DE10040477A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Überstrom- und Kurzschlussstromschutz eines Halbleiter-Leistungsschalters - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zum Überstrom- und Kurzschlussstromschutz eines Halbleiter-Leistungsschalters (2) unter Ausnutzung der Entsättigungseigenschaft des Leistungsschalters (2). Dabei wird der zeitliche Verlauf einer an dem Leistungsschalter (2) anliegenden Spannung (U_CE) beobachtet und ein Überstrom oder Kurzschlussstrom detektiert, falls die Spannung (U_CE) einen vorgebbaren Spannungspegel (U_1) überschreitet. Um die Überwachung des Leistungsschalters (2) auf Überstrom oder Kurzschlussstrom dahingehend zu verbessern, dass Überströme bzw. Kurzschlussströme sicherer, zuverlässiger und schneller detektiert werden können, wird vorgeschlagen, dass ein weiterer vorgebbarer Spannungspegel (U_2) oberhalb des ersten Spannungspegels (U_1) definiert wird und ein Überstrom oder Kurzschlussstrom detektiert wird, falls die Spannung (U_CE) nach einem Einschalten des Leistungsschalters (2) den weiteren Spannungspegel (U_2) nicht innerhalb einer vorgebbaren Zeitgrenze (t_2) unterschreitet. Je nach Zeitpunkt des Auftretens des Überstroms oder Kurzschlussstroms wird der zu schützende Leistungsschalter (2) sofort oder um eine definierte Zeitspanne (t_v) verzögert abgeschaltet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überstrom- und Kurzschlussstromschutz eines Halbleiter- Leistungsschalters. Dabei wird die Entsättigungseigenschaft des Leistungsschalters ausgenutzt. Bei dem Verfahren wird der zeitliche Verlauf einer an dem Leistungsschalter anliegenden Spannung beobachtet. Falls die Spannung einen vorgebbaren Spannungspegel überschreitet, wird ein Überstrom oder Kurzschlussstrom detektiert.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zum Überstrom- und Kurzschlussstromschutz eines Halbleiter- Leistungsschalters unter Ausnutzung der Entsättigungseigenschaft des Leistungsschalters. Die Vorrichtung weist einen Komparator zum Vergleich des zeitlichen Verlaufs einer an dem Leistungsschalter anliegenden Spannung mit einem vorgebbaren Spannungspegel und Mittel zur Detektion eines Überstroms oder Kurzschlussstroms, falls die Spannung den Spannungspegel überschreitet, auf.

Schließlich betrifft die Erfindung ein Steuerelement, für eine solche Vorrichtung. Auf dem Steuerelement ist ein Programm abgespeichert, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig ist. Das Steuerelement ist insbesondere als ein Read-Only-Memory, ein Random-Access- Memory oder ein Flash-Memory ausgebildet.

Halbleiter-Leistungsschalter, wie z. B. Bipolar-Transistoren (BT) oder Insulated-Gate-Bipolar-Transistoren (IGBT), müssen vor unzulässig hohen Strom- und Spannungsbeanspruchungen geschützt werden. Die zulässigen Strom- und Spannungsgrenzen werden von dem Hersteller des Leistungsschalters definiert als sog. sicherer Arbeitsbereich oder Safe Operating Area (Forward Biased Safe Operating Area, FBSOA bzw. Reverse Biased Safe Operating Area, RBSOA). Der sichere Arbeitsbereich gilt für den periodischen Betriebsfall des Leistungsschalters, bei dem der Leistungsschalter durch Anlegen eines geeigneten Steuersignals periodisch von dem hochohmigen Sperrzustand in den gesättigten Durchlasszustand und wieder in den Sperrzustand umgeschaltet wird. Im gesättigten Durchlasszustand hat der Leistungsschalter seine niedrigste Durchlassspannung von nur wenigen Volt erreicht.

Kurzzeitig können moderne Leistungsschalter auch einen hohen Überstrom bzw. Kurzschlussstrom führen und unter bestimmten Bedingungen auch abschalten. Bei einem hohen Überstrom bzw. Kurzschlussstrom kommt es zu einer Entsättigung des Halbleiter-Leistungsschalters, wodurch dessen Durchlassspannung auf den sehr hohen Pegel der an dem Leistungsschalter anliegenden Versorgungsspannung steigen kann. Die Kurzschlussstromamplitude bspw. von IGBTs kann aufgrund der Entsättigungseigenschaft von selbst auf Werte begrenzt werden, die jedoch das Fünf- bis Zehnfache des Nennstroms betragen können. Um eine thermische Überlastung und infolgedessen eine Zerstörung des Leistungsschalters zu vermeiden, muss der überhöhte Strom innerhalb einer sehr kurzen Zeit, die von dem Hersteller als die höchstzulässige Überstromdauer des Leistungsschalters angegeben wird, abgeschaltet werden. Dazu muss eine Ansteuerschaltung (sog. Gate Drive) des Halbleiter-Leistungsschalters in der Lage sein, den Überstrom- oder Kurschlussstromfall sicher zu erkennen und eine geeignete Abschaltung des Leistungsschalters vorzunehmen. Die höchstzulässige Überstromdauer liegt im Bereich von etwa 10 Mikrosekunden.

Für eine unmittelbare Erfassung des Stroms in dem Halbleiter- Leistungsschalter wäre eine aufwendige Strommesseinrichtung erforderlich. Beim Stand der Technik wird deshalb zur Überstrom- oder Kurzschlusserkennung die Eigenschaft der Entsättigung des Halbleiter-Leistungsschalters ausgenutzt. Dieses Überwachungsverfahren hat den Vorteil, dass eine entsprechende Überwachungsvorrichtung sehr einfach zu realisieren ist und üblicherweise mit einer niedrigen Speisegleichspannung V_cc (typischerweise V_cc = 15 Volt) der Ansteuerschaltung betrieben werden kann.

Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist, dass Überströme oder Kurzschlussströme, die bereits während des Einschaltvorgangs auftreten, nicht immer rechtzeitig, d. h. innerhalb der höchstzulässigen Überstromdauer, erkannt werden können. Da bei einem Einschaltvorgang die Spannung an dem Leistungsschalter nur mit einer endlichen Geschwindigkeit abfallen kann, ist es mit diesem Verfahren nicht möglich, einen Überstrom oder Kurzschlussstrom in einer Zeitspanne zu erkennen, in der die Spannung am Halbleiter-Leistungsschalter noch größer ist als der Spannungspegel. Dieser Nachteil kann in Kauf genommen werden, wenn die Einschaltvorgänge in einer deutlich kürzeren Zeitspanne abgeschlossen sind (z. B. t_ON < 5 Mikrosekunden) als es der höchstzulässigen Überstromdauer des Leistungsschalters entspricht. Die verbleibende Zeitspanne für die Abschaltung des Überstroms bzw. Kurzschlussstroms muss ausreichen, um den Leistungsschalter sicher abschalten zu können.

Mit zunehmendem Sperrvermögen der Leistungsschalter (z. B. bei Hochvolt-IGBTs) werden die Schaltvorgänge immer träger. So können die Einschaltvorgänge von Hochvolt-IGBTs sehr viel länger als die höchstzulässige Überstromdauer dauern. Das bedeutet, dass ein Überstrom oder ein Kurzschlussstrom mit dem konventionellen Verfahren zur Überwachung der Entsättigung nicht rechtzeitig erkannt werden kann. Ein sicherer Schutz von hochsperrenden Halbleiter-Leistungsschaltern ist damit nicht mehr möglich.

Es wäre denkbar, die Spannung an dem Halbleiter- Leistungsschalter bei einem wesentlich höheren Spannungspegel zu überwachen, so dass ein Überstrom oder Kurzschlussstrom frühzeitig, d. h. noch während des Einschaltvorgangs erkannt werden kann, bevor die Durchlasssättigungsspannung erreicht ist. Dies erfordert jedoch eine Referenz-Spannungsquelle mit entsprechend hoher Spannung verbunden mit dem Nachteil, dass schon beim Zuschalten der Steuerspannung gefährliche Berührungsspannungen im Leistungsteil auftreten. Zudem wird bei dem bekannten Überwachungsverfahren mit höherem Spannungspegel ein Überstrom, der während der Leitendzeit im stationären Durchlasszustand des Leistungsschalters auftreten kann, nicht erkannt, wenn die aufgrund des Entsättigungseffekts eintretende erhöhte Durchlassspannung nicht oder nicht rechtzeitig den hohen Überwachungspegel erreicht. Schließlich ist es bei den bekannten Überwachungsverfahren nachteilig, dass der Leistungsschalter bei einem erkannten Kurzschlussstrom zu schnell abgeschaltet wird. Da z. B. bei IGBTs die Kurzschlusstromamplitude unmittelbar nach Eintritt des Kurzschlussereignisses weitaus am größten ist, d. h. einen Maximalwert erreicht, erfolgt das Abschalten dann bei einer äußerst hohen Strom- und Spannungsbeanspruchung des Leistungsschalters.

Aus den vorgenannten Nachteilen des Standes der Technik ergibt sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Überwachung eines Halbleiter-Leistungsschalters auf Überstrom oder Kurzschlussstrom dahingehend zu verbessern, dass Überströme bzw. Kurzschlussströme sicherer, zuverlässiger und schneller detektiert werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung ausgehend von dem Verfahren zum Überstrom- und Kurzschlussstromschutz eines Halbleiter-Leistungsschalters der eingangs genannten Art vor, dass ein weiterer vorgebbarer Spannungspegel oberhalb des ersten Spannungspegels definiert wird und ein Überstrom oder Kurzschlussstrom detektiert wird, falls die Spannung nach einem Einschalten des Leistungsschalters den weiteren Spannungspegel nicht innerhalb einer vorgebbaren Zeitgrenze unterschreitet oder wieder überschreitet.

Erfindungsgemäß wird also der Verlauf der an dem Halbleiter- Leistungsschalter anliegenden Spannung mit einem weiteren Spannungspegel verglichen. Der erste Spannungspegel dient zur Überwachung des Spannungsverlaufs nach Erreichen eines stationären Durchlasszustands (Sättigungszustands) des Leistungsschalters. Der weitere Spannungspegel wird zur Überwachung des Spannungsverlaufs während des Einschaltvorgangs des Leistungsschalters eingesetzt.

Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht bei einem Halbleiter- Leistungsschalter eine zuverlässige Detektion von Überströmen und Kurzschlussströmen sowohl während des Einschaltvorgangs als auch nach Erreichen des Sättigungszustands. Die beiden Spannungspegel können auf den ihnen jeweils zugeordneten Überwachungsbereich optimiert werden. Dadurch kann die Detektion von Überströmen und Kurzschlussströmen erheblich beschleunigt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Beschädigung oder Zerstörung eines Halbleiter- Leistungsschalters aufgrund einer zu hohen Temperaturbelastung in Folge von Überströmen oder Kurzschlussströmen sicher und zuverlässig verhindert.

Die Halbleiter-Leistungsschalter, die mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens überwacht werden, können in beliebigen technischen Bereichen eingesetzt werden. Das Verfahren ist insbesondere für den Einsatz bei Halbleiter- Leistungsschaltern von Stromrichtern, vorzugweise von Wechselrichtern zur Wandlung von Gleichstrom in Wechselstrom, geeignet.

Um den Halbleiter-Leistungsschalter vor Beschädigung oder Zerstörung zu bewahren, wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass der Leistungsschalter abgeschaltet wird, falls ein Überstrom oder Kurzschlussstrom detektiert wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Leistungsschalter um eine vorgebbare Zeitspanne verzögert nach der Detektierung des Überstroms oder Kurzschlussstroms abgeschaltet wird. Durch die verzögerte Schutzabschaltung wird verhindert, dass im Kurzschlussfall ein sehr hoher Kurzschlussstrom mit einer damit verbundenen hohen Abschaltüberspannung abgeschaltet werden muss. Der Halbleiter-Leistungsschalter kann dadurch besonders stressarm abgeschaltet werden.

Vorteilhafterweise wird die Zeitspanne, um die die Schutzabschaltung verzögert wird, so gewählt, dass in einem Kurzschlussfall der Kurzschlussstrom in dem Leistungsschalter seinen Maximalwert überschritten und einen wesentlich niedrigeren, etwa konstanten Wert erreicht hat. Das Plateau ist in der Regel nach einigen Mikrosekunden, noch vor Erreichen der höchstzulässigen Überstromdauer des Leistungsschalters, erreicht. Deshalb wird die Zeitspanne vorzugsweise kleiner als die höchstzulässige Überstromdauer des Leistungsschalters gewählt.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der erste Spannungspegel größer als ein stationärer Wert der überwachten Spannung gewählt wird. Der zweite Spannungspegel wird vorteilhafterweise kleiner als die Einschaltspannung eines intakten Leistungsschalters gewählt.

Gemäß noch einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die vorgebbare Zeitgrenze, innerhalb der die beobachtete Spannung nach einem Einschalten des Leistungsschalters den weiteren Spannungspegel unterschritten haben muss, damit kein Überstrom oder Kurzschlussstrom detektiert wird, kleiner als die höchstzulässige Überstromdauer des Leistungsschalters gewählt wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Vergleich der Spannung mit dem ersten Spannungspegel erst nach Verstreichen einer vorgebbaren Zeitdauer eingeleitet wird. Die Zeitdauer wird so gewählt, dass die beobachtete Spannung eines intakten Leistungsschalters mit Sicherheit den ersten Spannungspegel unterschritten und der Leistungsschalter nach Möglichkeit einen stationären Durchlasszustand erreicht hat.

Die Zeitdauer wird größer als die vorgebbare Zeitgrenze gewählt.

Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ausgehend von der Vorrichtung zum Überstrom- und Kurzschlussstromschutz eines Halbleiter-Leistungsschalters der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass die Vorrichtung einen weiteren Komparator zum Vergleich des zeitlichen Verlaufs der Spannung mit einem weiteren vorgebbarer Spannungspegel aufweist, wobei die Mittel zur Detektion einen Überstrom oder Kurzschlussstrom detektieren, falls die Spannung nach einem Einschalten des Leistungsschalters den weiteren Spannungspegel nicht innerhalb einer vorgebbaren Zeitgrenze unterschreitet.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung Mittel zum Abschalten des Leistungsschalters, falls die Mittel zur Detektion einen Überstrom oder Kurzschlussstrom detektieren, aufweist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung ein Verzögerungsglied zur Verzögerung der Abschaltung des Leistungsschalters um eine vorgebbare Zeitspanne aufweist.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung einen Spannungsteiler aufweist, über den die an dem Leistungsschalter anliegende Spannung zum Vergleich mit dem weiteren Spannungspegel an den weiteren Komparator geführt ist. Der Spannungsteiler ist üblicherweise als ein ohmscher Spannungsteiler mit zwei Widerständen ausgebildet. An den beiden Widerständen liegt die volle an dem Leistungsschalter anliegende Spannung an. Zwischen den beiden Widerständen wird eine Teilspannung der anliegenden Spannung abgegriffen und an den weiteren Komparator geführt. Die Höhe der Teilspannung wird durch die Widerstandswerte der beiden Widerstände des Spannungsteilers bestimmt. Der weitere vorgebbare Spannungspegel ist an die Höhe der Teilspannung angepasst.

Bei herkömmlichen Vorrichtungen zum Überstrom- und Kurzschlussstromschutz eines Halbleiter-Leistungsschalters unter Ausnutzung der Entsättigungseigenschaft des Leistungsschalters wird zur Überwachung des Durchlasszustands bzw. der Sättigungsspannung des Halbleiter-Leistungsschalters mindestens eine Diode eingesetzt. Die Diode ist kathodenseitig unmittelbar mit dem hohen elektrischen Potential des Kollektoranschlusses des Halbleiter-Leistungsschalters verbunden und ist anodenseitig mit dem niedrigen Potential der Speisegleichspannung V_cc der Überwachungselektronik verbunden. Mit zunehmendem Sperrvermögen der Halbleiter- Leistungsschalter, das heute bis zu 6,5 kV betragen kann, müssen hierzu mehrere Hochvolt-Dioden in Reihe geschaltet werden, da das Sperrvermögen der dafür in Frage kommenden handelsüblichen Dioden weit geringer ist. Durch den Einsatz einer Dioden-Reihenschaltung ist jedoch keineswegs eine gleichmäßige Sperrspannungsaufteilung an die in Reihe geschalteten Dioden sichergestellt. Deshalb kann eine Zerstörung der Dioden nicht ausgeschlossen werden, selbst wenn die Summe der Nennsperrspannungswerte der einzelnen in Reihe geschalteten Dioden weit höher ist als die höchste am Kollektor des Halbleiter-Leistungsschalters auftretende Spitzenspannung. Deshalb wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass ein Widerstand des Spannungsteilers aus einer Reihenschaltung mehrerer Widerstände besteht, wobei zwischen zwei der Widerstände ein Abgriff vorgesehen ist, über den die an dem Leistungsschalter anliegende Spannung zum Vergleich mit dem Spannungspegel über mindestens eine Diode an den Komparator geführt ist. Die Widerstandswerte der beiden Widerstände oberhalb und unterhalb des Abgriffs werden vorzugsweise so gewählt, dss das Sperrvermögen einer einzigen Diode ausreicht.

Vorteilhafterweise ist in Reihe mit einem anderen Widerstand des Spannungsteilers mindestens eine Diode angeordnet. Durch die mindestens eine Diode kann während der Durchlassphase des Halbleiter-Leistungsschalters der Teil des Spannungsteilers jenseits der Diode inaktiviert werden. In der Folge fließt über den inaktivierten Teil des Spannungsteilers kein parasitärer Messstrom, so dass sich eine höhere Messspannung ergibt. Die an dem Halbleiter-Leistungsschalger anliegende Spannung wird über einen Abgriff oberhalb des anderen Widerstands des Spannungsteilers an den weiteren Komparator geführt. Die Diode kann oberhalb oder unterhalb des anderen Widerstands angeordnet sein. Wenn die Diode oberhalb des anderen Widerstands angeordnet ist, kann der Abgriff oberhalb oder unterhalb der Diode angeordnet sein.

Vorzugsweise ist die mindestens eine Diode als eine Zener (Z)- Diode ausgebildet. Alternativ kann die mindestens eine Diode auch als eine Reihenschaltung mehrerer herkömmlicher Dioden ausgebildet sein. Dabei entspricht die Summe der Flussspannungen der Dioden dem Schwellenspannungswert der Z- Diode.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass in Reihe mit einem anderen Widerstand des Spannungsteilers mindestens ein Halbleiter-Leistungsschalter angeordnet ist. Statt der in Reihe zu einem anderen Widerstand des Spannungsteilers angeordneten Diode kann also auch ein Schalttransistor oder ein beliebig anderer Halbleiter-Leistungsschalter vorgesehen werden. Während der Durchlassphase des zu überwachenden Halbleiter-Leistungsschalters kann der in Reihe zu dem anderen Widerstand des Spannungsteilers angeordnete Halbleiter- Leistungsschalters gesperrt werden.

Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines Steuerelements, das für eine Vorrichtung zum Überstrom- und Kurzschlussstromschutz eines Halbleiter-Leistungsschalters unter Ausnutzung der Entsättigungseigenschaft des Leistungsschalters vorgesehen ist. Dabei ist auf dem Steuerelement ein Programm abgespeichert, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig und zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. In diesem Fall wird also die Erfindung durch ein auf dem Steuerelement abgespeichertes Programm realisiert, so dass dieses mit dem Programm versehene Steuerelement in gleicher Weise die Erfindung darstellt wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das Programm geeignet ist. Als Steuerelement kann insbesondere ein elektrisches Speichermedium zur Anwendung kommen, bspw. ein Read-Only- Memory, ein Random-Access-Memory oder ein Flash-Memory.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw.

Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Überstrom- und Kurzschlussstromschutz eines Halbleiter- Leistungsschalters unter Ausnutzung der Entsättigungseigenschaft des Leistungsschalters in einer bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 2 eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung zum Überstrom- und Kurzschlussstromschutz eines Halbleiter-Leistungsschalters unter Ausnutzung der Entsättigungseigenschaft des Leistungsschalters;

Fig. 3 einen zeitlichen Verlauf von Spannung und Strom für einen intakten Halbleiter-Leistungsschalter während eines Einschalt- und Abschaltvorgangs;

Fig. 4 einen Verlauf eines durch einen Halbleiter- Leistungsschalter fließenden Stroms;

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 6 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Überstrom- und Kurzschlussstromschutz eines Halbleiter- Leistungsschalters im Ausschnitt gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 7 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Überstrom- und Kurzschlussstromschutz eines Halbleiter- Leistungsschalters im Ausschnitt gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform; und

Fig. 8 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Überstrom- und Kurzschlussstromschutz eines Halbleiter- Leistungsschalters im Ausschnitt gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.

Zur Erläuterung des Standes der Technik wird zunächst auf Fig. 2 Bezug genommen. Halbleiter-Leistungsschalter 2, wie z. B. Bipolar-Transistoren (BT) oder Insulated-Gate-Bipolar- Transistoren (IGBT), müssen vor unzulässig hohen Strom- und Spannungsbeanspruchungen geschützt werden. Die zulässigen Strom- und Spannungsgrenzen werden von dem Hersteller des Leistungsschalters 2 definiert als sog. sicherer Arbeitsbereich oder Safe Operating Area (Forward Biased Safe Operating Area, FBSOA bzw. Reverse Biased Safe Operating Area, RBSOA). Der sichere Arbeitsbereich gilt für den periodischen Betriebsfall des Leistungsschalters 2, bei dem der Leistungsschalter 2 durch Anlegen eines geeigneten Steuersignals St periodisch von dem hochohmigen Sperrzustand ("0"; vgl. Fig. 3) in den gesättigten Durchlasszustand ("1"; vgl. Fig. 3) und wieder in den Sperrzustand umgeschaltet wird.

Kurzzeitig können moderne Leistungsschalter 2 auch einen hohen Überstrom bzw. Kurzschlussstrom führen und unter bestimmten Bedingungen auch abschalten. Bei einem hohen Überstrom bzw. Kurzschlussstrom kommt es zu einer Entsättigung des Halbleiter-Leistungsschalters 2, wodurch dessen Durchlassspannung auf den sehr hohen Pegel der an dem Leistungsschalter 2 anliegenden Versorgungsspannung U_d steigen kann. Die Kurzschlussstromamplitude bspw. von IGBTs kann aufgrund der Entsättigungseigenschaft von selbst begrenzt werden. Die Werte, auf die die Kurzschlussstromamplitude begrenzt werden kann, können jedoch das Fünf- bis Zehnfache des Nennstroms betragen. Um eine thermische Überlastung und infolgedessen eine Zerstörung des Leistungsschalters 2 zu vermeiden, muss der überhöhte Strom innerhalb einer sehr kurzen Zeit, die von dem Hersteller als die höchstzulässige Überstromdauer t_5 des Leistungsschalters 2 angegeben wird, abgeschaltet werden. Dazu muss eine Ansteuerschaltung 13 (sog. Gate Drive) für den Halbleiter-Leistungsschalters 2 in der Lage sein, den Überstrom- oder Kurschlussstromfall sicher zu erkennen und eine geeignete Abschaltung des Leistungsschalters 2 vorzunehmen. Die höchstzulässige Überstromdauer t_5 liegt im Bereich von etwa 10 Mikrosekunden.

Bei einer aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung 12 wird zur Überstrom- oder Kurzschlusserkennung die Eigenschaft der Entsättigung des Halbleiter-Leistungsschalters 2 ausgenutzt. Die Vorrichtung 12 weist einen Komparator 14 auf, in dem eine an dem Leistungsschalter 2 anliegende Spannung U_CE mit einem vorgebbaren Spannungspegel U_1 verglichen wird. Nach dem Einschalten des Leistungsschalters 2 erfolgt ein langsames Absinken der Spannung U_CE bis auf einen stationären Wert U_CE_stat, der unterhalb des Spannungspegels U_1 liegt. Der Vergleich des Spannungspegels U_1 mit der Spannung U_CE wird nach dem Verstreichen einer vorgebbaren Zeitdauer t_1 eingeleitet. Die Zeitdauer t_1 wird so gewählt, dass ein intakter Leistungsschalter 2 den Spannungspegel U_1 sicher unterschritten hat. Falls die Spannung U_CE den Spannungspegel U_1 nach Einleitung der Überwachung (t < t_1) überschreitet, wird ein Abschaltsignal OFF von dem Komparator 14 an eine Ansteuerschaltung 13 geleitet, die ein Abschalten des Halbleiter-Leistungsschalters 2 auslöst. Im Normalbetrieb wird der Leistungsschalter 2 über das Steuersignal St ein- und abgeschaltet.

Dieses bekannte Überwachungsverfahren unter Ausnutzung der Entsättigungseigenschaft des Leistungsschalters 2 hat den Vorteil, dass die entsprechende Überwachungsvorrichtung 12 sehr einfach zu realisieren ist und üblicherweise mit einer niedrigen Speisegleichspannung V_cc (typischerweise V_cc = 15 Volt) der Ansteuerschaltung 13 betrieben werden kann. Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist, dass Überströme oder Kurzschlussströme, die bereits während des Einschaltvorgangs (t < t_1) auftreten, nicht immer rechtzeitig, d. h. innerhalb der höchstzulässigen Überstromdauer t_5, erkannt werden können. Da bei einem Einschaltvorgang die Spannung U_CE an dem Leistungsschalter 2 nur mit einer endlichen Geschwindigkeit abfallen kann, ist es mit dem bekannten Verfahren nicht möglich, einen Überstrom oder Kurzschlussstrom in einer Zeitspanne (t < t_1) zu erkennen, in der die Spannung U_CE am Halbleiter- Leistungsschalter 2 noch größer ist als der Spannungspegel U_1. Dieser Nachteil kann in Kauf genommen werden, wenn die Einschaltvorgänge in einer deutlich kürzeren Zeitspanne abgeschlossen sind (z. B. t_ON < 5 Mikrosekunden) als es der höchstzulässigen Überstromdauer t_5 des Leistungsschalters 2 entspricht. Die verbleibende Zeitspanne DELTA t_SC für die Abschaltung des Überstroms bzw. Kurzschlussstroms (DELTA t_SC = t_5 - t_ON) muss ausreichen, um den Leistungsschalter 2 sicher abschalten zu können.

Mit zunehmendem Sperrvermögen der Leistungsschalter (z. B. bei Hochvolt-IGBTs) werden die Schaltvorgänge immer träger. So können die Einschaltvorgänge von Hochvolt-IGBTs sehr viel länger als t_ON = 10 Mikrosekunden dauern. Das bedeutet, dass ein Überstrom oder ein Kurzschlussstrom mit dem konventionellen Verfahren zur Überwachung der Entsättigung nicht rechtzeitig erkannt werden könnte. Ein sicherer Schutz von hochsperrenden Halbleiter-Leistungsschaltern 2 ist damit nicht mehr möglich.

Deshalb wird erfindungsgemäß eine in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 zum Überstrom- und Kurzschlussstromschutz des Halbleiter-Leistungsschalters 2 unter Ausnutzung der Entsättigungseigenschaft des Leistungsschalters 2 vorgeschlagen. Diese Vorrichtung 1 zeichnet sich durch zwei unterschiedliche Spannungspegel U_1 und U_2 aus, mit denen die Spannung U_CE verglichen wird. Die Vorrichtung 1 weist einen ersten Komparator 3 zum Vergleich des zeitlichen Verlaufs der Spannung U_CE mit einem ersten vorgebbaren Spannungspegel U_1 und einen zweiten Komparator 4 zum Vergleich des zeitlichen Verlaufs der Spannung U_CE mit einem zweiten vorgebbaren Spannungspegel U_2 auf. Die Spannung U_2 wird dem zweiten Komparator 4 über einen Spannungsteiler mit den Widerständen R_1 und R_2 zugeführt, damit gefährliche Berührungsspannungen im Leistungsteil beim Zuschalten der Steuerspannung vermieden werden können. Die Ausgangssignale 5, 6 der Komparatoren 3, 4 werden an eine Logikschaltung 7 geführt und dort ausgewertet. Die Logikschaltung 7 dient zur Detektion eines Überstroms oder Kurzschlussstroms und erzeugt abhängig vom Zeitpunkt des Auftretens des Kurzschluss- oder Überstroms nach dem Einschalten ein verzögertes oder unverzögertes Abschaltsignal OFF, das an eine Ansteuerschaltung 8 geleitet wird, die ein Abschalten des Halbleiter-Leistungsschalters 2 auslöst. Das Abschaltsignal OFF wird unverzögert ausgelöst, wenn das Fehlerereignis innerhalb des Einschaltvorgangs (t_2 <= t <= t_1 in Fig. 3) auftritt bzw. erkannt wird. Es wird dagegen um einige Mikrosekunden (t_v = 3. . .5 Mikrosekunden, vgl. Fig. 4) verzögert ausgelöst, wenn das Fehlerereignis nach dem Zeitpunkt t_1 auftritt bzw. nachdem der zweite Komparator 4 angesprochen hat.

In Fig. 5 ist ein erfindungsgemäßes Vefahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Zur weiteren Verdeutlichung des Verfahrens sei auf den in Fig. 3 dargestellten Strom- und Spannungsverlauf verwiesen. Das Verfahren beginnt in einem Funktionsblock 20 und wird durch Einschalten des Halbleiter-Leistungsschalters 2 eingeleitet. In einem anschließenden Abfrageblock 21 wird überprüft, ob eine seit dem Einschalten verstrichene Zeit t eine vorgebbare Zeitgrenze t_2 überschritten hat. Die Zeitgrenze t_2 ist kleiner als die höchstzulässige Überstromdauer t_5 des Leistungsschalters 2 gewählt. In einem Abfrageblock 22 wird überprüft, ob die beobachtete Spannung U_CE den weiteren Spannungspegel U_2 unterschritten hat. Falls dies nicht der Fall ist, wird wieder zu dem Abfrageblock 21 verzweigt. Sobald die Spannung U_CE den weiteren Spannungspegel U_2 unterschritten hat, wird das Verfahren bei einem Abfrageblock 23 fortgesetzt.

In Abfrageblock 23 wird überprüft, ob seit dem Einschalten des Leistungsschalters 2 eine Zeit t größer als eine vorgebbare Zeitdauer t_1 verstrichen ist. Die Zeitdauer t_1 wird größer als die höchstzulässige Überstromdauer t_5 des Leistungsschalters 2 gewählt. Die Zeitdauer t_1 wird insbesondere so gewählt, dass die Spannung U_CE eines intakten Leistungsschalters 2 innerhalb der Zeitdauer t_1 den Spannungspegel U_1 sicher unterschritten hat. Der Abfrageblock 23 wird so lange durchlaufen, bis die Zeitdauer t_1 verstrichen ist. Nach Ablauf der Zeitdauer t_1 ist bei einem intakten Leistungsschalter 2 der Einschaltvorgang abgeschlossen und die Spannung U_CE hat die Durchlasssättigungsspannung U_CE stat erreicht. Der Vergleich der Spannung U_CE mit einem ersten Spannungspegel U_1 (Abfrageblock 24) wird also durch den Abfrageblock 23 bis zum Verstreichen der Zeitdauer t_1 verzögert. Wird vor Erreichen der Zeitgrenze t_1 der Spannungspegel U_2 überschritten oder wurde dieser bis dahin noch nicht unterschritten (Abfrageblock 22), wird direkt und unverzögert auf einen Funktionsblock 28 verzweigt und damit der Leistungsschalter 2 unverzüglich abgeschaltet.

Anschließend wird in dem Abfrageblock 24 überprüft, ob die Spannung U_CE den Spannungspegel U_1 überschreitet. Falls der Spannungspegel U_1 nicht überschritten wird, liegt kein Überstrom oder Kurzschlussstrom vor. Dann wird in einem Abfrageblock 2_5 überprüft, ob ein Steuersignal St = AUS an der Ansteuerschaltung 8 anliegt, durch das ein Abschalten des Leistungsschalters 2 veranlasst wird. Falls das nicht der Fall ist wird das Verfahren bei dem Abfrageblock 24 fortgesetzt. Diese Schleife aus Abfrageblock 23 und Abfrageblock 24 wird so lange druchlaufen, bis die Spannung U_CE den Spannungspegel U_1 übersteigt oder durch das Steuersignal St = AUS ein Abschalten des Leistungsschalters 2 veranlasst wird.

Falls der Spannungspegel U_1 nach der vorgebbaren Zeitdauer t_1 überschritten wird (Abfrageblock 24), wird zu einem Funktionsblock 27 verzweigt, wo das Abschaltsignal OFF der Logikschaltung 7 um eine vorgebbare Zeitspanne t_v (vgl. Fig. 4) verzögert wird. Erst danach wird der Leistungsschalter 2 in einem Funktionsblock 28 abgeschaltet. Dann wird zu einem Funktionsblock 26 verzweigt und das erfindungsgemäße Verfahren ist beendet.

In der Logikschaltung 7 ist ein Steuerelement 9 vorgesehen, auf dem ein Programm abgespeichert ist, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor 10, ablauffähig ist. Das Steuerelement 9 ist als ein elektronisches Speicherelement, insbesondere als ein Read- Only-Memory, ein Random-Access-Memory oder ein Flash-Memory ausgebildet. Das auf dem Steuerelement 9 abgespeicherte Programm ist zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet. Die Logikschaltung 7 umfasst des weiteren ein Verzögerungsglied 11, das das Abschaltsignal OFF um die vorgebbare Zeitspanne t_v, t_v = t_6 - t_KS (vgl. Fig. 4) verzögert. Der Leistungsschalter 2 führt vor dem Eintreten des Kurzschlusses einen Laststrom i_LAST (ungestörter, gesättigter Zustand). Bei t = t_KS tritt ein Kurzschluss in dem Lastkreis auf (R in Fig. 1 kurzgeschlossen). Durch die verzögerte Schutzabschaltung wird verhindert, dass im Falle eines Kurzschlusses (bei t <= t_KS) bei gesättigtem Leistungsschalter 2 (nach t <= t_1) ein sehr hoher Kurzschlussstrom i_max mit einer damit verbundenen hohen Abschaltüberspannung abgeschaltet werden muss. Der Halbleiter- Leistungsschalter 2 wird also nicht zum Zeitpunkt t_7 bei hohem Kurzschlussstrom, sondern erst nach Verstreichen einer Zeitspanne t_v, nachdem der Kurzschlussstrom einen wesentlich niedrigeren, etwa konstanten Wert i_stat erreicht hat, abgeschaltet. Die Zeitspanne t_v ist kürzer gewählt als die höchstzulässige Überstromdauer t_5 des Leistungsschalters 2. Durch die Verzögerung kann der Leistungsschalter 2 besonders stressarm abgeschaltet werden.

Der dargestellte Leistungsschalter 2 ist als ein Insulated- Gate-Bipolar-Transistoren (IGBT) ausgebildet. Es ist jedoch denkbar, mit der Vorrichtung 1 auch einen Bipolar-Transistoren (BT) oder andere Halbleiter-Leistungsschalter zu überwachen, die ähnliche Eigenschaften, insbesondere ein ähnlich hohes Sperrvermögen mit daraus resultierenden ähnlich trägen Schaltvorgängen, aufweisen. Der Halbleiter-Leistungsschalter 2 wird bspw. bei Stromrichtern, vorzugweise bei Wechselrichtern zur Wandlung von Gleichstrom in Wechselstrom, eingesetzt. Mit der vorliegenden Erfindung können jedoch Halbleiter- Leistungsschalter 2 aus nahezu beliebigen Einsatzbereichen überwacht werden.

Das vorgeschlagene Verfahren ermögicht bei einem Halbleiter- Leistungsschalter 2 eine zuverlässige Detektion von Überströmen und Kurzschlussströmen sowohl während des Einschaltvorgangs (t < t_1) als auch nach Erreichen des Sättigungszustands (t < t_1). Die beiden Spannungspegel U_1, U_2 können auf den ihnen jeweils zugeordneten Überwachungsbereich optimiert werden.

Wie oben bereits erwähnt, weist die Vorrichtung 1 aus Fig. 1 einen Spannungsteiler auf, der aus den zwei Widerständen R_1 und R_2 besteht. Über den Spannungsteiler wird die an dem Leistungsschalter 2 anliegende Spannung U_CE zum Vergleich mit dem weiteren Spannungspegel U_2 an den weiteren Komparator 4 geführt. Der Spannungsteiler muss nicht unbedingt - wie hier dargestellt - als ein ohmscher Spannungsteiler mit den zwei Widerständen R_1, R_2 ausgebildet sein, sondern kann auch beliebig anders ausgebildet sein. An dem Spannungsteiler liegt die volle an dem Leistungsschalter 2 anliegende Spannung U_CE an. Zwischen den beiden Widerständen R_1, R_2 wird an einem ersten Abgriff A_1 eine Teilspannung der anliegenden Spannung U_CE abgegriffen und an den weiteren Komparator 4 geführt. Die Höhe der Teilspannung wird durch die Widerstandswerte der beiden Widerstände R_1, R_2 des Spannungsteilers bestimmt. Der weitere vorgebbare Spannungspegel U_2 ist an die Höhe der Teilspannung angepasst.

Bei der Vorrichtung 1 zum Überstrom- und Kurzschlussstromschutz des Halbleiter-Leistungsschalters 2 unter Ausnutzung der Entsättigungseigenschaft des Leistungsschalters 2 wird zur Überwachung des Durchlasszustands bzw. der Sättigungsspannung des Halbleiter- Leistungsschalters 2 eine Diode D eingesetzt. Die Diode D ist kathodenseitig K unmittelbar mit dem hohen elektrischen Potential des Kollektoranschlusses C des Halbleiter- Leistungsschalters 2 verbunden und ist anodenseitig A mit dem niedrigen Potential der Speisegleichspannung V_cc der Überwachungselektronik verbunden. Mit zunehmendem Sperrvermögen der Halbleiter-Leistungsschalter 2, das heute bis zu 6,5 kV betragen kann, müssen hierzu mehrere Hochvolt- Dioden D in Reihe geschaltet werden, da das Sperrvermögen der dafür in Frage kommenden handelsüblichen Dioden weit geringer ist. Trotz des Einsatzes einer Dioden-Reihenschaltung kann eine gleichmäßige Sperrspannungsaufteilung an die in Reihe geschalteten Dioden nicht unter allen Umständen sichergestellt werden. Deshalb kann eine Zerstörung der Dioden auch nicht ausgeschlossen werden, selbst wenn die Summe der Nennsperrspannungswerte der einzelnen in Reihe geschalteten Dioden weit höher ist als die höchste am Kollektor C des Halbleiter-Leistungsschalters 2 auftretende Spitzenspannung.

In Fig. 6 ist ein Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform dargestellt, durch die dieses Problem vermieden wird. Dabei besteht der Widerstand R_1 des Spannungsteilers aus einer Reihenschaltung von zwei Widerständen R_1.1 und R_1.2, wobei zwischen den beiden Widerständen R_1.1, R_1.2 ein weiterer Abgriff A_2 vorgesehen ist, über den die an dem Leistungsschalter 2 anliegende Spannung U_CE zum Vergleich mit dem Spannungspegel U_1 über mindestens die Diode D an den Komparator 3 geführt ist. Die Widerstandswerte der beiden Widerstände R_1.1 oberhalb und R_1.2 unterhalb des Abgriffs A_2 werden vorzugsweise so gewählt, dss das Sperrvermögen einer einzigen Diode D ausreicht und nicht eine Reihenschaltung mehrerer Dioden eingesetzt werden muss.

Gemäß noch einer anderen in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass in Reihe mit dem Widerstand R_2 des Spannungsteilers eine als Zener (Z)-Diode Z ausgebildete Diode angeordnet ist. Durch die Z-Diode Z kann während der Durchlassphase des Halbleiter- Leistungsschalters 2 der Teil des Spannungsteilers unterhalb der Z-Diode Z inaktiviert werden. In der Folge fließt über den inaktivierten Teil des Spannungsteilers kein parasitärer Messstrom, so dass sich eine höhere Messspannung ergibt. Der Abgriff A_1 ist zwischen der Z-Diode Z und dem Widerstand R_2 des Spannungsteilers angeordnet. Ebenso könnte der Abgriff A_1 auch oberhalb der Z-Diode Z angeordnet sein. Die Z-Diode Z könnte auch unterhalb des Widerstands R_2 angeordnet sein. Statt einer Z-Diode Z könnte auch eine Reihenschaltung mehrerer herkömmlicher Dioden in Reihe zu dem Widerstand R_2 des Spannungsteilers angeordnet sein. Dabei entspricht die Summe der Flussspannungen der Dioden dem Schwellenspannungswert der Z-Diode Z.

Schließlich wird gemäß noch einer anderen in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen, dass in Reihe mit dem Widerstand R_2 des Spannungsteilers ein als Schalttransistor T ausgebildeter Halbleiter- Leistungsschalter angeordnet ist. Statt der in Reihe zu einem anderen Widerstand des Spannungsteilers angeordneten Z-Diode Z kann also auch der Schalttransistor T oder ein beliebig anderer Halbleiter-Leistungsschalter vorgesehen werden.

Claims (19)

1. Verfahren zum Überstrom- und Kurzschlussstromschutz eines Halbleiter-Leistungsschalters (2) unter Ausnutzung der Entsättigungseigenschaft des Leistungsschalters (2), wobei der zeitliche Verlauf einer an dem Leistungsschalter (2) anliegenden Spannung (U_CE) beobachtet und ein Überstrom oder Kurzschlussstrom detektiert wird, falls die Spannung (U_CE) einen vorgebbaren Spannungspegel (U_1) überschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer vorgebbarer Spannungspegel (U_2) oberhalb des ersten Spannungspegels (U_1) definiert wird und ein Überstrom oder Kurzschlussstrom detektiert wird, falls die Spannung (U_CE) nach einem Einschalten des Leistungsschalters (2) den weiteren Spannungspegel (U_2) nicht innerhalb einer vorgebbaren Zeitgrenze (t_2 <= t <= t_1) unterschreitet oder wieder überschreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsschalter (2) abgeschaltet wird, falls ein Überstrom oder Kurzschlussstrom detektiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsschalter (2) um eine vorgebbare Zeitspanne (t_v) verzögert nach der Detektierung des Überstroms oder Kurzschlussstroms abgeschaltet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspanne (t_v) so gewählt wird, dass in einem Kurzschlussfall der Kurzschlussstrom in dem Leistungsschalter (2) seinen Maximalwert (i_max) überschritten und einen wesentlich niedrigeren, etwa konstanten Wert (i_stat) erreicht hat.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspanne (t_v) kleiner als die höchstzulässige Überstromdauer (t_5) des Leistungsschalters (2) gewählt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Spannungspegel (U_1) größer als ein stationärer Wert (U_CE_stat) der überwachten Spannung (U_CE) gewählt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Spannungspegel (U_2) kleiner als die Einschaltspannung (U_CE_ein) eines intakten Leistungsschalter (2) gewählt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgebbare Zeitgrenze (t_2) kleiner als die höchstzulässige Überstromdauer (t_5) des Leistungsschalters (2) gewählt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich der Spannung (U_CE) mit dem ersten Spannungspegel (U_1) erst nach Verstreichen einer vorgebbaren Zeitdauer (t_1) eingeleitet wird, wobei die Zeitdauer (t_1) größer als die vorgebbare Zeitgrenze (t_2) gewählt wird.

10. Vorrichtung (1) zum Überstrom- und Kurzschlussstromschutz eines Halbleiter-Leistungsschalters (2) unter Ausnutzung der Entsättigungseigenschaft des Leistungsschalters (2), wobei die Vorrichtung (1) einen Komparator (3) zum Vergleich des zeitlichen Verlaufs einer an dem Leistungsschalter (2) anliegenden Spannung (U_CE) mit einem vorgebbaren Spannungspegels (U_1) und Mittel (7) zur Detektion eines Überstroms oder Kurzschlussstroms, falls die Spannung (U_CE) den Spannungspegel (U_1) überschreitet, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) einen weiteren Komparator (4) zum Vergleich des zeitlichen Verlaufs der Spannung (U_CE) mit einem weiteren vorgebbarer Spannungspegel (U_2) aufweist, wobei die Mittel (7) zur Detektion einen Überstrom oder Kurzschlussstrom detektieren, falls die Spannung (U_CE) nach einem Einschalten des Leistungsschalters (2) den weiteren Spannungspegel (U_2) nicht innerhalb einer vorgebbaren Zeitgrenze (t_2 <= t <= t_1) unterschreitet oder diesen wieder überschreitet.

11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) Mittel (8) zum Abschalten des Leistungsschalters (2), falls die Mittel (7) zur, Detektion einen Überstrom oder Kurzschlussstrom detektieren, aufweist.

12. Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein Verzögerungsglied (11) zur Verzögerung der Abschaltung (OFF) des Leistungsschalters (2) um eine vorgebbare Zeitspanne (t_v) aufweist.

13. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) einen Spannungsteiler (R_1, R_2) aufweist, über den die an dem Leistungsschalter (2) anliegende Spannung (U_CE) zum Vergleich mit dem weiteren Spannungspegel (U_2) an den weiteren Komparator (4) geführt ist.

14. Vorrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Widerstand (R_1) des Spannungsteilers (R_1, R_2) aus einer Reihenschaltung mehrerer Widerstände (R_1.1, R_1.2) besteht, wobei zwischen zwei der Widerstände (R_1.1, R_1.2) ein Abgriff (A) vorgesehen ist, über den die an dem Leistungsschalter (2) anliegende Spannung (U_CE) zum Vergleich mit dem Spannungspegel (U_1) über mindestens eine Diode (D) an den Komparator (3) geführt ist.

15. Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit einem anderen Widerstand (R_2) des Spannungsteilers (R_1.1, R_1.2, R_2) mindestens eine Diode (Z) angeordnet ist.

16. Vorrichtung (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Diode (Z) als eine Zener (Z)- Diode ausgebildet ist.

17. Vorrichtung (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Diode (Z) als eine Reihenschaltung mehrerer herkömmlicher Dioden ausgebildet ist.

18. Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit einem anderen Widerstand (R_2) des Spannungsteilers (R_1.1, R_1.2, R_2) mindestens ein Halbleiter-Leistungsschalter (T) angeordnet ist.

19. Steuerelement (9), insbesondere Read-Only-Memory, Random- Access-Memory oder Flash-Memory, für eine Vorrichtung (1) zum Überstrom- und Kurzschlussstromschutz eines Halbleiter-Leistungsschalters (2) unter Ausnutzung der Entsättigungseigenschaft des Leistungsschalters (2), auf dem ein Programm abgespeichert ist, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor (10), ablauffähig und zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 geeignet ist.