DE10335083B3

DE10335083B3 - Schaltungsanordnung und Verfahren zur Lastdiagnose eines Halbleiterschalters

Info

Publication number: DE10335083B3
Application number: DE10335083A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Horn
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2023-08-01
Also published as: US7151462B2; US20050083086A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Lastdiagnose eines Schalters (T), der eine erste und eine zweite Lastanschlussklemme (DS) aufweist, wobei eine erste und eine zweite Stromquellenanordnung (10, 20) vorgesehen ist, die jeweils an eine der Lastanschlussklemmen (DS) des Schalters (T) anschließbar sind und die abhängig von Potentialverhältnissen an diesen Lastanschlussklemmen (DS) von Potentialverhältnissen an diesen Anschlussklemmen (DS) Ströme in einer ersten und zweiten Stromrichtung bzw. entgegengesetzt zu dieser ersten und zweiten Stromrichtung an die Lastanschlussklemmen (DS) liefern. Weiterhin ist eine Auswerteschaltung (30) vorgesehen, die die an die erste und zweite Lastanschlussklemme (DS) fließenden Ströme (I2, I5) auswertet und abhängig von diesen Strömen (I2, I5) ein Lastzustandssignal (ST) bereitstellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Lastdiagnose eines Halbleiterschalters.
Bei integrierten Leistungsschaltern ist für viele Anwendungsfälle eine Diagnosefunktion erforderlich, die beispielsweise dazu dient, eine Unterbrechung der Leitungsverbindung zu einer an den Halbleiterschalter angeschlossenen Last oder einen Kurzschluss des Ausganges, an den die Last angeschlossen ist, gegen ein Versorgungspotential zu erkennen. Derartige Diagnosefunktionen werden sowohl für High-Side-Schalter, bei denen die Last zwischen dem Halbleiterschalter und einem Bezugspotential liegt, und für Low-Side-Schalter, bei denen die Last zwischen einem Versorgungspotential, beispielsweise einer Batterie, und dem Halbleiterschalter liegt, angewendet. Bei Halbleiterschaltern, die sowohl als High-Side-Schalter als auch als Low-Side-Schalter einsetzbar sind, muss eine die Diagnose durchführende Diagnoseschaltung doppelt vorgesehen werden, nämlich eine erste Diagnoseschaltung an einem ersten Lastanschluss und eine zweite Diagnoseschaltung an einem zweiten Lastanschluss des Halbleiterschalters. Abhängig von der momentanen Verschaltung des Halbleiterschalters und der Last werden dabei entweder die Ergebnisse der ersten oder der zweiten Diagnoseschaltung verwendet, wozu eine anfängliche Initialisierung der Diagnoseschaltung abhängig von der Verschaltung des Halbleiterschalters und der Last erforderlich ist.
Bei üblichen Diagnoseschaltungen z.B. gemäss der DE 197 37 628 C1 wird ein Konstantstrom an dem Ausgang eingeprägt, an den die Last angeschlossen ist, und der sich einstellende Spannungspegel an der Ausgangsklemme wird zur Diagnose herangezogen. Nachteilig ist hierbei insbesondere, dass dieses Konzept wegen der Beurteilung von Spannungspegeln anfällig ist gegen sogenannte Masseversätze, also Schwankungen des Bezugspotential gegen das ein Spannungspegel ermittelt werden soll. Außerdem bezieht sich die Diagnose bei bekannten Schaltungen dabei nur auf eine Anschlussklemme des Halbleiterschalters, beispielsweise den Drain-Anschluss bei einem als Low-Side-Schalter eingesetzten Leistungs-MOSFET oder den Source-Anschluss bei einem als High-Side-Schalter eingesetzten Leistungs-MOSFET. Die bekannten Schaltungen sind dabei insbesondere nicht in der Lage, eine Diagnose durchzuführen, wenn der Halbleiterschalter floatend verschaltet ist, wenn also eine Last zwischen Versorgungspotential und einem ersten Lastanschluss und außerdem eine Last zwischen dem zweiten Lastanschluss und Bezugspotential liegt.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Lastdiagnose eines Halbleiterschalters zur Verfügung zu stellen, die/das universell sowohl für Halbleiterschalter im High-Side-Betrieb als auch im Low-Side-Betrieb einsetzbar ist, ohne dass eine Initialisierung abhängig von der Verschaltung erforderlich ist, und die/das insbesondere zur Diagnose bei floatendem Betrieb des Halbleiterschalters geeignet ist.

Dieses Ziel wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1 und durch ein Diagnoseverfahren gemäß Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Lastdiagnose eines Schalters, der eine erste und eine zweite Lastanschlussklemme aufweist, umfasst eine erste Stromquellenanordnung mit einer ersten Anschlussklemme, die an der ersten Lastanschlussklemme des Schalters anschließbar ist, wobei die erste Stromquellenanordnung dazu ausgebildet ist, einen Strom in einer ersten Stromrichtung an die erste Anschlussklemme zu liefern, wenn der erste Lastanschluss an ein erstes Versor gungspotential gekoppelt ist, und einen Strom in einer entgegengesetzten Stromrichtung an die erste Anschlussklemme zu liefern, wenn der erste Lastanschluss an ein zweites Versorgungspotential gekoppelt ist. Die Schaltungsanordnung umfasst weiterhin eine zweite Stromquellenanordnung mit einer zweiten Anschlussklemme, die an die zweite Lastanschlussklemme des Schalters anschließbar ist, wobei die zweite Stromquellenanordnung dazu ausgebildet ist, einen Strom in einer zweiten Stromrichtung an die zweite Anschlussklemme zu liefern wenn der zweite Lastanschluss an das zweite Versorgungspotential gekoppelt ist, und einen Strom in einer entgegengesetzten Richtung an die zweite Anschlussklemme zu liefern, wenn der zweite Lastanschluss an das erste Versorgungspotential gekoppelt ist. Zur Auswertung der an die erste und zweite Anschlussklemme fließenden Ströme ist eine Auswerteschaltung vorhanden, die abhängig von diesen Strömen ein Lastzustandssignal bereitstellt.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden somit der ersten und zweiten Anschlussklemme, die an die Lastanschlüsse des Halbleiterschalters bei der Diagnose angeschlossen sind, Ströme eingeprägt, und die Richtungen dieser sich abhängig vom Lastzustand an diesen Anschlussklemmen einstellenden Ströme werden ermittelt, um ein von dem Lastzustand abhängiges Lastzustandssignal zur Verfügung zu stellen.

Das Lastzustandssignal nimmt beispielsweise einen ersten Zustand an, der auf einen fehlerfreien Betrieb hinweist, wenn ein Strom in der ersten Richtung an die erste Anschlussklemmen und ein Strom in der zweiten Richtung an die zweite Anschlussklemme fließt, wenn also die erste Anschlussklemme an das erste Versorgungspotential gekoppelt ist und die zweite Anschlussklemme an das zweite Versorgungspotential gekoppelt ist.

Das Lastzustandssignal nimmt einen zweiten Zustand an, der auf einen ersten fehlerfreien Betrieb hinweist, wenn kein Strom an die erste Anschlussklemme fließt und/oder wenn kein Strom an die zweite Anschlussklemme fließt. Dieser Zustand tritt ein, wenn die erste Anschlussklemme weder an das erste Versorgungspotential noch an das zweite Versorgungspotential gekoppelt ist, wenn der Halbleiterschalter also sperrt und eine Leitungsverbindung zwischen dem Halbleiterschalter und dem ersten Versorgungspotential unterbrochen ist, was beispielsweise auf ein Abreißen der Last hinweist. Das Lastzustandssignal nimmt auch dann einen zweiten Zustand an, wenn der Halbleiterschalter sperrt und wenn eine Leitungsverbindung zwischen der zweiten Anschlussklemme und dem zweiten Versorgungspotential unterbrochen ist, was beispielsweise auf ein Abreißen einer zwischen diesen zweiten Lastanschluss und dieses zweite Versorgungspotential geschalteten Last hinweist. Dieser zweite Fehlerzustand wird unabhängig davon, ob der Halbleiterschalter als High-Side-Schalter, als Low-Side-Schalter oder als floatend angeordneter Schalter betrieben wird, angezeigt, sobald eine der beiden Lasten abreißt, ein Stromfluss an eine der beiden Anschlussklemmen also nicht möglich ist. Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass die Lastdiagnose selbstverständlich dann erfolgt, wenn der Halbleiterschalter sperrt, da andernfalls die erste und zweite Anschlussklemme der Diagnoseschaltung kurzgeschlossen wären.

Das Lastzustandssignal nimmt einen dritten Zustand an, der auf einen zweiten fehlerhaften Betrieb hinweist, wenn ein Strom entgegengesetzt zu der ersten Stromrichtung an die erste Anschlussklemme fließt und/oder wenn ein Strom entgegensetzt zu der zweiten Stromrichtung an die zweite Anschlussklemme fließt. Entgegengesetzt zu der ersten Stromrichtung fließt ein Strom dann an die erste Anschlussklemme, wenn die erste Anschlussklemme nicht an das erste Versorgungspotential sondern an das zweite Versorgungspotential gekoppelt ist, wenn also beispielsweise eine Last fälschlicherweise an das zweite Versorgungspotential angeschlossen ist, oder einen Kurzschluss gegen dieses Versorgungspotential verursacht. Ein Strom fließt in entgegengesetzter Richtung zu der zweiten Stromrichtung dann an die zweite Anschlussklemme, wenn diese zweite Anschlussklemme nicht an das zweite Versorgungspotential sondern an das erste Versorgungspotential gekoppelt ist, wobei dieser Fehler beispielsweise dann eintritt, wenn eine angeschlossene Last fälschlicherweise an dieses erste Versorgungspotential angeschlossen ist, oder wenn die Last einen Kurzschluss gegen dieses Versorgungspotential verursacht.

Zur Realisierung der ersten Stromquellenanordnung, die abhängig von den Potentialverhältnissen an der ersten Anschlussklemme einen Strom in einer ersten Stromrichtung oder entgegengesetzt zu dieser ersten Stromrichtung an die erste Anschlussklemme liefert, kann beispielsweise eine Stromspiegelanordnung vorgesehen werden, die einen von einer Referenzstromquelle bereitgestellten Strom in der ersten Stromrichtung an die erste Anschlussklemme liefert, wenn diese erste Anschlussklemme an das erste Versorgungspotential angeschlossen ist und die diesen Referenzstrom in einer zu der ersten Stromrichtung entgegengesetzten Richtung an die erste Anschlussklemme liefert, wenn die erste Anschlussklemme an das zweite Versorgungspotential angeschlossen ist. Entsprechend kann die zweite Stromquellenanordnung als Stromspiegel realisiert sein, der einen zweiten Referenzstrom in der zweiten Stromrichtung an die zweite Anschlussklemme liefert, wenn die zweite Anschlussklemme an das zweite Versorgungspotential angeschlossen ist, und die den Strom in einer zu der zweiten Stromrichtung entgegengesetzten Stromrichtung an die zweite Anschlussklemme liefert, wenn die zweite Anschlussklemme an das erste Versorgungspotential angeschlossen ist.

Vorzugsweise ist der zweite Referenzstrom von dem Strom an die erste Anschlussklemme abhängig, was zu schaltungstechnischen Vereinfachungen dahingehend führt, dass lediglich eine Referenzstromquelle für beide Stromspiegelanordnungen vorgesehen werden muss, was beispielsweise dazu führt, dass in einem Fehlerfall, in dem kein Strom an die erste Anschlussklem me fließt, auch kein Strom an die zweite Anschlussklemme fließt. Dies führt dazu, dass ein Fehler an der ersten Anschlussklemme mit größerer Sicherheit angezeigt wird und dass zum Anderen eine Diagnose des Lastzustandes an der zweiten Anschlussklemme unterbleibt, was wegen des ohnehin angezeigten Fehlerzustandes an der ersten Anschlussklemme jedoch keine negativen Folgen hat.

Zur Vereinfachung der Auswertung der an die erste und zweite Anschlussklemme fließenden Ströme ist bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, die Summe der Ströme an die erste und zweite Anschlussklemme auszuwerten und diese Summe zur Bereitstellung des Lastzustandes mit einem ersten und einem zweiten Referenzwert, die unterschiedlich groß sind, zu vergleichen. Unter der Annahme, dass der zweite Referenzwert größer als der erste Referenzwert ist, lassen sich hierdurch drei Fälle unterscheiden, ein erster Fall, bei dem das Summensignal größer als der zweite Referenzwert ist, ein zweiter Fall, bei dem das Summensignal zwischen dem ersten und zweiten Referenzwert liegt, und ein dritter Fall, bei dem das Summensignal kleiner als der zweite Referenzwert ist. Diese drei Fälle entsprechen den drei Zuständen des Lastzustandssignals, die den Normalbetrieb, den ersten Fehlerzustand und den zweiten Fehlerzustand anzeigen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Lastdiagnose eines Schalters, der eine erste und eine zweite Lastanschlussklemme aufweist, sieht vor, eine erste Stromquellenanordnung entsprechend der obigen Ausführungen vorzusehen, die an die erste Lastanschlussklemme des Schalters anschließbar ist, eine zweite Stromquellenanordnung entsprechend obiger Ausführungen bereitzustellen, die an die zweite Lastanschlussklemme des Schalters anschließbar ist, und die an die erste und zweite Anschlussklemme fließenden Ströme zur Bereitstellung des Lastzustandsignals auszuwerten.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert.

1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Lastdiagnose eines Halbleiterschalters.

2 zeigt die Schaltung gemäß 1 zusammen mit einem als Low-Side-Schalter eingesetzten Halbleiterschalter zur Veranschaulichung unterschiedlicher Fehlerzustände.

3 zeigt eine Schaltungsanordnung gemäß 1 mit einem als High-Side-Schalter eingesetzten Halbleiterschalter zur Verdeutlichung unterschiedlicher Fehlerzustände.

4 zeigt eine Schaltungsanordnung gemäß 1 mit einem als floatend-angeordneter Schalter eingesetzten Halbleiterschalter zur Veranschaulichung unterschiedlicher Fehlerzustände.

5 zeigt ein schaltungstechnisches Realisierungsbeispiel einer Stromquellenanordnung zum Anschließen an eine erste Anschlussklemme.

6 zeigt ein schaltungstechnisches Realisierungsbeispiel einer Stromquellenanordnung zum Anschließen an die zweite Anschlussklemme.

7 zeigt ein vorteilhaftes schaltungstechnisches Realisierungsbeispiel der ersten und zweiten Stromquellenanordnung und der Auswerteschaltung.

8 zeigt die Schaltungsanordnung gemäß 7 zusammen mit einem als Low-Side-Schalter eingesetzten Halbleiterschalter zur Veranschaulichung unterschiedlicher Fehlerzustände.

9 zeigt eine Schaltungsanordnung gemäß 7 zusammen mit einem als High-Side-Schalter eingesetzten Halbleiterschalter zur Veranschaulichung unterschiedlicher Fehlerzustände.

10 zeigt einen als floatend angeordneten Schalter eingesetzten Halbleiterschalter zur Veranschaulichung unterschiedlicher Fehlerzustände.

11 zeigt in Tabellenform die Schaltzustände von Ausgangssignalen der Schaltung gemäß der 7 bis 10 abhängig von unterschiedlichen Betriebszuständen.

In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Schaltungskomponenten und Signale mit gleicher Bedeutung.

1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Lastdiagnose eines Halbleiterschalters. Ein solcher, als MOSFET ausgebildeter Halbleiterschalter T ist in 1 gestrichelt dargestellt. Die Schaltungsanordnung umfasst eine erste Stromquellenanordnung 10 mit einer ersten Anschlussklemme K1, die an eine erste Lastanschlussklemme, in dem Beispiel den Drain-Anschluss D des MOSFET T, anschließbar ist. Die Schaltungsanordnung umfasst weiterhin eine zweite Stromquellenanordnung 20 mit einer zweiten Anschlussklemme K2, die an eine zweite Lastanschlussklemme, in dem Beispiel den Source-Anschluss S des MOSFET T anschließbar ist. Die erste Stromquellenanordnung 10 ist dazu ausgebildet, einen Strom I2 an die erste Anschlussklemme K1 zu liefern, wobei die Richtung dieses Stromes abhängig davon ist, ob die erste Anschlussklemme K1 an ein erstes oder ein zweites Versorgungspotential gekoppelt ist, wie nachfolgend anhand der 2 bis 4 noch erläutert werden wird. Zu Zwecken der Veranschaulichung wird im Folgenden davon ausgegangen, dass die erste Stromrichtung des Stromes I2 der in 1 eingezeichneten Stromrichtung entspricht, dass also ein Strom von der ersten Anschlussklemme K1 in Richtung der Stromquellenanordnung 10 fließt.
Die zweite Stromquellenanordnung 20 ist dazu ausgebildet, abhängig davon, ob die zweite Anschlussklemme K2 an ein erstes oder ein zweites Versorgungspotential angeschlossen ist, einen Strom I5 an diese zweite Anschlussklemme K2 in einer zweiten Richtung oder entgegengesetzt zu der zweiten Richtung zu liefern. Zu Zwecken der Veranschaulichung wird im Folgenden davon ausgegangen, dass die zweite Stromrichtung der in 1 eingezeichneten Stromrichtung entspricht, bei der der Strom I5 von der zweiten Stromquellenanordnung 20 an die zweite Anschlussklemme K2 fließt.
Die Schaltungsanordnung umfasst außerdem eine Auswerteschaltung 30, die die Ströme I2, I5 an die erste und zweite Anschlussklemme K1, K2 wenigstens hinsichtlich ihrer Stromrichtung auswertet, und die abhängig von dieser Auswertung ein Lastzustandssignal ST zur Verfügung stellt, dass von dem ermittelten Lastzustand abhängig ist.
Die Funktionsweise dieser Schaltungsanordnung gemäß 1 wird nachfolgend anhand der 2 bis 4 für verschiedene Betriebsarten des Halbleiterschalters T erläutert.
2 zeigt die Schaltungsanordnung für die Diagnose eines als Low-Side-Schalters eingesetzten MOSFET T, bei dem eine Last Z zwischen ein erstes Versorgungspotential V, das in dem Beispiel einem positiven Versorgungspotential entspricht, und dessen Drain-Anschluss D geschaltet ist. Der Source-Anschluss S des MOSFET T liegt auf einem zweiten Versorgungspotential GND, das in dem Ausführungsbeispiel Bezugspotential bzw. Masse entspricht.
Im Normalbetrieb ist die erste Anschlussklemme K1 der Diagnoseschaltung über die Last Z an das erste versorgungspotential V gekoppelt, so dass der Strom I2 in der dargestellten ersten Stromrichtung fließt, die zweite Anschlussklemme K2 ist an das zweite Versorgungspotential GND gekoppelt, so dass der Strom I5 in der zweiten Stromrichtung, also von der zweiten Stromquellenanordnung 20 an die zweite Anschlussklemme K2 fließt. In diesem Fall liefert die Auswerteschaltung 30 ein Lastzustandssignal ST, das einen ersten Zustand annimmt, der auf einen Normalbetrieb des Halbleiterschalters hinweist.
Tritt der in 2 gestrichelt dargestellte und mit "1" bezeichnete Fehler auf, bei dem die Leitungsverbindung zwischen der Last Z und dem Drain-Anschluss D des MOSFET T unterbrochen ist, so kann kein Strom von oder zu der ersten Anschlussklemme K1 fließen, der Strom I2 ist damit Null. Die Auswerteschaltung 30 liefert in diesem Fall ein Zustandssignal ST das einen zweiten Zustand annimmt, der auf diese Lastunterbrechung 1 hinweist.
In 2 ist ein zweiter Fehlerzustand mit "2" bezeichnet, bei dem die erste Anschlussklemme K1 an das zweite Versorgungspotential GND gekoppelt ist. Ein solcher Fehler kann beispielsweise aus einem nicht korrekten Anschließen der Last an das zweite Versorgungspotential GND anstelle des ersten Versorgungspotentials V resultieren. Die erste Stromquellenanordnung 10 ist dazu ausgebildet, bei diesem Fehlerfall einen Strom I2 entgegengesetzt zu der in 2 eingezeichneten ersten Stromrichtung zu liefern. Die diesen Stromfluss auswertende Auswerteschaltung 30 liefert in diesem Fall ein Zustandssignal ST das einen dritten Betriebszustand annimmt, der auf diesen nicht korrekten Anschluss des Drain-Anschlusses D des MOSFET T an Bezugspotential GND hinweist. Es sei darauf hingewiesen, dass zur Detektion dieses Fehlerzustandes der Drain-Anschluss D bzw. die erste Anschlussklemme K1 nicht direkt an das zweite Versorgungspotential GND an geschlossen sein müssen, sondern dass dieser Anschluss selbstverständlich auch über eine Last erfolgen kann.
3 zeigt die Schaltungsanordnung zur Diagnose eines als High-Side-Schalter eingesetzten MOSFET T, dessen Drain-Anschluss D an das erste Versorgungspotential V angeschlossen ist und zwischen dessen Source-Anschluss S und das zweite Versorgungspotential GND eine Last Z geschaltet ist. Die erste Anschlussklemme K1 ist somit an das erste Versorgungspotential V und die zweite Anschlussklemme K2 ist im störungsfreien Betrieb über die Last Z an das zweite Versorgungspotential GND gekoppelt. Es fließt somit ein Strom I2 in der eingezeichneten Richtung von der ersten Anschlussklemme K1 an die erste Stromquellenanordnung 10 und ein Strom I5 in der eingezeichneten Richtung von der zweiten Stromquellenanordnung 20 an die zweite Anschlussklemme K2. Es sei darauf hingewiesen, dass die Beträge dieser Ströme bei der Verschaltung gemäß 2 und der Verschaltung gemäß 3 unterschiedlich sind, was hinsichtlich des Auswertungsergebnisses jedoch zu keinen Unterschieden führt, da grundsätzlich nur die Richtung dieser Ströme detektiert wird und detektiert wird, ob diese Ströme Null oder ungleich Null sind.
3 veranschaulicht einen mit "3" bezeichneten Fehlerfall, bei dem eine Unterbrechung zwischen dem Source-Anschluss S und der Last Z vorliegt. Bei gesperrtem MOSFET T kann somit kein Strom fließen, so dass die Auswerteschaltung 30 ein Zustandssignal ST mit einem zweiten Zustand zur Verfügung stellt, der auf einen solchen Lastabriss hinweist.
3 zeigt einen weiteren Fehlerfall, der mit "4" bezeichnet ist, bei dem der Source-Anschluss S an das erste Versorgungspotential gekoppelt ist, was beispielsweise durch einen nicht korrekten Anschluss der Last erfolgen kann. In diesem Fall stellt die Stromquellenanordnung 20 einen Strom I5 bereit, der entgegen der in 3 eingezeichneten Stromrichtung fließt. Die Auswerteschaltung 30 stellt in diesem Fall ein Lastzustandssignal ST mit einem dritten Zustand zur Verfügung, der auf dieses nicht korrekte Anschließen dieses Source-Anschlusses S hinweist. Wie in dem zuvor anhand von 2 erläuterten Fall muss der Source-Anschluss S zur Detektion dieses Fehlerzustandes selbstverständlich nicht direkt an das erste Versorgungspotential V angeschlossen sein, sondern kann auch über eine Last an dieses Versorgungspotential V angeschlossen sein.
4 zeigt die Schaltungsanordnung mit einem floatend-angeordneten MOSFET T, bei dem zwischen das erste Versorgungspotential V und den Drain-Anschluss D eine erste Last Z1 und zwischen den Source-Anschluss S und das zweite Versorgungspotential GND eine zweite Last Z2 geschaltet ist.
Im Normalbetrieb ist die erste Anschlussklemme K1 über die erste Last Z1 an das erste Versorgungspotential V gekoppelt, wodurch ein Strom I2 in der eingezeichneten Richtung durch die Stromquellenanordnung 10 hervorgerufen wird. Entsprechend ist die zweite Anschlussklemme K2 über die zweite Last Z2 an das zweite Versorgungspotential GND gekoppelt, wodurch von der zweiten Stromquellenanordnung 20 ein Strom I5 in der eingezeichneten zweiten Richtung hervorgerufen wird. Die Auswerteschaltung 30 stellt ein Zustandssignal ST mit einem ersten Zustand zur Verfügung, der auf einen störungsfreien Betrieb hinweist.
In 4 ist mit "11" ein Fehlerfall bezeichnet, bei dem die Verbindung zwischen der ersten Last Z1 und dem Drain-Anschluss D unterbrochen ist, so dass der Strom I2 Null ist. Die Auswerteschaltung 30 stellt in diesem Fall ein Zustandssignal ST mit einem zweiten, auf die Lastunterbrechung hinweisenden Zustand zur Verfügung. "12" bezeichnet in 4 den Fehlerfall, bei dem die Verbindung zwischen der zweiten Last Z2 und dem Source-Anschluss S unterbrochen ist. In diesem Fall wird der Strom I5 Null, so dass die Auswerteschaltung 30 ein Lastzustandssignal bereitstellt, dass ebenfalls den zweiten Zustand aufweist, der auf diese Lastunterbrechung hinweist.
"21" bezeichnet in 4 einen Fehlerfall, bei dem der Drain-Anschluss D des MOSFET an das zweite Versorgungspotential GND gekoppelt ist. In diesem Fall ruft die Stromquellenanordnung 10 einen Strom entgegengesetzt zu der in 4 eingezeichneten ersten Stromrichtung hervor. Die Auswerteschaltung 30 stellt in diesem Fall ein Zustandssignal ST zur Verfügung, dass den dritten Zustand aufweist, der auf die nicht korrekte Verschaltung dieses Drain-Anschlusses D hinweist.
"22" bezeichnet in 4 den Fehlerfall, bei dem der Source-Anschluss S fälschlicherweise an das erste Versorgungspotential V gekoppelt ist. In diesem Fall ruft die zweite Stromquellenanordnung 20 einen Strom I5 an die zweite Anschlussklemme K2 hervor, der entgegengesetzt zu der in 4 eingezeichneten zweiten Stromrichtung fließt. Die Auswerteschaltung 30 liefert in diesem Fall ein Zustandssignal, das des dritten Zustand annimmt, der auf diese falsche Verschaltung des Source-Anschlusses S hinweist.
Die Auswerteschaltung 30 liefert selbstverständlich auch dann ein Zustandssignal ST, das den zweiten Zustand aufweist, wenn sowohl der Fehlerfall "11" als auch der Fehlerfall "12" vorliegt. Entsprechend wird ein Lastzustandssignal ST zur Verfügung gestellt, das den dritten Zustand annimmt, wenn sowohl der Fehlerfall "21" als auch der Fehlerfall "22" vorliegt.
5 zeigt ein schaltungstechnisches Realisierungsbeispiel der ersten Stromquellenanordnung die abhängig von der Polung der ersten Anschlussklemme K1 einen Strom I2 in der in den 1 bis 3 eingezeichneten ersten Stromrichtung oder entgegengesetzt zu dieser ersten Stromrichtung hervorruft. Die Stromquellenanordnung 10 umfasst eine Referenzstromquelle Iq1, die einen Referenzstrom I1 an einen Stromspiegel mit ei nem ersten und zweiten Transistor M1, M2 liefert. Die Stromspiegeltransistoren M1, M2 sind in dem Beispiel als n-Kanal-MOSFET ausgebildet. Die Source-Anschlüsse dieser Transistoren M1, M2 sind über wenigstens zwei Dioden D10, D11 an Bezugspotential angeschlossen, wobei die Anode einer der beiden Dioden an die Source-Anschlüsse der Transistoren M1, M2 angeschlossen ist. Die beiden dargestellten Dioden D10, D11 können auch jeweils als Transistor ausgebildet sein, der als Diode verschaltet ist.
Der der Referenzstromquelle Iq1 nachgeschaltete Transistor M1 der Schaltung ist als Diode verschaltet. Der Drain-Anschluss des anderen Transistors M2 ist über eine Stromerfassungsschaltung 31 an die erste Anschlussklemme K1 gekoppelt. Der Transistor M2 weist eine integrierte Rückwärts- oder Body-Diode auf, die in dem Beispiel explizit dargestellt ist und mit dem Bezugszeichen D2 bezeichnet ist.
Liegt die erste Anschlussklemme K1 an dem ersten Versorgungspotential V, so fließt ein Strom I2 in der ersten Richtung von dieser Anschlussklemme K1 über den Stromspiegeltransistor M2 und über die Dioden D10, D11 nach Bezugspotential GND, wobei dieser Strom I2 über das Verhältnis des Stromspiegels M1, M2 zu dem Referenzstrom I1 in Beziehung steht.
Liegt die erste Anschlussklemme K1 an Bezugspotential GND, so fließt der Referenzstrom I1 über den ersten Stromspiegeltransistor M1 und die Rückwärtsdiode D2 des zweiten Stromspiegeltransistors M2 an die Anschlussklemme K1, so dass ein Strom entgegen der in 5 eingezeichneten ersten Stromrichtung fließt. Unter der Annahme, dass der Spannungsabfall über der Stromerfassungsschaltung 31 und über der Leitung zwischen der Stromerfassungsschaltung 31 und Bezugspotential GND zusammen geringer als eine Dioden-Durchlassspannung ist, liegt zwischen den Source-Anschlüssen der beiden Transistoren M1, M2 und Bezugspotential eine Spannung an, die geringer als das Zweifache einer Diodendurchlassspannung ist. Durch die Ver wendung wenigstens zweier Dioden in der Diodenkette D10, D11 ist sichergestellt, dass kein Strom über diese Diodenkette D10, D11 nach Bezugspotential GND fließt, so dass der Strom vollständig über die Rückwärtsdiode D2 und die Stromerfassungsschaltung 31 fließt.
6 zeigt ein schaltungstechnisches Realisierungsbeispiel für die zweite Stromquellenanordnung 20. Diese Schaltungsanordnung umfasst eine zweite Referenzstromquelle Iq4, die einen zweiten Referenzstrom I20 an einen Stromspiegel mit zwei n-Kanal-Transistoren M3, M4 liefert, deren Source-Anschlüsse an das zweite Versorgungspotential GND angeschlossen sind. Die Schaltungsanordnung umfasst einen zweiten Stromspiegel mit p-Kanal-Transistoren M5, M6 deren Source-Anschlüsse über eine Diodenkette mit wenigstens zwei Dioden D20, D21 an dem ersten Versorgungspotential V liegen, wobei die Anode einer der Dioden D20, D21 an Versorgungspotential V anliegt. Dieser zweite Stromspiegel M5, M6 ist an den ersten Stromspiegel M3, M4 gekoppelt, wobei der Drain-Anschluss des Transistors M5 an dem Drain-Anschluss des Transistors M4 liegt. Der Drain-Anschluss des weiteren Transistors M6 des zweiten Stromspiegels M5, M6 ist an die zweite Anschlussklemme K2 gekoppelt. Der durch die zweite Referenzstromquelle Iq4 gelieferte zweite Referenzstrom I20 ruft über den Stromspiegel M3, M4 einen Strom I4 durch den zweiten Transistor M4 des ersten Stromspiegels und den ersten Transistor M5 des zweiten Stromspiegels hervor. Ist die zweite Anschlussklemme K2 an das zweite Versorgungspotential GND gekoppelt, was dem Normalbetrieb entspricht, so fließt ein Strom I5 in der eingezeichneten zweiten Stromrichtung, der über das Stromspiegelverhältnis des zweiten Stromspiegels zu dem Strom I4 und damit zu dem zweiten Referenzstrom I20 in Beziehung steht, an die zweite Anschlussklemme K2. Ist die zweite Anschlussklemme K2 direkt oder über eine Last an das erste Versorgungspotential V gekoppelt, so fließt ein Strom I5 entgegengesetzt zu der eingezeichneten zweiten Richtung von der zweiten Anschlussklemme K2 über eine Rückwärtsdiode D6 des zweiten Stromspiegeltran sistors M6 des zweiten Stromspiegels, über den ersten Stromspiegeltransistor M5 dieses zweiten Stromspiegels und den Stromspiegeltransistor M4 nach Bezugspotential GND.
In der nachfolgend erläuterten Weise wird bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ein Zustandssignal ST mit einem ersten Zustand zur Verfügung gestellt, wenn ein störungsfreier Betrieb des Halbleiterschalters T vorliegt und zwar unabhängig davon, ob der Halbleiterschalter als High-Side-Schalter, als Low-Side-Schalter oder als floatender Schalter eingesetzt wird.
Das Zustandssignal ST weist einen zweiten Zustand auf, der auf einen Lastabriss hindeutet und zwar unabhängig davon, ob der Halbleiterschalter T als High-Side-Schalter, als Low-Side-Schalter oder als floatender Schalter eingesetzt ist.
Außerdem weist das Zustandssignal ST einen dritten Zustand auf, der auf einen Anschluss eines der beiden Lastanschlüsse oder beider Lastanschlüsse an das "falsche" Versorgungspotential hinweist und zwar unabhängig davon, ob der Halbleiterschalter als High-Side-Schalter, als Low-Side-Schalter oder als floatender Schalter eingesetzt ist.
7 zeigt ein mit vergleichsweise niedrigem schaltungstechnischem Aufwand realisierbares Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit der ersten Stromquellenanordnung 10, der zweiten Stromquellenanordnung 20 und der Auswerteschaltung 30.
Ein zu überwachender Halbleiterschalter T, der als MOSFET ausgebildet ist, ist in 7 gestrichelt dargestellt.
Die erste Stromquellenanordnung 10 umfasst in dem Ausführungsbeispiel eine Referenzstromquelle Iq1, die zwischen das erste Versorgungspotential V und einen Stromspiegel mit zwei n-Kanal-Transistoren M1, M2 geschaltet ist. Die Referenz stromquelle Iq1 liefert einen ersten Referenzstrom I1. Der der Stromquelle Iq1 nachgeschaltete Stromspiegeltransistor M1 ist als Diode verschaltet. Die Source-Anschlüsse der beiden Transistoren M1, M2 sind miteinander verbunden, und der Drain-Anschluss des zweiten Stromspiegeltransistors M2 ist an die erste Anschlussklemme K1 angeschlossen. Die Schaltung mit der ersten Referenzstromquelle Iq1 sowie dem ersten und zweiten Stromspiegeltransistor M1, M2 entspricht der Schaltung mit der Referenzstromquelle Iq1 sowie den Stromspiegeltransistoren M1, M2 in 5. An dem den Stromspiegeltransistor M1, M2 gemeinsamen Knoten steht ein Strom I3 zur Verfügung, der als Referenzstrom für die zweite Stromquellenanordnung 20 dient, deren Aufbau im Übrigen dem Aufbau der Stromquellenanordnung gemäß 6 entspricht, mit dem Unterschied, dass die Source-Anschlüsse der Stromspiegeltransistoren M5, M6 über einen Transistor M7 eines noch zu erläuternden weiteren Stromspiegels an das erste Versorgungspotential V angeschlossen ist. Der Stromspiegeltransistor M3 dient in 7 als Last für den Stromspiegel M1, M2 anstelle der Diodenkette D10, D11 gemäß 5.
Der erste Stromspiegel M3, M4 der zweiten Stromquellenanordnung 20 besitzt vorzugsweise ein Stromspiegelverhältnis von 2:1, was nachfolgend noch erläutert werden wird.
Zur Ermittlung des Lastzustandes wird bei der Schaltungsanordnung gemäß 7 ein in den zweiten Stromspiegel M5, M6 der zweiten Stromquellenanordnung 20 fließender Strom I6 ausgewertet. Hierzu wird dieser Strom I6 mit einem Referenzstrom Iref2, der durch eine Referenzstromquelle Iq2 zur Verfügung gestellt wird, und mit einem Referenzstrom Iref3, der durch eine weitere Referenzstromquelle Iq3 zur Verfügung gestellt wird, verglichen, um abhängig von diesem Vergleichsergebnis ein erstes uns zweites zweiwertiges Ausgangssignal S8, S9 zur Verfügung zu stellen, die gemeinsam das Zustandssignal ST repräsentieren. Die Auswerteschaltung 30 umfasst einen Stromspiegel, in dem über Stromspiegeltransistoren M7, M8 der Strom I6 auf einen Strom I8 abgebildet wird, wobei der Stromspiegeltransistor M8 in Reihe zu der Referenzstromquelle Iq2 zwischen das erste Versorgungspotential V und das zweite Versorgungspotential GND geschaltet ist. Das erste Signal S8 ist an einem dem Stromspiegeltransistor M8 und der Referenzstromquelle Iq2 gemeinsamen Knoten abgreifbar. Das Stromspiegelverhältnis des durch die Transistoren M7, M8 gebildeten Stromspiegelverhältnisses beträgt vorzugsweise 1:1 so dass der Strom I8 dem Strom I6 entspricht. Das erste Ausgangssignal S8 nimmt einen High-Pegel an, wenn dieser Strom I6 größer als der Referenzstrom Iref2 ist. Der Strom I6 wird in entsprechender Weise mit dem Referenzstrom Iref3 verglichen. Hierzu ist ein an den Stromspiegeltransistor M7 gekoppelter Stromspiegeltransistor M9 vorgesehen, der in Reihe zu der weiteren Referenzspannungsquelle Iq3 zwischen das erste Versorgungspotential V und das zweite Versorgungspotential GND gekoppelt ist. Das zweite Signal S9 ist an dem dem Stromspiegeltransistor M9 und der Referenzstromquelle Iq3 gemeinsamen Knoten abgreifbar, wobei dieses Signal einen High-Pegel annimmt, wenn der Strom I6 größer als der Referenzstrom Iref3 ist, und einen Low-Pegel annimmt, wenn der Strom I6 kleiner als der Referenzstrom Iref3 ist.
Die Funktionsweise dieser Schaltungsanordnung gemäß 7 wird nachfolgend anhand der 8 bis 10 näher erläutert, wobei 8 die Schaltungsanordnung in Verbindung mit einem als Low-Side-Schalter eingesetzten Halbleiterschalter T, 9 die Schaltungsanordnung in Verbindung mit einem als High-Side-Schalter eingesetzten Halbleiterschalter T und 10 die Schaltungsanordnung in Verbindung mit einem floatend angeordneten Halbleiterschalter zeigt.
In allen drei Fällen liegt ein Normalbetrieb des Halbleiterschalters T dann vor, wenn der Drain-Anschluss D, also die erste Anschlussklemme K1 der Diagnoseschaltung, direkt (im High-Side-Betrieb) oder über eine Last (im Low-Side-Betrieb oder floatenden Betrieb) an das erste Versorgungspotential V angeschlossen ist, und wenn der Source-Anschluss S direkt (im Low-Side-Betrieb) oder über eine Last (im High-Side-Betrieb oder floatenden Betrieb) an das zweite Versorgungspotential GND angeschlossen ist.
Von der ersten Anschlussklemme K1 fließt dann ein Strom I2 in der in den Figuren eingezeichneten ersten Richtung über die Stromspiegeltransistoren M2, M3 nach Bezugspotential GND. Der Betrag dieses Stromes I2 entspricht dem ersten Referenzstrom I1. Der Referenzstrom I3 der zweiten Stromquellenanordnung 20, der der Summe aus dem ersten Referenzstrom I1 und diesem Strom I2 entspricht, entspricht dem zweifachen dieses ersten Referenzstromes I1 so dass gilt: I3 = I1 + I2 = 2 · I1. Unter Berücksichtigung des Stromspiegelverhältnisses 2:1 der Stromspiegeltransistoren M3, M4 der zweiten Stromquellenanordnung 20 beträgt der Strom I4 = I1. Dieser Strom I4 wird über den zweiten Stromspiegel M5, M6 eins zu eins auf den Strom I5 an die zweite Anschlussklemme K2 angebildet, so dass gilt: I5 = I1. Für den Strom I6 gilt dann: I6 = I4 + I5 = 2 · I1.
Der zweite Referenzstrom Iref2 ist so gewählt, dass er kleiner ist als das zweifache des ersten Referenzstromes I1, so dass gilt: Iref2 < 2 · I1. Außerdem ist der weitere Referenzstrom Iref3 kleiner als der zweite Referenzstrom, also Iref3 < Iref2. Im Normalbetrieb gilt dann, dass der Strom I6 größer als der zweite und dritte Referenzstrom Iref2, Iref3 ist, so dass das erste und zweite Ausgangssignal S8, 59 auf einem High-Pegel liegen. Dieses Ergebnis ist auch der Tabelle in 11 zu entnehmen, in der der Wert des Stromes I6 sowie die Pegel der Signal S8, S9 der Diagnoseschaltung für verschiedene Betriebszustände des Halbleiterschalters T dargestellt sind.
Mit "1" ist beim Low-Side-Betrieb gemäß 8 ein Fehlerfall bezeichnet, bei dem die Leitungsverbindung zwischen der Last Z und dem Drain-Anschluss des MOSFET unterbrochen ist. Der Strom I2 ist in diesem Fall gleich Null, der Referenz strom I3 der zweiten Stromquellenanordnung 20 entspricht dem ersten Referenzstrom I1 so dass gilt: I3 = I1. Wegen I4 = 0,5 · I3 und I4 = I5 gilt: I6 = I1.
Der zweite Referenzstrom Iref2 ist größer als der erste Referenzstrom I1, so dass das Ausgangssignal S8 bei diesem Fehlerfall einer abgerissenen Last einen Low-Pegel annimmt. Der dritte Referenzstrom Iref3 der kleiner als der zweirte Referenzstrom Iref2 ist, ist kleiner als dieser erste Referenzstrom I1, so dass das zweite Ausgangssignal S9 einen High-Pegel annimmt.
Eine entsprechende Situation mit einem Strom I6, der dem ersten Referenzstrom I1 entspricht, ergibt sich bei dem in 10 mit "11" bezeichneten Fehlerfall, bei dem eine Unterbrechung der Verbindung zwischen der ersten Last Z1 und dem Drain-Anschluss D vorliegt.
Mit "2" ist in 8 einer der anderen Fehler bezeichnet, bei dem der Drain-Anschluss des MOSFET T an Bezugspotential GND anstatt des ersten Versorgungspotentials V gekoppelt ist. In diesem Fall fließt der erste Referenzstrom I1 über den Stromspiegeltransistor M1 und die integrierte Rückwärtsdiode D2 des Stromspiegeltransistors M2 an die erste Anschlussklemme K1. Der Betrag des zweiten Stromes I2 entspricht dabei dem ersten Referenzstrom I1. Der Strom I2 fließt dabei jedoch entgegen der in 8 eingezeichneten ersten Stromrichtung an die erste Anschlussklemme K1. Der Summenstrom I3 und damit der Strom I4 durch den ersten Stromspiegel der zweiten Stromquellenanordnung 20 ist damit Null. Entsprechend ist der Strom I5 an die zweite Anschlussklemme K2, und damit auch der Strom I6, gleich Null. Es gilt also: I3 = I4 = I5 = I6 = 0. Damit weisen beide Ausgangssignale S8, S9 am Ausgang der Auswerteschaltung 30 einen Low-Pegel auf.
Dieser Fehler entspricht auch dem in 10 mit "21" bezeichneten Fehlerfall, bei dem bei einem floatenden Halblei terschalter T der Drain-Anschluss an das zweite Versorgungspotential GND gekoppelt ist. Auch in diesem Fall gilt: I3 = I4 = I5 = I6 = 0, wodurch die beiden Ausgangssignal S8, S9 am Ausgang der Auswerteschaltung 30 einen Low-Pegel annehmen.
Mit "3" ist in 9 einen Fehlerfall bezeichnet, bei dem im High-Side-Betrieb des Halbleiterschalters T die Verbindung zwischen dem Source-Anschluss S und der Last Z unterbrochen ist, während an dem Drain-Anschluss des Halbleiterschalters T kein Fehler vorliegt. In diesem Fall gilt für den Strom I3 entsprechend dem fehlerfreien Fall: I3 = 2 · I1 und damit I4 = I1. Der Strom I5 an die zweite Anschlussklemme K2 ist Null, so dass I6 = I1 gilt. Das Ausgangssignal S8 nimmt in diesem Fall entsprechend dem oben bereits erläuterten Fehlerfall "1" einen Low-Pegel an, während das zweite Ausgangssignal S9 einen High-Pegel annimmt.
Entsprechend nimmt das erste Ausgangssignal S8 einen Low-Pegel und das zweite Ausgangssignal S9 einen High-Pegel an, wenn bei dem in 10 mit "12" bezeichneten Fehlerfall eine Lastunterbrechung zwischen dem Source-Anschluss S und der zweiten Last Z2 auftritt.
Auch hier gilt für den Strom I6 bei einer fehlerfreien Verschaltung des Drain-Anschlusses D: I6 = I1.
Bezugnehmend auf 10 sei noch der Fall betrachtet, bei dem sowohl der Fehler "11" als auch der Fehler "12" vorliegt, bei dem als zwei Lastunterbrechungen vorhanden sind. In diesem Fall sind sowohl der Strom I2 an die erste Anschlussklemme K1 als auch der Strom I5 an die zweite Anschlussklemme K2 Null. Der Strom I3 entspricht dem ersten Referenzstrom, so dass gilt: I3 = I1. Für den Strom I6 gilt dann: I6 = I4 = 0,5 I1. I6 ist damit kleiner als der zweite Referenzstrom Iref2, für den gilt: I1 < Iref2 < 2 · I2. Für Iref3 gilt: 0 < Iref3 < 0,5 · I1. In dem eben erläuterten Fall ist I6 somit größer als der dritte Referenzstrom Iref3, so dass das zweite Ausgangssignal S9 einen High-Pegel annimmt.
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass bei einer Lastunterbrechung das erste Ausgangssignal S8 einen Low-Pegel annimmt und das zweite Ausgangssignal S9 einen High-Pegel annimmt, sofern obige Bedingungen für den zweiten Referenzstrom Iref2 und den dritten Referenzstrom Iref3 erfüllt sind. Diese Ausgangssignalkonstellation ergibt sich bei jeder der möglichen Lastunterbrechungen, nämlich einmal bei Lastunterbrechung im Low-Side-Betrieb (8), im High-Side-Betrieb (9) und im floatenden Betrieb sowohl bei Unterbrechung nur einer Last, als auch bei Unterbrechung beider Lasten.
Mit "4" ist in 9 ein Fehlerfall bezeichnet, bei dem im High-Side-Betrieb der Source-Anschluss des MOSFET an das erste Versorgungspotential V anstelle des zweiten Versorgungspotentials GND gekoppelt ist. Bei einem fehlerfreien Anschluss des Drain-Anschlusses D gilt für den Strom I4 durch den Stromspiegeltransistor M4 in der oben erläuterten Weise: I4 = 0,5 · I3 = I1. Dieser Strom I4 durch den ersten Stromspiegeltransistor M5 des zweiten Stromspiegels M5, M6 und den zweiten Stromspiegeltransistor M4 des ersten Stromspiegels M3, M4 wird durch den Strom I5 geliefert, der entgegen der in 9 dargestellten zweiten Stromrichtung über die Rückwärtsdiode D6 des Stromspiegeltransistors M6 fließt. Für den Strom I6 gilt in diesem Fall: I6 = 0. Bei einem solchen Ausgangsstrom I6 = 0 liegen beide Ausgangssignale S8, S9 in der oben bereits erläuterten Weise auf einem Low-Pegel, um auf die nicht korrekte Verschaltung des Source-Anschlusses des MOSFET T hinzuweisen.
Eine entsprechende Konstellation ergibt sich bei dem in 10 mit "22" bezeichneten Fehler, bei dem der Source-Anschluss S an das erste Versorgungspotential V gekoppelt ist, unter der Annahme, dass der Drain-Anschluss D des MOSFET T korrekt verschaltet ist.
Abschließend sei der Fehler betrachtet, bei dem der Drain-Anschluss D des MOSFET, an Bezugspotential GND gekoppelt ist, so dass der Fehler "21" vorliegt, und bei dem der Source-Anschluss des MOSFET an das erste Versorgungspotential V angeschlossen ist, so dass der Fehler "22" vorliegt. Entsprechend dem Fehlerfall "2" ist der Strom I4 in diesem Fall Null, wodurch auch der Strom I5 gleich Null ist, so dass gilt: I4 = I5 = I6 = 0. Entsprechend ergibt sich eine Signalkonstellation S8, S9, bei dem beide Signale auf einem Low-Pegel liegen. Betrachtet man zusammenfassend die Aufstellung in 11, so wird deutlich, dass sich unabhängig von der Verschaltung des Halbleiterschalters als High-Side-Schalter, als Low-Side-Schalter oder als floatender Schalter für gleichartige Schaltungszustände gleiche Ausgangsignale ergeben. Das heißt, im Normalbetrieb sind die beiden Signale S8, S9 stets auf einem High-Pegel. Bei einem Lastabriss gilt stets, dass das erste Signal S8 einen Low-Pegel annimmt, während das zweite Signal S9 einen High-Pegel annimmt, und bei einem Anschließen eines Lastanschlusses des MOSFET an das "falsche" Versorgungspotential nehmen beide Ausgangssignale S8, S9 einen Low-Pegel an. Diese drei unterschiedlichen Signalkonstellationen des ersten und zweiten Ausgangssignals S8, S9 entsprechen den drei Zuständen des Lastzustandsignals ST wobei das Lastzustandssignal ST als zweistelliges binäres Signal betrachtet werden kann, wobei ein Bit dieses Signals durch das erste Signal S8 und das zweite Bit dieses Signals durch das zweite Signal S9 gebildet ist.

D2, D6: Rückwärtsdioden
D10, D11: Dioden
D20, D21: Dioden
GND: zweites Versorgungspotential
I1: erster Referenzstrom
I2 – I6: Ströme
I8, I9: Ströme
Iq1, Iq2, Iq3: Stromquellen
Iref2: zweiter Referenzstrom
Iref3: dritter Referenzstrom
K8, K9: Ausgangsklemmen
M1 – M4: n-Kanal-Transistoren
M5 – M9: p-Kanal-Transistoren
S8: erstes Ausgangssignal
S9: zweites Ausgangssignal
V: erstes Versorgungspotential
Z, Z1, Z2: Lasten

Claims

Schaltungsanordnung zur Lastdiagnose eines Schalters (T), der eine erste und eine zweite Lastanschlussklemme (D, S) aufweist, wobei die Schaltungsanordnung folgende Merkmale umfasst: – eine erste Stromquellenanordnung (10) mit einer ersten Anschlussklemme (K1), die an die erste Lastanschlussklemme (D) des Schalters (T) anschließbar ist, wobei die erste Stromquellenanordnung (10) dazu ausgebildet ist, einen Strom (I2) in einer ersten Stromrichtung an die erste Anschlussklemme (K1) zu liefern, wenn der erste Lastanschluss (D) an ein erstes Versorgungspotential (V) gekoppelt ist, und einen Strom in einer entgegengesetzten Stromrichtung an die erste Anschlussklemme (K1) zu liefern, wenn der erste Lastanschluss (D) an ein zweites Versorgungspotential (GND) gekoppelt ist, – eine zweite Stromquellenanordnung (20) mit einer zweiten Anschlussklemme (K2), die an die zweite Lastanschlussklemme (S) des Schalters (T) anschließbar ist, wobei die zweite Stromquellenanordnung (20) dazu ausgebildet ist, einen Strom (I5) in einer zweiten Stromrichtung an die zweite Anschlussklemme (K2) zu liefern, wenn der zweite Lastanschluss (S) an das zweite Versorgungspotential (GND) gekoppelt ist, und einen Strom in einer entgegengesetzten Richtung an die zweite Anschlussklemme (K2) zu liefern, wenn der zweite Lastanschluss (S) an das erste Versorgungspotential (V) gekoppelt, – eine Auswerteschaltung (30), die die an die erste und zweite Anschlussklemme (K1, K2) fließenden Ströme (I2, I5) auswertet und abhängig von diesen Strömen (I2, I5) ein Lastzustandssignal (ST) bereitstellt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der das Lastzustandssignal (ST) einen ersten Zustand annimmt, der auf einen fehlerfreien Betrieb hinweist, wenn ein Strom (I2) in der ersten Richtung an die erste Anschlussklemme (K1) und ein Strom (I5) in der zweiten Richtung an die zweite Anschlussklemme (K2) fließt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Lastzustandssignal einen zweiten Zustand annimmt, der auf einen ersten fehlerhaften Betrieb hinweist, wenn kein Strom an die erste Anschlussklemme (K1) fließt und/oder wenn kein Strom an die zweite Anschlussklemme (K2) fließt.
Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Lastzustandssignal einen dritten Zustand annimmt, der auf einen zweiten fehlerhaften Betrieb hinweist, wenn ein Strom (I2) entgegengesetzt zu der ersten Stromrichtung an die erste Anschlussklemme fließt und/oder, wenn ein Strom (I5) entgegengesetzt zu der zweiten Stromrichtung an die zweite Anschlussklemme (K2) fließt.
Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die erste Stromquellenanordnung einen ersten Stromspiegel (M1, M2) aufweist, der einen zu einem ersten Referenzstrom (I1) proportionalen Strom abhängig von den Potentialverhältnissen an der ersten Anschlussklemme (K1) in der ersten Stromrichtung oder entgegengesetzt zu der ersten Stromrichtung an die erste Anschlussklemme (K1) liefert, und bei der die zweite Stromquellenanordnung (20) einen zweiten Stromspiegel (M3, M4) aufweist, der einen zu einem zweiten Referenzstrom (I20; I3) proportionalen Strom abhängig von den Potentialverhältnissen an der zweiten Anschlussklemme (K2) in der zweiten Stromrichtung oder entgegengesetzt zu der zweiten Stromrichtung an die zweite Anschlussklemme (K2) liefert.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, bei dem der zweite Referenzstrom (I3) von dem Strom (I2) an die erste Anschlussklemme (K1) abhängig ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, bei dem der zweite Referenzstrom (I3) von der Summe des Stromes (I2) an die erste Anschlussklemme und des ersten Referenzstromes (I1) abhängig ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, bei dem die Auswerteschaltung die Summe der Ströme an die erste und zweite Anschlussklemme (K1, K2) ermittelt und diese Summe zur Bereitstellung des Lastzustandssignals mit einem ersten und einem zweiten Referenzwert (Iref2, Iref3) vergleicht.
Verfahren zur Lastdiagnose eines Schalters, der eine erste und eine zweite Lastanschlussklemme (D, S) aufweist, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst: – Bereitstellen einer ersten Stromquellenanordnung (10) mit einer ersten Anschlussklemme (K1), die an die erste Lastanschlussklemme (D) des Schalters (T) anschließbar ist, wobei die erste Stromquellenanordnung (10) dazu ausgebildet ist, einen Strom (I2) in einer ersten Stromrichtung an die Anschlussklemme (K1) zu liefern, wenn der erste Lastanschluss (D) an ein erstes Versorgungspotential (V) gekoppelt ist und einen Strom in einer entgegengesetzten Stromrichtung an die erste Anschlussklemme (K1) zu liefern, wenn der erste Lastanschluss (D) an ein zweites Versorgungspotential (GND) gekoppelt ist, – Bereitstellen einer zweiten Stromquellenanordnung (20) mit einer zweiten Anschlussklemme (K2), die an die zweite Lastanschlussklemme (S) des Schalters (T) anschließbar ist, wobei die zweite Stromquellenanordnung (20) dazu ausgebildet ist, einen Strom (I5) in einer zweiten Stromrichtung an die zweite Anschlussklemme (K2) zu liefern, wenn der zweite Lastanschluss (S) an das zweite Versorgungspotential (GND) gekoppelt ist und einen Strom in einer entgegengesetzten Richtung an die zweite Anschlussklemme (K2) zu liefern, wenn der zwei te Lastanschluss (S) an das erste Versorgungspotential (V) gekoppelt, – Auswerten der an die erste und zweite Anschlussklemme (K1, K2) fließenden Ströme zur Bereitstellung eines Lastzustandssignal (ST).
Verfahren nach Anspruch 9, bei der das Lastzustandssignal (ST) einen ersten Zustand annimmt, der auf einen fehlerfreien Betrieb hinweist, wenn ein Strom (I2) in der ersten Richtung an die erste Anschlussklemme (K1) und ein Strom (I5) in der zweiten Richtung an die zweite Anschlussklemme (K2) fließt.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei der das Lastzustandssignal (ST) einen zweiten Zustand annimmt, der auf einen ersten fehlerhaften Betrieb hinweist, wenn kein Strom an die erste Anschlussklemme (K1) fließt und/oder wenn kein Strom an die zweite Anschlussklemme (K2) fließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei der das Lastzustandssignal einen dritten Zustand annimmt, der auf einen zweiten fehlerhaften Betrieb, wenn ein Strom (I2) entgegengesetzt zu der ersten Stromrichtung an die erste Anschlussklemme fließt und/oder, wenn ein Strom entgegengesetzt zu der zweiten Stromrichtung an die zweite Anschlussklemme (K2) fließt.