DE102004031722A1 - Circuit arrangement, has temperature controlled switch unit that switches from on state to off state when selected temperature threshold is reached, where unit is integrated into enclosure and interconnected with semiconductor switch - Google Patents
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Abstract
Schaltungsanordnung mit wenigstens einer Laststrecke (7), umfassend eine Serienschaltung mit einer Spannungsquelle (1) zur Bereitstellung eines Versorgungspotenzials (+U), einem Halbleitermodul, einer dem Halbleitermodul vorgeschalteten Stromsicherung (2), welche geeignet ist, den Stromfluss in der Serienschaltung bei Erreichen eines wählbaren Stromschwellenwerts zu unterbrechen, und wenigstens einem Lastwiderstand (4), wobei das Halbleitermodul ein Gehäuse (18) und wenigstens einen in dem Gehäuse (18) angeordneten steuerbaren Halbleiterschalter (3) aufweist, der durch seine Versorgungsspannungsanschlüsse mit der Spannungsquelle verbunden ist und mit einer lastfähigen Steuergerätemasse (9) elektrisch leitend verbunden ist, wobei in dem Gehäuse (18) ein temperaturgesteuertes Schaltelement (8) integriert ist, das an das Versorgungspotenzial (+U) und an die Steuergerätemasse (9) angeschlossen ist, wobei das temperaturgesteuerte Schaltelement (8) geeignet ist, mit einer Temperaturzunahme bei Erreichen eines wählbaren Temperaturschwellwerts von einem hochohmigen, im Wesentlichen Strom sparenden Aus-Zustand in einen niederohmigen, Strom durchlässigen An-Zustand zu schalten, wodurch eine elektrisch leitende Verbindung von der Spannungsquelle (1) zur Steuergerätemasse (9) gebildet wird, deren elektrischer Widerstand einen Strom mit einer Stromstärke von wenigstens dem Stromschwellenwert der Stromsicherung (2) ermöglicht.circuitry with at least one load path (7) comprising a series circuit with a voltage source (1) for providing a supply potential (+ U), a semiconductor module, a semiconductor module upstream Current fuse (2), which is suitable, the current flow in the series circuit upon reaching a selectable Current threshold value, and at least one load resistor (4), wherein the semiconductor module comprises a housing (18) and at least one in the case (18) arranged controllable semiconductor switch (3), the through its supply voltage connections to the voltage source is connected and with a loadable control unit mass (9) is electrically conductively connected, wherein in the housing (18) a temperature-controlled switching element (8) is integrated, the to the supply potential (+ U) and to the control unit ground (9) is connected, wherein the temperature-controlled switching element (8) is suitable, with an increase in temperature upon reaching a selectable temperature threshold from a high-impedance, essentially power-saving off-state into a low-impedance, current-permeable on-state, causing an electrically conductive connection from the voltage source (1) to the control unit mass (9) whose electrical resistance is a current with a current strength of at least the current threshold value of the current fuse (2) allows.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit wenigstens einer Laststrecke, die in Serienschaltung eine Spannungsquelle, ein Halbleitermodul mit wenigstens einem steuerbaren Halbleiterschalter, eine dem Halbleitermodul vorgeschaltete Stromsicherung, sowie wenigstens einen Lastwiderstand umfasst.The The present invention relates to a circuit arrangement with at least a load path connected in series to a voltage source, a semiconductor module with at least one controllable semiconductor switch, an upstream of the semiconductor module power fuse, and at least includes a load resistor.
Werden steuerbare Halbleiterschalter außerhalb ihrer Spezifikation betrieben, kann dies zu einem Durchschmelzen, d.h. zu einem so genannten Durchlegieren des Halbleiterschalters führen. Hierbei entsteht typischerweise ein nicht mehr steuerbarer leitfähiger Kanal, welcher aber kontinuierlich Strom trägt. Als Folge hiervon, wird bei einem einem Lastwiderstand vorgeschalteten High-Side-Halbleiterschalter ein Kurzschluss zwischen dem Versorgungspotenzial und dem Ausgangsanschluss des Halbleiterschalters bewirkt, während bei einem einem Lastwiderstand nachgeschalteten Low-Side-Halbleiterschalter ein Kurzschluss des Ausgangsanschlusses des Halbleiterschalters zur Lastmasse bewirkt wird.Become controllable semiconductor switches outside their specification operated, this can lead to melt through, i. to a so-called Lead through the semiconductor switch. This typically arises a non-controllable conductive Channel, which carries electricity continuously. As a result, will at a high-side semiconductor switch connected upstream of a load resistor a short circuit between the supply potential and the output terminal of the semiconductor switch, while at a load resistance downstream low-side semiconductor switch a short circuit of the Output terminal of the semiconductor switch to the load mass causes becomes.
Ursache für das Durchlegieren eines Halbleiterschalters ist beispielsweise ein so genannter "Load-Dump"-Effekt, welcher auftreten kann, wenn eine Spannungsquelle, die von einem Generator aufgeladen wird, in unbeabsichtigter Weise, etwa durch einen Wackelkontakt, von dem Generator getrennt wird was zu Spannungsspitzen am Halbleiterschalter führen kann. Eine weitere, nicht immer auszuschließende Ursache kann der auf Unkenntnis beruhende, unsachgerechte Einsatz des Halbleiterschalters durch den Nutzer außerhalb dessen Spezifikation sein.reason for the By alloying a semiconductor switch, for example, is one way called "load-dump" effect, which can occur when a voltage source coming from a generator is charged inadvertently, for example by a loose connection, disconnected from the generator which can lead to voltage spikes on the semiconductor switch. Another, not always excluded cause of the Ignorance based, improper use of the semiconductor switch through the user outside its specification.
Neben der damit einher gehenden Funktionseinbuße, sind durchlegierte Bereiche in Halbleiterschaltern als besonders gefährlich anzusehen, da sie gewöhnlich einen wesentlich höheren elektrischen Widerstand haben als ein nicht durchlegierter Halbleiterschalter. Während ein Leistungs-MOSFET im voll funktionsfähigen Zustand lediglich einen Durchlasswiderstand von typischerweise ca. 10 mΩ aufweist, ist bei einem durchlegierten Bereich mit einem elektrischen Widerstand in der Größenordnung von typischerweise ca. 1 Ω zu rechnen. Der hohe elektrische Widerstand eines durchlegierten Bereichs führt bewirkt während des Betriebs somit eine sehr hohe Verlustleistung am Halbleiterschalter, was zu einer Temperaturerhöhung und schließlich zu einem Brand des Halbleiterschalters bzw. dessen Umgebung führen kann. Erschwerend kommt hinzu, dass bei einer derartigen Funktionsstörung des Halbleiterschalters eine in der Laststrecke angeschlossene Kurzschlusssicherung die Stromleitung nicht unterbrechen kann, da die Stromstärke in der Laststrecke gegenüber einer "ordnungsgemäßen" Stromstärke nicht erhöht ist.Next the concomitant loss of function are all alloyed areas In semiconductor switches to be considered as particularly dangerous, since they usually have a much higher have electrical resistance as a non-alloyed semiconductor switch. While a full power MOSFET will only have one on-resistance typically about 10 mΩ, is at an alloyed area with an electrical resistance in the order of typically about 1 Ω too expected. The high electrical resistance of an alloyed area causes causes while the operation thus a very high power dissipation at the semiconductor switch, causing a temperature increase and finally can lead to a fire of the semiconductor switch or its surroundings. To make matters worse, that in such a malfunction of the Semiconductor switch a connected in the load path short-circuit protection the power line can not break because the current in the Load route opposite a "proper" amperage not elevated is.
Um
bei einem durchlegierten Halbleiterschalter eine Unterbrechung der
Laststrecke durch eine Kurzschlusssicherung zu erreichen, wurde
bereits vorgeschlagen, in räumlicher
Nähe zu
einem Halbleiterschalter einen Temperatursensor vorzusehen, welcher
nach erfolgreichem Erfassen einer wählbaren kritischen Temperatur
einen Kurzschlussschalter zum Auslösen der Stromsicherung betätigt. Diese
Lösung
ist in
Nachteilig bei obiger Lösung ist vor allem, dass gewöhnlich eine Vielzahl von Halbleiterschaltern auf einer einzelnen Platine verbaut sind, so dass, aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit und zur Vermeidung eines unzureichenden Ansprechverhaltens des Temperatursensors, im Allgemeinen für jeden Halbleiterschalter ein separater Temperatursensor vorgesehen werden muss. Neben den Problemen bei der praktischen Umsetzung führt dies auch zu hohen Kosten.adversely in the above solution First of all, that is usually a plurality of semiconductor switches on a single board are built so that, due to poor thermal conductivity and avoidance insufficient response of the temperature sensor, in Generally for each semiconductor switch provided a separate temperature sensor must become. Besides the problems with the practical implementation this leads also at high costs.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Schaltungsanordnung mit einem steuerbaren Halbleiterschalter in einer Laststrecke anzugeben, durch welche in zuverlässiger Weise eine Stromunterbrechung bei einem Überhitzen des Halbleiterschalters, etwa infolge eines Durchlegierens, erreicht werden kann. Eine solche Schaltungsanordnung soll im Hinblick auf eine Massenfertigung in einfacher und kostengünstiger Weise herstellbar sein.In contrast there is the object of the present invention is a circuit arrangement indicate with a controllable semiconductor switch in a load path, through which in more reliable Way a power interruption in an overheating of the semiconductor switch, for example, as a result of a Durchlegierens can be achieved. Such Circuit arrangement is intended with regard to mass production in simple and inexpensive way be produced.
Diese Aufgabe wird nach dem Vorschlag der Erfindung durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche angegeben.These Task is according to the proposal of the invention by a circuit arrangement with the characteristics of the independent Claim solved. advantageous Embodiments of the invention are indicated by the features of the dependent claims.
Erfindungsgemäß ist eine Schaltungsanordnung mit wenigstens einer Laststrecke gezeigt, die eine Serienschaltung mit einer Spannungsquelle zum Bereitstellen eines Versorgungspotenzials, ein Halbleitermodul mit wenigstens einem steuerbaren Halbleiterschalter, eine dem Halbleitermodul vorgeschaltete Stromsicherung, die geeignet ist, den Stromfluss in der Laststrecke bei Erreichen eines wählbaren Stromschwellwerts zu unterbrechen, und wenigstens einen Lastwiderstand umfasst. Eine solche Stromsicherung kann als herkömmliche Kurzschluss sicherung ausgebildet sein, in welcher zum Beispiel ein Schmelzdraht bei Erreichen einer kritischen Stromstärke schmilzt. Das Halbleitermodul ist zudem mit einem Gehäuse versehen, in welchem der steuerbare Halbleiterschalter untergebracht ist. Der steuerbare Halbleiterschalter ist mit seinen beiden Versorgungsspannungsanschlüssen an die Spannungsquelle angeschlossen und ferner mit einer Steuergerätemasse elektrisch leitend verbunden. Bei der Steuergerätemasse handelt es sich um den Massenanschluss der Steuerlogik, welche für gewöhnlich auch als "Logikmasse" bezeichnet wird. Im Gegensatz zu einer in herkömmlicher Weise eingesetzten Steuergerätemasse, welche im Vergleich zu typischen Lastströmen im Ampere-Bereich, lediglich wesentlich geringere Steuerströme tragen muss, ist die Steuergerätemasse der Schaltungsanordnung der vorliegenden Erfindung als eine lastfähige, d.h. leistungsfähige Steuergerätemasse ausgebildet. Dies hat zur Folge, dass für die Steuergerätemasse in der Schaltungsanordnung der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einer herkömmlichen Steuergerätemasse im Allgemeinen dickere Anschlussleitungen vorzusehen sind. Während bei einer herkömmlichen Steuergerätemasse etwa im Bereich Atuomotive Anschlussleitungen eingesetzt werden, die eine typische Querschnittsfläche ab ca. 0,5 mm2 aufweisen, haben die Anschlussleitungen der Steuergerätemasse der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung vorzugsweise eine größere Querschnittsfläche im Bereich von wenigstens ca. 1 bis ca. 2 mm2, angepasst an die Dimensionierung der Stromsicherung.According to the invention, a circuit arrangement with at least one load path is shown, which is a series circuit with a voltage source for providing a supply potential, a semiconductor module with at least one controllable semiconductor switch, a semiconductor module upstream current fuse, which is suitable for the current flow in the load path upon reaching a selectable current threshold value interrupt, and at least one load resistor comprises. Such a current fuse may be formed as a conventional short-circuit fuse in which, for example, melts a fuse wire upon reaching a critical current. The semiconductor module is also provided with a housing in which the controllable semiconductor switch is housed. The controllable semiconductor switch is connected with its two supply voltage terminals to the voltage source and further electrically connected to a control unit ground. The ECU ground is the mass connection of the control logic, which is commonly referred to as "logic ground". In contrast to a conventionally used control device mass, which must carry only much lower control currents compared to typical load currents in the ampere range, the control unit mass of the circuit arrangement of the present invention is designed as a loadable, ie powerful control device mass. As a result, the control unit mass in the circuit arrangement of the present invention is generally to be provided with thicker connection lines in comparison with a conventional control unit ground. While in a conventional control unit ground approximately in the area Atuomotive connecting lines are used, which have a typical cross-sectional area from about 0.5 mm 2 , the leads of the control unit mass of the circuit arrangement according to the invention preferably have a larger cross-sectional area in the range of at least about 1 to about 2 mm 2 , adapted to the dimensioning of the current fuse.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist in dem Gehäuse zudem ein temperaturgesteuertes Schaltelement integriert, d.h. in dem Gehäuse mit eingebaut, das mit einem seiner Versorgungsanschlüsse an das Versorgungspotenzial der Spannungsquelle angeschlossen ist, während es mit dem anderen seiner Versorgungsanschlüsse an die Steuergerätemasse angeschlossen ist. Insofern bewirkt das temperaturgesteuerte Schaltelement im Durchlasszustand eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Versorgungspotenzial und dem Steuergerätemasseanschluss, derart, dass der steuerbare Halbleiterschalter kurzgeschlossen wird.at the circuit arrangement according to the invention is in the case In addition, a temperature-controlled switching element integrated, i. in the housing integrated with one of its supply connections to the Supply potential of the voltage source is connected while it with the other of its supply connections to the ECU ground connected. In this respect, the temperature-controlled switching element causes in the on state an electrically conductive connection between the supply potential and the ECU ground connection such that the controllable semiconductor switch is short-circuited.
Das temperaturgesteuerte Schaltelement ist geeignet, mit anwachsender Temperatur bei Erreichen eines wählbaren Temperaturschwellwerts von einem hochohmigen, Strom im Wesentlichen sperrenden Aus-Zustand, in einen niederohmigen, Strom durchlassenden An-Zustand zu schalten. Wird das temperaturgesteuerte Schaltelement in seinen An-Zustand geschaltet, wird demzufolge ein Strompfad von der Spannungsquelle zur Steuergerätemasse ausgebildet. Wesentlich hierbei ist, dass der elektrische Widerstand dieses Strompfads so gering ist, dass ein Strom in dem Strompfad mit einer Stromstärke ermöglicht ist, dessen Wert wenigstens dem Stromschwellwert der Stromsicherung entspricht, so dass die Stromsicherung auslösen kann.The Temperature controlled switching element is suitable with increasing Temperature when reaching a selectable Temperature threshold of a high-impedance, current substantially blocking off-state, into a low-resistance, current-passing To switch on state. Will the temperature-controlled switching element is switched to its on state, therefore, a current path of the voltage source is formed to the control unit mass. Essential Here it is that the electrical resistance of this current path is so low is that a current in the current path is allowed with a current whose value corresponds at least to the current threshold value of the current fuse, so that trigger the current fuse can.
Ferner ist in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung die "Lastfähigkeit" der Steuergerätemasse so auszulegen, dass die Steuergerätemasse den durch den Strompfad zwischen Spannungsquelle und Steuergerätemasse fließenden Laststrom wenigstens solange tragen kann, bis die Stromsicherung auslöst, wobei im Allgemeinen, oberhalb der Stromschwellwerts der Stromsicherung, eine vergleichsweise höhere Stromstärke durch das temperaturgesteuerte Schaltelement zu einem schnelleren Auslösen der Stromsicherung führt. Hierbei kann es von Vorteil sein, wenn bei einem auf Durchlass geschalteten temperaturgesteuerten Schaltelement der von der Spannungsquelle zur Steuergerätemasse fließende Strom wenigstens eine Größe von dem ca. 2-fachen bis dem ca. 3-fachen des Stromschwellwerts der Stromsicherung hat. Zudem ist das temperaturgesteuerte Schaltelement so auszulegen, dass eine etwaige Erhitzung wenigstens solange nicht zu dessen Zerstörung führt, bis die Stromsicherung auslöst.Further is in the circuit arrangement according to the invention the "load capacity" of the control unit mass be designed so that the control unit mass through the current path at least between load source and controller mass flowing load current at least can carry until the current fuse triggers, in general, above the current threshold of the current fuse, a comparatively higher current through the temperature-controlled switching element to a faster triggering of Current fuse leads. In this case, it may be advantageous if, in the case of a passage switched on Temperature controlled switching element of the voltage source current flowing to the control unit ground at least one size of that about 2 times until which has about 3 times the current threshold value of the current fuse. moreover is the temperature controlled switching element designed so that a any heating, at least as long as it does not lead to its destruction, until the current fuse triggers.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung können der Halbleiterschalter und das temperaturgesteuerte Schaltelement als zwei separate Chips ausgeführt sein. Eine solche Gestaltung kann beispielsweise in einer Chip-on-Chip-Struktur oder einer Chip-by-Chip-Struktur realisiert werden. In dem erstgenannten Fall sind die beiden Chips übereinander angeordnet, während in dem letztgenannten Fall die beiden Chips nebeneinander angeordnet sind. Im letztgenannten Fall ist es von Vorteil, wenn die beiden Chips auf einem gemeinsamen Lead-Frame aufgebracht sind.at an advantageous embodiment of the circuit arrangement according to the invention can the semiconductor switch and the temperature-controlled switching element be executed as two separate chips. Such a design may, for example, in a chip-on-chip structure or a chip-by-chip structure can be realized. In the former Case the two chips are arranged one above the other, while in the latter case, the two chips are arranged side by side are. In the latter case, it is advantageous if the two Chips are applied on a common lead frame.
Für die Funktion des temperaturgesteuerten Schaltelements ist es wichtig, dass dieses in räumlicher Nähe zu dem Halbleiterschalter angeordnet ist, so dass sich eine thermische Anbindung des temperaturgesteuerten Schaltelements an den Halbleiterschalter ergibt und ein schnelles Ansprechen des temperaturgesteuerten Schaltelements bei einer Überhitzung des Halbleiterschalters sichergestellt ist. Da der Halbleiterschalter und das temperaturgesteuerte Schaltelement innerhalb eines Gehäuses integriert sind, ist obige Voraussetzung selbst dann, wenn der Halbleiterschalter und das temperaturgesteuerte Schaltelement als zwei separate Chips realisiert sind, im Allgemeinen erfüllt.For the function of the temperature-controlled switching element, it is important that this is arranged in spatial proximity to the semiconductor switch, so that there is a thermal connection of the temperature-controlled switching element to the semiconductor switch and a rapid response of the temperature-controlled switching element is ensured at an overheating of the semiconductor switch. Since the semiconductor switch and the temperature-controlled switching element within a housing inte When the semiconductor switch and the temperature-controlled switching element are realized as two separate chips, the above assumption is satisfied in general.
Bei einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind der Halbleiterschalter und das temperaturgesteuerte Schaltelement innerhalb eines Chips monolithisch integriert. Eine derartige Realisierung ist einerseits in fertigungstechnischer Hinsicht vorteilhaft, und stellt andererseits eine ausgezeichnete thermische Anbindung des temperaturgesteuerten Schaltelements an den Halbleiterschalter sicher.at an alternative embodiment the circuit arrangement according to the invention are the semiconductor switch and the temperature-controlled switching element integrated monolithically within a chip. Such a realization is on the one hand advantageous in terms of manufacturing technology, and On the other hand, it provides an excellent thermal connection of the Temperature controlled switching element to the semiconductor switch safely.
Wenn der Halbleiterschalter und das temperaturgesteuerte Schaltelement innerhalb eines Chips monolithisch integriert sind, ist es äußerst vorteilhaft, wenn die beiden Elemente ineinander verschachtelt sind, d.h. wenn bei einem üblichen Zellenaufbau von Halbleiterschalter und temperaturgesteuertem Schaltelement, die Zellen des Halbleiterschalters und die Zellen des temperaturgesteuerten Schaltelements ineinander verschachtelt sind. Entscheidend ist hierbei, dass durch die Ineinanderverschachtelung des Halbleiterschalters und des temperaturgesteuerten Schaltelements der Halbleiterschalter eine vergleichsweise größere Chipfläche einnimmt und für die Wärmeabfuhr eine größere Chipfläche als Wärmesenke zur Verfügung steht. Insofern tritt bei einer gleichen Verlustleistung bei einem Halbleiterschalter bei einer vergleichweise größeren Chipfläche eine vergleichsweise geringere Temperaturerhöhung auf. Eine solche Gestaltung hat somit den wesentlichen Vorteil, dass für den Halbleiterschalter eine größere Wärmesenke zur Verfügung steht, so dass gravierende Überhitzungsschäden, wie zum Beispiel ein Brand des Chips oder der Platine vermieden werden können. Die Zellen von Halbleiterschalter und dem temperaturgesteuerten Schaltelement können hierbei beispielseise in Form von Streifen oder Blöcken ineinander verschachtelt sein.If the semiconductor switch and the temperature-controlled switching element Within a chip are monolithically integrated, it is extremely advantageous if the two elements are nested, i. if at a usual one Cell structure of semiconductor switch and temperature-controlled switching element, the cells of the semiconductor switch and the cells of the temperature-controlled Switching element are interleaved. Crucial here is in that the interleaving of the semiconductor switch and the temperature-controlled switching element of the semiconductor switch occupies a comparatively larger chip area and for the heat dissipation a larger chip area than heat sink to disposal stands. Insofar occurs at a same power loss at a Semiconductor switch with a comparatively larger chip area a comparatively lower temperature increase on. Such a design thus has the significant advantage that for the semiconductor switch a larger heat sink to disposal stands, so that serious overheating damage, such as For example, a fire of the chip or board can be avoided can. The cells of semiconductor switch and the temperature controlled Switching element can here beispielseise in the form of strips or blocks into each other be nested.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei dem Halbleiterschalter um einen Leistungshalbleiterschalter, insbesondere um einen Leistungs-MOSFET. Der Leistungshalbleiterschalter kann hierbei als sog. "Smart"-Leistungshalbleiterschalter ausgebildet sein, d.h. ein Leistunghalbleiterschalter, in dem neben der Schaltfunktion weitergehende Schutz- und Diagnosefunktionen realisiert sind. Derartige Smart-Leistungsschalter werden von der Anmelderin beispielsweise unter den Marken "PROFET" oder "HITFET" im Handel vertrieben. Diese Leistungsschalter sind etwa mit einer Schutzfunktion bezüglich einer Spannungsspitze versehen, welche dafür sorgt, dass eine auftretende Überspannung geklemmt wird. Obgleich hierdurch ein Durchlegieren in bestimmten Fällen vermieden werden kann, hat sich gezeigt, dass die Energieaufnahme derartiger Smart-Leistungsschalter natur gemäß begrenzt ist, so dass ein Durchlegierens des Smart-Leistungsschalters beim Betrieb außerhalb der Spezifikation nicht ausgeschlossen ist.at a further advantageous embodiment of the invention the semiconductor switch is a power semiconductor switch, in particular, a power MOSFET. The power semiconductor switch can be referred to as a so-called "smart" power semiconductor switch be formed, i. a power semiconductor switch, in addition to the switching function further protection and diagnostic functions are realized. Such smart circuit breakers are used by the Applicant, for example, under the trademarks "PROFET" or "HITFET" sold commercially. These circuit breakers are about having a protection function with respect to a voltage spike provided for that ensures that an overvoltage occurs is clamped. Although this results in a breakdown in certain Cases avoided It has been shown that the energy intake of such Smart circuit breaker naturally limited according to is, allowing a breakdown of the smart circuit breaker when operating outside the specification is not excluded.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des temperaturgesteuerten Schaltelements handelt es sich um einen Thyristor, dessen temperaturabhängiges Schaltverhalten ausgenutzt wird. Hierbei kann es von Vorteil sein, wenn der Halbleiterschalter und der Thyristor in Form eines Lateralthyristors innerhalb eines Chips monolithisch integriert sind.at a particularly advantageous embodiment of the temperature-controlled Switching element is a thyristor whose temperature-dependent switching behavior is exploited. It may be advantageous if the semiconductor switch and the thyristor in the form of a lateral thyristor within a Chips are monolithically integrated.
Erfindungsgemäß ist es ferner von Vorteil, wenn das temperaturgesteuerte Schaltelement mit steigender Temperatur bei einer Schwelltemperatur im Bereich von ca. 250°C bis ca. 350°C von seinem Aus-Zustand in seinen An-Zustand schalten kann. Mit anderen Worten, das temperaturgesteuerte Schaltelement befindet sich unterhalb der Schwelltemperatur in seinem Aus-Zustand, während es sich oberhalb der Schwelltemperatur in seinem An-Zustand befindet und somit bei einer Temperaturerhöhung bei Erreichen der Schwelltemperatur von seinem Aus-Zustand in seinen An-Zustand schaltet. Dies gewährleistet, dass eine Stromunterbrechung im Bereich der Betriebstemperaturen von Halbleiterschaltern, welche gewöhnlich bis zu 200°C betragen, vermieden wird; gleichzeitig wird ein frühzeitiges Ansprechen bei einer Überhitzung des Schalters sichergestellt. Der Stromschwellwert der Stromsicherung liegt typischerweise in einem Bereich von einigen Ampère bis ca. 100 A. Die Versorgungsspannung der Spannungsquelle, insbesondere bei Anwendungen im Automotive-Bereich, liegt typischerweise in einem Bereich von ca. 12 V bis ca. 42 V.It is according to the invention furthermore advantageous if the temperature-controlled switching element with increasing temperature at a threshold temperature in the range of about 250 ° C up to 350 ° C from its off state to its on state. With others Words, the temperature-controlled switching element is located below the threshold temperature in its off state while it is above the Threshold temperature is in its on state and thus at a temperature increase upon reaching the threshold temperature from its off state to its On state switches. This ensures that a power interruption in the range of operating temperatures of semiconductor switches, which are usually up to 200 ° C avoided becomes; at the same time an early Response to overheating the switch ensured. The current threshold of the current fuse is typically in a range of a few amps to about 100 A. The supply voltage the voltage source, in particular in applications in the automotive sector, typically ranges from about 12V to about 42V.
In der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann der Halbleiterschalter der Last in Form eines High-Side-Schalters vorgeschaltet oder in Form eines Low-Side-Schalters nachgeschaltet sein.In the circuit arrangement according to the invention The semiconductor switch can load the load in the form of a high-side switch upstream or downstream in the form of a low-side switch be.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird. In den Figuren sind gleiche bzw. gleich wirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The Invention will now be explained in more detail with reference to embodiments, wherein Reference to the attached Drawings is taken. In the figures are the same or the same acting elements with the same reference numerals.
Zur
Verwendung als temperaturgesteuertes Schaltelement wird das typische
Temperatur/Leitfähigkeits-Verhalten
des Thyristors
In
Die
- 11
- Batteriebattery
- 22
- Stromsicherungcurrent fuse
- 33
- Leistungsschalterbreakers
- 44
- Lastload
- 55
- KurzschlussschalterShort-circuit switch
- 66
- Gehäusecasing
- 77
- Laststreckeload path
- 88th
- Thyristorthyristor
- 99
- SteuergerätemasseECU mass
- 1010
- Lastmasseload mass
- 1111
- SteuereingangsleitungControl input line
- 1212
- Ausgangsleitungoutput line
- 1313
- Drain-AnschlussDrain
- 1414
- Massenanschlussground connection
- 1515
- Steuerlogikcontrol logic
- 1616
- Gategate
- 1717
- Widerstandresistance
- 1818
- Gehäusecasing
- 1919
- Anodenanschlussanode
- 2020
- Kathodenanschlusscathode
- 2121
- Lead-FrameLead frame
- 2222
- Anschlussleitungconnecting cable
- 2323
- n+-dotierte Schichtn + -doped layer
- 2424
- n-dotierte Schichtn-doped layer
- 2525
- p+-dotierter Bereichp + doped area
- 2626
- p-dotierter Bereichp-doped Area
- 2727
- n+-dotierter Bereichn + doped area
- 2828
- n+-dotierter Bereichn + doped area
- 2929
- IsolationsbereichQuarantine
- 3030
- Anschlussleitungconnecting cable
- 3131
- p-dotierter Bereichp-doped Area
- 3232
- n+-dotierter Bereichn + doped area
- 3333
- Sourceanschlusssource terminal
- 3434
- Gateanschlussgate terminal
- 3535
- Drain-AnschlussDrain
- 3636
- Zellen des temperaturgesteuerten Schaltelementscell the temperature-controlled switching element
- 3737
- Zellen des Leistungsschalterscell of the circuit breaker
- 3838
- Chipflächechip area
- 3939
- Substratsubstratum
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102004031722A DE102004031722A1 (en) | 2004-06-30 | 2004-06-30 | Circuit arrangement, has temperature controlled switch unit that switches from on state to off state when selected temperature threshold is reached, where unit is integrated into enclosure and interconnected with semiconductor switch |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102004031722A DE102004031722A1 (en) | 2004-06-30 | 2004-06-30 | Circuit arrangement, has temperature controlled switch unit that switches from on state to off state when selected temperature threshold is reached, where unit is integrated into enclosure and interconnected with semiconductor switch |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102004031722A1 true DE102004031722A1 (en) | 2006-01-26 |
Family
ID=35511419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102004031722A Ceased DE102004031722A1 (en) | 2004-06-30 | 2004-06-30 | Circuit arrangement, has temperature controlled switch unit that switches from on state to off state when selected temperature threshold is reached, where unit is integrated into enclosure and interconnected with semiconductor switch |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102004031722A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009002524A1 (en) * | 2009-04-21 | 2010-10-28 | Zf Lenksysteme Gmbh | Control unit with fire protection for electric power steering |
| CN110209083A (en) * | 2019-05-29 | 2019-09-06 | 厦门盈趣科技股份有限公司 | Control structure, control system and the control method of semiconductor switch panel |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10122363A1 (en) * | 2001-05-09 | 2002-11-28 | Infineon Technologies Ag | Semiconductor module |
-
2004
- 2004-06-30 DE DE102004031722A patent/DE102004031722A1/en not_active Ceased
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|---|---|---|---|
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