DE102017131225A1

DE102017131225A1 - Verfahren zum Betreiben eines Transistorbauelements und elektronische Schaltung mit einem Transistorbauelement

Info

Publication number: DE102017131225A1
Application number: DE102017131225.0A
Authority: DE
Inventors: Robert Illing; Christian Djelassi; Alexander Mayer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-06-27
Also published as: US20190199342A1; US10998898B2; CN109962697A

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben eines Transistorbauelements (1) und eine elektronische Schaltung mit einem Transistorbauelement (1) und einer Ansteuerschaltung (2) sind beschrieben. Das Verfahren umfasst das Überwachen einer Laststreckenspannung (V) und eines Betriebsparameters des Transistorbauelements (1); das Betreiben des Transistorbauelements (1) in einem Normalbetrieb, wenn der Betriebsparameter unterhalb einer Schwelle (TH) liegt, die dem Betriebsparameter zugeordnet ist, wobei das Betreiben des Transistorbauelements (1) im Normalbetrieb das Betreiben des Transistorbauelements (1) in einem von einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand basierend auf dem Ansteuersignal (S) aufweist; und Betreiben des Transistorbauelements (1) in einem Fehlerbetrieb nach Detektieren eines Fehlers basierend auf einem Vergleichen des Betriebsparameters mit der Schwelle (TH), wobei das Betreiben des Transistorbauelements (1) im Fehlerbetrieb das Ausschalten des Transistorbauelements (1) aufweist. Das Betreiben des Transistorbauelements (1) im Ein-Zustand umfasst das Einstellen der Schwelle (TH) gemäß einer ersten Kennlinie, die abhängig von der Laststreckenspannung (V) ist, und das Betreiben des Transistorbauelements (1) im Aus-Zustand umfasst das Einstellen der Schwelle (TH) gemäß einer zweiten Kennlinie, die sich von der ersten Kennlinie unterscheidet.

Description

Diese Beschreibung betrifft allgemein ein Verfahren zum Betreiben eines Transistorbauelements und eine elektronische Schaltung mit einem Transistorbauelement.
Transistorbauelemente, wie MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors) sind als elektronische Schalter in verschiedenen Arten von Anwendungen, wie beispielsweise Leistungswandlungs-, Automobil-, Motorantriebs-, Haushalts- oder Unterhaltungselektronikanwendungen weit verbreitet. Eine herkömmliche Ansteuerschaltung zum Ansteuern eines Transistorbauelements umfasst einen Signaleingang zum Erhalten eines Ansteuersignals und ist dazu ausgebildet, das Transistorbauelement basierend auf dem Ansteuersignal ein- oder auszuschalten. Außerdem kann die Ansteuerschaltung wenigstens einen Betriebsparameter überwachen und das Transistorbauelement unabhängig von dem Ansteuersignal basierend auf dem Betriebsparameter ausschalten, um das Transistorbauelement davor zu schützen überlastet zu werden. Der Betriebsparameter kann einen Strom durch das Transistorbauelement oder eine Temperatur des Transistorbauelements umfassen.
Es besteht ein Bedarf nach einem verbesserten Verfahren zum Betreiben eines Transistorbauelements und für eine elektronische Schaltung mit einem Transistorbauelement und einer Ansteuerschaltung.
Ein Beispiel betrifft ein Verfahren. Das Verfahren umfasst das Überwachen einer Laststreckenspannung und eines Betriebsparameters eines Transistorbauelements, das Betreiben des Transistorbauelements in einem Normalbetrieb, wenn der Betriebsparameter unterhalb einer dem Betriebsparameter zugeordneten Schwelle liegt, wobei das Betreiben des Transistorbauelements im Normalbetrieb das Betreiben des Transistorbauelements in einem von einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand basierend auf einem Ansteuersignal umfasst. Das Verfahren umfasst außerdem das Betreiben des Transistorbauelements in einem Fehlerbetrieb bei Detektieren eines Fehlers basierend auf einem Vergleichen des Betriebsparameters mit der dem Betriebsparameter zugeordneten Schwelle, wobei das Betreiben des Transistorbauelements im Fehlerbetrieb das Ausschalten des Transistorbauelements umfasst. Das Betreiben des Transistorbauelements im Ein-Zustand umfasst das Einstellen der Schwelle gemäß einer ersten Kennlinie, die abhängig von der Laststreckenspannung ist, und das Betreiben des Transistorbauelements im Aus-Zustand umfasst das Einstellen der Schwelle gemäß einer zweiten Kennlinie, die sich von der ersten Kennlinie unterscheidet.
Ein weiteres Beispiel betrifft eine elektronische Schaltung. Die elektronische Schaltung umfasst ein Transistorbauelement und eine Ansteuerschaltung. Die Ansteuerschaltung ist dazu ausgebildet, eine Laststreckenspannung und einen Betriebsparameter des Transistorbauelements zu überwachen, das Transistorbauelement in einem Normalbetrieb zu betreiben, wenn der Betriebsparameter unterhalb einer dem Betriebsparameter zugeordneten Schwelle liegt, wobei das Betreiben des Transistorbauelements im Normalbetrieb das Betreiben des Transistorbauelements in einem von einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand basierend auf einem Ansteuersignal umfasst. Die Ansteuerschaltung ist außerdem dazu ausgebildet, das Transistorbauelement bei Detektieren eines Fehlers basierend auf einem Vergleichen des Betriebsparameters mit einer dem Betriebsparameter zugeordneten Schwelle in einem Fehlerbetrieb zu betreiben, wobei das Betreiben des Transistorbauelements im Fehlerbetrieb das Ausschalten des Transistorbauelements umfasst. Außerdem ist die Ansteuerschaltung dazu ausgebildet, im Ein-Zustand des Transistorbauelements die Schwelle gemäß einer ersten Kennlinie einzustellen, die abhängig von der Laststreckenspannung ist, und im Aus-Zustand des Transistorbauelements die Schwelle gemäß einer zweiten Kennlinie einzustellen, die sich von der ersten Kennlinie unterscheidet.
Beispiele sind nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen dienen dazu, bestimmte Prinzipien zu veranschaulichen, so dass nur Aspekte, die zum Verständnis dieser Prinzipien notwendig sind, dargestellt sind. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgerecht. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale.

1 veranschaulicht eine elektronische Schaltung mit einem Transistorbauelement und einer Ansteuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, das Transistorbauelement anzusteuern;
2A bis 2C zeigen verschiedene Beispiele, wie die elektronische Schaltung mit dem Transistorbauelement als elektronischer Schalter verwendet werden kann;
3 zeigt ein Zustandsdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Betreiben des Transistorbauelements basierend auf einem Ansteuersignal, einem Betriebsparameter und einer dem Betriebsparameter zugeordneten Schwelle veranschaulicht;
4A und 4B zeigen Signaldiagramme, die ein Betreiben des Transistorbauelements in einem Normalbetrieb und einem Fehlerbetrieb veranschaulichen;
5 veranschaulicht einen Stromsensor, der dazu ausgebildet ist, einen Laststrom zu messen, der ein Beispiel eines Betriebsparameter repräsentiert;
6 veranschaulicht einen Temperatursensor, der dazu ausgebildet ist, eine Temperatur des Transistorbauelements zu messen, die ein Beispiel eines Betriebsparameters repräsentiert;
7 veranschaulicht einen Temperaturdifferenzsensor, der dazu ausgebildet ist, eine Temperaturdifferenz zu messen, die ein weiteres Beispiel eines Betriebsparameters repräsentiert;
8 zeigt eine Draufsicht einer Halbleiteranordnung und veranschaulicht Positionen, an denen Temperaturen durch den Temperaturdifferenzsensor gemessen werden können;
9A bis 9D veranschaulichen Beispiele einer ersten Kennlinie und einer zweiten Kennlinie der Schwelle;
10 zeigt ein Beispiel einer Ansteuerschaltung, die eine Steuerschaltung und einen Treiber umfasst;
11 zeigt ein Beispiel der Steuerschaltung weiter im Detail;
12 zeigt ein Beispiel eines Schwellengenerators, der in der Steuerschaltung verwendet werden kann;
13 zeigt ein Beispiel eines Schwellengenerators und einer Komparatorschaltung, die in der Steuerschaltung verwendet werden können;
14 zeigt ein Beispiel eines Betriebsartcontrollers in der Steuerschaltung;
15 zeigt ein weiteres Beispiel eines Betriebsartcontrollers in der Steuerschaltung; und
16 zeigt ein Beispiel einer Steuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, mehr als einen Betriebsparameter zu überwachen.

In der nachfolgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Die Zeichnungen bilden einen Teil der Beschreibung und zeigen zur Veranschaulichung Beispiele, wie die Erfindung verwendet und realisiert werden kann. Selbstverständlich können die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden, sofern nicht explizit etwas anderes angegeben ist.
1 zeigt ein Beispiel einer elektronischen Schaltung, die ein Transistorbauelement 1 und eine Ansteuerschaltung 2 umfasst. Die Ansteuerschaltung 2 ist dazu ausgebildet, das Transistorbauelement 1 basierend auf einem Ansteuersignal S_DRV , einer Laststreckenspannung V_DS des Transistorbauelements 1 und einem Betriebsparameter OP anzusteuern. In 1 repräsentiert ein Signal S_VDS , das durch die Ansteuerschaltung 2 erhalten wird, die Laststreckenspannung V_DS . Dieses Signal S_VDS wird nachfolgend auch als Laststreckenspannungssignal bezeichnet. Außerdem repräsentiert das durch die Ansteuerschaltung 2 erhaltene Signal S_OP den Betriebsparameter OP. Dieses Signal S_OP wird nachfolgend auch als Betriebsparametersignal bezeichnet. Das Transistorbauelement 1 umfasst einen Ansteuereingang zwischen einem Steuerknoten G und einem ersten Lastknoten S und die Laststrecke zwischen einem zweiten Lastknoten D und dem ersten Lastknoten S. Das Transistorbauelement 1 schaltet abhängig von einer Ansteuerspannung VGS, die an dem Ansteuereingang G, S erhalten wird, ein oder aus.
Das Transistorbauelement 1 und die Ansteuerschaltung 2 können als eine integrierte Schaltung in einem Integrierte-Schaltung-Gehäuse 3 (das in 1 in gestrichelten Linien dargestellt ist) integriert sein. Die integrierte Schaltung kann einen Halbleiterkörper (Die), in dem sowohl das Transistorbauelement 1 als auch die Ansteuerschaltung 2 integriert sind, oder zwei Halbleiterkörper, einen ersten, in dem das Transistorbauelement 1 integriert ist, und einen zweiten, in dem die Ansteuerschaltung 2 integriert ist, umfassen. Diese zwei Halbleiterkörper können in einer Chip-auf-Chip- oder einer Chip-neben-Chip-Anordnung innerhalb des Gehäuses 3 angeordnet sein.
Gemäß einem Beispiel ist das Transistorbauelement 1 ein MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor). Es sei erwähnt, dass der hierin verwendete Begriff MOSET eine beliebige Art von Feldeffekttransistor mit einer isolierten Gateelektrode (der häufig als IGFET bezeichnet wird), bezeichnet, unabhängig davon, ob die Gateelektrode ein Metall oder eine andere Art von elektrisch leitendem Material umfasst, und unabhängig davon, ob das Gatedielektrikum ein Oxid oder eine andere Art eines dielektrisch leitenden Materials umfasst. Das in 1 gezeigte Schaltsymbol des Transistorbauelements 1 repräsentiert einen n-leitenden Anreicherungs-MOSFET. Dies ist jedoch lediglich zu Veranschaulichungszwecken. Eine beliebige andere Art von MOSFET, wie beispielsweise in p-leitender Anreicherungs- oder Verarmungs-MOSFET oder ein n-leitender Verarmungs-MOSFET, oder eine beliebige andere Art von Feldeffekttransistor, wie beispielsweise ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder ein JFET (Junction Field-Effect Transistor) kann ebenso verwendet werden.
In einem MOSFET wird der Steuerknoten G auch als Gateknoten bezeichnet, wird der erste Lastknoten S auch als Sourceknoten bezeichnet, wird der zweite Lastknoten D auch als Drainknoten bezeichnet und wird die Ansteuerspannung VGS auch als Gate-Source-Spannung bezeichnet. Obwohl das in 1 gezeigte Transistorbauelement nicht darauf beschränkt ist, als MOSFET realisiert zu werden, werden die Begriffe Gateknoten G, Sourceknoten S und Drainknoten D nachfolgend dazu verwendet, den Steuerknoten, den ersten Lastknoten bzw. den zweiten Lastknoten zu bezeichnen.
Bezugnehmend auf 1 erzeugt die Ansteuerschaltung 2 die Ansteuerspannung VGS an einem Ausgang 22, der an den Ansteuereingang G, S des Transistorbauelements 1 angeschlossen ist. Genauer, der Ausgang der Ansteuerschaltung 2 umfasst einen ersten Ausgangsknoten 22, der an den Gateknoten G gekoppelt ist, und einen zweiten Ausgangsknoten 23, der an den Sourceknoten S gekoppelt ist. Das Ansteuersignal S_DRV wird an einem Eingang 21 der Ansteuerschaltung 2 erhalten. Das Ansteuersignal S_DRV kann eine beliebige Art von Signal sein, das geeignet ist, eine Schaltinformation zu tragen, wobei die Schaltinformation definiert, ob es gewünscht ist, das Transistorbauelement 1 einzuschalten oder auszuschalten. Gemäß einem Beispiel hat das Ansteuersignal S_DRV einen von zwei unterschiedlichen Signalpegeln, einen Ein-Pegel, der anzeigt, dass das Transistorbauelement 1 eingeschaltet werden soll, oder einen Aus-Pegel, der anzeigt, dass das Transistorbauelement 1 ausgeschaltet werden soll.
Die elektronische Schaltung mit dem Transistorbauelement 1 und der Ansteuerschaltung 2 kann als elektronischer Schalter in verschiedenen Arten von elektronischen Schaltungen verwendet werden. Einige Beispiele, wie die elektronische Schaltung als elektronischer Schalter verwendet werden kann, sind in den 2A bis 2C veranschaulicht. Zur Vereinfachung der Darstellung, ist in diesen Figuren nur das Transistorbauelement 1 gezeigt und die Ansteuerschaltung 2 ist weggelassen. Bezugnehmend auf 2A kann die elektronische Schaltung als Low-Side-Schalter verwendet werden. In diesem Fall ist die Laststrecke D-S des Transistorbauelement 1 zwischen eine Last Z und einen Schaltungsknoten, an dem ein negatives Versorgungspotential oder Massepotential GND verfügbar ist, geschaltet, wobei eine Reihenschaltung mit der Laststrecke D-S des Transistorbauelements 1 und der Last Z zwischen einen Schaltungsknoten für ein positives Versorgungspotential V++ und den Schaltungsknoten für das negative Versorgungspotential oder Masse GND geschaltet ist. Bezugnehmend auf 2B kann die elektronische Schaltung als High-Side-Schalter verwendet werden. Bei diesem Beispiel ist die Laststrecke D-S des Transistorbauelements 1 zwischen den Schaltungsknoten für das positive Versorgungspotential V++ und die Last Z geschaltet. Gemäß einem weiteren Beispiel, das in 2C gezeigt ist, ist die Laststrecke D-S zwischen zwei Lasten Z1, Z2 geschaltet, wobei eine Reihenschaltung, die die Lasten Z1, Z2 und die Laststrecke D-S umfasst, zwischen Schaltungsknoten für das positive Versorgungspotential V++ und das negative Versorgungspotential oder Masse GND geschaltet ist.
3 zeigt ein Zustandsdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Betreiben des Transistorbauelements 1 durch die Ansteuerschaltung 2 veranschaulicht. Bezugnehmend auf 3 umfasst das Betreiben des Transistorbauelements 1 das Betreiben des Transistorbauelements 1 in einer von zwei unterschiedlichen Betriebsarten, einer ersten Betriebsart 110, die nachfolgend auch als Normalbetrieb bezeichnet wird, und einer zweiten Betriebsart 120, die nachfolgend auch als Fehlerbetrieb bezeichnet wird. Ob das Transistorbauelement 1 im Normalbetrieb 110 oder im Fehlerbetrieb 120 betrieben wird, ist abhängig von einem Ergebnis eines Vergleichens eines Betriebsparameters OP mit einer vordefinierten Schwelle TH. Beispiele des Betriebsparameters OP und Beispiele zum Bestimmen der Schwelle TH sind weiter unten im Detail erläutert.
Bezugnehmend auf 3 umfasst das Betreiben des Transistorbauelements 1 im Normalzustand das Betreiben des Transistorbauelements 1 in einem von einem Ein-Zustand 111 und einem Aus-Zustand 112 basierend auf dem Ansteuersignal S_DRV . Genauer, das Betreiben des Transistorbauelements 1 basierend auf dem Ansteuersignal S_DRV kann das Betreiben des Transistorbauelements 1 im Ein-Zustand 111, wenn das Ansteuersignal S_DRV den Ein-Pegel hat, und das Betreiben des Transistorbauelements 1 im Aus-Zustand, wenn das Ansteuersignal S_DRV den Aus-Pegel hat, umfassen.
Das Betreiben des Transistorbauelements 1 im Normalbetrieb 110 basierend auf dem Ansteuersignal S_DRV ist in 4A veranschaulicht. 4A zeigt Signaldiagramme des Ansteuersignals S_DRV , der Ansteuerspannung VGS, des Betriebsparameters OP und der Schwelle TH im Normalbetrieb. In dieser Betriebsart wird die Ansteuerspannung VGS so erzeugt, dass die Ansteuerspannung V_GS das Transistorbauelement 1 immer dann einschaltet, wenn das Ansteuersignal S_DRV den Ein-Pegel hat, und das Transistorbauelement 1 immer dann ausschaltet, wenn das Ansteuersignal S_DRV den Aus-Pegel hat. Lediglich zur Veranschaulichung ist in 4A der Ein-Pegel des Ansteuersignals S_DRV ein hoher Signalpegel, während der Aus-Pegel ein niedriger Signalpegel ist. Es sei erwähnt, dass das Ansteuersignal S_DRV und die Ansteuerspannung VGS in 4A nur schematisch dargestellt sind, so dass beispielsweise unvermeidliche Verzögerungszeiten (Laufzeitverzögerungen) zwischen fallenden und steigenden Flanken des Ansteuersignals S_DRV und entsprechender Flanken der Ansteuerspannung VGS nicht dargestellt sind.
Bezugnehmend auf 3 wechselt die Betriebsart des Transistorbauelements 1 vom Normalbetrieb 110 in den Fehlerbetrieb 120 basierend auf einem Vergleichen des Betriebsparameters OP mit der Schwelle TH. Dieser Übergang der Betriebsart basierend auf dem Vergleichen des Betriebsparameters OP mit der Schwelle TH kann das Ändern der Betriebsart vom Normalbetrieb 110 in den Fehlerbetrieb 120, wenn der Betriebsparameter OP die Schwelle TH erreicht oder diese übersteigt, umfassen. Das Betreiben des Transistorbauelements 1 im Fehlerbetrieb kann das Ausschalten des Transistorbauelements 1 umfassen, so dass das Transistorbauelement 1 im Aus-Zustand 121 ist, der nachfolgend als weiterer Aus-Zustand 121 bezeichnet wird.
Es sei erwähnt, dass „das Vergleichen des Betriebsparameters OP mit der Schwelle TH“ das Vergleichen mehr als eines Betriebsparameters mit einer jeweiligen Schwelle umfassen kann. In diesem Fall wechselt die Betriebsart vom Normalbetrieb in den Fehlerbetrieb 120, wenn wenigstens einer dieser Vergleiche ergibt, dass ein Fehler aufgetreten ist. „Ergeben, dass ein Fehler aufgetreten ist“ kann umfassen, dass ein Betriebsparameter bis auf die jeweilige (zugeordnete) Schwelle angestiegen ist oder diese überstiegen hat.
Ein Beispiel eines Übergangs der Betriebsart vom Normalbetrieb 110 in den Fehlerbetrieb 120 ist in 4B veranschaulicht. 4B zeigt Signaldiagramme des Ansteuersignals S_DRV , der Ansteuerspannung V_GS des Betriebsparameters OP und der Schwelle TH gemäß einem Beispiel. Bei diesem Beispiel erreicht der Betriebsparameter OP die Schwelle TH zu einem Zeitpunkt t1. Zu diesem Zeitpunkt t1 wechselt die Ansteuerspannung V_GS auf einen Spannungspegel, der das Transistorbauelement 1 ausschaltet, obwohl das Ansteuersignal S_DRV auf dem Ein-Pegel verbleibt. Der Zeitpunkt t1 ist der Zeitpunkt, zu dem die Betriebsart vom Normalbetrieb 110 in den Fehlerbetrieb 120 wechselt.
Der Betriebsparameter OP ist ein Parameter, der geeignet ist, einen Lastzustand des Transistorbauelements 1 zu detektieren, und der geeignet ist, zu detektieren, wann die Gefahr besteht, dass das Transistorbauelement 1 überlastet wird und beschädigt oder zerstört werden kann, wenn es weiter in diesem Lastzustand betrieben wird. Einige Beispiele von Betriebsparametern, die geeignet sind, einen Lastzustand des Transistorbauelements 1 zu detektieren sind nachfolgend erläutert.
Bezugnehmend auf 5 kann ein Laststrom I_DS durch das Transistorbauelement 1 als Betriebsparameter OP verwendet werden. Dieser Laststrom I_DS kann unter Verwendung einer beliebigen Art von Stromsensor 41 gemessen werden, der geeignet ist, den Laststrom I_DS zu messen und das Betriebsparametersignal S_OP auszugeben, das den Laststrom I_DS repräsentiert.
Gemäß einem weiteren Beispiel, das in 6 gezeigt ist, ist der Betriebsparameter eine Temperatur des Transistorbauelements 1. Die Temperatur kann unter Verwendung einer beliebigen Art von Temperatursensor 42 gemessen werden, der geeignet ist, die Temperatur des Transistorbauelements 1 zu messen. Ein Betriebsparametersignal S_OP , das durch den Temperatursensor 42 ausgegeben wird, repräsentiert die Temperatur des Transistorbauelements 1.
Gemäß einem weiteren Beispiel, das in 7 gezeigt ist, ist der Betriebsparameter OP eine Temperaturdifferenz zwischen einer ersten Temperatur T1, die an einer ersten Position des Transistorbauelements 1 gemessen wird, und einer zweiten Temperatur T2, die an einer zweiten Position gemessen wird, wobei die zweite Position von der ersten Position beabstandet ist. Bezugnehmend auf 7 kann die erste Temperatur T1 an der ersten Position unter Verwendung eines ersten Temperatursensors 43 gemessen werden und die zweite Temperatur T2 an der zweiten Position kann unter Verwendung eines zweiten Temperatursensors 44 gemessen werden. Der erste Temperatursensor 43 gibt ein erstes Temperatursignal S_T1 aus, das die erste Temperatur repräsentiert, und der zweite Temperatursensor 44 gibt ein zweites Temperatursignal S_T2 aus, das die zweite Temperatur repräsentiert. Eine Berechnungseinheit 45 berechnet die Differenz zwischen dem ersten und zweiten Temperatursignal S_T1 , S_T2 und gibt das Betriebsparametersignal S_OP aus, das die Temperaturdifferenz repräsentiert.
8 veranschaulicht schematisch ein Beispiel dafür, wo die ersten und zweiten Positionen der ersten und zweiten Temperatursensoren 43, 44 angeordnet sein können. 8 veranschaulicht eine Draufsicht eines Halbleiterkörpers 100, in dem sowohl das Transistorbauelement 1 als auch die Ansteuerschaltung 2 integriert sind. Bei diesem Beispiel ist das Transistorbauelement 1 in einem ersten Gebiet 201 des Halbleiterkörpers 200 integriert und die Ansteuerschaltung 2 ist in einem zweiten Gebiet 202 des Halbleiterkörpers 200 integriert. Bei dem in 8 gezeigten Beispiel wird die erste Temperatur T1 an einer ersten Position 243 gemessen, die innerhalb des ersten Gebiets 201 liegt. Eine zweite Position 244, an der die zweite Temperatur gemessen wird, ist von dem ersten Gebiet 201 beabstandet, das heißt, beabstandet zu dem Transistorbauelement 1. Zwei verschiedene Beispiele, dafür, wo die zweite Position 244 angeordnet sein kann, sind in 8 veranschaulicht. Ein möglicher Ort der zweiten Position ist in 8 in durchgezogenen Linien dargestellt und ein weiterer möglicher Ort ist in 8 in gestrichelten Linien dargestellt. Selbstverständlich gibt es verschiedene andere mögliche Orte für die zweite Position 244.
Wie oben erläutert, können das Transistorbauelement 1 und die Ansteuerschaltung 2 in zwei unterschiedlichen Halbleiterkörpern innerhalb desselben Gehäuses 300 integriert sein. Bei diesem Beispiel kann die erste Position eine Position auf einem der Halbleiterkörper sein und die zweite Position kann eine Position auf dem anderen der Halbleiterkörper sein.
Wenn das Transistorbauelement 1 im Normalbetrieb 110 und im Ein-Zustand 111 ist, wird zusätzlich zu dem Betriebsparameter OP die Laststreckenspannung V_DS bei der Entscheidung berücksichtigt, ob die Betriebsart vom Normalbetrieb 110 in den Fehlerbetrieb 120 wechseln soll. Dies wird dadurch erreicht, dass die Schwelle TH abhängig von der Laststreckenspannung V_DS ist.
9A zeigt ein Beispiel einer Kennlinie, die eine Beziehung zwischen der Schwelle TH und der Laststreckenspannung V_DS veranschaulicht. Bei diesem Beispiel gibt es einen Spannungsbereich (Spannungsintervall) der Ansteuerspannung V_DS , in dem die Schwelle TH abnimmt, wenn die Ansteuerspannung V_DS zunimmt. Bei dem in 9A gezeigten Beispiel reicht dieser Spannungsbereich von einem ersten Spannungspegel V_DS1 bis zu einem zweiten Spannungspegel V_DS2 . Bei diesem Beispiel nimmt die Schwelle TH im Wesentlichen linear ab, wenn die Ansteuerspannung V_DS zunimmt. Dies ist jedoch nur ein Beispiel. Es ist auch möglich, dass die Schwelle TH nicht-linear abnimmt. Für Spannungspegel der Laststreckenspannung V_DS unterhalb des zweiten Pegels V_DS2 ist die Schwelle TH bei diesem Beispiel im Wesentlichen konstant.
Das Erzeugen der Schwelle basierend auf einer ersten Kennlinie des in 9A gezeigten Typs nutzt die Tatsache, dass im Ein-Zustand 111 des Transistorbauelements 1 die Laststreckenspannung V_DS neben dem Betriebsparameter OP ein weiterer Parameter ist, der geeignet ist, den Lastzustand des Transistorbauelements 1 zu überwachen. Durch Verringern der Schwelle TH, wenn die Laststreckenspannung V_DS eine vordefinierte Spannungsschwelle (V_DS1 in 9A) erreicht, kann ein Schutz des Transistorbauelements 1 verbessert werden.
Das Überwachen des Lastzustands des Transistorbauelements 1 durch Vergleichen des Betriebsparameters OP mit der Schwelle TH ist auch aktiv, wenn das Transistorbauelement 1 im Aus-Zustand 112 ist. Das heißt, ein Wechsel der Betriebsart vom Normalbetrieb 110 in den Fehlerbetrieb 120 kann auch dann auftreten, wenn das Transistorbauelement 1 im Aus-Zustand 112 ist. Eine Überlastbedingung, wie sie durch Vergleichen des Betriebsparameters OP mit der Schwelle TH detektiert wird, kann auch auftreten, wenn das Transistorbauelement 1 im Aus-Zustand ist oder vom Ein-Zustand zum Aus-Zustand wechselt. Dies deshalb, weil ein Strom auch dann durch die Laststrecke des Transistorbauelements 1 getrieben werden kann, wenn das Transistorbauelement 1 im Aus-Zustand 112 ist. Eine in Reihe zu der Laststrecke des Transistorbauelements 1 geschaltete und durch das Transistorbauelement 1 pulsweitenmoduliert (PWM) betriebene induktive Last kann beispielsweise einen Strom durch das Transistorbauelement 1 treiben, wenn das Transistorbauelement 1 vom Ein-Zustand in den Aus-Zustand gewechselt ist, bis die in der induktiven Last gespeicherte Energie dissipiert ist. In diesem Fall bewirkt die Last, dass die Laststreckenspannung V_DS des Transistorbauelements 1 ansteigt, bis ein Lawinendurchbruch auftritt und ein Strom durch die Laststrecke fließt. Alternativ kann eine Klemmschaltung vorhanden sein, die das Transistorbauelement 1 einschaltet, wenn die Laststreckenspannung V_DS auf oberhalb einer vordefinierten Spannungsschwelle (die höher ist als die Versorgungsspannung) ansteigt, und die ermöglicht, dass der Strom fließt, bis die in der induktiven Last gespeicherte Energie dissipiert wurde. Eine solche Klemmschaltung umfasst beispielsweise wenigstens eine Zenerdiode und eine Bipolardiode, die zwischen dem Drainknoten D und dem Gateknoten G in einer antiseriellen Anordnung verschaltet sind. Ein Beispiel einer solchen Klemmschaltung ist in 1 in strichpunktierten Linien dargestellt. Lediglich zur Veranschaulichung umfasst die in 1 gezeigte Klemmschaltung zwei Zenerdioden. Die tatsächliche Anzahl der Zenerdioden ist abhängig von der gewünschten Spannungsschwelle der Klemmschaltung.
Obwohl das Transistorbauelement 1 bereits im Aus-Zustand 112 ist und durch Ausschalten nicht geschützt werden kann, ist es wünschenswert Überlastbedingung auch während des Aus-Zustands 112 zu detektieren und zu bewirken, dass das Transistorbauelement 1 in den Fehlerbetrieb 120 übergeht, wenn eine solche Überlastbedingung detektiert wird. Während des Aus-Zustands steigt die Laststreckenspannung V_DS bei vielen Anwendungen allerdings unvermeidlich auf Spannungspegel oberhalb des ersten Spannungspegels V_DS1 an, bei dem die Schwelle TH gemäß der in 9A gezeigten ersten Kennlinie abzusinken beginnt. Damit kann das Absenken der Schwelle TH gemäß einer Kennlinie des in 9A gezeigten Typs während des Aus-Zustands 112 zu unerwünschten Übergängen der Betriebsart vom Normalbetrieb 110 in den Fehlerbetrieb 120 führen.
Um solch unerwünschte Übergänge der Betriebsart zu vermeiden, wird die Schwelle TH im Aus-Zustand 112 auf andere Weise als im Ein-Zustand 111 eingestellt. 9C zeigt ein Beispiel einer Kennlinie, die dazu verwendet werden kann, die Schwelle TH im Aus-Zustand 112 einzustellen. Bei diesem Beispiel ist die Schwelle TH konstant und damit unabhängig von der Laststreckenspannung V_DS . Ein Spannungspegel TH₃ der Schwelle TH, die im Aus-Zustand verwendet wird, kann gleich dem ersten Spannungspegel TH₁ sein, der im Ein-Zustand verwendet wird und anhand von 9A erläutert wurde, oder kann sich von diesem ersten Spannungspegel TH₁ unterscheiden. Gemäß einem Beispiel ist der Spannungspegel TH₃ der Schwelle TH, der im Aus-Zustand verwendet wird, höher als der erste Spannungspegel TH₁ , der im Ein-Zustand verwendet wird.
Die 9C und 9D zeigen weitere Beispiele der zweiten Kennlinie. Bei diesen Beispielen ist die Schwelle TH abhängig von dem Laststrom I_DS . Das heißt, die Schwelle TH hat wenigstens zwei unterschiedliche Pegel abhängig von dem Laststrom I_DS . Bei dem in 9C gezeigten Beispiel kann die Schwelle TH zwei Pegel haben, den dritten Pegel TH₃ oder einen vierten Pegel TH₄ , der höher ist als der dritte Pegel TH₃ . Bei diesem Beispiel wechselt die Schwelle TH vom dritten Pegel TH₃ zum vierten Pegel TH₄ , wenn der Laststrom I_DS ansteigt und über eine erste Stromschwelle I_DS4 ansteigt. Die in 9C gezeigte zweite Kennlinie umfasst eine Hysterese derart, dass die Schwelle von dem zweiten Pegel TH₄ zurück zu dem ersten Pegel TH₃ wechselt, wenn der Laststrom I_DS absinkt und unter eine zweite Schwelle I_DS3 fällt, die niedriger als die erste Schwelle I_DS4 ist. Die Schwelle TH hat bei dem in 9D gezeigten Beispiel den ersten Pegel TH₃ , wenn der Laststrom I_DS unterhalb der zweiten Stromschwelle I_DS3 ist, den zweiten Pegel TH₄ , wenn der Laststrom I_DS oberhalb der ersten Stromschwelle I_DS4 ist, und steigt an, wenn der Laststrom I_DS zwischen der zweiten und ersten Schwelle I_DS3 , I_DS4 ansteigt. Lediglich zur Veranschaulichung ist bei dem in 9D gezeigten Beispiel dieser Anstieg als linear gezeichnet. Allerdings kann ein nichtlinearer Anstieg ebenso realisiert werden.
Die in den 9A bis 9D gezeigten Kennlinien sind nur Beispiele. Andere Arten von unterschiedlichen Kennlinien können ebenso verwendet werden.
Das Transistorbauelement 1 kann vom Fehlerbetrieb 120 in den Normalbetrieb 110 zurückkehren. Eine solche Rückkehr in den Normalbetrieb 110 ist in 3 in gestrichelten Linien dargestellt. Anders als im Normalbetrieb 110, in dem das Transistorbauelement 1 abhängig von dem Ansteuersignal S_DRV zwischen dem Aus-Zustand 112 und dem Ein-Zustand 111 umschaltet, erfolgt das Wechseln der Betriebsart vom Fehlerbetrieb 120 zurück in den Normalbetrieb 110 nicht nur abhängig von dem Ansteuersignal S_DRV . Gemäß einem Beispiel umfasst das Wechseln der Betriebsart vom Fehlerbetrieb 120 in den Normalbetrieb 110 das Rücksetzen der Ansteuerschaltung 2. Das Rücksetzen der Ansteuerschaltung 2 kann das Unterbrechen einer Versorgungsspannung, die durch die Ansteuerschaltung 2 erhalten wird, umfassen. Gemäß einem weiteren Beispiel umfasst das Wechseln der Betriebsart vom Fehlerbetrieb 120 in den Normalbetrieb 110 das Erhalten einer Fehlerzahl durch Zählen des Detektierens einer Fehlerbedingung. „Das Detektieren einer Fehlerbedingung“ ist gleichbedeutend mit dem Wechsel der Betriebsart vom Normalbetrieb 110 in den Fehlerbetrieb 120. Bei diesem Beispiel kann die Betriebsart vom Fehlerbetrieb 120 in den Normalbetrieb 110 wechseln, wenn die Fehlerzahl unterhalb einer vordefinierten Zahl ist und wenn das Ansteuersignal S_DRV vom Aus-Pegel auf den Ein-Pegel wechselt. Wenn die Fehlerzahl die vordefinierte Zahl erreicht, kann das Transistorbauelement 1 im Fehlerbetrieb 120 bleiben, bis die Ansteuerschaltung 2 zurückgesetzt wird. Die vordefinierte Zahl kann 1 (eins) oder höher als 1 sein.
Gemäß einem weiteren Beispiel umfasst das Wechseln der Betriebsart vom Fehlerbetrieb 120 in den Normalbetrieb 110 das Warten für eine vordefinierte Wartedauer. In diesem Fall ändert sich die Betriebsart vom Fehlerbetrieb 120 zum Normalbetrieb 110 nach der Wartedauer. Alternativ kann sich die Betriebsart vom Fehlerbetrieb zum Normalbetrieb ändern, nachdem der Betriebsparameter auf unterhalb einer Normalbetriebsschwelle abgesunken ist, die niedriger ist als die zuvor erläuterte Schwelle TH. Die Wartezeit kann mit der Schwellenentscheidung derart kombiniert werden, dass die Wartezeit beginnt, wenn der Betriebsparameter unter die Normalbetriebsschwelle fällt, und die Betriebsart sich vom Fehlerbetrieb zum Normalbetrieb ändert, nachdem die Wartezeit verstrichen ist.
10 zeigt ein Beispiel der Ansteuerschaltung 2 weiter im Detail. Bei diesem Beispiel umfasst die Ansteuerschaltung 2 eine Steuerschaltung 5, die das Ansteuersignal S_DRV , das Laststreckenspannungssignal S_VDS , das die Laststreckenspannung V_DS repräsentiert, und das Betriebsparametersignal S_OP , das den Betriebsparameter OP repräsentiert, erhält. Die Steuerschaltung 5 ist dazu ausgebildet, diese Signale S_DRV , S_VDS , S_OP zu verarbeiten und ein Steuersignal S5 an einen Treiber 6 auszugeben. Der Treiber ist dazu ausgebildet, die Ansteuerschaltung V_GS basierend auf dem Steuersignal S5 zu erzeugen. Das Steuersignal S5 umfasst die Information über den gewünschten Schaltzustand (Ein-Zustand oder Aus-Zustand) des Transistorbauelements 1. Dieses Steuersignal S5 wird durch die Steuerschaltung 5 gemäß dem in 3 gezeigten Zustandsdiagramm erzeugt. Das heißt, die Steuerschaltung 5 erzeugt das Steuersignal S5 derart, dass der Treiber 6 das Transistorbauelement 1 einschaltet, wenn sich das Transistorbauelement 1 im Normalbetrieb befindet und das Ansteuersignal S_DRV anzeigt, dass es gewünscht ist, das Transistorbauelement 1 einzuschalten. Entsprechend erzeugt die Steuerschaltung 5 das Steuersignal S5 derart, dass der Treiber 6 das Transistorbauelement 1 ausschaltet, entweder, wenn das Transistorbauelement im Normalbetrieb arbeitet und das Ansteuersignal S_DRV anzeigt, dass es gewünscht ist, das Transistorbauelement auszuschalten, oder wenn ein Fehler detektiert wurde. Nachfolgend werden die Begriffe „Normalbetrieb“ und „Fehlerbetrieb“ auch dazu verwendet, eine Betriebsart der Ansteuerschaltung 2 zu bezeichnen. Die Ansteuerschaltung 2 ist im Fehlerbetrieb, wenn basierend auf dem Betriebsparameter S_OP ein Fehler detektiert wurde, und im Normalbetrieb, wenn kein solcher Fehler detektiert wurde.
Bezugnehmend auf 10 kann die Ansteuerschaltung 2 eine Versorgungsschaltung 24 umfassen. Diese Versorgungsschaltung 24 erhält eine Versorgungsspannung V_SUP und ist dazu ausgebildet, interne Versorgungsspannungen (nicht dargestellt), die durch die Steuerschaltung 5 und den Treiber 6 erhalten werden, zu erzeugen. Ein Zurücksetzen der Ansteuerschaltung 2, das zuvor erläutert wurde, kann das Unterbrechen der durch die Versorgungsschaltung 24 erhaltenen Versorgungsspannung V_SUP umfassen.
11 zeigt ein Beispiel der Steuerschaltung 5 weiter im Detail. 11 zeigt ein Blockdiagramm der Steuerschaltung 5. Es sei erwähnt, dass dieses Blockdiagramm eher die funktionalen Blöcke der Steuerschaltung 5 als eine spezielle Implementierung veranschaulicht. Diese funktionalen Blöcke können in verschiedener Weise realisiert werden. Gemäß einem Beispiel sind diese funktionalen Blöcke unter Verwendung dedizierter Schaltung realisiert. Gemäß einem weiteren Beispiel ist die SteuerSchaltung 5 unter Verwendung von Hardware und Software realisiert. Die Steuerschaltung 5 kann beispielsweise einen Microcontroller und Software, die auf dem Microcontroller läuft, umfassen.
Bezugnehmend auf 11 umfasst die Steuerschaltung 5 einen Schwellengenerator 71, der ein Schwellensignal S_TH ausgibt. Dieses Schwellensignal S_TH repräsentiert die zuvor erläuterte Schwelle TH. Der Schwellengenerator 71 erhält das Ansteuersignal S_DRV und das Laststreckenspannungssignal S_VDS . Der Schwellengenerator 71 ist dazu ausgebildet, das Schwellensignal S_TH gemäß den anhand der 9A und 9B erläuterten Kennlinien zu erzeugen. Das heißt, der Schwellengenerator 71 kann das Schwellensignal S_TH so erzeugen, dass die Schwelle in Übereinstimmung mit der in 9A gezeigten ersten Kennlinie ist, wenn das Transistorbauelement 1 im Ein-Zustand 111 ist, und so, dass die Schwelle TH in Übereinstimmung mit der in 9B gezeigten zweiten Kennlinie ist, wenn das Transistorbauelement 1 im Aus-Zustand ist. Die Information darüber, ob das Transistorbauelement 1 im Ein-Zustand oder im Aus-Zustand ist, ist in dem durch den Schwellengenerator 71 erhaltenen Ansteuersignal S_DRV enthalten.
Bezugnehmend auf 11 erhält ein Komparator 72 das Schwellensignal S_TH und das Betriebsparametersignal S_OP und gibt ein Fehlerdetektionssignal S_FD aus. Gemäß einem Beispiel hat das Fehlerdetektionssignal S_FD entweder einen Fehlerpegel oder einen Normalpegel. Der Fehlerpegel zeigt an, dass durch Vergleichen des Schwellensignals S_TH mit dem Betriebsparametersignal S_OP ein Fehler detektiert wurde. Der Normalpegel zeigt an, dass kein Fehler detektiert wurde. Gemäß einem Beispiel wird ein Fehler detektiert und das Fehlerdetektionssignal S_FD wechselt auf den Fehlerpegel, wenn das Betriebsparametersignal S_OP auf oberhalb des Schwellensignals S_TH ansteigt.
Der Betriebsartcontroller 73 gibt ein Betriebsartsignal S7 aus, das anzeigt, ob die Ansteuerschaltung 2 im Normalbetrieb oder im Fehlerbetrieb ist. Ein Logikgatter 6 erhält das Betriebsartsignal S7 und das Ansteuersignal S_DRV und gibt das Steuersignal S5 basierend auf dem Ansteuersignal S_DRV und dem Betriebsartsignal S7 aus. Das Logikgatter 6 kann das Steuersignal S5 so erzeugen, dass das Steuersignal S5 gleich dem Ansteuersignal S_DRV ist, wenn das Betriebsartsignal S7 anzeigt, dass die Ansteuerschaltung 2 im Normalbetrieb arbeitet. Wenn das Betriebsartsignal S7 anzeigt, dass die Ansteuerschaltung 2 im Fehlerbetrieb arbeitet, erzeugt das Logikgatter 6 das Steuersignal S5 unabhängig von dem Ansteuersignal S_DRV , so, dass das Steuersignal S5 einen Aus-Pegel hat, das den Treiber 6 (vgl. 10) veranlasst, das Transistorbauelement 1 auszuschalten. Gemäß einem Beispiel ist ein Ein-Pegel des Ansteuersignals S_DRV ein hoher Signalpegel und repräsentiert ein hoher Signalpegel des Betriebsartsignals S7 den Normalbetrieb. In diesem Beispiel kann das Logikgatter 6 als ein UND-Gatter realisiert sein.
Gemäß einem Beispiel umfasst der Schwellengenerator 7 eine Nachschlagetabelle, in der verschiedene Werte des Schwellensignals S_TH gespeichert sind. Jeder dieser Werte ist einem Signalpegel des Ansteuersignals S_DRV und einem Spannungspegel der Ausgangsspannung V_DS zugeordnet. Der Schwellengenerator 71 gibt in diesem Fall zu jeder Zeit den Wert, der dem Signalpegel des Ansteuersignals S_DRV zugeordnet ist, und den Spannungspegel der Laststreckenspannung V_DS , der gerade durch den Schwellengenerator erhalten wird, aus. Der Spannungspegel der Laststreckenspannung V_DS ist durch das Laststreckenspannungssignal S_VDS repräsentiert.
Ein weiteres Beispiel des Schwellengenerators 71 ist in 12 gezeigt. In diesem Beispiel ist die Schwelle TH durch eine Spannung V82 über einem Widerstand 82, der in Reihe zu einer ersten Stromquelle 81 geschaltet ist, repräsentiert. Die erste Stromquelle 81 ist eine Konstantstromquelle und liefert einen konstanten Ausgangsstrom 181. Eine zweite Stromquelle 82 ist in Reihe zu einem elektronischen Schalter 84 geschaltet, wobei eine Reihenschaltung mit der zweiten Stromquelle 83 und dem elektronischen Schalter 84 parallel zu dem Widerstand 82 geschaltet ist. Der elektronische Schalter 84 ist durch das Ansteuersignal S_DRV gesteuert, wobei der elektronische Schalter 84 einschaltet, wenn das Ansteuersignal S_DRV einen Ein-Pegel hat, und ausschaltet, wenn das Ansteuersignal S_DRV einen Aus-Pegel hat, so dass der elektronische Schalter 84 eingeschaltet wird, wenn das Transistorbauelement 1 im Ein-Zustand 111 ist, und ausgeschaltet wird, wenn das Transistorbauelement 1 im Aus-Zustand ist. Wenn der elektronische Schalter 84 ausgeschaltet wird, ist die Spannung V82 über dem Widerstand 82 konstant und gegeben durch einen Widerstandswert R82 des Widerstands 82 multipliziert mit einem Strom 181, der durch die Stromquelle 81 bereitgestellt wird. In diesem Fall ist die Schwelle unabhängig von der Laststreckenspannung V_DS und in Übereinstimmung mit einer Kennlinie des in 9B gezeigten Typs.
Die zweite Stromquelle 83 ist eine spannungsgesteuerte Stromquelle, die das Laststreckenspannungssignal S_VDS erhält. Gemäß einem Beispiel ist diese Stromquelle 83 derart, dass ein Strom 183, der durch diese Stromquelle 83 bereitgestellt wird, zunimmt, wenn die Laststreckenspannung V_DS zwischen den ersten und zweiten Pegeln V_DS1 , V_DS2 zunimmt. Diese Stromquelle 83 reduziert den Strom durch den Widerstand, wenn das Ansteuersignal S_DRV den elektronischen Schalter 84 einschaltet. Damit ist im Ein-Zustand des Transistorbauelements 1 die Schwelle TH abhängig von der Laststreckenspannung V_DS und in Übereinstimmung mit einer Kennlinie des in 9A gezeigten Typs.
13 zeigt ein Beispiel einer Schaltung, die den Schwellengenerator 71 und den Komparator 72, die in 11 gezeigt sind, kombiniert und das Fehlerdetektionssignal S_FD ausgibt. Die Schaltung 70 ist dazu ausgebildet, das Fehlerdetektionssignal S_FD basierend auf einem Betriebsparameter zu erzeugen, der eine Temperaturdifferenz, wie sie anhand von 7 erläutert wurde, repräsentiert, wobei die Schaltung 70 anstatt eines Betriebsparametersignals, das die Temperaturdifferenz repräsentiert, zwei Signale S_T1 , S_T2 erhält, die die Temperatur repräsentieren. Die Temperatursensoren 42, 43 sind in 13 ebenfalls gezeigt.
Bei diesem Beispiel sind der erste und zweite Temperatursensor 42, 43 jeweils ein Bipolartransistor, der als Diode verschaltet ist, indem der jeweilige Kollektorknoten C an den Basisknoten B angeschlossen ist. Alternativ zum Verschalten der Bipolartransistoren als Dioden können deren Basisknoten an ein vordefiniertes Potential, das sich von dem Potential an den Kollektorknoten C unterscheidet, angeschlossen werden. Außerdem sind die Basisknoten B dieser Bipolartransistoren 42, 43 verbunden. Eine erste Stromquelle 86 ist in Reihe zu dem ersten Bipolartransistor 42 geschaltet und eine zweite Stromquelle 87 ist in Reihe zu dem zweiten Bipolartransistor 43 geschaltet. Spannungen V42, V43 zwischen Kollektor- und Emitterknoten C, E dieser Bipolartransistoren 42, 43 repräsentieren die ersten und zweiten Temperaturen, so dass diese Spannungen V42, V43 als erste und zweite Temperatursignale S_T1 , S_T2 angesehen werden können. Ein Komparator 44 vergleicht das elektrische Potential am Emitterknoten des zweiten Bipolartransistors 43 mit dem elektrischen Potential an einem ersten Knoten eines Widerstands 85. Dieser Widerstand 85 ist in Reihe zu dem ersten Bipolartransistor 42 geschaltet, und der erste Knoten des Widerstands 85 ist ein Knoten, der dem ersten Bipolartransistor 42 abgewandt ist. Ein Ausgangssignal des Komparators 44 ist das Fehlerdetektionssignal S_FD . Bei der in 13 gezeigten Schaltung 70 repräsentiert eine Spannung V85 über dem Widerstand 85 die Schwelle. Gemäß einem Beispiel sind Ströme 186, 187, die durch die ersten und zweiten Stromquellen 86, 87 bereitgestellt werden, gleich. In diesem Fall sind die Spannung V42, V43 gleich, wenn die Temperaturen an der Position des ersten Bipolartransistors 42 und der Position des zweiten Bipolartransistors 43 gleich sind. Wenn die Temperatur an der Position des ersten Bipolartransistors 42 höher als an der Position des zweiten Bipolartransistors 43 ist, ist die Spannung V42 über dem ersten Transistor 42 geringer als die Spannung V43 über dem Transistor 43. Der Komparator 44 ist so realisiert, dass das Fehlerdetektionssignal S_FD auf den Fehlerpegel wechselt, wenn die Spannung V42 über dem ersten Bipolartransistor 42 plus der Spannung V85 über den Widerstand 85 unter die Spannung V43 über dem Bipolartransistor 43 absinkt. Dies zeigt an, dass eine Differenz zwischen den Temperaturen an den ersten und zweiten Positionen die Schwelle gekreuzt hat.
Bezugnehmend auf 13 umfasst die Schaltung 70 eine weitere Stromquelle 88, die in Reihe zu einem elektronischen Schalter 89 geschaltet ist. Die weitere Stromquelle 88 ist eine spannungsgesteuerte Stromquelle und erzeugt einen Ausgangsstrom 188 abhängig von dem Laststreckenspannungssignal S_VDS . Der elektronische Schalter 89 wird durch das Ansteuersignal S_DRV angesteuert. Die Stromquelle 88 wird (durch Einschalten des elektronischen Schalters 89) nur dann aktiviert, wenn das Ansteuersignal S_DRV einen Ein-Pegel hat, das heißt, wenn das Transistorbauelement 1 im Ein-Zustand ist. Wenn die Stromquelle 88 aktiviert ist, bewirkt sie, dass der Strom durch den ersten Bipolartransistor 42 und den Widerstand 85 reduziert wird. Dies wiederum ist gleichbedeutend mit einem Reduzieren der Temperaturdifferenz, bei der ein Fehler detektiert wird, was gleichbedeutend ist mit einem Reduzieren der Schwelle TH.
14 zeigt ein Beispiel des Betriebsartcontrollers 73. Bei diesem Beispiel umfasst der Betriebsartcontroller 73 ein Latch, wie beispielsweise ein RS-FlipFlop. Dieses Latch 91 wird gesetzt, wenn das Fehlerdetektionssignal S_FD einen Fehlerpegel hat. Das Latch 91 gibt das Betriebsartsignal S7 aus. Gemäß einem Beispiel wird das Betriebsartsignal S7 an einem invertierenden Ausgang des Latch 91 ausgegeben.
Bei dem in 14 gezeigten Betriebsartcontroller 73 kann das Betriebsartsignal S7 seinen Signalpegel vom Fehlerpegel zurück auf den Normalpegel nur dann ändern, wenn das Latch 91 zurückgesetzt wird. Das Zurücksetzen des Latch 91 kann ein Erhalten eines Rücksetzsignals RES durch das Latch 91 umfassen. Dieses Rücksetzsignal RES kann in verschiedener Weise abhängig von Kriterien erzeugt werden, die erfüllt sein müssen, um die Betriebsart der Ansteuerschaltung 2 vom Fehlerbetrieb auf den Normalbetrieb zurückzusetzen. Gemäß einem Beispiel wird das Latch 91 jedes Mal dann zurückgesetzt, wenn die Ansteuerschaltung 2 durch Unterbrechen der Versorgungsspannung V_SUP zurückgesetzt wird. Alternativ kann das Latch 91 wie zuvor erläutert nach einer Wartezeit und/oder nachdem der Betriebsparameter unter eine Normalbetriebsschwelle abgesunken ist, zurückgesetzt werden.
15 zeigt ein weiteres Beispiel des Betriebsartcontrollers 73. Bei diesem Beispiel wird das Latch 91, das anhand von 14 erläutert wurde, durch das Ansteuersignal S_DRV zurückgesetzt. Gemäß einem Beispiel wird das Latch 91 jedes Mal dann zurückgesetzt, wenn das Ansteuersignal S_DRV vom Aus-Pegel auf den Ein-Pegel wechselt. Der Betriebsartcontroller 73 umfasst außerdem einen Zähler 92. Dieser Zähler 92 zählt die Fehlerdetektionen. Das heißt, der Zähler 92 zählt, wie oft das Fehlerdetektionssignal S_FD auf den Fehlerpegel wechselt. Außerdem vergleicht der Zähler 92 eine durch Zählen der Fehlerdetektionen erhaltene Fehlerzahl mit einer Schwelle und gibt ein Signal S92 aus, das anzeigt, ob oder ob nicht die Fehlerzahl die vordefinierte Zahl erreicht hat. Das Ausgangssignal S92 des Zählers 92 und ein Ausgangssignal S91 des Latch 91 werden durch ein Logikgatter 93 erhalten. Das Logikgatter 93 erzeugt das Betriebsartsignal S7 basierend auf dem Ausgangssignal S91, S92 des Latch 91 und des Zählers 92. Das Logikgatter 93 erzeugt das Betriebsartsignal S7 derart, dass das Betriebsartsignal S7 gleich dem Ausgangssignal S91 des Latch ist, wenn das Ausgangssignal S92 des Zählers 92 anzeigt, dass die maximale Fehlerzahl nicht erreicht wurde. Das Ausgangssignal S91 des Latch 91 hat einen Fehlerpegel, wenn das Fehlersignal S_FD anzeigt, dass ein Fehler detektiert wurde, wobei der Signalpegel des Latch-Ausgangssignals S91 auf den Normalpegel zurückkehrt, wenn das Ansteuersignal S_DRV das Latch 91 zurücksetzt, wenn der Signalpegel des Ansteuersignals S_DRV das nächste Mal vom Aus-Pegel auf den Ein-Pegel wechselt.
Wenn die Fehlerzahl die vordefinierte Zahl erreicht, wechselt das Ausgangssignal S92 des Zählers 92 auf einen Signalpegel der anzeigt, dass die maximale Fehlerzahl erreicht wurde. Dieses Signal bewirkt, dass das Logikgatter 93 den Signalpegel des Betriebsartsignals S7 auf den Fehlerpegel ändert, bis der Zähler zurückgesetzt wird und erneut beginnt, die Fehlerdetektionen zu zählen. Der Zähler 92 kann durch ein Rücksetzsignal RES zurückgesetzt werden, das in derselben Weise erzeugt werden kann, wie das zuvor anhand von 14 erläuterte Rücksetzsignal RES.
16 zeigt eine Steuerschaltung 5 gemäß einem weiteren Beispiel. Diese Steuerschaltung 5 ist eine Modifikation der in 11 gezeigten Steuerschaltung 5. Die in 16 gezeigte Steuerschaltung 5 ist dazu ausgebildet, das Betriebsartsignal S7 basierend auf mehr als einem Betriebsparameter zu erzeugen. Hierzu umfasst die Steuerschaltung 5 einen ersten Schwellengenerator 71₁ und einen zweiten Schwellengenerator 712. Jeder dieser Schwellengeneratoren erhält das Ansteuersignal S_DRV und das Laststreckenspannungssignal S_VDS . Außerdem umfasst die Steuerschaltung 5 zwei Komparatoren, einen ersten Komparator 72₁ , der ein erstes Schwellensignal S_{TH_1} von dem ersten Schwellengenerator 71₁ und ein erstes Betriebsartsignal S_{OP_1} erhält, und einen zweiten Komparator 72₂ , der ein zweites Schwellensignal S_{TH2_2} von dem zweiten Schwellengenerator 712 und ein zweites Betriebsartsignal S_{OP_2} erhält. Das erste Schwellensignal S_{TH_1} wird durch den ersten Schwellengenerator 71₁ basierend auf ersten und zweiten Kennlinien erzeugt, die einem ersten Betriebsparameter zugeordnet sind, der durch das erste Betriebsparametersignal S_{OP_1} repräsentiert ist, und das zweite Schwellensignal S_{TH_2} wird durch den zweiten Schwellengenerator 71₂ basierend auf ersten und zweiten Kennlinien erzeugt, die einem zweiten Betriebsparameter zugeordnet sind, der durch das zweite Betriebsparametersignal S_{OP_2} repräsentiert ist.
Bezugnehmend auf 16 erhält ein Logikgatter 74 ein erstes Komparatorsignal S72₁ von dem ersten Komparator 72₁ und ein zweites Komparatorsignal S72₂ von dem zweiten Komparator 72₂ . Der erste Komparator S72₁ zeigt an, ob das erste Betriebsparametersignal S_{OP_1} höher oder niedriger ist als die erste Schwelle S_{TH_1} , und das zweite Komparatorsignal S72₂ zeigt an, ob das zweite Betriebsparametersignal S_{OP_2} niedriger oder höher als das zweite Schwellensignal S_{TH_2} ist. Das Logikgatter 74 erzeugt das Fehlerdetektionssignal S_FD derart, dass das Fehlerdetektionssignal S_FD einen Fehlerpegel hat, wenn wenigstens einer von dem ersten und zweiten Komparator 72₁ , 72₂ anzeigt, dass das jeweilige Betriebsparametersignal S_{OP_1} , S_{OP_2} die zugehörigen Schwellensignale S_{TH_1} , S_{TH_2} gekreuzt hat. Gemäß einem Beispiel kann einer der Schwellengeneratoren 71₁ , 712 und der zugeordnete Komparator 72₁ , 72₂ ersetzt werden durch eine Schaltung 70 des in 13 gezeigten Typs.

Claims

Verfahren, das aufweist: Überwachen einer Laststreckenspannung (V_DS) und eines Betriebsparameters eines Transistorbauelements (1); Betreiben des Transistorbauelements (1) in einem Normalbetrieb, wenn der Betriebsparameter unterhalb einer Schwelle (TH) ist, die dem Betriebsparameter zugeordnet ist, wobei das Betreiben des Transistorbauelements (1) im Normalbetrieb das Betreiben des Transistorbauelements (1) in einem von einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand basierend auf einem Ansteuersignal (S_DRV) aufweist; und Betreiben des Transistorbauelements (1) in einem Fehlerbetrieb bei Detektieren eines Fehlers basierend auf einem Vergleichen des Betriebsparameters mit der Schwelle (TH), wobei das Betreiben des Transistorbauelements (1) im Fehlerbetrieb das Ausschalten des Transistorbauelements (1) aufweist, wobei das Betreiben des Transistorbauelements (1) im Ein-Zustand das Einstellen der Schwelle (TH) gemäß einer ersten Kennlinie, die abhängig von der Laststreckenspannung (V_DS) ist, aufweist, und wobei das Betreiben des Transistorbauelements (1) im Aus-Zustand das Einstellen der Schwelle (TH) gemäß einer zweiten Kennlinie, die sich von der ersten Kennlinie unterscheidet, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schwelle (TH) gemäß der ersten Kennlinie abhängig von der Laststreckenspannung (V_DS) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Einstellen der Schwelle (TH) gemäß der ersten Kennlinie aufweist, die Schwelle (TH) zu verringern, wenn die Laststreckenspannung (V_DS) innerhalb eines vorgegebenen Spannungsbereichs (V_DS1 - VDS2) ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Einstellen der Schwelle (TH) gemäß der zweiten Kennlinie das Konstanthalten der Schwelle (TH), wenn die Laststreckenspannung (V_DS) innerhalb des vordefinierten Spannungsbereichs ansteigt, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Einstellen der Schwelle (TH) gemäß der zweiten Kennlinie das Einstellen der Schwelle (TH) abhängig von einem Laststrom (I_DS) des Transistorbauelements (1) aufweist
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Schwelle (TH) ansteigt, wenn der Laststrom (I_DS) ansteigt.
Verfahren nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Betriebsparameter ausgewählt ist aus einer Gruppe, die besteht aus: einem Strom (I_Ds) durch die Laststrecke des Transistorbauelements (1); einer Temperatur des Transistorbauelements (1); einer Temperaturdifferenz zwischen Temperaturen an verschiedenen Positionen (243, 244) des Transistorbauelements (1).
Verfahren nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Betriebsparameter mehrere Betriebsparameter aufweist, wobei das Detektieren des Fehlers das Detektieren des Fehlers basierend auf einem Vergleichen jedes der mehreren Betriebsparameter mit einer jeweiligen von mehreren Schwellen aufweist; und wobei jede der mehreren Schwellen im Ein-Zustand des Transistorbauelements basierend auf einer jeweiligen von mehreren ersten Kennlinien und im Aus-Zustand des Transistorbauelements basierend auf einer jeweiligen von mehreren zweiten Kennlinien erhalten wird.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 8, das weiterhin aufweist: bei Betreiben des Transistorbauelements (1) im Fehlerbetreib, Ausgeschalt-Halten des Transistorbauelements (1) unabhängig von dem Ansteuersignal (S_DRV).
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 8, das weiterhin aufweist: Zählen von Detektionen des Fehlers, um eine Fehlerzahl zu erhalten; Vergleichen der Fehlerzahl mit einer Fehlerschwelle; und bei Betreiben des Transistorbauelements (1) im Fehlerbetrieb, Ausgeschaltet-Halten des Transistorbauelements, wenn die Fehlerzahl gleich der Fehlerschwelle ist, und Wechseln einer Betriebsart vom Fehlerbetrieb in den Normalbetrieb, wenn die Fehlerzahl unterhalb der Fehlerschwelle ist.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Betreiben des Transistorbauelements (1) im Normalbetrieb oder im Fehlerbetrieb das Betreiben des Transistorbauelements (1) im Normalbetrieb oder im Fehlerbetrieb durch eine Ansteuerschaltung (2) aufweist, und bei dem das Verfahren weiterhin aufweist: bei Detektieren, dass die Fehlerzahl gleich der Fehlerschwelle ist, Ändern der Betriebsart vom Fehlerbetrieb in den Normalbetrieb nach Zurücksetzen der Ansteuerschaltung (2).
Elektronische Schaltung, die ein Transistorbauelement (1) und eine Ansteuerschaltung (2) aufweist, wobei die Ansteuerschaltung (2) dazu ausgebildet ist: die Laststreckenspannung (V_DS) und einen Betriebsparameter des Transistorbauelements (1) zu überwachen; das Transistorbauelement (1) in einem Normalbetrieb zu betreiben, wenn der Betriebsparameter unterhalb einer Schwelle (TH) liegt, die dem Betriebsparameter zugeordnet ist, wobei das Betreiben des Transistorbauelements im Normalbetrieb aufweist, das Transistorbauelement in einem von einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand basierend auf einem Ansteuersignal zu betreiben; das Transistorbauelement (1) im Fehlerbetrieb nach Detektieren eines Fehlers basierend auf einem Vergleichen des Betriebsparameters mit der dem Betriebsparameter zugeordneten Schwelle (TH) zu betreiben, wobei das Betreiben des Transistorbauelements (1) im Fehlerbetrieb aufweist, das Transistorbauelement (1) auszuschalten; im Ein-Zustand des Transistorbauelements (1), die Schwelle (TH) gemäß einer ersten Kennlinie einzustellen, die von der Laststreckenspannung (V_DS) abhängig ist; und im Aus-Zustand des Transistorbauelements (1), die Schwelle (TH) gemäß einer zweiten Kennlinie einzustellen, die sich von der ersten Kennlinie unterscheidet.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 12, bei der die erste Kennlinie so ist, dass die Schwelle (TH) abhängig von der Laststreckenspannung (V_DS) ist, und bei der die zweite Kennlinie so ist, dass die Schwelle (TH) unabhängig von der Laststreckenspannung (V_DS) ist.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 12 oder 13, bei der die erste Kennlinie so ist, dass die Schwelle (TH) abnimmt, wenn die Laststreckenspannung (V_DS) innerhalb eines vordefinierten Spannungsbereichs zunimmt.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 14, bei der die zweite Kennlinie so ist, dass die Schwelle (TH) konstant ist, wenn die Laststreckenspannung (V_DS) innerhalb des vordefinierten Spannungsbereichs (V_DS1 - V_DS2) zunimmt.
Elektronische Schaltung nach einem beliebigen der Ansprüche 12 bis 14, bei der der Betriebsparameter ausgewählt ist aus einer Gruppe, die besteht aus: einem Strom (I_DS) durch die Laststrecke des Transistorbauelements (1); einer Temperatur des Transistorbauelements (1); und einer Temperaturdifferenz zwischen Temperaturen an verschiedenen Positionen (243, 244) des Transistorbauelements (1).
Elektronische Schaltung nach einem beliebigen der Ansprüche 12 bis 16, bei der, dass die Ansteuerschaltung (2) dazu ausgebildet ist, einen Betriebsparameter zu überwachen und einen Fehler zu detektieren, aufweist, dass die Ansteuerschaltung (2) dazu ausgebildet ist, mehrere Betriebsparameter zu überwachen, den Fehler basierend auf einem Vergleichen jedes der mehreren Betriebsparameter mit einer jeweiligen von mehreren Schwellen zu detektieren, im Ein-Zustand des Transistorbauelements (1) jede der mehreren Schwellen basierend auf einer jeweiligen von mehreren ersten Kennlinien zu erhalten, und im Aus-Zustand des Transistorbauelements (1) jede der mehreren Schwellen basierend auf einer jeweiligen von mehreren zweiten Kennlinien zu erhalten.
Elektronische Schaltung nach einem beliebigen der Ansprüche 12 bis 17, bei der die Ansteuerschaltung (2) außerdem dazu ausgebildet ist, nach Betreiben des Transistorbauelements (1) im Fehlerbetrieb, das Transistorbauelement (1) unabhängig vom Ansteuersignal (S_DRV) ausgeschaltet zu halten.
Elektronische Schaltung nach einem beliebigen der Ansprüche 12 bis 17, bei der die Ansteuerschaltung (2) weiterhin dazu ausgebildet ist, Detektionen des Fehlers zu zählen, um eine Fehlerzahl zu erhalten; die Fehlerzahl mit einer Fehlerschwelle zu vergleichen; und nach Betreiben des Transistorbauelements (1) im Fehlerbetrieb, das Transistorbauelement (1) ausgeschaltet zu halten, wenn die Fehlerzahl gleich der Fehlerschwelle ist, und die Betriebsart vom Fehlerbetrieb in den Normalbetrieb zu wechseln, wenn die Fehlerzahl unterhalb der Schwelle ist.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 19, bei der die Ansteuerschaltung (2) dazu ausgebildet ist, zurückgesetzt zu werden, und bei der die Ansteuerschaltung (2) außerdem dazu ausgebildet ist, nach Detektieren, dass die Fehlerzahl gleich der Fehlerschwelle ist, die Betriebsart vom Fehlerbetrieb in den Normalbetrieb zu wechseln, nachdem sie zurückgesetzt wurde.
Elektronische Schaltung nach einem beliebigen der Ansprüche 12 bis 20, bei der das Transistorbauelement (1) einen MOSFET aufweist.