DE102020131060A1

DE102020131060A1 - Intelligenter elektronischer schalter

Info

Publication number: DE102020131060A1
Application number: DE102020131060.9A
Authority: DE
Inventors: Christian Djelassi-Tscheck; Michael Asam; Mirko Bernardoni; David Jaquinod; Andre Mourrier; Mario Tripolt
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2020-11-24
Filing date: 2020-11-24
Publication date: 2022-05-25
Also published as: US20220166422A1; CN114553198A; US11955957B2

Abstract

Eine Schaltung zum Ansteuern eines elektronischen Schalters wird hier beschrieben. Gemäß einer Ausführungsform enthält die Schaltung eine Steuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Einschalten und ein Ausschalten des elektronischen Schalters entsprechend einem Eingangssignal auszulösen. Die Steuerschaltung ist weiterhin dazu ausgebildet, als Reaktion auf ein Unterspannungssignal, das einen Unterspannungszustand anzeigt, ein Ausschalten des elektronischen Schalters auszulösen. Die Schaltung zum Ansteuern eines elektronischen Schalters enthält weiterhin eine Unterspannungserkennungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, den Unterspannungszustand zu signalisieren, wenn eine an einem Versorgungsknoten empfangene Versorgungsspannung unter einem Unterspannungsschwellenwert liegt, wobei der Unterspannungsschwellenwert von einem durch den elektronischen Schalter fließenden Laststrom abhängt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft das Gebiet intelligenter Halbleiterschalter.
HINTERGRUND
Bei vielen Anwendungen werden elektrische Lasten unter Verwendung von Halbleiterschaltern ein- und ausgeschaltet. Halbleiterschalter, die neben dem elektronischen Schalter als solchem (z. B. einem Leistungstransistor) zusätzliche Schaltkreise enthalten, werden gewöhnlich als intelligente elektronische Schalter oder einfach als intelligente Schalter bezeichnet. Beispiele für zusätzliche Schaltkreise sind ein Temperatursensor zum Erkennen von Übertemperatur, ein Laststromsensor, der den durch den Schalter fließenden Laststrom misst, ein Spannungskomparator zum Erkennen der Eingangsspannung, eine Steuerlogik, die ein Steuersignal erzeugt, das ein Einschalten oder Ausschalten in Abhängigkeit von einem Eingangssignal und gemessenen Parametern wie etwa dem gemessenen Strom und der Temperatur auslöst, sowie ein Schnittstellenschaltkreis zum Ausgeben gemessener Parameter usw.
Nicht nur bei Automotive-Anwendungen werden intelligente Schalter zunehmend verwendet, um herkömmliche Sicherungen zu ersetzen. Intelligente Schalter, die als Ersatz für Sicherungen verwendet werden können, können als intelligente Sicherungen oder elektronische Sicherungen bezeichnet werden. In diesen Fällen kann der intelligente Schalter einen Schaltkreis enthalten, der dazu ausgebildet ist, den gemessenen Laststrom zu überwachen und abhängig von dem Laststrom und einer Kennlinie, die eine Kennlinie einer Leitung („wire“), die den intelligenten Schalter und eine elektrische Last verbindet, darstellt, einen Schalter auszulösen. Zusätzlich kann der oben erwähnte zusätzliche Schaltkreis, der in einem intelligenten Schalter enthalten ist, eine Laststrombegrenzungsfunktion bereitstellen.
Wenn zwei oder mehr Lasten an die Leistungsversorgung (z. B. die bordeigene Versorgung eines Kraftfahrzeugs) angeschlossen sind, kann eine defekte Last, die (aufgrund des Defekts) einen relativ hohen Strom von der Versorgung zieht, einen Abfall der Versorgungsspannung verursachen, was sich auch auf andere an dieselbe Leistungsversorgung angeschlossene Lasten auswirken kann.
ÜBERBLICK
Eine Schaltung zum Ansteuern eines elektronischen Schalters wird hier beschrieben. Gemäß einer Ausführungsform enthält die Schaltung eine Steuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Einschalten und ein Ausschalten des elektronischen Schalters entsprechend einem Eingangssignal auszulösen. Die Steuerschaltung ist weiterhin dazu ausgebildet, als Reaktion auf ein Unterspannungssignal, das einen Unterspannungszustand anzeigt, ein Ausschalten des elektronischen Schalters auszulösen. Die Schaltung zum Ansteuern eines elektronischen Schalters enthält weiterhin eine Unterspannungserkennungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, den Unterspannungszustand zu signalisieren, wenn eine an einem Versorgungsknoten empfangene Versorgungsspannung unter einem Unterspannungsschwellenwert liegt, wobei der Unterspannungsschwellenwert von einem durch den elektronischen Schalter fließenden Laststrom abhängt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform enthält die Schaltung zum Ansteuern eines elektronischen Schalters eine Steuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Einschalten und ein Ausschalten des elektronischen Schalters entsprechend einem Eingangssignal auszulösen. Die Steuerschaltung ist weiterhin dazu ausgebildet, als Reaktion auf ein Überstromsignal, das einen Überstromzustand anzeigt, ein Ausschalten des elektronischen Schalters auszulösen. Die Schaltung zum Ansteuern eines elektronischen Schalters enthält weiterhin eine Stromüberwachungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, einen Überstromzustand basierend auf dem Stromerfassungssignal und einem Stromschwellenwert, der von einer an einem Versorgungsknoten empfangenen Versorgungsspannung abhängt, zu signalisieren.
Gemäß einer anderen Ausführungsform enthält die Schaltung zum Ansteuern eines elektronischen Schalters eine Steuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Einschalten und ein Ausschalten des elektronischen Schalters entsprechend einem Eingangssignal auszulösen, wobei die Steuerschaltung weiterhin dazu ausgebildet ist, als Reaktion auf ein Überstromsignal, das einen Überstromzustand anzeigt, ein Ausschalten des elektronischen Schalters auszulösen. Die Schaltung zum Ansteuern eines elektronischen Schalters enthält weiterhin eine Stromüberwachungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, den Überstromzustand basierend auf dem Stromerfassungssignal und einer Strom-Zeit-Kennlinie, die von einer an einem Versorgungsknoten empfangenen Versorgungsspannung abhängt, zu signalisieren.
Figurenliste
Die Erfindung lässt sich unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen und Beschreibungen besser verstehen. Die Komponenten in den Abbildungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; stattdessen wird der Schwerpunkt darauf gelegt, die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen. Darüber hinaus bezeichnen gleiche Bezugszahlen in den Zeichnungen entsprechende Teile. Zu den Zeichnungen:

1 veranschaulicht ein allgemeines Beispiel für einen intelligenten Schalter.
2 veranschaulicht den Betrieb mehrerer Lasten an derselben Leistungsversorgung, wobei jede Last über einen entsprechenden intelligenten Schalter einzeln ein- und ausgeschaltet werden kann.
3 enthält Zeitverlaufsdiagramme, die das gewünschte Verhalten eines intelligenten Schalters gemäß den hier beschriebenen Ausführungsformen veranschaulichen.
4 zeigt eine Ausführungsform eines intelligenten Schalters, der wie in 3 dargestellt betrieben werden kann.
5 zeigt eine beispielhafte Implementierung einer Steuerlogik, die in dem intelligenten Schalter von 4 enthalten ist.
Die 6 und 7 enthalten Zeitverlaufsdiagramme zur weiteren Veranschaulichung der Funktion der Schaltung von 5.
8 enthält Zeitverlaufsdiagramme, die die Funktion einer alternativen Ausführungsform veranschaulichen.
Die 9 und 10 veranschaulichen die Funktion einer weiteren Ausführungsform, bei der ein Ausschalten des Laststroms unter Verwendung einer Strom-Zeit-Kennlinie ausgelöst wird.
11 veranschaulicht eine Stromüberwachungsschaltung, die sich auf die Zeitverlaufsdiagramme der 9 und 10 bezieht.
12 veranschaulicht transiente Spannungsabfälle aufgrund eines Laststromgradienten.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Die Zeichnungen sind ein Teil der Beschreibung und zeigen zum Zweck der Veranschaulichung Beispiele dafür, wie die Erfindung verwendet und umgesetzt werden kann. 1 zeigt ein allgemeines Beispiel für eine integrierte Schaltung mit intelligentem Schalter („integrated smart switch circuit“), die im Folgenden als intelligenter Schalter 1 bezeichnet wird. Der intelligente Schalter 1 kann in einen einzelnen, in einem Chipgehäuse angeordneten Halbleiter-Die integriert sein. Bei einigen Ausführungsformen kann der intelligente Schalter 1 jedoch auch zwei oder mehr in einem Chipgehäuse angeordnete Halbleiter-Dies enthalten.
Gemäß 1 enthält der intelligente Schalter 1 einen elektronischen Schalter 2, der ein Leistungstransistor, z. B. ein MOS-Transistor, sein kann. Auch DMOS-Transistoren können als Leistungstransistoren verwendet werden. Obwohl die hier erörterten Beispiele MOS-Transistoren als Leistungstransistoren 2 verwenden, versteht es sich, dass stattdessen andere Transistortypen wie beispielsweise Bipolartransistoren verwendet werden können. Ein Fachmann wird keine Probleme haben, die hier beschriebenen Konzepte auf Bipolartransistoren zu übertragen. Der Leistungstransistor 2 ist zwischen einem Versorgungspin SUP und einem Ausgangspin OUT des intelligenten Schalters 1 gekoppelt. Dementsprechend kann der Leistungstransistor 2, wenn er eingeschaltet ist, den Ausgangspin OUT mit dem Versorgungspin SUP verbinden, um einen niederohmigen Strompfad zwischen den Pins SUP und OUT zu schaffen. Ähnlich kann der Leistungstransistor 2, wenn er ausgeschaltet ist, den Ausgangspin OUT von dem Versorgungspin SUP trennen. Mit anderen Worten: Der Leistungstransistor 2 kann einen Laststrompfad zwischen dem Versorgungspin SUP und dem Ausgangspin OUT entsprechend dem an die Gate-Elektrode des Transistors angelegten Gate-Signal VG aktivieren (schaffen) und deaktivieren (trennen). Es versteht sich, dass der Transistor, wenn ein Bipolartransistor als Leistungstransistor verwendet wird, abhängig von einem Basisstrom anstelle von einer Gatespannung ein- und ausgeschaltet wird.
Bei dem Beispiel von 1 wird das Gatesignal VG von einer Gatetreiberschaltung 5 bereitgestellt, die dazu ausgebildet ist, das Gatesignal VG entsprechend einem Steuersignal S_ON auszugeben, das ein binäres Logiksignal ist, das nur einen High-Pegel (der z. B. ein Einschalten anzeigt) und einen Low-Pegel (der z. B. ein Ausschalten anzeigt) annehmen kann. Das Steuersignal S_ON wird von einer Logikschaltung, die hier als Steuerlogik 3 bezeichnet wird, bereitgestellt. Die Steuerlogik 3 kann kombinatorische und sequentielle Logikschaltungen sowie synchrone und asynchrone Schaltungen enthalten. Die Steuerlogik 3 ist dazu ausgebildet, basierend auf dem Eingangssignal S_IN, das an einem Eingangspin IN des intelligenten Schalters empfangen wird, und anderen Parametern (durch Erzeugen des Steuersignals S_ON mit dem entsprechenden Logikpegel) ein Einschalten und ein Ausschalten des Transistors 2 auszulösen. Das Eingangssignal S_IN kann von einer externen (von dem intelligenten Schalter 1 getrennten) Schaltung wie beispielsweise einem Mikrocontroller, der bei dem Beispiel von 1 mit µC gekennzeichnet ist, erzeugt werden.
Es wird angemerkt, dass das Eingangssignal S_IN nicht notwendigerweise an einem Eingangspin des intelligenten Schalters empfangen wird. Bei einigen Ausführungsformen kann der intelligente Schalter eine digitale Kommunikationsschnittstelle wie beispielsweise eine serielle Peripherieschnittstelle („Serial Peripheral Interface“; SPI) oder dergleichen, die es ermöglicht, Daten (z. B. von einem Mikrocontroller) einschließlich Ein- und Ausschaltbefehlen zu empfangen, aufweisen. Bei diesen Ausführungsformen kann der intelligente Schalter einen Schaltkreis enthalten, der das Eingangssignal S_IN erzeugt und den Logikpegel des Eingangssignals S_IN entsprechend den über die digitale Kommunikationsschnittstelle empfangenen Einschalt- und Ausschaltbefehlen einstellt.
Die oben erwähnten „anderen Parameter“, die von der Steuerlogik 3 zum Erzeugen des Steuersignals S_ON mit einem bestimmten Logikpegel (high oder low) verarbeitet werden können, können zum Beispiel ein Messwert sein, der die Chiptemperatur repräsentiert, ein Messwert, der den Laststrom i_L repräsentiert, konfigurierbare Schwellenwerte (z. B. ein Übertemperaturschwellenwert), ein binäres Logiksignal UV, das anzeigt, dass eine Eingangsspannung unter einem bestimmten Schwellenwert liegt, usw.
Der Laststrom i_L, der an dem Ausgangspin OUT an eine Last Z ausgegeben wird, kann von einer Stromerfassungsschaltung 20 gemessen werden. Die Stromerfassungsschaltung 20 kann zum Beispiel einen Erfassungstransistor enthalten, der mit dem Leistungstransistor 2 gekoppelt ist und auf demselben Arbeitspunkt betrieben wird. Die Stromerfassung unter Verwendung von Erfassungstransistoren ist eine wohlbekannte Technik und wird daher hier nicht im Detail erörtert. Zum Beispiel kann der Leistungstransistor aus einer Vielzahl von Transistorzellen eines Zellarrays zusammengesetzt sein, wobei eine oder einige wenige Transistorzellen des Zellarrays verwendet werden können, um einen Erfassungstransistor zu bilden. Bei einer einfachen Ausführungsform kann die Stromerfassungsschaltung einen Stromerfassungswiderstand enthalten, der zwischen einem Lastanschluss (z. B. dem Source-Anschluss) des Transistors 2 und dem Ausgangspin OUT angeschlossen ist. In diesem Fall ist der Spannungsabfall über dem Strommesswiderstand ein Indikator für den Laststrom und kann als Stromerfassungssignal verwendet werden. Ein weiteres Beispiel für die oben erwähnten „anderen Parameter“ ist ein Stromschwellenwert, der verwendet werden kann, um eine Überstromabschaltfunktion zu implementieren. Wenn zum Beispiel das von der Stromerfassungsschaltung 20 gelieferte Stromerfassungssignal CS einen kritischen Stromwert, der durch den Schwellenwert V_TRIP dargestellt wird, erreicht oder überschreitet, dann löst die Steuerlogik 3 ein Ausschalten des Transistors 2 aus, bis ein Einschalten durch das Eingangssignal S_IN erneut ausgelöst wird.
Bei dem Beispiel von 1 ist der intelligente Schalter 1 als High-Side-Schalter ausgebildet, d. h. der intelligente Schalter 1 ist zwischen einer Versorgungsleitung, die die Versorgungsspannung V_B (an dem Versorgungspin SUP) bereitstellt, und der Last Z, die mit dem Ausgangspin OUT verbunden ist, angeschlossen. Der intelligente Schalter 2 verfügt auch über einen Massepin GND, um ein Bezugspotential V_GND zu empfangen, das als 0 Volt definiert werden kann und als konstantes Bezugspotential für den in dem intelligenten Schalter 1 enthaltenen Schaltkreis dient.
2 zeigt ein Beispiel für ein System, das mehrere (zwei oder mehr) elektrische Lasten Z₁, Z₂, Z₃ und Z₄ enthält, wobei jede elektrische Last Z₁, Z₂, Z₃ und Z₄ über einen jeweiligen intelligenten Schalter 1.1, 1.2, 1.3 bzw. 1.4 mit der Leistungsversorgung (Versorgungsspannung V_B) verbunden wird. In der Praxis werden die Versorgungspins SUP der mehreren intelligenten Schalter 1.1, 1.2, 1.3 und 1.4 mit einem Schaltungsknoten N, der über einen/ein vergleichsweise langen/langes Draht oder Kabel mit der Spannungsquelle (z. B. einer Autobatterie) verbunden ist, verbunden. Insbesondere wird das Kabel zwischen der Spannungsquelle (in den Figuren nicht gezeigt), die die Versorgungsspannung V_B erzeugt, und dem Schaltungsknoten N beträchtlich länger sein (und damit eine entsprechend hohe Impedanz Z₀ aufweisen) als die kurzen Verdrahtungen zwischen dem Schaltungsknoten N und den einzelnen intelligenten Schaltern 1.1, 1.2, 1.3 und 1.4. Es versteht sich, dass in 2 die Impedanz Z₀ kein konkretes Widerstandsbauelement sondern die intrinsische Impedanz des Kabels/Drahts zwischen der Spannungsquelle (z. B. der Batterie) und dem Schaltungsknoten N darstellt. Die Eingangssignale S_IN1, S_IN2, S_IN3 und S_IN4 für die intelligenten Schalter können wie bei dem vorhergehenden Beispiel von 1 durch einen Mikrocontroller µC bereitgestellt werden. Der Mikrocontroller µC und die intelligenten Schalter 1.1, 1.2, 1.3 und 1.4 können auf derselben Leiterplatte angeordnet sein, was jedoch nicht unbedingt der Fall ist. Alternativ können die intelligenten Schalter 1.1, 1.2, 1.3 und 1.4 in verschiedenen „Kanälen“ eines einzelnen Halbleiterchips angeordnet sein.
Die Lastströme, die durch die intelligenten Schalter 1.1, 1.2, 1.3 und 1.4 und die entsprechenden Lasten Z₁, Z₂, Z₃ und Z₄ fließen, werden als i_L1, i_L2, i_L3 und i_L4 bezeichnet. Folglich ist der Gesamtstrom io, der durch das Kabel zwischen der Spannungsquelle, die die Versorgungsspannung V_B erzeugt, und dem Schaltungsknoten N fließt, gleich der Summe der einzelnen Lastströme i_L1, i_L2, i_L3 und i_L4 (i₀ = i_L1+i_L2+i_L3+i_L4). Infolgedessen ist die an dem Schaltungsknoten N vorhandene Versorgungsspannung aufgrund des Spannungsabfalls i₀·Z₀ über der Kabelimpedanz Z₀ etwas niedriger als die Spannung V_B und wird als V_B' bezeichnet. Das heißt, V_B'=V_B-i₀·Z₀ = V_B-Z₀·(i_L1+i_L2+i_L3+i_L4). Der Spannungsabfall über den kurzen Verdrahtungen zwischen dem Schaltungsknoten N und den intelligenten Schaltern 1.1, 1.2, 1.3 und 1.4 ist für die vorliegende Erörterung vernachlässigbar, da die entsprechenden Impedanzen verglichen mit der Impedanz Z₀ klein sind. Allerdings können sich in der Praxis auch die Spannungsabfälle über den kurzen Verdrahtungen zwischen dem Schaltungsknoten N und den intelligenten Schaltern auswirken (vgl. 3).
In der Praxis können Situationen auftreten, in denen eine Last - aus welchen Gründen auch immer - einen vergleichbar hohen Laststrom zieht. Ein erhöhter Laststrom, z. B. der durch den intelligenten Schalter 1.1 fließende Laststrom i_L1, führt zu einem erhöhten Gesamtstrom io, der durch das Kabel, das die Spannungsquelle mit dem Schaltungsknoten N verbindet, fließt. Ein erhöhter Gesamtstrom io hat einen erhöhten Spannungsabfall i₀·R₀ über dem Kabel und eine entsprechend verringerte Spannung V_B' an dem Schaltungsknoten N zur Folge. Mit anderen Worten: Die von den Lasten Z₁, Z₂, Z₃ und Z₄ „gesehene“ Versorgungsspannung ist die Spannung V_L', die abfällt, wenn eine der Lasten Z₁, Z₂, Z₃ und Z₄ einen erhöhten Laststrom zieht.
Wie oben erörtert, kann eine einzelne Last, z. B. die Last Z₁, die zum Beispiel aufgrund eines Defekts einen überhöhten Strom (bei dem vorliegenden Beispiel den Laststrom i_L1) zieht, einen Spannungseinbruch bei der Versorgungsspannung V_L', der auch von allen anderen Lasten Z₂, Z₃ und Z₄ „gesehen“ wird, verursachen. Ein solcher Einbruch bei der Versorgungsspannung V_B' kann bei diesen Lasten Z₂, Z₃ und Z₄ zu unerwünschten Effekten und Fehlfunktionen führen, obwohl sie nicht defekt sind. Im schlimmsten Fall kann ein Defekt bei einer Last (bei dem vorliegenden Beispiel der Last Zi) zu Fehlfunktionen bei allen anderen Lasten (bei dem vorliegenden Beispiel den Lasten Z₂, Z₃ und Z₄), die über denselben Schaltungsknoten N versorgt werden, führen. Um eine derartige Situation zu erkennen, müsste der Mikrocontroller µC die Spannung V_B' an dem Schaltungsknoten N (z. B. unter Verwendung eines Analog-Digital-Wandlers, der im Mikrocontroller enthalten sein kann) sowie die Lastströme i_L1, i_L2, i_L3 und i_L4 überwachen und ein Ausschalten (durch Erzeugen eines geeigneten Eingangssignals) des mit der defekten Last verbundenen intelligenten Schalters auslösen.
Das Überwachen des Laststroms kann zum Beispiel durch den Mikrocontroller µC erfolgen, indem die gemessenen Strominformationen, z. B. über eine digitale Kommunikationsschnittstelle (z. B. eine serielle Peripherieschnittstelle) oder einen analogen Diagnoseausgangspin (in den Figuren nicht gezeigt) aus den intelligenten Schaltern 1.1, 1.2, 1.3 und 1.4 ausgelesen werden. Intelligente Schalter mit DiagnoseAusgangspin zum Ausgeben gemessener Strominformationen sind als solche bekannt und werden daher hier nicht weiter erörtert. Es ist offensichtlich, dass die genannten Überwachungsfunktionen die in 2 gezeigte Schaltung erheblich komplexer machen würden.
Die Darstellung von 3 zeigt beispielhafte Kurvenverläufe der Versorgungsspannung (V_B' bei dem Beispiel von 2), die von verschiedenen Lasten „gesehen“ wird. Wie erörtert, können eine abrupte Änderung des Laststroms und ein hoher Stromverbrauch bei einer Last die von den anderen Lasten empfangene Versorgungsspannung beeinflussen und zu Fehlfunktionen führen.
Das unten unter Bezugnahme auf 4 erörterte Beispiel kann die Situation verbessern und vermeidet die Notwendigkeit, die oben erwähnten Überwachungsfunktionen in dem Mikrocontroller zu implementieren. 4 zeigt eine Ausführungsform eines intelligenten Schalters, der in der Lage ist, einen Einbruch der Versorgungsspannung V_B' (d. h. eine Unterspannung) zu erkennen und ein Ausschalten des Leistungstransistors 2 auszulösen, wobei der entsprechende Unterspannungsschwellenwert V_UVTH wie weiter unten erläutert modifiziert werden kann.
Wie in 4 zu sehen ist, ist der Komparator 6 dazu ausgebildet, die an dem Versorgungspin SUP empfangene Versorgungsspannung V_B mit einem Unterspannungsschwellenwert V_UVTH zu vergleichen. Ein Unterspannungssignal UV zeigt (z. B. durch einen High-Pegel) an, dass die Versorgungsspannung V_B unter dem Unterspannungsschwellenwert V_UVTH liegt. Ähnlich ist der Komparator 7 dazu ausgebildet, den durch den Transistor 2 fließenden Laststrom i_L mit einem Überstromschwellenwert CS_TH zu vergleichen. Ein Überstromsignal OC zeigt (z. B. durch einen High-Pegel) an, dass der Laststrom i_L über dem Überstromschwellenwert CSoc liegt. Beispiele für die Funktionen der Schaltung von 4 werden weiter unten unter Bezugnahme auf Zeitverlaufsdiagramme erörtert.
5 zeigt eine beispielhafte Implementierung der Steuerlogik 3, die in dem intelligenten Schalter von 4 verwendet werden kann. Es versteht sich, dass in 5 nur die Teile und Komponenten der Steuerlogik 3 dargestellt sind, die für die folgenden Erläuterungen relevant sind. Andere Teile und Komponenten, die nicht gezeigt sind, können auf dieselbe Weise implementiert werden, wie dies bei bestehenden intelligenten Schaltern der Fall ist.
Gemäß 5, Diagramm (a), empfängt die Steuerlogik 3 die Ausgangssignale der Komparatoren 6 und 7, d. h. die Signale UV bzw. OC. Der Zweck und die Funktion der Komparatoren 6 und 7 wurden bereits oben erörtert, und es wird auf 4 und die entsprechenden Erläuterungen Bezug genommen. Bei der Ausführungsform von 5, Diagramm (a), enthält die Steuerlogik 3 ein ODER-Gatter 31, das die Signale UV und OC empfängt. Das Ausgangssignal des ODER-Gatters 31 nimmt einen High-Pegel an, wenn eines der Signale UV und OC eine Versorgungsspannung V_B' unterhalb des Schwellenwerts V_UVTH bzw. einen Laststrom i_L bei oder oberhalb des Stromschwellenwerts CSoc anzeigt. Der Ausgang des ODER-Gatters 31 wird dem Filter 32 zugeführt, das dazu ausgebildet ist, kurze Impulse (kürzer als eine Filterzeit t_FILT) am Ausgang des ODER-Gatters 31 auszutasten. Wenn das Ausgangssignal (logische Verknüpfung UV oder OC) des ODER-Gatters 31 von einem Low-Pegel auf einen High-Pegel wechselt und der High-Pegel zumindest für die Filterzeit t_FILT beibehalten wird, dann folgt der Ausgang des Filters 32 dem Ausgang des ODER-Gatters 31 und wechselt ebenfalls von einem Low-Pegel auf einen High-Pegel.
Das auf einen High-Pegel wechselnde Ausgangssignal des Filters 32 zeigt an, dass eine der Bedingungen (d. h. CS≥CSoc oder V_B'≤V_UVTH) zumindest für eine Zeitspanne, die gleich der Filterzeit t_FILT ist, erfüllt wurde. Der Ausgang des Filters 32 ist mit dem Setzeingang des SR-Latch 33 (auch als SR-Flip-Flop bezeichnet) verbunden und daher wird das SR-Latch 33 gesetzt, wenn das Ausgangssignal des Filters 32 auf einen High-Pegel wechselt. Der invertierte Ausgang Q des SR-Latch 33, der das Signal OFF liefert, wechselt auf einen Low-Pegel (d. h. Q=0), wenn das SR-Latch 33 gesetzt wird. Die Tatsache, dass sich das Signal OFF auf einem Low-Pegel befindet, zeigt an, dass der Leistungstransistor 2 unabhängig vom Logikpegel des Eingangssignals S_IN auszuschalten ist. Das Steuersignal S_ON, das dem Gatetreiber 5 zugeführt wird (siehe 3), wird durch ein UND-Gatter 35, das an seinen Eingängen das Eingangssignal S_IN und das Signal OFF empfängt, erzeugt. Grundsätzlich ist das UND-Gatter 35 für das Eingangssignal S_IN durchlässig, wenn sich das SR-Latch in einem zurückgesetzten Zustand (d. h. Q=1) befindet, aber es tastet das Eingangssignal S_IN aus, wenn sich das SR-Latch in einem gesetzten Zustand (d. h. Q=0) befindet. Das SR-Latch 33 wird nicht zurückgesetzt, bis das Eingangssignal S_IN auf einen Low-Pegel zurückkehrt (was durch einen externen Schaltkreis wie beispielsweise den Mikrocontroller µC in 4 ausgelöst werden muss). Ein Low-Pegel des Eingangssignals S_IN bewirkt ein Zurücksetzen des SR-Latches 33, das an seinem Rücksetzeingang das (durch den Invertierer 34 erzeugte) invertierte Eingangssignal empfängt.
Das Filter 32 kann auf verschiedene Arten implementiert werden. Bei dem Beispiel von 5, Diagramm (a) enthält das Filter 32 einen Zähler 321, der einen Aktivierungseingang EN, der das Ausgangssignal des ODER-Gatters 31 empfängt, besitzt. Dementsprechend wird der Zähler 321 gestartet, wenn die logische Verknüpfung UV oder OC zugleich anzeigt, dass eine der Bedingungen CS≥CSoc oder V_B'≤V_UVTH erfüllt ist. Wenn er aktiviert ist, erhöht der Zähler 321 den Zählerwert CNT in jedem Taktzyklus eines Taktsignals CLK, das einem Takteingang des Zählers 321 zugeführt wird. Wenn der Zähler 321 nach CNT_MAX Taktzyklen immer noch aktiviert ist, erreicht der Zählerwert CNT den Referenzwert CNT_MAX. Die Situation CNT=CNT_MAX kann durch den Komparator 322, der dazu ausgebildet ist, den Zählerwert CNT und den Referenzwert CNT_MAX zu vergleichen, erkannt werden. Der Ausgang des Komparators 322 liefert das Ausgangssignal des Filters 32, das, wie oben erläutert, dem Setz-Eingang des SR-Latches 33 zugeführt wird. Der Referenzwert CNT_MAX und die Taktfrequenz f_CLK des Taktsignals CLK definieren die Filterzeit t_FILT, d. h. t_FILT = CNT_MAX/f_CLK. Es versteht sich, dass der Komparator 322 ein digitaler Komparator sein kann, der zwei Registerwerte vergleicht, wobei ein Registerwert den Zählerwert CNT repräsentiert und der andere Registerwert den Referenzwert CNT_MAX repräsentiert.
5, Diagramm (b), veranschaulicht eine alternative Implementierung des Filters 32. Dementsprechend enthält das Filter 32 einen RC-Tiefpass, der aus einem Widerstand R_F und einem Kondensator C_F zusammengesetzt ist und dazu ausgebildet ist, das Ausgangssignal des UND-Gatters 31 zu filtern. Das Ausgangssignal des RC-Tiefpasses wird einem Komparator 333 mit Hysterese (Schmitt-Trigger) zugeführt. Die Komparatorschwellenwerte und die Zeitkonstante (τ_F = R_F·C_F) des RC-Tiefpassfilters sind so ausgelegt, dass der Ausgang des Komparators 333 nur dann von einem Low-Pegel auf einen High-Pegel wechselt, wenn der High-Pegel am Ausgang des ODER-Gatters 31 zumindest für die Filterzeit t_FILT beibehalten wird.
Die möglichen Funktionen der Ausführungsform von 5 werden durch das Zeitverlaufsdiagramm von 6 weiter veranschaulicht. Die unten beschriebenen Beispiele zielen darauf ab, die Notwendigkeit einer unabhängigen externen Spannungs- und Strommessung durch einen externen Controller zu vermeiden, indem ein „intelligenter“ Ansatz zur Erkennung von Unterspannung verwendet wird, um eine hochverfügbare Leistungsversorgung bereitzustellen. Das Zeitverlaufsdiagramm in 6 zeigt ein Beispiel, gemäß dem der Unterspannungsschwellenwert V_UVTH von dem Laststrom i_L abhängt. Dementsprechend kann die Steuerlogik 3 (vgl. die 4 und 5) eine Unterspannungserkennungsschaltung (z. B. einen Komparator 6) enthalten, die dazu ausgebildet ist, einen Unterspannungszustand zu signalisieren, wenn die an dem Versorgungspin SUP empfangene Versorgungsspannung V_B' unter dem Unterspannungsschwellenwert V_UVTH, der von dem durch den Leistungstransistor 2 fließenden Laststrom i_L abhängt, liegt. Das Zeitverlaufsdiagramm in 6 enthält sechs aufeinanderfolgende Zeitintervalle (mit A-F bezeichnet), die verschiedene Situationen zeigen.
Im Zeitintervall A liegt der Unterspannungsschwellenwert V_UVTH bei einem ersten Wert V_UVTH,1, der zum Beispiel der minimalen Versorgungsspannung V_B,min, die für einen ordnungsgemäßen Betrieb der gesamten Schaltung erforderlich ist, entsprechen kann. Außerdem ist der Laststrom in dem Zeitintervall A relativ gering, d. h. er liegt unter einem Überstromschwellenwert CS_TH.
Im Zeitintervall B fällt die Versorgungsspannung V_B' (aus welchem Grund auch immer) unter den ersten Unterspannungsschwellenwert V_UVTH = V_UVTH,1, was dazu führt, dass der Komparator 6 einen durch das Unterspannungssignal UV signalisierten Unterspannungszustand erkennt. Daraufhin löst die Steuerlogik 3 ein Ausschalten des Transistors 2 aus und der Laststrom sinkt auf Null. Später im Zeitintervall B wird der Transistor 2 wieder eingeschaltet, z. B. durch ein geeignetes Eingangssignal S_IN.
Im Zeitintervall C steigt der Laststrom i_L aus irgendeinem Grund an, und das Stromerfassungssignal CS erhöht sich entsprechend. Zu irgendeinem Zeitpunkt erreicht oder überschreitet das Stromerfassungssignal CS einen ersten Stromschwellenwert CS_TH, woraufhin der Unterspannungsschwellenwert V_UVTH angepasst und von dem ersten Wert V_UVTH,1 auf einen zweiten Wert V_UVTH,2 erhöht wird. Diese Situation (bei der der Unterspannungsschwellenwert erhöht wird) wird als Überstrombetrieb bezeichnet. Später im Zeitintervall C sinkt der Laststrom i_L wieder ab, so dass das Stromerfassungssignal CS unter einen zweiten Stromschwellenwert CS_TH' fällt. Infolgedessen wird der Unterspannungsschwellenwert V_UVTH erneut angepasst und auf den ersten Wert V_UVTH,1 zurückgesetzt. Der erste und der zweite Stromschwellenwert können gleich sein, d. h. CS_TH=CS_TH', sie können sich aber auch um einen kleinen Betrag unterscheiden (CS_TH'=CS_TH-ε), um eine kleine Hysterese zu erhalten und unerwünschtes Hin- und Herschalten zu vermeiden.
Im Zeitintervall D befindet sich die Schaltung im Normalbetrieb, d. h. der Unterspannungsschwellenwert V_UVTH liegt auf dem ersten Wert V_UVTH,1 und die Bedingungen V_B'>V_UVTH,1 und CS<CS_TH sind erfüllt. In der Nähe des Übergangs zwischen den Zeitintervallen D und E steigt der Laststrom wieder an und die Schaltung geht im Zeitintervall E wieder in den Überstrombetrieb über (V_UVTH=V_UVTH,2).
Beim Übergang zwischen den Zeitintervallen E und F fällt die Versorgungsspannung V_B' - während des Überstrombetriebs der Schaltung - unter den zweiten (höheren) Unterspannungsschwellenwert V_UVTH,2, was zu einem Ausschalten der Transistoren 2 führt, nachdem die Filterzeit t_FILT abgelaufen ist.
Die Ist-Werte von V_UVTH,1, V_UVTH,2 und CS_TH (und optional CS_TH') sowie die Filterzeit t_FILT können (z. B. über eine digitale Kommunikationsschnittstelle wie SPI) programmierbare Parameter sein. Ein intelligenter Schalter mit einem einstellbaren Unterspannungsschwellenwert, der vom Laststrom abhängt, wie in 6 dargestellt, kann in einem Stromverteilungsnetz, z. B. in einem Automobil, verwendet werden. Er kann sowohl für sicherheitskritische Anwendungen (z. B. Servolenkung) als auch für die Versorgung nicht sicherheitskritischer Lasten (z. B. Klimaanlage) verwendet werden. Es versteht sich, dass die in 6 gezeigte Funktionalität mit einem Überstromabschaltungs- oder Strombegrenzungsmechanismus, der bei höheren Lastströmen weit über dem Stromschwellenwert CS_TH ausgelöst werden kann, kombiniert werden kann. Bei praktischen Anwendungen kann die Filterzeit t_FILT für verschiedene Schalter unterschiedlich sein, so dass zum Beispiel weniger sicherheitskritische Lasten im Fall eines Unterspannungszustands früher ausgeschaltet werden als die sicherheitskritischeren Lasten.
Das Zeitverlaufsdiagramm zeigt ein weiteres Beispiel, das dem Beispiel von 6 ähnelt. Allerdings wird gemäß 7 der Unterspannungsschwellenwert V_UVTH nicht in einem Schritt von dem Minimalwert V_UVTH,1 auf V_UVTH,2 erhöht, sondern proportional zum Laststrom. Dementsprechend kann bei dem Beispiel von 7 der Unterspannungsschwellenwert V_UVTH wie folgt bestimmt werden: V_UVTH=V_B,min+k·CS, wobei k ein konstanter Skalierungsfaktor ist. Abgesehen von der Art und Weise, wie der Unterspannungsschwellenwert V_UVTH bestimmt wird, gelten die Erläuterungen von 6 auch für 7, und es wird hierauf Bezug genommen.
Bei den oben erörterten Beispielen hängt der Unterspannungsschwellenwert vom Laststrom i_L ab (d. h., er ist eine Funktion davon) (und damit vom Stromerfassungssignal CS), während der Stromschwellenwert CS_TH ein konfigurierbarer Parameter ist (und optional auch der Wert CS_TH', wenn eine Hysterese implementiert ist), der während des Betriebs im Wesentlichen konstant ist. Bei den folgenden Beispielen ist der Stromschwellenwert CS_TH jedoch eine Funktion der Versorgungsspannung V_L', während der Unterspannungsschwellenwert V_UVTH im Wesentlichen konstant ist und im Wesentlichen der minimal erforderlichen Versorgungsspannung V_B,min entspricht.
Bei dem Beispiel von 8 ist der Unterspannungsschwellenwert V_UVTH konstant bei V_B,min, und der Stromschwellenwert CS_TH ist proportional zu der Versorgungsspannung V_B' (plus optional einem Offset). Durch Verwendung dieses Ansatzes kann ein ähnlicher Effekt wie im vorherigen Fall von 6 und 7 erzielt werden, nämlich dass bei einem relativ hohen Laststrom ein kleinerer Versorgungsspannungsabfall ausreicht, um ein Ausschalten von Transistor 2 auszulösen (z. B. nach einer Filterzeit t_FILT). Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Stromschwellenwert CS_TH nicht proportional zu der Versorgungsspannung V_L', sondern hängt von der Versorgungsspannung V_B' entsprechend einer nichtlinearen Funktion ab, z. B. einer Stufenfunktion mit oder ohne Hysterese (analog zu dem Beispiel von 6).
Bei einigen Ausführungsformen wird eine Überstromabschaltung nicht unter Verwendung eines einfachen Komparatorschwellenwerts ausgelöst. Stattdessen kann eine spezifische Strom-Zeit-Kennlinie verwendet werden. Die Strom-Zeit-Kennlinie kann so ausgelegt sein, dass sie das Verhalten einer herkömmlichen Sicherung emuliert, die auslöst, wenn der durch die Sicherung fließende Strom für eine bestimmte Zeit eine kritische Leistung überschreitet, wobei die Leistung umso höher sein kann, je kürzer das betrachtete Zeitfenster ist. Das Konzept der Verwendung von Strom-Zeit-Kennlinien, um das Verhalten einer Sicherung zu emulieren, ist als solches bekannt. 9 zeigt ein Beispiel einer solchen Strom-Zeit-Kennlinie, wobei zwei verschiedene Betriebsarten unterschieden werden, nämlich Normalbetrieb und Unterspannungsbetrieb.
9 enthält einen beispielhaften Signalverlauf der Versorgungsspannung V_B' und die entsprechenden Strom-Zeit-Kennlinien. Ebenfalls gezeigt ist ein Stromschwellenwert i_CSTH, der verwendet wird, um sofort ein Ausschalten des Transistors auszulösen, wenn der Laststrom den Stromschwellenwert i_CSTH überschreitet. Unterhalb des Schwellenwerts i_CSTH wird ein Ausschalten nach einer bestimmten Zeit, die durch die Strom-Zeit-Kennlinie bestimmt ist, ausgelöst, wobei die Zeit für hinreichend niedrige Ströme unendlich ist (d. h. ein Ausschalten erfolgt bei niedrigen Strömen nicht). Bei dem Beispiel von 9 hängt der Stromschwellenwert i_CSTH (wie bei dem vorherigen Beispiel) von der Versorgungsspannung V_B' ab, wobei der Stromschwellenwert CSoc bei dem vorliegenden Beispiel als Reaktion darauf, dass die Versorgungsspannung V_B' unter einen Unterspannungsschwellenwert V_UVTH= V_UVTH,1 fällt, von CS_OC,1 auf einen niedrigeren Wert CS_OC,2 eingestellt und auf den Ausgangswert CS_OC,1 zurückgesetzt wird, sobald die Versorgungsspannung V_B' den Unterspannungsschwellenwert V_UVTH wieder überschreitet. Auch hier können leicht unterschiedliche Schwellenwerte verwendet werden (z. B. V_UVTH,1 und V_UVTH,1+ε), um eine kleine Hysterese zu implementieren. Wenn das Stromerfassungssignal CS den Stromschwellenwert CSoc (gleich CS_OC,1 oder CS_OC,2, abhängig vom Pegel der Versorgungsspannung) überschreitet, kann ein Überstromabschalten ausgelöst werden.
Eine weitere Modifikation/Erweiterung des Beispiels von 9 ist in 10 dargestellt. Gemäß dem in 10 gezeigten Aspekt ist die Stromüberwachungsschaltung dazu ausgebildet, einen Überstromzustand basierend auf dem Stromerfassungssignal CS und einer vorgegebenen Strom-Zeit-Kennlinie, die von einer an dem Versorgungspin SUP empfangenen Versorgungsspannung V_B' abhängt, zu signalisieren. Dementsprechend wird die Strom-Zeit-Kennlinie angepasst und verändert, zum Beispiel, wenn die Versorgungsspannung V_B' unter einen Unterspannungsschwellenwert V_UVTH=V_UVTH,1 fällt. Wie in 10 zu sehen ist, verschiebt sich die Strom-Zeit-Kennlinie während des Unterspannungsbetriebs (d. h., während V_B'<V_UVTH,1) zu kürzeren Zeitintervallen sowie zu niedrigeren Strömen.
11 zeigt ein Beispiel dafür, wie die in 9 und 10 gezeigten Strom-Zeit-Kennlinien implementiert werden können. 11 veranschaulicht eine beispielhafte Implementierung einer Stromüberwachungsschaltung, die die Stromerfassungsschaltung 20 (siehe auch die 1 und 4), eine Quadriereinheit 21, ein Filter 22 und einen Komparator 23 enthält. Die Quadriereinheit 21 liefert das Signal x, das das quadrierte Laststromsignal repräsentiert (x ~ i_L ², x ist proportional zu i_L ²). Das Filter 22 kann ein Tiefpassfilter sein, z. B. ein Tiefpassfilter erster Ordnung, dessen Übertragungsverhalten durch eine wählbare Zeitkonstante τ oder τ_UVTH und eine DC-Verstärkung gekennzeichnet ist. Das gefilterte Signal y kann als Temperaturdifferenz ΔT über der Umgebungstemperatur interpretiert werden. Wenn das gefilterte Signal y einen wählbaren Schwellenwert dT oder dT_UVTH überschreitet, signalisiert der Komparator 23 einen Überstromzustand, indem er das Komparatorausgangssignal OC1 z. B. auf einen High-Pegel setzt. Bei dem Beispiel von 11 kann ein zusätzliches Überstromabschalten durch den Komparator 26 ausgelöst werden, wenn das Stromerfassungssignal CS einen wählbaren Stromschwellenwert CSoc, d. h. entweder CS_OC,1 oder CS_OC,2 (siehe 9 und 10), überschreitet. Der Komparator 26 kann einen Überstrom anzeigen, indem er sein Ausgangssignal OC2 auf einen High-Pegel setzt.
Es sollte an dieser Stelle betont werden, dass nicht nur der Überstromschwellenwert CSoc modifiziert wird, wenn die Versorgungsspannung V_B' unter den Unterspannungsschwellenwert V_UVTH=V_UVTH,1 fällt; zusätzlich oder alternativ kann die Strom-Zeit-Kennlinie geändert werden, z. B. durch Ändern der Zeitkonstante τ oder τ_UVTH und/oder der DC-Verstärkung oder der Temperaturschwellenwerts (dT oder dT_UVTH), was eine ähnliche Wirkung wie das Ändern der DC-Verstärkung hat. Bei dem Beispiel von 11 wird die Bedingung V_B'<V_UVTH,1 (vgl. 10) durch den Komparator 24 erkannt und durch das Komparatorausgangssignal UV signalisiert. In Abhängigkeit von dem Komparator-Ausgangssignal UV kann der Stromschwellenwert für den Komparator 26 (CS_OC,1 oder CS_OC,2) gewählt werden. Ebenfalls in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal UV kann die Strom-Zeit-Kennlinie der Stromüberwachungsschaltung (enthält die Quadriereinheit 21, das Filter 22 und den Komparator 23) durch Auswählen der Filterzeitkonstante (τ oder τ_UVTH) und/oder des Temperaturschwellenwerts (dT oder dT_UVTH) gerändert werden. Die Ausgangssignale OC1 und OC2 können unter Verwendung eines ODER-Gatters 25 verknüpft werden, und das kombinierte Logiksignal OC kann verwendet werden, um ein Ausschalten des elektronischen Schalters 2 auszulösen (z. B. über die Steuerlogik 3 und den Gatetreiber 5, vgl. 4). Alternativ kann das Signal OC2, das einen Überstrom anzeigt, verwendet werden, um einen Strombegrenzungsmechanismus zu aktivieren. Ein solcher Strombegrenzungsmechanismus kann z. B. in der Gatetreiberschaltung 5 (vgl. 4) enthalten sein. Es wird angemerkt, dass Schaltungen zur Überstromabschaltung und Schaltungen zur Strombegrenzung als solche bekannt sind und daher hier nicht weiter beschrieben werden.
Bei allen hier beschriebenen Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, ein Unterspannungssignal UV, das einen Unterspannungszustand signalisiert, zu ignorieren, wenn die Dauer des Unterspannungszustands sehr kurz ist (z. B. nur wenige Mikrosekunden). Solche kurzen Unterspannungs-„Spitzen“ (kurze transiente Spannungseinbrüche) können zum Beispiel auftreten, wenn die Impedanz Z₀ zwischen der Spannungsquelle (z. B. der Batterie) und den intelligenten Schaltern eine signifikante Induktivität Lo enthält (Z₀=R₀+j·ω·L₀). In diesem Fall führt ein Laststrom-Gradient di_L/dt, der aufgrund eines Schaltvorgangs in der Last auftreten kann, zu einem Spannungsabfall, der von L₀·di_L/dt abhängt (insbesondere proportional dazu ist). Dieser Effekt wird bei dem Beispiel von 12 visualisiert. Um unerwünschte Effekte zu vermeiden, können kurze Unterspannungsspitzen ignoriert werden. Bei dem Beispiel von 7 kann ein kurzer Spannungsabfall V_L', der an dem intelligenten Schalter empfangen wird, ignoriert werden, so dass er praktisch keine Auswirkungen auf den Überstromschwellenwert C_TH hat. Das „Ignorieren“ der transienten Spannungseinbrüche kann z. B. durch ein einfaches RC-Filter, das zwischen den Pin SUP, an dem die Versorgungsspannung empfangen wird, und den Eingang des Komparators 6 (siehe 4) gekoppelt wird, erreicht werden. Alternativ kann eine digitale Elektronik verwendet werden, um kurze Transienten in dem Unterspannungssignal UV zu beseitigen.
Obwohl die Erfindung in Bezug auf eine oder mehr Implementierungen dargestellt und beschrieben wurde, können an den dargestellten Beispielen Änderungen und/oder Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Gedanken und Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Zum Beispiel können die Logikpegel, die verwendet werden, um eine bestimmte Aktion auszulösen, im Vergleich zu den dargestellten Beispielen invertiert werden. Die Logikgatter können durch andere Logikschaltungen, die im Wesentlichen dieselbe Funktion erfüllen, ersetzt werden, usw. In besonderer Hinsicht auf die verschiedenen Funktionen, die durch die oben beschriebenen Komponenten oder Strukturen (Einheiten, Baugruppen, Einrichtungen, Schaltungen, Systeme usw.) ausgeführt werden, sollen die Begriffe, die verwendet werden, um solche Komponenten zu beschreiben - sofern nicht anders angegeben - jeder Komponente oder Struktur entsprechen, die die spezifizierte Funktion der beschriebenen Komponente ausführt (z. B. die funktionell äquivalent ist), auch wenn sie strukturell nicht äquivalent zu der offengelegten Struktur ist, die die Funktion in den hier dargestellten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung ausführt.

Claims

Schaltung zum Ansteuern eines elektronischen Schalters (2), wobei die Schaltung aufweist: eine Steuerschaltung (3), die dazu ausgebildet ist, ein Einschalten und ein Ausschalten des elektronischen Schalters (2) entsprechend einem Eingangssignal (S_IN) auszulösen, wobei die Steuerschaltung (3) weiterhin dazu ausgebildet ist, als Reaktion auf ein Unterspannungssignal (UV), das einen Unterspannungszustand signalisiert, ein Ausschalten des elektronischen Schalters (2) auszulösen; eine Unterspannungserkennungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, den Unterspannungszustand zu signalisieren, wenn eine an einem Versorgungsknoten (SUP) empfangene Versorgungsspannung (V_B') unter einem Unterspannungsschwellenwert (V_UVTH) liegt, wobei der Unterspannungsschwellenwert (V_UVTH) von einem durch den elektronischen Schalter (2) fließenden Laststrom abhängt.
Schaltung nach Anspruch 1, die weiterhin aufweist: eine Stromerfassungsschaltung (20), die dazu ausgebildet ist, ein den durch den elektronischen Schalter (2) fließenden Laststrom (i_L) repräsentierendes Stromerfassungssignal (CS) bereitzustellen t.
Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Unterspannungserkennungsschaltung weiterhin dazu ausgebildet ist: den Unterspannungsschwellenwert (V_UVTH) von einem ersten Unterspannungswert (V_UVTH,1) auf einen zweiten Unterspannungswert (VuvTH,2) zu erhöhen, wenn das Stromerfassungssignal (CS) einen ersten Stromschwellenwert (CS_TH) erreicht oder überschreitet.
Schaltung nach Anspruch 3, die weiterhin aufweist: eine Treiberschaltung (5), die mit der Steuerschaltung (3) gekoppelt ist, um ein Ansteuersignal (Vc) für den Halbleiterschalter (2) zu erzeugen, wobei die Treiberschaltung (5) dazu ausgebildet ist, das Ansteuersignal (V_G) so zu erzeugen, dass der Laststrom (i_L) auf einen Maximalwert, der dem ersten Stromschwellenwert (CS_TH) entspricht, begrenzt wird.
Schaltung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der erste und der zweite Unterspannungswert (V_UVTH,1, V_UVTH,2) vor dem Betrieb oder während des Betriebs der Schaltung konfigurierbar sind.
Schaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Unterspannungserkennungsschaltung weiterhin dazu ausgebildet ist: den Unterspannungsschwellenwert (V_UVTH) auf den ersten Unterspannungswert (V_UVTH,1) zurückzusetzen, wenn das Stromerfassungssignal (CS) unter einen zweiten Stromschwellenwert (CS_TH') fällt.
Schaltung nach Anspruch 6, wobei der erste Stromschwellenwert (CS_TH) gleich dem zweiten Stromschwellenwert (CS_TH') ist oder wobei der zweite Stromschwellenwert (CS_TH') niedriger als der erste Stromschwellenwert (CS_TH) ist.
Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Unterspannungsschwellenwert (V_UVTH) eine Funktion des Stromerfassungssignals (CS) ist.
Schaltung nach Anspruch 8, wobei die Funktion eine lineare Funktion plus einem optionalen Offset ist.
Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Steuerschaltung (3) dazu ausgebildet ist, ein Ausschalten des elektronischen Schalters (2) auszulösen, wenn das Unterspannungssignal (UV) für zumindest eine Filterzeit einen Unterspannungszustand anzeigt.
Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, die weiterhin aufweist: eine Überstromerkennungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, einen Überstromzustand zu signalisieren, wenn das Stromerfassungssignal einen Überstromschwellenwert (CSoc) überschreitet, wobei die Steuerschaltung (3) weiterhin dazu ausgebildet ist, als Reaktion auf ein Überstromsignal (OC), das einen Überstromzustand anzeigt, ein Ausschalten des elektronischen Schalters (2) auszulösen.
Schaltung zum Ansteuern eines elektronischen Schalters (2), wobei die Schaltung aufweist: eine Steuerschaltung (3), die dazu ausgebildet ist, ein Einschalten und ein Ausschalten des elektronischen Schalters (2) entsprechend einem Eingangssignal (S_IN) auszulösen, wobei die Steuerschaltung (3) weiterhin dazu ausgebildet ist, als Reaktion auf ein Überstromsignal (OC), das einen Überstromzustand signalisiert, ein Ausschalten des elektronischen Schalters (2) auszulösen; eine Stromüberwachungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, einen Überstromzustand basierend auf dem Stromerfassungssignal (CS) und einem Stromschwellenwert (CS_TH), der von einer an einem Versorgungsknoten (SUP) empfangenen Versorgungsspannung (V_B') abhängt, zu signalisieren.
Schaltung nach Anspruch 12, die weiterhin aufweist: eine Treiberschaltung (5), die mit der Steuerschaltung (3) gekoppelt ist, zum Erzeugen eines Ansteuersignals (Vc) für den Halbleiterschalter (2), wobei die Treiberschaltung (5) dazu ausgebildet ist, das Ansteuersignal (V_G) so zu erzeugen, dass der Laststrom (i_L) auf einen Maximalwert begrenzt wird.
Schaltung nach Anspruch 12, wobei die Stromüberwachungsschaltung weiterhin dazu ausgebildet ist: den Überstromschwellenwert (CS_TH) von einem ersten Wert auf einen zweiten Wert zu verringern, wenn das Versorgungsspannungssignal (V_B') unter einen ersten Spannungsschwellenwert (V_UVTH,1) fällt, und den Überstromschwellenwert (CS_TH) auf den ersten Wert zurückzusetzen, wenn das Versorgungsspannungssignal (V_B') über einen zweiten Spannungsschwellenwert ansteigt.
Schaltung nach Anspruch 14, wobei der erste Spannungsschwellenwert gleich dem zweiten Spannungsschwellenwert ist oder wobei der zweite Spannungsschwellenwert höher als der erste Spannungsschwellenwert ist.
Schaltung zum Ansteuern eines elektronischen Schalters (2), wobei die Schaltung aufweist: eine Steuerschaltung (3), die dazu ausgebildet ist, ein Einschalten und ein Ausschalten des elektronischen Schalters (2) entsprechend einem Eingangssignal (S_IN) auszulösen, wobei die Steuerschaltung (3) weiterhin dazu ausgebildet ist, als Reaktion auf ein Überstromsignal (OC), das einen Überstromzustand signalisiert, ein Ausschalten des elektronischen Schalters (2) auszulösen; und eine Stromüberwachungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, den Überstromzustand basierend auf dem Stromerfassungssignal (CS) und einer Strom-Zeit-Kennlinie, die von einer an einem Versorgungsknoten (SUP) empfangenen Versorgungsspannung (V_B') abhängt, zu signalisieren.
Schaltung nach Anspruchs 16, wobei die Stromüberwachungsschaltung ein Filter, das zumindest eine Zeitkonstante aufweist, enthält, wobei das Filter ein Eingangssignal empfängt, das von dem einen Laststrom durch den elektronischen Schalter repräsentierenden Stromerfassungssignal abhängt.
Schaltung nach Anspruch 17, wobei die zumindest eine Zeitkonstante des Filters konfigurierbar ist, um die Strom-Zeit-Kennlinie zu modifizieren.
Schaltung nach Anspruch 16, wobei die Stromüberwachungsschaltung einen Komparator, der dazu ausgebildet ist, ein Filterausgangssignal mit einem Referenzwert zu vergleichen, enthält.
Schaltung des Anspruchs 19, wobei der Referenzwert konfigurierbar ist, um die Strom-Zeit-Kennlinie zu modifizieren.