DE10036983A1 - Vorrichtung zur schnellen Kurzschlussabsicherung bei einem Leistungshalbleiter - Google Patents
Vorrichtung zur schnellen Kurzschlussabsicherung bei einem LeistungshalbleiterInfo
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Abstract
Es wird eine Vorrichtung zur schnellen Kurzschlussabsicherung bei einem Leistungshalbleiter vorgeschlagen. Sie umfasst zumindest einen Leistungshalbleiter (10, 38), über den zumindest eine elektrische Last (24) mit einem Laststrom (IL) beaufschlagbar ist. Die Stromerfassungsmittel (14, 18, 46) stellen ein Maß (VIS) für den die elektrische Last (24) beaufschlagenden Laststrom (IL) bereit. Eine Halbleiterschutzschaltung (30, 32, 34, 36) steuert bei einer drohenden Beeinträchtigung des Leistungshalbleiters (10) den Leistungshalbleiter (10) in einem Schutzbetrieb an. Neben der Halbleiterschutzschaltung (30, 32, 34, 36) ist zumindest ein weiteres elektronisches Bauelement (62, 72, 74) vorgesehen, das den Laststrom (IL) oder ein Maß für den Laststrom mit einem Grenzwert (60, VCC) vergleicht, wobei Überwachungsmittel vorgesehen sind, die den Leistungshalbleiter (10) in einen Schutzbetrieb betreffend die elektrische Last (24) ansteuern bei Über- oder Unterschreiten des Grenzwertes (60, VCC).
Description
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur schnellen
Kurzschlussabsicherung bei einem Leistungshalbleiter nach
der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Aus dem Artikel
"Sense-Highside-Schalter übernimmt Sicherungsfunktionen",
von A. Blessing, A. Graf, P. Sommer in der Zeitschrift
"Components 5-6/97", Seiten 32 bis 35, ist ein Sense-
Highside-Schalter beschrieben (BTS 640S2), in dem wichtige
Schutzfunktionen integriert sind. So sind eine
Übertemperaturabschaltung und eine Strombegrenzung
vorgesehen, die ständig aktiv sind. An einem sogenannten
Sense-Ausgang des Leistungshalbleiters kann ein einem
Laststrom proportionales Signal abgegriffen werden. Diese
Sensespannung wird über einen A/D-Wandler eines
Mikrocontrollers ausgewertet und beispielsweise zu
Sicherungszwecken weiterverarbeitet.
In diesem Leistungshalbleiter ist jedoch keine Möglichkeit
vorgesehen, die interne Strombegrenzung bzw. den
Abschaltstrom im Wert von außen zu verändern. Je nach
Einsatz des Leistungshalbleiters sind die maximal
auftretenden Spitzenströme der angeschlossenen Verbraucher
sehr unterschiedlich. Zumeist ist die Strombegrenzung vom
Hersteller der Leistungselektronik sehr hoch eingestellt, um
den Schutz des Leistungshalbleiters selbst zu gewährleisten.
Da nicht für jede Applikation ein genau angepasster
Leistungshalbleiter bezüglich Dauerstrom und/oder maximalen
Spitzenstrom verfügbar ist, müssen häufig überdimensionierte
Leistungshalbleiter verwendet werden. Dies wiederum hat zur
Folge, dass beispielsweise im Falle eines Kurzschlusses bis
zu einer Erkennung und der Einleitung von Gegenmaßnahmen
unnötig hohe Ströme über den Stecker, die Platine bzw. die
Leiterbahn, den Leistungshalbleiter, das Kabel und die
Kurzschlusssenke fliessen. Um nun die möglicherweise von
einem Kurzschluss betroffenen Bauteile nicht auf den
Kurzschlussstrom des Leistungshalbleiters dimensionieren zu
müssen, ist eine schnelle im Wert applizierbare
Kurzschlussabschaltung des Leistungshalbleiters
wünschenswert. Gerade die applizierbare
Kurzschlussabschaltung ist im Zusammenhang mit einem
Zweispannungs-Bordnetz (12 V/42 V) besonders wichtig, um
einen Kurzschluss zwischen den beiden Spannungsebenen
beherrschbar zu machen.
Ein solches Mehrspannungsbordnetz ist beispielsweise in der
nachveröffentlichten DE-A 199 44 833 beschrieben. Zwischen
den beiden Spannungsebenen des Mehrspannungsbordnetzes sind
Kurzschlussschutzmittel vorhanden, die einen Kurzschluss
weitgehend verringern und/oder Auswirkungen eines
Kurzschlusses zwischen den beiden Spannungen vermindern
und/oder gefährdete Verbraucher im Kurzschlussfall schützen
oder abschalten. Die Auswertung eines möglichen Überstroms
wird programmgesteuert in einem Mikrocontroller vorgenommen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung
anzugeben, die die Sicherheit gegenüber Kurzschlüssen
erhöht. Dies soll auf kostengünstige Art und Weise erfolgen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des
unabhängigen Anspruchs.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur schnellen
Kurzschlussabsicherung bei einem Leistungshalbleiter umfasst
zumindest einen Leistungshalbleiter, über den zumindest eine
elektrische Last mit einem Laststrom beaufschlagbar ist. Es
sind Stromerfassungsmittel vorgesehen, die ein Maß für den
die elektrische Last beaufschlagenden Laststrom
bereitstellt. Eine Halbleiterschutzschaltung steuert bei
einer drohenden Beeinträchtigung des Leistungshalbleiters
den Leistungshalbleiter in einem Schutzbetrieb an.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass neben der
Halbleiterschutzschaltung zumindest ein weiteres
elektronisches Bauelement vorgesehen ist, das den Laststrom
oder ein Maß des Laststroms mit einem Grenzwert vergleicht,
wobei Überwachungsmittel bei Über- oder Unterschreiten des
Grenzwertes den Leistungshalbleiter in einen Schutzbetrieb
betreffend die elektrische Last ansteuern. Die zusätzliche
Laststromüberwachung ist erfindungsgemäß durch eine
Hardwareschaltung realisiert. Gegenüber einer software
basierten Auswertung ergeben sich Vorteile hinsichtlich der
Schnelligkeit einer möglichen Überlasterkennung. Dadurch
können rasch Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, die die
elektrische Last zuverlässig schützen. Der Wert der
Kurzschlussabschaltung des Leistungshalbleiters ist
vorzugsweise vom Anwender einstellbar. Dem Anwender wird
damit die Möglichkeit gegeben, durch eine geeignete
Dimensionierung des Grenzwertes den Leistungshalbleiter zur
Ansteuerung beliebiger Lasten einzusetzen.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist eine
Verriegelungsschaltung vorgesehen, die eine Aktivierung des
Leistungshalbleiters bei zwischenzeitlichem Unterschreiten
des Grenzwertes unterbindet. Da gerade die Ein- und
Ausschaltvorgänge den Leistungshalbleiter und die
elektrische Last besonders gefährden, erhöht die
Verriegelungsschaltung den Schutz gegen Zerstörung des
Leistungshalbleiters und/oder der elektrischen Last. Der
Zustand der Verriegelung kann zur Weiterverarbeitung
abgefragt werden. Erst durch ein gezieltes
Entriegelungssignal kann der Leistungshalbleiter wieder
seinen Normalbetrieb aufnehmen. Diese gezielte Beeinflussung
erhöht die Einflussnahmemöglichkeit eines Benutzers auf die
Schutzfunktion des Leistungshalbleiters.
Weitere zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus
weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
Es zeigen die Fig. 1 und 2 typische Ausgestaltungen des
Leistungshalbleiters, die Fig. 3 eine im
Leistungshalbleiter realisierte zusätzliche Schutzfunktion,
die Fig. 4 eine außerhalb des Leistungshalbleiters
realisierte Schutzfunktion sowie die Fig. 5 ein typisches
Zweispannungsbordnetz, bei dem die Leistungshalbleiter
vorzugsweise Verwendung finden.
Ein integrierter Leistungshalbleiter 10 weist zumindest
einen Lastausgang 12 auf, über den eine elektrische Last 24
mit einem Laststrom IL versorgt werden kann, der gegen Masse
26 abfließt. Zur Aktivierung des Leistungshalbleiters 10 ist
ein Schaltmittel 20 vorgesehen, bei dessen Schliessen ein
Steuereingang 16 des Leistungshalbleiters 10 auf ein
Logikbezugspotential 22 gelegt wird. Der Leistungshalbleiter
10 weist einen Stromspiegelausgang 14 auf, bei dem ein dem
Laststrom IL proportionaler Strom über einen Messwiderstand
18 zum Logikbezugspotential 22 hin abfließt. Der am
Messwiderstand 18 hervorgerufene Spannungsabfall VIS wird
ausgewertet.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind die einzelnen
Komponenten des Leistungshalbleiters 10 näher gezeigt. So
sind verschiedene Schutz- und Auswertefunktionen vorgesehen,
wie eine Spannungsquelle 30, ein Überspannungsschutz 32,
eine Strombegrenzung 34, ein Gate-Schutz 36, der eigentliche
Leistungsschalter 38, ein Spannungssensor 40, eine
Ladungspumpe 42, eine Schutzschaltung für induktive Lasten
44, eine Stromerfassung 46, ein elektrostatischer
Entladeschutz 48, eine Logikschaltung 50 sowie ein
Temperatursensor 52. Ansonsten entsprechen die externen
Komponenten denjenigen der Fig. 1.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 dient einer internen,
unmittelbar auf die Strombegrenzung 34 des
Leistungshalbleiters 10 einwirkenden Schutzbeschaltung.
Hierzu ist der Stromspiegelausgang 14 über den
Messwiderstand 18 mit dem Steuereingang 16 für den Fall
verbunden, dass das Schaltmittel 20 geschlossen ist und
somit der Leistungshalbleiter 10 aktiviert wurde. Die am
Messwiderstand 18 abfallende Spannung VIS wird durch einen
Komparator 62 mit einer Referenzspannung 60 verglichen. Das
Ausgangssignal des Komparators 62 ist der Strombegrenzung 34
zugeführt.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 wird die an dem
Messwiderstand 18 abfallende Spannung VIS durch ein Filter
70, das beispielsweise aus einem RC-Glied besteht,
geglättet. Die geglättete Ausgangsspannung wird einer
Transistorstufe 72 oder alternativ einem invertierenden
Eingang eines Komparators 74 zugeführt. Überschreitet die
geglättete Spannung VIS einen bestimmten Grenzwert VCC, so
werden sowohl das Ausgangssignal der Transistorstufe 72 als
auch das der Komparatorstufe 74 Logisch Null. Diese
Ausgangssignale sind einem ersten Und-Gatter 76 zugeführt,
dessen Ausgangssignal einem zweiten Und-Gatter 78 als
Eingangssignal dient. Das Ausgangssignal des ersten Und-
Gatters 76 gelangt über einen Selbsthaltewiderstand 80 an
den zweiten Eingang des ersten Und-Gatters 76. Ein
Entriegelungssignal 84 kann über eine Diode ebenfalls an den
zweiten Eingang des ersten Und-Gatters 76 gelangen. Außerdem
kann der Zustand der Verriegelungsschaltung bzw. der
Selbsthalteschaltung über zwei Widerstände ebenfalls
abgefragt werden über den Pin, über den auch das
Entriegelungssignal 84 der Verriegelungsschaltung zuführbar
ist. Auf den zweiten Eingang des zweiten Und-Gatters 78 wird
die reguläre Ansteuerung 82 des Leistungshalbleiters 10 (und
damit der Last 24) geführt. Bei einem Aktivierungswunsch im
Normalbetrieb wird das Schaltmittel 86 so ansteuert, dass
der Steuereingang 16 des Leistungshalbleiters 10 auf ein
Logikbezugspotential 22 gelegt wird, um die in Fig. 4 nicht
dargestellte elektrische Last 24 mit dem Laststrom IL zu
beaufschlagen.
In Fig. 5 sind wesentliche Bestandteile eines
Zweispannungsbordnetzes eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Im
einzelnen bezeichnen G den Generator, beispielsweise einen
Klauenpoldrehstromgenerator, der vom Fahrzeugmotor
angetrieben wird. Der Generator G liefert eine
Ausgangsspannung U0 von beispielsweise 42 V, die direkt zur
Ladung der Batterie B1 mit 36 V Nennspannung dient. Der
Leitungswiderstand zwischen dem Generator G und der Batterie
B1 wird durch die Widerstände R1 und R2 symbolisiert. Mit
dem Generator G stehen die Verbraucher, die mit der Spannung
U0 versorgt werden sollen, über einem Signal-/Leistungs-
Verteiler V1 in Verbindung. Im einzelnen sind drei
Verbraucher R6, R7 und R8 als Beispiele für die elektrische
Last 24 dargestellt, die beispielsweise über
Leistungshalbleiter H1, H2 und H3 mit dem Generator G
verbindbar sind. Diese Leistungshalbleiter H1, H2 und H3
weisen bauartbedingt die Inversdioden D1, D2 und D3 und die
inneren Widerstände R3, R4 und R5 auf.
Eine zweite Batterie B2 wird vom Generator G über einen
Gleichspannungswandler W1 geladen. Der
Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) W1 wandelt die
Spannung U0 = 42 V in eine Spannung U1 = 14 V, die zur
Ladung der Batterie B2 mit einer Nennspannung von 12 V
geeignet ist. Die Zuführung der Spannung U1 vom
Spannungswandler W1 zur Batterie B2 erfolgt über den
Schalter S1 und die Leitung mit dem Leitungswiderstand R9.
Der mit R9 bezeichnete Widerstand umfasst auch den
Innenwiderstand der Batterie B2.
Die Batterie B2 dient zur Versorgung von Verbrauchern, die
eine geringere Spannung benötigen, beispielsweise 12 V bzw.
14 V. Der Anschluss erfolgt über den Signal-
Leistungsverteiler V2. Diese Verbraucher sind mit R13, R14
und R15 bezeichnet, sie können über die Leistungshalbleiter
H4, H5 und H6, die jeweils die Inversdioden D4, D5 und D6
aufweisen zugeschaltet werden. Die Leitungswiderstände
zwischen den Verbrauchern, R13, R14 und R15 sind mit R10,
R11 und R12 bezeichnet.
Zu den Verbrauchern, die über den SLV2 mit 12 V bzw. 14 V
versorgt werden sollen, gehört noch diese Entscheidung einer
Zenerdiode 21 und einer weiteren Diode D7, die miteinander
einen Überspannungsschutz bilden. Die Zenerdiode Z1 und die
weitere Diode D7 sind nur exemplarisch als mögliche
Spannungsbegrenzungsmittel genannt. Auch eine Verwendung
sonstiger Begrenzerschaltungen ist möglich.
Die Auswahl der Verbraucher für die eine oder andere
Spannungsebene erfolgt abhängig von den
Spannungserfordernissen für ihren optimalen Betrieb. Der
Starter kann beispielsweise entweder an die 12 V-Batterie
oder die 36 V-Batterie angeschlossen werden. Bei Verwendung
von Leistungshalbleitern auf der 14 V-Seite wird der
Schalter mit der kurzgeschlossenen 14 V-Last über die stets
vorhandene Inversdiode des betreffenden Leistungshalbleiters
leitend und legt damit sämtliche 14 V-Verbraucher an 42 V,
wodurch die Verbraucher, die dafür nicht ausgelegt sind,
gefährdet sind. In Fig. 5 ist ein solcher Kurzschluss
dargestellt. Ein Widerstand RK, der spannungsseitig zwischen
den Widerständen R8 und R13 liegt, stellt einen Kurzschluss
dar, der erfindungsgemäß in seinen Auswirkungen gemildert
wird. Wie ein durch den Widerstand R16 symbolisierter
Kurzschluss in seinen Auswirkungen beschränkt werden kann,
wird im folgenden noch näher erläutert.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 und 2
wandelt der Messwiderstand 18 den Ausgangsstrom IS des
Stromspiegelausgangs 14 in ein Spannungssignal VIS um,
welches dem Laststrom IL proportional, in der Regel
direktproportional ist. Der Messwiderstand 18 wird so
bemessen, dass der für den Anwendungsfall interessierende
Strombereich, der zwischen dem Wert Null und dem
Spitzenstrom angesiedelt ist, auf einen für einen A/D-
Wandler üblichen Spannungsbereich, beispielsweise 0 bis 5 V
abgebildet wird. Sobald die am Messwiderstand 18 abfallende
Spannung VIS größer als 5 V wird, ist man außerhalb des
gewollten Strombereichs. Dies signalisiert in der Regel
einen Fehlerfall wie beispielsweise einen Kurzschluss im
Gesamtsystem. In diesem Fall soll der Leistungshalbleiter 10
in einem Schutzbetrieb angesteuert werden. Als Schutzbetrieb
wird beispielsweise ein Betrieb mit einer Strombegrenzung
oder die komplette Abschaltung des Leistungshalbleiters 10
verstanden.
In der Regel besitzen Leistungshalbleiter 10 keine
Möglichkeit, das Logikbezugspotential 22 abzugreifen, um den
Spannungsabfall am Messwiderstand 18 bezogen auf dieses
Logikbezugspotential 22 zu erfassen. Zur Lösung dieser
Problematik wird nun vorgeschlagen, die am Messwiderstand 18
abfallende Spannung VIS gegenüber dem am Steuereingang 16
abgreifbaren Potential zu messen. Denn im Falle einer
Ansteuerung des Leistungshalbleiters 10 ist das Schaltmittel
20 geschlossen und dadurch der Steuereingang 16 auf das
Logikbezugspotential 22 gelegt. Da jedoch nur im aktivierten
Zustand des Leistungshalbleiters 10 eine Überwachung von
Interesse ist, eignet sich der Steuereingang 16 für die
genannte Applikation.
Gemäß Fig. 3 vergleicht als elektronisches Bauelement der
Komparator 62 die am Messwiderstand 18 abfallende Spannung
VIS mit der Rreferenzspannung 60. Diese ist aus den bereits
oben genannten Gründen beispielsweise bei 5,5 V angesiedelt,
um sicher eine Überschreitung des Arbeitsbereiches des
Laststroms IL zu detektieren. Überschreitet die am
Messwiderstand 18 abfallende Spannung VIS die
Referenzspannung 60, so aktiviert das Ausgangssignal des
Komparators 62 die bereits im Leistungshalbleiter 10
integrierte Strombegrenzung 34. Die
Strombegrenzungsschaltung bewirkt entweder die unmittelbare
Abschaltung des Leistungshalbleiters 10, 38 oder regelt die
am Messwiderstand 18 abfallende Spannung auf maximal 5,5 V.
Damit wäre eine Begrenzung des Laststroms IL auf einen der
Referenzspannung 60 proportionalen Wert erreicht. Der
Anwender kann die Referenzspannung 60 nach Belieben an den
jeweiligen Anwendungsfall bzw. an die anzusteuernde
elektrische Last 24 anpassen. Diese Zusatzschaltung ist im
Vergleich zu der bereits vorhandenen Schaltung des
Leistungshalbleiters 10 relativ klein und erhöht somit die
zusätzlichen Kosten nur geringfügig. Die Funktionalität des
Leistungshalbleiters 10 wird jedoch stark aufgewertet, ohne
Eingriffe im Halbleiterschalter selbst vornehmen zu müssen.
Damit kann die bisherige Verschaltung des Anwenders gleich
bleiben.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 sind nun externe
Überwachungsmittel vorgesehen, die gleichzeitig auch eine
rasche Abschaltung des Leistungshalbleiters 10 bewirken. Zur
Realisierung der Schutzfunktion wird entgegen dem
Ausführungsbeispiel bei Fig. 3 nicht mehr auf die interne
Strombegrenzung 34 des Leistungshalbleiters 10
zurückgegriffen. Stattdessen erfolgt die Abschaltung des
Leistungshalbleiters 10 über den Steuereingang 16, wie
nachfolgend ausgeführt wird. Im Normalbetrieb befindet sich
der Laststrom IL innerhalb des zulässigen Bereichs. Deshalb
besitzt das Ausgangssignal des ersten Und-Gatters 76 den
Zustand Logisch 1, sodass die Ansteuerung 82 ungehindert an
den Steuereingang des Schaltmittels 86 gelangt. Signalisiert
die Ansteuerung 82 einen Aktivierungswunsch der Last 24, so
legt das Schaltmittel 86 den Steuereingang 16 auf
Logikbezugspotential 22. Dadurch wird die Last 24 mit dem
Laststrom IL beaufschlagt. Das dem Laststrom IL
proportionale Signal steht am Stromspiegelausgang 14 zur
Verfügung. Der am Messwiderstand 18 abfallende Spannung VIS
wird durch das (optionale) RC-Glied 70 geglättet. Das so
geglättete Ausgangssignal wird entweder der Transistorstufe
72 oder der Komparatorstufe 74 zugeführt, um eine
Überwachung auf überschreiten eines vorgebaren Grenzwertes
durchzuführen. Im Ausführungsbeispiel ist der Grenzwert als
das VCC-Signal gewählt, liegt also bei ca. 5 V.
Überschreitet die an dem Messwiderstand 18 abfallende
geglättete Spannung VIS die Referenzspannung VCC von 5 V, so
geben entweder die Transistorstufe 72 oder die
Komparatorstufe 74 ein Ausgangssignal von Logisch Null aus.
Dieses Ausgangssignal von Logisch Null wird dem ersten Und-
Gatter 76 zugeführt, dessen Ausgangssignal somit ebenfalls
den Wert Logisch Null annimmt. Da das Ausgangsignal des
ersten Und-Gatters 76 auch als Eingangsignal des zweiten
Und-Gatters 78 Verwendung findet, ändert auch das
Ausgangssignal des zweiten Und-Gatters 78 seinen logischen
Zustand auf Logisch Null. Somit wird auch das Schaltmittel
86 nicht mehr angesteuert, sodass der Steuereingang 16 nicht
mehr auf Logikbezugspotential 22 gelegt wird. Dadurch wird
der Leistungshalbleiter 10 abgeschaltet. Der Stromfluss IL
durch die Last 24 unterbleibt. Um ein sofortiges erneutes
Aktivieren des Leistungshalbleiters 10 zu unterbinden, ist
ein Verriegelungsschaltung vorgesehen. Hierzu gelangt das
Ausgangssignal des ersten Und-Gatters 76 über den
Selbsthaltewiderstand 80 an den zweiten Eingang des ersten
Und-Gatters 76. Somit liegt auch das Signal Logisch Null bei
einer einmal aktivierten Überwachungfunktion an dem zweiten
Eingang des Und-Gatters 76, sodass die Ausgangssignale der
beiden Und-Gatter 76, 78 ständig auf Logisch Null bleiben.
Der Zustand der Verriegelungsschaltung kann über das Signal
84 abgefragt werden. Es kann für weitere Auswertezwecke
herangezogen werden. Ein Verriegelungssignal mit dem Zustand
Logisch Null signalisiert, dass die Schutzfunktion aktiviert
wurde. Um nun die Leistunghalbleiter 10 wieder in Betrieb
nehmen zu können, muß der Benutzer ein Signal 84 mit dem
Zustand Logisch Eins, an den zweiten Eingang des ersten Und-
Gatters 76 legen. Da im Normalfall der Laststrom IL den
Grenzwert VCC nicht mehr überschritten haben wird, ist das
erste Und-Gatter 76 mit zwei Signalen Logisch Eins
beaufschlagt, sodass dessen Ausgangssignal ebenfalls den
Wert Logisch Eins annimmt. Damit wird das Ansteuersignal 82
auf den Ausgang des zweiten Und-Gatters 78 durchgeschaltet,
um eine wunschgemäße Aktivierung des Schaltmittels 86 mit
zugehöriger Beaufschlagung des Steuereingangs 16 zuzulassen.
Somit kann der Halbleiter 10 wieder so angesteuert werden,
dass der Laststrom IL durch die elektrische Last 24 fliessen
kann.
Die Leistungshalbleiter 10 können bei dem
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 in bereits beschriebener
Weise als Leistungshalbleiter H1-H6 eingesetzt werden.
Gerade im Kurzschlussfall zwischen den verschiedenen
Spannungsebenen U1 und U0 des Mehrspannungspartnetzes tragen
die elektronischen Bauelemente dazu bei, frühzeitig einen
unzulässigen Laststrom IL zu detektieren und Gegenmaßnahmen
einzuleiten.
Claims (8)
1. Vorrichtung zur schnellen Kurzschlussabsicherung bei
einem Leistungshalbleiter,
mit zumindest einem Leistungshalbleiter (10,38), über den zumindest eine elektrische Last (24) mit einem Laststrom (IL) beaufschlagbar ist,
mit Stromerfassungsmitteln (46, 14, 18), die ein Maß (VIS) für den die elektrische Last (24) beaufschlagenden Laststrom (IL) bereitstellen,
mit einer Halbleiterschutzschaltung (30, 32, 34, 36), die bei einer drohenden Beeinträchtigung des Leistungshalbleiters (10, 38) den Leistungshalbleiter (10,38) in einem Schutzbetrieb ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Halbleiterschutzschaltung (30, 32, 34, 36) zumindest ein weiteres elektronisches Bauelement (62, 72, 74) vorgesehen ist, das den Laststrom (IL) oder ein Maß (VIS) des Laststroms mit einem Grenzwert (60, VCC) vergleicht, wobei Überwachungsmittel (34, 76, 78, 86) vorgesehen sind, die den Leistungshalbleiter (10, 38) in einem Schutzbetrieb betreffend die elektrische Last (24) ansteuern bei Über- oder Unterschreiten des Grenzwertes (60, VCC).
mit zumindest einem Leistungshalbleiter (10,38), über den zumindest eine elektrische Last (24) mit einem Laststrom (IL) beaufschlagbar ist,
mit Stromerfassungsmitteln (46, 14, 18), die ein Maß (VIS) für den die elektrische Last (24) beaufschlagenden Laststrom (IL) bereitstellen,
mit einer Halbleiterschutzschaltung (30, 32, 34, 36), die bei einer drohenden Beeinträchtigung des Leistungshalbleiters (10, 38) den Leistungshalbleiter (10,38) in einem Schutzbetrieb ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Halbleiterschutzschaltung (30, 32, 34, 36) zumindest ein weiteres elektronisches Bauelement (62, 72, 74) vorgesehen ist, das den Laststrom (IL) oder ein Maß (VIS) des Laststroms mit einem Grenzwert (60, VCC) vergleicht, wobei Überwachungsmittel (34, 76, 78, 86) vorgesehen sind, die den Leistungshalbleiter (10, 38) in einem Schutzbetrieb betreffend die elektrische Last (24) ansteuern bei Über- oder Unterschreiten des Grenzwertes (60, VCC).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
als elektronisches Bauelement ein Komparator (62, 74)
und/oder eine Transistorstufe (72) vorgesehen sind.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Verriegelungsschaltung
vorgesehen ist, die eine erneute Einleitung des
Schutzbetriebs betreffend der elektrischen Last (24)
unterbindet.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Über- oder
Unterschreitung des Grenzwerts (60, VCC) in einem
Schutzbetrieb betreffend die elektrische Last (24) die
Halbleiterschaltung (30, 32, 34, 36) aktiviert ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereingang (16) des
Leistungshalbleiters (10, 38) zur Stromerfassung verwendet
ist.
6. Vorichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand der
Verriegelungsschaltung erfasst ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schutzbetrieb
betreffend die elektrische Last (24) die elektrische Last
(24) mit keinem oder einem maximal zulässigen Laststrom (IL)
beaufschlagt ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine Verwendung in einem
Zweispannungsbordnetz eines Kraftfahrzeugs.
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2149833A1 (de) * | 2008-07-31 | 2010-02-03 | Continental Automotive GmbH | Schaltungsanordnung und System |
| WO2017076642A1 (de) | 2015-11-05 | 2017-05-11 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum überwachen eines elektrischen bordnetzes |
| DE102019131192A1 (de) * | 2019-11-19 | 2021-05-20 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Schutzschaltung mit Leistungshalbleiterschalter für ein Hochvoltbordnetz, Verfahren zum Betreiben eines Leistungshalbleiterschalters, Hochvoltbordnetz sowie Kraftfahrzeug |
| DE102020109948A1 (de) | 2020-04-09 | 2021-10-14 | HELLA GmbH & Co. KGaA | Kraftfahrzeugbordnetz und elektronische Sicherung für ein Kraftfahrzeugbordnetz |
| DE102016223139B4 (de) | 2016-11-23 | 2022-03-17 | Vitesco Technologies GmbH | Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Komponente mittels eines Stromrichters in einem Fahrzeugbordnetz mit mehreren Bordnetzzweigen |
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Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007032960B4 (de) * | 2007-07-14 | 2011-02-24 | Beru Ag | Schalteinrichtung |
| PL3700038T3 (pl) * | 2019-02-22 | 2023-01-09 | Future Systems Besitz Gmbh | Urządzenie do przełączania i ochrony obciążenia |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19712261A1 (de) * | 1997-03-24 | 1998-10-08 | Siemens Ag | Elektronische Sicherung |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4750079A (en) * | 1986-05-27 | 1988-06-07 | Motorola, Inc. | Low side switch integrated circuit |
| JPH09331625A (ja) * | 1996-06-11 | 1997-12-22 | Yazaki Corp | インテリジェントパワースイッチ及びスイッチング装置 |
| US6011416A (en) * | 1997-02-19 | 2000-01-04 | Harness System Technologies Research Ltd. | Switch circuit having excess-current detection function |
| JP3363074B2 (ja) * | 1997-08-08 | 2003-01-07 | 株式会社オートネットワーク技術研究所 | 過電流検知回路 |
| DE19846319C1 (de) * | 1998-10-08 | 2000-02-17 | Daimler Chrysler Ag | Energieversorgungsschaltung für ein Kraftfahrzeugbordnetz mit zwei Spannungsversorgungszweigen |
-
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-
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- 2001-07-18 AU AU2001283775A patent/AU2001283775A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19712261A1 (de) * | 1997-03-24 | 1998-10-08 | Siemens Ag | Elektronische Sicherung |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| BLESSING,A., GRAF,A., SOMMER,P.: Sense-Highside- Schalter übernimmt Sicherungsfunktion. In: SiemensComponents, 1997, H.5-6, S.32-35 * |
| GRAF,A., VOGEL,D., GANTIOLER,J.: Zukünftige Kfz- Bordnetze reduzieren Chipkosten. In: Siemens Com- ponents, 1997, H.2, 22-25 * |
| REINMUTH,K., RÖßLE,C.: HITFET mit Current Sense: Low-Side-Schalter ohne Grenzen. In: Siemens Compo-nents, 1996, H.2, S.56-58 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2149833A1 (de) * | 2008-07-31 | 2010-02-03 | Continental Automotive GmbH | Schaltungsanordnung und System |
| DE102012208115B4 (de) | 2012-05-15 | 2023-02-16 | Lisa Dräxlmaier GmbH | Vorrichtung und Verfahren zur intelligenten Absicherung einer elektrischen Leitung |
| WO2017076642A1 (de) | 2015-11-05 | 2017-05-11 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum überwachen eines elektrischen bordnetzes |
| DE102015221729A1 (de) | 2015-11-05 | 2017-05-11 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Überwachen eines elektrischen Bordnetzes |
| DE102016223139B4 (de) | 2016-11-23 | 2022-03-17 | Vitesco Technologies GmbH | Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Komponente mittels eines Stromrichters in einem Fahrzeugbordnetz mit mehreren Bordnetzzweigen |
| DE102019131192A1 (de) * | 2019-11-19 | 2021-05-20 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Schutzschaltung mit Leistungshalbleiterschalter für ein Hochvoltbordnetz, Verfahren zum Betreiben eines Leistungshalbleiterschalters, Hochvoltbordnetz sowie Kraftfahrzeug |
| DE102020109948A1 (de) | 2020-04-09 | 2021-10-14 | HELLA GmbH & Co. KGaA | Kraftfahrzeugbordnetz und elektronische Sicherung für ein Kraftfahrzeugbordnetz |
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