DE102017131161A1

DE102017131161A1 - System und Verfahren zur Entsättigungsdetektion

Info

Publication number: DE102017131161A1
Application number: DE102017131161.0A
Authority: DE
Inventors: Erwin Huber
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2018-06-28
Also published as: US20180183228A1; CN108318797B; US10263412B2; CN108318797A

Abstract

Gemäß einer Ausgestaltung beinhaltet ein Verfahren zum Betrieb einer Steuerschaltung das Erzeugen eines Schwellenwerts basierend auf einem Steuersignal eines externen Leistungstransistors, und das Bestimmen eines Zustands zu hoher Leistung des externen Leistungstransistors basierend auf einer Spannung an einem Drain oder einem Kollektor des externen Leistungstransistors und dem Schwellenwert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein elektronische Schaltungen und, bei bestimmten Ausgestaltungen, ein System und Verfahren zur Entsättigungsdetektion.
Wechselrichter für Leistungsgeneratoren und Leistungsversorgungen verwenden üblicherweise Hochspannungs-Leistungshalbleiterschalter. Leistungsgeneratoren und -versorgungen können Einrichtungen wie beispielsweise Solarpanels, Windturbinen, netzgespeiste Motoren und unterbrechungsfreie Leistungsversorgungen (UPSs) enthalten. Leistungshalbleiterschalter können Einrichtungen wie beispielsweise Bipolarsperrschichttransistoren (BJTs, Bipolar Junction Transistors), MOSFETs (Metal Oxide Field-Effect Transistors), IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) und dergleichen enthalten. Während des Betriebs können diese Leistungsschalter einen Überlastzustand erfahren, der zu einem Zustand zu hoher Leistung wie beispielsweise einem Zustand mit einem Überstrom, einer Überspannung oder einer Übertemperatur führen kann. Wenn ein Überlastungszustand auftritt, kann eine Beschädigung des Leistungshalbleiterschalters, die zur Zerstörung des Leistungshalbleiterschalters oder einer Beschädigung versorgter Elemente wie beispielsweise einer durch die Leistungsversorgung versorgten Last führen kann, auftreten.
Daher gibt es Bemühungen, Überlastzustände wie beispielsweise Überstromzustände zu detektieren. Das Detektieren von Überstromzuständen kann unter Verwendung von Niederspannungseinrichtungen wie beispielsweise integrierten Schaltungs-(IC)-Einrichtungen, die den Leistungsschalter gegenüber Überstromzuständen schützen, erfolgen. Eine Technik zur Detektion von Überstromzuständen beinhaltet die direkte Messung des Ausgangsstroms des Schaltnetzwerks wie beispielsweise einer Halbbrücke. Eine andere Technik zur Detektion von Überstromzuständen beinhaltet die Implementierung einer schnellen Entsättigungsdetektion in dem Schalter. Während einer Strom-Überbelastung bei einem BJT oder IGBT steigt die Kollektor-Emitter-Spannung V_CE des BJTs oder IGBTs, während der Schalter die Sättigung verlässt, d. h. entsättigt, rapide an. Ähnlich führen während einer Strom-Überbelastung bei einem MOSFET erhöhte Ströme zuerst zu einem Anstieg der Drain-Source-Spannung V_DS des MOSFETs, und dann geht der MOSFET aufgrund des weiter ansteigenden Stroms in Sättigung. Das Messen der Kollektor-Emitter-Spannung V_CE oder der Drain-Source-Spannung V_DS ist eine direkte Möglichkeit, um zu bestimmen, dass der Schalter in einen Zustand mit Strom-Überbelastung gekommen ist. Allerdings können Halbleiterschalter für Leistungsgeneratoren und -versorgungen bei hohen Spannungen arbeiten, und das Messen der Kollektor-Emitter-Spannung V_CE oder der Drain-Source-Spannung V_DS kann Herausforderungen für die Messung unter Verwendung eines ICs darstellen.
Gemäß einer Ausgestaltung beinhaltet ein Verfahren zum Betrieb einer Steuerschaltung das Erzeugen eines Schwellenwerts basierend auf einem Steuersignal eines externen Leistungstransistors und das Bestimmen eines Zustands zu hoher Leistung (engl.: „overpower state“) des externen Leistungstransistors basierend auf einer Spannung an einem Drain oder einem Kollektor des externen Leistungstransistors und dem Schwellenwert.
Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und deren Vorteile wird nun Bezug genommen auf die folgenden Beschreibungen, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen vorgenommen werden, wobei:

1 ein Systemblockschaltbild eines Beispiel-Schaltersystems zeigt;
2 ein Systemblockschaltbild eines anderes Beispiel-Schaltersystems zeigt;
3 ein Systemblockschaltbild eines weiteren Beispiel-Schaltersystems zeigt;
Die 4A, 4B und 4C Schaltbilder von Beispiel-Schalterschaltungen zeigen;
Die 5A und 5B Schaltbilder von weiteren Beispiel-Schalterschaltungen zeigen;
6 ein Systemblockschaltbild eines Beispiel-Schaltersystems zeigt; und
7 ein Blockschaltbild eines Beispiel-Verfahrens zum Betrieb einer Steuerschaltung für einen Leistungsschalter zeigt.

Entsprechende Bezugszeichen und Symbole in den verschiedenen Figuren beziehen sich, sofern nicht anders angegeben, im Allgemeinen auf entsprechende Teile. Die Figuren sind so gezeichnet, dass sie die relevanten Aspekte der Ausgestaltungen klar zeigen, und sie sind nicht notwendigerweise maßstäblich gezeichnet.
Die Herstellung und Verwendung verschiedener Ausgestaltungen wird unten im Detail erörtert. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die verschiedenen hierin beschriebenen Ausgestaltungen in einer breiten Vielfalt konkreter Zusammenhänge einsetzbar sind. Die erörterten konkreten Ausgestaltungen veranschaulichen lediglich konkrete Möglichkeiten, die verschiedenen Ausgestaltungen herzustellen und zu verwenden und sie sind nicht in einem beschränkten Geltungsbereich auszulegen.
Die Beschreibung erfolgt im Hinblick auf verschiedene Ausgestaltungen in einem konkreten Kontext, nämlich Leistungstransistoren und insbesondere die Entsättigungs- oder Überlastdetektion für Leistungstransistoren. Einige der hierin beschriebenen verschiedenen Ausgestaltungen beinhalten Leistungstransistoren, die einen oder mehr MOSFETs, Siliziumkarbid-(SiC)-MOSFETs, BJTs oder IGBTs, Überbelastungszustände bei Leistungstransistoren, enthalten, Überlastzustände bei Leistungstransistoren, die Detektion von Überlastzuständen bei Leistungstransistoren, die Entsättigungsdetektion (engl.: desaturation detection) für Leistungstransistoren, und einstellbare Schwellenwerte für die Entsättigungs- oder Überstromdetektion für Leistungstransistoren. In einigen Fällen können diese Überlastzustände Zustände zu hoher Leistung oder Zustände, die einen Überstrom und eine Entsättigung bei einem IGBT und einen Überstrom und eine Sättigung für einen MOSFET enthalten, beinhalten. Diese Situationen oder Zustände zu hoher Leistung können auch einen Übertemperaturzustand beinhalten. Bei anderen Ausgestaltungen können Aspekte auch auf andere Anwendungen, die einen beliebigen Typ von elektrischem Schalter oder Transistor gemäß einer beliebigen auf dem Fachgebiet bekannten Weise angewandt werden.
Leistungstransistoren können in Systemen, die Rauschen oder eine Veränderung der Versorgung beinhalten, arbeiten, was die Detektion von Überstromzuständen für Leistungstransistoren weiter verkomplizieren kann. Speziell die an einen Leistungstransistor angelegte Gatespannung hat, wenn der Leistungstransistor eingeschaltet ist, einen Einfluss auf den maximalen Strom, der durch den Leistungstransistor fließen kann, bevor Entsättigungs- oder Überstromzustände auftreten. Deshalb steht der Entsättigungs- oder Überstromzustand eines Leistungstransistors im Zusammenhang mit der zum Treiben des Leistungstransistors verwendeten Gatespannung. Eine mit einem Leistungstransistor gekoppelte Beispiel-Steuerschaltung detektiert einen Überstromzustand unter Verwendung eines Entsättigungsschwellenwerts, der basierend auf der dem Leistungstransistor zugeführten Gatespannung eingestellt wird. Bei derartigen Ausgestaltungen wird der Entsättigungsschwellenwert basierend auf der Gatespannung kompensiert, um den Entsättigungsschwellenwert des gatespannungsabhängigen Schwellenwerts bereitzustellen.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen kann eine Steuerschaltung eine Messschaltung, die einen Spannungsabfall über einem Leistungstransistor bestimmt, und eine Schwellenwertschaltung, die basierend auf der dem Leistungstransistor zugeführten Gatespannung, die, wie hierin weiter unten beschrieben, bei verschiedenen Ausgestaltungen indirekt oder direkt bestimmt werden kann, einen Entsättigungsschwellenwert erzeugt und einstellt, enthalten. Bei derartigen Ausgestaltungen wird der Spannungsabfall über dem Leistungstransistor unter Verwendung eines Schwellenwertkomparators mit dem Entsättigungsschwellenwert verglichen, um eine Entsättigung oder Überlast des Leistungstransistors zu detektieren. Basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs kann die Steuerschaltung den Leistungstransistor durch Deaktivieren eines Treibers für den Leistungstransistor deaktivieren. Die Steuerschaltung kann auch eine Filterzeitkonstante steuern, um Rauschen, das eine Fehldetektion der Entsättigung bewirken kann, auszufiltern. Das Einstellen des Entsättigungsschwellenwerts kann das Einstellen der Filterzeitkonstanten beinhalten.
1 zeigt ein System-Blockschaltbild eines Beispiel-Schaltersystems 100, das einen Leistungsschalter 102, eine Gatesteuerschaltung 104, eine Leistungsversorgung 106 und einen Mikrocontroller 108 enthält. Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen wird der Leistungsschalter 102 so gesteuert, dass er einen durch die Leistungsversorgung 106 gelieferten Strom abwechselnd leitet und sperrt. Der Leistungsschalter 102 wird durch ein Steuersignal STEUER von der Gatesteuerschaltung 104, die ebenfalls durch die Leistungsversorgung 106 versorgt wird, gesteuert. Bei verschiedenen Ausgestaltungen empfängt die Gatesteuerschaltung 104 von dem Leistungsschalter 102 ein Messsignal MEAS. Die Gatesteuerschaltung 104 vergleicht das Messsignal MEAS mit einem Entsättigungsschwellenwert TH_DES, um den Leistungsschalter 102 zu aktivieren oder zu deaktivieren. Die Gatesteuerschaltung 104 stellt auch den Entsättigungsschwellenwert TH_DES basierend auf dem Steuersignal STEUER oder auf Versorgungsspannungen VCC₁ oder VCC₂ ein. Der Leistungsschalter 102 empfängt von der Leistungsversorgung 106 eine Spannungsversorgung, bei der es sich um ein Hochspannungs-DC-Signal (HVDC) oder ein Zwischenkreissignal (engl.: „DC-link signal“) handeln kann, und die Gatesteuerschaltung 104 empfängt die Versorgungsspannung VCC₁ und VCC₂. Bei verschiedenen Ausgestaltungen können die Versorgungsspannung VCC₁ und die Versorgungsspannung VCC₂ von getrennten Leistungsversorgungen mit unterschiedlichen Spannungspegeln bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann bei einigen Ausgestaltungen die Versorgungsspannung VCC₁ etwa 5 V betragen, und die Versorgungsspannung VCC₂ kann etwa 15 V betragen, während zum Beispiel HVDC oder die Zwischenkreisspannung (engl.: „DC-link“) nahe 1 kV oder etwa 800 V sein kann.
Bei verschiedenen Ausgestaltungen ist der Mikrocontroller 108 sowohl mit der Leistungsversorgung 106 als auch der Gatesteuerschaltung 104 gekoppelt. Der Mikrocontroller 108 empfängt Versorgungsspannungen VCC₁ und VCC₂, führt der Gatesteuerschaltung 104 ein Aktivierungssignal EIN/AUS zu, und empfängt von der Gatesteuerschaltung 104 ein Fehlersignal FEHLER. Bei einigen Ausgestaltungen kann es sich bei dem Mikrocontroller 108 um einen Standard-Mikrocontroller handeln. Bei anderen Ausgestaltungen kann der Mikrocontroller 108 als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) implementiert werden, oder er kann unter Verwendung eines digitalen Signalprozessors (DSP) oder eines feldprogrammierbaren Gatterarrays (FPGA) implementiert werden.
2 zeigt ein System-Blockschaltbild eines anderen Beispiel-Schaltersystems 100, das einen Leistungsschalter 102 und eine Gatesteuerschaltung 104 enthält. Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen kann es sich bei dem Schaltersystem 101 um eine Implementierung des Schaltersystems 100, die ein zusätzliches Detail für die Gatesteuerschaltung 104 enthält und die Darstellung der Leistungsversorgung 106 und des Mikrocontrollers 108 weglässt, handeln. Bei verschiedenen Ausgestaltungen enthält die Gatesteuerschaltung 104 eine Steuerlogik 110, einen Komparator 112, eine Messschaltung 114 und eine Schwellenwertschaltung 116. Bei derartigen Ausgestaltungen bestimmt die Messschaltung 114 den Spannungsabfall über dem Leistungsschalter 102 und die Schwellenwertschaltung 116 bestimmt die zum Steuern des Leistungsschalters 102 verwendete Gatespannung.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen erzeugt die Messschaltung 114 ein Entsättigungssignal ENTSÄTT basierend auf der Bestimmung des Spannungsabfalls über dem Leistungsschalter 102, und die Schwellenwertschaltung 116 erzeugt einen Entsättigungsschwellenwert TH_DES basierend auf der Bestimmung der Gatespannung des Leistungsschalters 102 und stellt diesen ein. Bei derartigen Ausgestaltungen kann die Messschaltung 114 den Spannungsabfall über dem Leistungsschalter 102 durch Messen der Kollektor-Emitter-Spannung V_CE bestimmen, wenn der Leistungsschalter 102 einen BJT oder einen IGBT enthält, und durch Messen der Drain-Source-Spannung V_DS, wenn der Leistungsschalter 102 einen MOSFET oder SiC-MOSFET enthält. Bei einigen Ausgestaltungen wird der Spannungsabfall über dem Leistungsschalter 102 über eine Messschnittstellenschaltung, die Niederspannungselemente in der Messschaltung 114, dem Komparator 112 oder der Steuerlogik 110 gegenüber Hochspannungen über dem Leistungsschalter 102 schützt, indirekt gemessen.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen kann die Schwellenwertschaltung 116 die Gatespannung des Leistungsschalters 102 bestimmen, indem sie die Gatesteuerspannung direkt misst. Bei anderen Ausgestaltungen kann die Schwellenwertschaltung 116 die Gatespannung des Leistungsschalters 102 bestimmen, indem sie die Versorgungsspannung für einen Gatetreiber des Leistungsschalters 102 (der sich innerhalb der Steuerlogik 110 befinden kann), bestimmen. Zum Beispiel kann die Schwellenwertschaltung 116 bei einigen Ausgestaltungen die Versorgungsspannung VCC₂, welches die Versorgungsspannung des Gatetreibers ist, messen. Bei derartigen Ausgestaltungen ist die Versorgungsspannung des Gatetreibers, die den Leistungsschalter 102 steuert, gleich oder näherungsweise gleich der Gatesteuerspannung des Leistungsschalters 102, wenn der Gatetreiber den Leistungsschalter 102 in den leitenden Zustand steuert. Da sich die Gatesteuerspannung des Leistungsschalters 102 ändert, stellt die Schwellenwertschaltung 116 den Entsättigungsschwellenwert TH_DES ein, um die Änderungen der Gatesteuerspannung auszugleichen.
Bei verschiedenen Ausgestaltungen empfängt der Komparator 112 den Entsättigungsschwellenwert TH_DES von der Schwellenwertschaltung 116 und das Entsättigungssignal ENTSÄTT von der Messschaltung 114. Basierend auf diesen Signalen erzeugt der Komparator 112 ein Deaktivierungssteuersignal DIS, das den Leistungsschalter 102 über die Steuerlogik 110 deaktiviert, wenn das Entsättigungssignal ENTSÄTT den Entsättigungsschwellenwert TH_DES übersteigt. Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen werden der Entsättigungsschwellenwert TH_DES und das Entsättigungssignal ENTSÄTT verwendet, um Überstromsituationen zu detektieren. Bei einigen Ausgestaltungen wie beispielsweise für BJT-Einrichtungen oder IGBT-Einrichtungen zeigen der Schwellenwert TH_DES und das Entsättigungssignal ENTSÄTT vorliegende Entsättigungsereignisse an. Bei alternativen Ausgestaltungen wie beispielsweise zum Beispiel für MOSFETs zeigen der Schwellenwert TH_DES und das Entsättigungssignal ENTSÄTT tatsächlich Sättigungsereignisse an.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen empfängt die Steuerlogik 110 von dem Komparator 112 ein Deaktivierungssteuersignal DIS und erzeugt ein Steuersignal DS für den Leistungsschalter 102. Die Steuerlogik 110 kann von einem Mikrocontroller, einem anderen Prozessor oder dergleichen (nicht gezeigt) eine zusätzliche Schalt- und Steuerinformation empfangen. Des Weiteren implementiert die Steuerlogik 110 bei verschiedenen Ausgestaltungen eine Filterfunktion mit einer Filterzeitkonstante. Bei derartigen Ausgestaltungen verringert oder entfernt die durch die Steuerlogik 110 implementierte Filterfunktion das Auftreten fehlerhafter Entsättigungsdetektionen aufgrund von Rauschen oder einer Veränderung innerhalb des Schaltersystems 101 oder außerhalb des Systems durch Einstellen einer Filterzeitkonstanten, die Entsättigungsdetektionen, die für eine kurze Zeit, die geringer als die Filterzeitkonstante ist, vorliegen, ausfiltert. Daher kann die Filterfunktion bei einigen Ausgestaltungen als Hochpassfilter (HPF) wirken.
Bei verschiedenen Ausgestaltungen kann der Controller 104 unter Verwendung digitaler Schaltungselemente in einem IC implementiert werden. Bei einigen Ausgestaltungen enthält der Controller 104 analoge Schaltungselemente, die sich in dem IC oder außerhalb des ICs befinden und mit dem Leistungsschalter gekoppelt sind. Bei einigen Ausgestaltungen wird ein gänzlich analoger Ansatz verwendet, um den Controller 104 zu implementieren. Bei anderen Ausgestaltungen wird ein gemischter digitaler und analoger Ansatz verwendet. Zum Beispiel enthalten einige Ausgestaltungen eine Steuerlogik 110, die als digitale Steuerlogik, die Verzögerungselemente zur Implementierung der Filterfunktion enthält, implementiert. Andere Ausgestaltungen enthalten eine Steuerlogik 110, die als analoge Steuerschaltung, die eine steuerbare Filterzeitkonstante aufweist, implementiert ist, die unter Verwendung von einem oder mehr Kondensatoren, zum Beispiel um die Filterfunktion zu implementieren, implementiert ist. Weiterhin kann die Schwellenwertschaltung 116 als digitale Logikschaltung oder als analoge Steuerschaltung, die einen einstellbaren Entsättigungsschwellenwert TH_DES erzeugt, implementiert sein.
3 zeigt ein System-Blockschaltbild eines weiteren Beispiel-Schaltersystems 120, das einen Leistungsschalter 102, eine Messschnittstelle 122 und ein Leistungsschaltersteuersystem 124 enthält. Auch wenn die verschiedenen Einrichtungen in dem Schaltersystem 120 als separate Blöcke dargestellt sind, versteht es sich, dass einige von ihnen auf demselben mikrotechnologisch hergestellten Die gebildet sein können und sich einige oder alle von ihnen auf demselben Substrat befinden können. Bei verschiedenen Ausgestaltungen kann es sich bei der Messschnittstelle 122 um eine Implementierung der Messschaltung 114 handeln, und bei dem Entsättigungsdetektor 126 kann es sich um eine Implementierung des Komparators 112 und der Schwellenwertschaltung 116, wie sie hierin oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wurden. Weiterhin sind die Einrichtungen in dem Schaltersystem 120 bei einigen Ausgestaltungen durch einen Kühlkörper (nicht gezeigt) bedeckt.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen enthält das Leistungsschaltersteuersystem 124 einen Entsättigungsdetektor 126, eine Schaltertreiberschaltung 128, einen Bus 130, eine externe Schnittstelle 132, eine Master-Steuereinheit 134 (MCU 134), einen Speicher 136 und einen Temperatursensor 138. Bei verschiedenen Ausgestaltungen werden bei dem Leistungsschaltersteuersystem 124 einige dieser Elemente weggelassen, oder es sind zusätzliche Elemente enthalten. Bei verschiedenen Ausgestaltungen ist das Leistungsschaltersteuersystem 124 auf demselben mikrotechnologisch hergestellten (engl.: „microfabricated“) Die integriert.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen empfängt die Messschnittstelle 122 von dem Leistungsschalter 102 einen Spannungsabfall V_DROP, bei dem es sich um den Spannungsabfall über dem Leistungsschalter 102 handelt. Die Messschnittstelle 122 stellt dem Entsättigungsdetektor 126 ein Entsättigungssignal ENTSÄTT, bei dem es sich zum Beispiel um eine gekappte Version der Spannung V_DROP handeln kann, zur Verfügung. Bei verschiedenen Ausgestaltungen arbeitet der Entsättigungsdetektor 126 ähnlich wie hierin oben in Bezug auf die Schwellenwertschaltung 116 und den Komparator 112 in 2 beschrieben. Somit kann der Entsättigungsdetektor 126 bei derartigen Ausgestaltungen einen Komparator, der das Entsättigungssignal ENTSÄTT, das auf dem Spannungsabfall V_DROP basiert, mit dem Entsättigungsschwellenwert TH_DES, der basierend auf der Gatespannung VG des Leistungsschalters 102 erzeugt wird, vergleicht, enthalten. Wie hierin oben beschrieben kann die Gatespannung VG bei verschiedenen Ausgestaltungen direkt oder indirekt bestimmt werden. Zum Beispiel kann die Gatespannung VG bei einigen Ausgestaltungen durch Messen der Versorgungsspannung von der Schaltertreiberschaltung 128 bestimmt werden. Bei anderen Ausgestaltungen kann die Gatespannung VG durch Messen der Steuerspannung des von der Schaltertreiberschaltung 128 Steuersignals DS bestimmt werden. Bei alternativen Ausgestaltungen kann die Gatespannung VG durch Messen der Gatespannung direkt am Leistungsschalter 102 bestimmt werden. Bei verschiedenen Ausgestaltungen kann der Entsättigungsdetektor 126 einen Digital-nach-Analog-Wandler (DAC) und einen Analog-nach-Digital-Wandler (ADC) oder einen Komparator enthalten. Bei derartigen verschiedenen Ausgestaltungen kann der ADC verwendet werden, um Werte des Entsättigungssignals ENTSÄTT abzutasten, oder der DAC kann verwendet werden, um einen analogen Schwellenwert zur Verwendung in einem Analogkomparator zu erzeugen.
Wie hierin oben erörtert signalisiert ein ansteigender Spannungsabfall V_DROP, der der Kollektor-Emitter-Spannung V_CE für einen IGBT oder einen BJT oder der Drain-Source-Spannung V_DS für einen MOSFET entspricht, dass der Leistungsschalter 102 einen Stoßstrom erfährt. Wenn der Spannungsabfall V_DROP den Schwellenwert übersteigt, gibt der Entsättigungsdetektor 126 ein Signal, das einen Stoßstrom signalisiert, aus. Die MCU 134 kann dann den Leistungsschalter 102 ausschalten, indem sie die Schaltertreiberschaltung 128 ausschaltet. Bei einigen Ausgestaltungen informiert die MCU 134 über die externe Schnittstelle 132 ein anderes System über den Stoßstrom. Es versteht sich, dass bei anderen Ausgestaltungen andere Stoßstromzustandsdetektoren verwendet werden können.
Bei verschiedenen Ausgestaltungen koppelt der Bus 130 den Entsättigungsdetektor 126, die externe Schnittstelle 132, die MCU 134, den Speicher 136, die Schaltertreiberschaltung 128 und den Temperatursensor 138. Einrichtungen in dem Leistungsschaltersteuersystem 124 können durch den Bus 130 miteinander verbunden sein. Bei alternativen Ausgestaltungen sind einige Elemente nicht über den Bus 130 miteinander verbunden. Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen ist die externe Schnittstelle mit dem Bus 130 gekoppelt und stellt eine digitale Schnittstelle für äußere Einrichtungen bereit, um mit dem Schaltersystem 120 zu interagieren. Zum Beispiel kann die Schnittstelle 132 an ein System, in das das Schaltersystem 120 integriert ist, eine Mitteilung, die einen Stromstoß oder einen Fehlers der Einrichtung anzeigt, senden. Bei verschiedenen Ausgestaltungen kann es sich zum Beispiel bei der externen Schnittstelle 132 um eine Signalleitung wie beispielsweise einen zugeordneten Fehlerpin, der eine Fehlerinformation an einen Systemcontroller gibt, eine I2C-Schnittstelle die einen Bezug von Informationen (engl.: „information pull“) von dem Systemcontroller ausführt, eine serielle periphere Schnittstelle (SPI), eine Controller-Area-Netzwerk-(CAN)-Schnittstelle oder dergleichen handeln.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen steuert die MCU 134 das Leistungsschaltersteuersystem 124. Bei verschiedenen Ausgestaltungen enthält die MCU 134 funktionale Einheiten und/oder Schaltungstechnik zum Ausführen von Hochfahrsequenzen (engl.: „start-up sequences“), Steuern von Leistungsbetriebsarten, Optimieren, Testen des und Suchen von Fehlern des Leistungsschaltersteuersystems 124. Die MCU 134 kann eine Steuerungszustandmaschine oder eine digitale Logik, die mit dem Entsättigungsdetektor 126 verbunden ist und den Leistungsschalter 102 steuert, enthalten. Gemäß einigen Ausgestaltungen steuern die MCU 134, der Entsättigungsdetektor 126 oder beide zusammen die Empfindlichkeit der Überstromdetektion durch Einstellen des Entsättigungsschwellenwerts TH_DES basierend auf der Gatesteuerspannung des Steuersignals DS wie hierin oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Bei der MCU 134 kann es sich um einen Mikrocontroller, einen Mikroprozessor, einen digitalen Signalprozessor (DSP), eine digitale Logikeinrichtung, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder dergleichen handeln. Bei der MCU 134 kann es sich um eine analoge Schaltung, die den Entsättigungsschwellenwert TH_DES einstellt, handeln. Bei einigen zusätzlichen Ausgestaltungen ist die MCU 134 in der Schaltertreiberschaltung 128 enthalten.
Bei verschiedenen Ausgestaltungen speichert der Speicher 136 Werte, die durch die MCU 134 oder externe Systeme verwendet werden. Gemäß einigen Ausgestaltungen speichert der Speicher 136 Nachschlagtabellen oder Funktionen zum Einstellen des Entsättigungsschwellenwerts TH_DES entsprechend der bestimmten Gatespannung des Leistungsschalters 102. Bei derartigen Ausgestaltungen werden die Nachschlagtabellen oder Funktionen durch die MCU 134 verwendet, um den Entsättigungsschwellenwert TH_DES einzustellen. Bei dem Speicher 136 kann es sich um einen flüchtigen Speicher wie zum Beispiel einen Direktzugriffsspeicher (RAM) handeln, oder es kann sich um einen nicht-flüchtigen Speicher wie zum Beispiel einen Flash-Speicher handeln.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen erzeugt die Schaltertreiberschaltung 128 ein Steuerstrom- oder Steuerspannungs-Eingangssignal für das Gate des Leistungsschalters 102. Die Schaltertreiberschaltung 128 kann bei einigen Ausgestaltungen einen Pegelumsetzer und einen Verstärker enthalten. Bei Ausgestaltungen, bei denen das Schaltersystem 120 Teil eines Umrichters ist, kann die MCU 134 die Schaltertreiberschaltung 128 entsprechend einem gewünschten Kurvenverlauf des Ausgangssignals steuern. Zum Beispiel kann die Schaltertreiberschaltung 128 mit einer Schaltfrequenz, die zum Beispiel von 1 kHz bis 250 kHz reicht, ein- und ausgeschaltet werden. Bei einigen Ausgestaltungen wird die Schaltfrequenz moduliert, um ein moduliertes Ausgangssignal mit einer Frequenz, die von 0 bis 400 Hz wie zum Beispiel 60 Hz reicht, zu erzeugen. Bei alternativen Ausgestaltungen kann sich die Schaltfrequenz außerhalb dieses Bereichs befinden.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen ist der Temperatursensor 138 optional in dem Schaltersystem 120 enthalten. Zum Beispiel ist der Temperatursensor 138 bei einigen Ausgestaltungen als Teil des Leistungsschaltersteuersystems 124 enthalten. Der Temperatursensor 138 kann einer umgebenden Außenwelt ausgesetzt sein. Bei derartigen Ausgestaltungen misst der Temperatursensor 138 die globale Umgebungstemperatur des Schaltersystems 120, die durch mehrere Einrichtungen in dem Schaltersystem 120 beeinflusst wird. Zum Beispiel misst der Temperatursensor 138 bei einigen Ausgestaltungen die Umgebungstemperatur eines Wechselrichters, der das Schaltersystem 120 enthält.
Bei anderen Ausgestaltungen kann sich der Temperatursensor 138 in der Nähe zu oder in dem Leistungsschaltersteuersystem 124 befinden, wie etwa auf demselben mikrotechnologisch hergestellten Die integriert sein. Bei derartigen Ausgestaltungen kann der Temperatursensor 138 die lokale Umgebungstemperatur nahe des Leistungsschaltersteuersystems 124 messen, oder er kann direkt die Sperrschichttemperaturen von Bauelementen in dem Leistungsschaltersteuersystem 124 messen. Bei noch anderen Ausgestaltungen kann sich der Temperatursensor 138 in der Nähe zu oder in dem Entsättigungsdetektor 126 befinden. Bei derartigen Ausgestaltungen kann der Temperatursensor 138 die lokale Umgebungstemperatur nahe des Entsättigungsdetektors 126 messen, oder er kann direkt die Sperrschichttemperatur von Bauelementen in dem Entsättigungsdetektor 126 messen. Bei zusätzlichen Ausgestaltungen kann sich der Temperatursensor 138 nahe bei oder in dem Leistungsschalter 102 befinden. Bei derartigen Ausgestaltungen kann der Temperatursensor 138 die lokale Umgebungstemperatur nahe des Leistungsschalters 102 messen, er kann eine Sperrschichttemperatur des Leistungsschalters 102 direkt messen, oder er kann die Temperatur einer Grundplatte des Leistungsschalters 102 messen. Bei verschiedenen Ausgestaltungen kann die MCU 134 eine Information von dem Temperatursensor 138 verwenden, zum Beispiel um Steuerschemata, Schwellenwerte oder Fehlersignale zu aktualisieren. Gemäß einigen alternativen Ausgestaltungen stellt die MCU 134 den Entsättigungsschwellenwert TH_DES, wie hierin vorangehend beschrieben, basierend sowohl auf einem von dem Temperatursensor 138 empfangenen Temperatursignal als auch der bestimmten Gatespannung des Leistungsschalters 102 ein. Bei anderen Ausgestaltungen wird der Temperatursensor 138 weggelassen.
Die 4A und 4B zeigen Schaltbilder einer Beispiel-Schalterschaltung 200a und einer Schalterschaltung 200b. 4A zeigt eine Schalterschaltung 200a, bei der es sich zum Beispiel um einen Teil eines Leistungswechselrichters handeln kann. Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen enthält die Schalterschaltung 200a einen Leistungstransistor 202, eine Entsättigungsdetektorschaltungsschnittstelle 204 und einen Controller 206. Bei dem Controller 206 kann es sich um eine Implementierung des Controllers 104, wie er hierin oben unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben ist, oder um ein Leistungsschaltersteuersystem 124, wie es hierin vorangehend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben ist, handeln. Bei verschiedenen Ausgestaltungen enthält der Controller 206 einen ADC 222, eine Stromquelle 216, einen Komparator 218, eine Logikschaltung 220, einen DAC 224 und einen Treiber 226. Weiterhin besitzt der Controller 206 einen Steueranschluss, der über einen Gatewiderstand 208 mit dem Gate des Leistungstransistors 202 gekoppelt ist. Der Controller 206 empfängt auch die Versorgungsspannung VCC an einem Versorgungsanschluss, was auch einen Versorgungskondensator 210, der von dem Versorgungsanschluss mit der Versorgungsspannung VCC mit einem Masseanschluss mit der Referenzspannung GND gekoppelt ist, beinhaltet. Bei verschiedenen Ausgestaltungen enthält die Entsättigungsdetektorschaltungsschnittstelle 204 einen Entsättigungswiderstand 212 und eine Entsättigungsdiode 214.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen handelt es sich bei dem Leistungstransistor 202 um einen Halbleiterleistungsschalter wie beispielsweise einen BJT, IGBT, oder MOSFET. Bei Ausgestaltungen, bei denen der Leistungstransistor 202 ein MOSFET ist, kann es sich bei dem Leistungstransistor 202 um einen SiC-MOSFET handeln. Während eines Überlastzustands kann die Kollektor-Emitter-Spannung V_CE (für einen BJT oder einen IGBT) oder die Drain-Source-Spannung V_DS (für einen MOSFET) des Leistungstransistors 202 ansteigen, wenn der Leistungstransistor 202 eine Überstromsituation, die zum Beispiel eine Entsättigung in einem BJT oder einem IGBT signalisiert, zeigt. Bei Ausgestaltungen, bei denen der Leistungstransistor 202 ein IGBT ist, kann die Kollektor-Emitter-Spannung V_CE, während er einen Strom von der Versorgungsspannung V_PS leitet oder sperrt, einen Spannungsschwankung (engl.: „voltage swing“) von zum Beispiel bis zu etwa 1000 V aufweisen. Von daher kann die Kollektor-Emitter-Spannung V_CE des Leistungstransistors 202 indirekt gemessen werden.
Bei verschiedenen Ausgestaltungen ist die Entsättigungsdetektorschaltungsschnittstelle 204 mit einem Leistungstransistor 202 gekoppelt und misst die Kollektor-Emitter-Spannung V_CE oder die Drain-Source-Spannung V_DS des (als IGBT dargestellten) Leistungstransistors 202 indirekt. Die Entsättigungsdetektorschaltungsschnittstelle 204 enthält eine Hochspannungsdiode, die Entsättigungsdiode 214, und einen Schutzwiderstand, den Entsättigungswiderstand 212, und ist mit dem Kollektor des Leistungstransistors 202 gekoppelt. Die Kollektor-Emitter-Spannung V_CE oder die Drain-Source-Spannung V_DS wird durch den Komparator 218 mit dem Entsättigungsschwellenwert TH_DES verglichen, um zu bestimmen, ob der Leistungstransistor 202 eine Überstromsituation zeigt. Die Entsättigungsdiode 214 weist einen Spannungsabfall V_Diode in Vorwärtsrichtung auf. Der Entsättigungswiderstand 212 besitzt eine Impedanz R_prot. Bei einigen Ausgestaltungen liegt die Impedanz R_prot zum Beispiel in der Größenordnung von kΩ wie etwa 1 kΩ.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen liefert die Stromquelle 216 einen kleinen Messstrom, der durch die Entsättigungsdetektorschaltungsschnittstelle 204 geleitet wird. Basierend auf der Spannung an dem Hochspannungsknoten des Leistungstransistors 202, zum Beispiel einem Kollektor eines IGBTs (wie gezeigt) oder eines BJTs oder einem Drain eines MOSFETs, erzeugt der durch die Entsättigungsdetektorschaltungsschnittstelle 204 fließende Strom, d. h. ein Messstrom I_m, einen geringen Offset zu der Kollektor-Emitter-Spannung V_CE oder der Drain-Source-Spannung V_DS, was sich an einem Entsättigungsmessanschluss des Controllers auf die Entsättigungsspannung V_DESAT aufsummiert. Bei einigen Ausgestaltungen sind die Entsättigungsdetektorschaltungsschnittstelle 204 und die Stromquelle 216 eine Implementierung der Messschaltung 114 oder der Messschnittstelle 122, wie sie hierin oben zum Beispiel unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben sind.
Der Komparator 218 vergleicht den Entsättigungsschwellenwert TH_DES mit der Entsättigungsspannung V_DESAT und führt das Vergleichsergebnis der Logikschaltung 220 zu. Zum Beispiel wird die Stromquelle 216 gemäß verschiedenen konkreten Ausgestaltungen durch die Versorgungsspannung VCC versorgt und zwingt den Messstrom I_m, von dem Entsättigungsmesssanschluss durch die Entsättigungsdetektorschaltungsschnittstelle 204 und zu dem Hochspannungsleitungsanschluss des Leistungstransistors 202 zu fließen. Die Entsättigungsspannung V_DESAT kann mit dem Spannungsabfall über dem Leistungstransistor 202, der hierin der Einfachheit halber in Form der Kollektor-Emitter-Spannung V_CE beschrieben ist (für einen MOSFET aber auch in Form der Drain-Source-Spannung V_DS beschrieben werden könnte), wie folgt zusammenhängen: $V_{D E S A T} = I_{m} * R_{p r o t} + V_{D i o d e} + V_{C E},$
wobei der Messstrom I_m der durch die Entsättigungsdetektorschaltungsschnittstelle 204 fließende Strom ist, die Impedanz R_prot der Widerstand des Entsättigungswiderstands 212 ist, und der Spannungsabfall V_Diode der Spannungsabfall über der Entsättigungsdiode 214 ist. Bei derartigen Ausgestaltungen misst der Controller 206 die Entsättigungsdetektionsspannung V_DESAT und berechnet die Kollektor-Emitter-Spannung V_CE. Die Kollektor-Emitter-Spannung V_CE kann dann mit dem durch eine Schwellenwerterzeugungsschaltung in der Logikschaltung 202 erzeugten Entsättigungsschwellenwert TH_DES verglichen werden.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen tastet der ADC 222 die Versorgungsspannung VCC ab und führt die digitale Darstellung der Versorgungsspannung VCC der Logikschaltung 220 zu. Bei derartigen Ausgestaltungen stellt die Logikschaltung 220 den Entsättigungsschwellenwert TH_DES basierend auf der Versorgungsspannung VCC ein. Die Versorgungsspannung VCC wird auch dem Treiber 226, der das Gate des Leistungstransistors 202 ansteuert, zugeführt. Bei derartigen Ausgestaltungen ist, da der Treiber 226 das Steuersignal DS an dem Steueranschluss des Controllers 206 bereitstellt, um den Leistungstransistor 202 in einen leitenden Zustand zu treiben, die durch den Treiber 226 bereitgestellte Gatespannung des Leistungstransistors 202 gleich oder näherungsweise gleich der dem Treiber 226 zugeführten Versorgungsspannung VCC. Daher tastet der ADC 222 bei derartigen Ausgestaltungen die Gatesteuerspannung des Leistungstransistors 202 durch Abtasten der Versorgungsspannung VCC indirekt ab.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen erzeugt die Logikschaltung 220 basierend auf der Gatesteuerspannung des Leistungstransistors 202, wie sie durch die von dem ADC 222 bereitgestellte Versorgungsspannung VCC angezeigt wird, und stellt diese ein. Bei verschiedenen derartigen Ausgestaltungen kann die Logikschaltung 220 eine Anzahl von Details oder eine Information verwenden, um einen bestimmten Wert des Entsättigungsschwellenwerts TH_DES basierend auf der bestimmten Gatesteuerspannung zu berechnen oder zu bestimmen. Zum Beispiel kann die Logikschaltung 220 bei einigen Ausgestaltungen eine Nachschlagtabelle (LUT) enthalten. Bei anderen Ausgestaltungen kann die Logikschaltung 220 den Entsättigungsschwellenwert TH_DES basierend auf dem eingestellten Zusammenhang direkt berechnen. Die Logikschaltung 220 kann eine gänzlich digitale Implementierung enthalten. Bei einigen bestimmten Ausgestaltungen ist die Logikschaltung 220 als ASIC implementiert. Bei anderen Ausgestaltungen ist die Logikschaltung 220 als feldprogrammierbares Gatterarray (FPGA), als Mikrocontroller oder dergleichen implementiert. Die Logikschaltung 220 kann einen Speicher oder Register wie zum Beispiel zum Speichern der LUT enthalten. Bei alternativen Ausgestaltungen ist die Logikschaltung 220 als analoge Steuerschaltung implementiert.
Bei bestimmten Ausgestaltungen besitzt der Leistungstransistor 202 eine bekannte, berechnete oder bestimmte wie z. B. gemessene Ausgangscharakteristik, die den Zusammenhang zwischen dem Strom durch den Leistungstransistor 202 und dem Spannungsabfall über dem Leistungstransistor 202 bestimmt. Zum Beispiel bestimmt die Ausgangscharakteristik eines IGBTs oder eines BJTs den Zusammenhang zwischen dem Kollektorstrom Ic und der Kollektor-Emitter-Spannung V_CE, und die Ausgangscharakteristik eines MOSFETs bestimmt den Zusammenhang zwischen dem Drainstrom I_D und der Drain-Source-Spannung V_DS. Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen enthält die Ausgangscharakteristik des Leistungstransistors 202 eine Änderung des Zusammenhangs zwischen dem Strom durch den Leistungstransistor 202 und dem Spannungsabfall über dem Leistungstransistor 202 basierend auf der Gatesteuerspannung des Leistungstransistors 202. Bei derartigen Ausgestaltungen ist der Zusammenhang zwischen der Ausgangscharakteristik und der Gatesteuerspannung bekannt, wird berechnet oder bestimmt wie z. B. gemessen. Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen kann in der Logikschaltung 202 ein Nominal- oder Ziel-Ausgangsstrom eingestellt werden. Bei derartigen Ausgestaltungen kann der Entsättigungsschwellenwert TH_DES entsprechend dem Spannungsabfall über dem Leistungstransistor 202, der dem Schnittpunkt des Stroms durch den Leistungstransistor 202 und des Nominal- oder Zielausgangsstroms für eine bestimmte Gatesteuerspannung des Leistungstransistors 202 entspricht, eingestellt werden. Bei verschiedenen Ausgestaltungen wird der Entsättigungsschwellenwert TH_DES, der durch die Logikschaltung 220 basierend auf der bestimmten Gatespannung des Leistungstransistors 202 bestimmt wird, über den DAC 224 dem Komparator 218 zum Vergleich mit der Entsättigungsspannung V_DESAT von dem Entsättigungsmessanschluss des Controllers 206 zugeführt.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen erzeugt der Treiber 226 ein Hochstrom- oder Hochspannungssteuereingangssignal, das Steuersignal DS, an dem Steueranschluss des Controllers 206 zum Treiben des Gates des Leistungstransistors 202. Bei einigen Ausgestaltungen handelt es sich bei dem Controller um eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), die einen Pegelumsetzer und einen Verstärker zum Beispiel innerhalb des Treibers 226 enthält. Bei anderen Ausgestaltungen ist der Treiber 226 unter Verwendung einer isolierten Signalübertragung über einen kernlosen Transformator, einen kapazitiven Koppler, einen Optokoppler oder einen magnetischen Koppler implementiert. Bei derartigen Ausgestaltungen kann der Controller 206 das Steuersignal DS mit höherem Pegel aus einem Niederleistungseingangssignal erzeugen. Bei dem Controller 206 kann es sich um ein IC, das jedes Element auf demselben mikrotechnologisch hergestellten Die integriert enthält, handeln. Bei alternativen Ausgestaltungen ist der Controller 206 unter Verwendung diskreter Komponenten implementiert. Bei anderen Ausgestaltungen ist der Controller mit gemischten integrierten und diskreten Komponenten implementiert.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen kann die Logikschaltung 220 auch eine Filterfunktion, die Signalrauschen und Spitzen filtert, was eine Fehlauslösung der Entsättigungsdetektion verhindern kann, enthalten. Bei derartigen Ausgestaltungen enthält die Logikschaltung 220 eine Filterzeitkonstante, die, wie hierin oben in Bezug auf die Steuerlogik 110 in 2 beschrieben, ein Hochpassfilter (HPF) implementieren kann. Die Logikschaltung 220 kann asynchrone Verzögerungselemente oder synchrone Verzögerungselemente enthalten, um die Filterzeitkonstante bei verschiedenen Ausgestaltungen zu implementieren.
Gemäß verschiedenen alternativen Ausgestaltungen ist der Controller unter Verwendung einer gänzlich analogen Implementierung implementiert. Bei derartigen Ausgestaltungen können der DAC 224 und der ADC 222 weggelassen werden, und die Logikschaltung 220 wird als analoge Steuerschaltung implementiert.
4B zeigt eine Schalterschaltung 200b, bei der es sich zum Beispiel um einen Teil eines Leistungswechselrichters handeln kann. Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen enthält die Schalterschaltung 200b einen Leistungstransistor 202, eine Entsättigungsdetektorschaltungsschnittstelle 204 und einen Controller 206. Bei verschiedenen Ausgestaltungen arbeitet die Schalterschaltung 200b, wie hierin vorangehend in Bezug auf die Schalterschaltung 200a in 4A beschrieben, die Stromquelle 216 weggelassen und ein einen Strom liefernder Widerstand 228 und ein Entsättigungsfilterkondensator 230 hinzugefügt werden. Bei derartigen Ausgestaltungen liefert der Strom liefernde Widerstand 228 einen Messstrom I_m durch die Entsättigungsdetektorschnittstellenschaltung 204, um den Spannungsabfall über dem Leistungstransistor 202, wie hierin oben in Bezug auf die Stromquelle 216 beschrieben aber durch den Strom liefernden Widerstand 228 ersetzt und in Verbindung mit dem Entsättigungsfilterkondensator 230, der gegen Rauschen filtert, arbeitend, zu messen. Bei verschiedenen Ausgestaltungen bietet der Entsättigungsfilterkondensator 230 die Filterfunktion wie hierin vorangehend in Bezug auf die Logikschaltung 220 in 4A beschrieben und wie hierin nachfolgend in Bezug auf das Messfilter 232 in 5A beschrieben. Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen bilden der Strom liefernde Widerstand 228 und der Entsättigungsfilterkondensator 230 für einen BJT oder einen IGBT während der Entsättigung eine Verzögerungsschaltung. Während des normalen Betriebs bilden der Strom liefernde Widerstand 228 und der Entsättigungsfilterkondensator 230 ein Filter. Die hierin vorangehend in Bezug auf die Schalterschaltung 200a in 4A gelieferte Beschreibung der Elemente und der Betrieb gelten für die Elemente und den Betrieb der Schalterschaltung 200b in 4B mit Modifikationen für den Strom liefernden Widerstand 228 und den Entsättigungsfilterkondensator 230. Bei alternativen Ausgestaltungen ist der Strom liefernde Widerstand 228 als integrierte Komponente in dem Controller 206 enthalten (nicht gezeigt).
4C zeigt eine Schalterschaltung 200c, die ähnlich zu der Schalterschaltung 200b von 4B ist mit der Ausnahme, dass der Komparator 218 in der digitalen Domäne anstelle in der analogen Domäne implementiert ist. Entsprechend wird ein Analog-nach-Digital-Wandler 225 verwendet, um die Spannung V_DESAT vor dem Komparator 218 in einen Digitalwert zu wandeln. Bei einigen Ausgestaltungen ist der Komparator 218 innerhalb der Logik 220 implementiert. Es versteht sich, dass die Implementierung des Komparators 218 in der digitalen Domäne auch für andere hierin dargelegte Ausgestaltungen gilt.
5A zeigt ein Schaltbild einer weiteren Beispiel-Schalterschaltung 201, die zum Beispiel Teil eines Leistungswechselrichters sein kann. Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen enthält die Schalterschaltung 201 einen Leistungstransistor 202, eine Entsättigungsdetektorschaltungsschnittstelle 204 und einen Controller 206. Bei verschiedenen Ausgestaltungen arbeitet die Schalterschaltung 201 wie hierin vorangehend in Bezug auf die Schalterschaltung 200a in 4A ähnlich beschrieben bei Weglassung des DACs 224 und Hinzufügung des Messfilters 232. Das Messfilter 232 kann, wie hierin vorangehend in Bezug auf die Steuerlogik 110 und die Logikschaltung 220 in den 2 bzw. 4A beschrieben oder wie hierin vorangehend in Bezug auf den Entsättigungsfilterkondensator 230 in 4B beschrieben, eine Filterfunktion implementieren. Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen stellt die Logikschaltung 220 die Filterzeitkonstante des Messfilters 232 basierend auf der durch den ADC 222 (5A) abgetasteten Versorgungsspannung Vcc oder basierend auf einem Steuersignal DS, wie in 5B, die eine Schalterschaltung 203, bei der der Eingang zu dem ADC 222 zwischen dem Treiber 226 und dem Widerstand 208 angeschlossen ist, gezeigt, ein. Bei einigen Ausgestaltungen kann das Einstellen der Empfindlichkeit der Entsättigungsdetektion durch Einstellen der Filterzeitkonstanten des Messfilters 232 implementiert werden, während es sich bei dem dem Komparator 218 zugeführten Entsättigungsschwellenwert DSAT_THR um einen konstanten Schwellenwert handelt.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen kann das Messfilter 232 unter Verwendung analoger Filterelemente in dem Controller 206 oder unter Verwendung digitaler Filterelemente in dem Controller 206 implementiert werden. Bei verschiedenen Ausgestaltungen wird die Beanspruchung, die der Leistungstransistor 202 während eines Überstrom- oder Kurzschlussereignisses wie beispielsweise eines Entsättigungsereignisses für einen IGBT oder einen BJT erfährt, durch die Filterzeitkonstante des Messfilters 232 (oder eines anderen Filterelements, wie es hierin vorangehend zum Beispiel unter Bezugnahme auf die in den 4A und 4B beschriebenen Ausgestaltungen beschrieben ist) beeinflusst. Somit kann die Verringerung der Filterzeitkonstanten bei einigen Ausgestaltungen die Beanspruchung, die der Leistungstransistor 202 während eines Überstrom- oder Kurzschlussereignisses wie beispielsweise eines Entsättigungsereignisses für einen IGBT oder einen BJT erfährt, verringern. Bei einigen bestimmten Ausgestaltungen kann die Filterzeit basierend auf der Höhe der Beanspruchung, die auszuhalten ein bestimmter Leistungstransistor 202 ausgelegt ist, eingestellt werden.
Bei einigen alternativen Ausgestaltungen kann der Entsättigungsschwellenwert DSAT_THR auch basierend auf der Versorgungsspannung VCC oder dem Steuersignal DS, wie hierin vorangehend in Bezug die anderen Ausgestaltungen beschrieben und durch die gestrichelte Linie von der Logikschaltung 220 zu dem Entsättigungsschwellenwert DSAT_THR angezeigt, durch die Logikschaltung 220 verändert werden. Bei derartigen Ausgestaltungen werden sowohl der Entsättigungsschwellenwert DSAT_THR, der bei derartigen Ausgestaltungen verwendet wird, um ähnlich wie der Entsättigungsschwellenwert TH_DES zu arbeiten, als auch die Filterzeitkonstante des Messfilters 232 eingestellt, um die Empfindlichkeit der Entsättigungsdetektion oder der Überstromdetektion zu steuern. Die hierin vorangehend in Bezug auf die Schalterschaltung 200a in 4A gelieferte Beschreibung der Elemente und der Betrieb gelten für die Elemente und den Betrieb der Schalterschaltung 201 in 5A mit Modifikationen für das Messfilter 232.
6 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausgestaltung eines Leistungssystems 140, das einen Leistungsgenerator 142, einen Wechselrichter 144, einen Treiber 146, eine Last 148 und einen Mikrocontroller 150 enthält. Bei derartigen Ausgestaltungen handelt es sich bei dem Leistungssystem 140 um eine Beispielausgestaltung eines Systems zur Implementierung einer Beispiel-Überstrom- oder Kurzschlussdetektion wie beispielsweise einer Entsättigungsdetektion mit einstellbaren Entsättigungsschwellenwerten basierend auf der Gatesteuerspannung. Bei verschiedenen Ausgestaltungen handelt es sich bei dem Leistungsgenerator 142 um eine Einrichtung, die, wie ein Solarpanel oder eine Windturbine, ein DC-Signal erzeugt. Es versteht sich, dass der Leistungsgenerator 142, auch wenn er als einzelner Block gezeigt ist, viele Einrichtungen wie beispielsweise mehrere Windturbinen in einem Windpark enthalten kann. Der Wechselrichter 144 empfängt das DC-Signal von dem Leistungsgenerator 142 und erzeugt ein AC-Signal. Bei einigen Ausgestaltungen kann es sich bei dem Wechselrichter 144 um eine Einrichtung mit mehreren Zweigen wie beispielsweise einen neutralpunktgeklemmten (NPC) Wechselrichter handeln. Der Treiber 146 erzeugt ein Steuereingangssignal für die Gates der Leistungsschalter in dem Wechselrichter 144. Die Last 148 wird durch das AC-Signal mit Leistung versorgt und sie kann zum Beispiel auf ein größeres elektrisches Verteilungsnetz oder dergleichen schließen lassen. Gemäß anderen Ausgestaltungen kann das Leistungssystem 140 zum Beispiel auch einem oder mehr Motorwechselrichtern, die von einer Leistungsquelle wie beispielsweise von einem größeren elektrischen Verteilungsnetz, das viele Arten der Leistungserzeugung enthalten kann, versorgt werden, entsprechen.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen erfasst der Treiber 146 die Entsättigung zum Beispiel von Leistungsschaltern in dem Wechselrichter 144 und kann den Wechselrichter 144 ausschalten oder andere Systeme über den Fehler benachrichtigen. Bei einigen Ausgestaltungen erzeugt der Treiber 146 ein Fehlersignal FEHLER, das dem Mikrocontroller 150 zugeführt wird. Bei der in 6 gezeigten Ausgestaltung benachrichtigt der Treiber 146 den Leistungsgenerator 142 und den Mikrocontroller 150 über den Wechselrichterfehler, allerdings können andere Operatoren oder Systeme benachrichtigt werden. Der Treiber 146 wertet die Gatesteuerspannungen der verschiedenen Leistungsschalter in dem Wechselrichter 144 aus und stellt den Entsättigungsschwellenwert für die Leistungsschalter des Wechselrichters 144 entsprechend den Gatesteuerspannungen ein. Der Treiber 146 kann eine beliebige der Beispiel-Schaltungen oder -Systeme, die hierin unter Bezugnahme auf die anderen Figuren beschrieben werden, oder Teile hiervon, enthalten. Bei verschiedenen Ausgestaltungen kann der Mikrocontroller 150 den Treiber 146 zum Beispiel basierend auf dem Fehlersignal FEHLER unter Verwendung des Aktivierungssignals EIN/AUS und folglich die Leistungsschalter in dem Wechselrichter 144 deaktivieren oder aktivieren.
7 zeigt ein Blockschaltbild eines Beispielverfahrens für den Betrieb 300 für eine Steuerschaltung für einen Leistungsschalter. Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen enthält das Verfahren für den Betrieb 300 Schritte 302, 304, 306, 308 und 310. Bei verschiedenen Ausgestaltungen enthält der Schritt 302 das Bestimmen eines Steuersignals eines Leistungstransistors oder eines Leistungsschalters. Wie hierin vorangehend unter Bezugnahme auf die anderen Figuren beschrieben, kann das Bestimmen eines Steuersignals das Bestimmen einer Gatesteuerspannung, die direkt an dem Gate, direkt von dem Steuersignal oder indirekt von einer Leistungsversorgung für einen Gatetreiber gemessen werden kann, beinhalten. Schritt 304 beinhaltet das Einstellen eines Entsättigungsschwellenwerts für den Leistungstransistor basierend auf dem in Schritt 302 bestimmten Steuersignal. Bei derartigen Ausgestaltungen kann der Entsättigungsschwellenwert mit der Gatesteuerspannung in Zusammenhang stehen. Zum Beispiel kann die Ausgangscharakteristik des Leistungstransistors bei einigen Ausgestaltungen bekannt sein, bestimmt werden oder eingestellt werden, und ein nominaler Ausgangsstrom kann für den Leistungstransistor ebenfalls eingestellt werden. Basierend auf dem nominalen Ausgangsstrom und der Ausgangscharakteristik wird der Entsättigungsschwellenwert bei einigen Ausgestaltungen als der Spannungsabfall über dem Leistungstransistor, der dem Schnittpunkt des nominalen Ausgangsstroms und der Ausgangsstromcharakteristik für eine gegebene Gatesteuerspannung entspricht, eingestellt.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen beinhaltet der Schritt 306 das Bestimmen eines Entsättigungssignals des Leistungstransistors. Der Schritt 306 kann das Messen des Spannungsabfalls über dem Leistungstransistor beinhalten. Bei einigen Ausgestaltungen kann der Spannungsabfall über dem Leistungstransistor durch eine Messschnittstellenschaltung, die die hohen Spannungen an dem Leistungstransistor von der Steuerlogik in dem Controller-IC oder dergleichen entkoppelt, bestimmt werden. Der Spannungsabfall kann durch Messen der Spannung an dem Hochspannungsleitungsknoten des Leistungstransistors unter Verwendung der Messschnittstellenschaltung gemessen werden. Basierend auf dem bestimmten Entsättigungssignal beinhaltet der Schritt 308 das Vergleichen des Entsättigungssignals mit dem Entsättigungsschwellenwert. Wenn das Entsättigungssignal größer als der Entsättigungsschwellenwert ist, folgt dem Schritt 308 der Schritt 310. Wenn das Entsättigungssignal nicht größer als der Entsättigungsschwellenwert ist, kann Schritt 302 dem Schritt 308 folgen, um das Betriebsverfahren 300 erneut zu beginnen. Schritt 310 beinhaltet das Deaktivieren des Leistungstransistors. Bei einigen Ausgestaltungen kann der Schritt 310 zum Beispiel das Deaktivieren zusätzlicher Elemente des Gesamtsystems oder das Benachrichtigen verschiedener Systemsteuerelemente der Entsättigungsdetektion beinhalten.
Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen kann das Betriebsverfahren 300 während des Betriebs unbeschränkt wiederholt werden. Das Betriebsverfahren 300 kann zusätzliche Schritte, Modifikationen der gelisteten Schritte, eine Neuanordnung der gelisteten Schritte oder, in einigen alternativen Fällen, das Weglassen von einigen der gelisteten Schritte beinhalten. Bei verschiedenen Ausgestaltungen kann das Betriebsverfahren aufgeteilt werden in unabhängige Regelschleifen. Bei derartigen Ausgestaltungen können die Schritte 302, 304 und 306 als erste Regelschleife zum Einstellen des Entsättigungsschwellenwerts für den Leistungstransistor ausgeführt werden und das Entsättigungssignal des Leistungstransistors bestimmen, während die Schritte 308 und 310 als zweite Regelschleife zum Vergleichen des Entsättigungssignals mit dem Entsättigungsschwellenwert und zum Deaktivieren des Leistungstransistors basierend auf dem Vergleich ausgeführt werden. Bei derartigen verschiedenen Ausgestaltungen kann der Schritt 306 auch unabhängig von der ersten Regelschleife und der zweiten Regelschleife als separater Prozess betrieben werden.
Verschiedene Beispiel-Entsättigungsdetektionsschaltungen können Vorteile wie beispielsweise erhöhte Überstromdetektionsgenauigkeit, verringerte Rauschempfindlichkeit, verringerte Entsättigungsfehldetektionen, eine verbesserte Robustheit und einen Schutz von Leistungsschaltern, erweitere Betriebslebensdauern von Leistungsschaltern und eine größere Zuverlässigkeit beinhalten.
Gemäß verschiedenen hierein beschriebenen Ausgestaltungen werden verschiedene Strukturen und Verfahren unter Bezugnahme auf Überstrom- und Kurzschlussdetektion für Leistungsschalter beschrieben. Auch wenn die Beschreibung in einigen Fällen zum Beispiel für die Überstromdetektion für MOSFETs oder SiC-MOSFETs erfolgt ist, wird die Beschreibung zu Zwecken der Einfachheit allgemein in Bezug auf die Entsättigungsdetektion für IGBTs oder BJTs dargelegt. Gemäß verschiedenen hierin beschriebenen Ausgestaltungen wird die Überstrom- und Kurzschlussdetektion für verschiedene Leistungsschaltertypen wie etwa zum Beispiel MOSFETs, IGBTs oder BJTs implementiert. Auch wenn der zugrunde liegende physikalische Betrieb bestimmter Einrichtungen wie etwa z. B. die Entsättigung bei einem IGBT sich bei anderen Arten von Einrichtungen wie etwa z. B. der Sättigung bei einem MOSFET unterscheiden kann, werden Fachleute erkennen, dass sich die hierin in Bezug auf die Überstrom- und Kurzschlussdetektion beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen bei verschiedenen Ausgestaltungen auf Einrichtungen verschiedenen Typs erstrecken.

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Steuerschaltung, wobei das Verfahren aufweist: Erzeugen eines Schwellenwerts basierend auf einem Steuersignal eines externen Leistungstransistors und Bestimmen eines Zustands zu hoher Leistung des externen Leistungstransistors basierend auf einer Spannung an einem Drain oder einem Kollektor des externen Leistungstransistors und dem Schwellenwert.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Erzeugen des Schwellenwerts aufweist: Bestimmen des Steuersignals des externen Leistungstransistors unter Verwendung eines Analog-nach-Digital-Wandlers (ADC); Einstellen des für den externen Leistungstransistor geeigneten Schwellenwerts basierend auf dem Steuersignal unter Verwendung eines Digital-nach-Analog-Wandlers (DAC); und Vergleichen der Spannung an dem Drain oder dem Kollektor des externen Leistungstransistors mit dem Schwellenwert unter Verwendung eines Komparators.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Erzeugen des Schwellenwerts aufweist: Bestimmen des Steuersignals des externen Leistungstransistors unter Verwendung eines Analog-nach-Digital-Wandlers (ADC); Vergleichen der Spannung an dem Drain oder dem Kollektor des externen Leistungstransistors mit dem Schwellenwert unter Verwendung eines Komparators; und Einstellen des Schwellenwerts durch Einstellen einer Filterzeitkonstanten.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, das weiterhin das Deaktivieren des ersten Leistungstransistors, wenn die Spannung an dem Drain oder dem Kollektor des externen Leistungstransistors den Schwellenwert übersteigt, aufweist.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, das weiterhin das Messen der Spannung an dem Drain oder dem Kollektor des externen Leistungstransistors aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Erzeugen des Schwellenwerts aufweist: Bestimmen einer Gatesteuerspannung des externen Leistungstransistors; und Einstellen des Schwellenwerts für den externen Leistungstransistor basierend auf der Gatesteuerspannung.
Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem das Bestimmen der Gatesteuerspannung das Messen einer Versorgungsspannung eines Treibers für den externen Leistungstransistor aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem das Bestimmen der Gatesteuerspannung das direkte Messen der Gatesteuerspannung aufweist.
Schaltung, die aufweist: eine Schwellenwerterzeugungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, einen Schwellenwert basierend auf einem Steuersignal eines externen Leistungstransistors zu erzeugen; und eine Schaltung zum Bestimmen zu hoher Leistung, die dazu ausgebildet ist, einen Zustand zu hoher Leistung des externen Leistungstransistors basierend auf einer Spannung an einem Drain oder einem Kollektor des externen Leistungstransistors und dem Schwellenwert zu bestimmen.
Schaltung gemäß Anspruch 9, bei der die Schwellenwerterzeugungsschaltung aufweist: einen Analog-nach-Digital-Wandler (ADC), der dazu ausgebildet ist, ein Signal, das das Steuersignal des externen Leistungstransistors anzeigt, abzutasten, und eine digitale Darstellung des Signals, das das Steuersignal des externen Leistungstransistors erkennen lässt, auszugeben, eine Schwellenwerteinstellschaltung, die mit dem ADC gekoppelt und dazu ausgebildet ist, den Schwellenwert für den externen Leistungstransistor basierend auf der digitalen Darstellung des Signals, das das Steuersignal des externen Leistungstransistors erkennen lässt, einzustellen; und die Schaltung zur Bestimmung zu hoher Leistung einen Komparator aufweist, der dazu ausgebildet ist, die Spannung an dem Drain oder dem Kollektor des externen Leistungstransistors mit dem Schwellenwert zu vergleichen und ein Deaktivierungssignal für den Leistungstransistor zu erzeugen, wenn die Spannung an dem Drain oder dem Kollektor des externen Leistungstransistors größer als der Schwellenwert ist.
Schaltung gemäß Anspruch 9, bei der die Schwellenwerterzeugungsschaltung einen Analog-nach-Digital-Wandler (ADC) aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein Signal, das das Steuersignal des externen Leistungstransistors erkennen lässt, abzutasten und eine digitale Darstellung des Signals, das das Steuersignal des externen Leistungstransistors erkennen lässt, auszugeben; und die Schaltung zur Bestimmung zu hoher Leistung aufweist: einen Komparator, der dazu ausgebildet ist, die Spannung an dem Drain oder dem Kollektor des externen Leistungstransistors mit einem Entsättigungsschwellenwert zu vergleichen und ein Vergleichssignal zu erzeugen, wenn die Spannung an dem Drain oder dem Kollektor des externen Leistungstransistors größer als der Entsättigungsschwellenwert ist, und ein Filter, das mit dem ADC und dem Komparator gekoppelt ist, wobei das Filter dazu ausgebildet ist: den Schwellenwert für den externen Leistungstransistor basierend auf der digitalen Darstellung des Signals, das das Steuersignal des externen Leistungstransistors erkennen lässt, einzustellen, wobei das Einstellen des Schwellenwerts für den externen Leistungstransistor das Einstellen einer Zeitkonstante für das Filter aufweist, das Vergleichssignal von dem Komparator zu empfangen, das Vergleichssignal unter Verwendung der Zeitkonstanten des Filters zu filtern, und ein gefiltertes Vergleichssignal basierend auf der Filterung des Vergleichssignals zu erzeugen.
Schaltung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, bei der die Schaltung zur Bestimmung zu hoher Leistung weiterhin dazu ausgebildet ist, den externen Leistungstransistor zu deaktivieren, wenn die Spannung an dem Drain oder dem Kollektor des externen Leistungstransistors größer als der Schwellenwert ist.
Schaltung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, die weiterhin eine Messschaltung aufweist, die dazu ausgebildet ist, mit dem externen Leistungstransistor gekoppelt zu werden, wobei die Messschaltung dazu ausgebildet ist, die Spannung an dem Drain oder dem Kollektor des externen Leistungstransistors zu messen.
Schaltung gemäß Anspruch 9, bei der die Schwellenwerterzeugungsschaltung weiterhin dazu ausgebildet ist, das Steuersignal des externen Leistungstransistors zu bestimmen, wobei das Bestimmen des Steuersignals für den externen Leistungstransistor das Bestimmen einer Gatesteuerspannung aufweist; und das Erzeugen des Schwellenwerts für den externen Leistungstransistor das Einstellen des Schwellenwerts für den externen Leistungstransistor basierend auf der Gatesteuerspannung aufweist.
Schaltung gemäß Anspruch 14, bei der die Schaltung zur Bestimmung zu hoher Leistung einen Treiber, der dazu ausgebildet ist, mit dem externen Leistungstransistor gekoppelt zu werden, aufweist; und das Bestimmen der Gatesteuerspannung das Messen einer Versorgungsspannung des Treibers aufweist.
Schaltung gemäß Anspruch 14 oder 15, bei der das Bestimmen der Gatesteuerspannung das direkte Messen der Gatesteuerspannung aufweist.
Elektronische Schaltung, die aufweist: eine Messschaltung, die einen ersten Eingang, der dazu ausgebildet ist, mit einem ersten Leistungstransistor gekoppelt zu werden, und einen Messausgang aufweist; eine Schwellenwertschaltung, die aufweist: einen zweiten Eingang, der dazu ausgebildet ist, einen Hinweis über eine Gatesteuerspannung des externen Leistungstransistors zu empfangen, und einen Schwellenwertausgang, wobei der Schwellenwertausgang basierend auf dem an dem zweiten Eingang empfangenen Hinweis über die Gatesteuerspannung eingestellt wird; einen Komparator, der aufweist: einen dritten Eingang, der mit dem Messausgang gekoppelt ist, einen vierten Eingang, der mit dem Schwellenwertausgang gekoppelt ist, und einen Vergleichsausgang; und eine Steuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, mit dem externen Leistungstransistor gekoppelt zu werden und die mit dem Vergleichsausgang gekoppelt ist, wobei die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, den externen Leistungstransistor basierend auf Signalen an dem Vergleichsausgang zu deaktivieren.
Elektronische Schaltung gemäß Anspruch 17, die weiterhin den externen Transistor aufweist.
Elektronische Schaltung gemäß Anspruch 17 oder 18, bei der der zweite Eingang mit einem Gate des externen Leistungstransistors gekoppelt ist.
Elektronische Schaltung gemäß Anspruch 17 oder 18, bei der zweite Eingang mit einem Leistungsversorgungsanschluss der Steuerschaltung gekoppelt ist.
Elektronische Schaltung gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20, bei der der externe Leistungstransistor einen MOSFET (Metal Oxide Field-Effect Transistor) aufweist und der erste Eingang dazu ausgebildet ist, mit einem Drain des MOSFETs gekoppelt zu werden.
Elektronische Schaltung gemäß Anspruch 21, bei der der externe Leistungstransistor einen Siliziumkarbid-(SiC)-MOSFET aufweist.
Elektronische Schaltung gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20, bei der der externe Leistungstransistor einen IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) aufweist und der erste Eingang dazu ausgebildet ist, mit einem Kollektor des IGBTs gekoppelt zu werden.
Elektronische Schaltung gemäß einem der Ansprüche 17 bis 23, bei der die Schwellenwertschaltung aufweist: einen Analog-nach-Digital-Wandler (ADC), der mit dem zweiten Eingang gekoppelt und dazu ausgebildet ist, den Hinweis über die Gatesteuerspannung des externen Leistungstransistors zu empfangen; und einen Digital-nach-Analog-Wandler (DAC), der dazu ausgebildet ist, das Schwellenwertausgangssignal basierend auf dem an dem zweiten Eingang empfangenen Hinweis über die Gatesteuerspannung bereitzustellen.
Elektronische Schaltung gemäß einem der Ansprüche 17 bis 24, bei der die Messschaltung aufweist: einen Messwiderstand; eine Messdiode, die mit dem Messwiderstand in Reihe gekoppelt ist, wobei der Messwiderstand und die Messdiode einen Reihenpfad von dem Messausgang zu dem ersten Eingang bilden; und eine Messstromquelle, die mit dem Messausgang gekoppelt und dazu ausgebildet ist, einen Messstrom durch den Messwiderstand und die Messdiode zu treiben.
Elektronische Schaltung gemäß einem der Ansprüche 17 bis 25, die weiterhin eine Logikschaltung aufweist, die von dem Vergleichsausgang zu der Steuerschaltung gekoppelt ist, wobei die Logikschaltung dazu ausgebildet ist, den externen Leistungstransistor zu deaktivieren, wenn das Messausgangssignal das Schwellenwertausgangssignal übersteigt.
Elektronische Schaltung gemäß einem der Ansprüche 17 bis 26, bei der der Komparator aufweist: einen Schwellenwertkomparator, der einen mit dem dritten Eingang gekoppelten ersten Vergleichseingang, einen mit einem Entsättigungsschwellenwert gekoppelten zweiten Vergleichseingang und einen Anfangsvergleichsausgang aufweist; und ein Filter, das einen mit dem Anfangsvergleichsausgang gekoppelten Filtereingang, einen mit dem vierten Eingang gekoppelten Filtersteuereingang und einen mit dem Vergleichsausgang gekoppelten Filterausgang aufweist, wobei das Filter eine Filterzeitkonstante aufweist, wobei die Filterzeitkonstante basierend auf der Gatesteuerspannung des externen Leistungstransistors eingestellt wird.