DE102020126363A1

DE102020126363A1 - Gate-treiber- und schutzsystem für einen festkörperschalter

Info

Publication number: DE102020126363A1
Application number: DE102020126363.5A
Authority: DE
Inventors: Chandra S. Namuduri; Rashmi Prasad
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2019-11-07
Filing date: 2020-10-08
Publication date: 2021-05-12
Also published as: US11349470B2; CN112787641A; US20210143811A1

Abstract

Eine Schaltung enthält einen elektronischen Festkörperschalter mit einem ersten Leistungsanschluss und einem zweiten Leistungsanschluss und ein Treiber- und Schalterschutzsystem, das elektrisch mit dem elektronischen Festkörperschalter verbunden ist. Das Treiber- und Schalterschutzsystem enthält eine isolierte Vorspannungs-Leistungsschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Gleichstromspannung von mindestens fünfzehn Volt ausgibt, eine Strompufferschaltung, die elektrisch zwischen die isolierte Vorspannungs-Leistungsschaltung und den elektronischen Festkörperschalter geschaltet ist, und eine Dämpfungsschaltung, die elektrisch mit dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss verbunden ist.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf elektrische Komponenten, genauer gesagt auf einen Gate-Treiber und den Schutz für einen elektronischen Festkörperschalter.
Vorhandene Gate-Treiberschaltungen sind für Umrichteranwendungen ausgelegt, verbrauchen viel Strom, sind sperrig und eignen sich nicht für die Integration in Festkörperschalter. Festkörperschalter können beim Ausschalten unter Kurzschluss- oder Überlastbedingungen keine hohe Energie absorbieren, wenn die Stromquelle eine hohe Induktivität aufweist. Daher besteht die Notwendigkeit, eine kompakte Gate-Treiber- und Schutzschaltung mit geringem Leistungsverbrauch für einen Festkörperschalter zu entwickeln.
BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Gate-Treiber- und Schutz für einen elektronischen Festkörperschalter. In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Schaltung einen elektronischen Festkörperschalter mit einem ersten Leistungsanschluss und einem zweiten Leistungsanschluss sowie ein Treiber- und Schalterschutzsystem, das elektrisch mit dem elektronischen Festkörperschalter verbunden ist. Das Treiber- und Schalterschutzsystem enthält eine isolierte Vorspannungs-Leistungsschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Gleichstromspannung von mindestens 15 Volt ausgibt, eine Strompufferschaltung, die elektrisch zwischen die isolierte Vorspannungs-Leistungsschaltung und den elektronischen Festkörperschalter geschaltet ist, und eine Dämpfungsschaltung, die elektrisch über den ersten Leistungsanschluss und den zweiten Leistungsanschluss geschaltet ist.
Die Strompufferschaltung kann so konfiguriert werden, dass sie einen Ausgangsstrom von mindestens einem Ampere speist und senkt. Die Strompufferschaltung kann einen Ausgangswiderstand von weniger als zwei Ohm haben.
Die isolierte Vorspannungs-Leistungsschaltung kann als bedruckte Leiterplatte konfiguriert werden. Die isolierte Vorspannungs-Leistungsschaltung kann als eine auf einem Chip integrierte, transformatorbasierte Leistungsversorgung mit etwa einem Watt Ausgangsleistung +/- 0,5 Watt konfiguriert werden. Die auf dem Chip integrierte, transformatorbasierte Leistungsversorgung enthält eine Vielzahl von Transformatorwicklungen.
Die Schaltung kann ferner einen Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung und eine externe Steuerung umfassen, die jeweils elektrisch mit dem elektronischen Festkörperschalter verbunden sind. Der Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung kann eine Vielzahl von Komparatoren enthalten, und die externe Steuerung ist so konfiguriert, dass sie dem elektronischen Festkörperschalter befiehlt, zwischen einem Aus-Zustand und einem Ein-Zustand zu wechseln.
Die externe Steuerung kann so konfiguriert werden, dass sie dem elektronischen Festkörperschalter den Übergang in den Aus-Zustand befiehlt. Als Reaktion auf den Übergang in den Aus-Zustand ist der Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung so konfiguriert, dass sie eine Gate-Quellspannung, eine Gate-Quellstromstärke, eine Temperatur, eine Stromstärke eines zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss fließenden Stroms und eine Spannung zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss des elektronischen Festkörperschalters liest. Die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung kann so konfiguriert werden, dass sie die Gate-Quellspannung mit einer vorgegebenen Aus-Gate-Quellspannungsschwelle vergleicht.
Die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung kann so konfiguriert werden, dass sie bestimmt, dass die Gate-Quellspannung kleiner ist als die vorgegebenen Aus-Gate-Quellspannungsschwelle. Als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Gate-Quellspannung kleiner ist als die vorbestimmte Aus-Gate-Quellspannungsschwelle, kann die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung so konfiguriert werden, dass sie die Spannung zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss mit einer vorbestimmten Aus-Spannungsschwelle vergleicht. Die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung kann so konfiguriert werden, dass sie bestimmt, dass die Spannung zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss größer ist als die vorbestimmte Aus-Spannungsschwelle. Als Reaktion auf die Bestimmung, dass die Spannung zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss größer ist als die vorbestimmte Aus-Spannungsschwelle, kann die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung so konfiguriert werden, dass sie die Stromstärke des Stroms zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss mit einer vorbestimmten Aus-Stromstärkeschwelle vergleicht.
Die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung kann so konfiguriert werden, dass sie feststellt, dass die Stromstärke zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss geringer ist als die vorgegebene Aus-Stromstärkeschwelle. Als Reaktion auf die Bestimmung, dass die Stromstärke zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss kleiner ist als der vorbestimmte Aus-Stromstärkeschwelle. Die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung kann so konfiguriert werden, dass sie die Gate-Quellstromstärke mit einer vorbestimmten Aus-Gate-Quellstromstärkeschwelle vergleicht. Die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung kann so konfiguriert werden, dass sie bestimmt, dass die Gate-Quellstromstärke kleiner ist als die vorbestimmte Aus-Gate-Quellstromstärkeschwelle. Als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Gate-Quellstromstärke kleiner ist als die vorbestimmte Aus-Gate-Quellstromstärkeschwelle. Die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung kann so konfiguriert werden, dass sie ein Fehlerausgangssignal eingestellt, das einen Aus-Zustandstest besteht und anzeigt, dass der elektronische Festkörperschalter im Aus-Zustand normal arbeitet.
Die externe Steuerung ist so konfiguriert, dass sie dem elektronischen Festkörperschalter den Übergang in den Ein-Zustand befiehlt. Als Reaktion auf den Übergang in den Ein-Zustand kann die Signalverarbeitungs- und Diagnose-Steuerung so konfiguriert werden, dass sie eine Gate-Quellspannung, eine Gate-Quellstromstärke, eine Temperatur, eine Stromstärke eines zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss fließenden Stroms und eine Spannung zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss des elektronischen Festkörperschalters liest. Der Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung kann so konfiguriert werden, dass er die Gate-Quellspannung mit einer vorgegebenen Ein-Gate-Quellspannungsschwelle vergleicht. Die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung kann so konfiguriert werden, dass sie bestimmt, dass die Gate-Quellspannung größer ist als die vorgegebene Ein-Gate-Quellspannungsschwelle. Als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Gate-Quellspannung größer ist als die vorgegebene Gate-Quellspannungsschwelle.
Die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung kann so konfiguriert werden, dass sie die Spannung zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss mit einer vorgegebenen Ein-Spannungsschwelle vergleicht. Die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung kann so konfiguriert werden, dass sie bestimmt, dass die Spannung zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss geringer ist als die vorgegebene Ein-Spannungsschwelle. Als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Spannung zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss geringer ist als die vorbestimmte Ein-Spannungsschwelle.
Die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung kann so konfiguriert werden, dass sie die Stromstärke des Stroms zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss mit einer vorgegebenen Ein-Stromstärkeschwelle vergleicht. Die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung kann so konfiguriert werden, dass sie bestimmt, dass die Stromstärke zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss größer ist als die vorgegebene Ein-Stromstärkeschwelle. Als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Stromstärke zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss größer ist als die vorgegebene Ein-Stromstärkeschwelle, kann die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung so konfiguriert werden, dass sie die Gate-Quellstromstärke mit einer vorgegebenen Ein-Gate-Quellstromschwelle vergleicht. Die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung kann so konfiguriert werden, dass sie bestimmt, dass die Gate-Quellstromstärke kleiner ist als die vorbestimmte Ein-Gate-Quellstromstärkeschwelle. Als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Gate-Quellstromstärke kleiner ist als die vorgegebene Ein-Gate-Quellstromstärkeschwelle, kann die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung so konfiguriert werden, dass sie ein Fehlerausgangssignal einstellt, dass einen Ein-Zustand-Test besteht und anzeigt, dass der elektronische Festkörperschalter im Ein-Zustand normal arbeitet.
Die externe Steuerung ist so konfiguriert, dass sie dem elektronischen Festkörperschalter den Übergang in den Aus-Zustand befiehlt. Als Reaktion auf den Übergang in den Aus-Zustand kann die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung so konfiguriert werden, dass sie eine Gate-Quellspannung, eine Gate-Quellstromstärke, eine Temperatur, eine Stromstärke eines zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss fließenden Stroms und eine Spannung zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss des elektronischen Festkörperschalters liest. Die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung kann so konfiguriert werden, dass sie die Stromstärke des zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss fließenden Stroms mit einer ersten vorgegebenen Degradationsstromschwelle vergleicht. Der Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung kann so konfiguriert werden, dass sie bestimmt, dass die Stromstärke des zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss fließenden Stroms größer ist als die erste vorbestimmte Degradationsstromschwelle ist.
Als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Stromstärke des zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss fließenden Stroms größer ist als die erste vorbestimmte Degradationsstromschwelle, kann die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung so konfiguriert werden, dass sie die Stromstärke des zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss fließenden Stroms mit einer zweiten vorbestimmten Degradationsstromschwelle vergleicht. Die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung kann so konfiguriert werden, dass sie bestimmt, dass die Stromstärke des zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss fließenden Stroms größer ist als die zweite vorbestimmte Degradationsstromschwelle, wobei die zweite vorbestimmte Degradationsstromschwelle größer ist als die erste vorbestimmte Degradationsstromschwelle. Als Reaktion auf die Bestimmung, dass die Stromstärke des zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss fließenden Stroms größer ist als die zweite vorbestimmte Degradationsstromschwelle, kann die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung so konfiguriert werden, dass sie ein Fehlerausgangssignal sendet, wobei ein Degradationslevel des elektronischen Festkörperschalters auf Degradationslevel zwei eingestellt wird.
Die externe Steuerung ist so konfiguriert, dass sie dem elektronischen Festkörperschalter den Übergang in den Ein-Zustand befiehlt. Als Reaktion auf den Übergang in den Ein-Zustand kann die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung so konfiguriert werden, dass sie eine Gate-Quellspannung, eine Gate-Quellstromstärke, eine Temperatur, eine Stromstärke des zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss fließenden Stroms und eine Spannung zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss des elektronischen Festkörperschalters liest. Die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung kann so konfiguriert werden, dass sie einen Drain (Entlade)-Quellwiderstand des elektronischen Festkörperschalters berechnet, indem sie die Spannung zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss durch die Stromstärke des zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss fließenden Stroms dividiert.
Als Reaktion auf die Berechnung des Drain-Quellwiderstands des elektronischen Festkörperschalters kann die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung so konfiguriert werden, dass sie den Drain-Quellwiderstand und eine vorgegebene Ein-Widerstandsschwelle vergleicht. Die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung kann so konfiguriert werden, dass sie bestimmt, dass der Drain-Quellwiderstand größer ist als die vorbestimmte Ein-Widerstandsschwelle.
Als Reaktion auf das Bestimmen, dass der Drain-Quellwiderstand größer ist als die vorgegebene Ein-Widerstandsschwelle. Die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung kann so konfiguriert werden, dass sie die Gate-Quellstromstärke mit einer vorgegebenen Gate-Quellstromstärkeschwelle vergleicht. Die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung kann so konfiguriert werden, dass sie bestimmt, dass die Gate-Quellstromstärke größer ist als die vorbestimmte Gate-Quellstromstärkeschwelle. Als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Gate-Quellstromstärkeschwelle größer ist als der vorbestimmte Gate-Quellstromstärkeschwelle, kann die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung so konfiguriert werden, dass sie ein Fehlerausgangssignal sendet, wobei der Degradationslevel des elektronischen Festkörperschalters auf Degradationslevel vier eingestellt wird.
Die oben genannten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung einiger der besten Modi und anderer Ausführungsformen zur Durchführung der vorliegenden Lehren, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert sind, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leicht ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung einer Schaltung mit einem elektronischen Festkörperschalter und einem Gate-Treiber- und Schutzsystem, das elektrisch mit dem elektronischen Festkörperschalter verbunden ist.
2 ist ein Flussdiagramm eines ersten Diagnoseverfahrens.
3 ist ein Flussdiagramm eines zweiten Diagnoseverfahrens.
4 ist ein Flussdiagramm eines dritten Diagnoseverfahrens.
5 ist ein Flussdiagramm eines vierten Diagnoseverfahrens.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung hat lediglich beispielhaften Charakter und soll die Anwendung und Verwendungen nicht einschränken. Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, an die in der vorhergehenden Einleitung, Beschreibung oder der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellte ausdrückliche oder implizite Theorie gebunden zu sein.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können hierin in Form von funktionalen und/oder logischen Blockkomponenten und verschiedenen Verarbeitungsschritten beschrieben werden. Es ist zu beachten, dass solche Blockkomponenten durch eine Reihe von Hardware-, Software- und/oder Firmwarekomponenten realisiert werden können, die so konfiguriert sind, dass sie die angegebenen Funktionen erfüllen. Zum Beispiel kann eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verschiedene integrierte Schaltungskomponenten verwenden, z.B. Speicherelemente, digitale Signalverarbeitungselemente, Logikelemente, Nachschlagetabellen oder ähnliches, die eine Vielzahl von Funktionen unter der Kontrolle eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuervorrichtungen ausführen können. Darüber hinaus werden Fachleute verstehen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit einer Reihe von Systemen praktiziert werden können und dass die hier beschriebenen Systeme lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind.
Der Kürze halber werden Techniken im Zusammenhang mit Signalverarbeitung, Datenfusion, Signalgebung, Steuerung und anderen funktionalen Aspekten der Systeme (und der einzelnen Betriebskomponenten der Systeme) hier nicht im Detail beschrieben. Darüber hinaus sollen die Verbindungslinien, die in den verschiedenen hierin enthaltenen Figuren gezeigt werden, beispielhafte funktionelle Beziehungen und/oder physikalische Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen darstellen. Es ist zu beachten, dass alternative oder zusätzliche funktionelle Beziehungen oder physische Verbindungen in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorhanden sein können.
1 veranschaulicht eine Schaltung 100 mit einem elektronischen Festkörperschalter 102 und einem Gate-Treiber- und Schutzsystem 200. Der elektronische Festkörperschalter 102 hat einen Aus-Zustand und einen Ein-Zustand. Der elektronische Festkörperschalter 102 ist in der Lage, im Aus-Zustand einer Spannung von mindestens 650 Volt (und vorzugsweise mindestens 1200 Volt) zu widerstehen und im Ein-Zustand einen Dauerstrom von mindestens 400 Ampere zu führen. Aufgrund der unten beschriebenen Konfiguration verbraucht das Gate-Treiber- und Schutzsystem 200 weniger als ein Watt und ist kompakt für eine enge Integration in unmittelbarer Nähe der Anschlüsse des elektronischen Festkörperschalters 102. Die Abmessungen des Gate-Treiber- und Schutzsystems 200 überschreiten 55 Millimeter in der Länge, 25 Millimeter in der Breite und 10 Millimeter in der Höhe nicht.
Der elektronische Festkörperschalter 102 enthält eine Grundplatte 106 mit Montagelöchern 105 auf gegenüberliegenden Seiten der Grundplatte 106. Die Grundplatte 106 hat eine planare Form (und daher eine flache Konfiguration), um die Gesamtgröße des elektronischen Festkörperschalters 102 zu minimieren. Darüber hinaus kann die Grundplatte 106 ganz oder teilweise aus einem wärmeleitenden Material hergestellt sein, wie z.B. einem Metall, einer Metalllegierung oder einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff. Zum Beispiel kann die Grundplatte 106 ganz oder teilweise aus Kupfer, Aluminium, Aluminium-Siliziumkarbid (AlSiC), kupferinjiziertem Graphit, Graphen, Kupferschaum usw. hergestellt und auf einen Kühlkörper montiert werden.
Der elektronische Festkörperschalter 102 enthält eine elektrisch isolierende und wärmeleitende Schicht 110, die auf (wenn auch nicht direkt auf) der Grundplatte 106 angeordnet ist. Die elektrisch isolierende und wärmeleitende Schicht 110 kann ganz oder teilweise aus einem keramischen Material hergestellt sein. Geeignete keramische Materialien für die elektrisch isolierende und wärmeleitende Schicht 110 sind unter anderem Aluminiumoxid (Al₂O₃), Aluminiumnitrid (AIN), Aluminium-Siliziumkarbid (AlSiC), Siliziumnitrid (Si₃N₄). Der elektronische Festkörperschalter 102 enthält eine Lötschicht, die zwischen der Grundplatte 106 und der elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Schicht 110 angeordnet ist, um die Grundplatte 106 mit der elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Schicht 110 zu verbinden. Der Begriff „Lot“ bezeichnet eine niedrig schmelzende Legierung, insbesondere auf der Basis von Blei und Zinn oder (bei höheren Temperaturen) auf der Basis von Messing oder Silber, die zum Verbinden weniger schmelzbarer Metalle verwendet wird. Der elektronische Festkörperschalter 102 enthält ferner ein Metallblech, das direkt mit der elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Schicht 110 verbunden ist, um ein direkt verbundenes Substrat zu bilden. Das Metallblech kann ganz oder teilweise aus Aluminium hergestellt sein, um in Verbindung mit der elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Schicht 110 ein direkt verbundenes Aluminiumsubstrat (DBA-Substrat) zu bilden. Das Metallblech kann direkt mit der Lötschicht gekoppelt (und direkt darauf angeordnet) werden, um die strukturelle Integrität des elektronischen Festkörperschalters 102 zu verbessern.
Der elektronische Festkörperschalter 102 enthält ferner eine erste elektrisch leitende Leiterbahn 116, die direkt auf der elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Schicht 110 angeordnet ist, um die vom elektronischen Festkörperschalter 102 eingenommene Größe zu minimieren. Die erste elektrisch leitende Leiterbahn 116 ist direkt auf der elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Schicht 110 angeordnet (und direkt mit dieser verbunden), um die strukturelle Integrität des elektronischen Festkörperschalters 102 zu verbessern. Die erste elektrisch leitende Leiterbahn 116 hat eine planare Form, um ihre Größe zu minimieren, und bildet einen positiven Anschluss. Darüber hinaus ist die erste elektrisch leitende Leiterbahn 116 ganz oder teilweise aus einem metallischen Material, wie z.B. Kupfer, hergestellt.
Der elektronische Festkörperschalter 102 enthält ferner eine zweite elektrisch leitende Leiterbahn 118, die direkt auf der elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Schicht 110 angeordnet ist, um den von dem elektronischen Festkörperschalter 102 eingenommenen Raum zu minimieren. Zum Beispiel ist die zweite elektrisch leitende Leiterbahn 118 direkt auf der elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Schicht 110 angeordnet (und direkt mit dieser verbunden). Die zweite elektrisch leitende Leiterbahn 118 hat eine planare Form, um ihre Größe zu minimieren, und bildet einen negativen Anschluss. Ferner ist die zweite elektrisch leitende Spur 118 aus einem metallischen Material, wie Kupfer oder Aluminium, hergestellt.
Der elektronische Festkörperschalter 102 enthält ferner eine Vielzahl von Signalleitern 120 (z.B. einen ersten Signalleiter 120a und einen zweiten Signalleiter 120b), die direkt auf der elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Schicht 110 angeordnet sind. Die erste elektrisch leitende Leiterbahn 116 ist im Wesentlichen U-förmig und umgibt teilweise die Signalleiter 120. In der vorliegenden Offenbarung bedeutet der Begriff „im Wesentlichen U-förmig“ eine Form mit zwei parallelen Schenkeln, die direkt mit einem anderen Schenkel verbunden sind, der senkrecht zu den beiden parallelen Schenkeln steht. Die zweite elektrisch leitende Leiterbahn 118 ist ebenfalls im Wesentlichen U-förmig und umgibt teilweise die erste elektrisch leitende Leiterbahn 116. Die im Wesentlichen U-Form der ersten elektrisch leitenden Leiterbahn 116 und der zweiten elektrisch leitenden Leiterbahn 118 trägt dazu bei, die Größe des elektronischen Festkörperschalters 102 zu minimieren. Der erste Signalleiter 120a und der zweite Signalleiter 120b sind ganz oder teilweise aus einem metallischen Material, wie Kupfer oder Aluminium, hergestellt und sind direkt mit der elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Schicht 110 (z.B. Keramikschicht) verbunden. Der erste Signalleiter 120a kann als Source-Leiter (S) und der zweite Signalleiter 120b als Gate-Leiter bezeichnet werden. Die über die Signalleiter 120 geführten Steuereingänge ziehen eine Leistung nahe Null (d.h. weniger als ein Watt) und halten den elektronischen Festkörperschalter 102 EIN oder AUS.
Der elektronische Festkörperschalter 102 enthält eine Vielzahl von Halbleiterplättchen 122, die jeweils direkt auf der ersten elektrisch leitenden Leiterbahn 116 angeordnet sind, um den Stromfluss zu erleichtern. Obwohl die abgebildete Ausführungsform acht Halbleiterplättchen 122 zeigt, enthält der elektronische Festkörperschalter 102 zwischen vier und sechzehn Halbleiterplättchen 122 (jeweils mit einer Nennspannung von 650 Volt bis 1200 Volt), die elektrisch miteinander parallel geschaltet sind, um einen Strom von mindestens 400A zu führen und die Skalierbarkeit zu verbessern. Jeder aus der Vielzahl der Halbleiterplättchen 122 bildet einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistor (MOSFET) und enthält einen Quellanschluss, einen Gate-Anschluss und einen Drain-Anschluss. Jeder der Halbleiterplättchen 122 hat eine Mindestfläche von zwanzig Quadratmillimetern, um einen Gesamtstrom von mindestens 400 A zu führen.
Jeder aus der Vielzahl der Halbleiterplättchen 122 enthält ein Halbleitermaterial wie Silizium, Siliziumkarbid, Galliumoxid und Galliumnitrid. Die Halbleiterplättchen 122 sind in einem vorbestimmten Muster auf dem direkt verbundenen Substrat angeordnet, um eine im Wesentlichen gleiche Strom- und Temperaturverteilung aufrechtzuerhalten. Der Plättchenabstand und die Anschlussposition werden so gewählt, dass eine im Wesentlichen gleiche Strom- und Temperaturverteilung zwischen den Halbleiterplättchen 122 (die elektrisch verbunden sind) und die minimale Gehäusegröße beibehalten wird. Die Unterseite jedes der Halbleiterplättchen 122 ist direkt mit der ersten elektrisch leitenden Leiterbahn 116 verbunden. Die Platzierung der Halbleiterplättchen 122 und das Muster des direkt verbundenen Substrats erzielen eine gleiche Stromverteilung und eine niedrige parasitäre Induktivität. Der elektronische Festkörperschalter 102 enthält eine Vielzahl von Dämpfungswiderständen 121, die jeweils elektrisch mit dem Gate-Anschluss eines entsprechenden MOSFETs in Reihe geschaltet sind, um Leistungsschwingungen zu verhindern oder zumindest zu minimieren. Die Vielzahl der Halbleiterplättchen 122 sind elektrisch parallel geschaltet, um einen skalierbaren Nennstrom (z.B. ein Vielfaches von 100A) zu erreichen.
Der elektronische Festkörperschalter 102 enthält eine erste Vielzahl von elektrischen Verbindungen, die jeweils mit einem entsprechenden der Vielzahl von Halbleiterplättchen 122 elektrisch verbunden sind. Insbesondere verbindet jede der ersten Vielzahl von elektrischen Verbindungen den Quellanschluss eines entsprechenden MOSFETs mit der zweiten elektrisch leitenden Leiterbahn 118. Jede der ersten Vielzahl von elektrischen Bindungen verbindet die Vielzahl von Halbleiterplättchen 122 und die zweite elektrisch leitende Leiterbahn 118 elektrisch miteinander. Jede der ersten Vielzahl von elektrischen Verbindungen kann eine Hochstrom-Drahtverbindung, eine Bandverbindung oder eine Folienverbindung sein, um parasitäre Induktivität und Widerstand zu minimieren.
Der elektronische Festkörperschalter 102 enthält ferner eine zweite Vielzahl von elektrischen Verbindungen, von denen jede die Vielzahl der Signalleiter 120 mit der Vielzahl der Halbleiterplättchen 122 elektrisch verbindet. Insbesondere verbindet jede der zweiten Vielzahl von elektrischen Verbindungen den Gate-Anschluss und einen Quellanschluss eines entsprechenden MOSFETs elektrisch mit einem ersten Signalleiter 120a bzw. einem zweiten Signalleiter 120b. Bei der zweiten Vielzahl von elektrischen Verbindungen kann es sich um Niedrigstrom-Drahtverbindungen handeln, um parasitäre Induktivität und Widerstand zu minimieren.
Der elektronische Festkörperschalter 102 kann eine Vielzahl von Leistungsanschlüssen 132 enthalten (z.B. einen ersten Leistungsanschluss 132a und einen zweiten Leistungsanschluss 132b). Der erste Leistungsanschluss 132a ist direkt mit der ersten elektrisch leitenden Leiterbahn 116 gekoppelt (und elektrisch mit ihr verbunden). Der zweite Leistungsanschluss 132b ist direkt mit der zweiten elektrisch leitenden Leiterbahn 118 gekoppelt (und elektrisch mit ihr verbunden). Die Leistungsanschlüsse 132 sind von der Grundplatte 106 elektrisch isoliert. Der elektronische Festkörperschalter 102 kann optional einen oder mehrere Stromsensoren enthalten, die elektrisch oder magnetisch mit dem zweiten Leistungsanschluss 132b verbunden sind, um den Strom (z.B. in Ampere) des elektronischen Festkörperschalters 102 zu messen.
Der elektronische Festkörperschalter 102 kann optional einen oder mehrere Thermistoren 134 enthalten, die auf der elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Schicht 110 angeordnet sind, um (mit optimaler Genauigkeit) die Temperatur des elektronischen Festkörperschalters 102 zu messen. Die Thermistoren 134 können direkt mit den Signalleitern 120 gekoppelt werden, um die Temperatur des elektronischen Festkörperschalters 102 zu messen und zu überwachen. Ein Anschluss des Thermistors 134 kann direkt mit einem ersten Signalleiter 120a gekoppelt werden, und ein weiterer Anschluss des Thermistors 134 ist direkt mit dem zweiten Signalleiter 120d gekoppelt. Alternativ können die Thermistoren 134 als ein Chip in der Nähe des freiliegenden Halbleiterplättchens 122 eingebettet werden. Die Thermistoren 134 helfen, thermische Überlastung zu erkennen und zu verhindern.
Die Schaltung 100 enthält außerdem ein Gate-Treiber- und Schutzsystem 200 zum Schutz des elektronischen Festkörperschalters 102. Der Schaltkreis 100 enthält ferner eine Spannungsversorgung 202, die so konfiguriert ist, dass sie eine Versorgungsspannung Vcc ausgibt. Das Gate-Treiber- und Schutzsystem 200 enthält ferner eine isolierte Vorspannungs-Leistungsschaltung 204, die elektrisch mit der Spannungsversorgung 202 verbunden ist. Als solche ist die isolierte Vorspannungs-Leistungsschaltung 204 so konfiguriert, dass sie die Versorgungsspannung Vcc von der Spannungsversorgung 202 empfängt. Die isolierte Vorspannungs-Leistungsschaltung 204 ist so konfiguriert, dass sie einen festen Gleichstrom von mindestens fünfzehn Volt ausgibt. Die Vorspannungs-Leistungsschaltung 204 ist als Leiterplatte konfiguriert, um die Größe des Gate-Treiber- und Schalter-Schutzsystems 200 zu minimieren. Alternativ kann die Vorspannungs-Leistungsschaltung 204 als eine auf dem Chip integrierte, transformatorbasierte Leistungsversorgung konfiguriert werden, um die Größe der Schaltung 10 zu minimieren. Als solche kann die isolierte Vorspannungs-Leistungsschaltung 204 einen oder mehrere Transformatoren 205 enthalten, um eine Vorspannung von mindestens 15 Volt Gleichstrom zu liefern. Auf diese Weise kann die isolierte Vorspannungs-Leistungsschaltung 204 die von der Spannungsversorgung 202 gelieferte Versorgungsspannung Vcc umwandeln und isolieren und eine Vorspannung von mindestens 15 Volt Gleichstrom durch die Transformatoren 205 ausgeben. Die isolierte Vorspannungs-Leistungsschaltung 204 hat eine Eingang-zu-Ausgang-Isolationsspannungsstandhaftigkeit von mindestens 1500 Volt und eine Kriechstromfestigkeit von mindestens 9 Millimetern.
Das Gate-Treiber- und Schutzsystem 200 enthält außerdem eine Strompufferschaltung 206, die elektrisch mit der isolierten Vorspannungs-Leistungsschaltung 204 verbunden ist. Insbesondere ist die Strompufferschaltung 206 elektrisch zwischen einem Gate-Anschluss des elektronischen Festkörperschalters 102 und der isolierten Vorspannungs-Leistungsschaltung 204 angeschlossen. Die Strompufferschaltung 206 ist so konfiguriert, dass sie einen Ausgangsstrom von mindestens 1 Ampere liefern und aufnehmen kann, und hat einen Ausgangswiderstand von weniger als 2 Ohm. Es ist vorgesehen, dass die Strompufferschaltung 206 so konfiguriert ist, dass sie mindestens 1 Ampere Ausgangsstrom speist und senkt und einen Ausgangswiderstand von weniger als 2 Ohm hat. Die Strompufferschaltung 206 ist so konfiguriert, dass sie den elektronischen Festkörperschalter 102 in weniger als fünf Mikrosekunden zwischen einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand bei nicht-induktivem Lastbetrieb umschaltet. Beispielsweise ist die Strompufferschaltung 206 so konfiguriert, dass sie den elektronischen Festkörperschalter 102 in weniger als zwei Mikrosekunden zwischen einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand bei nicht-induktivem Lastbetrieb umschaltet. Der von der isolierten Vorspannungs-Leistungsschaltung 204 über die Strompufferschaltung 206 an den elektronischen Festkörperschalter 102 gelieferte Strom hat eine Gate-Quellspannung V_GS und eine Gate-Quellstromstärke I_GS. Die Gate-Quellspannung V_GS ist die Steuerspannung, die dem elektronischen Festkörperschalter 102 zugeführt wird. Die Gate-Quellstromstärke I_GS ist die Stromstärke des Steuerstroms, der dem elektronischen Festkörperschalter 102 zugeführt wird.
Der Schaltkreis 100 enthält außerdem eine externe Steuerung 208, die so konfiguriert ist, dass sie Steuereingänge bereitstellt. Die externe Steuerung 208 enthält mindestens einen Prozessor und einen Computer mit einem nicht flüchtigen lesbaren Speichergerät oder -medium. Der Prozessor kann ein kundenspezifischer oder handelsüblicher Prozessor, eine zentrale Prozessoreinheit (CPU), eine Graphikverarbeitungseinheit (GPU), ein Hilfsprozessor unter mehreren Prozessoren, die mit der externen Steuerung 208 verbunden sind, ein Mikroprozessor auf Halbleiterbasis (in Form eines Mikrochips oder Chipsatzes), ein Makroprozessor, eine Kombination davon oder allgemein eine Vorrichtung zur Ausführung von Befehlen sein. Das computerlesbare Speichergerät oder die computerlesbaren Speichermedien können z.B. flüchtige und nichtflüchtige Speicherung in Festwertspeicher (ROM), Direktzugriffsspeicher (RAM) und Keep-Alive-Speicher (KAM) umfassen. KAM ist ein persistenter oder nichtflüchtiger Speicher, der zur Speicherung verschiedener Betriebsvariablen verwendet werden kann, während der Prozessor ausgeschaltet ist. Das computerlesbare Speichergerät bzw. die computerlesbaren Speichermedien können mit Hilfe einer Reihe von Speichergeräten wie PROMs (programmierbarer Festwertspeicher), EPROMs (elektrischer PROM), EEPROMs (elektrisch löschbarer PROM), Flash-Speicher oder anderen elektrischen, magnetischen, optischen oder kombinierten Speichergeräten implementiert werden, die in der Lage sind, Daten zu speichern, von denen einige ausführbare Befehle darstellen, die von der externen Steuerung 208 zur Steuerung des Gate-Treiber- und Schutzsystems 200 verwendet werden.
Das Gate-Treiber- und Schutzsystem 200 umfasst außerdem eine erste Digital-Logik-Trennschaltung 210 und eine zweite Digital-Logik-Trennschaltung 212, die jeweils elektrisch mit der isolierten Vorspannungs-Leistungsschaltung 204 verbunden sind. Dementsprechend erhalten die erste Digital-Logik-Trennschaltung 210 und die zweite Digital-Logik-Trennschaltung 212 jeweils eine Vorspannung von der isolierten Vorspannungs-Leistungsschaltung 204. Sowohl die erste Digital-Logik-Trennschaltung 210 als auch die zweite Digital-Logik-Trennschaltung 212 sind als Chip-Baugrößen-Paket ausgeführt, um das Gate-Treiber- und Schutzsystem 200 zu minimieren. Die erste Digital-Logik-Trennschaltung 210 ist elektronisch mit der externen Steuerung 208 gekoppelt und daher so konfiguriert, dass sie den Steuereingang von der externen Steuerung 208 isoliert und steuert. Die zweite Digital-Logik-Trennschaltung 212 ist so konfiguriert, dass sie das Fehlerausgangssignal FO steuert. Die erste Digital-Logik-Trennschaltung 210 und die Strompufferschaltung 206 bilden zusammen einen Gate-Treiber 211. In der vorliegenden Offenbarung bedeutet der Begriff „Gate-Treiber“ einen Leistungsverstärker, der einen Niedrigleistungseingang von einer Steuerung (z.B. externe Steuerung 208) akzeptiert und einen Hochstrom-Treibereingang für das Gate eines Hochleistungstransistors (z.B. elektronischer Festkörperschalter 102) erzeugt. Die zeitliche Änderungsrate des Stroms (di/dt) und die zeitliche Änderungsrate der Spannung (dv/dt) werden so gesteuert, dass die transienten Spannungs- und Stromüberschwinger auf weniger als 10% der Betriebsspannung und des Betriebsstroms minimiert werden.
Das Gate-Treiber- und Schutzsystem 200 enthält außerdem eine Puffersteuerungs- und Fehlerlogikschaltung 214, die elektrisch mit dem elektronischen Festkörperschalter 102 verbunden ist. Als solche empfängt die Puffersteuerungs- und Fehlerlogikschaltung 214 Signale von den Thermistoren 134 (die die Temperatur des elektronischen Festkörperschalters 102 anzeigen) und die Spannung V_1-2 zwischen dem ersten Leistungsanschluss 132a und dem zweiten Leistungsanschluss 132b. Ein Stromsensor 133 kann elektronisch mit dem elektronischen Festkörperschalter 102 gekoppelt werden. Der Stromsensor 133 ist so konfiguriert, dass er die Stromstärke I_1-2 des zwischen dem ersten Leistungsanschluss 132a und dem zweiten Leistungsanschluss 132b fließenden Stroms misst. Der Stromsensor 133 kann ein Schnellstromsensor und/oder ein Einschaltspannungssensor sein, um den Kurzschluss- oder Überlaststrom mit einer Verzögerung von weniger als 2 Mikrosekunden auf weniger als 120% des Nennstroms zu begrenzen. Der Stromsensor 133 ermöglicht die Erkennung von Überstrom und das sichere Abschalten des elektronischen Festkörperschalters 102. Die Puffersteuerungs- und Fehlerlogikschaltung 214 ist elektrisch mit dem Stromsensor 133 verbunden. Als solche ist die Puffersteuerungs- und Fehlerlogikschaltung 214 so konfiguriert, dass sie Signale vom Stromsensor 133 empfängt, die die Stromstärke I_1-2 des zwischen dem ersten Leistungsanschluss 132a und dem zweiten Leistungsanschluss 132b fließenden Stroms anzeigen. Die Puffersteuerungs- und Fehlerlogikschaltung 214 und die zweite Digital-Logik-Trennschaltung 212 bilden zusammen eine Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213. Die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 kann eine Vielzahl von Komparatoren 215, wie z.B. einen Operationsverstärker-Spannungskomparator, enthalten, zum Vergleich zweier Spannungen oder Ströme. In der vorliegenden Offenbarung bezeichnet der Begriff „Komparator“ eine Schaltung, die zwei Spannungen oder Ströme vergleicht und ein Signal ausgibt, das angibt, welche größer ist. Die Puffersteuerungs- und Fehlerlogikschaltung 214 kann die Komparatoren 215 (d.h. Stromkomparatoren und/oder Spannungskomparatoren) enthalten, um zwei Spannungen oder Ströme zu vergleichen, und gibt ein Signal aus, das anzeigt, welches größer ist.
Das Gate-Treiber- und Schutzsystem 200 enthält ferner eine Dämpfungsschaltung 216, die elektrisch in unmittelbarer Nähe des ersten Leistungsanschlusses 132a und des zweiten Leistungsanschlusses 132b des elektronischen Festkörperschalters 102 angeschlossen ist, um das Schalten des Nennstroms von einer in Reihe mit dem Schalter geschalteten Spannungsversorgung (die eine vorbestimmte Induktivität aufweist) in weniger als 0,5 Millisekunden (z.B. weniger als 0,2 Millisekunden) zu ermöglichen und gleichzeitig die transiente Spannung über dem elektronischen Festkörperschalter 102 zu minimieren. Die Dämpfungsschaltung 216 kann einen oder mehrere Transienten-Spannungsunterdrücker (TVS) 218, wie z.B. eine Zener-Diode, enthalten, die elektrisch (z.B. parallel) mit einer Dämpfungs-Widerstands-Kondensator-Schaltung (RC-Schaltung) 220 mit vorbestimmten Schwellenwerten verbunden sind. Der TVS 218 hat eine Durchbruchspannung von mindestens 125% der maximalen Betriebseingangsspannung, aber weniger als etwa 90% der Nennspannung des elektronischen Festkörperschalters 102. Der Energienennwert des TVS 218 ist größer als 0,5 L_sI_pk ², wobei L_s die Gesamtinduktivität (d.h. die Induktivität der Spannungsversorgung und der Last) und I_pk der ungünstigste Strom ist, der durch den elektronischen Festkörperschalter 102 unterbrochen werden muss. Alternativ enthält die Dämpfungsschaltung 216 einen Serien-RC-Schaltkreis 220, der elektrisch über den ersten Leistungsanschluss 132a und den zweiten Leistungsanschluss 132b des elektronischen Festkörperschalters 102 angeschlossen ist. Der Widerstand des Widerstandes und die Kapazität der RC-Schaltung 220 sind so vorbestimmt, dass die Spannung über dem elektronischen Festkörperschalter 102 auf weniger als etwa 90% der Nennspannung begrenzt wird und eine Laststromunterbrechung in weniger als einer vorbestimmten Zeitspanne unter einer vorbestimmten Gesamtquelle und Lastinduktivität erreicht wird.
2 ist ein Flussdiagramm eines ersten Diagnoseverfahrenserfahrens 300. Das erste Diagnoseverfahrenserfahren 300 beginnt mit Block 302, in dem die externe Steuerung 208 das Steuereingangssignal CI in den Aus-Zustand versetzt. Mit anderen Worten, die externe Steuerung 208 befiehlt dem elektronischen Festkörperschalter 102, in den Aus-Zustand zu wechseln. Dann fährt das erste Diagnoseverfahrenserfahren 300 mit Block 304 fort.
In Block 304 liest die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 die Gate-Quellspannung VGS, die Gate-Quellstromstärke I_GS, die Temperatur T, die Stromstärke I_1-2 des zwischen dem ersten Leistungsanschluss 132a und dem zweiten Leistungsanschluss 132b fließenden Stroms und die Spannung V_1-2 zwischen dem ersten Leistungsanschluss 132a und dem zweiten Leistungsanschluss 132b. Die V_GS ist die Steuerspannung, die dem elektronischen Festkörperschalter 102 zwischen den Gate-Quellanschlüssen zugeführt wird. Die Stromstärke I_GS ist die Stromstärke des Stroms, der dem elektronischen Festkörperschalter 102 über die Gate-Quellanschlüsse zugeführt wird. Die Temperatur T ist die Temperatur des elektronischen Festkörperschalters 102. Das erste Diagnoseverfahren 300 fährt dann mit Block 306 fort.
Im Block 306 vergleicht die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 die Gate-Quellspannung V_GS mit einer vorgegebenen Aus-Gate-Quellspannungsschwelle V_gsoff. Die vorbestimmte Aus-Gate-Quellspannungsschwelle V_gsoff ist die maximal eingestellte Spannung, die dem elektronischen Festkörperschalter 102 zugeführt werden kann, der den elektronischen Festkörperschalter 102 im Aus-Zustand halten kann. Wenn die Gate-Quellspannung V_GS nicht kleiner als die vorgegebene Aus-Gate-Quellspannungsschwelle V_gsoff ist, dann geht das erste Diagnoseverfahren 300 zum Block 315 über. In Block 315 gibt die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 das Fehlerausgangssignal FO aus. In Block 315 setzt die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 das Fehlerausgangssignal FO in den anormalen Aus-Zustand und zeigt damit an, dass der elektronische Festkörperschalter 102 im Aus-Zustand anormal arbeitet. Ist die Gate-Quellspannung V_GS kleiner ist als die vorgegebene Aus-Gate-Quellspannungsschwelle V_gsoff, fährt das erste Diagnoseverfahren 300 mit Block 308 fort.
Im Block 308 vergleicht der Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 die Spannung V_1-2 zwischen dem ersten Leistungsanschluss 132a und dem zweiten Leistungsanschluss 132b mit einer vorgegebenen Aus-Spannungsschwelle V_off. Die vorgegebene Aus-Spannungsschwelle V_off ist die minimal eingestellte Spannung, die vom elektronischen Festkörperschalter 102 beim Übergang in den Aus-Zustand ausgegeben werden sollte. Wenn die Spannung V_1-2 nicht größer ist als die vorgegebene Aus-Spannungsschwelle V_off, geht das erste Diagnoseverfahren 300 zum Block 315 über. In Block 315 gibt die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 das Fehlerausgangssignal FO aus. In Block 315 setzt die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 das Fehlerausgangssignal FO in den anormalen Aus-Zustand und zeigt damit an, dass der elektronische Festkörperschalter 102 im Aus-Zustand anormal arbeitet. Wenn die Spannung V_1-2 größer ist als die vorgegebene Aus-Spannungsschwelle V_off, fährt das erste Diagnoseverfahren 300 mit Block 310 fort.
In Block 310 vergleicht die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 die Stromstärke I_1-2 des Stroms zwischen dem ersten Leistungsanschluss 132a und dem zweiten Leistungsanschluss 132b mit einer vorgegebenen Aus-Stromschwelle I_off. Die vorgegebene Aus-Stromschwelle I_off ist die maximal eingestellte Stromstärke, die vom elektronischen Festkörperschalter 102 beim Übergang in den Aus-Zustand ausgegeben werden könnte. Wenn die Stromstärke I_1-2 nicht kleiner ist als die vorgegebene Aus-Stromschwelle I_off, geht das erste Diagnoseverfahren 300 zum Block 315 über. In Block 315 gibt die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 das Fehlerausgangssignal FO aus. In Block 315 setzt die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 das Fehlerausgangssignal FO in den anormalen Aus-Zustand und zeigt damit an, dass der elektronische Festkörperschalter 102 im Aus-Zustand anormal arbeitet. Ist die Stromstärke I_1-2 kleiner als die vorgegebene Aus-Stromschwelle I_off, geht das erste Diagnoseverfahren 300 zu Block 312 über.
Im Block 312 vergleicht die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 die Gate-Quellstromstärke IGS mit einer vorgegebenen Aus-Gate-Quellstromstärkenschwelle I_gsoff. Die vorbestimmte Aus-Gate-Quellstromstärkenschwelle I_gsoff ist der maximal eingestellte Strom, der dem elektronischen Festkörperschalter 102 zugeführt werden könnte, um den elektronischen Festkörperschalter 102 in den Aus-Zustand zu überführen. Wenn die Gate-Quellstromstärke I_GS nicht kleiner als der vorbestimmte Aus-Gate-Quellstromstärkenschwelle I_gsoff ist, dann geht das erste Diagnoseverfahren 300 zum Block 315 über. In Block 315 gibt die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 das Fehlerausgangssignal FO aus. In Block 315 setzt die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 das Fehlerausgangssignal FO in den anormalen Aus-Zustand, was anzeigt, dass der elektronische Festkörperschalter 102 im Aus-Zustand anormal arbeitet. Wenn die Gate-Quellstromstärke I_GS kleiner als die vorgegebene Aus-Gate-Quellstromstärkenschwelle I_gsoff ist, fährt das erste Diagnoseverfahren 300 mit Block 314 fort. In Block 314 setzt die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 das Fehlerausgangssignal FO so, dass es den Aus-Zustandstest besteht und anzeigt, dass der elektronische Festkörperschalter 102 im Aus-Zustand normal arbeitet.
3 ist ein Flussdiagramm eines zweiten Diagnoseverfahrens 400, das mit dem ersten Diagnoseverfahren 300 kombiniert werden kann. Das zweite Diagnoseverfahren 400 beginnt mit Block 402, in dem die externe Steuerung 208 das Steuereingangssignal CI in den Ein-Zustand versetzt. Mit anderen Worten, die externe Steuerung 208 befiehlt dem elektronischen Festkörperschalter 102 den Übergang in den Ein-Zustand. Dann fährt das zweite Diagnoseverfahren 400 mit Block 304 fort.
In Block 404 liest die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 die Gate-Quellspannung V_GS, die Gate-Quellstromstärke I_GS, die Temperatur T, die Stromstärke I_1-2 des zwischen dem ersten Leistungsanschluss 132a und dem zweiten Leistungsanschluss 132b fließenden Stroms und die Spannung V_1-2 zwischen dem ersten Leistungsanschluss 132a und dem zweiten Leistungsanschluss 132b. Die Spannung V_GS ist die Spannung, die dem elektronischen Festkörperschalter 102 zwischen den Gate-Quellanschlüssen zugeführt wird. Die Stromstärke I_GS ist die Stromstärke des Stroms, der dem elektronischen Festkörperschalter 102 über die Gate-Quellanschlüsse zugeführt wird. Die Temperatur T ist die Temperatur des elektronischen Festkörperschalters 102. Das zweite Diagnoseverfahren 400 fährt dann mit Block 406 fort.
Im Block 406 vergleicht die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 die Gate-Quellspannung V_GS mit einer vorgegebenen Ein-Gate-Quellspannungsschwelle V_gson. Die vorbestimmte Ein-Gate-Quellspannungsschwelle V_gson ist die minimal eingestellte Spannung, die dem elektronischen Festkörperschalter 102 zugeführt werden sollte, um den elektronischen Festkörperschalter 102 in den Ein-Zustand zu versetzen. Wenn die Gate-Quellspannung V_GS nicht größer als die vorgegebene Ein-Gate-Quellspannungsschwelle V_gson ist, fährt das zweite Diagnoseverfahren 400 mit Block 415 fort. In Block 415 gibt die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 das Fehlerausgangssignal FO aus. In Block 415 setzt die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 das Fehlerausgangssignal FO in den anormalen Ein-Zustand und zeigt damit an, dass der elektronische Festkörperschalter 102 im Ein-Zustand anormal arbeitet. Wenn die Gate-Quellspannung V_GS größer als die vorgegebene Ein-Gate-Quellspannungsschwelle V_gson ist, fährt das zweite Diagnoseverfahren 400 mit Block 408 fort.
Im Block 408 vergleicht die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 die Spannung V_1-2 zwischen dem ersten Leistungsanschluss 132a und dem zweiten Leistungsanschluss 132b mit einer vorgegebenen Ein-Spannungsschwelle Von. Die vorgegebene Ein-Spannungsschwelle Von ist die maximal eingestellte Spannung, die beim Übergang in den Ein-Zustand gegenüber dem elektronischen Festkörperschalter 102 vorhanden sein darf. Wenn die Spannung V_1-2 nicht kleiner als die vorgegebene Ein-Spannungsschwelle Von ist, dann fährt das zweite Diagnoseverfahren 400 mit Block 415 fort. In Block 415 gibt die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 das Fehlerausgangssignal FO aus. In Block 415 setzt die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 das Fehlerausgangssignal FO in den anormalen Ein-Zustand und zeigt damit an, dass der elektronische Festkörperschalter 102 im Ein-Zustand anormal arbeitet. Wenn die Spannung V_1-2 kleiner als die vorgegebene Ein-Spannungsschwelle Von ist, fährt das zweite Diagnoseverfahren 400 mit Block 410 fort.
In Block 410 vergleicht die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 die Stromstärke I_1-2 des Stroms zwischen dem ersten Leistungsanschluss 132a und dem zweiten Leistungsanschluss 132b mit einer vorgegebenen Ein-Stromstärkeschwelle Ion. Die vorgegebene Ein-Stromstärkeschwelle Ion ist die minimal eingestellte Stromstärke, die vom elektronischen Festkörperschalter 102 beim Übergang in den Ein-Zustand ausgegeben werden sollte. Wenn die Stromstärke I_1-2 nicht grösser als die vorgegebene Ein-Stromstärkeschwelle Ion ist, fährt das zweite Diagnoseverfahren 400 mit Block 415 fort. In Block 415 gibt die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 das Fehlerausgangssignal FO aus. In Block 415 setzt die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 das Fehlerausgangssignal FO in den anormalen Ein-Zustand und zeigt damit an, dass der elektronische Festkörperschalter 102 im Ein-Zustand anormal arbeitet. Wenn die Stromstärke I_1-2 größer als die vorgegebene Ein-Stromstärke Ion ist, fährt das zweite Diagnoseverfahren 400 mit Block 412 fort.
In Block 412 vergleicht die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 die Gate-Quellstromstärke I_GS mit einer vorgegebenen Ein-Gate-Quellstromstärkeschwelle I_gson. Die vorgegebene Aus-Gate-Quellstromstärkeschwelle I_gson ist die maximal eingestellte Spannung, die dem elektronischen Festkörperschalter 102 zugeführt werden sollte, um den elektronischen Festkörperschalter 102 in den Ein-Zustand zu versetzen. Wenn die Gate-Quellstromstärke I_GS nicht kleiner als die vorbestimmte Ein-Gate-Quellstromstärkeschwelle I_gson ist, geht das zweite Diagnoseverfahren 400 zum Block 415 über. In Block 415 gibt die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 das Fehlerausgangssignal FO aus. In Block 415 setzt die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 das Fehlerausgangssignal FO in den anormalen Ein-Zustand und zeigt damit an, dass der elektronische Festkörperschalter 102 im Ein-Zustand anormal arbeitet. Ist die Gate-Quellstromstärke I_GS kleiner als die vorgegebene Ein-Gate-Quellstromstärkeschwelle I_gson, dann fährt das zweite Diagnoseverfahren 400 mit Block 414 fort. In Block 414 setzt die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 das Fehlerausgangssignal FO so, dass es den Ein-Zustands-Test besteht, was anzeigt, dass der elektronische Festkörperschalter 102 im eingeschalteten Zustand normal arbeitet.
4 ist ein Flussdiagramm eines dritten Diagnoseverfahrens 500 zur Bestimmung des Degradationslevels des elektronischen Festkörperschalters 102. Das dritte Diagnoseverfahren 500 beginnt mit Block 502, in dem die externe Steuerung 208 das Steuereingangssignal CI in den Aus-Zustand versetzt. Mit anderen Worten, die externe Steuerung 208 befiehlt dem elektronischen Festkörperschalter 102, in den Aus-Zustand zu wechseln. Dann fährt das dritte Diagnoseverfahren 500 mit Block 504 fort.
In Block 504 liest die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 die Gate-Quellspannung V_GS, die Gate-Quellstromstärke I_GS, die Temperatur T, die Stromstärke I_1-2 des zwischen dem ersten Leistungsanschluss 132a und dem zweiten Leistungsanschluss 132b fließenden Stroms und die Spannung V_1-2 zwischen dem ersten Leistungsanschluss 132a und dem zweiten Leistungsanschluss 132b. Die Spannung V_GS ist die Spannung, die dem elektronischen Festkörperschalter 102 zwischen den Gate-Quellanschlüssen zugeführt wird. Die Stromstärke I_GS ist die Stromstärke des Stroms, der dem elektronischen Festkörperschalter 102 über die Gate-Quellanschlüsse zugeführt wird. Die Temperatur T ist die Temperatur des elektronischen Festkörperschalters 102. Dann fährt das dritte Diagnoseverfahren 500 mit Block 506 fort.
In Block 506 prüft die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 die Stromstärke I_1-2 des zwischen dem ersten Leistungsanschluss 132a und dem zweiten Leistungsanschluss 132b fließenden Stroms gegen die Funktion der Temperatur T des elektronischen Festkörperschalters 102 und der Spannung V_1-2 zwischen dem ersten Leistungsanschluss 132a und dem zweiten Leistungsanschluss 132b. Diese Funktion kann in einer durch Tests entwickelten Nachschlagetabelle angegeben werden. Nach Block 506 fährt das dritte Diagnoseverfahren 500 mit Block 508 fort.
In Block 508 vergleicht die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 die Stromstärke I_1-2 des Stroms, der zwischen dem ersten Leistungsanschluss 132a und dem zweiten Leistungsanschluss 132b fließt, mit einer ersten vorgegebenen Degradationsstromschwelle I_off1. Wenn die Stromstärke I_1-2 des Stroms, der zwischen dem ersten Leistungsanschluss 132a und dem zweiten Leistungsanschluss 132b fließt, nicht größer als die erste vorgegebene Degradationsstromschwelle I_off1 ist, fährt das dritte Diagnoseverfahren 500 mit Block 516 fort. Bei Block 516 kehrt das dritte Diagnoseverfahren 500 zu den restlichen Steuerschritten zurück. Wenn die Stromstärke I_1-2 des zwischen dem ersten Leistungsanschluss 132a und dem zweiten Leistungsanschluss 132b fließenden Stroms größer als die erste vorgegebene Degradationsstromschwelle I_off1 ist, fährt das dritte Diagnoseverfahren 500 mit Block 510 fort.
In Block 510 vergleicht die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 die Stromstärke I_1-2 des Stroms, der zwischen dem ersten Leistungsanschluss 132a und dem zweiten Leistungsanschluss 132b fließt, mit einer zweiten vorgegebenen Degradationsstromschwelle I_off2. Wenn die Stromstärke I_1-2 des zwischen dem ersten Leistungsanschluss 132a und dem zweiten Leistungsanschluss 132b fließenden Stroms nicht größer ist als die zweite vorbestimmte Degradationsstromschwelle I_off2, dann geht das dritte Diagnoseverfahren 500 zu Block 512 über. In Block 512 sendet die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 das Fehlerausgangssignal FO und setzt das Degradationslevel des elektronischen Festkörperschalters 102 auf Degradationslevel 1. Nach Block 512 fährt das dritte Diagnoseverfahren 500 mit Block 516 fort. Wenn die Stromstärke I_1-2 des zwischen dem ersten Leistungsanschluss 132a und dem zweiten Leistungsanschluss 132b fließenden Stroms größer als die zweite vorgegebene Degradationsstromschwelle I_off2 ist, fährt das dritte Diagnoseverfahren 500 mit Block 514 fort. In Block 514 sendet die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 das Fehlerausgangssignal FO und setzt das Degradationslevel des elektronischen Festkörperschalters 102 auf Degradationslevel 2. Nach Block 514 fährt das dritte Diagnoseverfahren 500 mit Block 516 fort.
5 ist ein Flussdiagramm eines vierten Diagnoseverfahrens 600 zur Bestimmung des Degradationslevels des elektronischen Festkörperschalters 102. Das vierte Diagnoseverfahren 600 beginnt mit Block 602, in dem die externe Steuerung 208 das Steuereingangssignal CI in den Ein-Zustand versetzt. Mit anderen Worten, die externe Steuerung 208 befiehlt dem elektronischen Festkörperschalter 102, in den Ein-Zustand überzugehen. Dann fährt das vierte Diagnoseverfahren 600 mit Block 604 fort.
Im Block 604 berechnet die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 den Drain-Quellwiderstand Rdson, d.h. den Gesamtwiderstand zwischen Drain und Quelle im elektronischen Festkörperschalter 102, wenn sich der elektronische Festkörperschalter 102 im Ein-Zustand befindet. Dazu teilt die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 die Spannung V_1-2 zwischen dem ersten Leistungsanschluss 132a und dem zweiten Leistungsanschluss 132b durch die Stromstärke I_1-2 des zwischen dem ersten Leistungsanschluss 132a und dem zweiten Leistungsanschluss 132b fließenden Stroms (d.h. R_dson = V_1-2/I_1-2), wenn sich der elektronische Festkörperschalter 102 im Ein-Zustand befindet. Außerdem wird in Block 606 der Drain-Quellwiderstand Rdson gegen die Funktion der Temperatur T, der Stromstärke I_1-2 des zwischen dem ersten Leistungsanschluss 132a und dem zweiten Leistungsanschluss 132b fließenden Stroms und der Gate-Quellspannung V_GS geprüft. Diese Funktion kann in einer durch Tests entwickelten Nachschlagetabelle angegeben sein. Die Gate-Quellstromstärke I_GS wird auch gegen die Temperatur T des elektronischen Festkörperschalters 102 und die Gate-Quellspannung V_GS geprüft. Diese Funktion kann in einer durch Tests entwickelten Nachschlagetabelle angegeben sein. Dann geht das vierte Diagnoseverfahren 600 zum Block 608 über.
Im Block 608 vergleicht die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 den Drain-Quellwiderstand Rdson und eine vorgegebene Ein-Widerstandsschwelle R_on1. Wenn der Drain-Quellwiderstand Rdson nicht größer als die vorgegebene Ein-Widerstandsschwelle R_on1 ist, fährt das vierte Diagnoseverfahren 600 mit Block 616 fort. Bei Block 616 kehrt das vierte Diagnoseverfahren 600 zu Block 602 zurück. Wenn der Drain-Quellwiderstand Rdson größer ist als die vorgegebene Ein-Widerstandsschwelle R_on1, dann fährt das vierte Diagnoseverfahren 600 mit Block 610 fort.
Im Block 610 vergleicht die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 die Gate-Quellstromstärke I_GS mit einer vorgegebenen Gate-Quellstromstärkenschwelle I_gson1. Wenn die Gate-Quellstromstärke I_GS nicht größer ist als die vorbestimmte Gate-Quellstromstärkenschwelle I_gson1, dann fährt das vierte Diagnoseverfahren 600 mit Block 612 fort. In Block 612 sendet die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 das Fehlerausgangssignal FO und setzt das Degradationslevel des elektronischen Festkörperschalters 102 auf Degradationslevel 3. Nach Block 612 fährt das vierte Diagnoseverfahren 600 mit Block 616 fort. Wenn die Gate-Quellstromstärke I_GS größer als die vorgegebene Gate-Quellstromstärkenschwelle Ig_son1 ist, fährt das vierte Diagnoseverfahren 600 mit Block 614 fort. In Block 614 sendet die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung 213 das Fehlerausgangssignal FO und setzt das Degradationslevel des elektronischen Festkörperschalters 102 auf Degradationslevel 4. Nach Block 614 fährt das vierte Diagnoseverfahren 600 mit Block 616 fort.
Die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren sind unterstützend und beschreibend für die vorliegenden Lehren, aber der Umfang der vorliegenden Lehren wird allein durch die Ansprüche definiert. Während einige der besten Modi und andere Ausführungsformen zur Durchführung der vorliegenden Lehren ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Designs und Ausführungsformen, um die in den beigefügten Ansprüchen definierten vorliegenden Lehren zu praktizieren.

Claims

Schaltung, aufweisend: einen elektronischen Festkörperschalter mit einem ersten Leistungsanschluss und einem zweiten Leistungsanschluss; ein Treiber- und Schalterschutzsystem, das elektrisch mit dem elektronischen Festkörperschalter verbunden ist, wobei das Treiber- und Schalterschutzsystem umfasst: eine isolierte Vorspannungs-Leistungsschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Gleichstromspannung von mindestens fünfzehn Volt ausgibt; eine Strompufferschaltung, die elektrisch zwischen die isolierte Vorspannungs-Leistungsschaltung und den elektronischen Festkörperschalter geschaltet ist; und eine Dämpfungsschaltung, die elektrisch mit dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss verbunden ist.
Schaltung nach Anspruch 1, wobei die Strompufferschaltung so konfiguriert ist, dass sie mindestens einen Ampere-Ausgangsstrom speist und senkt.
Schaltung nach Anspruch 2, wobei die Strompufferschaltung einen Ausgangswiderstand von weniger als zwei Ohm hat.
Schaltung nach Anspruch 3, wobei die isolierte Vorspannungs-Leistungsschaltung als gedruckte Leiterplatte konfiguriert ist.
Schaltung nach Anspruch 3, wobei die isolierte Vorspannungs-Leistungsschaltung eine auf einem Chip integrierte, transformatorbasierte Leistungsversorgung mit einer Ausgangsleistung von einem Watt +/- 0,5 Watt ist und die auf dem Chip integrierte, transformatorbasierte Leistungsversorgung eine Vielzahl von Transformatorwicklungen enthält.
Schaltung nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung und eine externe Steuerung, die jeweils elektrisch mit dem elektronischen Festkörperschalter verbunden sind, wobei die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung eine Vielzahl von Komparatoren enthält und die externe Steuerung konfiguriert ist, um dem elektronischen Festkörperschalter zu befehlen, zwischen einem Aus-Zustand und einem Ein-Zustand zu wechseln.
Schaltung nach Anspruch 6, wobei die externe Steuerung konfiguriert ist, um dem elektronischen Festkörperschalter den Übergang in den Aus-Zustand zu befehlen; wobei die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung als Reaktion auf den Übergang in den Aus-Zustand konfiguriert ist, um: eine Gate-Quellspannung, eine Gate-Quellstromstärke, eine Temperatur, eine Stromstärke eines Stroms, der zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss fließt, und eine Spannung zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss des elektronischen Festkörperschalters zu lesen; die Gate-Quellspannung mit einer vorgegebenen Aus-Gate-Quellspannungsschwelle zu vergleichen; zu bestimmen, dass die Gate-Quellspannung kleiner als die vorgegebene Aus-Gate-Quellspannungsschwelle ist; als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Gate-Quellspannung kleiner als die vorbestimmte Aus-Gate-Quellspannungsschwelle ist, die Spannung zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss mit einer vorbestimmten Aus-Spannungsschwelle zu vergleichen; zu bestimmen, dass die Spannung zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss größer ist als die vorgegebene Aus-Spannungsschwelle; als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Spannung zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss größer ist als die vorbestimmte Aus-Spannungsschwelle, die Stromstärke des Stroms zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss mit einer vorbestimmten Aus-Stromstärkenschwelle zu vergleichen; zu bestimmen, dass die Stromstärke des Stroms zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss geringer ist als die vorbestimmte Aus-Stromstärkenschwelle; als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Stromstärke des Stroms zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss geringer ist als die vorbestimmte Aus-Stromstärkenschwelle, die Gate-Quellstromstärke mit einer vorgegebenen Aus-Gate-Quellstromstärkenschwelle zu vergleichen; zu bestimmen, dass die Gate-Quellstromstärke kleiner ist als die vorbestimmte Aus-Gate-Quellstromstärkenschwelle ist, und als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Gate-Quellstromstärke kleiner ist als die vorgegebene Aus-Gate-Quellstromstärkenschwelle, ein Fehlerausgangssignal setzen, das einen Aus-Zustandstest besteht und anzeigt, dass der elektronische Festkörperschalter im Aus-Zustand normal arbeitet.
Schaltung nach Anspruch 6, wobei die externe Steuerung konfiguriert ist, um dem elektronischen Festkörperschalter den Übergang in den Ein-Zustand zu befehlen; wobei die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung als Reaktion auf den Übergang in den Ein-Zustand konfiguriert ist, um: eine Gate-Quellspannung, eine Gate-Quellstromstärke, eine Temperatur, eine Stromstärke eines Stroms, der zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss fließt, und eine Spannung zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss des elektronischen Festkörperschalters zu lesen; die Gate-Quellspannung mit einer vorgegebenen Ein-Gate-Quellspannungsschwelle zu vergleichen; zu bestimmen, dass die Gate-Quellspannung größer ist als die vorgegebene Ein-Gate-Quellspannungsschwelle; als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Gate-Quellspannung größer ist als die vorgegebene Ein-Gate-Quellspannungsschwelle, die Spannung zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss mit einer vorgegebenen Ein-Spannungsschwelle zu vergleichen; zu bestimmen, dass die Spannung zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss geringer ist als die vorgegebene Ein-Spannungsschwelle; als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Spannung zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss kleiner ist als die vorbestimmte Ein-Spannungsschwelle, die Stromstärke des Stroms zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss mit einer vorbestimmten Ein-Stromstärkeschwelle zu vergleichen; zu bestimmen, dass die Stromstärke des Stroms zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss größer ist als die vorgegebene Ein-Stromstärkeschwelle; als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Stromstärke des Stroms zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss größer ist als die vorgegebene Ein-Stromstärkeschwelle, die Gate-Quellstromstärke mit einer vorgegebenen Ein-Gate-Quellstromstärkeschwelle zu vergleichen; zu bestimmen, dass die Gate-Quellstromstärke kleiner ist als die vorgegebene Ein-Gate-Quellstromstärkeschwelle; und als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Gate-Quellstromstärke kleiner als der vorgegebene Ein-Gate-Quellstromstärkeschwelle ist, ein Fehlerausgangssignal setzen, das einen Ein-Zustandstest besteht und anzeigt, dass der elektronische Festkörperschalter im Ein-Zustand normal arbeitet.
Schaltung nach Anspruch 6, wobei die externe Steuerung konfiguriert ist, um dem elektronischen Festkörperschalter den Übergang in den Aus-Zustand zu befehlen; wobei die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung als Reaktion auf den Übergang in den Aus-Zustand konfiguriert ist, um: eine Gate-Quellspannung, eine Gate-Quellstromstärke, eine Temperatur, eine Stromstärke eines Stroms, der zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss fließt, und eine Spannung zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss des elektronischen Festkörperschalters zu lesen; die Stromstärke des zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss fließenden Stroms mit einer ersten vorgegebenen Degradationsstromschwelle zu vergleichen; zu bestimmen, dass die Stromstärke des Stroms zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss größer ist als die erste vorgegebene Degradationsstromschwelle; als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Stromstärke des Stroms zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss größer ist als die erste vorbestimmte Degradationsstromschwelle, die Stromstärke des Stroms zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss mit einer zweiten vorbestimmten Degradationsstromschwelle zu vergleichen; zu bestimmen, dass die Stromstärke des Stroms zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss größer ist als die zweite vorbestimmte Degradationsstromschwelle, wobei die zweite vorbestimmte Degradationsstromschwelle größer als die erste vorbestimmte Degradationsstromschwelle ist; und als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Stromstärke des Stroms zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss größer ist als die zweite vorbestimmte Degradationsstromschwelle, ein Fehlerausgangssignal zu senden, wobei ein Degradationslevel des elektronischen Festkörperschalters auf Degradationslevel zwei eingestellt wird.
Schaltung nach Anspruch 6, wobei die externe Steuerung konfiguriert ist, um dem elektronischen Festkörperschalter den Übergang in den Ein-Zustand zu befehlen; wobei die Signalverarbeitungs- und Diagnosesteuerung als Reaktion auf den Übergang in den Ein-Zustand konfiguriert ist, um: eine Gate-Quellspannung, eine Gate-Quellstromstärke, eine Temperatur, eine Stromstärke eines Stroms zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss, und eine Spannung zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss des elektronischen Festkörperschalters zu lesen; einen Drain-Quellwiderstand des elektronischen Festkörperschalters zu berechnen, indem die Spannung zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss durch die Stromstärke des Stroms zwischen dem ersten Leistungsanschluss und dem zweiten Leistungsanschluss geteilt wird; als Reaktion auf das Berechnen des Drain-Quellwiderstand des elektronischen Festkörperschalters den Drain-Quellwiderstand mit einer vorgegebenen Ein-Widerstandsschwelle zu vergleichen; zu bestimmen, dass der Drain-Quellwiderstand größer ist als die vorgegebene Ein-Widerstandsschwelle; als Reaktion auf das Bestimmen, dass der Drain-Quellwiderstand größer ist als die vorgegebene Ein-Widerstandsschwelle, die Gate-Quellstromstärke mit einer vorgegebenen Gate-Quellstromstärkenschwelle zu vergleichen; zu bestimmen, dass die Gate-Quellstromstärke größer ist als die vorgegebene Gate-Quellstromstärkenschwelle; und als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Gate-Quellstromstärke größer ist als die vorgegebene Gate-Quellstromstärkenschwelle, ein Fehlerausgangssignal zu senden, wobei der Degradationslevel des elektronischen Festkörperschalters auf Degradationslevel vier eingestellt wird.