignals ST_STATUS, des internen Statussignals S_IDLE und des Freigabesignals S_{ST_ENABLE} gezeigt sind. Bezug nehmend auf 25 kann das Freigabesignal S_{ST_ENABLE} zwei Signalpegel haben, einen ersten Signalpegel, der die Statusschaltung 7 freigibt, eine Statusinformation auszugeben, und einen zweiten Pegel, der die Statusschaltung deaktiviert, die Statusinformation auszugeben. Lediglich zur Erläuterung ist bei dem in 25 gezeigten Beispiel der Pegel, der die Statusschaltung 7 freigibt, ein hoher Pegel und der Pegel, der die Statusschaltung 7 deaktiviert, ein niedriger Pegel. Bezug nehmend auf 25 gibt die Statusschaltung 7 einen Signalpuls aus, der anzeigt, dass die Steuerschaltung 7 im Ruhebetrieb ist, wenn sie im Ruhebetrieb durch das Freigabesignal S_{ST_ENABLE} freigegeben wird. Dieser Signalpuls unterscheidet sich von dem Aufweckpuls. Gemäß einem Beispiel ist ein Pegel des Signalpulses, der den Ruhebetrieb anzeigt, niedriger als ein Pegel des Aufweckpulses. Wenn sie im Leitungsschutzbetrieb durch das Freigabesignal S_{ST_ENABLE} freigegeben ist, gibt die Statusschaltung 7 das ADC-Ausgangssignal S42 als die Statusinformation aus. Unabhängig vom Signalpegel des Statussignals S_{ST_ENABLE} gibt die Statusschaltung 7 den Aufweckimpuls aus, wenn die Steuerschaltung 1 vom Ruhebetrieb in den Leitungsschutzbetrieb wechselt. Dieser Wechsel wird dadurch repräsentiert, dass das interne Statussignal S_IDLE seinen Signalpegel wechselt.
Gemäß einem Beispiel unterscheidet sich der Proportionalitätsfaktor k_ILIS im Ruhebetrieb und im Leitungsschutzbetrieb. Gemäß einem Beispiel ist k_ILIS im Ruhebetrieb niedriger als im Leitungsschutzbetrieb, so dass bei einem gegebenen Signalpegel des Laststroms I_L, der Messstrom I_S (der gleich dem Strommesssignal CS sein kann), und damit das ADC-Ausgangssignal, im Ruhebetrieb höher ist als im Leitungsschutzbetrieb. Damit können die im Ruhebetrieb auftretenden kleineren Ströme präzise gemessen werden. Ein Variieren des Proportionalitätsfaktors abhängig von der Betriebsart ist in 24 dadurch veranschaulicht, dass der Betriebsartcontroller 6 das Steuersignal S29 ausgibt, das Bezug nehmend auf 7 den Proportionalitätsfaktor k_ILIS einstellt. Der Wechsel des Proportionalitätsfaktors k_ILIS, wenn die Steuerschaltung von der zweiten Betriebsart in die erste Betriebsart wechselt, ist schematisch in 25 veranschaulicht.
Bezug nehmend auf das Voranstehende können eine oder mehrere Funktionen, die die Steuerschaltung 1 im Leitungsschutzbetrieb hat, im Ruhebetrieb deaktiviert werden, um den Leistungsverbrauch der Steuerschaltung 1 im Ruhebetrieb im Vergleich zum Leitungsschutzbetrieb zu reduzieren. Bezug nehmend auf 24 kann die Steuerschaltung 1 eine Leistungsversorgungsschaltung 54 umfassen, die zwischen die Versorgungsknoten für das positive Versorgungspotenzial V_BAT und Massepotenzial GND geschaltet ist. Diese Leistungsversorgungsschaltung 54 ist dazu ausgebildet, die Versorgungsspannungen der einzelnen Funktionsblöcke der Steuerschaltung 1 basierend auf der zwischen den Versorgungsknoten verfügbaren Versorgungsspannung zu erzeugen. Gemäß einem Beispiel ist der Betriebsartcontroller 6 durch Steuern der Leistungsversorgungsschaltung 54 dazu ausgebildet, im Ruhebetrieb einige der Funktionsblöcke aktiviert zu halten.
Gemäß einem Beispiel kann die Steuerschaltung 1 außer in der ersten Betriebsart (Leitungsschutzbetrieb) und der zweiten Betriebsart (Ruhebetrieb) in weiteren Betriebsarten arbeiten. Einige dieser weiteren Betriebsarten sind unten anhand von 26 erläutert. 26 zeigt eine Modifikation der in 22 gezeigten Steuerschaltung, der Statusfreigabeeingang P_{ST_ENABLE} ist optional, und daher in 26 in gestrichelten Linien dargestellt. Die in 26 gezeigte Steuerschaltung 1 umfasst einen weiteren Eingang PCC, der nachfolgend als kapazitiver Ladeeingang bezeichnet wird. Dieser Eingang PCC ist an den Betriebsartkontroller 6 gekoppelt und dient dazu, die Steuerschaltung 6 in einer dritten Betriebsart zu betreiben, die nachfolgend als kapazitiver Ladebetrieb bezeichnet wird. Im Ruhebetrieb oder im Leitungsschutzbetrieb, die zuvor erläutert wurden, schaltet die Überstromschutzschaltung 53 den elektronischen Schalter 2 ab, wenn der Laststrom I_L eine vordefinierte Überstromschwelle erreicht. Wenn die Last Z beispielsweise eine kapazitive Last ist, die entladen wurde, bevor der elektronische Schalter 2 einschaltet, kann ein hoher Anlaufstrom fließen, wenn der elektronische Schalter 2 einschaltet, so dass der Laststrom I_L die Überstromschwelle erreichen kann, bevor die kapazitive Last geladen wurde und der Laststrom I_L wieder absinkt. Ein solcher Betrieb der Steuerschaltung 1 im Ruhebetrieb oder Leitungsschutzbetrieb ist in 27A veranschaulicht.
27A zeigt Zeitdiagramme des Eingangssignals S_IN, des Laststroms I_L, des Ansteuersignals S3 und eines am Eingang PCC erhaltenen kapazitiven Ladesignals S_CC. Im Ruhebetrieb oder Leitungsschutzbetrieb hat das kapazitive Ladesignal S_CC einen Signalpegel, der anzeigt, dass die Steuerschaltung 1 nicht im kapazitiven Ladebetrieb betrieben werden soll. Lediglich zur Erläuterung ist bei dem in 27A gezeigten Beispiel dieser Signalpegel ein niedriger Pegel. Wie anhand von 27A ersichtlich ist, schaltet die Steuerschaltung 1 im Leitungsschutzbetrieb oder Ruhebetrieb den elektronischen Schalter 2 aus, wenn der Laststrom I_L eine Überstromschwelle OC erreicht.
27B zeigt Zeitdiagramme derselben Signale, wie sie in 27A gezeigt sind, im kapazitiven Ladebetrieb. In dieser Betriebsart hat das kapazitive Ladesignal S_CC einen Signalpegel, der anzeigt, dass es gewünscht ist, die Steuerschaltung im kapazitiven Ladebetrieb zu betreiben. Lediglich zur Erläuterung ist dieser Signalpegel bei dem in 27B gezeigten Beispiel ein hoher Pegel. Im kapazitiven Ladebetrieb ist die Steuerschaltung 1 dazu ausgebildet, den Laststrom I_L auf eine Stromschwelle OL zu regeln. Diese Stromschwelle OL kann die Überstromschwelle OC darunter sein.
Um den Laststrom I_L zu regeln, kann die Steuerschaltung 1 einen Regler 8, der in 26 gezeigt ist, umfassen. Dieser Regler 8 ist zwischen den Steuerknoten 21 und den zweiten Lastknoten 23 geschaltet und ist dazu ausgebildet, die Ansteuerspannung, welche bei einem MOSFET die Gate-Source-Spannung ist, abhängig von dem Laststrom I_L zu regeln. Um eine Information über den Laststrom I_L zu erhalten, erhält der Regler entweder das Strommesssignal CS (wie dargestellt) oder das Ausgangssignal S42 des ADC in der ersten Schutzschaltung 4. Der Regler 8 ist dazu ausgebildet, die Ansteuerspannung so zu regeln, dass der Laststrom I_L gleich dem gewünschten Strompegel im kapazitiven Ladebetrieb ist. Gemäß einem Beispiel wird der Regler durch den Betriebsartcontroller aktiviert, wenn der Laststrom I_L die Stromschwelle OL erreicht hat. Hierzu erhält der Betriebsartcontroller 6 das Strommesssignal oder das Ausgangssignal S42 des ADC. Wenn der Regler 8 aktiv ist, regelt er die Ansteuerspannung VGS des elektronischen Schalters derart, dass der Laststrom auf die Stromschwelle OL begrenzt ist.
Gemäß einem Beispiel ist die Steuerschaltung 1 dazu ausgebildet, verschiedene Arten von Leitungen im Leitungsschutzbetrieb zu schützen. In diesem Fall umfasst die Steuerschaltung 1 einen weiteren Eingang P_W, der nachfolgend als Leitungsarteingang bezeichnet wird. Ein Signal S_W, das an diesem Leitungsarteingang P_W erhalten wird, stellt die erste Schutzschaltung 4 auf die jeweilige Art der durch das Signal S_W repräsentierten Leitung ein. Insbesondere kann das Signal S_W den Parameter α in dem Filter 43 und/oder das Schwellensignal S43_TH in der Komparatorschaltung 44 in der erläuterten Weise einstellen.
Gemäß einem Beispiel ist die Steuerschaltung 4 dazu ausgebildet, den Laststrom I_L zu überwachen, wenn der Laststrom unterhalb der Ruhebetriebsschwelle ist. „Zu überwachen“ kann umfassen, den Laststrom I_L mit einer Leckstromschwelle zu vergleichen, die unterhalb der Ruhebetriebsschwelle liegt und sich von null unterscheidet. Das Vergleichen des Laststroms mit einer Leckstromschwelle kann das Vergleichen des Strommesssignals CS mit einer jeweiligen Schwelle umfassen. Gemäß einem Beispiel ist die Steuerschaltung 1 dazu ausgebildet, ein Signal auszugeben, das anzeigt, dass ein übermäßiger Leckstrom vorhanden ist, wenn für länger als eine vordefinierte Zeitdauer ein Laststrom I_L detektiert wurde, der höher ist als die Leckstromschwelle. Gemäß einem Beispiel wird dieses Signal über den Statusausgang P_STATUS ausgegeben. Gemäß einem Beispiel ist die Schwelle, die mit dem Strommesssignal CS verglichen wird, um das Übermäßiger-Leckstrom-Signal zu erzeugen, einstellbar. Gemäß einem weiteren Beispiel ist diese Schwelle fest vorgegeben, aber die Steuerschaltung 1 ist dazu ausgebildet, den k_ILIS-Faktor so einzustellen, dass der Strompegel des Leckstroms, der das Erzeugen des Übermäßiger-Leckstrom-Signals auslöst, über den k_ILIS-Faktor eingestellt werden kann.
28 zeigt eine Steuerschaltung 1 gemäß einem weiteren Beispiel. Außer der ersten Betriebsart (Leitungsschutzbetrieb) und der zweiten Betriebsart (Ruhebetrieb) kann die in 28 gezeigte Steuerschaltung 1 in einer weiteren Betriebsart betrieben werden, die nachfolgend als Testbetrieb bezeichnet wird. Hierzu umfasst die Steuerschaltung 1 einen Eingangspin PTEST, der nachfolgend als Testpin bezeichnet wird. Über den Testpin PTEST ist die Steuerschaltung 1 dazu ausgebildet, ein Testsignal S_TEST zu erhalten. Das Testsignal STEST zeigt an, ob die Steuerschaltung 1 im Testbetrieb betrieben werden soll. Gemäß einem Beispiel können mehrere Funktionen der Steuerschaltung 1 im Testbetrieb getestet werden. Bei diesem Beispiel zeigt das Testsignal STEST an, dass es gewünscht ist, die Steuerschaltung 1 zu testen, und welche der Funktionen getestet werden soll. Die in 28 gezeigte Steuerschaltung umfasst den anhand von 26 erläuterten Statusausgang P_STATUS. Über den Statusausgang P_STA-T_US kann die Steuerschaltung 1 das Strommesssignal CS oder das ADC-Ausgangssignal S42 in einer Betriebsart, die sich vom Testbetrieb unterscheidet, wie beispielsweise im Leitungsschutzbetrieb, ausgeben. Dies ist oben anhand von 26 erläutert. Bei der in 28 gezeigten Steuerschaltung 1 ist nicht nur die Statusschaltung 7, sondern auch die Testschaltung 9 an den Statusausgang P_STATUS gekoppelt. Die Testschaltung 9 erhält das Strommesssignal CS oder das ADC-Ausgangssignal S42 (wie dargestellt), das Eingangssignal S_IN und Signale von den zu testenden Funktionsblöcken.
Ein Beispiel, wie die Steuerschaltung 1 im Testbetrieb arbeiten kann, wird anhand der 29A–29C erläutert. Diese Figuren zeigen Zeitdiagramme des Testsignals STEST. Gemäß einem Beispiel hat das Testsignal STEST entweder einen konstanten Pegel, der bei dem in 28 gezeigten Beispiel ein niedriger Pegel ist, oder umfasst periodisch auftretende Signalpulse. Der konstante Pegel zeigt an, dass es nicht gewünscht ist, die Steuerschaltung 1 im Testbetrieb zu betreiben. Die Signalpulse zeigen an, dass es gewünscht ist, die Steuerschaltung im Testbetrieb zu betreiben. Gemäß einem Beispiel können im Testbetrieb verschiedene Funktionen getestet werden. Bei diesem Beispiel wird die zu testende Funktion durch eine Frequenz, bei welcher die Pulse auftreten, definiert. Gemäß einem Beispiel variiert nicht nur die Frequenz, bei der die Pulse auftreten, sondern auch deren Dauer abhängig von der Funktion, die getestet werden soll. Gemäß einem Beispiel ist die Dauer der Signalpulse 50 % einer Zyklusperiode. Solche Pulse können als pulsweitenmodulierte (PWM) Pulse mit einem Tastverhältnis (Duty Cycle) von 50 % angesehen werden.
Lediglich zur Erläuterung sei angenommen, dass im Testbetrieb drei unterschiedliche Funktionen getestet werden können. Die 29A–29C zeigen Beispiele von Zeitdiagrammen, die das Testsignal STEST haben kann, um die Funktion (den Funktionsblock) die getestet werden soll, an den Betriebsartcontroller 6 zu signalisieren. Diese drei unterschiedlichen Funktionen oder Funktionsblöcke umfassen beispielsweise die Überstromschutzschaltung 52 und deren Funktion, die Übertemperaturschutzschaltung 52 und deren Funktion und eine Temperaturdelta-Funktion. Die Temperaturdelta-Funktion vergleicht die oben erläuterte Temperaturdifferenz dT zwischen dem elektronischen Schalter 2 und der Steuerschaltung 1 mit einer Temperaturdifferenzschwelle. Es sei erwähnt, dass dies nur Beispiele von Funktionen sind, die getestet werden können. Der Betriebsartcontroller 6 und die Testschaltung 9 sind nicht darauf beschränkt, nur diese Funktionen zu testen.
Das Testsignal STEST umfasst beispielsweise Signalpegel bei einer ersten Frequenz f1, wie in 29A gezeigt, um die Überstromschutzschaltung 53 zu testen, bei einer zweiten Frequenz f2, wie in 29B gezeigt, um die Übertemperaturschutzschaltung 52 zu testen, und bei einer dritten Frequenz f3, wie in 29C gezeigt, um die dT-Funktion zu testen. Lediglich zur Erläuterung gilt bei dem in den 29A–29C gezeigten Beispiel f 1 = f2f2 = 3f3. Bei diesen Figuren sind außer den Zeitdiagrammen des Testsignals STEST die Zeitperioden, in denen die Steuerschaltung 1 im Testbetrieb ist, angezeigt.
Bezug nehmend auf das Voranstehende kann die Überstromschutzschaltung im Testbetrieb getestet werden. Die Überstromschutzschaltung 53 erhält das Strommesssignal CS und vergleicht das Strommesssignal CS mit einer Überstromschwelle. Um die Funktion der Überstromschutzschaltung 53 zu testen, ist der Betriebsartcontroller 6 dazu ausgebildet, im Testbetrieb die Überstromschwelle auf einen Pegel zu setzen, der durch den Laststrom I_L erreicht wird, wenn ein Nennstrom durch den elektronischen Schalter 2 fließt. Um die Überstromschutzschaltung 53 zu testen, schaltet der elektronische Schalter 2 vorgegeben durch das Eingangssignal S_IN ein, wobei die Überstromschutzschaltung 53 den Test besteht, wenn die Überstromschutzschaltung 53 im Testbetrieb einen Schutzpegel des Überstromschutzsignals S53 erzeugt.
Gemäß einem weiteren Beispiel ist die Steuerschaltung 1 dazu ausgebildet, im Testbetrieb die Übertemperaturschutzschaltung 52 zu testen. Die Übertemperaturschutzschaltung 52 ist dazu ausgebildet, die Temperatur des elektronischen Schalters 2 zu messen und die gemessene Temperatur mit einer Übertemperaturschwelle zu vergleichen, wobei die Übertemperaturschutzschaltung 52 einen Schutzpegel des Übertemperaturschutzsignals S52 erzeugt, wenn die gemessene Temperatur oberhalb der Übertemperaturschwelle ist. Um die Übertemperaturschutzschaltung 52 zu testen, schaltet der elektronische Schalter 2 gesteuert durch das Eingangssignal S_IN ein, und die Übertemperaturschwelle wird verringert, so dass unter normalen Bedingungen, wie beispielsweise durch den elektronischen Schalter 2 fließenden Laststrom, die gemessene Temperatur die verringerte Schwelle erreicht. Die Übertemperaturschutzschaltung 52 besteht den Test, wenn die gemessene Temperatur die verringerte Temperaturschwelle erreicht, so dass das Übertemperaturschutzsignal S52 während des Testbetriebs den Schutzpegel aufweist.
Zum Testen der Temperaturdifferenzschutzschaltung 54 schaltet der elektronische Schalter 2 gesteuert durch das Eingangssignal S_IN in ähnlicher Weise ein und die Temperaturdifferenzschwelle wird verringert, so dass unter normalen Betriebsbedingungen, wie beispielsweise einem durch den elektronischen Schalter 2 fließenden Nennstrom, die gemessene Temperaturdifferenz die verringerte Schwelle erreicht. Die Temperaturdifferenzschutzschaltung 54 besteht den Test, wenn die gemessene Temperatur die verringerte Temperaturschwelle erreicht, so dass das Temperaturdifferenzschutzsignal S54 während des Testbetriebs den Schutzpegel aufweist.
Die Testschaltung 9 ist dazu ausgebildet, den Signalpegel des Signals S_STATUS an dem Pin P_STATUS abhängig von dem Testergebnis zu variieren. Gemäß einem Beispiel gibt die Testschaltung 9 einen Nicht-Bestanden-Pegel, wenn ein Test nicht bestanden wird, und einen Bestanden-Pegel, wenn eine Funktion erfolgreich getestet wurde, aus. Gemäß einem Beispiel werden unterschiedliche Bestanden-Pegel für verschiedene zu testende Funktionen ausgegeben. Ein erster Bestanden-Pegel wird beispielsweise ausgegeben, wenn die Überstromschutzschaltung 53 erfolgreich getestet wurde, ein zweiter Bestanden-Pegel wird ausgegeben, wenn die Übertemperaturschutzschaltung 52 erfolgreich getestet wurde, und ein dritter Bestanden-Pegel wird ausgegeben, wenn die Temperaturdelta-Funktion erfolgreich getestet wurde. Beispiele der Nicht-Bestanden-Pegel und der Bestanden-Pegel sind in 29 veranschaulicht.
31 zeigt Zeitdiagramme der Signale im Testbetrieb. Insbesondere zeigt 31 Zeitdiagramme des Testsignals STEST, des Eingangssignals S_IN und des Statussignals S_STATUS. Die Funktion, die in bestimmten Zeitperioden getestet wird, ist in 31 ebenfalls angezeigt. Lediglich zur Veranschaulichung zeigt 31 die Zeitdiagramme in zwei verschiedenen Testszenarien. Ein erstes Testszenario, welches das Testen der Überstromschutzfunktion betrifft, beginnt, wenn der Betriebsartcontroller basierend auf dem Testsignal STEST detektiert hat, welche der Funktionen getestet werden soll. Gemäß einem Beispiel ist der Betriebsartcontroller dazu ausgebildet, die Funktion, die getestet werden soll, nach einer Periode des PWM-Testsignals zu detektieren. Im Überstromtestbetrieb gibt die Testschaltung 9 den ersten Bestanden-Pegel aus, wenn das Eingangssignal S_IN einen Ein-Pegel hat und wenn die Überstromschutzschaltung 53 den Test besteht. Wenn die Überstromschutzschaltung 53 den Test nicht besteht, gibt die Testschaltung 9 in einer Zeitperiode, in der das Eingangssignal S_IN den Ein-Pegel hat, den Nicht-Bestanden-Pegel aus. Entsprechend gibt die Testschaltung 9 im Übertemperaturtestbetrieb den zweiten Bestanden-Pegel aus, wenn das Eingangssignal S_IN einen Ein-Pegel hat und wenn die Übertemperaturschutzschaltung 52 den Test besteht.
Gemäß einem Beispiel, wie es in 31 gezeigt ist, gibt die Schutzschaltung 9 einen Signalpegel, der sich von null unterscheidet, an dem Statusausgang SSTA-T_US aus, der anzeigt, dass die Steuerschaltung 1 im Testbetrieb ist. Dieser Signalpegel kann als Testpegel bezeichnet werden. Gemäß einem Beispiel gibt die Steuerschaltung 1 den Testpegel aus, sobald die Steuerschaltung 1 in den Testbetrieb übergeht. Dieser Testpegel unterscheidet sich von dem Nicht-Bestanden-Pegel und den Bestanden-Pegeln.
Bei den oben erläuterten Beispielen umfasst die Steuerschaltung 1 einen Eingang und ist dazu ausgebildet, den elektronischen Schalter 2 basierend auf einem Signalpegel des am Eingang erhaltenen Eingangssignals S_IN anzusteuern. Gemäß einem weiteren Beispiel wird dieser Eingang weggelassen und die Steuerschaltung steuert den elektronischen Schalter 2 basierend auf einer durch die Steuerschaltung erhaltenen Versorgungsspannung an. Dies wird unten anhand von 32 erläutert. Die in 32 gezeigte elektronische Schaltung basiert auf der in 26 gezeigten elektronischen Schaltung. Allerdings kann das Konzept des Ansteuerns des elektronischen Schalters 2 basierend auf der Versorgungsspannung anstelle des Eingangssignals S_IN auch auf jede der anderen oben erläuterten elektronischen Schaltungen angewendet werden.
Bei der in 32 gezeigten elektronischen Schaltung erhält eine Leistungsversorgungsschaltung 54 die Versorgungsspannung. Gemäß einem Beispiel ist die Steuerschaltung 1 dazu ausgebildet, den elektronischen Schalter 2 einzuschalten, sobald die durch die Leistungsversorgung erhaltene Versorgungsspannung hoch genug ist, um die anderen Schaltungen, insbesondere die Ansteuerschaltung 3, in der Steuerschaltung 1 zu versorgen. Entsprechend ist die Steuerschaltung 1 dazu ausgebildet, den elektronischen Schalter 2 auszuschalten, wenn die Versorgungsspannung unter eine bestimmte Versorgungsschwelle absinkt.
Die oben erläuterten Schutzfunktionen, wie beispielsweise die Leitungsschutzfunktion, die Überstromschutzfunktion oder die Übertemperaturschutzfunktion können in der Steuerschaltung in derselben Weise wie oben erläutert implementiert werden. Das heißt, der elektronische Schalter 2 wird ausgeschaltet, wenn eines der Schutzsignale den Schutzpegel hat. Gemäß einem Beispiel hält die Steuerschaltung 1 den elektronischen Schalter 2 im Aus-Zustand, nachdem er basierend auf einem der Schutzsignale ausgeschaltet wurde, bis die Steuerschaltung 1 zurückgesetzt wird. Bei diesem Beispiel umfasst das Zurücksetzen der Steuerschaltung 1 das Reduzieren der Versorgungsspannung auf unterhalb der Versorgungsschwelle und das Erhöhen des Versorgungspannung zurück auf oberhalb der Versorgungsschwelle. Gemäß einem Beispiel wird die Steuerschaltung nur zurückgesetzt, wenn die Versorgungsspannung für eine vordefinierte Zeitdauer unterhalb der Versorgungsschwelle ist.
Einige der oben erläuterten Aspekte betreffen:

A1. Eine elektronische Schaltung, die umfasst: Einen elektronischen Schalter, der eine Laststrecke umfasst; und eine Steuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, den elektronischen Schalter anzusteuern, wobei die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, wenigstens basierend auf einem Pegel eines Laststroms des elektronischen Schalters in einer von einer ersten Betriebsart und einer zweiten Betriebsart zu arbeiten, wobei die Steuerschaltung in der ersten Betriebsart dazu ausgebildet ist, ein erstes Schutzsignal basierend auf einer Strom-Zeit-Charakteristik des Laststroms zu erzeugen und den elektronischen Schalter basierend auf dem ersten Schutzsignal anzusteuern, und wobei die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, ein Statussignal derart zu erzeugen, dass das Statussignal einen Aufweckpuls aufweist, wenn die Betriebsart von der zweiten Betriebsart zu der ersten Betriebsart wechselt, und nach dem Aufweckpuls einen Signalpegel aufweist, der einen Pegel des Laststroms repräsentiert.
A2. Die elektronische Schaltung nach Absatz A1, wobei die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, in der ersten Betriebsart den Signalpegel, der den Pegel des Laststroms repräsentiert, kontinuierlich an einem Statusausgang der elektronischen Schaltung auszugeben.
A3. Die elektronische Schaltung nach Absatz A1 oder A2, bei der die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, ein Abfragesignal zu erhalten; und in der ersten Betriebsart den Signalpegel, der den Pegel des Laststroms repräsentiert, nur auf Anforderung durch das Abfragesignal auszugeben.
A4. Die elektronische Schaltung nach Absatz A3, bei der die Steuerschaltung weiterhin dazu ausgebildet ist, in der zweiten Betriebsart einen Statuspuls, der sich von dem Aufweckpuls unterscheidet, auf Anforderung durch das Abfragesignal auszugeben.
A5. Die elektronische Schaltung nach einem der Absätze A1 bis A4, bei der die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, den Betrieb von der zweiten Betriebsart zu der ersten Betriebsart zu wechseln, wenn der Laststrom eine vordefinierte Schwelle erreicht.
A6. Die elektronische Schaltung nach einem der Absätze A1 bis A5, bei der die Steuerschaltung eine erste Schutzschaltung umfasst, die dazu ausgebildet ist, das erste Schutzsignal zu erzeugen, und die umfasst: einen Analog-Digital-Wandler (ADC), der dazu ausgebildet ist, ein ADC-Eingangssignal zu erhalten, das den Laststrom repräsentiert, und ein ADC-Ausgangssignal auszugeben, das eine Folge von Werten derart aufweist, dass jeder dieser Werte einen jeweiligen Abtastwert des ADC-Eingangssignals repräsentiert; ein Filter, das dazu ausgebildet ist, das ADC-Ausgangssignal zu erhalten und ein Filtersignal auszugeben; und eine Komparatorschaltung, die dazu ausgebildet ist, das erste Schutzsignal basierend auf Vergleichen des Filterausgangssignals mit einer vordefinierten Schwelle zu erzeugen.
A7. Die elektronische Schaltung nach Absatz A6, bei der der ADC ein logarithmischer ADC ist, der dazu ausgebildet ist, das ADC-Ausgangssignal so zu erzeugen, dass die Werte der Folge von Werten den Logarithmus eines jeweiligen Abtastwerts des ADC-Eingangssignals repräsentieren.
A8. Die elektronische Schaltung nach Absatz A6, bei der, dass die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, einen Signalpegel auszugeben, der einen Pegel des Stroms durch den Lastpfad repräsentiert, umfasst, dass die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, das ADC-Ausgangssignal auszugeben.
A9. Die elektronische Schaltung nach einem der Absätze A1 bis A8, bei der die Steuerschaltung außerdem einen Eingang umfasst, der dazu ausgebildet ist, ein Eingangssignal zu erhalten, und bei der die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, den elektronischen Schalter sowohl in der ersten Betriebsart als auch in der zweiten Betriebsart basierend auf dem Eingangssignal anzusteuern.
A10. Die elektronische Schaltung nach einem der Absätze A1 bis A9, bei der die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, das erste Schutzsignal in der ersten Betriebsart und nicht in der zweiten Betriebsart zu erzeugen.
A11. Die elektronische Schaltung nach einem der Absätze A1 bis A10, die weiterhin umfasst: eine Strommessschaltung, die dazu ausgebildet ist, den Laststrom zu messen und ein Strommesssignal, das proportional zu dem Laststrom ist, zur Verfügung zu stellen, wobei, dass die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, den elektronischen Schalter in einer ersten Betriebsart oder einer zweiten Betriebsart basierend auf dem Laststrom zu betreiben, umfasst, dass die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, die elektronische Schaltung basierend auf dem Strommesssignal in der ersten Betriebsart oder der zweiten Betriebsart basierend auf dem Strommesssignal zu betreiben.
A12. Die elektronische Schaltung nach Absatz A11, bei der die Steuerschaltung einen ADC umfasst, der dazu ausgebildet ist, basierend auf dem Strommesssignal ein ADC-Ausgangssignal zur Verfügung zu stellen, und bei der, dass die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, basierend auf dem Strommesssignal in der ersten Betriebsart oder der zweiten Betriebsart zu arbeiten, umfasst, dass die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, basierend auf dem ADC-Ausgangssignal in der ersten Betriebsart oder der zweiten Betriebsart zu arbeiten.
A13. Die elektronische Schaltung nach Absatz A11, bei der die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, einen Proportionalitätsfaktor zwischen dem Laststrom und dem Strommesssignal so einzustellen, dass er in der ersten Betriebsart einen ersten Wert und in der zweiten Betriebsart einen zweiten Wert, der niedriger ist als der erste Wert ist, hat.
A14. Ein Verfahren, das umfasst: Erzeugen eines ersten Schutzsignals basierend auf einer Strom-Zeit-Charakteristik eines Laststroms durch eine Laststrecke eines elektronischen Schalters in einer elektronischen Schaltung; Betreiben der elektronischen Schaltung in einer von einer ersten Betriebsart und einer zweiten Betriebsart wenigstens basierend auf einem Pegel des Laststroms; und Erzeugen eines Statussignals derart, dass das Statussignal, wenn der Betrieb von der zweiten Betriebsart zu der ersten Betriebsart wechselt, einen Aufweckpuls und nach dem Aufweckpuls einen einen Pegel des Laststroms repräsentierenden Signalpegel hat.
A15. Das Verfahren nach Absatz A14, bei dem das Erzeugen das Statussignals in der ersten Betriebsart ein kontinuierliches Ausgeben des den Pegel des Laststroms repräsentierenden Signalpegels umfasst.
A16. Das Verfahren nach Absatz A14 oder A15, bei dem das Erzeugen des Statussignals in der ersten Betriebsart umfasst: Erhalten eines Abfragesignals durch die elektronische Schaltung; und Ausgeben des den Pegel des Laststroms repräsentierenden Signalpegels nur auf Anforderung durch das Abfragesignal.
A17. Das Verfahren nach Absatz A16, das weiterhin umfasst: Ausgeben eines sich von dem Aufweckpuls unterscheidenden Statuspulses auf Anforderung durch das Abfragesignal in der zweiten Betriebsart.
A18. Das Verfahren nach einem der Absätze A15 bis A17, bei dem das Betreiben der elektronischen Schaltung in einer von der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart wenigstens basierend auf dem Pegel des Laststroms umfasst: Wechseln des Betriebs von der zweiten Betriebsart zu der ersten Betriebsart, wenn der Laststrom eine vordefinierte Schwelle erreicht.
A19. Das Verfahren nach einem der Absätze A14 bis A18, das weiterhin umfasst: Erhalten eines Eingangssignals durch die elektronische Schaltung und Ansteuern des elektronischen Schalters basierend auf dem Eingangssignal sowohl in der ersten Betriebsart als auch in der zweiten Betriebsart.
A20. Das Verfahren nach einem der Absätze A14 bis A19, das weiterhin umfasst: Erzeugen des ersten Schutzsignals in der ersten Betriebsart und nicht in der zweiten Betriebsart.
A21. Das Verfahren nach einem der Absätze A14 bis A20, das weiterhin umfasst: Messen des Laststroms und Bereitstellen eines zu dem Laststrom proportionalen Strommesssignals, wobei das Betreiben der elektronischen Schaltung in der ersten Betriebsart oder der zweiten Betriebsart basierend auf dem Laststrom das Betreiben der elektronischen Schaltung in der ersten Betriebsart oder der zweiten Betriebsart basierend auf dem Strommesssignal umfasst.
A22. Das Verfahren nach Absatz A21, bei dem ein Proportionalitätsfaktor zwischen dem Laststrom und dem Strommesssignal in der ersten Betriebsart einen ersten Wert hat und in der zweiten Betriebsart einen zweiten Wert, der niedriger als der erste Wert ist, hat.

B1. Eine elektronische Schaltung, die umfasst: einen elektronischen Schalter, der eine Laststrecke umfasst; eine erste Schutzschaltung, die dazu ausgebildet ist, basierend auf einer Strom-Zeit-Charakteristik eines Laststroms durch die Laststrecke des elektronischen Schalters ein erstes Schutzsignal zu erzeugen; und eine Ansteuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, den elektronischen Schalter basierend auf dem ersten Schutzsignal anzusteuern, wobei die erste Schutzschaltung umfasst: einen logarithmischen Analog-Digital-Wandler ADC, der dazu ausgebildet ist, ein ADC-Eingangssignal zu erhalten, das den Laststrom repräsentiert, und ein ADC-Ausgangssignal auszugeben, das ein Folge von Werten derart aufweist, dass jeder der Werte einen entsprechenden Abtastwert des ADC-Eingangssignals repräsentiert, ein Filter, das dazu ausgebildet ist, das ADC-Ausgangssignal zu filtern und ein Filterausgangssignal auszugeben, und eine Komparatorschaltung, die dazu ausgebildet ist, das erste Schutzsignal basierend auf einem Vergleichen des Filterausgangssignal mit einer vordefinierten Schwelle zu erzeugen.
B2. Die elektronische Schaltung nach Absatz B1, bei der das Filter dazu ausgebildet ist, eine gewichtete Summe mehrere aufeinanderfolgender Werte des ADC-Ausgangssignals zu berechnen und das Filterausgangssignal basierend auf dieser gewichteten Summe zu erzeugen.
B3. Die elektronische Schaltung nach Absatz B2, bei der, dass das Filter dazu ausgebildet ist, eine gewichtete Summe mehrerer aufeinanderfolgender Werte des ADC-Ausgangssignals zu berechnen, das Berechnen eines Werts S43[k] des Filterausgangssignals gemäß S43[k] = S42[k] + (1 – α)·S43[k – 1] umfasst, wobei S42[k] ein Wert des ADC-Ausgangssignals ist, S43[k – 1] ein vorangehender Wert des Filterausgangssignals ist und 1 – α eine Konstante mit 1 – α < 1 ist.
B4. Die elektronische Schaltung nach Absatz B3, bei der das Filter dazu ausgebildet ist, (1 – α)·S43[k – 1] nur basierend auf einer oder mehreren Registerschiebeoperationen und einer oder mehrerer Summierungen zu berechnen.
B5. Die elektronische Schaltung nach einer der Absätze B1 bis B4, die weiterhin umfasst: einen ersten Eingang, der dazu ausgebildet ist, ein Eingangssignal zu erhalten, wobei die Ansteuerschaltung weiterhin dazu ausgebildet ist, den elektronischen Schalter basierend auf dem Eingangssignal anzusteuern.
B6. Die elektronische Schaltung nach Absatz B5, bei der die Ansteuerschaltung dazu ausgebildet ist, den elektronischen Schalter basierend auf dem Eingangssignal anzusteuern, wenn das erste Schutzsignal einen Freigabepegel hat, den elektronischen Schalter auszuschalten, wenn das Eingangssignal einen Ein-Pegel hat und das erste Schutzsignal einen Deaktivierungspegel hat, und nachdem der elektronische Schalter durch einen Deaktivierungspegel des ersten Schutzsignals ausgeschaltet wurde, den ersten elektronischen Schalter einzuschalten, wenn das erste Schutzsignal einen Freigabepegel hat und nachdem das Eingangssignal von einem Aus-Pegel auf einen Ein-Pegel gewechselt hat.
B7. Die elektronische Schaltung nach einem der Absätze B1 bis B6, die weiterhin umfasst: einen zweiten Eingang, der dazu ausgebildet ist, ein Signal zu erhalten, das die vordefinierte Schwelle repräsentiert.
B8. Die elektronische Schaltung nach einem der Absätze B1 bis B7, die weiterhin umfasst: eine zweite Schutzschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein zweites Schutzsignal basierend nur auf einem Strompegel des Lastpfadstroms zu erzeugen.
B9. Die elektronische Schaltung nach einem der Absätze B1 bis B8, die weiterhin umfasst: eine dritte Schutzschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein drittes Schutzsignal basierend auf einer Temperatur des elektronischen Schalters zu erzeugen.
B10. Die elektronische Schaltung nach einem der Absätze B1 bis B9, bei der der elektronische Schalter wenigstens ein Bauelement aufweist, das ausgewählt ist, aus einer Gruppe die besteht aus: einem MOSFET, einem IGBT, einem BJT, einem JFET und einem GaN-HEMT.
B11. Ein Verfahren, das umfasst: Erzeugen eines ersten Schutzsignals basierend auf einer Strom-Zeit-Charakteristik eine Stroms durch eine Laststrecke eines elektronischen Schalters; und Ansteuern des elektronischen Schalters basierend auf dem ersten Schutzsignal, wobei das Erzeugen des ersten Schutzsignals umfasst: Erhalten eines ADC-Eingangssignals, das den Laststrom repräsentiert, und Ausgeben eines ADC-Ausgangssignals, das eine Folge von Werten derart aufweist, dass jeder der Werte einen entsprechenden Abtastwert des ADC-Eingangssignals repräsentiert, durch einen logarithmischen Analog-Digital-Wandler (ADC), Filtern des ADC-Ausgangssignals und Ausgeben eines Filterausgangssignals durch ein Filter, und Erzeugen des ersten Schutzsignals basierend auf einem Vergleichen des Filterausgangssignals mit einer vordefinierten Schwelle durch eine Komparatorschaltung.
B12. Das Verfahren nach Absatz B11, bei dem das Filtern des ADC-Ausgangssignals durch das Filter ein Berechnen einer gewichteten Summe mehrerer aufeinanderfolgender Werte des ADC-Ausgangssignals und das Erzeugen des Filterausgangssignals basierend auf der gewichteten Summe umfasst.
B13. Das Verfahren nach Absatz B12, bei dem das Berechnen der gewichteten Summer mehrerer aufeinanderfolgender Werte des ADC-Ausgangssignals das Berechnen eines Werts S43[k] des Filterausgangssignals gemäß S43[k] = S42[k] + (1 – α)·S43[k – 1] umfasst, wobei S42[k] ein Wert des ADC-Ausgangssignals, S43[k – 1] ein vorangehender Wert des Filterausgangssignals und 1 – αeine Konstante, mit 1 – α < 1, ist.
B14. Das Verfahren nach Absatz B13, bei dem das Berechnen von (1 – α)·S43[k – 1] nur auf einer oder mehreren Registerschiebeoperationen und einer oder mehreren Summierungen basiert.
B15. Das Verfahren nach einem der Absätze B11 bis B14, das weiterhin umfasst: Ansteuern des elektronischen Schalters basierend auf einem Eingangssignal.
B16. Das Verfahren nach Absatz B15, bei dem das Ansteuern des elektronischen Schalters basierend auf dem Eingangssignal umfasst: Schalten des elektronischen Schalters basierend auf dem Eingangssignal, wenn das erste Schutzsignal einen Freigabepegel hat, Ausschalten des elektronischen Schalters, wenn das Eingangssignal einen Eingabepegel und das erste Schutzsignal einen Deaktivierungspegel hat, und nachdem der elektronische Schalter durch einen Deaktivierungspegel des ersten Schutzsignals ausgeschaltet wurde, Einschalten des elektronischen Schalters, wenn das erste Schutzsignal einen Freigabepegel hat und nachdem das Eingangssignal von einem Aus-Pegel auf einen Ein-Pegel gewechselt hat.
B17. Das Verfahren nach einem der Absätze B11 bis B16, das weiterhin umfasst: Erzeugen eines zweiten Schutzsignals basierend nur auf einem Strompegel des Lastpfadstroms.
B18. Das Verfahren nach einem der Absätze B11 bis B17, das weiterhin umfasst: Erzeugen eines dritten Schutzsignals basierend auf einer Temperatur des elektronischen Schalters.
B19. Das Verfahren nach einem der Absätze B11 bis B18, bei dem der elektronische Schalter wenigstens ein Bauelement umfasst, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, die besteht aus: einem MOSFET; einem IGBT; einem BJT; einem JFET; und einem GaN-HEMT.

C1. Eine elektronische Schaltung, die umfasst: einen elektronischen Schalter, der eine Laststrecke umfasst; eine erste Schutzschaltung, die dazu ausgebildet ist, basierend auf einer Strom-Zeit-Charakteristik eines Laststroms durch die Laststrecke des elektronischen Schalters ein erstes Schutzsignal zu erzeugen; und eine Ansteuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, den elektronischen Schalter basierend auf dem ersten Schutzsignal anzusteuern, wobei die erste Schutzschaltung einen Analog-Digital-Wandler (ADC) aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein ADC-Eingangssignal zu erhalten, das den Laststrom repräsentiert, das ADC-Eingangssignal einmal in jedem von mehreren aufeinanderfolgenden Abtastperioden abzutasten, und ein ADC-Ausgangssignal auszugeben, das eine Folge von Werten derart aufweist, das jeder dieser Werte einen jeweiligen Abtastwert des ADC-Eingangssignals repräsentiert, wobei der ADC dazu ausgebildet ist, in jeder Abtastperiode einen Abtastzeitpunkt pseudozufällig auszuwählen.
C2. Die elektronische Schaltung nach Absatz C1, bei der, dass der ADC dazu ausgebildet ist, einen Abtastzeitpunkt in jede Abtastperiode pseudozufällig auszuwählen, umfasst, dass der ADC dazu ausgebildet ist, den Abtastzeitpunkt basierend auf einem Ausgangssignal eines linear zurückgekoppelten Schieberegisters auszuwählen.
C3. Die elektronische Schaltung nach Absatz C1 oder C2, bei der, dass der ADC dazu ausgebildet ist, einen Abtastzeitpunkt in jeder Abtastperiode pseudozufällig auszuwählen, umfasst, dass der ADC dazu ausgebildet ist, einen Abtastzeitpunkt aus einer festen Anzahl von Abtastzeitpunkten in jeder Abtastperiode auszuwählen.
C4. Die elektronische Schaltung nach einem der Absätze C1 bis C3, bei der der ADC ein logarithmischer ADC ist.
C5.Die elektronische Schaltung nach einem der Absätze C1 bis C4, die weiterhin umfasst: einen ersten Eingang, der dazu ausgebildet ist, ein Eingangssignal zu erhalten, wobei die Ansteuerschaltung weiterhin dazu ausgebildet ist, den elektronischen Schalter basierend auf dem Eingangssignal anzusteuern.
C6. Die elektronische Schaltung nach Absatz C5, bei der die Ansteuerschaltung dazu ausgebildet ist, den elektronischen Schalter basierend auf dem Eingangssignal zu schalten, wenn das erste Schutzsignal einen Freigabepegel hat, den ersten elektronischen Schalter auszuschalten, wenn das Eingangssignal einen Ein-Pegel hat und das erste Schutzsignal einen Deaktivierungspegel hat, und nachdem der elektronische Schalter durch einen Deaktivierungspegel des Schutzsignals ausgeschaltet wurde, den ersten elektronischen Schalter einzuschalten, wenn das erste Schutzsignal einen Freigabepegel hat und nachdem das Eingangssignal von einem Aus-Pegel auf einen Ein-Pegel gewechselt hat.
C7. Die elektronische Schaltung nach einem der Absätze C1 bis C6, bei der der elektronische Schalter wenigstens ein Bauelement aufweist, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus: einem MOSFET, einem IGBT, einem BJT, einem JFET, und einem HEMT.
C8. Verfahren, das umfasst: Erzeugen eines ersten Schutzsignals basierend auf einer Strom-Zeit-Charakteristik eines Laststroms durch eine Laststrecke eines elektronischen Schalters, wobei das Erzeugen des ersten Schutzsignals umfasst: Erhalten eines ADC-Eingangssignals, das den Laststrom repräsentiert, Abtasten des ADC-Eingangssignals einmal in jeder von mehreren aufeinanderfolgenden Abtastperioden und Ausgeben eines ADC-Ausgangssignals, das eine Folge von Werten derart umfasst, dass jeder der Werte einen jeweiligen Abtastwert des Eingangssignals repräsentiert, durch einen Analog-Digital-Wandler (ADC), wobei das Abtasten des ADC-Eingangssignals einmal in jeder der mehreren aufeinanderfolgenden Abtastperioden das Abasten des ADC-Eingangssignals zu einem pseudozufällig ausgewählten Abtastzeitpunkt in jeder Abtastperiode umfasst.
C9. Das Verfahren nach Absatz C8, bei dem das Abtasten des ADC-Eingangssignals zu einem pseudozufällig ausgewählten Abtastzeitpunkt in jeder Abtastperiode das Auswählen des Abtastzeitpunkts basierend auf einem Ausgangssignal eines linear rückgekoppelten Schieberegisters umfasst.
C10. Das Verfahren nach Absatz C8 oder C9, bei dem das Abtasten des ADC-Eingangssignals zu einem pseudozufällig ausgewählten Abtastzeitpunkt in jeder Abtastperiode das Auswählen eines Abtastzeitpunkts aus einer festen Anzahl von Abtastzeitpunkten in jeder Abtastperiode umfasst.
C11. Das Verfahren nach einem der Absätze C8 bis C10, bei dem der ADC ein logarithmischer ADC ist.
C12. Das Verfahren nach einem der Absätze C8 bis C11, das weiterhin umfasst: Ansteuern des elektronischen Schalters basierend auf einem Eingangssignal.
C13. Das Verfahren nach Absatz C12, bei dem das Ansteuern des elektronischen Schalters basierend auf dem Eingangssignal umfasst: Schalten des elektronischen Schalters basierend auf dem Eingangssignal, wenn das erste Schutzsignal einen Freigabepegel hat, Ausschalten des elektronischen Schalters, wenn das Eingangssignal einen Ein-Pegel hat und das erste Schutzsignal einen Deaktivierungspegel hat, und nachdem der Schalter durch einen Deaktivierungspegel des ersten Schutzsignals ausgeschaltet wurde, Einschalten des elektronischen Schalters, wenn das erste Schutzsignal einen Freigabepegel hat und nachdem das Eingangssignal von einem Aus-Pegel auf einen Ein-Pegel gewechselt hat.
C14. Das Verfahren nach einem der Absätze C8 bis C13, bei dem der elektronische Schalter wenigstens ein Bauelement umfasst, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, die besteht aus: einem MOSFET; einem IGBT; einem BJT; einem JFET; und einem HEMT.

D1. Eine elektronische Schaltung, die umfasst: einen elektronischen Schalter, der eine Laststrecke umfasst; eine Steuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, den elektronischen Schalter anzusteuern, wobei die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, in einem von wenigstens zwei Betriebsarten zu arbeiten, wobei die wenigstens zwei Betriebsarten eine erste Betriebsart und eine zweite Betriebsart umfassen, wobei die Steuerschaltung in der zweiten Betriebsart dazu ausgebildet ist, einen Satz von Grundfunktionen auszuführen, und in der ersten Betriebsart dazu ausgebildet ist, den Satz von Grundfunktionen und wenigstens eine zusätzliche Funktion auszuführen, wobei die wenigstens eine zusätzliche Funktion das Erzeugen eines Schutzsignals basierend auf einer Strom-Zeit-Charakteristik eines Laststroms des elektronischen Schalters und das Ansteuern des elektronischen Schalters basierend auf dem ersten Schutzsignal umfasst.
D2. Die elektronische Schaltung nach Absatz D1, bei der die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, den elektronischen Schalter in der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart basierend auf einem Eingangssignal anzusteuern.
D3. Die elektronische Schaltung nach Absatz D1 oder D2, bei der die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, den elektronischen Schalter in der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart basierend auf einer durch die Steuerschaltung erhaltenen Versorgungsspannung anzusteuern, wobei die Versorgungsspannung dazu ausgebildet ist, die Steuerschaltung zu versorgen.
D4. Die elektronische Schaltung nach einem der Absätze D1 bis D3, bei der die Gruppe von Grundfunktionen umfasst: Überwachen des Laststroms und Ausschalten des elektronischen Schalters, wenn der Laststrom eine vordefinierte Überstromschwelle erreicht.
D5. Die elektronische Schaltung nach einer der Absätze D1–D4, bei der der Satz von Grundfunktionen umfasst: Überwachen einer Temperatur des elektronischen Schalters und Ausschalten des elektronischen Schalters, wenn die Temperatur eine vordefinierte Übertemperaturschwelle erreicht.
D6. Die elektronische Schaltung nach Absatz D4 oder D5, bei der die wenigstens zwei Betriebsarten weiterhin eine dritte Betriebsart umfassen, wobei die Steuerschaltung in der dritten Betriebsart dazu ausgebildet ist, den Laststrom zu überwachen und den Laststrom zu regeln, wenn der Laststrom die Überstromschwelle erreicht.
D7. Die elektronische Schaltung nach Absatz D6, bei der, dass die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, den Laststrom zu regeln, umfasst, dass die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, den Laststrom so zu regeln, dass er einen Zielpegel hat, der im Wesentlichen gleich der Überstromschwelle ist.
D8. Die elektronische Schaltung nach einem der Absätze D1 bis D7, bei der die Steuerschaltung eine erste Schutzschaltung umfasst, die dazu ausgebildet ist, das erste Schutzsignal zu erzeugen, und die umfasst: einen Analog-Digital-Wandler (ADC), der dazu ausgebildet ist, ein ADC-Eingangssignal zu erhalten, das den Laststrom repräsentiert, und ein ADC-Ausgangssignal auszugeben, ein Filter, das dazu ausgebildet ist, das ADC-Ausgangssignal zu filtern und ein Filterausgangssignal auszugeben, und eine Komparatorschaltung, die dazu ausgebildet ist, das erste Schutzsignal basierend auf einem Vergleichen des Filterausgangssignals mit einer vordefinierten Schwelle zu erzeugen.
D9. Die elektronische Schaltung nach Absatz D8, die weiterhin umfasst: einen weiteren Eingang, der dazu ausgebildet ist, ein Signal zu erhalten, das die vordefinierte Schwelle repräsentiert.
D10. Die elektronische Schaltung nach einem der Absätze D1 bis D9, bei der die Steuerschaltung außerdem einen Statusausgang aufweist und bei der die Steuerschaltung weiterhin dazu ausgebildet ist, einen Aufweckpuls an dem Statusausgang zu erzeugen, wenn der Betrieb von der zweiten Betriebsart zu der ersten Betriebsart wechselt.
D11. Die elektronische Schaltung nach einem der Absätze D1 bis D10, bei der die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, basierend auf dem Laststrom und wenigstens einem weiteren Parameter in die zweite Betriebsart überzugehen.
D12. Die elektronische Schaltung nach Absatz D11, bei der der wenigstens eine weitere Parameter aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: einem Filterausgangssignal in einem Filter einer ersten Schutzschaltung, die dazu ausgebildet ist, das erste Schutzsignal zu erzeugen; eine Temperaturdifferenz zwischen einer Temperatur in dem elektronischen Schalter und einer Temperatur in der Steuerschaltung; einer Umgebungstemperatur der elektronischen Schaltung; und einem Einschaltwiderstand des elektronischen Schalters.
D13. Ein Verfahren, das umfasst: Betreiben einer Steuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, einen elektronischen Schalter anzusteuern, in einer von wenigstens zwei Betriebsarten, wobei die wenigstens zwei Betriebsarten eine erste Betriebsart und eine zweite Betriebsart umfassen, wobei das Betreiben in der zweiten Betriebsart das Ausführen eines Satzes von Grundfunktionen durch die Steuerschaltung umfasst, und das Betreiben in der ersten Betriebsart das Ausführen des Satzes von Grundfunktionen und wenigstens einer zusätzlichen Funktion durch die Steuerschaltung umfasst, wobei die wenigstens eine zusätzliche Funktion das Erzeugen eines ersten Schutzsignals basierend auf einer Strom-Zeit-Charakteristik eines Laststroms des elektronischen Schalters und ein Ansteuern des elektronischen Schalters basierend auf dem ersten Schutzsignal umfasst.
D14. Das Verfahren nach Anspruch D13, bei dem das Betreiben in der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart ein Ansteuern des elektronischen Schalters basierend auf einem Eingangssignal durch die Steuerschaltung umfasst.
D15. Das Verfahren nach Absatz D13 oder D14, bei dem das Betreiben in der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart das Ansteuern des elektronischen Schalters basierend auf einer durch die Steuerschaltung erhaltenen Versorgungsspannung umfasst, wobei die Versorgungsspannung dazu ausgebildet ist, die Steuerschaltung zu versorgen.
D16. Das Verfahren nach einem der Absätze D13 bis D15, bei dem der Satz von Grundfunktionen umfasst: Überwachen des Laststroms und Ausschalten des elektronischen Schalters, wenn der Laststrom eine vordefinierte Überstromschwelle erreicht.
D17. Das Verfahren nach einem der Absätze D13 bis D16, bei dem der Satz von Grundfunktionen umfasst: Überwachen einer Temperatur des elektronischen Schalters und Ausschalten des elektronischen Schalters, wenn die Temperatur eine vordefinierte Übertemperaturschwelle erreicht.
D18. Das Verfahren nach Absatz D16 oder D17, bei dem die wenigstens zwei Betriebsarten eine dritte Betriebsart umfassen, wobei das Betreiben in der dritten Betriebsart das Überwachen des Laststroms und das Regeln des Laststroms, wenn der Laststrom die Überstromschwelle erreicht, durch die Steuerschaltung umfasst.
D19. Das Verfahren nach Absatz D18, bei dem das Regeln des Laststroms umfasst, den Laststrom so zu regeln, dass er einen Zielpegel hat, der im Wesentlichen gleich der Überstromschwelle ist.
D20. Das Verfahren nach einem der Absätze D13 bis D19, das weiterhin umfasst: Erzeugen eines Aufweckpulses an einem Statusausgang durch die Steuerschaltung, wenn der Betrieb von der zweiten Betriebsart zu der ersten Betriebsart wechselt.
D21. Das Verfahren nach einem der Absätze D13 bis D20, das weiterhin umfasst: Übergehen in den zweiten Betrieb durch die Steuerschaltung basierend auf dem Laststrom und wenigstens einem weiteren Parameter.
D22. Das Verfahren nach Absatz D21, bei dem der wenigstens eine weitere Parameter ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus: einem Filterausgangssignal in einem Filter einer ersten Schutzschaltung, die dazu ausgebildet ist, das erste Schutzsignal zu erzeugen; eine Temperaturdifferenz zwischen einer Temperatur in dem elektronischen Schalter und einer Temperatur in der Steuerschaltung; einer Umgebungstemperatur der elektronischen Schaltung; und einem Einschaltwiderstand des elektronischen Schalters.

E1. Eine elektronische Schaltung, die umfasst: einen elektronischen Schalter, der eine Laststrecke umfasst; eine Steuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, den elektronischen Schalter anzusteuern und dazu ausgebildet ist, in einer ersten Betriebsart oder einem Testbetrieb zu arbeiten, wobei die Steuerschaltung einen Testbetriebseingang umfasst und dazu ausgebildet ist, basierend auf einem an dem Testeingang erhaltenen Testsignal im Testbetrieb zu arbeiten, und wobei die Steuerschaltung in der ersten Betriebsart dazu ausgebildet ist, basierend auf einer Strom-Zeit-Charakteristik eines Laststroms des elektronischen Schalters ein erstes Schutzsignal zu erzeugen und den elektronischen Schalter basierend auf dem ersten Schutzsignal anzusteuern.
E2. Die elektronische Schaltung nach Absatz E1, bei der die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, ein Tastverhältnis des Testsignals zu ermitteln und eine von wenigstens zwei unterschiedlichen Funktionen der Steuerschaltung basierend auf dem ermittelten Tastverhältnis zu testen, um ein Testergebnis zu erhalten.
E3. Die elektronische Schaltung nach Absatz E1 oder E2, bei der die Steuerschaltung einen Statusausgang aufweist und bei der die Steuerschaltung im Testbetrieb dazu ausgebildet ist, an dem Statusausgang ein Statussignal auszugeben.
E4. Die elektronische Schaltung nach Absatz E1, bei der die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, einen Signalpegel des Statussignals abhängig von einem Testergebnis zu variieren.
E5. Die elektronische Schaltung nach Absatz E4, bei der die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, einen Bestanden-Pegel auszugeben, wenn das Testergebnis anzeigt, dass die getestete Funktion den Test bestanden hat, und einen Nicht-Bestanden-Pegel auszugeben, wenn das Testergebnis anzeigt, dass die getestete Funktion den Test nicht bestanden hat.
E6. Die elektronische Schaltung nach Absatz E4 oder E5, bei der der Nicht-Bestanden-Pegel unabhängig von der getesteten Funktion ist.
E7. Die elektronische Schaltung nach einem der Absätze E4 bis E6, bei der der Bestanden-Pegel abhängig von der getesteten Funktion ist.
E8. Die elektronische Schaltung nach einem der Absätze E6 bis E7, bei der die Steuerschaltung außerdem einen Ansteuereingang aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein Eingangssignal zu erhalten, wobei die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, den elektronischen Schalter in der ersten Betriebsart basierend auf dem Eingangssignal anzusteuern.
E9. Die elektronische Schaltung nach Absatz E8, bei der die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, im Testbetrieb einen von dem Bestanden-Pegel und dem Nicht-Bestanden-Pegel nur zu erzeugen, wenn das Eingangssignal einen Ein-Pegel hat.
E10. Die elektronische Schaltung nach Absatz E8 oder E9, bei der die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, im Testbetrieb einen Signalpegel auszugeben, der sich von dem Bestanden-Pegel, dem Nicht-Bestanden-Pegel und Null unterscheidet, wenn das Eingangssignal einen Aus-Pegel hat.
E11. Ein Verfahren, das umfasst: Betreiben einer Steuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, einen elektronischen Schalter anzusteuern, in einer ersten Betriebsart oder einem Testbetrieb, wobei das Betreiben der Steuerschaltung im Testbetrieb das Betreiben der Steuerschaltung im Testbetrieb basierend auf einem an einem Testeingang der Steuerschaltung erhaltenen Testsignal umfasst, und wobei das Betreiben der Steuerschaltung in der ersten Betriebsart ein Erzeugen eines ersten Schutzsignals basierend auf einer Strom-Zeit-Charakteristik eines Laststroms des elektronischen Schalters und ein Ansteuern des ersten elektronischen Schalters basierend auf dem ersten Schutzsignal durch die Steuerschaltung umfasst.
E12. Das Verfahren nach Absatz E11, bei dem das Betreiben der Steuerschaltung im Testbetrieb das Ermitteln eines Tastverhältnisses des Testsignals und das Testen einer von wenigstens zwei unterschiedlichen Funktionen der Steuerschaltung basierend auf dem ermittelten Tastverhältnis, um ein Testergebnis zu erhalten, umfasst.
E13. Das Verfahren nach Absatz E11 oder E12, bei dem das Betreiben der Steuerschaltung im Testbetrieb das Ausgeben eines Statussignals an einem Statusausgang umfasst.
E14. Das Verfahren nach Absatz E13, bei dem das Ausgeben des Statussignals an einem Statusausgang ein Variieren eines Signalpegels des Statussignals abhängig von einem Testergebnis umfasst.
E15. Das Verfahren nach Absatz E14, bei dem das Variieren eines Signalpegels des Statussignals abhängig von einem Testergebnis umfasst: Ausgeben eine Bestanden-Pegels, wenn das Testergebnis anzeigt, dass die Funktion den Test bestanden hat, und Ausgeben eines Nicht-Bestanden-Pegels, wenn das Testergebnis anzeigt, dass die Funktion den Test nicht bestanden hat.
E16. Das Verfahren nach Absatz E15, bei dem der Nicht-Bestanden-Pegel unabhängig von der getesteten Funktion ist.
E17. Das Verfahren nach Absatz E15 oder E16, bei dem der Bestanden-Pegel abhängig von der getesteten Funktion ist.
E18. Das Verfahren nach einem der Absätze E11 bis E17, bei dem das Betreiben der Steuerschaltung in der ersten Betriebsart umfasst: Ansteuern eines elektronischen Schalters basierend auf einem Eingangssignal.
E19. Das Verfahren nach Absatz E18, bei dem das Betreiben der Steuerschaltung im Testbetrieb umfasst, einen von dem Bestanden-Pegel und dem Nicht-Bestanden-Pegel nur dann zu erzeugen, wenn das Eingangssignal einen Ein-Pegel hat.
E20. Das Verfahren nach Absatz E18 oder E19, bei dem das Betreiben der Steuerschaltung im Testbetrieb umfasst, einen Signalpegel auszugeben, der sich von einem Bestanden-Pegel, einem Nicht-Bestanden-Pegel und Null unterscheidet, wenn das Eingangssignal einen Aus-Pegel hat.

Obwohl verschiedene beispielhafte Ausführungsformen in der Erfindung beschrieben wurden, ist es für Fachleute offensichtlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, durch welche einige Vorteile der Erfindung erreicht werden können, ohne vom Grundgedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen. Es ist für Fachleute offensichtlich, dass andere Komponenten, die dieselben Funktionen durchführen, geeignet eingesetzt werden können. Es sei erwähnt, dass Merkmale, die anhand einer speziellen Figur erläutert wurden, mit Merkmalen anderer Figuren kombiniert werden können, auch in solchen Fällen, in denen dies nicht explizit erwähnt wurde. Außerdem können die Verfahren der Erfindung erreicht werden durch reine Softwarelösungen unter Verwendung der geeigneten Prozessorbefehle, oder als Hybridlösungen, die eine Kombination von Hardwarelogik und Softwarelogik verwenden, um dieselben Ergebnisse zu erreichen. Solche Modifikationen des erfindungsgemäßen Konzepts sollen durch die beigefügten Ansprüche abgedeckt sein.

Claims

Elektronische Schaltung, die aufweist: einen elektronischen Schalter, der eine Laststrecke aufweist; eine Steuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, den elektronischen Schalter anzusteuern, wobei die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, in einem von wenigstens zwei Betriebsarten zu arbeiten, wobei die wenigstens zwei Betriebsarten eine erste Betriebsart und eine zweite Betriebsart aufweisen, wobei die Steuerschaltung in der zweiten Betriebsart dazu ausgebildet ist, einen Satz von Grundfunktionen auszuführen, und in der ersten Betriebsart dazu ausgebildet ist, den Satz von Grundfunktionen und wenigstens eine zusätzliche Funktion auszuführen, wobei die wenigstens eine zusätzliche Funktion das Erzeugen eines Schutzsignals basierend auf einer Strom-Zeit-Charakteristik eines Laststroms des elektronischen Schalters und das Ansteuern des elektronischen Schalters basierend auf dem ersten Schutzsignal aufweist.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, den elektronischen Schalter in der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart basierend auf einem Eingangssignal anzusteuern.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, den elektronischen Schalter in der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart basierend auf einer durch die Steuerschaltung erhaltenen Versorgungsspannung anzusteuern, wobei die Versorgungsspannung dazu ausgebildet ist, die Steuerschaltung zu versorgen.
Elektronische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Gruppe von Grundfunktionen aufweist: Überwachen des Laststroms und Ausschalten des elektronischen Schalters, wenn der Laststrom eine vordefinierte Überstromschwelle erreicht.
Elektronische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Satz von Grundfunktionen aufweist: Überwachen einer Temperatur des elektronischen Schalters und Ausschalten des elektronischen Schalters, wenn die Temperatur eine vordefinierte Übertemperaturschwelle erreicht.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 4 oder 5, bei der die wenigstens zwei Betriebsarten weiterhin eine dritte Betriebsart aufweisen, wobei die Steuerschaltung in der dritten Betriebsart dazu ausgebildet ist, den Laststrom zu überwachen und den Laststrom zu regeln, wenn der Laststrom die Überstromschwelle erreicht.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 6, bei der, dass die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, den Laststrom zu regeln, aufweist, dass die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, den Laststrom so zu regeln, dass er einen Zielpegel hat, der im Wesentlichen gleich der Überstromschwelle ist.
Elektronische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Steuerschaltung eine erste Schutzschaltung aufweist, die dazu ausgebildet ist, das erste Schutzsignal zu erzeugen, und die aufweist: einen Analog-Digital-Wandler (ADC), der dazu ausgebildet ist, ein ADC-Eingangssignal zu erhalten, das den Laststrom repräsentiert, und ein ADC-Ausgangssignal auszugeben, ein Filter, das dazu ausgebildet ist, das ADC-Ausgangssignal zu filtern und ein Filterausgangssignal auszugeben, und eine Komparatorschaltung, die dazu ausgebildet ist, das erste Schutzsignal basierend auf einem Vergleichen des Filterausgangssignals mit einer vordefinierten Schwelle zu erzeugen.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 8, die weiterhin aufweist: einen weiteren Eingang, der dazu ausgebildet ist, ein Signal zu erhalten, das die vordefinierte Schwelle repräsentiert.
Elektronische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Steuerschaltung außerdem einen Statusausgang aufweist und bei der die Steuerschaltung weiterhin dazu ausgebildet ist, einen Aufweckpuls an dem Statusausgang zu erzeugen, wenn der Betrieb von der zweiten Betriebsart zu der ersten Betriebsart wechselt.
Elektronische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, basierend auf dem Laststrom und wenigstens einem weiteren Parameter in die zweite Betriebsart überzugehen.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 11, bei der der wenigstens eine weitere Parameter aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: einem Filterausgangssignal in einem Filter einer ersten Schutzschaltung, die dazu ausgebildet ist, das erste Schutzsignal zu erzeugen; eine Temperaturdifferenz zwischen einer Temperatur in dem elektronischen Schalter und einer Temperatur in der Steuerschaltung; einer Umgebungstemperatur der elektronischen Schaltung; und einem Einschaltwiderstand des elektronischen Schalters.
Verfahren, das aufweist: Betreiben einer Steuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, einen elektronischen Schalter anzusteuern, in einer von wenigstens zwei Betriebsarten, wobei die wenigstens zwei Betriebsarten eine erste Betriebsart und eine zweite Betriebsart aufweisen, wobei das Betreiben in der zweiten Betriebsart das Ausführen eines Satzes von Grundfunktionen durch die Steuerschaltung aufweist, und das Betreiben in der ersten Betriebsart das Ausführen des Satzes von Grundfunktionen und wenigstens einer zusätzlichen Funktion durch die Steuerschaltung aufweist, wobei die wenigstens eine zusätzliche Funktion das Erzeugen eines ersten Schutzsignals basierend auf einer Strom-Zeit-Charakteristik eines Laststroms des elektronischen Schalters und ein Ansteuern des elektronischen Schalters basierend auf dem ersten Schutzsignal aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Betreiben in der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart ein Ansteuern des elektronischen Schalters basierend auf einem Eingangssignal durch die Steuerschaltung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem das Betreiben in der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart das Ansteuern des elektronischen Schalters basierend auf einer durch die Steuerschaltung erhaltenen Versorgungsspannung aufweist, wobei die Versorgungsspannung dazu ausgebildet ist, die Steuerschaltung zu versorgen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem der Satz von Grundfunktionen aufweist: Überwachen des Laststroms und Ausschalten des elektronischen Schalters, wenn der Laststrom eine vordefinierte Überstromschwelle erreicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem der Satz von Grundfunktionen aufweist: Überwachen einer Temperatur des elektronischen Schalters und Ausschalten des elektronischen Schalters, wenn die Temperatur eine vordefinierte Übertemperaturschwelle erreicht.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, bei dem die wenigstens zwei Betriebsarten eine dritte Betriebsart aufweisen, wobei das Betreiben in der dritten Betriebsart das Überwachen des Laststroms und das Regeln des Laststroms, wenn der Laststrom die Überstromschwelle erreicht, durch die Steuerschaltung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem das Regeln des Laststroms aufweist, den Laststrom so zu regeln, dass er einen Zielpegel hat, der im Wesentlichen gleich der Überstromschwelle ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, das weiterhin aufweist: Erzeugen eines Aufweckpulses an einem Statusausgang durch die Steuerschaltung, wenn der Betrieb von der zweiten Betriebsart zu der ersten Betriebsart wechselt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, das weiterhin aufweist: Übergehen in den zweiten Betrieb durch die Steuerschaltung basierend auf dem Laststrom und wenigstens einem weiteren Parameter.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem der wenigstens eine weitere Parameter ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus: einem Filterausgangssignal in einem Filter einer ersten Schutzschaltung, die dazu ausgebildet ist, das erste Schutzsignal zu erzeugen; eine Temperaturdifferenz zwischen einer Temperatur in dem elektronischen Schalter und einer Temperatur in der Steuerschaltung; einer Umgebungstemperatur der elektronischen Schaltung; und einem Einschaltwiderstand des elektronischen Schalters.