DE102017219897A1

DE102017219897A1 - Schutzschaltung für ein Hochvoltbordnetz eines Kraftfahrzeugs, Hochvoltbordnetz sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102017219897A1
Application number: DE102017219897.4A
Authority: DE
Inventors: Christoph Sudan; Johannes Göpfert
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2019-05-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung (4) für ein Hochvoltbordnetz (1) eines Kraftfahrzeugs mit zumindest einem Halbleiterschalter (5), welcher dazu ausgelegt ist, eine Versorgungsleitung (3) des Hochvoltbordnetzes (1) zu unterbrechen, und einer Steuereinheit (11), welche dazu ausgelegt ist, eine Steuerspannung (Us) für den zumindest einen Halbleiterschalter (5) bereitzustellen. Die Steuereinheit (11) ist dazu ausgelegt, die Steuerspannung (Us) zum Bewerten einer Funktionstüchtigkeit des zumindest einen Halbleiterschalters (5) zu modulieren. Eine Messeinrichtung (15) der Schutzschaltung (4) ist dazu ausgelegt, eine während der Modulation der Steuerspannung (Us) an dem zumindest einen Halbschalteralter (5) abfallende Ausgangsspannung (U_A), durch welche eine Reaktion des Halbleiterschalters (5) auf die Modulation der Steuerspannung (Us) charakterisiert wird, zu erfassen. Die Steuereinheit (11) ist dazu ausgelegt, anhand der erfassten Ausgangsspannung (U_A) und anhand einer vorbestimmten, für einen funktionstüchtigen Halbleiterschalter charakteristischen Referenzreaktion die Funktionstüchtigkeit des zumindest einen Halbleiterschalters (5) zu bewerten. Die Erfindung betrifft außerdem ein Hochvoltbordnetz (1) sowie ein Kraftfahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für ein Hochvoltbordnetz eines Kraftfahrzeugs mit zumindest einem Halbleiterschalter, welcher dazu ausgelegt ist, eine Versorgungsleitung des Hochvoltbordnetzes zu unterbrechen, und mit einer Steuereinheit, welche dazu ausgelegt ist, eine Steuerspannung für den zumindest einen Halbleiterschalter bereitzustellen. Die Erfindung betrifft außerdem ein Hochvoltbordnetz sowie ein Kraftfahrzeug.
Elektrische Hochvoltkomponenten eines Hochvoltbordnetzes eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise Elektromotoren, Klimaanlagen, etc., werden über elektrische Versorgungsleitungen mit einem Hochvoltspeicher des Hochvoltbordnetzes verbunden. Dieser Hochvoltspeicher stellt elektrische Energie zur Energieversorgung der Hochvoltkomponenten bereit. Bei einem Defekt oder Fehler einer Hochvoltkomponente kann es vorkommen, dass über die Versorgungsleitungen ein Überstrom, beispielsweise ein Kurzschlussstrom, fließt, durch welchen die Versorgungsleitungen der defekten Hochvoltkomponente des Hochvoltbordnetzes sowie die defekte Hochvoltkomponente selbst weiter geschädigt werden können. Auch kann der Überstrom zu einer Hitzeentwicklung im Hochvoltbordnetz führen, wodurch sich die Gefahr eines Brandes des Kraftfahrzeugs ergibt.
Daher ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Sicherungen zu verwenden, welche bei Vorliegen des Überstroms auslösen und die defekte Hochvoltkomponente von dem Hochvoltspeicher trennen können. Solche Sicherungen können beispielsweise Schmelzsicherungen sein, welche in der Versorgungsleitung zwischen dem Hochvoltspeicher und der Hochvoltkomponente oder in einem Hochvoltverteiler angeordnet sind. Auch können solche Sicherungen Schutzschaltungen mit Halbleiterschaltern sein, welche zum Unterbrechen der Versorgungsleitung und damit zum Trennen der elektrischen Verbindung zwischen dem Hochvoltspeicher und der Hochvoltkomponente geöffnet werden können. Solche Halbleiterschalter ermöglichen ein präzises Auslösen bei Überlast bzw. Überstrom sowie im Kurzschlussfall. Außerdem können Halbleiterschalter, im Gegensatz zu Schmelzsicherungen, nach dem Auslösen wieder rückgestellt werden.
Nachteile ergeben sich jedoch, wenn ein Halbleiterschalter nicht mehr funktionstüchtig ist und die Versorgungsleitung nicht mehr trennen kann. Eine solche Funktionsuntüchtigkeit bzw. ein solcher Defekt des Halbleiterschalters kann beispielsweise durch Durchlegieren des Halbleiterschalters entstehen, wodurch der Halbleiterschalter nicht mehr abschaltbar ist. Daher ist es aus Sicherheitsgründen üblicherweise vorgesehen, in einer Versorgungsleitung zumindest zwei Halbleiterschalter in Serie zu schalten, um bei Versagen eines Halbleiterschalters die Überlast, beispielsweise den Kurzschluss, durch den zusätzlichen, redundanten Halbleiterschalter immer noch sicher trennen zu können. Der zusätzliche Halbleiterschalter sowie die zusätzliche Ansteuerung des Halbleiterschalters wirken sich ungünstig auf eine Kostenbilanz aus. Außerdem wirkt sich die Verlustleistung in dem zusätzlichen Halbleiterschalter nachteilig auf eine Effizienz der Schutzschaltung aus. Darüber hinaus sinkt mit steigender Anzahl an Bauteilen in der Schutzschaltung, beispielsweise Halbleiterschaltern, die Verfügbarkeit der Schutzschaltung bzw. die Fehlerwahrscheinlichkeit nimmt mit steigender Anzahl an Bauteilen zu.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schutzschaltung für ein Hochvoltbordnetz eines Kraftfahrzeugs besonders zuverlässig, einfach und kostengünstig zu gestalten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schutzschaltung, ein Hochvoltbordnetz sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Eine erfindungsgemäße Schutzschaltung für ein Hochvoltbordnetz eines Kraftfahrzeugs weist zumindest einen Halbleiterschalter, welcher dazu ausgelegt ist, eine Versorgungsleitung des Hochvoltbordnetzes zu unterbrechen, und eine Steuereinheit, welche dazu ausgelegt ist, eine Steuerspannung für den zumindest einen Halbleiterschalter bereitzustellen, auf. Darüber hinaus ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, die Steuerspannung zum Bewerten einer Funktionstüchtigkeit des zumindest einen Halbleiterschalters zu modulieren. Eine Messeinrichtung der Schutzschaltung ist dazu ausgelegt, eine während der Modulation der Steuerspannung an dem zumindest einen Halbschalteralter abfallende Ausgangsspannung, durch welche eine Reaktion des Halbleiterschalters auf die Modulation der Steuerspannung charakterisiert wird, zu erfassen. Die Steuereinheit ist dazu ausgelegt, anhand der erfassten Ausgangsspannung und anhand einer vorbestimmten, für einen funktionstüchtigen Halbleiterschalter charakteristischen Referenzreaktion die Funktionstüchtigkeit des zumindest einen Halbleiterschalters zu bewerten.
Das Hochvoltbordnetz kann eine Vielzahl von Hochvoltkomponenten, beispielsweise einen Elektromotor, eine Klimaanlage, einen Scheinwerfer, etc., sowie einen Hochvoltspeicher zur Energieversorgung der Hochvoltkomponenten aufweisen. Dazu kann jede Hochvoltkomponente über eine erste elektrische Versorgungsleitung mit einem ersten Pol, beispielsweise einem Pluspol, des Hochvoltspeichers und über eine zweite elektrische Versorgungsleitung mit einem zweiten Pol, beispielsweise einem Minuspol, des Hochvoltspeichers elektrisch verbunden sein. Die Hochvoltkomponenten können über Versorgungsleitungen auch miteinander verbunden sein. Die Schutzschaltung, welche den zumindest einen Halbleiterschalter aufweist, kann beispielsweise dazu ausgelegt sein, die Hochvoltkomponente allpolig oder einpolig zu trennen. Zum allpoligen Trennen ist zumindest ein Halbleiterschalter in jeder der Versorgungsleitungen angeordnet. Zum einpoligen Trennen ist zumindest ein Halbleiterschalter in einer der Versorgungsleitungen angeordnet. Auch kann die Schutzschaltung dazu ausgelegt sein, die jeweilige Versorgungsleitung unidirektional oder bidirektional zu trennen. Beim bidirektionalen Unterbrechen kann die Schutzschaltung einen Stromfluss in beide Richtungen, also von der Hochvoltkomponente weg und zur Hochvoltkomponente hin, unterbinden. Beim unidirektionalen Unterbrechen kann die Schutzschaltung einen Stromfluss in nur eine Richtung unterbinden. Zum bidirektionalen Trennen kann die Schutzschaltung zumindest zwei antiserielle Halbleiterschalter aufweisen. Auch kann es sein, dass eine Versorgungsleitung aufgrund hoher Stromanforderungen eine Parallelschaltung mehrerer Halbleiterschalter aufweist.
Der zumindest eine Halbleiterschalter der Schutzschaltung kann beispielsweise als ein IGBT („Insulated Gate Bipolar Transistor“- Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) oder als ein Leistungs-MOSFET ausgebildet sein. Solche Halbleiterschalter umfassen üblicherweise einen Steueranschluss, welchem eine Steuerspannung zum Öffnen und/oder Schließen des Halbleiterschalters bereitgestellt werden kann. Im Falle eines IGBTs oder eines Leistungs-MOSFETs wird der Steueranschluss durch eine Gate-Elektrode bzw. einen Gate-Anschluss gebildet. Im geschlossenen bzw. angeschalteten Zustand des zumindest einen Halbleiterschalters ist die Versorgungsleitung verbunden, wodurch beispielsweise die Hochvoltkomponente elektrisch mit dem Hochvoltspeicher verbunden ist. Im geöffneten bzw. abgeschalteten Zustand des zumindest einen Halbleiterschalters ist die Versorgungsleitung unterbrochen, wodurch beispielsweise die Hochvoltkomponente von dem Hochvoltspeicher getrennt wird. Zum Öffnen und/oder Schließen des zumindest einen Halbleiterschalters ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, dem Gate-Anschluss die Steuerspannung bzw. Gate-Spannung über eine Treiberschaltung bzw. einen Gate-Treiber zuzuführen.
Im Falle, dass in einer Versorgungsleitung eine Parallelschaltung von zumindest zwei Halbleiterschaltern angeordnet ist, kann die Steuereinheit die Halbleiterschalter getrennt voneinander ansteuern. Anders ausgedrückt kann die Steuereinheit für jeden Halbleiterschalter eine individuelle Steuerspannung bereitstellen. Beispielsweise kann dazu jeder Gate-Anschluss mit einem Gate-Treiber verbunden sein. Die Steuereinheit kann beispielsweise in eine Steuereinrichtung bzw. ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs integriert sein. Die Steuereinheit kann aber auch eigenständig sein und beispielsweise über einen Bus mit einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs kommunizieren.
Bei einem kritischen Ereignis in dem Hochvoltbordnetz, beispielsweise bei einem Defekt der Hochvoltkomponente, soll die Versorgungsleitung der Hochvoltkomponente durch den zumindest einen Halbleiterschalter unterbrochen werden, um die defekte Hochvoltkomponente von dem Hochvoltspeicher zu trennen. Dazu ist es jedoch erforderlich, dass der zumindest eine Halbleiterschalter funktionstüchtig ist. Unter funktionstüchtig ist hier insbesondere zu verstehen, dass der Halbleiterschalter schaltfähig, insbesondere abschaltfähig, ist. Zum Überprüfen, ob der zumindest eine Halbleiterschalter abschaltfähig ist und daher die Versorgungsleitung zuverlässig unterbrechen kann, wird zunächst die an dem Steueranschluss anliegende Steuerspannung durch die Steuereinheit moduliert.
Zum Modulieren der Steuerspannung wird die Steuerspannung mit zumindest zwei unterschiedlichen Steuerspannungswerten vorgegebenen und dem Steueranschluss zugeführt. Beispielsweise wird dem Halbleiterschalter zu einem ersten Modulationszeitpunkt die Steuerspannung mit einem ersten Steuerspannungswert bereitgestellt. Zu zumindest einem zweiten Modulationszeitpunkt wird dem Halbleiterschalter die Steuerspannung mit einem zu dem ersten Steuerspannungswert unterschiedlichen zweiten Steuerspannungswert bereitgestellt. Die modulierte Steuerspannung kann mit einer beliebigen Form vorgegeben werden, beispielsweise sinusförmig, dreieckförmig, sägezahnförmig, etc. sein. Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, als die modulierte Steuerspannung abwechselnd einen ersten Steuerspannungswert und einen zweiten Steuerspannungswert bereitzustellen. Die Steuerspannung ist somit insbesondere eine rechteckförmige Steuerspannung.
Während der Modulation der Steuerspannung wird die Ausgangsspannung des Halbleiterschalters von der Messeinrichtung erfasst. Im Falle eines Leistungs-MOSFETs ist die Ausgangsspannung eine Drain-Source-Spannung zwischen einem Drain-Anschluss und einem Source-Anschluss. Im Falle eines IGBTs ist diese Ausgangsspannung eine Kollektor-Emitter-Spannung zwischen einem Kollektor-Anschluss und einem Emitter-Anschluss. Zum Erfassen der während der Modulation an dem zumindest einen Halbleiterschalter anliegenden Ausgangsspannung wird beispielsweise während des ersten Modulationszeitpunktes ein zu dem ersten Steuerspannungswert korrespondierender erster Ausgangsspannungswert erfasst. Während des zumindest einen zweiten Modulationszeitpunktes wird ein zu dem zweiten Steuerspannungswert korrespondierender zweiter Ausgangsspannungswert erfasst. Die Erfassung der Ausgangsspannung wird also zeitlich mit der Modulation der Steuerspannung synchronisiert. Anhand der Ausgangsspannung, insbesondere anhand zumindest eines der Ausgangsspannungswerte, kann die Funktionstüchtigkeit des zumindest einen Halbleiterschalters bewertet werden.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein funktionstüchtiger Halbleiterschalter auf eine Veränderung der Steuerspannung auf eine vorbestimmte Weise reagieren sollte. Die Referenzreaktion beschreibt dabei die vorbestimmte Weise, auf welche der Halbleiterschalter im funktionstüchtigen Zustand reagieren sollte. Ob die Reaktion des Halbleiterschalters der Schutzschaltung der Referenzreaktion eines funktionstüchtigen Halbleiterschalters entspricht, kann anhand der Ausgangsspannung bewertet werden. Durch das Verändern der Steuerspannung verändert sich bei einem funktionstüchtigen Halbleiter insbesondere ein Durchlassverhalten in Abhängigkeit von der Steuerspannung. Das Durchlassverhalten des Halbleiterschalters kann anhand der Ausgangsspannung des Halbleiterschalters charakterisiert werden. Die Ausgangsspannung des Halbleiterschalters sollte im funktionstüchtigen Zustand des Halbleiterschalters also derart auf die Modulation der Steuerspannung reagieren, dass sie einen mit der modulierten Steuerspannung korrespondierenden Verlauf aufweist. Im einfachsten Fall, unter der Annahme eines konstanten Laststroms durch den Halbleiterschalter, kann beispielsweise überprüft werden, ob der erste und der zweite Ausgangsspannungswert sich unterscheiden. Beispielsweise kann der Halbleiterschalter als funktionstüchtig bewertet werden, wenn ein Unterschied zwischen den zumindest zwei Ausgangsspannungswerten einen vorbestimmten Grenzwert zumindest überschreitet.
Wenn der Halbleiterschalter unter der Annahme des konstanten Laststroms durch den Halbleiterschalter während der Modulation nicht reagiert und sich die Ausgangsspannung während der Modulation nicht verändert, also beispielsweise in etwa konstant ist, so ist dies ein Zeichen dafür, dass sich das Durchlassverhalten des Halbleiterschalters trotz veränderter Steuerspannung nicht geändert hat. Dieses unveränderte Durchlassverhalten trotz veränderter Steuerspannung ist ein Indiz für einen nicht abschaltbaren, beispielsweise durchlegierten, Halbleiterschalter. Der Halbleiterschalter kann somit als funktionsuntüchtig bzw. defekt bewertet werden. Wenn beispielsweise die Funktionsuntüchtigkeit des Halbleiterschalters erkannt wurde, so kann die Steuereinheit reagieren und beispielsweise ein Warnsignal ausgeben.
Im Falle einer Parallelschaltung aus Halbleiterschaltern kann beispielsweise die Steuerspannung eines ersten Halbleiterschalters moduliert werden, während die Steuerspannung zumindest eines zweiten Halbleiterschalters konstant und insbesondere über dessen Schwellenspannung vorgegeben wird. Der zumindest eine zweite Halbleiterschalter bleibt also während der Überprüfung des ersten Halbleiterschalters geschlossen. Während der Modulation der Steuerspannung kann die Ausgangsspannung der Parallelschaltung der zumindest zwei Halbleiterschalter erfasst werden. Wenn die Ausgangsspannung der Parallelschaltung entsprechend auf die Modulation der Steuerspannung bei einem der Halbleiterschalter reagiert, so kann der Halbleiterschalter, dessen Steuerspannung moduliert wurde, als funktionstüchtig bewertet werden.
Die Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Halbleiterschalters kann also auf einfache und unaufwändige Weise durch Modulieren bzw. Verändern der Steuerspannung und Erfassen der Ausgangsspannung durchgeführt werden. Die Überprüfung kann dabei im Betrieb der Schutzschaltung in vorbestimmten Überprüfungszeiträumen erfolgen. Durch das Überprüfen der Funktionstüchtigkeit des zumindest einen Halbleiterschalters kann in vorteilhafter Weise auf redundante serielle Halbleiterschalter verzichtet werden. Somit kann in einer Versorgungsleitung insbesondere nur ein serieller Halbleiterschalter angeordnet werden, wodurch die Schutzschaltung besonders kostengünstig und effizient ausgebildet ist.
Besonders bevorzugt ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, den zumindest einen Halbleiterschalter während des Modulierens der Steuerspannung in einem geschlossenen Zustand zu halten und die modulierte Steuerspannung mit Steuerspannungswerten größer als eine Schwellspannung des zumindest einen Halbleiteschalters vorzugeben.
Gemäß dieser Ausführungsform sind sowohl der erste Steuerspannungswert als auch der zumindest eine zweite Steuerspannungswert größer als die Schwellspannung des zumindest einen Halbleiterschalters. Beispielsweise kann der erste Steuerspannungswert derjenige Steuerspannungswert sein, welcher auch im Normalbetrieb außerhalb der Überprüfungszeiträume vorgegeben wird. Um die Funktionstüchtigkeit des zumindest einen Halbleiterschalters zu überprüfen, kann die Steuerspannung moduliert, beispielsweise leicht abgesenkt, werden, sodass sie den zweiten Steuerspannungswert einnimmt. Ein funktionstüchtiger Halbleiterschalter sollte auch auf diese geringe Variation der Steuerspannung unter der Annahme eines konstanten Laststroms durch den Halbleiterschalter mit einer sich verändernden Ausgangsspannung reagieren. Während des Modulierens der Steuerspannung wird der Halbleiterschalter also nicht geöffnet und kann im geschlossenen Zustand verbleiben. Bei einer Parallelschaltung aus Halbleiterschaltern kann die Steuerspannung des zu bewertenden Halbleiterschalters moduliert werden, während die Steuerspannung der anderen Halbleiterschalter beispielsweise den ersten Steuerspannungswert aufweist.
Durch die Bewertung der Funktionstüchtigkeit ohne Öffnen des Halbleiterschalters kann die Funktionstüchtigkeit in vorteilhafter Weise auch im Betrieb der Hochvoltkomponente, in welchem der zumindest eine Halbleiterschalter die Hochvoltkomponente mit dem Hochvoltspeicher verbindet, überprüft werden, insbesondere ohne dass der Betrieb der Hochvoltkomponente gestört bzw. beeinträchtigt wird. Ein Nutzer bzw. Kunde des Kraftfahrzeugs bemerkt keine Veränderung im Verhalten der Hochvoltkomponente.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit im Falle, dass die Schutzschaltung zumindest zwei parallel geschaltete Halbleiterschalter aufweist, dazu ausgelegt ist, den zu bewertenden Halbleiterschalter während der Modulation durch Vorgeben eines Steuerspannungswerts kleiner als eine Schwellspannung des zu bewertenden Halbleiterschalters zu öffnen, und einen anderen Halbleiterschalter im geöffneten Zustand des zu bewertenden Halbleiterschalters geschlossen zu halten. Beispielsweise können die zumindest zwei parallelgeschalteten Halbleiterschalter, welche aufgrund hoher Stromanforderungen in einer Versorgungsleitung angeordnet sein können, abwechselnd geöffnet und geschlossen werden. Beispielsweise kann der erste Steuerspannungswert größer als die Schwellspannung sein und der zweite Steuerspannungswert kleiner als die Schwellspannung sein. Durch das Aus- und Anschalten eines Halbleiterschalters ist ein Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsspannungswert der Parallelschaltung mit einem funktionstüchtigen Halbleiterschalter besonders groß. Außerdem kann die jeweilige Treiberschaltung besonders einfach ausgebildet sein, da sie den zugehörigen Halbleiterschalter nur anschalten und wieder abschalten können muss. Die Funktionstüchtigkeit kann besonders zuverlässig und ohne großen Aufwand erfasst werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, anhand eines zu zumindest einem Modulationszeitpunkt erfassten Ausgangsspannungswerts zumindest einen Reaktionswert zu bestimmen, in Abhängigkeit von einem zu dem zumindest einen Modulationszeitpunkt bereitgestellten Steuerspannungswert zumindest einen Referenzreaktionswert zu bestimmen und anhand des Vergleichs des zumindest einen Reaktionswertes mit dem zumindest einen Referenzreaktionswert die Funktionstüchtigkeit zu bewerten. Insbesondere wird anhand des zu dem zweiten Modulationszeitpunkt erfassten zweiten Ausgangsspannungswertes der Reaktionswert bestimmt. Es können auch zumindest zwei Reaktionswerte zu den zumindest zwei Modulationszeitpunkten, bei welchen die zumindest zwei unterschiedlichen Steuerspannungswerte bereitgestellt sind, bestimmt werden.
Der zumindest eine Reaktionswert wird mit dem Referenzreaktionswert verglichen. Dazu können beispielsweise für jeweilige Steuerspannungswerte Referenzreaktionswerte vorbestimmt sein und in einer Speichereinheit hinterlegt sein. Beispielsweise können die mit den unterschiedlichen Steuerspannungswerten korrespondierenden Referenzreaktionswerte in einer Umsetzungstabelle bzw. LUT („Look-up“- Tabelle) hinterlegt sein, welche von der Steuereinheit ausgelesen werden kann. Die Steuereinheit kann also aus der Umsetzungstabelle denjenigen, zu dem jeweiligen Steuerspannungswert korrespondierenden Referenzreaktionswert auswählen. Wenn der Reaktionswert höchstens um einen vorbestimmten Grenzwert von dem Referenzreaktionswert abweicht, so kann der Halbleiterschalter als funktionstüchtig bewertet werden. Andernfalls kann er als funktionsuntüchtig bewertet werden.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, als den zumindest einen Reaktionswert den zumindest einen Ausgangsspannungswert zu bestimmen und als den zumindest einen Referenzreaktionswert einen Referenzausgangsspannungswert zu bestimmen. Gemäß dieser Ausführungsform wird die Funktionstüchtigkeit des zumindest einen Halbleiterschalters direkt anhand der Ausgangsspannung, beispielsweise anhand des zweiten Ausgangsspannungswertes, bestimmt. In der Umsetzungstabelle können dann die vorbestimmten Referenzausgangsspannungen den jeweiligen Steuerspannungswerten zugeordnet sein.
Besonders bevorzugt ist der zumindest eine Halbleiterschalter als ein Leistungs-MOSFET ausgebildet, wobei die Messeinrichtung dazu ausgelegt ist, einen während der Modulation durch den zumindest einen Halbleiterschalter fließenden Laststrom sowie den zumindest einen Ausgangsspannungswert zu erfassen, und die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, anhand des Laststroms sowie des zumindest einen Ausgangsspannungswerts zumindest einen Durchlasswiderstandswert als den zumindest einen Reaktionswert zu bestimmen und einen Referenzdurchlasswiderstandswert als den Referenzreaktionswert zu bestimmen. Es wird also ein Laststromwert eines zu dem jeweiligen Modulationszeitpunkt durch den Halbleiterschalter bzw. durch die Parallelschaltung fließenden Laststroms erfasst. Der Laststrom kann dabei kontinuierlich von der Messeinrichtung gemessen werden und synchron zu der Ausgangsspannung bzw. der Steuerspannung abgetastet werden. Über das ohmsche Gesetz können dann für die jeweiligen Modulationszeitpunkte aus den Laststromwerten sowie den zugehörigen Ausgangsspannungswerten die Durchlasswiderstandswerte bestimmt werden. Diese Durchlasswiderstandswerte können dann mit den Referenzdurchlasswiderstandswerten verglichen werden, welche vorbestimmt sind und beispielsweise in der Umsetzungstabelle hinterlegt sein können.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Messeinrichtung dazu ausgelegt ist, zusätzlich einen durch den zumindest einen Halbleiterschalter fließenden Laststrom und/oder eine Temperatur des zumindest einen Halbleiterschalters zu erfassen, und die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, den zumindest einen Referenzreaktionswert zusätzlich in Abhängigkeit von dem erfassten Laststrom und/oder der erfassten Temperatur zu bestimmen. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich der Laststrom, welcher durch den zumindest einen Halbleiterschalter fließt, verändern kann, wobei diese Veränderung Einfluss auf den Reaktionswert, beispielsweise den Durchlasswiderstandswert, haben kann. Der Laststrom kann dabei abhängig sein von einem aktuellen Betriebszustand bzw. Lastbereich der Hochvoltkomponente. In einem ersten Lastbereich, beispielsweise bei einer ersten Stufe der als Klimaanlage ausgebildeten Hochvoltkomponente, wird der Hochvoltkomponente beispielsweise ein erster Laststrom bereitgestellt, welcher auch durch den zumindest einen Halbleiterschalter fließt. In einem zweiten Lastbereich der Hochvoltkomponente, beispielsweise bei einer zweiten Stufe der Klimaanlage, wird der Hochvoltkomponente ein im Vergleich zum ersten Laststrom größerer zweiter Laststrom bereitgestellt, welcher ebenfalls durch den zumindest einen Halbleiterschalter fließt. Auch die Temperatur des zumindest einen Halbleiterschalters kann das Durchlassverhalten und damit den Reaktionswert, insbesondere den Durchlasswiderstandswert, beeinflussen.
Um nun zu gewährleisten, dass der bestimmte Reaktionswert mit dem korrekten, zu der aktuellen Temperatur und/oder dem aktuellen Laststrom korrespondierenden Referenzreaktionswert verglichen wird, werden insbesondere zu jedem Modulationszeitpunkt die Temperatur und/oder der Laststrom gemessen. Dann wird der zu der gemessenen Temperatur und/oder dem gemessenen Laststrom korrespondierende Referenzreaktionswert ausgewählt und für den Vergleich bereitgestellt. So kann in vorteilhafter Weise verhindert werden, dass die Funktionstüchtigkeit aufgrund eines sich verändernden Laststroms und/oder einer sich verändernden Temperatur und der daraus resultierenden veränderten Ausgangsspannung fehlerhaft bewertet wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind vorbestimmten Eingangswerten für die Steuerspannung und/oder einem Laststrom und/oder einer Temperatur vorbestimmte Ausgangswerte zugeordnet, wobei die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von der während der Modulation bereitgestellten Steuerspannung und/oder in Abhängigkeit von einem während der Modulation erfassten Laststrom und/oder in Abhängigkeit von einer während der Modulation erfassten Temperatur die entsprechenden vorbestimmten Ausgangswerte auszuwählen und als die Referenzreaktionswerte zu bestimmen. Beispielsweise können für vorbestimmte Temperaturen jeweilige Kennlinienfelder vorgegeben werden, in welchen beispielsweise eine Abhängigkeit der Ausgangsspannung von dem Laststrom für jeweilige Steuerspannungswerte hinterlegt ist. In Abhängigkeit von der aktuellen, insbesondere zu dem betreffenden Modulationszeitpunkt gemessenen Temperatur kann dann das entsprechende Kennlinienfeld für diese Temperatur ausgewählt werden. Aus dem Kennlinienfeld kann dann diejenige Kennlinie ausgewählt werden, welche mit dem aktuellen Steuerspannungswert korrespondiert. Aus der ausgewählten Kennlinie kann derjenige Wert der Ausgangsspannung ausgewählt und als Referenzausgangsspannungswert bereitgestellt werden, welcher mit dem aktuellen, zu dem betreffenden Modulationszeitpunkt gemessenen Laststromwert korrespondiert.
Im Falle eines Leistungs-MOSFETS kann beispielsweise ein Kennlinienfeld vorgegeben werden, bei welchem für mehrere Steuerspannungswerte Kennlinien vorgegeben sind, welche eine Abhängigkeit des Durchlasswiderstandes von der Temperatur beschreiben. Jede Kennlinie in dem Kennlinienfeld korrespondiert also mit einem vorgegebenen Steuerspannungswert und repräsentiert die Abhängigkeit zwischen der Temperatur und dem Durchlasswiderstand. In Abhängigkeit von dem zu dem aktuellen Modulationszeitpunkt bereitgestellten Steuerspannungswert wird dann die entsprechende Kennlinie aus dem Kennlinienfeld ausgewählt. Dann wird der zu der gemessenen Temperatur korrespondierende Durchlasswiderstandswert aus der Kennlinie ausgewählt und als der Referenzdurchlasswiderstandswert vorgegeben. Dieser wird dann mit dem aus der gemessenen Ausgangsspannung und dem gemessenen Laststrom bestimmten Durchlasswiderstand verglichen. Da der Laststrom durch die Bestimmung des Durchlasswiderstandes bereits berücksichtigt ist, genügt hier in vorteilhafter Weise ein Kennlinienfeld. Durch das Vorgeben der Kennlinienfelder, welche in Abhängigkeit von dem Laststrom, der Temperatur sowie der Steuerspannung bestimmt sind, kann der Referenzreaktionswert auf besonders einfache und zuverlässige Weise bestimmt werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Messeinrichtung zur Messung des Laststroms zumindest einen seriell zu dem zumindest einen Halbleiterschalter geschalteten Messwiderstand und/oder zumindest einen Stromsensor, insbesondere einen Hall-Sensor, auf. Der Messwiderstand ist insbesondere ein niederohmiger elektrischer Widerstand, ein so genannter Shunt-Widerstand, welcher in der Versorgungsleitung in Reihe mit dem zumindest einen Halbleiterschalter geschaltet ist. Der durch den zumindest einen Halbleiterschalter bzw. durch die Zusammenschaltung mehrerer Halbleiterschalter fließende Laststrom fließt somit ebenfalls durch den Messwiderstand. Anhand einer an dem Messwiderstand abfallenden Messspannung kann durch eine Auswerteeinheit der Messeinrichtung unter Zuhilfenahme des bekannten Widerstandswerts und des ohmschen Gesetzes der jeweilige Wert des Laststroms bestimmt werden.
Die Auswerteeinheit der Messeinrichtung kann beispielsweise gemeinsam mit der Steuereinheit in die Steuereinrichtung des Hochvoltbordnetzes integriert sein. Der Messwiderstand kann beispielsweise über einen Signalwandler mit der Steuereinrichtung verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Wert des Laststroms berührungslos mittels des Stromsensors erfasst werden. Solche Stromsensoren können den Laststrom beispielsweise anhand der durch den Laststrom ausgelösten magnetischen Flussdichte messen. Eine mit einem Messwiderstand und/oder einem Stromsensor ausgestattete Messeinrichtung ist besonders einfach und kostengünstig gestaltet.
Alternativ oder zusätzlich weist der zumindest eine Halbleiterschalter einen integrierten Stromspiegel auf, welcher dazu ausgelegt ist, einen Teilstrom des durch den zumindest einen Halbleiterschalter fließenden Laststroms abzuzweigen, wobei die Messeinrichtung dazu ausgelegt ist, den Laststrom anhand des Teilstroms zu erfassen. Im Falle einer Schutzschaltung, welche mehrere Halbleiterschalter aufweist, kann dabei jeder Halbleiterschalter oder nur ein Teil der Halbleiterschalter den Stromspiegel aufweisen. Dabei stehen der abgezweigte Teilstrom und der Laststrom in einem vorbestimmten, festen Verhältnis, sodass durch die Bestimmung der Stärke des Teilstroms auch die Stärke des Laststroms bestimmt ist. Eine so ausgebildete Messeinrichtung weist eine besonders hohe Effizienz mit geringer Verlustleistung auf.
Wenn der zumindest eine Halbleiterschalter als funktionstüchtig bewertet wurde, so kann der von der Messeinrichtung gemessene Laststrom außerdem dazu verwendet werden, zu überprüfen, ob durch die Hochvoltkomponente ein Überstrom fließt, beispielsweise weil die Hochvoltkomponente defekt ist. Beispielsweise kann der von der Messeinrichtung gemessene Laststrom mit einem vorbestimmten Überstromschwellwert verglichen werden. Wenn der gemessene Laststrom den vorbestimmten Überstromschwellwert überschreitet, so kann die Steuereinheit den als funktionstüchtig bewerteten Halbleiterschalter zum Unterbrechen der Versorgungsleitung öffnen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Messeinrichtung zur Erfassung der Temperatur einen Temperatursensor, insbesondere einen NTC-Widerstand, auf. Temperatursensoren liefern ein elektrisches Signal als Maß für die Temperatur. Dazu kann der Temperatursensor thermisch mit dem zumindest einen Halbleiterschalter gekoppelt werden. Mittels eines solchen Temperatursensors kann die Temperatur besonders einfach und genau erfasst werden.
Besonders bevorzugt weist die Messeinrichtung zur Erfassung der Temperatur zumindest eine Diode auf und ist dazu ausgelegt, eine temperaturabhängige Diodenspannung der zumindest einen Diode zu erfassen und anhand der Diodenspannung die Temperatur des zumindest einen Halbleiterschalters zu bestimmen. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Diodenspannung eine bekannte Temperaturabhängigkeit aufweist. Der zumindest einen Diode wird zunächst ein Diodenstrom mit bekannter, vorbestimmter Stromstärke eingeprägt. Die Stromstärke liegt insbesondere im Mikroamperebereich. Zum Einprägen des Diodenstroms weist die Messeinrichtung beispielsweise eine mit einer Anode der Diode elektrisch verbundene Konstantstromquelle auf. Eine Kathode der Diode kann beispielsweise mit einem Masseanschluss oder mit einem Anschluss des zumindest einen Halbleiterschalters, insbesondere einem Source-Anschluss eines Leistungs-MOSFETs oder einem Emitter-Anschluss eines IGBTs, elektrisch verbunden sein, sodass die Diodenspannung der beispielsweise über einen Spannungsabgriff mit der Auswerteeinheit der Steuereinrichtung gekoppelten Diode insbesondere direkt erfasst werden kann. In Abhängigkeit von dem eingeprägten Diodenstrom sowie der Diodenspannung kann dann von der Auswerteeinheit die Temperatur des zumindest Halbleiterschalters besonders einfach und zuverlässig bestimmt werden. Beispielsweise kann dazu in einer Umsetzungstabelle eine vorbestimmte Abhängigkeit zwischen der Diodenspannung und der Temperatur hinterlegt sein. Die Umsetzungstabelle kann beispielsweise von der Auswerteeinheit ausgelesen werden. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise die der gemessenen Diodenspannung zugeordnete Temperatur aus der Umsetzungstabelle auslesen und als die aktuelle Temperatur des zumindest einen Halbleiterschalters vorgeben.
Insbesondere ist die zumindest eine Diode thermisch mit dem zumindest einen Halbleiterschalter gekoppelt. Dazu können die zumindest eine Diode und der Halbleiterschalter in geringem Abstand (unter Einhaltung eines Mindestabstandes aufgrund der am Halbleiterschalter anliegenden Spannung) zueinander auf einem gemeinsamen Träger angeordnet werden. Der Abstand ist dabei so gewählt, dass davon ausgegangen werden kann, dass die Temperatur der zumindest einen Diode der Temperatur des zumindest einen Halbleiterschalters entspricht. Auch kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Diode und der zumindest eine Halbleiterschalter mittels eines thermischen Koppelelementes miteinander gekoppelt sind. Das thermische Koppelelement weist insbesondere ein thermisch gut leitfähiges Material auf und kann beispielsweise als eine Vergussmasse, eine Kupferplatte, eine Wärmeleitpaste oder dergleichen ausgebildet sein. Durch die thermische Kopplung zwischen der zumindest einen Diode und dem zumindest einen Halbleiterschalter ist der Messfehler beim Erfassen der Temperatur des Halbleiterschalters anhand der Diodenspannung der Diode besonders gering.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn eine erste Diode mit einem ersten Anschluss des zumindest einen Halbleiterschalters und eine zweite Diode mit einem zweiten Anschluss des zumindest einen Halbleiterschalters elektrisch verbunden ist. Die zumindest eine Messeinrichtung ist dazu ausgelegt, an einem ersten Spannungsabgriff eine Summe aus der Diodenspannung der ersten Diode und der Ausgangsspannung des zumindest einen Halbleiterschalters zu erfassen und an einem zweiten Spannungsabgriff die Diodenspannung der zweiten Diode zu erfassen. Außerdem ist die Messeinrichtung dazu ausgelegt, anhand der Diodenspannung am zweiten Spannungsabgriff die Temperatur des zumindest einen Halbleiterschalters zu bestimmen und die zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungsabgriff anliegende Spannung als die Ausgangsspannung zu erfassen. Gemäß dieser Ausführungsform weist die Messeinrichtung zwei Dioden auf, welche insbesondere gleich dimensioniert sind. Insbesondere sind beide Dioden thermisch mit dem zumindest einen Halbleiterschalter gekoppelt, sodass beide Dioden sowie der zumindest eine Halbleiterschalter in etwa die gleiche Temperatur aufweisen. Darüber hinaus wird in die Dioden jeweils ein konstanter Diodenstrom bzw. Konstantstrom eingeprägt, wobei Stromstärken der Diodenströme insbesondere gleich sind. Somit fällt an beiden Dioden insbesondere die gleiche Diodenspannung ab.
Die Kathode der ersten Diode ist insbesondere mit dem ersten Anschluss, also beispielsweise dem Drain-Anschluss oder Kollektor-Anschluss, verbunden. Die Anode, über welche der ersten Diode der Diodenstrom eingeprägt ist, ist mit dem ersten Spannungsabgriff verbunden. Der erste Spannungsabgriff ist insbesondere mit einem ersten Messeingang einer Auswerteeinheit der Messeinrichtung verbunden. An diesem ersten Messeingang kann insbesondere die Summe aus der Diodenspannung und der Ausgangsspannung zwischen den zwei Anschlüssen des Halbleiterschalters, also die Kollektor-Emitter-Spannung oder die Drain-Source-Spannung, gemessen werden. Durch die in Sperrrichtung zwischen dem ersten Anschluss des Halbleiterschalters und dem ersten Eingang der Auswerteeinheit angeordnete erste Diode kann in vorteilhafter Weise verhindert werden, dass im ausgeschalteten Zustand des zumindest einen Halbleiterschalters die von dem Hochvoltspeicher bereitgestellte Hochvoltspannung der Auswerteeinheit zugeführt wird.
Die Kathode der zweiten Diode ist mit dem zweiten Anschluss, also beispielsweise dem Source-Anschluss oder Emitter-Anschluss, elektrisch verbunden. Die Anode, über welche der zweiten Diode der Diodenstrom eingeprägt ist, ist mit dem zweiten Spannungsabgriff verbunden. Der zweite Spannungsabgriff ist insbesondere mit einem zweiten Messeingang der Auswerteeinheit der Messeinrichtung verbunden. An diesem zweiten Messeingang kann die Diodenspannung gemessen werden. Aus dieser Diodenspannung am zweiten Spannungsabgriff kann dann von der Auswerteeinheit die Temperatur der zweiten Diode sowie des Halbleiterschalters bestimmt werden. Zwischen den zwei Messeingängen bzw. zwischen den zwei Spannungsabgriffen kann direkt die Ausgangsspannung des Halbleiterschalters abgegriffen und somit der Spannungsabfall über dem Halbleiterschalter gemessen werden, da die an beiden Spannungsabgriffen messbare Diodenspannung kompensiert wird. Eine solche Messung der Ausgangsspannung des zumindest einen Halbleiterschalters sowie der Temperatur kann mit besonders wenigen Bauelementen realisiert werden.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Hochvoltbordnetz für ein Kraftfahrzeug aufweisend zumindest eine Hochvoltkomponente, einen über eine Versorgungsleitung mit der Hochvoltkomponente elektrisch verbundenen Hochvoltspeicher und eine erfindungsgemäße Schutzschaltung oder eine vorteilhafte Ausführungsform davon. Die zumindest eine Hochvoltkomponente kann beispielsweise eine Klimaanlage, ein Elektromotor, ein Scheinwerfer, etc. sein.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Hochvoltbordnetz. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet.
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Schutzschaltung vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Hochvoltbordnetz sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen.

1 eine schematische Darstellung eines Hochvoltbordnetzes mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schutzschaltung;
2 eine schematische Darstellung eines ersten Kennlinienfeldes;
3 eine schematische Darstellung eines zweiten Kennlinienfeldes; und
4 eine schematische Darstellung eines Hochvoltbordnetzes mit einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schutzschaltung.

In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Hochvoltbordnetz 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Hochvoltbordnetz 1 ist insbesondere in einem hier nicht gezeigten Kraftfahrzeug angeordnet und kann eine Vielzahl von Hochvoltkomponenten 2 umfassen, von welchen hier eine Hochvoltkomponente 2 gezeigt ist. Die Hochvoltkomponente 2 kann beispielsweise eine Klimaanlage, ein Elektromotor oder ein Scheinwerfer des Kraftfahrzeugs sein. Die hier gezeigte Hochvoltkomponente 2 wird von einem hier nicht gezeigten Hochvoltspeicher des Hochvoltbordnetzes 1 mit elektrischer Energie versorgt. Der Hochvoltspeicher weist dabei einen ersten Pol HV+ und einem zweiten Pol HV- auf. Die Hochvoltkomponente 2 ist über jeweilige Versorgungsleitungen 3 mit den Polen HV+ und HV- des Hochvoltspeichers elektrisch verbunden.
Zum Schützen des Hochvoltbordnetzes 1 bei einem Defekt der Hochvoltkomponente 2 weist das Hochvoltbordnetz 1 eine Schutzschaltung 4 auf. Die Schutzschaltung 4 umfasst einen Halbleiterschalter 5, welcher dazu ausgelegt ist, die Versorgungsleitung 3 zu unterbrechen und damit die Hochvoltkomponente 2 von dem Hochvoltspeicher zu trennen. Im vorliegenden Fall ist ein Halbleiterschalter 5 zwischen der Hochvoltkomponente 2 und dem zweiten Pol HV- angeordnet, sodass der Halbleiterschalter 5 hier die Hochvoltkomponente 2 einpolig und unidirektional von dem Hochvoltspeicher trennen kann. Zum allpoligen Trennen kann ein weiterer Halbleiterschalter 5 zwischen der Hochvoltkomponente 2 und dem ersten Pol HV+ angeordnet sein.
Der Halbleiterschalter 5 umfasst einen Steueranschluss 6, einen ersten Anschluss 7, welcher hier mit der Hochvoltkomponente 2 elektrisch verbunden ist, und einen zweiten Anschluss 8, welcher hier mit dem zweiten Pol HV- des Hochvoltspeichers elektrisch verbunden ist. Der Halbleiterschalter 5 ist im vorliegenden Fall als ein Leistungs-MOSFET mit einem Steueranschluss 6 in Form von einem Gate-Anschluss G, einem ersten Anschluss 7 in Form von einem Drain-Anschluss D und einem zweiten Anschuss 8 in Form von einem Source-Anschluss S ausgebildet. Zwischen dem Source-Anschluss S und dem Drain-Anschluss D befindet sich hier außerdem eine im Leistungs-MOSFET enthaltene Rückwärtsdiode 9 bzw. Bodydiode. Diese Rückwärtsdiode 9 ist in Sperrrichtung gepolt. Der Halbleiterschalter 5 kann auch als ein IGBT ausgebildet sein. Im Falle des IGBTs wird der erste Anschluss 7 durch einen Kollektor-Anschluss und der zweite Anschluss 8 durch einen Emitter-Anschluss gebildet.
Über den Steueranschluss 6 kann dem Halbleiterschalter 5 eine Steuerspannung Us zum Öffnen und/oder Schließen des Halbleiterschalters 5 zugeführt werden. Im geöffneten bzw. abgeschalteten Zustand des Halbleiterschalters 5 ist die Versorgungsleitung 3 unterbrochen, im geschlossenen bzw. angeschalteten Zustand des Halbleiterschalters 5 ist die Versorgungsleitung 3 verbunden. Die Steuerspannung Us kann dem Steueranschluss 6 von einer Steuereinheit 11 der Schutzschaltung 4 über eine Treiberschaltung 10 bzw. einen Gate-Treiber bereitgestellt werden. Die Steuereinheit 11 ist beispielsweise in eine Steuereinrichtung 12 bzw. ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs integriert.
Die Steuereinheit 11 der Schutzschaltung 4 ist dazu ausgelegt, eine Funktionstüchtigkeit des Halbleiterschalters 5 zu überprüfen. Die Steuereinheit 11 kann überprüfen, ob der Halbleiterschalter 5 funktionstüchtig ist und daher im Fehlerfall zuverlässig geöffnet bzw. abgeschaltet werden kann oder ob der Halbleiterschalter 5 funktionsuntüchtig, beispielsweise durchlegiert, ist und daher nicht mehr geöffnet werden kann. Zum Überprüfen der Funktionstüchtigkeit kann die Steuereinheit 11 zunächst die Steuerspannung Us am Steueranschluss 6 des Halbleiterschalters 5 modulieren. Dazu kann die von der Treiberschaltung 10 bereitgestellte Steuerspannung für den Halbleiterschalter 5 moduliert werden. Dies erfolgt durch Zuschalten bzw. Einschalten eines Signalgenerators 13 am Steuereingang der Treiberschaltung 10. Anders ausgedrückt erfolgt eine modulierte Ansteuerung an dem zusätzlichen Steuereingang der Treiberschaltung 10, sodass an dem Steueranschluss 6 die veränderliche bzw. modulierte Steuerspannung Us anliegt. Beispielsweise kann die modulierte Steuerspannung Us eine Rechteckspannung sein, durch welche an den Steueranschluss 6 abwechselnd ein erster Steuerspannungswert und ein zweiter Steuerspannungswert angelegt werden. Die Steuerspannungswerte der modulierten Steuerspannung Us sind insbesondere so gewählt, dass sie größer als eine Schwellspannung des Halbleiterschalters 5 sind. Der Halbleiterschalter 5 bleibt also während der Modulation der Steuerspannung Us und damit während der Überprüfung seiner Funktionstüchtigkeit geschlossen bzw. angeschaltet.
Wenn der Halbleiterschalter 5 funktionstüchtig ist, sollte der Halbleiterschalter 5 auf die Modulation der Steuerspannung Us reagieren, beispielsweise indem er sein Durchlassverhalten ändert. Diese Veränderung des Durchlassverhaltens kann anhand einer Ausgangsspannung U_A des Halbleiterschalters 5 bzw. einem Spannungsabfall über dem Halbleiterschalter 5 erfasst werden. Im Falle des Leistungs-MOSFETs ist die Ausgangsspannung U_A eine Drain-Source-Spannung zwischen dem Drain-Anschluss D und dem Source-Anschluss S. Im Falle des IGBTs ist die Ausgangsspannung U_A eine Kollektor-Emitter-Spannung zwischen dem Kollektor-Anschluss und dem Emitter-Anschluss. Die Ausgangsspannung U_A wird während der Modulation der Steuerspannung Us von einer Messeinrichtung 15 der Schutzschaltung 4 erfasst. Beispielsweise kann die Messeinrichtung 15 zumindest zwei Ausgangsspannungswerte erfassen, welche zu zumindest zwei Modulationszeitpunkten und damit zu den zumindest zwei Steuerspannungswerten am Steueranschluss 6 des Halbleiterschalters 5 korrespondieren. Anhand der erfassten Ausgangsspannung U_A kann zumindest ein Reaktionswert bestimmt werden, welcher mit zumindest einem Referenzreaktionswert verglichen wird. Der Referenzreaktionswert ist dabei insbesondere abhängig von der Steuerspannung und kann somit in Abhängigkeit von dem aktuellen Steuerspannungswert der Steuerspannung Us bestimmt werden. Beispielsweise kann der Reaktionswert einer der Ausgangsspannungswerte der Ausgangsspannung U_A sein. Anhand des Vergleiches des Reaktionswertes mit dem Referenzreaktionswert kann die Funktionstüchtigkeit des Halbleiterschalters 5 bewertet werden. Beispielsweise kann der Halbleiterschalter 5 als funktionstüchtig gewertet werden, wenn der Reaktionswert und der Referenzreaktionswert höchstens um einen vorbestimmten Grenzwert voneinander abweichen. Andernfalls wird der Halbleiterschalter 5 als funktionsuntüchtig bewertet und die Steuereinheit 11 kann beispielsweise ein Warnsignal ausgeben. Der Referenzreaktionswert kann dabei auch abhängig von einer Temperatur T des Halbleiterschalters 5 und/oder einem durch den Halbleiterschalter 5 fließenden Laststrom L bestimmt werden.
Die Messeinrichtung 15 weist hier eine erste Auswerteeinheit 16 auf, welche die Ausgangsspannung U_A zwischen einem ersten Messeingang 17 und einem zweiten Messeingang 18 erfasst. Die erste Auswerteeinheit 16 ist hier ebenfalls in die Steuereinrichtung 12 integriert. Im vorliegenden Fall weist die Messeinrichtung 15 zwei Dioden D1, D2 auf. Die Dioden D1, D2 sind insbesondere gleich dimensioniert. Dabei ist eine erste Kathode K1 der ersten Diode D1 mit dem ersten Anschluss 7 des Halbleiterschalters 5, hier dem Drain-Anschluss D, elektrisch verbunden. Eine erste Anode A1 der ersten Diode D1 ist über einen ersten Spannungsabgriff 19 mit dem ersten Messanschluss 17 der ersten Auswerteeinheit 16 elektrisch verbunden. Eine zweite Kathode K2 der zweiten Diode D2 ist mit dem zweiten Anschluss 8 des Halbleiterschalters 5, hier dem Source-Anschluss S, elektrisch verbunden. Eine zweite Anode A2 der zweiten Diode D2 ist über einen zweiten Spannungsabgriff 20 mit dem zweiten Messanschluss 18 der ersten Auswerteeinheit 16 elektrisch verbunden.
Den Dioden D1, D2 wird über den jeweiligen Anodenanschluss A1, A2 jeweils ein konstanter, insbesondere gleich großer, Strom I_f eingeprägt. Dazu weist die Schutzschaltung 4 hier zwei, insbesondere gleich dimensionierte Stromquellen 21, 22 auf, welche an eine Versorgungsspannung V_cc angeschlossen sind. Eine erste Stromquelle 21 ist hier mit der ersten Diode D1 elektrisch verbunden und eine zweite Stromquelle 22 ist hier mit der zweiten Diode D2 elektrisch verbunden. Aufgrund des eingeprägten Stroms I_f fällt an den Dioden D1, D2 jeweils eine, im vorliegenden Fall gleich große, Diodenspannung U_f ab. Die Diodenspannung U_f der zweiten Diode D2 kann über den zweiten Spannungsabgriff 20 an dem zweiten Messanschluss 18 erfasst werden. An dem ersten Messanschluss 17 liegt die Summe aus der Diodenspannung U_f der ersten Diode D1 und der Ausgangsspannung U_A des Halbleiterschalters 5 an. Im vorliegenden Fall sind die Diodenspannungen U_f der ersten Diode D1 und der zweiten Diode D2 gleich, sodass zwischen den Messanschlüssen 17, 18 aus der Differenz der an den Messanschlüssen 17, 18 anliegenden Potentiale die Ausgangsspannung U_A des Halbleiterschalters 5 erfasst werden kann.
Mittels der Dioden D1, D2 kann außerdem die Temperatur T des Halbleiterschalters 5 gemessen werden. Die Diodenspannung U_f ist nämlich abhängig von der Temperatur der Dioden D1, D2. Dazu besteht eine thermische Kopplung 23 zwischen den Dioden D1, D2 und dem Halbleiterschalter 5, sodass die Temperatur der Dioden D1, D2 der Temperatur des Halbleiterschalters 5 entspricht. Zur thermischen Kopplung 23 können die Dioden D1, D2 in geringem Abstand zu dem Halbleiterschalter 5 platziert werden. Alternativ oder zusätzlich können die Dioden D1, D2 über ein gut wärmeleitfähiges Material, beispielsweise eine Wärmeleitpaste, mit dem Halbleiterschalter 5 thermisch gekoppelt werden. Aus der Diodenspannung U_f , welche an dem zweiten Messanschluss 18 anliegt, sowie aus dem eingeprägten Strom I_f kann dann die Temperatur T des Halbleiterschalters 5 bestimmt werden. Diese Temperatur T des Halbleiterschalters 5, welche insbesondere während der Modulation der Steuerspannung Us bestimmt wird, kann beim Bewerten der Funktionstüchtigkeit des Halbleiterschalters 5 berücksichtigt werden. Insbesondere wird für jeden, zu betrachtenden Modulationszeitpunkt ein Temperaturwert der Temperatur T bestimmt.
Darüber hinaus ist die Messeinrichtung 15 dazu ausgelegt, den durch den Halbleiterschalter 5 fließenden Laststrom L zu messen. Dazu weist die Messeinrichtung 15 hier einen Messwiderstand 24 bzw. Shunt-Widerstand auf. Der Messwiderstand 24 ist in Reihe mit dem Halbleiterschalter 5 geschaltet, sodass der durch den Halbleiterschalter 5 fließende Laststrom L auch durch den Messwiderstand 24 fließt. An dem Messwiderstand 24 fällt eine zu dem Laststrom I_L proportionale Messspannung U_M ab. Die Messspannung U_M über dem Messwiderstand 24 wird hier mittels eines Signalwandlers 25 in ein zu der Messspannung U_M korrespondierendes Messsignal 26 umgewandelt und einer zweiten Auswerteeinheit 27 der Messeinrichtung 15 zugeführt. Die zweite Auswerteeinheit 27 kann ebenfalls in die Steuereinrichtung 12 des Hochvoltbordnetzes 1 integriert sein. Die Auswerteeinheit 27 kann anhand des Messsignals 26 die Laststromwerte des Laststroms L, beispielsweise während der Modulation der Steuerspannung Us, bestimmen und der Steuereinheit 11 bereitstellen. Insbesondere wird für jeden, zu betrachtenden Modulationszeitpunkt ein Laststromwert bestimmt.
Anhand des gemessenen Laststroms L, der gemessenen Temperatur T und der Steuerspannung Us kann nun die Funktionstüchtigkeit des Halbleiterschalters 5 bewertet werden. Beispielsweise kann der zu einem Modulationszeitpunkt korrespondierende Referenzreaktionswert anhand des gemessenen Laststroms L, der gemessenen Temperatur T und der angelegten Steuerspannung Us ausgewählt werden. In einem Ausführungsbeispiel kann der Reaktionswert ein zu einem bestimmten Modulationszeitpunkt erfasster Ausgangsspannungswert sein. In diesem Fall kann als der Referenzreaktionswert ein Referenzausgangsspannungswert bestimmt werden, welchen ein funktionstüchtiger Halbleiterschalter bei dem zu dem Modulationszeitpunkt vorliegenden Laststrom I_L , der vorliegenden Temperatur T und der anliegenden Steuerspannung Us haben sollte. Dazu können beispielsweise für jeweilige Temperaturwerte Kennlinienfelder vorgegeben werden, wobei jede Kennlinie in dem Kennlinienfeld einem Steuerspannungswert zugeordnet ist und die Abhängigkeit der Drain-Source-Spannung U_DS , also der Ausgangsspannung U_A , von dem Drain-Source-Strom I_DS , also dem Laststrom I_L , angibt.
In 2 ist ein solches erstes Kennlinienfeld 28 dargestellt, welches einem ersten Temperaturwert T1 der Temperatur T zugeordnet ist. Wenn mittels der Messeinrichtung 15 erfasst wurde, dass die Temperatur T des Halbleiterschalters 5 den ersten Temperaturwert T1 aufweist, so kann das erste Kennlinienfeld 28 zum Bestimmen des Referenzreaktionswertes verwendet werden. In dem ersten Kennlinienfeld 28 sind drei Kennlinien 29a, 29b, 29c für drei verschiedene Steuerspannungswerte U_S1 , U_S2 , U_S3 der Steuerspannung Us gezeigt. Die Kennlinien 29a, 29b, 29c beschreiben eine Abhängigkeit des Drain-Source-Stroms I_DS von der Drain-Source-Spannung U_DS des Halbleiterschalters 5 bei dem jeweiligen Steuerspannungswert U_S1 , U_S2 , U_S3 . Wenn die Steuerspannung Us zum betrachteten Modulationszeitpunkt beispielsweise einen ersten Steuerspannungswert U_S1 aufweist, so wird die Kennlinie 29a zur Bestimmung des Referenzreaktionswertes ausgewählt. Wenn der Laststrom L, welcher dem Drain-Source-Strom I_DS entspricht, beispielsweise einen ersten Wert I_DS1 aufweist, so wird aus der Kennlinie 29a der entsprechende Drain-Source-Spannungswert U_DS1 ausgelesen. Diesen Drain-Source-Spannungswert U_DS1 sollte der Halbleiterschalter 5 im funktionstüchtigen Zustand bei der gemessenen Temperatur T und dem gemessenen Laststrom I_L aufweisen. Dieser Drain-Source-Spannungswert U_DS1 wird also als der Referenzausgangsspannungswert für den betrachteten Modulationszeitpunkt bestimmt und mit dem zu dem betrachteten Modulationszeitpunkt erfassten Ausgangsspannungswert der Ausgangsspannung U_A verglichen. Wenn der Referenzausgangsspannungswert und der erfasste Ausgangsspannungswert höchstens um einen vorbestimmten Grenzwert voneinander abweichen, so kann der Halbleiterschalter 5 als funktionstüchtig bewertet werden.
Auch kann vorgesehen sein, dass als der Reaktionswert ein Durchlasswiderstand des Halbleiterschalters 5 bestimmt wird und mit einem Referenzreaktionswert in Form von einem Referenzdurchlasswiderstand verglichen wird. Zum Bestimmen des Durchlasswiderstands wird mittels des ohmschen Gesetzten aus der während der Modulation gemessenen Ausgangsspannung U_A und dem gemessenen Laststrom I_L der Durchlasswiderstand des Halbleiterschalters 5 bestimmt. Der Referenzdurchlasswiderstandswert kann mittels eines zweiten Kennlinienfeldes 30 bestimmt werden, welches in 3 dargestellt ist. Das zweite Kennlinienfeld 30 weist hier drei Kennlinien 31a, 31b, 31c für die drei verschiedenen Steuerspannungswerte U_S1 , U_S2 , U_S3 auf. Die Kennlinien 31a, 31b, 31c beschreiben eine Abhängigkeit des Durchlasswiderstands R_DS eines funktionstüchtigen Halbleiterschalters 5 von der Temperatur T. Wenn beispielsweise die Steuerspannung Us den ersten Steuerspannungswert U_S1 aufweist, so wird die Kennlinie 31a für die Bestimmung des Referenzdurchlasswiderstands ausgewählt. Wenn die Temperatur T den ersten Temperaturwert T1 aufweist, so kann aus der Kennlinie 31a der Durchlasswiderstandswert R_DS1 ausgelesen werden. Dieser Durchlasswiderstandswert R_DS1 wird als der Referenzdurchlasswiderstandswert vorgegeben und mit dem anhand des Laststroms L und der Ausgangsspannung U_DS bestimmten Durchlasswiderstandswert des Halbleiterschalters 5 verglichen.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Hochvoltbordnetzes 1 mit der Schutzschaltung 4, wobei die Schutzschaltung 4, beispielsweise aufgrund erhöhter Stromanforderungen, hier eine Parallelschaltung 32 von zumindest zwei Halbleiterschaltern 5 aufweist. Jeder Halbleiterschalter 5 kann dabei separat geöffnet und geschlossen werden. Dazu kann jedem Halbleiterschalter 5 mittels einer eigenen Treiberschaltung 10 die Steuerspannung Us an seinem Steueranschluss 6 bereitgestellt werden. Hier kann der zu überprüfen Halbleiterschalter 5, beispielsweise der linksseitig dargestellte Halbleiterschalter 5, durch Modulieren der Steuerspannung Us ausgeschaltet werden, während der andere Halbleiterschalter 5, hier der rechtseitig dargestellte Halbleiterschalter 5, eingeschaltet bleibt. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Steuerspannung Us des zu überprüfen Halbleiterschalters 5 derart moduliert wird, dass der zu überprüfende Halbleiterschalter 5 während der Überprüfung angeschaltet bleibt. Dann kann, wie in 1 gezeigt, zusätzlich der Signalgenerator 13 vorgesehen sein. Im ausgeschalteten Zustand des zu überprüfenden Halbleiterschalters 5 kann dann wieder die Ausgangsspannung U_A erfasst werden und anhand der Ausgangsspannung U_A die Funktionstüchtigkeit des ausgeschalteten Halbleiterschalters 5 bewertet werden.
Die Schutzschaltungen 4 gemäß 1 und 4 können außerdem eine Spannungsbegrenzungseinrichtung 33 aufweisen, welcher hier als ein zu dem Halbleiterschalter 5 bzw. der Parallelschaltung 32 aus Halbleiterschaltern 5 parallelgeschalteter Varistor 34 ausgebildet ist. Der Varistor 34 ist dazu ausgelegt, im Falle einer einen vorbestimmen Überspannungswert überschreitenden Ausgangsspannung U_A den Laststrom I_L zum Schutz des Halbleiterschalters 5 bzw. der Parallelschaltung 32 an dem Halbleiterschalter 5 bzw. der Parallelschaltung 32 vorbeizuführen. Der Überspannungswert kann beispielsweise beim Öffnen des Halbleiterschalters 5 auftreten. Der Halbleiterschalter 5 kann beispielsweise dann geöffnet werden, wenn der von der Messeinrichtung 15 erfasste Laststrom L einen vorbestimmten Überstromschwellwert überschreitet. Zusätzlich kann eine hier nicht gezeigte Temperatursicherung vorgesehen sein, welche in den Varistor 34 integriert sein kann und/oder seriell zu dem Halbleiterschalter 5 angeordnet sein kann. Die Temperatursicherung ist dazu ausgelegt, im Falle einer einen vorbestimmen Temperaturschwellwert überschreitenden Temperatur des Halbleiterschalters 5 und/oder des Varistors 34 die jeweilige Versorgungsleitung 3 zu unterbrechen.
Die Sicherung der Spannungsbegrenzungseinrichtung 33 kann beispielsweise auf Durchgang geprüft werden, sodass sicher gestellt werden kann, dass eine beim Abschalten des Halbleiterschalters 5 bzw. der Parallelschaltung 32 frei werdende Abschaltenergie von der Spannungsbegrenzungseinrichtung 33 aufgenommen werden kann. Beispielsweise kann von der Steuereinheit 11 ein Abschaltvorgang des Halbleiterschalters 5 überwacht werden, indem die Abschaltenergie erfasst wird und mit einem Schwellwert, welcher abhängig ist von der Leistungsfähigkeit der Spannungsbegrenzungseinrichtung 33, verglichen wird. Wird der Schwellwert überschritten, kann ein Wiedereinschalten des Halbleiterschalters 5 beispielsweise für eine vorbestimmte Zeit unterbunden werden.
Bezugszeichenliste

1: Hochvoltbordnetz
2: Hochvoltkomponente
3: Versorgungsleitung
4: Schutzschaltung
5: Halbleiterschalter
6: Steueranschluss
7: erste Anschluss
8: zweiter Anschluss
9: Rückwärtsdiode
10: Treiberschaltung
11: Steuereinheit
12: Steuereinrichtung
13: Signalgenerator
15: Messeinrichtung
16: erste Auswerteeinheit
17: erster Messeingang
18: zweiter Messeingang
19: erster Spannungsabgriff
20: zweiter Spannungsabgriff
21: erste Stromquelle
22: zweite Stromquelle
23: thermische Kopplung
24: Messwiderstand
25: Signalwandler
26: Messsignal
27: zweite Auswerteeinheit
28: erstes Kennlinienfeld
29a, 29b, 29c: Kennlinien
30: zweites Kennlinienfeld
31a, 31b, 31c: Kennlinien
32: Parallelschaltung
33: Spannungsbegrenzungseinrichtung
34: Varistor
HV+: erster Pol
HV-: zweiter Pol
D: Drain-Anschluss
G: Gate-Anschluss
S: Source-Anschluss
D1: erste Diode
D2: zweite Diode
A1: erste Anode
A2: zweite Anode
K1: erste Kathode
K2: zweite Kathode
Us: Steuerspannung
U_S1, U_S2, U_S3: Steuerspannungswerte
U_A: Ausgangsspannung
U_M: Messspannung
U_DS: Drain-Source-Spannung
U_DS1: Drain-Source-Spannungswert
U_f: Diodenspannung
V_cc: Versorgungsspannung
I_L: Laststrom
I_f: Diodenstrom
I_DS: Drain-Source-Strom
I_DS1: Drain-Source-Stromwert
T: Temperatur
T1: Temperaturwert
R_DS: Durchlasswiderstand
R_DS1: Durchlasswiderstandswert

Claims

Schutzschaltung (4) für ein Hochvoltbordnetz (1) eines Kraftfahrzeugs mit - zumindest einem Halbleiterschalter (5), welcher dazu ausgelegt ist, eine Versorgungsleitung (3) des Hochvoltbordnetzes (1) zu unterbrechen, und - einer Steuereinheit (11), welche dazu ausgelegt ist, eine Steuerspannung (Us) für den zumindest einen Halbleiterschalter (5) bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass - die Steuereinheit (11) dazu ausgelegt ist, die Steuerspannung (Us) zum Bewerten einer Funktionstüchtigkeit des zumindest einen Halbleiterschalters (5) zu modulieren, - eine Messeinrichtung (15) der Schutzschaltung (4) dazu ausgelegt ist, eine während der Modulation der Steuerspannung (Us) an dem zumindest einen Halbschalteralter (5) abfallende Ausgangsspannung (U_A), durch welche eine Reaktion des Halbleiterschalters (5) auf die Modulation der Steuerspannung (Us) charakterisiert wird, zu erfassen, und - die Steuereinheit (11) dazu ausgelegt ist, anhand der erfassten Ausgangsspannung (U_A) und anhand einer vorbestimmten, für einen funktionstüchtigen Halbleiterschalter charakteristischen Referenzreaktion die Funktionstüchtigkeit des zumindest einen Halbleiterschalters (5) zu bewerten.
Schutzschaltung (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (11) dazu ausgelegt ist, als die modulierte Steuerspannung (Us) abwechselnd einen ersten Steuerspannungswert und einen zweiten Steuerspannungswert bereitzustellen.
Schutzschaltung (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (11) dazu ausgelegt ist, den zumindest einen Halbleiterschalter (5) während des Modulierens der Steuerspannung (Us) in einem geschlossenen Zustand zu halten und die modulierte Steuerspannung (Us) mit Steuerspannungswerten größer als eine Schwellspannung des zumindest einen Halbleiteschalters (5) vorzugeben.
Schutzschaltung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (11) im Falle, dass die Schutzschaltung (4) zumindest zwei parallel geschaltete Halbleiterschalter (5) aufweist, dazu ausgelegt ist, den zu bewertenden Halbleiterschalter (5) während der Modulation durch Vorgeben eines Steuerspannungswerts kleiner als eine Schwellspannung des zu bewertenden Halbleiterschalters (5) zu öffnen, und einen anderen Halbleiterschalter (5) im geöffneten Zustand des zu bewertenden Halbleiterschalters (5) geschlossen zu halten.
Schutzschaltung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (11) dazu ausgelegt ist, anhand eines zu zumindest einem Modulationszeitpunkt erfassten Ausgangsspannungswerts zumindest einen Reaktionswert zu bestimmen, in Abhängigkeit von einem zu dem zumindest einen Modulationszeitpunkt bereitgestellten Steuerspannungswert zumindest einen Referenzreaktionswert zu bestimmen und anhand des Vergleichs des zumindest einen Reaktionswertes mit dem zumindest einen Referenzreaktionswert die Funktionstüchtigkeit zu bewerten.
Schutzschaltung (4) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (11) dazu ausgelegt ist, als den zumindest einen Reaktionswert den zumindest einen Ausgangsspannungswert zu bestimmen und als den zumindest einen Referenzreaktionswert einen Referenzausgangsspannungswert zu bestimmen.
Schutzschaltung (4) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Halbleiterschalter (5) als ein Leistungs-MOSFET ausgebildet ist, wobei die Messeinrichtung (15) dazu ausgelegt ist, einen während der Modulation durch den zumindest einen Halbleiterschalter (5) fließenden Laststrom (L) sowie den zumindest einen Ausgangsspannungswert zu erfassen, und die Steuereinheit (11) dazu ausgelegt ist, anhand des Laststroms (I_L) sowie des zumindest einen Ausgangsspannungswerts zumindest einen Durchlasswiderstandswert als den zumindest einen Reaktionswert zu bestimmen und einen Referenzdurchlasswiderstandswert als den Referenzreaktionswert zu bestimmen.
Schutzschaltung (4) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (15) dazu ausgelegt ist, zusätzlich einen durch den zumindest einen Halbleiterschalter (5) fließenden Laststrom (I_L) und/oder eine Temperatur (T) des zumindest einen Halbleiterschalters (5) zu erfassen, und die Steuereinheit (11) dazu ausgelegt ist, den zumindest einen Referenzreaktionswert zusätzlich in Abhängigkeit von dem erfassten Laststrom (I_L) und/oder der erfassten Temperatur (T) zu bestimmen.
Schutzschaltung (4) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vorbestimmten Eingangswerten für die Steuerspannung (Us) und/oder einem Laststrom (I_L) und/oder einer Temperatur (T) vorbestimmte Ausgangswerte zugeordnet sind, wobei die Steuereinheit (11) dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von der während der Modulation bereitgestellten Steuerspannung (Us) und/oder in Abhängigkeit von einem während der Modulation erfassten Laststrom (I_L) und/oder in Abhängigkeit von einer während der Modulation erfassten Temperatur (T) die entsprechenden vorbestimmten Ausgangswerte auszuwählen und als die Referenzreaktionswerte zu bestimmen.
Schutzschaltung (4) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (15) zur Messung des Laststroms (I_L) zumindest einen seriell zu dem zumindest einen Halbleiterschalter (5) geschalteten Messwiderstand (24) und/oder zumindest einen Stromsensor, insbesondere einen Hall-Sensor, aufweist.
Schutzschaltung (4) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Halbleiterschalter (5) einen integrierten Stromspiegel aufweist, welcher dazu ausgelegt ist, einen Teilstrom des durch den zumindest einen Halbleiterschalter (5) fließenden Laststroms (I_L) abzuzweigen, wobei die Messeinrichtung (15) dazu ausgelegt ist, den Laststrom (I_L) anhand des Teilstroms zu erfassen.
Schutzschaltung (4) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (15) zur Erfassung der Temperatur (T) einen Temperatursensor, insbesondere einen NTC-Widerstand, aufweist.
Schutzschaltung (4) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (15) zur Erfassung der Temperatur (T) zumindest eine Diode (D1, D2) aufweist und dazu ausgelegt ist, eine temperaturabhängige Diodenspannung (U_f) der zumindest einen Diode (D1, D2) zu erfassen und anhand der Diodenspannung (U_f) die Temperatur (T) des zumindest einen Halbleiterschalters (5) zu bestimmen.
Schutzschaltung (4) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Diode (D1) mit einem ersten Anschluss (7) des zumindest einen Halbleiterschalters (5) und eine zweite Diode (D2) mit einem zweiten Anschluss (8) des zumindest einen Halbleiterschalters (5) elektrisch verbunden ist, wobei die Messeinrichtung (15) dazu ausgelegt ist, - an einem ersten Spannungsabgriff (19) eine Summe aus der Diodenspannung (U_f) der ersten Diode (D1) und der Ausgangsspannung (U_A) des zumindest einen Halbleiterschalters (5) zu erfassen, - an einem zweiten Spannungsabgriff (20) die Diodenspannung (U_f) der zweiten Diode (D2) zu erfassen, - anhand der Diodenspannung (U_f) am zweiten Spannungsabgriff (20) die Temperatur (T) des zumindest einen Halbleiterschalters (5) zu bestimmen, und - die zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungsabgriff (19, 20) anliegende Spannung als die Ausgangsspannung (U_A) des zumindest einen Halbleiterschalters (5) zu erfassen.
Hochvoltbordnetz (1) für ein Kraftfahrzeug aufweisend zumindest eine Hochvoltkomponente (2), einen über zumindest eine Versorgungsleitung (3) mit der zumindest einen Hochvoltkomponente (2) elektrisch verbundenen Hochvoltspeicher und eine Schutzschaltung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug mit einem Hochvoltbordnetz (1) nach Anspruch 15.