TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Diese Offenbarung betrifft das Gebiet von Leistungselektronikschaltern, insbesondere Schaltungen und Verfahren zum Überwachen des Zustands von elektronischen Leistungsschaltern.This disclosure relates to the field of power electronics switches, and more particularly, to circuits and methods for monitoring the state of electronic circuit breakers.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Elektronische Leistungsschalter werden in einem weiten Gebiet von Anwendungen verwendet, um elektrische Lasten zu schalten. Im Gegensatz zu anderen elektronischen Schaltern wie beispielsweise Transistoren, die in logischen Schaltungen oder dergleichen verwendet werden, werden elektronische Schalter, die dazu ausgelegt sind, eine signifikante elektrische Last zu schalten, als Leistungsschalter bezeichnet. Automotive-Anwendungen sind eine Gruppe von Anwendungen, bei denen eine Überwachung des Zustands der Leistungsschalter (und daher indirekt des Zustands der Last) erforderlich sein kann, um verschiedene Spezifikationen und Standards wie beispielsweise ISO 26262 (bezeichnet mit „Road vehicles - functional safety“) bettreffend die funktionale Sicherheit zu erfüllen. Bei Automotive-Anwendungen sind die Leistungsschalter üblicherweise zusammen mit anderer Schaltungstechnik, die erforderlich ist, um die elektrischen Lasten zu betreiben, in sogenannten elektronischen Steuereinheiten (engl.: „electronic control units“; ECUs) enthalten. Beispielhafte Automotive-Anwendungen sind Motorsteuerung, Servolenkungssteuerung, oder die Steuerung des elektrischen Teils eines Hybridfahrzeug-Antriebsstrangs. Beispiele für elektrische Lasten können zum Beispiel Solenoid-Einspritzventile (zur Motorsteuerung), Elektromotoren (bei der mit elektrischer Leistung unterstützten Steuerung (engl.: „electric power assisted steering“; EPAS) und verschiedenen anderen Systemen) oder elektrische Aktoren sein. Bei Automotive-Anwendungen werden üblicherweise Leistungs-MOS-Transistoren als Leistungsschalter verwendet. Allerdings können bei anderen Anwendungen andere Arten von Transistoren (z. B. IGBTs, BJTs, etc.) verwendet werden.Electronic circuit breakers are used in a wide range of applications to switch electrical loads. Unlike other electronic switches, such as transistors used in logic circuits or the like, electronic switches designed to switch a significant electrical load are referred to as power switches. Automotive applications are a group of applications where monitoring of the state of the circuit breakers (and therefore indirectly the state of the load) may be required to meet various specifications and standards such as ISO 26262 (referred to as "road vehicles - functional safety"). to fulfill the functional safety. In automotive applications, the circuit breakers are commonly included in so-called electronic control units (ECUs) along with other circuitry required to operate the electrical loads. Exemplary automotive applications include motor control, power steering control, or the control of the electrical part of a hybrid vehicle powertrain. Examples of electrical loads may include, for example, solenoid injection valves (for engine control), electric motors (in the electric power assisted steering (EPAS) and various other systems) or electric actuators. In automotive applications, power MOS transistors are commonly used as power switches. However, other types of transistors (eg, IGBTs, BJTs, etc.) may be used in other applications.
In der Vergangenheit haben sich die Entwicklung und Neuerung unter anderem auf eine gesteigerte Miniaturisierung und die Verringerung des Leistungsverbrauchs konzentriert. Ein Ergebnis der erwähnten Miniaturisierung sind ECUs, die in hohem Maß integrierte Schaltungen einschließlich Digitalschaltungen wie beispielsweise Logikschaltungen, Analogschaltungen mit bipolaren Schaltungskomponenten ebenso wie Leistungs-MOS-Transistoren enthalten. Digitalschaltungen werden üblicherweise unter Verwendung von CMOS-Technologie implementiert, Analogschaltungen werden üblicherweise in Bipolar- oder BiCMOS-Technologie implementiert, und Leistungs-MOS-Transistoren werden in DMOS-(zweifach diffundierte MOS)-Technologie implementiert. BCD-(Bipolar-COMS-DMOS)-Technologie oder SPT (intelligente Leistungstechnologie; engl.: „Smart Power Technology“) kann als Kombination (Technologiemischung) von Bipolar-, CMOS- und DMOS-Technologien angesehen werden und erlaubt die erwähnte hohe Integration verschiedener Arten von Schaltungen in einem Halbleiter-Die. Die erhöhte Integration führte zu dem Design sogenannter intelligenter Leistungseinrichtungen (engl.: „Smart Power Devices“), die, neben Leistungsschaltern, analoge und digitale Schaltungstechnik zur Überwachung des Zustands der Leistungsschalter (Überwachungsschaltungen) und zur Übermittlung des Zustands an andere Schaltungskomponenten wie beispielsweise einen Mikrocontroller enthalten. Beispiele für Zustände, die durch die erwähnten Überwachungsschaltungen detektierbar sind, sind Übertemperatur, Überstrom, Kurzschluss, etc. Entsprechende Warnsignale oder Notfallabschaltsignale können ebenfalls in der intelligenten Leistungseinrichtung erzeugt werden. Aus der Publikation EP 1 988 633 A1 ist eine Gatetreiber-Schaltung für einen Leistungstransistor mit einem Modulator, der bestimmt, ob ein Parameter außerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist, und einem Demodulator, der ein entsprechendes Fehlersignal erzeugen kann, bekannt.In the past, development and innovation have focused, among other things, on increasing miniaturization and reducing power consumption. As a result of the mentioned miniaturization, there are ECUs which include highly integrated circuits including digital circuits such as logic circuits, analog circuits with bipolar circuit components as well as power MOS transistors. Digital circuits are commonly implemented using CMOS technology, analog circuits are commonly implemented in bipolar or BiCMOS technology, and power MOS transistors are implemented in DMOS (Dual Diffused MOS) technology. BCD (Bipolar-COMS-DMOS) technology or Smart Power Technology (SPT) can be considered as a combination (technology mix) of bipolar, CMOS and DMOS technologies and allows the mentioned high integration different types of circuits in a semiconductor die. The increased integration has resulted in the design of so-called smart power devices which, in addition to circuit breakers, provide analog and digital circuitry to monitor the state of the circuit breakers (monitoring circuits) and to communicate the state to other circuit components, such as Contain microcontroller. Examples of conditions that are detectable by the mentioned monitoring circuits are overtemperature, overcurrent, short circuit, etc. Corresponding warning signals or emergency shutdown signals can also be generated in the intelligent power device. From the publication EP 1 988 633 A1 is a gate drive circuit for a power transistor having a modulator that determines if a parameter is outside a predetermined range and a demodulator that can generate a corresponding error signal.
Allerdings kann die hohe Integration zu einer Konzentration von Wärmedissipation auf einem vergleichsweise geringen Gebiet führen. Des Weiteren führt die erwähnte Technologiemischung (z. B. BCD, SPT) zu einem suboptimalen Einschaltwiderstand der Leistungstransistoren im Vergleich zu Leistungstransistoren, die einfach nur in DMOS-Technologie hergestellt werden, was die Leistungsdichte in dem Halbleiter-Die weiter erhöhen kann. Bekannte Ansätze, um dieses Problem zu behandeln, zielen auf die Erhöhung der Größe des Halbleiter-Dies und des Chip-Packages ab, um die Wärme zu spreizen. Um die thermische Leistungsfähigkeit weiter zu erhöhen, können spezielle Materialien für die Leiterplatten, auf denen die Chips montiert werden, verwendet werden. Allerdings bringen diese Ansätze zusätzliche Kosten, die - zumindest teilweise - die positiven Effekte der Miniaturisierung vereiteln können, mit sich. Nichtsdestotrotz kann eine vergleichsweise präzise und qualitativ hochwertige Überwachung von Leistungsschaltern in intelligenten Leistungseinrichtungen erreicht werden.However, the high integration can lead to a concentration of heat dissipation in a relatively small area. Furthermore, the mentioned technology mixture (eg BCD, SPT) leads to a sub-optimal on-resistance of the power transistors compared to power transistors, which are simply manufactured in DMOS technology, which can further increase the power density in the semiconductor die. Known approaches to addressing this problem are aimed at increasing the size of the semiconductor die and the chip package in order to spread the heat. To further increase thermal performance, special materials can be used for the printed circuit boards on which the chips are mounted. However, these approaches entail additional costs that - at least in part - can thwart the positive effects of miniaturization. Nevertheless, comparatively precise and high quality circuit breaker monitoring in smart power devices can be achieved.
ÜBERBLICKOVERVIEW
Hierin wird eine Schaltungsanordnung beschrieben. Gemäß einer Ausgestaltung enthält die Schaltungsanordnung eine diskrete Leistungsschaltung mit zumindest einem Leistungsschalter, wobei die diskrete Leistungsschaltung ein erstes Signal, das einen ersten Betriebsparameter der diskreten Leistungsschaltung repräsentiert, bereitstellt. Die Schaltungsanordnung enthält weiterhin einen ersten Modulator, der dazu ausgebildet ist, das erste Signal zu empfangen und ein zugehöriges erstes moduliertes Signal zu erzeugen. Ein erster Demodulator ist dazu ausgebildet, das erste modulierte Signal zu empfangen und ein zugehöriges erstes demoduliertes Signal zu erzeugen. Ähnlich ist ein zweiter Demodulator dazu ausgebildet, das erste modulierte Signal zu empfangen und ein zugehöriges zweites demoduliertes Signal zu erzeugen, wobei der erste Demodulator eine größere Bandbreite als der zweite Demodulator aufweist. Eine Auswerteschaltung ist dazu ausgebildet, einen Betriebszustand der diskreten Leistungsschaltung basierend auf dem ersten demodulierten Signal und dem zweiten demodulierten Signal zu bestimmen.Herein, a circuit arrangement will be described. In one embodiment, the circuit arrangement includes a discrete power circuit having at least one power switch, the discrete power circuit having a first signal representative of a first operating parameter of the circuit represents discrete power circuit provides. The circuitry further includes a first modulator configured to receive the first signal and to generate an associated first modulated signal. A first demodulator is configured to receive the first modulated signal and generate an associated first demodulated signal. Similarly, a second demodulator is configured to receive the first modulated signal and generate an associated second demodulated signal, wherein the first demodulator has a larger bandwidth than the second demodulator. An evaluation circuit is configured to determine an operating state of the discrete power circuit based on the first demodulated signal and the second demodulated signal.
Des Weiteren wird hierin ein Verfahren zum Überwachen zumindest eines in einer diskreten Leistungsschaltung enthaltenen Leistungsschalters beschrieben. Gemäß einer Ausgestaltung beinhaltet das Verfahren das Empfangen eines ersten Signals, das einen ersten Betriebsparameter der diskreten Leistungsschaltung repräsentiert, und das Modulieren des ersten Signals, um ein zugehöriges erstes moduliertes Signal zu erzeugen. Das erste modulierte Signal wird mit einer ersten Bandbreite demoduliert, um ein zugehöriges demoduliertes Signal zu erzeugen, und das erste modulierte Signal wird mit einer zweiten Bandbreite demoduliert, um ein zugehöriges zweites demoduliertes Signal zu erzeugen, wobei die erste Bandbreite größer als die zweite Bandbreite ist. Ein Betriebszustand der diskreten Leistungsschaltung wird basierend auf dem ersten demodulierten Signal und dem zweiten demodulierten Signal bestimmt.Furthermore, a method is described herein for monitoring at least one circuit breaker included in a discrete power circuit. In one embodiment, the method includes receiving a first signal representing a first operating parameter of the discrete power circuit and modulating the first signal to generate an associated first modulated signal. The first modulated signal is demodulated at a first bandwidth to produce an associated demodulated signal, and the first modulated signal is demodulated at a second bandwidth to produce an associated second demodulated signal, wherein the first bandwidth is greater than the second bandwidth , An operating state of the discrete power circuit is determined based on the first demodulated signal and the second demodulated signal.
Figurenlistelist of figures
Die Erfindung lässt sich unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die Zeichnungen besser verstehen. Die Komponenten in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstäblich, vielmehr wurde Wert darauf gelegt, die Prinzipien der Erfindung darzustellen. Des Weiteren bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile. Zu den Zeichnungen:
- 1 ist ein Schaltbild, das Schaltungskomponenten einer intelligenten Leistungseinrichtung, die zum Überwachen des Zustands eines Leistungstransistors verwendet wird, veranschaulicht.
- 2 ist ein Schaltbild, das ein erstes Beispiel einer Schaltungsanordnung, die eine diskrete Leistungsschaltung, eine Analog-Digital-Wandlungsschaltung und eine Auswerteschaltung zum Überwachen des Betriebszustands der diskreten Leistungsschaltung enthält, veranschaulicht.
- 3 ist ein Schaltbild, das ein zweites Beispiel einer Schaltungsanordnung, die eine Verbesserung des Beispiels von 2 darstellt, veranschaulicht.
- 4 ist ein Schaltbild, das mögliche Betriebszustände der diskreten Leistungsschaltung veranschaulicht.
- 5 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Überwachen einer diskreten Leistungsschaltung veranschaulicht.
The invention will be better understood by reference to the following description and drawings. The components in the figures are not necessarily to scale, much attention has been paid to illustrating the principles of the invention. Furthermore, like reference characters designate corresponding parts throughout the figures. To the drawings: - 1 FIG. 12 is a circuit diagram illustrating circuit components of a smart power device used to monitor the state of a power transistor. FIG.
- 2 Fig. 12 is a circuit diagram illustrating a first example of a circuit arrangement including a discrete power circuit, an analog-to-digital conversion circuit, and an evaluation circuit for monitoring the operating state of the discrete power circuit.
- 3 is a circuit diagram showing a second example of a circuit arrangement, which is an improvement of the example of 2 represents illustrated.
- 4 FIG. 12 is a circuit diagram illustrating possible operating states of the discrete power circuit. FIG.
- 5 FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of a method of monitoring a discrete power circuit. FIG.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
1 ist ein Schaltbild, das Schaltungskomponenten, die in einer intelligenten Leistungseinrichtung 1 enthalten sind, veranschaulicht. Es versteht sich, dass nur jene Schaltungskomponenten, die für die vorliegende Erörterung erforderlich sind, gezeigt sind. Eine intelligente Leistungseinrichtung enthält üblicherweise eine Leistungsschaltung 110, eine Analogschaltung 120 und eine Logikschaltung 130, die alle drei in ein Halbleiter-Die, das zum Beispiel unter Verwendung einer BCD-(Bipolar-CMOS-DMOS)-Technologie hergestellt werden kann, integriert sind. Die integrierte Leistungsschaltung 110 enthält einen oder mehr Leistungsschalter, die bei dem vorliegenden Beispiel durch den MOS-Transistor MLS repräsentiert werden. Allerdings gilt die vorliegende Beschreibung auch für High-Side-Schalter. Weiterhin kann, abhängig von der gewünschten Anwendung, ein IGBT oder ein beliebiger anderer Typ von Transistor als Leistungsschalter verwendet werden. Darüber hinaus können Mehrkanal-Schalter, die mehrere Ausgangskanäle, von denen jeder einen elektronischen Schalter aufweist, implementiert werden. Wie erwähnt enthalten viele intelligente Leistungseinrichtungen Schaltungstechnik zum Überwachen des Betriebs der integrierten Leistungsschaltung 110, die die Kernfunktion der intelligenten Leistungseinrichtung, d. h. das Schalten elektrischer Lasten, implementiert. Dieses Überwachen von einem oder mehr Betriebsparametern wie beispielsweise Laststrom, Temperatur, etc. dient üblicherweise dem Zweck der Bestimmung des Betriebszustands der Leistungsschaltung 110, sowie dazu, den normalen Zustand von fehlerhaften Zuständen wie beispielsweise „Überstrom“, „Übertemperatur“, „offene Last“, „Kurzschluss“ oder dergleichen zu unterscheiden. 1 is a circuit diagram showing the circuit components used in a smart power device 1 are included. It will be understood that only those circuit components required for the present discussion are shown. An intelligent power device usually includes a power circuit 110 , an analog circuit 120 and a logic circuit 130 all of which are integrated into a semiconductor die that can be fabricated using, for example, a BCD (Bipolar CMOS-DMOS) technology. The integrated power circuit 110 includes one or more power switches, in the present example through the MOS transistor M LS be represented. However, the present description also applies to high-side switches. Furthermore, depending on the desired application, an IGBT or any other type of transistor may be used as the power switch. In addition, multi-channel switches that implement multiple output channels, each having an electronic switch, can be implemented. As mentioned, many smart power devices include circuitry for monitoring the operation of the integrated power circuit 110 that implements the core function of intelligent power equipment, ie the switching of electrical loads. This monitoring of one or more operating parameters such as load current, temperature, etc. is usually for the purpose of determining the operating state of the power circuit 110 , as well as to distinguish the normal state from faulty conditions such as "overcurrent", "overtemperature", "open load", "short circuit" or the like.
Die integrierte Leistungsschaltung 110 kann eine Temperaturerfassungsschaltung 112 und eine Stromerfassungsschaltung 111 enthalten. Die Temperaturerfassungsschaltung 112 kann thermisch gekoppelt sein, um die Temperatur TJ im aktiven Gebiet des MOS-Transistors MLS zu messen. Bei einem Beispiel enthält der Temperatursensor eine Diode oder einen Widerstand und liefert ein Strom- oder Spannungssignal, das die gemessene Temperatur TJ repräsentiert. Die Stromerfassungsschaltung 111 ist dazu ausgebildet, ein Stromerfassungssignal, das den durch den Laststrompfad des MOS-Transistors MLS fließenden Laststrom iL repräsentiert, auszugeben. Es können verschiedene Arten von Stromerfassungsschaltungen wie zum Beispiel ein Shuntwiderstand (Stromerfassungswiderstand), ein integrierter Stromerfassungstransistor (Erfassungs-FET; engl.: „sense-FET“) oder dergleichen verwendet werden. Weiterhin können elektrische Signale direkt an dem Leistungsschalter abgegriffen werden, zum Beispiel die Spannung über dem Laststrompfad (d. h. im Fall eines MOS-Transistors die Drain-Source-spannung VDS ) oder die zum Ein- und Ausschalten des Leistungsschalters verwendete Steuerspannung (d. h. im Fall eines MOS-Transistors die Gate-Source-Spannung VGS).The integrated power circuit 110 can be a temperature detection circuit 112 and a current detection circuit 111 contain. The temperature detection circuit 112 can be thermally coupled to the temperature T J in the active region of the MOS transistor M LS to eat. In one example, the temperature sensor includes a diode or resistor and provides a current or voltage signal, which is the measured temperature T J represents. The current detection circuit 111 is configured to generate a current detection signal passing through the load current path of the MOS transistor M LS flowing load current i L represents, spend. Various types of current detection circuits such as a shunt resistor (current sense resistor), an integrated current sense transistor (sense FET) or the like may be used. Furthermore, electrical signals can be tapped directly on the circuit breaker, for example, the voltage across the load current path (ie in the case of a MOS transistor, the drain-source voltage V DS ) or the control voltage used for switching on and off the circuit breaker (ie, in the case of a MOS transistor, the gate-source voltage VGS).
Um die oben erwähnte Überwachungsfunktion zu implementieren, kann die intelligente Leistungseinrichtung 1 eine integrierte Analogschaltung 120 aufweisen, die Verstärker- und Komparatorschaltungen enthalten kann, um jeden zu überwachenden Betriebsparameter zu verarbeiten. Bei dem vorliegenden Beispiel enthält die integrierte Analogschaltung 120 Verstärker 121, 122 und 123, die dazu ausgebildet sind, von der integrierten Leistungsschaltung 110 Erfassungssignale, die zu überwachende Betriebsparameter (z. B. die Temperatur TJ , die Drain-Source-Spannung VDS und den Laststrom iL ) repräsentieren, zu empfangen. Dementsprechend empfängt der Verstärker 121 das Temperaturerfassungssignal, das die Temperatur TJ repräsentiert, der Verstärker 122 empfängt das Spannungserfassungssignal, das die Drain-Source-Spannung VDS repräsentiert, und der Verstärker 123 empfängt das Spannungserfassungssignal, das den Laststrom iL repräsentiert. Die entsprechenden Verstärkerausgangssignale werden Komparatoren 125, 126 und 127, die dazu ausgebildet sind, zu detektieren, ob sich die Verstärkerausgangssignale innerhalb eines gewünschten Bereichs befinden oder nicht, zugeführt. Es wird darauf hingewiesen, dass es sein kann, dass ein oder mehr der Verstärker 121, 122 und 123 bei einigen Anwendungen (d. h. Verstärkungsfaktor 1) nicht erforderlich sind und daher weggelassen werden können.To implement the above-mentioned monitoring function, the intelligent power device 1 an integrated analog circuit 120 which may include amplifier and comparator circuits to process each operating parameter to be monitored. In the present example, the integrated analog circuit includes 120 amplifier 121 . 122 and 123 that are adapted from the integrated power circuit 110 Detection signals, the operating parameters to be monitored (eg the temperature T J , the drain-source voltage V DS and the load current i L ) to receive. Accordingly, the amplifier receives 121 the temperature detection signal indicating the temperature T J represents the amplifier 122 receives the voltage detection signal representing the drain-source voltage V DS represents, and the amplifier 123 receives the voltage detection signal, which is the load current i L represents. The corresponding amplifier output signals become comparators 125 . 126 and 127 which are adapted to detect whether or not the amplifier output signals are within a desired range. It should be noted that it may be that one or more of the amplifiers 121 . 122 and 123 in some applications (ie gain factor 1 ) are not necessary and can therefore be omitted.
Die Logikschaltung 130 ist dazu ausgebildet, die Komparatorausgangssignale zu empfangen und diese Signale zu verarbeiten, um einen Betriebszustand der Leistungsschaltung 110 zu detektieren. Abhängig von dem detektierten Zustand können unterschiedliche Aktionen ausgelöst werden. Bei dem vorliegenden Beispiel lässt das Ausgangssignal des Komparators 125 darauf schließen, ob die Temperatur TJ einen definierten Schwellenwert, der eine Maximaltemperatur repräsentiert, überschritten hat. Demgemäß kann ein Betriebszustand „Übertemperatur“ detektiert und eine Übertemperaturwarnung (engl.: „over-temperature warning“; OTW) oder es kann eine Übertemperaturabschaltung (engl.: „over-temperature shut-down“; OTSD) durch die Logikschaltung 130 ausgelöst werden. Ähnlich lässt das Ausgangssignal des Komparators 127 darauf schließen, ob der Laststrom iL einen definierten Schwellenwert, der einen Maximalstrom repräsentiert, überschritten hat. Demgemäß kann ein Betriebszustand „Überstrom“ (engl.: „over-current“; OC) oder „Kurzschluss mit Batterie“ (engl.: „short-circuit to battery“; SCB) detektiert werden und es kann eine Überstromabschaltung durch die Logikschaltung 130 ausgelöst werden. Weiterhin lässt das Ausgangssignal des Komparators 126 darauf schließen, ob sich die Drain-Source-Spannung VDS des MOS-Transistors MLS innerhalb eines definierten Bereichs befindet. Ein Kurzschluss nach Masse (engl.: „short-circuit to ground“; SCG) kann detektiert werden, wenn das Ausgangssignal des Komparators 126 anzeigt, dass sich die Spannung VDS unter einem definierten ersten Schwellenwert befindet, obwohl der MOS-Transistor MLS in einen Aus-Zustand gesteuert ist. Ein Offenlast-(Last nicht angeschlossen; engl.: „open-load“; OL)-Zustand kann detektiert werden, indem eine Teststromquelle (nicht gezeigt) mit dem Ausgangspin OUT gekoppelt wird. Wenn die aktivierte Stromquelle nicht in der Lage ist, vom Ausgangspin OUT einen Teststrom zu entnehmen, kann ein Offen-Lastzustand detektiert werden.The logic circuit 130 is configured to receive the comparator output signals and to process these signals to an operating state of the power circuit 110 to detect. Depending on the detected state different actions can be triggered. In the present example, the output of the comparator is off 125 to conclude, whether the temperature T J has exceeded a defined threshold representing a maximum temperature. Accordingly, an "over temperature" operating condition may be detected and an over-temperature warning (OTW) or over-temperature shut-down (OTSD) by the logic circuitry 130 to be triggered. The output signal of the comparator is similar 127 to conclude whether the load current i L has exceeded a defined threshold representing a maximum current. Accordingly, an operating state of "over-current" (OC) or "short-circuit to battery" (SCB) can be detected and an overcurrent shutdown by the logic circuit 130 to be triggered. Furthermore, the output signal of the comparator leaves 126 to conclude whether the drain-source voltage V DS of the MOS transistor M LS within a defined range. Short circuit to ground (SCG) can be detected when the output of the comparator 126 indicates that the tension is V DS is below a defined first threshold, although the MOS transistor M LS is controlled in an off state. An open-load (OL) condition can be detected by coupling a test current source (not shown) to the output pin OUT. If the activated current source is unable to take a test current from the output pin OUT, an open load condition can be detected.
Wie erwähnt kombiniert eine intelligente Leistungseinrichtung Leistungsschaltungen, Analogschaltungen und Logikschaltungen in einem Halbleiter-Die. Daher kann eine BCD-Technologie oder SPT erforderlich sein, um eine intelligente Leistungseinrichtung herzustellen. Weiterhin kann die hohe Integration zu einer erhöhten Wärmedissipation sowie zu einer Konzentration der Wärmedissipation auf einem vergleichsweise kleinen Chipgebiet führen. Allerdings hätte ein Schritt zurück zu diskreten Leistungsschaltern, die mit vergleichsweise billiger DMOS-Technologie (oder ähnlich) hergestellt werden, das Potential, die thermischen Probleme abzumildern, würde aber auf den ersten Blick das Opfern der einfachen aber genauen Überwachungsfunktionen (und der zugehörigen Steuerfunktion), die in einer intelligenten Leistungseinrichtung enthalten sind, mit sich bringen.As mentioned, an intelligent power device combines power circuits, analog circuits, and logic circuits in a semiconductor die. Therefore, BCD technology or SPT may be required to produce an intelligent power device. Furthermore, the high integration can lead to increased heat dissipation as well as to a concentration of heat dissipation on a comparatively small chip area. However, stepping back to discrete circuit breakers made using comparatively inexpensive DMOS technology (or similar) would have the potential to mitigate thermal problems, but would at first sight sacrifice the simple but accurate monitoring functions (and associated control function). , which are included in a smart power device to bring.
2 zeigt ein erstes Beispiel einer Schaltungsanordnung mit einer diskreten Leistungsschaltung 210, die eine oder mehr Leistungsschalter ohne weitere ergänzende „intelligente“ Schaltungstechnik, d. h. ohne irgendwelche integrierten Steuer-, Überwachungs- oder Schutzschaltungen, enthält. Bei dem vorliegenden Beispiel kann es sich bei dem Leistungsschalter um einen diskreten Leistungs-MOS-Transistor MLS handeln, der als Low-Side- oder als High-Side-Schalter betrieben werden kann. Allerdings wird bei dem vorliegenden Beispiel eine Low-Side-Konfiguration betrachtet. Um das Überwachen eines oder mehrerer Betriebsparametern der diskreten Leistungsschaltung 210 (z. B. die Drain-Source-Spannung VDS des MOS-Transistors MLS ) zu erlauben, ist eine Analog-Digital-Wandlungsschaltung 240 vorgesehen. Bei dem vorliegenden Beispiel kann die Analog-Digital-Wandlungsschaltung 240 in ein separates Halbleiter-Die integriert sein und unter Verwendung einer Bipolar- oder BiCMOS-Technologie hergestellt werden. 2 shows a first example of a circuit arrangement with a discrete power circuit 210 incorporating one or more power switches without any additional complementary "smart" circuitry, ie without any integrated control, monitoring or protection circuits. In the present example, the power switch may be a discrete power MOS transistor M LS act, which can be operated as a low-side or as a high-side switch. However, in the present example, a low-side configuration is considered. To monitor one or more operating parameters of the discrete power circuit 210 (eg the drain-source voltage V DS of the MOS transistor M LS ) is an analog-to-digital conversion circuit 240 intended. In the present example, the analog-to-digital conversion circuit 240 be integrated into a separate semiconductor die and fabricated using bipolar or BiCMOS technology.
Bei dem vorliegenden Beispiel wird ein Signal, das eine Drain-Source-Spannung VDS des MOS-Transistors MLS repräsentiert, an der diskreten Leistungsschaltung 210 abgegriffen und einem Modulator 220 zugeführt. Der Modulator 220 ist dazu ausgebildet, das Signal, das die Drain-Source-Spannung VDS repräsentiert, zu modulieren und ein zugehöriges moduliertes Signal SM1 zu erzeugen. Der Modulator kann eine Delta-Modulation (Δ-Modulation) oder eine Delta-Sigma-Modulation (ΔΣ-Modulation) implementieren. In diesem Fall handelt es sich bei dem modulierten Signal SM1 um ein pulsdichtemoduliertes (PDM) Signal, das als Digitalsignal, d. h. als Bitstrom mit einer definierten Sample-Rate, die gleich der Bitrate ist, betrachtet werden. Delta-Modulation und Delta-Sigma-Modulation sind als solche bekannt und werden daher hierin nicht weiter erläutert.In the present example, a signal that is a drain-source voltage V DS of the MOS transistor M LS represented at the discrete power circuit 210 tapped and a modulator 220 fed. The modulator 220 is adapted to the signal representing the drain-source voltage V DS represents, modulate and an associated modulated signal S M1 to create. The modulator may implement delta modulation (Δ modulation) or delta sigma modulation (ΔΣ modulation). In this case, it is the modulated signal S M1 a pulse density modulated (PDM) signal considered as a digital signal, ie a bitstream at a defined sample rate equal to the bit rate. Delta modulation and delta-sigma modulation are known per se and are therefore not further discussed herein.
Die Schaltungsanordnung von 2 enthält weiterhin einen ersten Demodulator 221 und einen zweiten Demodulator 222. Sowohl der erste als auch der zweite Demodulator 221 und 222 sind, dem Modulator 220 nachgeschaltet, mit diesem gekoppelt, um das modulierte Signal SM1 zu empfangen, und sie sind dazu ausgebildet, das modulierte Signal SM1 zu demodulieren und ein zugehöriges erstes und zweites demoduliertes Signal SD1 bzw. SD2 zu erzeugen. Allerdings sind der erste und der zweite Demodulator 221 und 222 nicht identisch, da der erste Demodulator 221 eine größere Bandbreite als der zweite Demodulator 222 besitzt. Deshalb repräsentiert das erste demodulierte Signal SD1 eine Transientencharakteristik der Drain-Source-Spannung VDS . Das heißt, das erste demodulierte Signal SD1 enthält die schnellen Transienten der Drain-Source-Spannung VDS , wohingegen das zweite demodulierte Signal SD2 die langsamen Transienten der Drain-Source-Spannung VDS enthält.The circuit arrangement of 2 also contains a first demodulator 221 and a second demodulator 222 , Both the first and the second demodulator 221 and 222 are, the modulator 220 connected downstream, with this coupled to the modulated signal S M1 to receive, and they are trained, the modulated signal S M1 to demodulate and an associated first and second demodulated signal S D1 or. S D2 to create. However, the first and the second demodulator are 221 and 222 not identical, since the first demodulator 221 a larger bandwidth than the second demodulator 222 has. Therefore, the first demodulated signal represents S D1 a transient characteristic of the drain-source voltage V DS , That is, the first demodulated signal S D1 contains the fast transients of the drain-source voltage V DS whereas the second demodulated signal S D2 the slow transients of the drain-source voltage V DS contains.
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung handelt es sich bei den ersten und zweiten Demodulatoren 221 und 222 um digitale Demodulatoren, die als kaskadierte Integrator-Kamm-(engl.: „cascaded integrator-comb“; CIC)-Filter realisiert sind. Zusätzlich zu ihrer Funktion als Filter können CIC-Filter verwendet werden, um die Sample-Rate (Bitrate) des zu filternden Bitstroms zu verringern. In diesem Fall wird das Eingangssignal des CIC-Filters (d. h. das modulierte Signal SM1 ) durch eine oder mehr kaskadierte Integratoren, die die Demodulation bewirken, geleitet. Das integrierte Signal wird dann herabgesamplet (engl.: „down-sampled“) (um einen bestimmten Dezimationsfaktor dezimiert) und durch eine oder mehr Kamm-Stufen (engl.: „comb stages“) gefiltert. Die Kamm-Stufen besitzen im Wesentlichen die Filtercharakteristik einer finiten Impulsantwort (engl.: „finite impulse response“; FIR). Die Breite des Durchlassbereichs des CIC-Filters bestimmt die Bandbreite des Demodulators und hängt vom Dezimationsfaktor ab. Demgemäß ist der Dezimationsfaktor des Breitbanddemodulators 221 M, und der Dezimationsfaktor des Schmalbanddemodulators 222 ist N, wobei M und N positive ganze Zahlen sind und M>N ist. CIC-Filter und ihre Funktion als Dezimatoren sind als solche bekannt und werden daher hierin nicht ausführlicher erläutert. Die Demodulatoren 221 und 222 geben einen Strom digitaler Worte aus. In der Praxis kann eine Auflösung von 8 bis 16 Bit verwendet werden.According to an exemplary embodiment, the first and second demodulators are 221 and 222 to digital demodulators implemented as cascaded integrator comb (CIC) filters. In addition to their function as filters, CIC filters can be used to reduce the sample rate (bit rate) of the bitstream to be filtered. In this case, the input signal of the CIC filter (ie, the modulated signal S M1 ) by one or more cascaded integrators effecting demodulation. The integrated signal is then down-sampled (decimated by a certain decimation factor) and filtered through one or more comb stages. The comb stages essentially have the filter characteristic of a finite impulse response (FIR). The width of the passband of the CIC filter determines the bandwidth of the demodulator and depends on the decimation factor. Accordingly, the decimation factor of the wideband demodulator is 221 M , and the decimation factor of the narrowband demodulator 222 is N , in which M and N are positive integers and M> N. CIC filters and their function as decimators are known per se and therefore will not be explained in more detail herein. The demodulators 221 and 222 output a stream of digital words. In practice, a resolution of 8 to 16 bits can be used.
Zusammen tragen die ersten und zweiten demodulierten Signale SD1 und SD2 die in dem Signalpegel der Spannung VDS enthaltenen Informationen. Die Schaltungsanordnung von 2 kann eine Auswerteschaltung 230 enthalten, die dazu ausgebildet ist, basierend auf dem ersten und zweiten demodulierten Signal SD1 und SD2 einen Betriebszustand der diskreten Leistungsschaltung 210 zu bestimmen. Wie erwähnt kann es sich bei dem Betriebszustand zum Beispiel um einen „Normalbetrieb“, „Kurzschluss mit Batterie“, „Kurzschluss nach Masse“, „offene Last“ oder dergleichen handeln. Zum Beispiel kann es sich bei der Auswerteschaltung um einen Mikrocontroller oder eine ähnliche programmierbare Schaltung handeln. Bei einem Beispiel kann die Auswerteschaltung 230 die demodulierten Signale SD1 und SD2 empfangen und die Signale digital weiterverarbeiten. Alternativ verarbeitet die Auswerteschaltung 230 die demodulierten Signale SD1 und SD2 nicht direkt. Wie bei dem Beispiel von 2 gezeigt werden die demodulierten Signale SD1 und SD2 digitalen Komparatoren 223 bzw. 224 zugeführt, die dazu ausgebildet sind, den Signalpegel der demodulierten Signale SD1 und SD2 mit entsprechenden Schwellenwertpegeln zu vergleichen. In diesem Fall werden die Ausgangssignale SO1 und SO2 der Komparatoren 223 und 224 durch die Auswerteschaltung 230 empfangen, und die Auswerteschaltung 230 verarbeitet die Komparatorausgangssignale SO1 und SO2 , um den Betriebszustand der diskreten Leistungsschaltung 210 zu bestimmen. Beispiele dafür, wie die Auswerteschaltung 230 die Komparatorausgangssignale SO1 und SO2 verarbeiten kann, werden später unter Bezugnahme auf 3 und 5 erörtert. Es wird darauf hingewiesen, dass das die Drain-Source-Spannung VDS des MOS-Transistors MLS repräsentierende Signal, das an der diskreten Leistungsschaltung 210 abgegriffen wird, lediglich ein Beispiel eines Signals, das einen Betriebsparameter der diskreten Leistungsschaltung 210 repräsentiert, darstellt. Andere Beispiele sind eine Gehäusetemperatur der diskreten Leistungsschaltung, ein Laststrom, etc.Together carry the first and second demodulated signals S D1 and S D2 in the signal level of the voltage V DS contained information. The circuit arrangement of 2 can be an evaluation circuit 230 which is adapted to, based on the first and second demodulated signal S D1 and S D2 an operating state of the discrete power circuit 210 to determine. As mentioned, the operating state may be, for example, a "normal operation", "short circuit with battery", "short circuit to ground", "open load" or the like. For example, the evaluation circuit may be a microcontroller or similar programmable circuit. In one example, the evaluation circuit 230 the demodulated signals S D1 and S D2 receive and process the signals digitally. Alternatively, the evaluation circuit processes 230 the demodulated signals S D1 and S D2 not directly. As with the example of 2 the demodulated signals are shown S D1 and S D2 digital comparators 223 or. 224 supplied, which are adapted to the signal level of the demodulated signals S D1 and S D2 to compare with corresponding threshold levels. In this case, the output signals S O1 and S O2 the comparators 223 and 224 through the evaluation circuit 230 received, and the evaluation circuit 230 processes the comparator output signals S O1 and S O2 to the operating state of the discrete power circuit 210 to determine. Examples of how the evaluation circuit 230 the comparator output signals S O1 and S O2 can be discussed later with reference to 3 and 5 discussed. It should be noted that this is the drain-source voltage V DS of the MOS transistor M LS representing signal that is at the discrete power circuit 210 is just an example of a signal that has a Operating parameters of the discrete power circuit 210 represents represents. Other examples are a housing temperature of the discrete power circuit, a load current, etc.
3 veranschaulicht ein weiteres Beispiel einer Schaltungsanordnung, die als Verbesserung des vorangehenden Beispiels von 2 angesehen werden kann. Gemäß 3 werden zwei Betriebsparameter, welche die Drain-Source-Spannung VDS des MOS-Transistors MLS (wie bei dem vorangehenden Beispiel von 2) und die Temperatur TC des Gehäuses der diskreten Leistungsschaltung 210 (z. B. die Temperatur des Chip-Packages) sind, überwacht. Entsprechend empfängt die Analog-Digital-Wandlungsschaltung 240 ein erstes Signal, das die Drain-Source-Spannung VDS repräsentiert, und ein zweites Signal, das die Temperatur TC repräsentiert, wobei das zweite Signal durch einen Temperatursensor 212, der mit der diskreten Leistungsschaltung 210 thermisch gekoppelt ist, bereitgestellt wird. Das thermische Koppeln ist in 3 durch die gepunktete Linie dargestellt. Die Messung der Temperatur TC kann unter Anderem zur Kalibrierung des Einschaltwiderstands RON des MOS-Transistors MLS erfolgen. Wenn der MOS-Transistor nach einer längeren Aus-Periode zum ersten Mal eingeschaltet wird, kann die Sperrschichttemperatur des MOS-Transistors durch die gemessene Gehäusetemperatur TC , die durch den Sensor 212, der sich außerhalb der diskreten Leistungsschaltung 210 befindet aber thermisch mit dieser gekoppelt ist, angenähert werden. Der Einschaltwiderstand RON kann dann basierend auf Messungen des Laststroms und der Drain-Source-Spannung VDS bestimmt werden. Da der Temperaturkoeffizient bekannt ist, kann RDS für höhere Temperaturen leicht bestimmt werden, sobald die Kalibrierung abgeschlossen ist. 3 FIG. 11 illustrates another example of a circuit arrangement useful as an improvement to the previous example of FIG 2 can be viewed. According to 3 be two operating parameters, which is the drain-source voltage V DS of the MOS transistor M LS (as in the previous example of 2 ) and the temperature T C the housing of the discrete power circuit 210 (eg the temperature of the chip package) are monitored. Accordingly, the analog-to-digital conversion circuit receives 240 a first signal representing the drain-source voltage V DS represents, and a second signal that the temperature T C represents, wherein the second signal by a temperature sensor 212 that with the discrete power circuit 210 is thermally coupled is provided. The thermal coupling is in 3 represented by the dotted line. The measurement of the temperature T C Among other things, it can be used to calibrate the on-resistance RON of the MOS transistor M LS respectively. When the MOS transistor is turned on for the first time after an extended off-period, the junction temperature of the MOS transistor may be affected by the measured case temperature T C passing through the sensor 212 that is outside the discrete power circuit 210 but is thermally coupled with this, can be approximated. The on-resistance RON can then be based on measurements of the load current and the drain-source voltage V DS be determined. Since the temperature coefficient is known, can R DS be easily determined for higher temperatures once calibration is complete.
Bei dem vorliegenden Beispiel wird das erste Signal, das die Spannung VDS repräsentiert, auf dieselbe Weise wie bei dem vorangehenden Beispiel von 2 verarbeitet. Demgemäß enthält die Analog-Digital-Wandlungsschaltung 240 einen ersten Modulator 220, erste und zweite Demodulatoren 221 und 222, und erste und zweite Komparatoren 223 und 224, die Ausgangssignale SO1 und SO2 bereitstellen. Um redundante Erläuterungen zu vermeiden, wird Bezug genommen auf die entsprechende Beschreibung oben. Gemäß dem vorliegenden Beispiel kann dieselbe oder eine ähnliche Signalverarbeitungskette verwendet werden, um das zweite Signal, das die Temperatur TC repräsentiert, zu verarbeiten. Demgemäß wird das zweite Signal einem zweiten Modulator 225, der dazu ausgebildet ist, ein zweites moduliertes Signal SM2 zu erzeugen, zugeführt. Bei dem zweiten Modulator 225 kann es sich um einen Delta-Modulator (Δ-Modulator) oder einen Delta-Sigma-Modulator (ΔΣ-Modulator) handeln, und er kann auf dieselbe Weise wie der erste Modulator 220 implementiert werden. Entsprechend kann es sich bei dem zweiten modulierten Signal SM2 ebenfalls um ein pulsdichtemoduliertes (PDM) Signal, d. h. einen Bitstrom mit einer definierten Sample-Rate (Bitrate) handeln. Bei einem speziellen Beispiel können die Sample-Raten der modulierten Signale SM1 und SM2 gleich sein.In the present example, the first signal that is the voltage V DS represents, in the same way as in the previous example of 2 processed. Accordingly, the analog-to-digital conversion circuit includes 240 a first modulator 220 , first and second demodulators 221 and 222 , and first and second comparators 223 and 224 , the output signals S O1 and S O2 provide. To avoid redundant explanations, reference is made to the corresponding description above. According to the present example, the same or a similar signal processing chain may be used to obtain the second signal representing the temperature T C represents, process. Accordingly, the second signal becomes a second modulator 225 which is adapted to a second modulated signal S M2 to generate supplied. At the second modulator 225 it may be a delta modulator (Δ modulator) or a delta sigma modulator (ΔΣ modulator), and it may be the same as the first modulator 220 be implemented. Accordingly, the second modulated signal may be S M2 also a pulse density modulated (PDM) signal, ie a bitstream with a defined sample rate (bit rate) act. In a specific example, the sample rates of the modulated signals S M1 and S M2 be equal.
Wie in 3 gezeigt wird das zweite modulierte Signal SM2 einem dritten Demodulator 226 und einem vierten Demodulator 227, die entsprechende dritte und vierte demodulierte Signale SD3 bzw. SD4 bereitstellen, zugeführt. Der dritte Demodulator 226 kann eine größere Bandbreite als der vierte Demodulator 227 aufweisen. Allerdings besitzen die Breitband-Demodulatoren 221 und 226 nicht notwendigerweise dieselben Bandbreiten. Das Gleiche gilt für die Schmalband-Demodulatoren 222 und 227. Nichtsdestotrotz können die Demodulatoren 226 und 227 auf dieselbe Weise wie die Demodulatoren 221 bzw. 222 als CIC-Filter implementiert werden. Das dritte demodulierte Signal SD3 kann schnelle Transienten der Temperatur TC enthalten, während das vierte demodulierte Signal SD4 die langsamen Transienten der Temperatur TC enthalten kann. Die langsamen Transienten (ein gleitender Mittelwert) kann verwendet werden, um, bevor eine Notfallabschaltung ausgelöst wird, einen Vorwarnzustand zu bestimmen. Wenn zum Beispiel die gemessene Temperatur über eine bestimmte Zeitperiode kontinuierlich ansteigt und letztlich einen Schwellenwert erreicht, kann gefolgert werden, dass die Temperatur weiter ansteigt, und es kann ein Vorwarnzustand angezeigt werden.As in 3 the second modulated signal is shown S M2 a third demodulator 226 and a fourth demodulator 227 , the corresponding third and fourth demodulated signals S D3 or. S D4 provide, supplied. The third demodulator 226 can have a larger bandwidth than the fourth demodulator 227 respectively. However, the broadband demodulators own 221 and 226 not necessarily the same bandwidths. The same applies to the narrow band demodulators 222 and 227 , Nonetheless, the demodulators can 226 and 227 in the same way as the demodulators 221 or. 222 implemented as a CIC filter. The third demodulated signal S D3 can fast transient the temperature T C included while the fourth demodulated signal S D4 the slow transients of the temperature T C may contain. The slow transients (a moving average) can be used to determine a prewarning condition before an emergency shutdown is triggered. For example, if the measured temperature continuously increases over a certain period of time and eventually reaches a threshold, it can be inferred that the temperature continues to increase and a pre-warning condition may be indicated.
Zusammen tragen die ersten und zweiten demodulierten Signale SD1 und SD2 die in dem Signalpegel der Spannung VDS enthaltene Information. Ähnlich tragen die dritten und vierten demodulierten Signale SD3 und SD4 eine Information betreffend die Temperatur TC . Ähnlich wie bei dem vorangehenden Beispiel kann die Schaltungsanordnung von 3 eine Auswerteschaltung 230 enthalten, die dazu ausgebildet ist, basierend auf den ersten, zweiten, dritten und vierten demodulierten Signalen SD1 , SD2 , SD3 und SD4 einen Betriebszustand (z. B. „Normalbetrieb“, „Überstrom“, „Übertemperatur“, „Vorwarnung“, etc.) der diskreten Leistungsschaltung 210 zu bestimmen. Wie erwähnt kann es sich bei der Auswerteschaltung 230 um einen Mikrocontroller oder eine ähnliche programmierbare Schaltung handeln. Bei einem Beispiel kann die Auswerteschaltung 230 die demodulierten Signale SD1 , SD2 , SD3 und SD4 empfangen und die Signale digital weiterverarbeiten. Allerdings können die demodulierten Signale SD1 , SD2 , SD3 und SD4 , ähnlich wie in 2, Komparatoren 223, 224, 228 bzw. 229 zugeführt werden. In diesem Fall werden die entsprechenden Komparatorausgangssignale SD1 , SD2 , SD3 und SD4 der Auswerteschaltung 230 zugeführt. Jeder Komparator ist dazu ausgebildet, den Signalpegel des Komparatoreingangssignals mit einem definierten Schwellenwertpegel zu vergleichen, und das entsprechende Komparatorausgangssignal lässt darauf schließen, ob der Pegel des Eingangssignals über oder unter dem betreffenden Schwellenwert liegt.Together carry the first and second demodulated signals S D1 and S D2 in the signal level of the voltage V DS contained information. Similarly, the third and fourth carry demodulated signals S D3 and S D4 an information regarding the temperature T C , Similar to the previous example, the circuit arrangement of 3 an evaluation circuit 230 which is adapted to, based on the first, second, third and fourth demodulated signals S D1 . S D2 . S D3 and S D4 an operating state (eg, "normal operation", "overcurrent", "overtemperature", "prewarning", etc.) of the discrete power circuit 210 to determine. As mentioned, it may be in the evaluation circuit 230 to act a microcontroller or similar programmable circuit. In one example, the evaluation circuit 230 the demodulated signals S D1 . S D2 . S D3 and S D4 receive and process the signals digitally. However, the demodulated signals S D1 . S D2 . S D3 and S D4 , similar to in 2 , Comparators 223 . 224 . 228 or. 229 be supplied. In this case, the corresponding comparator output signals become S D1 . S D2 . S D3 and S D4 the evaluation circuit 230 fed. Each comparator is adapted to the signal level of the comparator input signal to a defined threshold level, and the corresponding comparator output signal indicates whether the level of the input signal is above or below the threshold in question.
Bei dem Beispiel von 3 erlaubt das Temperaturmessvermögen eine Kalibriermessung, um den Einschaltwiderstand RON des MOS-Transistors MLS wie oben beschrieben zu bestimmen. Der Einschaltwiderstand RON , der aufgrund von Herstellungstoleranzen variieren kann, kann in einem Speicher, der in der Auswerteschaltung enthalten sein kann, gespeichert werden, und er kann verwendet werden, um den durch die MOS-Transistoren fließenden Laststrom iL aus der entsprechenden Drain-Source-Spannung VDS zu bestimmen. Während der MOS-Transistor eingeschaltet ist, kann der Laststrom iL unter Verwendung der Gleichung iL=VDS/RON bestimmt werden. Entsprechend ermöglicht die Temperaturmessung eine indirekte Laststrommessung durch Messen der Spannung VDS und dem Herleiten des Laststroms hiervon unter Verwendung des kalibrierten Einschaltwiderstands RON .In the example of 3 The temperature measuring capability allows a calibration measurement to the on-resistance RON of the MOS transistor M LS as described above. The on-resistance RON which may vary due to manufacturing tolerances may be stored in a memory which may be included in the evaluation circuit, and may be used to control the load current flowing through the MOS transistors i L from the corresponding drain-source voltage V DS to determine. While the MOS transistor is turned on, the load current i L be determined using the equation i L = V DS / R ON . Accordingly, the temperature measurement allows an indirect load current measurement by measuring the voltage V DS and deriving the load current therefrom using the calibrated on-resistance RON ,
Der Zweck von 4 besteht darin, verschiedene Betriebszustände der diskreten Leistungsschaltung 210 von 2 zu erzeugen. In einem normalen Betriebszustand ist eine Last Z zwischen einem Ausgangspin OUT der diskreten Leistungsschaltung 210 und einem Versorgungsknoten, an dem eine Versorgungsspannung Vs zugeführt wird, angeschlossen. Der Leistungs-MOS-Transistor MLS ist in die diskrete Leistungsschaltung 210 integriert und bietet - sofern aktiviert - einen Laststrompfad zwischen dem Ausgangspin OUT und einem Massepin GND, der an Massepotential angeschlossen ist. Wenn er deaktiviert ist, unterbricht der Leistungs-MOS-Transistor MLS den Laststrompfand zwischen dem Ausgangspin OUT und dem Massepin GND. Bei dem vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem Lastrompfad und um den Drain-Source-Strompfad des MOS-Transistors MLS . Im Fall eines IGBTs wäre der Laststrompfad der Kollektor-Emitter-Strompfad des IGBTs. Im Fall eines Thyristors wäre der Laststrompfad der Anoden-Kathoden-Strompfad des Thyristors. Wie aus 4 zu sehen ist, ist die diskrete Leistungsschaltung 210 an die Low-Side der Last Z angeschlossen, und deshalb wird der MOS-Transistor MLS als Low-Side-Schalter bezeichnet. Es versteht sich, dass die folgenden Erläuterungen ohne weiteres auf High-Side-Schalter übertragen werden können.The purpose of 4 consists of different operating states of the discrete power circuit 210 from 2 to create. In a normal operating condition is a load Z between an output pin OUT the discrete power circuit 210 and a supply node to which a supply voltage vs is supplied, connected. The power MOS transistor M LS is in the discrete power circuit 210 integrated and provides - if activated - a load current path between the output pin OUT and a ground pin GND which is connected to ground potential. When disabled, the power MOS transistor interrupts M LS the load current between the output pin OUT and the ground pin GND. In the present example, the load path is the drain-source current path of the MOS transistor M LS , In the case of an IGBT, the load current path would be the collector-emitter current path of the IGBT. In the case of a thyristor, the load current path would be the anode-cathode current path of the thyristor. How out 4 can be seen, is the discrete power circuit 210 to the low side of the load Z connected, and therefore the MOS transistor M LS referred to as a low-side switch. It will be appreciated that the following explanations may be readily applied to high-side switches.
Falls die Temperatur eine bestimmte Maximaltemperatur übersteigt, arbeitet die Leistungsschaltung 210 in einem Übertemperatur-(OT)-Zustand. Falls die Last Z (aus welchem Grund auch immer) kurzgeschlossen ist, existiert ein Strompfad mit geringem Widerstand zwischen dem Ausgangspin OUT und dem Knoten, an dem die Versorgungsspannung Vs zugeführt wird. In dieser Situation arbeitet die diskrete Leistungsschaltung 210 in einem „Kurzschluss mit Versorgung“-(Kurzschluss mit Batterie; engl.: „short-circuit to battery“; SCB)-Zustand. Ähnlich können Situationen auftreten, in denen der Ausgangspin OUT mit dem Massepin GND kurzgeschlossen ist. In diesem Zustand arbeitet die diskrete Leistungsschaltung 210 in einem Masse-(engl.: „short-circuit to ground“; SCG)-Zustand. Man kann erkennen, dass für Low-Side-Schalter ein SCB-Zustand zu einem Überstrom-(OC)-Zustand führen kann, während ein SCG-Zustand dazu führen kann, dass die diskrete Leistungsschaltung 210 nicht in der Lage ist, den Laststrom iL auszuschalten. Weiterhin können Situationen auftreten, bei denen die Last Z versehentlich von dem Ausgangspin OUT oder der Versorgungsspannung getrennt wird. In einer derartigen Situation arbeitet die diskrete Leistungsschaltung 210 in einem Offenlast-(OL)-Zustand, in dem die diskrete Leistungsschaltung 210 nicht dazu in der Lage ist, den Laststrom iL einzuschalten.If the temperature exceeds a certain maximum temperature, the power circuit operates 210 in an overtemperature (TDC) condition. If the load Z is shorted (for whatever reason), there exists a low resistance current path between the output pin OUT and the node to which the supply voltage Vs is supplied. In this situation, the discrete power circuit operates 210 in a "short to supply" - (short circuit to battery; SCB) state. Similarly, situations can occur in which the output pin OUT with the ground pin GND shorted. In this state, the discrete power circuit operates 210 in a short-circuit-to-ground (SCG) state. It can be seen that for low-side switches, an SCB state can result in an overcurrent (OC) state, while an SCG state can cause the discrete power circuit 210 is not capable of the load current i L off. Furthermore, situations may occur in which the load Z is inadvertently from the output pin OUT or the supply voltage is disconnected. In such a situation, the discrete power circuit operates 210 in an open load (OL) state, in which the discrete power circuit 210 not capable of doing the load current i L turn.
5 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Überwachen einer diskreten Leistungsschaltung, die einen oder mehr Leistungsschalter enthält, ohne dass irgendeine Überwachungsschaltung zusammen mit dem einen oder den mehr Leistungsschaltern integriert ist. Gemäß dem Beispiel von 5 wird von der diskreten Leistungsschaltung zumindest ein Signal, das zumindest einen Betriebsparameter der diskreten Leistungsschaltung repräsentiert, empfangen (vgl. 2). Bei dem vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem zumindest einen Betriebsparameter um die Drain-Source-Spannung VDS eines in der diskreten Leistungsschaltung 210 enthaltenen MOS-Transistors (siehe 5, Schritt 51). In einem weiteren Beispiel kann stattdessen ein Temperatursignal oder ein Stromerfassungssignal empfangen und verarbeitet werden. Das empfangene Signal, das die Drain-Source-Spannung VDS repräsentiert, wird moduliert (siehe 5, Schritt 52). Wie oben erläutert kann es sich bei der Modulation um eine Delta-Modulation oder eine Delta-Sigma-Modulation handeln, und bei dem modulierten Signal kann es sich daher um ein pulsdichtemoduliertes Signal handeln. 5 FIG. 12 shows an example method of monitoring a discrete power circuit including one or more power switches without any monitoring circuitry being integrated with the one or more power switches. According to the example of 5 At least one signal representing at least one operating parameter of the discrete power circuit is received by the discrete power circuit (cf. 2 ). In the present example, the at least one operating parameter is the drain-source voltage V DS one in the discrete power circuit 210 contained MOS transistor (see 5 , Step 51 ). In another example, instead, a temperature signal or a current sense signal may be received and processed. The received signal, which is the drain-source voltage V DS represents is modulated (see 5 , Step 52 ). As discussed above, the modulation may be delta modulation or delta sigma modulation, and the modulated signal may therefore be a pulse density modulated signal.
Das modulierte Signal, das die Information der Drain-Source-Spannung VDS trägt, wird daher zweimal demoduliert, wobei die erste Demodulation (siehe 5, Schritt 53) mit einer ersten Bandbreite erfolgt und die zweite Demodulation (siehe 5, Schritt 54) mit einer zweiten Bandbreite erfolgt. Die erste Bandbreite ist größer als die zweite Bandbreite. Wie oben erläutert kann die Demodulation mit CIC-Filtern erreicht werden, und es wird Bezug genommen auf die sich auf die 2 und 3 beziehenden Erläuterungen oben. Schließlich werden die zwei demodulierten Signale (d. h. das Breitbandsignal und das Schmalbandsignal), die zusammen die Information über den Betriebsparameter (bei dem vorliegenden Beispiel die Spannung VDS ) tragen, verwendet, um einen Betriebszustand (z. B. offene Last, Kurzschluss, etc.) der diskreten Leistungsschaltung zu bestimmen.The modulated signal representing the information of the drain-source voltage V DS is therefore twice demodulated, the first demodulation (see 5 , Step 53 ) takes place with a first bandwidth and the second demodulation (see 5 , Step 54 ) takes place with a second bandwidth. The first bandwidth is larger than the second bandwidth. As explained above, demodulation can be achieved with CIC filters, and reference is made to FIGS 2 and 3 related explanations above. Finally, the two demodulated signals (ie the wideband signal and the narrowband signal), which together provide the information about the operating parameter (voltage in the present example) V DS ) used to determine an operating state (eg open load, short circuit, etc.) of the discrete power circuit.
Obwohl die Erfindung in Bezug auf eine oder mehrere Implementierungen dargestellt und beschrieben wurde, können Änderungen und Anpassungen an den dargestellten Beispielen durchgeführt werden, ohne den Geist und die Reichweite der angehängten Ansprüche zu verlassen. Insbesondere hinsichtlich der verschiedenen Funktionen, die von den oben beschriebenen Bauelementen oder Strukturen (Einheiten, Baugruppen, Vorrichtungen, Schaltungen, Systemen, usw.) durchgeführt werden, sowie der Bergriffe (einschließlich eines Bezugs auf ein „Mittel“), die verwendet werden, um solche Bauelemente zu beschreiben, sollen diese - sofern nicht anders angegeben - jeglichem Bauelement oder Struktur entsprechen, die die erwähnte Funktion des beschriebenen Bauelements durchführen (d.h. die funktionell gleichwertig sind), auch wenn diese nicht der offenbarten Struktur, welche die Funktion in den hier dargestellten beispielhaften Implementierungen der Erfindung durchführen, strukturell gleich ist.While the invention has been illustrated and described with respect to one or more implementations, alterations and adaptations may be made to the illustrated examples without departing from the spirit and scope of the appended claims. In particular, with regard to the various functions performed by the above-described components or structures (units, assemblies, devices, circuits, systems, etc.), as well as the concerns (including a reference to a "means") used to To describe such devices, they should, unless otherwise indicated, correspond to any device or structure performing the mentioned function of the described device (ie, being functionally equivalent), even if not of the disclosed structure, which performs the function shown in Figs perform exemplary implementations of the invention is structurally the same.
Auch wenn des Weiteren eine bestimmte Eigenschaft der Erfindung in Bezug auf nur eine von mehreren Ausführungsformen offenbart wurde, kann diese Eigenschaft mit einer oder mehreren anderen Eigenschaften anderer Ausführungsformen kombiniert werden, falls für eine beliebige oder bestimmte Anwendung erwünscht und vorteilhaft. Insoweit schließlich wie die Begriffe „einschließlich“, „einschließt“, „aufweisen“, „umfasst“, „mit“ oder Varianten derselben entweder in der ausführlichen Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, sollen solche Begriffe einschließend sein, auf eine ähnliche Weise wie der Begriff „umfassen“.Further, while a particular feature of the invention has been disclosed in terms of only one of several embodiments, this feature may be combined with one or more other features of other embodiments if desired and advantageous for any or particular application. Finally, as far as the terms "including," "including," "comprising," "comprising," "having," or variants thereof are used either in the detailed description or the claims, such terms are intended to be inclusive in a similar manner to that Term "include".
