WO2023088827A1 - Verfahren zum bestimmen eines einschaltwiderstands eines feldeffekt-transistors, modul zur stromerfassung mit einem feldeffekt-transistor und elektronische sicherung mit dem modul - Google Patents

Verfahren zum bestimmen eines einschaltwiderstands eines feldeffekt-transistors, modul zur stromerfassung mit einem feldeffekt-transistor und elektronische sicherung mit dem modul Download PDF

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WO2023088827A1
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resistance
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temperature
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Ralf Abel
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Hkr Automotive Gmbh
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    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
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    • G01R19/16504—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the components employed
    • G01R19/16519—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the components employed using FET's

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining an on-resistance of a field effect transistor (FET), a module for current detection with a field effect transistor and an electronic fuse with the module.
  • FET field effect transistor
  • An alternative to this is measuring the individual currents by measuring a switch voltage when a switch is used to switch off a power supply, for example in the event of an overcurrent event.
  • a switch voltage corresponds to the drain-source voltage of this MOSFET.
  • the resistance of such a switch has a high temperature coefficient, with the result that the current measurement is strongly influenced by the temperature and is therefore inaccurate without temperature correction.
  • measuring current using a voltage drop across a resistor requires that the resistance value is known. However, this is not known precisely enough, particularly in the case of a semiconductor switch such as a field effect transistor, due to the component tolerances and the strong temperature dependency.
  • US 2019/0 173 381 A1 discloses a method for current detection with on-resistance correction for a MOS transistor.
  • An approximate temperature of a MOS transistor switch is measured using a temperature sensor.
  • a corrected temperature is calculated from the measured temperature using a stored sensor gain and an offset correction function of the sensor.
  • a gate drive voltage of the MOS transistor is measured and a voltage correction factor is calculated using a stored voltage correction function.
  • the stored voltage correction function is a function of the corrected temperature and the gate drive voltage.
  • an on-resistance voltage drop across the MOS transistor is measured, and then the current is calculated using the measured voltage drop and the voltage correction factor.
  • the gate drive voltage of the MOS transistor switch is measured and a voltage correction factor is determined based on a voltage correction function which is a function of the corrected temperature and the gate drive voltage and this is related to the measured voltage drop RDSON across the MOS Transistor switch applied to calculate current using measured voltage drop and voltage correction factor.
  • a voltage correction factor is determined based on a voltage correction function which is a function of the corrected temperature and the gate drive voltage and this is related to the measured voltage drop RDSON across the MOS Transistor switch applied to calculate current using measured voltage drop and voltage correction factor.
  • Data sheets for field effect transistors specify a maximum value for the on-resistance (drain-source resistance) Roson with a tolerance in the range of ⁇ 15 to 20%. The use of this value is therefore too imprecise, since the actual resistance value is strongly temperature-dependent.
  • DE 102 09 021 A1 discloses a method for determining an on-resistance of a field-effect transistor. An internal reference temperature is determined using an internal temperature sensor, and an associated reference switch-on resistance is determined at the factory and stored in a processing unit. In operation, the internal temperature of the transistor is measured and the on-resistance at the measured temperature is determined using a difference between the measured temperature and the reference temperature and a process-dependent constant quantity.
  • DE 10 2020 106 348 B3 discloses a method for determining or estimating an internal resistance of a field effect transistor as a state variable based on a thermal state model of the field effect transistor with two temperature detection resistors and a temperature sensor.
  • the object of the invention is to provide a method for determining an on-resistance of a field-effect transistor, which method can accurately determine the on-resistance of the field-effect transistor during its operation.
  • the first object is achieved by a method for determining an on-resistance of a field effect transistor having the features of claim 1.
  • the second object is achieved by a module for current detection with a field effect transistor having the features of claim 10.
  • a method for determining an on-resistance of a field effect transistor comprising: a preliminary stage before using the field effect transistor, including: determining a reference ambient temperature of the field effect transistor, measuring a reference output current of the field effect transistor when the field effect transistor is switched on at the reference ambient temperature, measuring a reference output voltage of the field effect transistor when the field effect transistor is switched on at the reference ambient temperature, determining a reference on-resistance of the field effect transistor based on the reference output current and the reference output voltage, determining a temperature correction factor for the on-resistance of the field effect transistor, storing the temperature correction factor, and storing the reference on-resistance, and an operating stage in operating the field effect transistor as the switch, including: measuring an actual temperature of the field effect transistor, and determining a Actual on-resistance of the field effect transistor from the reference on-resistance, the difference between the actual temperature and the reference temperature and the temperature correction factor.
  • the method according to the invention thus consists of a preliminary stage before using the field-effect transistor, which can be carried out, for example, on a production line during the manufacture of a module containing the field-effect transistor.
  • the ambient temperature in the production line can be used as the reference ambient temperature of the field effect transistor.
  • This is usually known and therefore does not necessarily have to be measured. For example, it is 25°C, which is also often used for information in data sheets. It is thus possible to dispense with the use of a separate temperature sensor in the preliminary stage. To increase the accuracy, however, the temperature of the field effect transistor can also be measured, for example in the vicinity of the same.
  • the reference output current of the field effect transistor can be measured with an external ammeter or ammeter if the power supply to an electrical consumer in the production line, which does not have to be the consumer for later use, is switched on via the field effect transistor as a switch is.
  • the output voltage of the field effect transistor is then measured, so that the reference on-resistance of the field effect transistor at the reference ambient temperature can then be determined or calculated according to Ohm's law.
  • Such a reference resistance at a reference ambient temperature is usually not known, but is only specified with a certain tolerance, for example in data sheets, in the form of the above-described temperature characteristic of the on-resistance. According to the invention, this tolerance can be reduced to a range of ⁇ 1 to 2%.
  • a temperature correction factor for the on-resistance of the field effect transistor is determined and stored in order to use this for the temperature correction of the on-resistance, i.e. the reference on-resistance, during the operation of the field effect transistor.
  • an actual temperature of the field effect transistor is measured. This can be done with a temperature sensor present in the module used, which is attached in the vicinity of the field-effect transistor, for example, on a corresponding circuit board or on the same circuit board. Transistor chips often already have such a temperature sensor.
  • the actual on-resistance of the field effect transistor i.e. the current on-resistance during operation, is determined from the reference on-resistance, the difference between the actual temperature and the reference temperature and the temperature correction factor.
  • the on-resistance is preferably a drain-source resistance of the field-effect transistor
  • the reference output voltage is preferably a drain-source voltage of the field-effect transistor
  • the reference output current is preferably a source current and/or drain current of the field effect transistor.
  • the field effect transistor can be a MOS transistor or a GaN transistor, for example. Since a MOS field effect transistor is controlled via the gate-source voltage and almost no current flows through it, the source current and the drain current are virtually identical. Thus, the reference output current can be the source current and/or the drain current.
  • the temperature correction factor can be determined based on a given temperature characteristic of the on-resistance, which temperature characteristic is preferably used from a data sheet of the field effect transistor.
  • a temperature characteristic is often known from a data sheet of a field effect transistor. Accordingly, the temperature correction factor can be read off or determined from such a temperature characteristic.
  • the temperature curve can also be stored in electronic form as a function or as a look-up table for later use.
  • the temperature characteristic can thus itself be stored as a function or as a look-up table so that it can be referred to to determine the temperature correction factor in the production line or later during operation. It is also conceivable, for example, to obtain such a temperature characteristic as specified in a data sheet for a field-effect transistor from the manufacturer of the field-effect transistor in electronically storable form. This saves a manual evaluation of the temperature characteristic.
  • the temperature correction factor may be a slope of a linear approximation function of the temperature characteristic of the on-resistance.
  • the temperature correction factor can also be a gradient of a tangent of the temperature characteristic of the on-resistance at the reference on-resistance and/or a gradient of a straight line that intersects the characteristic at the reference on-resistance and at a second resistance.
  • the temperature correction factor may include a self-heating correction factor that is determined based on a junction-to-body thermal resistance of the field effect transistor.
  • the actual on-resistance determined according to the method can be used to determine an output current of the field-effect transistor when the field-effect transistor is operated as a switch.
  • a module according to the invention for current detection contains the field effect transistor, an evaluation unit that can contain the temperature sensor, but does not have to, a memory for storing the calculated or determined values such as the reference on-resistance, the temperature correction factor and/or, if applicable, the temperature characteristic Function or look-up table and other data or parameters.
  • a corresponding interface to the evaluation unit may be present and used (e.g. JTAG interface or boot loader LIN or an external interface) for a corresponding input of the temperature characteristic and/or the temperature correction factor and, if appropriate, other variables or data.
  • the field effect transistor is preferably used as a switch for switching on and off the power supply of an electrical load.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a module according to the invention with a field effect transistor as a switch in pre-operation in a production line;
  • FIG. 2 shows a block diagram of a module according to the invention with a field effect transistor as a switch in operation with an electrical load.
  • FIG. Fig. 1 shows a module 3, which is, for example, an electronic fuse that monitors a current of an electrical load 4 during operation and, if necessary, in the event of an overcurrent, the field effect transistor 1 as a switch via, for example, an evaluation unit 2, which the gate of the field effect transistor 1 activates, switches off.
  • the evaluation unit 2 is able to measure the voltage UDS, i.e. the drain-source voltage, as the output voltage UA of the field-effect transistor or switch.
  • the evaluation unit 2 switches on the field effect transistor 1 via its gate.
  • the evaluation unit 2 implemented in the module 3 measures the voltage UDS between the drain connection and the source connection.
  • a current flow is generated in the electrical consumer 4, for example a test load in the production line, which is measured by a current measuring device 5 such as an ammeter outside of the module 3 in the production line.
  • the detected current value is entered into evaluation unit 2 as an actual current value I .
  • the evaluation unit 2 calculates the on-resistance of the field-effect transistor 1 from the voltage UDS and the actual current value I and stores this in a memory (not shown) for later operation as a reference on-resistance.
  • the on-resistance thus calculated is used as the reference on-resistance RReterence.
  • This resistance can be stored together with (associated with) the ambient temperature (reference ambient temperature) at which the voltage UDS and the actual current value Ii are measured. As described above, it is also sufficient here if the ambient temperature is not specifically measured, if this can be assumed to be known.
  • a correction factor KFactor is stored in the evaluation unit in the same memory as, for example, the reference on-resistance RReference or in another memory.
  • the Kraktor correction factor can be determined, for example, using a data sheet for the field effect transistor 1 used in the module 3 . If the temperature characteristic for the on-resistance Roson is given there, two pairs of values of the characteristic, for example the pairs of values [RDSon2s; 25°C] and [Rosoniys; 175°C], the slope of a grade running through these two pairs of values can be determined. In this case, the determined reference on-resistance RReference and the associated reference ambient temperature TReference, for example 25° C., are used as a first pair of values of the characteristic curve for determining the Kraktor correction factor.
  • the Kraktor correction factor can also be determined experimentally, for example by determining the associated switch-on resistance of the field-effect transistor 1 in the module 3 in advance, for example on the production line, at at least two different ambient temperatures, as described above. When multiple on-resistance values are measured at multiple temperatures, a linear regression or approximation can be used to find a corresponding straight line.
  • the characteristic curve of the data sheet of the field effect transistor 1 itself for example, in electronic form (as a digital function or digital values or as a look-up table) is procured (for example from the manufacturer) and from this corresponding values for determining a slope of a straight line of the characteristic can be used without measurement.
  • evaluation and determination of the Kraktor correction factor can be carried out by the evaluation unit 2 itself using the characteristic curve or look-up table, in which case, for example, the temperature characteristic from the data sheet can also be saved in the evaluation unit. This also includes storing the characteristic curve and/or the linear approximation of the characteristic curve in a look-up table, for example, and using this to determine the correction factor.
  • the reference on-resistance RReterence and the correction factor KFactor are now available for the subsequent operation of the module 3 for a current measurement or current monitoring of the output current IA of the module and thus of the current flowing through the electrical consumer 4 .
  • the operation of the module 3 with an electrical load 4, i.e. the use of the module 3 in practice, for example as or in an electronic fuse, is described below with reference to FIG.
  • the measuring device 5 for measuring the current is not present in FIG. 2 and a temperature sensor 6 is also shown. Although this temperature sensor 6 is not shown in FIG. 1, it can of course already normally be present there.
  • the temperature (for example circuit board temperature or pin temperature of the switch) is measured and made available to the evaluation unit 2 as the actual temperature Tactual.
  • the temperature sensor 6 can also be contained directly in the evaluation unit 2 .
  • the temperature sensor 6 is preferably arranged in the vicinity of the field effect transistor 1 or at least arranged in such a way that the temperature at the measuring point corresponds to the temperature of the field effect transistor 1 with sufficient accuracy.
  • the evaluation unit 2 determines the actual on-resistance Rist of the field-effect transistor 1, for example using the following Equation (1) from the reference on-resistance RReference, the difference AT between the measured actual temperature Tactual and the reference ambient temperature TReference, and the temperature correction factor Kraktor.
  • Ractual Rreference + Kpactor ' AT, (1 ) where AT (in Kelvin) is the difference between the instantaneously measured temperature Tactual (during operation) and the reference ambient temperature TReference.
  • This actual on-resistance Rist can then also be stored in a memory of the evaluation unit 2, for example.
  • This current IA can then also be monitored, for example, by the evaluation unit 2 or another electronic control unit or evaluation unit (e.g. electronic fuse or EFUSE), for example with regard to exceeding a permissible current of the electrical consumer 4.
  • a second embodiment of the present invention will be described below, which is based on the first embodiment, with which reference is made thereto and the description of which will not be repeated unless specific circumstances are referred to.
  • the second embodiment also takes into account the self-heating of the field effect transistor 1 during its operation.
  • the preliminary stage of the second embodiment corresponds to that of the first embodiment.
  • the self-heating of a field effect transistor consists of the power loss Pv of the field effect transistor and the thermal resistance Rthjc.
  • the junction-to-case thermal resistance Rthje can be taken from a data sheet for the field-effect transistor or determined by measurement.
  • the current I is the total switched current, and when using several channels or field effect transistors, the total current is divided by the number of field effect transistors, for example, to obtain the current I.
  • the previously measured current IA or I can be used by the measuring device 5 as the current I, as described above with reference to FIG. 1 .
  • This current can then also be stored in a memory of the module 3, for example in the evaluation unit 2, for later use, for example.
  • the resistance RDSon25 mentioned above may correspond to the reference on-resistance RReference described above.
  • the self-heating ATeigen can be stored in a memory of the module 3 or the evaluation unit 2 for further use in the operation of the module 3.
  • the output current IA of the field effect transistor 1 can be determined or calculated during operation as described above in the first embodiment and used in conjunction with the calculated actual on-resistance to determine the power loss Pv of the field effect transistor according to equation (2) above become.
  • the self-heating ⁇ Teigen of the field effect transistor is thus obtained using equation (3) above from the power loss Pv and the junction-to-case thermal resistance Rthje.
  • the junction-to-case thermal resistance Rthje can be taken from a data sheet for the field effect transistor or determined beforehand in experiments.
  • a corrected temperature difference ⁇ Tkon- can then be determined by adding the temperature Tactual measured by the temperature sensor 6 and the self-heating of the field effect transistor Teigen in relation to the measured actual temperature Tactual (for example 50° C.) using the following equation (4).
  • ATcorr Tactual + ATeigen — Treference (4)
  • This corrected temperature ATkorr can then be used in the above equation (1) instead of the temperature difference AT to determine the actual on-resistance Rist.
  • the self-heating ATeigen can also be determined using a look-up table.
  • the lookup table contains, for example, temperature differences as self-heating parameters ATeigen (measured temperature of the evaluation unit or printed circuit board Tactual - temperature of the chip or field-effect transistor) in association with the respective currents I.
  • the evaluation unit therefore does not have to calculate the self-heating ATeigen, but omits it from the lookup table Using the calculated output current IA, which is determined on the basis of the determined actual on-resistance Rist and the associated measured output voltage UA, the associated self-heating ATeigen.
  • the corrected temperature Tkorr of the field effect transistor then results from the addition of the measured actual temperature Tactual and the self-heating ATeigen, which is obtained from the look-up table.
  • the measured temperature Tactual (with temperature sensor 6) of the evaluation unit 2 is 50° C., for example. This would result in a Rosonso of 1 mOhm (Rist). From a measured output voltage UA or UDS of 10 mV, the evaluation unit 2 thus calculates an output current IA of 10 A. From the look-up table, a current of 10 A results in self-heating of 50 Kelvin. Then follows

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Abstract

Ein Verfahren zum Bestimmen eines Einschaltwiderstands eines Feldeffekt-Transistors weist auf: eine Vorab-Stufe vor einer Verwendung des Feldeffekt-Transistors (1) und eine Betriebs-Stufe bei einem Betrieb des Feldeffekt-Transistors (1) als ein Schalter. Die Vorab-Stufe enthält: Bestimmen einer Referenz-Umgebungstemperatur des Feldeffekt-Transistors (1), Messen eines Referenz-Ausgangsstroms des Feldeffekt-Transistors (1) bei eingeschaltetem Feldeffekt-Transistor (1) bei der Referenz-Umgebungstemperatur, Messen einer Referenz-Ausgangsspannung des Feldeffekt-Transistors (1) bei eingeschaltetem Feldeffekt-Transistor (1) bei der Referenz-Umgebungstemperatur, Bestimmen eines Referenz-Einschaltwiderstands des Feldeffekt-Transistors (1) anhand des Referenz-Ausgangsstroms und der Referenz-Ausgangsspannung, Bestimmen eines Temperaturkorrekturfaktors für den Einschaltwiderstand des Feldeffekt-Transistors (1), Speichern des Temperaturkorrekturfaktors, und Speichern des Referenz-Einschaltwiderstands. Die Betriebs-Stufe enthält: Messen einer Ist-Temperatur des Feldeffekt-Transistors (1), und Bestimmen eines Ist-Einschaltwiderstands des Feldeffekt-Transistors (1) aus dem Referenz-Einschaltwiderstand, der Differenz zwischen der Ist-Temperatur und der Referenztemperatur und dem Temperaturkorrekturfaktor.

Description

Beschreibung
VERFAHREN ZUM BESTIMMEN EINES EINSCHALTWIDERSTANDS EINES FELDEFFEKT-TRANSISTORS,
MODUL ZUR STROMERFASSUNG MIT EINEM FELDEFFEKT-TRANSISTOR UND ELEKTRONISCHE SICHERUNG MIT DEM MODUL
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Einschaltwiderstands eines Feldeffekt-Transistors (FET), ein Modul zur Stromerfassung mit einem Feldeffekt-Transistor und eine elektronische Sicherung mit dem Modul.
In der Praxis werden Strommessungen oder Stromerfassungen z.B. für die Auswertung von Überstromereignissen und Ähnlichem häufig indirekt über die Messung des Spannungsabfalls über einem bekannten Widerstand gemessen. Die Verwendung von Shunt-Widerständen, d.h. exakten niederohmigen Widerständen mit einem geringen Temperaturkoeffizienten, haben jedoch eine erhöhte Verlustleistung oder einen erhöhten Aufwand für eine Spannungsauswertung zur Folge. Eine Summenstrommessung hat aufgrund der I2R-Verluste eine noch höhere Verlustleistung als bei der Messung von Strangströmen, und daher ist diese Technik ohne separates Kühlsystem nicht vorteilhaft. Eine Einzelstrommessung beinhaltet hohe Materialkosten und einen hohen Platzbedarf.
Eine Alternative dazu ist die Messung der Einzelströme durch Messung einer Schalterspannung, wenn ein Schalter zum Abschalten einer Stromzufuhr z.B. bei einem Überstromereignis eingesetzt wird. Wenn ein N-Kanal-MOSFET bzw. N-Kanal-MOS- Feldeffekttransistor als Schalter eingesetzt wird, entspricht die Schalterspannung der Drain-Source-Spannung dieses MOSFET. Der Widerstand eines derartigen Schalters weist jedoch einen hohen Temperaturkoeffizienten auf, womit die Strommessung stark durch die Temperatur beeinflusst wird und somit ohne Temperaturkorrektur ungenau ist. Außerdem setzt die Strommessung mittels eines Spannungsabfalls über einem Widerstand voraus, dass der Widerstandswert bekannt ist. Dieser ist jedoch insbesondere bei einem Halbleiterschalter wie einem Feldeffekt-Transistor aufgrund der Bauteiltoleranzen und der starken Temperaturabhängigkeit nicht genau genug bekannt.
Die US 2019/ 0 173 381 A1 offenbart ein Verfahren zur Stromerfassung mit einer Einschaltwiderstandskorrektur für einen MOS-Transistor. Es wird eine Näherungstemperatur eines MOS-Transistorschalters mittels eines Temperatursensors gemessen. Aus der gemessenen Temperatur wird unter Verwendung einer gespeicherten Sensorverstärkung und einer Offset-Korrekturfunktion des Sensors eine korrigierte Temperatur berechnet. Es wird eine Gate-Ansteuerspannung des MOS-Transistors gemessen, und es wird ein Spannungskorrekturfaktor unter Verwendung einer gespeicherten Spannungskorrekturfunktion berechnet. Die gespeicherte Spannungskorrekturfunktion ist eine Funktion der korrigierten Temperatur und der Gate-Ansteuerspannung. Weiterhin wird ein Einschaltwiderstands-Spannungsabfall über dem MOS-Transistor gemessen, und dann wird der Strom unter Verwendung des gemessenen Spannungsabfalls und des Spannungskorrekturfaktors berechnet. Hierbei wird jedoch die Gate-Ansteuerspan- nung des MOS-Transistorschalters gemessen und es wird ein Spannungskorrekturfaktor auf der Grundlage einer Spannungskorrekturfunktion, die eine Funktion der korrigierten Temperatur und der Gate-Ansteuerspannung ist, ermittelt und diese auf den gemessenen Spannungsabfall RDSON über dem MOS-Transistorschalter angewendet, um den Strom unter Verwendung des gemessenen Spannungsabfalls und des Spannungskorrekturfaktors zu berechnen. Somit wird gemäß der US 2019/ 0 173 381 A1 nicht der Einschaltwiderstand RDSON selbst korrigiert bzw. bestimmt, und es wird die Gate-An- steuerspannung benötigt.
Datenblätter von Feldeffekt-Transistoren geben beispielsweise einen maximalen Wert für den Einschaltwiderstand (Drain-Source-Widerstand) Roson mit einer Toleranz im Bereich von ±15 bis 20% an. Die Verwendung dieses Wertes ist somit zu ungenau, da der tatsächliche Widerstandswert stark temperaturabhängig ist. Außerdem geben Datenblätter von Feldeffekt-Transistoren beispielsweise eine typische Temperaturkennlinie des Einschaltwiderstands, d.h. Roson = f(T) an. Die DE 102 09 021 A1 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen eines Einschaltwiderstands eines Feldeffekt-Transistors. Eine interne Referenztemperatur wird mit einem internen Temperatursensor ermittelt, und es wird ein zugehöriger Referenz-Einschaltwi- derstand werksseitig ermittelt und in einer Verarbeitungseinheit gespeichert. Im Betrieb wird die interne Temperatur des Transistors gemessen, und es wird der Einschaltwiderstand bei der gemessenen Temperatur anhand einer Differenz zwischen der gemessenen Temperatur und der Referenztemperatur und einer prozessabhängigen konstanten Größe ermittelt.
Die DE 10 2020 106 348 B3 offenbart ein Verfahren zum Ermitteln bzw. Schätzen eines Innenwiderstands eines Feldeffekttransistors als eine Zustandsgröße auf Basis eines thermischen Zustandsmodells des Feldeffekttransistors mit zwei Temperaturerfassungswiderständen und einem Temperatursensor.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Bestimmen eines Einschaltwiderstands eines Feldeffekt-Transistors zu schaffen, das den Einschaltwiderstand des Feldeffekt-Transistors während dessen Betrieb genau bestimmen kann. Außerdem ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Modul zur Stromerfassung mit einem Feldeffekt-Transistor zu schaffen, das während des Einsatzes des Feldeffekt-Transistors als Schalter den Einschaltwiderstand des Feldeffekt-Transistors genau bestimmen kann, um darauf basierend den Ausgangsstrom des Feldeffekt Transistors bestimmen zu können.
Die erste Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Bestimmen eines Einschaltwiderstands eines Feldeffekt-Transistors mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die zweite Aufgabe wird durch ein Modul zur Stromerfassung mit einem Feldeffekt-Transistor mit den Merkmalen des Anspruches 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gerichtet.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Einschaltwiderstands eines Feldeffekt-Transistors geschaffen, wobei das Verfahren aufweist: eine Vorab- Stufe vor einer Verwendung des Feldeffekt-Transistors, die enthält: Bestimmen einer Referenz-Umgebungstemperatur des Feldeffekt-Transistors, Messen eines Referenz- Ausgangsstroms des Feldeffekt-Transistors bei eingeschaltetem Feldeffekt-Transistor bei der Referenz-Umgebungstemperatur, Messen einer Referenz-Ausgangsspannung des Feldeffekt-Transistors bei eingeschaltetem Feldeffekt-Transistor bei der Referenz- Umgebungstemperatur, Bestimmen eines Referenz-Einschaltwiderstands des Feldeffekt-Transistors anhand des Referenz-Ausgangsstroms und der Referenz-Ausgangsspannung, Bestimmen eines Temperaturkorrekturfaktors für den Einschaltwiderstand des Feldeffekt-Transistors, Speichern des Temperaturkorrekturfaktors, und Speichern des Referenz-Einschaltwiderstands, und eine Betriebs-Stufe bei einem Betrieb des Feldeffekt-Transistors als der Schalter, die enthält: Messen einer Ist-Temperatur des Feldeffekt-Transistors, und Bestimmen eines Ist-Einschaltwiderstands des Feldeffekt- Transistors aus dem Referenz-Einschaltwiderstand, der Differenz zwischen der Ist- Temperatur und der Referenztemperatur und dem Temperaturkorrekturfaktor.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht somit aus einer Vorab-Stufe vor der Verwendung des Feldeffekt-Transistors, die beispielsweise in einer Produktionslinie bei der Herstellung eines Moduls, das den Feldeffekt-Transistor enthält, durchgeführt werden kann. Hier kann beispielsweise die Umgebungstemperatur in der Produktionslinie als Referenz-Umgebungstemperatur des Feldeffekt-Transistors verwendet werden. Diese ist zumeist bekannt und muss somit nicht notwendigerweise gemessen werden. Sie beträgt beispielsweise 25°C, wie sie auch häufig für Angaben in Datenblättern verwendet wird. Somit kann in der Vorab-Stufe auf die Verwendung eines separaten Temperatursensors verzichtet werden. Zur Erhöhung der Genauigkeit kann jedoch zusätzlich die Temperatur des Feldeffekt-Transistors beispielsweise in der Nähe desselben gemessen werden.
Der Referenz-Ausgangsstrom des Feldeffekt-Transistors kann dabei mit einem externen Amperemeter bzw. Strommessgerät gemessen werden, wenn die Stromzufuhr zu einem elektrischen Verbraucher in der Produktionslinie, der nicht der Verbraucher für einen späteren Einsatz sein muss, über den Feldeffekt-Transistor als Schalter eingeschaltet ist. Zusätzlich wird dann die Ausgangsspannung des Feldeffekt-Transistors gemessen, so dass dann entsprechend dem ohmschen Gesetz der Referenz-Einschaltwiderstand des Feldeffekt-Transistors bei der Referenz-Umgebungstemperatur bestimmt oder berechnet werden kann. Somit wird in der Vorab-Stufe ein Referenz-Einschaltwi- derstand bei der Referenz-Umgebungstemperatur ermittelt und gespeichert. Ein derartiger Referenz-Widerstand bei einer Referenz-Umgebungstemperatur ist gewöhnlich nicht bekannt, sondern wird nur mit einer gewissen Toleranz beispielsweise in Datenblättern in der Form der oben beschriebenen Temperaturkennlinie des Einschaltwiderstands angegeben. Erfindungsgemäß kann diese Toleranz auf einen Bereich von ±1 bis 2% reduziert werden.
Weiterhin wird ein Temperaturkorrekturfaktor für den Einschaltwiderstand des Feldeffekt-Transistors bestimmt und gespeichert, um diesen für die Temperaturkorrektur des Einschaltwiderstands, d.h. des Referenz-Einschaltwiderstands, während des Betriebs des Feldeffekt-Transistors zu verwenden. In der anschließenden Betriebs- Stufe bei einem Betrieb bzw. Einsatz des Feldeffekt-Transistors als Schalter beispielsweise in einem Modul wie einer elektronischen Sicherung, wird eine Ist-Temperatur des Feldeffekt-Transistors gemessen. Dieses kann mit einem in dem verwendeten Modul vorhandenen Temperatursensor erfolgen, der in der Nähe des Feldeffekt-Transistors beispielsweise auf einer entsprechenden oder derselben Leiterplatte angebracht ist. Häufig besitzen Transistor-Chips bereits einen derartigen Temperatursensor. Dann wird der Ist-Einschaltwiderstand des Feldeffekt-Transistors, d.h. der derzeitige Einschaltwiderstand während des Betriebs, aus dem Referenz-Einschaltwiderstand, der Differenz zwischen der Ist-Temperatur und der Referenz-Temperatur und dem Temperaturkorrekturfaktor bestimmt bzw. ermittelt.
Der Einschaltwiderstand ist vorzugsweise ein Drain-Source-Widerstand des Feldeffekt-Transistors, die Referenz-Ausgangsspannung ist vorzugsweise eine Drain- Source-Spannung des Feldeffekt-Transistors, und der Referenz-Ausgangsstrom ist vorzugsweise ein Source-Strom und/oder Drain-Strom des Feldeffekt-Transistors.
Der Feldeffekt-Transistor kann dabei beispielsweise ein MOS-Transistor oder ein GaN-Transistor sein. Da ein MOS-Feldeffekt-Transistor über die Gate-Source-Span- nung angesteuert wird und hierüber nahezu kein Strom fließt, sind der Source-Strom und der Drain-Strom quasi identisch. Somit kann der Referenz-Ausgangsstrom der Source-Strom und/oder der Drain-Strom sein. Der Temperaturkorrekturfaktor kann auf der Grundlage einer gegebenen Temperaturkennlinie des Einschaltwiderstands bestimmt werden, wobei die Temperaturkennlinie vorzugsweise aus einem Datenblatt des Feldeffekt-Transistors verwendet wird.
Eine Temperaturkennlinie ist häufig aus einem Datenblatt eines Feldeffekt-Transistors bekannt. Dementsprechend kann der Temperaturkorrekturfaktor aus einer derartigen Temperaturkennlinie abgelesen bzw. ermittelt werden.
Die Temperaturkennlinie kann auch als Funktion oder als Nachschlagtabelle für eine spätere Verwendung in elektronischer Form abgespeichert werden.
Die Temperaturkennlinie kann somit auch selbst als Funktion oder als Nachschlagtabelle gespeichert werden, so dass auf diese zur Ermittlung des Temperaturkorrekturfaktors in der Produktionslinie oder auch später im Betrieb Bezug genommen werden kann. So ist es beispielsweise auch denkbar, eine derartige Temperaturkennlinie, wie sie in einem Datenblatt eines Feldeffekt-Transistors angegeben wird, vom Hersteller des Feldeffekt-Transistors in elektronisch speicherbarer Form zu erhalten. Dieses erspart eine händische Auswertung der Temperaturkennlinie.
Der Temperaturkorrekturfaktor kann eine Steigung einer linearen Approximations- Funktion der Temperaturkennlinie des Einschaltwiderstands sein.
Bei einem Feldeffekt-Transistor bezieht sich die Temperaturkennlinie in einem Datenblatt beispielsweise auf den Drain-Source-Durchlasswiderstand in Abhängigkeit von der Temperatur wie RDSon = f(T). Wenn diese Temperaturkennlinie keine lineare Funktion darstellt, wird beispielsweise die Temperaturkennlinie linear approximiert, so dass dann die Steigung dieser linearen Approximations-Funktion als Temperaturkorrekturfaktor für den Einschaltwiderstand verwendet werden kann.
Der Temperaturkorrekturfaktor kann auch eine Steigung einer Tangente der Temperaturkennlinie des Einschaltwiderstands bei dem Referenz-Einschaltwiderstand und/oder eine Steigung einer Geraden, die die Kennlinie bei dem Referenz-Einschaltwiderstand und bei einem zweiten Widerstand schneidet, sein. Außerdem kann der Temperaturkorrekturfaktor einen Eigenerwärmungskorrekturfaktor enthalten, der auf der Grundlage eines Sperrschicht-zu-Gehäuse-Wärmewider- stands des Feldeffekt-Transistors bestimmt wird.
Da aktuelle Feldeffekt-Transistoren beispielsweise einen sehr geringen Einschaltwiderstand bei der Umgebungstemperatur besitzen, kann normalerweise auf die Berücksichtigung der Eigenerwärmung bei vielen Anwendungen verzichtet werden. Bestehen jedoch höhere Toleranzanforderungen, kann die Eigenerwärmung durch einen Eigenerwärmungskorrekturfaktor berücksichtigt werden, der beispielsweise auf der Grundlage des Sperrschicht-zu-Gehäuse-Wärmewiderstands Rthjc des Feldeffekt-Transistors bestimmt wird.
Der gemäß dem Verfahren bestimmte Ist-Einschaltwiderstand kann zur Bestimmung eines Ausgangsstroms des Feldeffekt-Transistors bei dem Betrieb des Feldeffekt- Transistors als Schalter verwendet werden.
Ein erfindungsgemäßes Modul zur Stromerfassung enthält den Feldeffekt-Transistor, eine Auswerteeinheit, die den Temperatursensor enthalten kann, aber nicht muss, einen Speicher zum Speichern der berechneten oder ermittelten Werte wie des Refe- renz-Einschaltwiderstands, des Temperaturkorrekturfaktors und/oder gegebenenfalls der Temperaturkennlinie als Funktion oder Nachschlagtabelle und weiterer Daten bzw. Kenngrößen. Für eine entsprechende Eingabe der Temperaturkennlinie und/oder des Temperaturkorrekturfaktors sowie gegebenenfalls weiterer Größen oder Daten kann gegebenenfalls eine entsprechende Schnittstelle zur Auswerteeinheit vorhanden sein und verwendet werden (beispielsweise JTAG-Schnittstelle oder Bootloader LIN oder eine externe Schnittstelle). Der Feldeffekt-Transistor wird vorzugsweise als ein Schalter zum Ein- und Ausschalten der Stromzufuhr eines elektrischen Verbrauchers verwendet.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Moduls mit einem Feldeffekt- Transistor als Schalter im Vorab-Betrieb in einer Produktionslinie; und
Fig. 2 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Moduls mit einem Feldeffekt- Transistor als Schalter im Betrieb mit einem elektrischen Verbraucher.
Im Folgenden wird eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform zum Bestimmen eines Einschaltwiderstands eines Feldeffekt-Transistors anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben. Fig. 1 zeigt ein Modul 3, das beispielsweise eine elektronische Sicherung ist, die im Betrieb einen Strom eines elektrischen Verbrauchers 4 überwacht und gegebenenfalls bei einem Überstrom den Feldeffekt-Transistor 1 als Schalter über beispielsweise eine Auswerteeinheit 2, die das Gate des Feldeffekt-Transistors 1 ansteuert, ausschaltet. Die Auswerteeinheit 2 ist in der Lage, die Spannung UDS, d.h. die Drain- Source-Spannung, als Ausgangsspannung UA des Feldeffekt-Transistors bzw. Schalters zu messen.
Zunächst schaltet die Auswerteeinheit 2 den Feldeffekt-Transistor 1 über dessen Gate ein. Die in dem Modul 3 implementierte Auswerteeinheit 2 misst dann die Spannung UDS zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss. Durch Einschalten des Feldeffekt-Transistors 1 wird in dem elektrischen Verbraucher 4, beispielsweise einer Prüflast in der Produktionslinie, ein Stromfluss generiert, der durch eine Strommesseinrichtung 5 wie ein Amperemeter außerhalb des Moduls 3 in der Produktionslinie gemessen wird. Der erfasste Stromwert wird als ein Ist-Stromwert list in die Auswerteeinheit 2 eingegeben. Die Auswerteeinheit 2 berechnet aus der Spannung UDS und dem Ist-Stromwert list den Einschaltwiderstand des Feldeffekt-Transistors 1 und speichert diesen in einem nicht gezeigten Speicher für den späteren Betrieb als Referenz- Einschaltwiderstand ab. Der Einschaltwiderstand des Feldeffekt-Transistors 1 , der hier berechnet wird, wird beispielsweise entsprechend list = UDS / Roson berechnet, wobei Roson der Einschaltwiderstand des Feldeffekt-Transistors 1 ist. Der somit berechnete Einschaltwiderstand wird als Referenz-Einschaltwiderstand RReterenz verwendet. Dieser Widerstand kann zusammen mit (in Zuordnung zu) der Umgebungstemperatur (Referenz-Umgebungstemperatur), bei der die Spannung UDS und der Ist-Stromwert list gemessen werden, gespeichert werden. Wie oben beschrieben reicht es hier auch aus, wenn die Umgebungstemperatur nicht speziell gemessen wird, wenn diese als bekannt angenommen werden kann.
Außerdem wird zu einem geeigneten Zeitpunkt vor dem eigentlichen Betrieb des Moduls 3 ein Korrekturfaktor KFaktor in der Auswerteeinheit in demselben Speicher wie beispielsweise der Referenz-Einschaltwiderstand RReferenz oder in einem anderen Speicher gespeichert.
Der Korrekturfaktor Kraktor kann beispielsweise anhand eines Datenblattes des in dem Modul 3 verwendeten Feldeffekt-Transistors 1 ermittelt werden. Wenn dort die Temperaturkennlinie für den Einschaltwiderstand Roson gegeben ist, kann beispielsweise aus zwei Wertepaaren der Kennlinie, beispielsweise den Wertepaaren [RDSon2s; 25°C] und [Rosoni ys; 175°C], die Steigung einer durch diese beiden Wertepaare verlaufenden Graden ermittelt werden. Hierbei werden vorzugsweise der ermittelte Referenz-Einschaltwiderstand RReferenz und die zugehörige Referenz-Umgebungstemperatur TReferenz, beispielsweise 25°C, als ein erstes Wertepaar der Kennlinie zur Ermittlung des Korrekturfaktors Kraktor verwendet.
Alternativ kann der Korrekturfaktor Kraktor auch experimentell ermittelt werden, beispielsweise indem vorab, beispielsweise in der Produktionslinie, bei mindestens zwei verschiedenen Umgebungstemperaturen der zugehörige Einschaltwiderstand des Feldeffekt-Transistors 1 in dem Modul 3 wie oben beschrieben ermittelt wird. Wenn mehrere Einschaltwiderstandswerte bei mehreren Temperaturen gemessen werden, kann zur Ermittlung einer entsprechenden Geraden eine lineare Regression bzw. Approximation verwendet werden.
Es ist jedoch auch denkbar, dass die Kennlinie des Datenblatts des Feldeffekt- Transistors 1 selbst beispielsweise in elektronischer Form (als digitale Funktion oder digitale Werte oder als Nachschlagtabelle) beschafft wird (beispielsweise vom Hersteller) und hieraus entsprechende Werte zur Ermittlung einer Steigung einer Geraden aus der Kennlinie ohne Messung verwendet werden. Weiterhin können auch Auswertung und Ermittlung des Korrekturfaktors Kraktor anhand der Kennlinie bzw. Nachschlagtabelle durch die Auswerteeinheit 2 selbst durchgeführt werden, wobei dann beispielsweise auch die Temperaturkennlinie aus dem Datenblatt in der Auswerteeinheit gespeichert werden kann. Hierzu zählt auch, dass beispielsweise die Kennlinie und/oder die lineare Approximation der Kennlinie in einer Nachschlagtabelle (Look-up-Tabelle) gespeichert wird und diese zur Ermittlung des Korrekturfaktors herangezogen wird.
Außerdem sei noch angemerkt, dass in der Vorab-Stufe bei der Messung des Stroms und der Spannung UDS (beispielsweise in der Produktionslinie) vorzugsweise ein nur sehr geringer oder sehr kurzer Strom impuls auf den Feldeffekt-Transistor gegeben wird, so dass sich die Temperatur des Feldeffekt-Transistors im Wesentlichen nicht ändert und somit von einer konstanten Temperatur ausgegangen werden kann.
Somit stehen nun der Referenz-Einschaltwiderstand RReterenz und der Korrekturfaktor KFaktor für den folgenden Betrieb des Moduls 3 für eine Strommessung bzw. Stromüberwachung des Ausgangsstroms IA des Moduls und somit des durch den elektrischen Verbraucher 4 fließenden Stroms zur Verfügung.
Der Betrieb des Moduls 3 mit einem elektrischen Verbraucher 4, d.h. die Verwendung des Moduls 3 in der Praxis, beispielsweise als bzw. in einer elektronischen Sicherung, wird im Folgenden anhand der Fig. 2 beschrieben. In Fig. 2 ist die Messeinrichtung 5 für die Messung des Stromes nicht vorhanden, und es ist zusätzlich ein Temperatursensor 6 gezeigt. Dieser Temperatursensor 6 ist zwar in Fig. 1 nicht gezeigt, aber kann dort selbstverständlich bereits normalerweise vorhanden sein.
Im laufenden Betrieb des Moduls 3, wenn der Feldeffekt-Transistor 1 als Schalter eingeschaltet ist, wird die Temperatur (beispielsweise Leiterplattentemperatur oder Pin- Temperatur des Schalters) gemessen und der Auswerteeinheit 2 als Ist-Temperatur Tist zur Verfügung gestellt. Wie oben erwähnt, kann der Temperatursensor 6 auch direkt in der Auswerteeinheit 2 enthalten sein. Vorzugsweise ist der Temperatursensor 6 in der Nähe des Feldeffekt-Transistors 1 angeordnet oder zumindest derart angeordnet, dass die Temperatur an der Messstelle der Temperatur des Feldeffekt-Transistors 1 mit ausreichender Genauigkeit entspricht. Die Auswerteeinheit 2 bestimmt dann den Ist-Ein- schaltwiderstand Rist des Feldeffekt-Transistors 1 beispielsweise anhand der folgenden Gleichung (1 ) aus dem Referenz-Einschaltwiderstand RReferenz, der Differenz AT zwischen der gemessenen Ist-Temperatur Tist und der Referenz-Umgebungstemperatur TReferenz, und dem Temperaturkorrekturfaktor Kraktor.
Rist = RReferenz + Kpaktor ’ AT, (1 ) wobei AT (in Kelvin) die Differenz zwischen der momentanen gemessenen Temperatur Tist (im Betrieb) und der Referenz-Umgebungstemperatur TReferenz ist.
Dieser Ist-Einschaltwiderstand Rist kann dann z.B. ebenfalls in einem Speicher der Auswerteeinheit 2 gespeichert werden. Außerdem kann nun die Auswerteeinheit 2 durch Messen bzw. Erfassen der Ausgangsspannung UA bzw. UDS des Feldeffekt-Transistors 1 den Ausgangsstrom IA entsprechend Rist = UA / IA. bestimmen. Dieser Strom IA kann dann beispielsweise ebenfalls von der Auswerteeinheit 2 oder einer anderen elektronischen Steuereinheit bzw. Auswerteeinheit überwacht werden (z.B. elektronische Sicherung bzw. EFUSE), beispielsweise in Bezug auf die Überschreitung eines zulässigen Stromes des elektrischen Verbrauchers 4.
Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, die auf der ersten Ausführungsform basiert, womit auf diese Bezug genommen wird und deren Beschreibung nicht wiederholt wird, wenn nicht auf besondere Gegebenheiten verwiesen wird. Die zweite Ausführungsform berücksichtigt zusätzlich die Eigenerwärmung des Feldeffekt-Transistors 1 während dessen Betrieb. Somit entspricht die Vorab-Stufe der zweiten Ausführungsform derjenigen der ersten Ausführungsform.
Die Eigenerwärmung eines Feldeffekt-Transistors setzt sich aus der Verlustleistung Pv des Feldeffekt-Transistors und dem thermischen Widerstand Rthjc zusammen.
In erster Näherung gilt:
Pv - I2 ‘ RüSon25 (2) ATeigen — Pv ’ RthJC, (3) wobei ATeigen die Eigenerwärmung bzw. der Eigenerwärmungsfaktor des Feldeffekt-Transistors ist und Roson25 der Einschaltwiderstand bei 25°C ist. Der Sperrschicht- zu-Gehäuse-Wärmewiderstand Rthje kann aus einem Datenblatt des Feldeffekt-Transistors entnommen oder messtechnisch ermittelt werden.
Der Strom I ist der geschaltete Gesamtstrom, und bei Verwendung von mehreren Kanälen bzw. Feldeffekt-Transistoren wird der Gesamtstrom beispielsweise durch die Anzahl der Feldeffekt-Transistoren geteilt, um den Strom I zu erhalten.
Als Strom I kann hier der vorab gemessene Strom IA bzw. list von der Messeinrichtung 5 wie oben mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben verwendet werden. Dieser Strom kann dann beispielsweise auch für die spätere Verwendung in einem Speicher des Moduls 3, beispielsweise in der Auswerteeinheit 2, gespeichert werden. Der oben genannte Widerstand RDSon25 kann dem Referenz-Einschaltwiderstand RReferenz entsprechen, der oben beschrieben wurde.
Die Eigenerwärmung ATeigen kann in einem Speicher des Moduls 3 bzw. der Auswerteeinheit 2 für die weitere Verwendung im Betrieb des Moduls 3 gespeichert werden.
Andererseits kann der Ausgangsstrom IA des Feldeffekt-Transistors 1 während des Betriebs wie oben in der ersten Ausführungsform beschrieben ermittelt bzw. berechnet werden und in Verbindung mit dem berechneten Ist-Einschaltwiderstand zur Ermittlung der Verlustleistung Pv des Feldeffekt-Transistors entsprechend obiger Gleichung (2) verwendet werden. Die Eigenerwärmung ATeigen des Feldeffekt-Transistors ergibt sich somit anhand der obigen Gleichung (3) aus der Verlustleistung Pv und dem Sperrschicht-zu-Gehäuse-Wärmewiderstand Rthje. Der Sperrschicht-zu-Gehäuse-Wär- mewiderstand Rthje kann aus einem Datenblatt des Feldeffekttransistors entnommen oder zuvor in Versuchen ermittelt werden. Dann kann eine korrigierte Temperaturdifferenz ATkon- durch Addition der von dem Temperatursensor 6 gemessenen Temperatur Tist und der Eigenerwärmung des Feldeffekt-Transistors Teigen in Bezug auf die gemessene Ist-Temperatur Tist (beispielsweise 50°C) anhand der folgenden Gleichung (4) ermittelt werden.
ATkorr = Tist + ATeigen — TReferenz (4)
Diese korrigierte Temperatur ATkorr kann dann somit in die obige Gleichung (1 ) anstelle der Temperaturdifferenz AT zur Ermittlung des Ist-Einschaltwiderstands Rist eingesetzt werden.
Die Eigenerwärmung ATeigen kann jedoch auch anhand einer Nachschlagtabelle (Look-up-Tabelle) ermittelt werden. Hierzu enthält die Nachschlagtabelle beispielsweise Temperaturdifferenzen als Eigenerwärmungsparameter ATeigen (gemessene Temperatur der Auswerteeinheit bzw. Leiterplatte Tist - Temperatur des Chips bzw. Feldeffekttransistors) in Zuordnung zu den jeweiligen Strömen I. Somit muss die Auswerteeinheit die Eigenerwärmung ATeigen nicht errechnen, sondern schlägt in der Nachschlagtabelle unter Verwendung des berechneten Ausgangsstroms IA, der auf der Grundlage des ermittelten Ist-Einschaltwiderstand Rist und der zugehörigen gemessenen Ausgangsspannung UA ermittelt wird, die zugehörige Eigenerwärmung ATeigen nach.
Die korrigierte Temperatur Tkorr des Feldeffekt-Transistors ergibt sich dann aus der Addition der gemessenen Ist-Temperatur Tist und der Eigenerwärmung ATeigen, die aus der Nachschlagtabelle erhalten wird.
Dieses wir kurz anhand eines Beispiels beschrieben:
Die gemessene Temperatur Tist (mit Temperatursensor 6) der Auswerteeinheit 2 beträgt beispielsweise 50°C. Daraus würde sich ein Rosonso von 1 mOhm (Rist) ergeben. Aus einer gemessenen Ausgangsspannung UA bzw. UDS von 10mV errechnet die Auswerteinheit 2 somit einen Ausgangsstrom IA von 10 A. Aus der Nachschlagtabelle ergibt sich für einen Strom von 10 A eine Eigenerwärmung von 50 Kelvin. Dann folgt
Chip-Temperatur = Tist + ATeigen = 50°C + 50 Kelvin = 100°C.
Der RDSONOO ist aber nicht 1 mOhm, sondern 1 ,2 mOhm, also berechnet die Auswerteeinheit 2 den tatsächlichen bzw. korrigierten Strom IA bzw. IDS basierend auf Rüsonioo = 1 ,2 mOhm:
IDS = UDS / RDSonl 00 10 mV / 1 ,2 mOhm = 8,3 A.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen eines Einschaltwiderstands eines Feldeffekt-Transistors (1 ), wobei das Verfahren aufweist: eine Vorab-Stufe vor einer Verwendung des Feldeffekt-Transistors (1 ), die enthält:
Bestimmen einer Referenz-Umgebungstemperatur des Feldeffekt-Transistors (1 ),
Messen eines Referenz-Ausgangsstroms des Feldeffekt-Transistors (1 ) bei eingeschaltetem Feldeffekt-Transistor (1 ) bei der Referenz-Umgebungstemperatur, Messen einer Referenz-Ausgangsspannung des Feldeffekt-Transistors (1 ) bei eingeschaltetem Feldeffekt-Transistor (1 ) bei der Referenz-Umgebungstemperatur,
Bestimmen eines Referenz-Einschaltwiderstands des Feldeffekt-Transistors
(1 ) anhand des Referenz-Ausgangsstroms und der Referenz-Ausgangsspannung, Bestimmen eines Temperaturkorrekturfaktors für den Einschaltwiderstand des Feldeffekt-Transistors (1 ),
Speichern des Temperaturkorrekturfaktors, und
Speichern des Referenz-Einschaltwiderstands, und eine Betriebs-Stufe bei einem Betrieb des Feldeffekt-Transistors (1 ) als der Schalter, die enthält:
Messen einer Ist-Temperatur des Feldeffekt-Transistors (1 ), und
Bestimmen eines Ist-Einschaltwiderstands des Feldeffekt-Transistors (1 ) aus dem Referenz-Einschaltwiderstand, der Differenz zwischen der Ist-Temperatur und der Referenztemperatur und dem Temperaturkorrekturfaktor.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Einschaltwiderstand ein Drain-Source-Widerstand des Feldeffekt-Transistors
(1 ) ist, die Referenz-Ausgangsspannung eine Drain-Source-Spannung des Feldeffekt- Transistors (1 ) ist, und der Referenz-Ausgangsstrom ein Source-Strom und/oder Drain-Strom des Feldeffekt-Transistors (1 ) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Temperaturkorrekturfaktor auf der Grundlage einer gegebenen Temperaturkennlinie des Einschaltwiderstands bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Temperaturkennlinie aus einem Datenblatt des Feldeffekt-Transistors (1 ) verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Temperaturkennlinie als Funktion oder als Nachschlagtabelle gespeichert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Temperaturkorrekturfaktor eine Steigung einer linearen Approximations-Funktion der Temperaturkennlinie des Einschaltwiderstands enthält.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Temperaturkorrekturfaktor eine Steigung einer Tangente der Temperaturkennlinie des Einschaltwiderstands bei dem Referenz-Einschaltwiderstand und/oder eine Steigung einer Geraden, die die Kennlinie bei dem Referenz-Einschaltwiderstand und bei einem zweiten Widerstand schneidet, enthält.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Temperaturkorrekturfaktor einen Eigenerwärmungskorrekturfaktor enthält, der auf der Grundlage eines Sperrschicht-zu-Gehäuse-Wärmewiderstands des Feldeffekt- Transistors (1 ) bestimmt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der bestimmte Ist-Ein- schaltwiderstand zur Bestimmung eines Ausgangsstroms (IA) des Feldeffekt-Transistors (1 ) bei dem Betrieb des Feldeffekt-Transistors (1 ) als der Schalter verwendet wird.
10. Modul (3) zur Stromerfassung mit einem Feldeffekt-Transistor, das aufweist: einen Feldeffekt-Transistor (1 ), eine Auswerteeinheit (2), 17 einen Speicher, und einen Temperatursensor (6), wobei die Auswerteeinheit (2) ausgelegt ist, ein Signal einer Referenz-Umgebungstemperatur von außerhalb des Moduls (3) zu empfangen, ein Signal eines Referenz-Ausgangsstroms des bei der Referenz-Umgebungstemperatur eingeschalteten Feldeffekt-Transistors (1 ) von außerhalb des Moduls (3) zu empfangen, ein Signal einer Referenz-Ausgangsspannung des bei der Referenz-Umgebungstemperatur eingeschalteten Feldeffekt-Transistors (1 ) zu empfangen, einen Referenz-Einschaltwiderstand des Feldeffekt-Transistors (1 ) anhand des Referenz-Ausgangsstroms und der Referenz-Ausgangsspannung zu bestimmen, einen Temperaturkorrekturfaktor für den Einschaltwiderstand des Feldeffekt- Transistors (1 ) zu bestimmen, den Temperaturkorrekturfaktor in dem Speicher zu speichern, den Referenz-Einschaltwiderstand in dem Speicher zu speichern, ein Signal einer Ist-Temperatur des Feldeffekt-Transistors (1 ) von dem Temperatursensor (6) während eines Betriebs des Moduls mit einem elektrischen Verbraucher (4) zu empfangen, und einen Ist-Einschaltwiderstand des Feldeffekt-Transistors (1 ) aus dem Referenz-Einschaltwiderstand, der Differenz zwischen der Ist-Temperatur und der Referenztemperatur und dem Temperaturkorrekturfaktor zu bestimmen.
11. Modul (3) nach Anspruch 10, wobei der Einschaltwiederstand ein Drain-Source-Widerstand des Feldeffekt-Transistors (1 ) ist, die Referenz-Ausgangsspannung eine Drain-Source-Spannung des Feldeffekt- Transistors (1 ) ist, und der Referenz-Ausgangsstrom ein Source-Strom und/oder Drain-Strom des Feldeffekt-Transistors (1 ) ist.
12. Modul (3) nach Anspruch 10 oder 11 , wobei 18 die Auswerteeinheit (2) ausgelegt ist, den Temperaturkorrekturfaktor auf der Grundlage einer Temperaturkennlinie des Einschaltwiderstands zu bestimmen.
13. Modul (3) nach Anspruch 12, wobei die Temperaturkennlinie als Funktion oder als Nachschlagtabelle in dem Speicher gespeichert ist.
14. Modul nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Auswerteeinheit (2) ausgelegt ist, den Temperaturkorrekturfaktor als eine Steigung einer linearen Approximations-Funktion der Temperaturkennlinie des Einschaltwiderstands zu bestimmen.
15. Modul (3) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Temperaturkorrekturfaktor eine Steigung einer Tangente der Temperaturkennlinie des Einschaltwiderstands bei dem Referenz-Einschaltwiderstand und/oder eine Steigung einer Geraden, die die Kennlinie bei dem Referenz-Einschaltwiderstand und bei einem zweiten Widerstand schneidet, enthält.
16. Modul (3) nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei der Temperaturkorrekturfaktor einen Eigenerwärmungskorrekturfaktor enthält, der auf der Grundlage eines in dem Speicher gespeicherten Sperrschicht-zu-Gehäuse-Wär- mewiderstands des Feldeffekt-Transistors (1 ) bestimmt wird.
17. Modul (3) nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei die Auswerteeinheit (2) ausgelegt ist, einen Ist-Strom (list) des elektrischen Verbrauchers (4) auf der Grundlage des Ist-Einschaltwiderstands während des Betriebs des Moduls (3) mit dem elektrischen Verbraucher (4) zu bestimmen.
18. Elektronische Sicherung, die ein Modul (3) nach einem der Ansprüche 10 bis 17 enthält, wobei der Feldeffekt-Transistor (1 ) ein Schalter zum Ein- und Ausschalten der Stromzufuhr des elektrischen Verbrauchers (4) ist.
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