DE102005024634A1

DE102005024634A1 - Protective circuit for e.g. insulated gate bipolar transistor, has monitoring circuit supplying voltage as control factor, such that monitoring circuit is designed to control operating condition of logic unit depending on amount of voltage

Info

Publication number: DE102005024634A1
Application number: DE200510024634
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dr. Drechsler; Thomas Komma
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2005-05-30
Filing date: 2005-05-30
Publication date: 2006-12-07

Abstract

The circuit has a controllable logic unit (11), which is interconnected between a control connector (4) and a load connector (5) of a semiconductor logic unit (1). The logic unit (11) controls a monitoring circuit (12), which supplies voltage as a control factor, such that the monitoring circuit is designed to control an operating condition of the logic unit (11) depending on an amount of the voltage. An independent claim is also included for a method for controlling a semiconductor logic unit and a control unit.

Description

Schutzschaltung für ein Halbleiterschaltelement und eine Steuerschaltung sowie Verfahren zum Schutz eines Halbleiterschaltelements und einer Steuerschaltungprotection circuit for a Semiconductor switching element and a control circuit and method for protecting a semiconductor switching element and a control circuit

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für ein Halbleiterschaltelement und eine Steuerschaltung, wobei das Halbleiterschaltelement einen ersten Lastanschluss zum Anlegen einer ersten, hohen Spannung, einen zweiten Lastanschluss zum Anlegen eines Bezugspotentials und einen Steueranschluss aufweist, der mit einem Ausgang der Steuerschaltung gekoppelt ist, die einen Versorgungspotentialanschluss zum Anlegen einer zweiten, niedrigen Spannung aufweist.The The invention relates to a protective circuit for a semiconductor switching element and a control circuit, wherein the semiconductor switching element has a first load terminal for applying a first high voltage, a second load terminal for applying a reference potential and a Control terminal which is connected to an output of the control circuit which is a supply potential terminal for application a second, low voltage.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Schutz eines Halbleiterschaltelements und einer Steuerschaltung, wobei das Halbleiterschaltelement einen ersten Lastanschluss zum Anlegen einer ersten, hohen Spannung, einen zweiten Lastanschluss zum Anlegen eines Bezugspotentials und einen Steueranschluss aufweist, der mit einem Ausgang der Steuerschaltung gekoppelt ist, die einen ersten Versorgungspotentialanschluss zum Anlegen einer zweiten, niedrigen Versorgungsspannung aufweist.The The invention further relates to a method for protecting a semiconductor switching element and a control circuit, wherein the semiconductor switching element has a first load terminal for applying a first high voltage, a second load terminal for applying a reference potential and a control terminal which is coupled to an output of the control circuit, a first supply potential terminal for applying a second, low supply voltage.

Die zur Ansteuerung des Halbleiterschaltelements verwendeten Steuerschaltungen liegen üblicherweise in der Form integrierter Schaltkreise vor. Bei dem Halbleiterschaltelement kann es sich beispielsweise um ein Leistungshalbleiterschaltelement, wie z.B. einen IGBT oder einen MOSFET handeln. An dessen ersten Lastanschluss wird eine hohe Spannung, z.B. 400 V, angelegt. Zum Betreiben der Steuerschaltung wird hingegen eine sehr viel niedrigere Spannung, z.B. 13 V, benötigt. Bei einer derartigen Anordnung können undefinierte Zustände des Steueranschlusses, verursacht durch eine nicht definierte Ansteuerung des Halbleiterschaltelements durch die Steuerschaltung, auftreten, so dass hierdurch sowohl das Halbleiterschaltele ment als auch die Steuerschaltung selbst zerstört werden können.The for controlling the semiconductor switching element used control circuits are usually in the form of integrated circuits. In the semiconductor switching element For example, it may be a power semiconductor switching element, such as e.g. an IGBT or a MOSFET act. At the first load connection a high voltage, e.g. 400 V, created. To operate the control circuit on the other hand, a much lower voltage, e.g. 13V, needed. at such an arrangement can undefined states of the control connection, caused by an undefined control of the semiconductor switching element by the control circuit, occur so that hereby both the Halbleiterschaltele element and the Control circuit destroyed itself can be.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu vermeiden.The Object of the present invention is therefore, from the state avoid the known disadvantages of the art.

Diese Aufgabe wird durch eine Schutzschaltung für ein Halbleiterschaltelement und eine Steuerschaltung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.These The object is achieved by a protective circuit for a semiconductor switching element and a control circuit having the features of claim 1 as well as with a method having the features of the claim 9 solved. Advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Schutzschaltung für ein Halbleiterschaltelement und eine Steuerschaltung der oben beschriebenen Art weist ein steuerbares Schaltelement, das zwischen dem Steueranschluss und dem zweiten Lastanschluss des Halbleiterschaltelements verschaltet ist, und eine das Schaltelement steuernde Überwachungsschaltung auf, der die zweite Spannung als Steuergröße zuführbar ist, wobei die Überwachungsschaltung dazu ausgebildet ist, den Betriebszustand des Schaltelements in Abhängigkeit der Höhe der zweiten Spannung zu steuern.The Protection circuit according to the invention for a Semiconductor switching element and a control circuit of the above-described Art has a controllable switching element that is between the control terminal and the second load terminal of the semiconductor switching element interconnected is, and a switching element controlling the monitoring circuit, the second voltage can be supplied as a control variable, wherein the monitoring circuit is adapted to the operating state of the switching element in dependence the height to control the second voltage.

Die Zerstörung des Halbleiterschaltelements und der Steuerschaltung wird dadurch verhindert, dass ein sicherer Betriebszustand des Halbleiterschaltelements herbeigeführt wird, indem dessen Steueranschluss mit einem Bezugspotential verbunden wird. Diese Verbindung erfolgt dabei in Abhängigkeit der an dem Versorgungspotentialanschluss der Steuerschaltung anliegenden zweiten, niedrigen Spannung.The destruction the semiconductor switching element and the control circuit is characterized prevents a safe operating state of the semiconductor switching element brought is connected by its control terminal to a reference potential becomes. This connection takes place depending on the at the supply potential of the Control circuit applied second, low voltage.

Der Erfindung liegt hierbei der Gedanke zugrunde, dass ein eindeutiges Signal an dem Ausgang der Steuerschaltung erst dann gewährleistet ist, wenn die Steuerschaltung mit ihrer Nennspannung am Versorgungspotentialanschluss beaufschlagt ist. Dabei wird eine Abweichung innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes um die Nennspannung für das bestimmungsgemäße Funktionieren der Steuerschaltung toleriert. Die erfindungs gemäße Schutzschaltung verhindert damit insbesondere beim Ein- oder Ausschalten der Schaltungsanordnung, bei dem die Spannung an dem Versorgungspotentialanschluss stark schwanken kann, das Auftreten von undefinierten Zuständen des Steueranschlusses des Halbleiterschaltelements. Diese undefinierten Zustände werden dadurch begünstigt, dass in solchen Situationen der Ausgang der Steuerschaltung hochohmig geschaltet wird.Of the The invention is based on the idea that a clear Signal at the output of the control circuit only then guaranteed is when the control circuit with its rated voltage at the supply potential terminal is charged. In this case, a deviation within a predetermined Tolerance band around the nominal voltage for the intended functioning the control circuit tolerates. The fiction, contemporary protection circuit prevents thus in particular when switching on or off the circuit arrangement, where the voltage at the supply potential terminal is strong can fluctuate, the occurrence of undefined states of the Control terminal of the semiconductor switching element. These undefined conditions are favored by that in such situations, the output of the control circuit high impedance is switched.

Die Überwachungsschaltung ist dazu ausgebildet, das Schaltelement in einen leitenden Zustand zu verbringen bzw. zu halten, solange die zweite Spannung einen vorgegebenen Spannungswert nicht übersteigt und das Schaltelement in einen nicht leitenden Zustand zu verbringen bzw. zu halten, sobald die zweite Spannung den vorgegebenen Spannungswert überschreitet. In der Überwachungsschaltung kann damit eingestellt werden, wann, d.h. bei welchem Spannungswert an dem Versorgungspotentialanschluss, das zwischen dem Steueranschluss und dem zweiten Lastanschluss des Halbleiterschaltelements verschaltete Schaltelement von seinem nicht leitenden in seinen leitenden Zustand übergehen soll. Der vorgegebene Spannungswert kann fest voreingestellt sein. Die Überwachungsschaltung kann jedoch auch derart aufgebaut sein, dass eine variable Einstellung dieses vorgegebenen Spannungswerts ermöglicht wird.The monitoring circuit is configured to hold the switching element in a conductive state or hold as long as the second voltage does not exceed a predetermined voltage value and to spend the switching element in a non-conductive state or hold when the second voltage of the predetermined voltage value exceeds. It can thus be set in the monitoring circuit when, ie at which voltage value at the supply potential connection, the switching element which is connected between the control terminal and the second load terminal of the semiconductor switching element should change from its non-conductive state to its conductive state. The predetermined voltage value can be permanently preset. The monitoring circuit However, it can also be constructed such that a variable adjustment of this predetermined voltage value is made possible.

Der vorgegebene Spannungswert wird bevorzugt kleiner als eine an dem Versorgungspotentialanschluss der Steuerschaltung anzulegende Nennspannung gewählt. Der vorgegebene Spannungswert liegt dabei in einem Bereich, in welchem sichergestellt ist, dass bei dessen Überschreiten eine bestimmungsgemäße Funktion der Steuerschaltung, insbesondere definierte Zustände an dessen Ausgang, gewährleistet sind. Nur dann können Zustände des Halbleiterschaltelements vermieden werden, die eine Zerstörung des Halbleiterschaltelements selbst und infolgedessen der Steuerschaltung oder zugehöriger Komponenten nach sich ziehen können.Of the predetermined voltage value is preferably smaller than one on the Supply potential terminal of the control circuit to be applied rated voltage selected. The predetermined voltage value lies in an area in which it is ensured that when it is exceeded a proper function the control circuit, in particular defined states at the Output, guaranteed are. Only then can States of the Semiconductor switching element can be avoided, the destruction of the Semiconductor switching element itself and consequently the control circuit or related Components can cause.

Die Steuerschaltung ist bevorzugt als integrierter Baustein ausgebildet, während die das Schaltelement steuernde Überwachungsschaltung mit diskreten Bauelementen ausgebildet ist. Eine derartige Aufteilung weist den Vorteil auf, dass die zum Ansteuern des Halbleiterschaltelements herangezogene Steuerschaltung prinzipiell beliebiger Natur, z.B. von unterschiedlichen Herstellern, sein kann. Insbesondere muss nicht auf solche integrierte Steuerschaltungen zurückgegriffen werden, welche bereits eine Schutzbeschaltung aufweisen. Die gewählte Aufteilung ermöglicht damit eine besonders große Flexibilität bei dem Entwurf und der Gestaltung von Ansteuerungen für Halbleiterschaltelemente.The Control circuit is preferably designed as an integrated component, while the monitoring circuit controlling the switching element with discrete components is formed. Such a division has the advantage that for driving the semiconductor switching element used control circuit in principle of any nature, e.g. from different manufacturers, can be. In particular, must did not use such integrated control circuits which already have a protective circuit. The chosen division allows thus a particularly great flexibility in the Design and design of drives for semiconductor switching elements.

In einer Variante der Erfindung weist die Überwachungsschaltung ein Mittel zum Leitendschalten des Schaltelements auf. Ferner weist die Überwachungsschaltung ein Mittel zum Sperren des Schaltelements auf, das bei einem Überschreiben des vorgegebenen Spannungswerts das Mittel zum Leitendschalten deaktivieren kann. Die Überwachungsschaltung kann gemäß dieser Ausgestaltung mit spannungs- bzw. stromgesteuerten Schaltelementen aufgebaut werden, welche die an dem Versorgungspotentialanschluss anliegende Spannung unmittelbar zur Ansteuerung des Schaltelements heranziehen.In According to a variant of the invention, the monitoring circuit has a means for Leitendschalt the switching element on. Furthermore, the monitoring circuit a means for locking the switching element, which in an overwriting of the predetermined voltage value disable the means for Leitendschalten can. The monitoring circuit can according to this Design with voltage or current-controlled switching elements be constructed, which at the supply potential terminal voltage applied directly to the control of the switching element use.

Alternativ kann die Überwachungsschaltung auch dazu ausgebildet sein, einen Soll-/Istwert-Vergleich durchzuführen, wobei der Istwert die an dem Versorgungspotentialanschluss anliegende Spannung und der Sollwert der vorgegebene Spannungswert sind. Die Überwachungsschaltung kann damit beispielsweise durch eine Komparatorschaltung oder eine Operationsverstärkerschaltung gebildet sein.alternative the monitoring circuit can also be configured to perform a reference / actual value comparison, wherein the actual value is applied to the supply potential connection Voltage and the setpoint are the specified voltage value. The monitoring circuit can thus, for example, by a comparator circuit or a Operational amplifier circuit be formed.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist die gleichen Vorteile auf, wie sie vorstehend in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Schutzschaltung beschrieben wurden.The inventive method has the same advantages as mentioned above described with the protection circuit according to the invention were.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Schutz eines Halbleiterschaltelements und einer Steuerschaltung wird die Höhe der an dem Versorgungspotentialanschluss der Steuerschaltung anliegenden zweiten Spannung überwacht und in Abhängigkeit der Höhe der an dem Versorgungspotentialanschluss anliegenden Spannung der Steueranschluss des Halbleiterschaltelements mit dessen zweiten Lastanschluss zur Vermeidung eines undefinierten Zustands des Halbleiterschaltelements verbunden. Die Verbindung bzw. der Kurzschluss zwischen dem Steueranschluss und dem zweiten mit Bezugspotential verbundenen Lastanschluss wird gemäß der Erfindung zumindest solange aufrechterhalten, bis die Steuerschaltung an ihrem Ausgang ein definiertes Steuersignal für das Halbleiterschaltelement abgeben kann. Gemäß dem vorliegenden Verfahren wird somit mit anderen Worten eine Überwachung der am Versorgungspotentialanschluss anliegenden zweiten Spannung vorgenommen, ob bereits eine Nennspannung (innerhalb eines definierten Toleranzbereiches) anliegt oder nicht.at the method according to the invention for protecting a semiconductor switching element and a control circuit will the height the voltage applied to the supply potential terminal of the control circuit second voltage monitored and depending the height the voltage applied to the supply potential terminal Control terminal of the semiconductor switching element with the second Load connection to avoid an undefined state of the semiconductor switching element connected. The connection or the short circuit between the control connection and the second reference potential connected load terminal is according to the invention at least until the control circuit on her Output a defined control signal for the semiconductor switching element can deliver. According to the present In other words, the method thus becomes a monitoring of the supply potential connection applied second voltage, whether already a rated voltage (within a defined tolerance range) or not.

Hierzu wird der Steueranschluss des Halbleiterschaltelements mit dessen zweitem Lastanschluss verbunden, solange die an dem Versorgungspotentialanschluss der Steuerschaltung anliegende Spannung einen vorgegebenen Spannungswert nicht überstiegen hat.For this becomes the control terminal of the semiconductor switching element with its connected to the second load terminal as long as the at the supply potential terminal the voltage applied to the control circuit a predetermined voltage value not exceeded Has.

Ferner wird nach einem Übersteigen des vorgegebenen Spannungswerts der an dem Versorgungspotentialanschluss anliegenden Spannung, mit der ein bestimmungsgemäßer Betrieb der Steuerschaltung sichergestellt ist, die Verbindung zwischen dem Steueranschluss des Halbleiterschaltelements mit dessen zweiten Lastanschluss aufgetrennt.Further will after a passing the predetermined voltage value at the supply potential terminal applied voltage, with the intended operation of the control circuit it is ensured the connection between the control terminal of the semiconductor switching element separated with the second load terminal.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in der Figur näher beschrieben.The Invention will be described below with reference to an embodiment in the figure described in more detail.

Die einzige Figur zeigt eine Schutzschaltung für ein Halbleiterschaltelement und eine Steuerschaltung.The single figure shows a protective circuit for a semiconductor switching element and a control circuit.

Ein Halbleiterschaltelement 1, z.B. ein MOSFET oder ein IGBT, weist einen ersten Lastanschluss 3, einen Steueranschluss 4 und einen zweiten Lastanschluss 5 auf. In bekannter Weise ist der erste Lastanschluss 3 mit einer ersten, hohen Spannung VDD verbunden. Die Spannung VDD kann beispielsweise im Bereich von 400 V liegen. Der zweite Lastanschluss 5 ist mit einem Bezugspotential GND, z.B. dem Massepotential, verbunden. Der Steueranschluss 4 ist in bekannter Weise über einen Gatevorwiderstand 22 mit einem Ausgang 7 einer Steuerschaltung 2 verbunden.A semiconductor switching element 1 , eg a MOSFET or an IGBT, has a first load connection 3 , a control terminal 4 and a second load terminal 5 on. In a known manner, the first load connection 3 connected to a first, high voltage VDD. For example, the voltage VDD may be in the range of 400V. The second load connection 5 is connected to a reference potential GND, eg the ground potential. The control connection 4 is in a known manner via a gate resistor 22 with an exit 7 a control circuit 2 connected.

Die Steuerschaltung 2 liegt in Form eines integrierten Bausteins vor, wie er vorkonfektioniert von verschiedenen Herstellern bezogen werden kann. In ebenfalls bekannter Weise ist der Ausgang 7 über einen Entladewiderstand 23 mit dem Bezugspotential GND verbunden. Als Eingänge weist die Steuerschaltung 2 in ebenfalls bekannter Weise einen Versorgungspotentialanschluss 6 zum Anlegen einer Versorgungsspannung VCC, einen Steuereingang 8, einen weiteren Steuereingang 9 sowie einen Bezugspotentialanschluss 10 auf. Der Versorgungspotentialanschluss 6 ist in ebenfalls bekannter Weise mit einem Stützkondensator 25 beschaltet, welcher mit seinem anderen Anschluss mit dem Bezugspotential GND verbunden ist.The control circuit 2 lies in the form of an in integrated module, as it can be purchased from different manufacturers prefabricated. In a likewise known way is the output 7 via a discharge resistor 23 connected to the reference potential GND. As inputs, the control circuit 2 in a known manner a supply potential connection 6 for applying a supply voltage VCC, a control input 8th , another control input 9 as well as a reference potential connection 10 on. The supply potential connection 6 is in a known manner with a backup capacitor 25 connected, which is connected with its other terminal to the reference potential GND.

Beim Ein- oder Ausschalten dieser Anordnung wird der Ausgang 7 der Steuerschaltung 2 normalerweise in einen hochohmigen Zustand versetzt, so dass sich der Steueranschluss des Halbleiterschaltelements 1 kurzzeitig in einem nicht definierten Zustand befindet. Während dieser Zeit kann sich der Steueranschluss statisch aufladen, was zur Zerstörung des Halbleiterschaltelements 1 und/oder der Steuerschaltung 2 führen kann. Eine solche Zerstörung kann ebenfalls durch eine auf dem Steueranschluss 4 vorhandene Restladung verursacht werden.When switching this arrangement on or off, the output becomes 7 the control circuit 2 normally placed in a high-resistance state, so that the control terminal of the semiconductor switching element 1 temporarily in an undefined state. During this time, the control port may become statically charged, resulting in the destruction of the semiconductor switching element 1 and / or the control circuit 2 can lead. Such destruction can also be caused by a on the control terminal 4 existing residual charge caused.

Zur Vermeidung undefinierter Zustände an dem Steueranschluss 4 des Halbleiterschaltelements 1 sieht die Erfindung die Verschaltung eines Schaltelements 11 zwischen dem Steueranschluss 4 und dem mit Bezugspotential verbundenen Lastanschluss 5 vor. Im Ausführungsbeispiel ist das Schaltelement 11 in Form eines pnp-Bipolartransistors ausgeführt. Prinzi piell kann jedoch jedes steuerbare Schaltelement, z.B. ein MOSFET, verwendet werden. Zum Schutz des Bipolartransistors 11 ist noch eine zwischen dem Steueranschluss 4 und dem Emitter des Bipolartransistors 11 verschaltete Diode 13 vorgesehen, die die Sperrspannung U_BE des Bipolartransistors 11 aufnehmen kann. Wäre das Schaltelement 11 beispielsweise in Form eines MOSFETs vorgesehen, so wäre diese Diode entbehrlich.To avoid undefined states at the control terminal 4 of the semiconductor switching element 1 the invention sees the interconnection of a switching element 11 between the control terminal 4 and the load terminal connected to reference potential 5 in front. In the embodiment, the switching element 11 executed in the form of a pnp bipolar transistor. In principle, however, any controllable switching element, eg a MOSFET, can be used. To protect the bipolar transistor 11 is still one between the control terminal 4 and the emitter of the bipolar transistor 11 switched diode 13 provided, which the blocking voltage U _{BE of} the bipolar transistor 11 can record. Would be the switching element 11 For example, provided in the form of a MOSFET, this diode would be dispensable.

Die Aufgabe des Schaltelements 11 besteht darin, den Steueranschluss 4 und den mit Bezugspotential verbundenen Lastanschluss 5 zumindest solange kurzzuschließen, solange an dem Ausgang 7 der Steuerschaltung 2 kein definiertes Ausgangssignal anliegt. Dies ist immer dann der Fall, wenn der Ausgang 7 in der Steuerschaltung 2 hochohmig geschaltet ist. Ein solcher Zustand ist in der Steuerschaltung 2 dann vorgesehen, solange an dem Versorgungspotentialanschluss 6 noch nicht die Nennspannung VCC anliegt.The task of the switching element 11 is the control terminal 4 and the load terminal connected to reference potential 5 at least as long as short on the output 7 the control circuit 2 no defined output signal is present. This is always the case when the output 7 in the control circuit 2 is switched high impedance. Such a condition is in the control circuit 2 then provided as long as at the supply potential terminal 6 not yet the nominal voltage VCC is applied.

Die Steuerung des Schaltelements 11 erfolgt demgemäß in Abhängigkeit der an dem Versorgungspotentialanschluss 6 anliegenden Spannung. Das Schalten des Schaltelements 11 wird durch eine Überwachungsschaltung 12 vorgenommen, welcher als Eingangsgröße die an dem Versorgungspotentialanschluss 6 anliegende Spannung zugeführt wird.The control of the switching element 11 occurs accordingly as a function of at the supply potential terminal 6 applied voltage. The switching of the switching element 11 is through a monitoring circuit 12 made, which as input to the at the supply potential terminal 6 applied voltage is supplied.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Überwachungsschaltung 12 in Form einer diskreten Bipolartransistor-Kombination ausgebildet. Ein Schaltelement 14 in Form eines npn-Bipolartransistors ist mit seinem Kollektor über einen Widerstand 20 mit dem Versorgungspotentialanschluss 6 verbunden. Der Emitter des Bipolartransistors 14 ist mit Bezugspotential GND verbunden. Die Basis des Bipolartransistors 14 ist mit dem Kollektor eines ebenfalls als npn-Bipolartransistor ausgebildeten Schaltelements 15 verbunden. Der Kollektor des Schaltelements 15 ist über einen Widerstand 19 zur Einstellung des Kollektorstroms ebenfalls mit dem Versorgungspotentialanschluss 6 verbunden. Der Emitter des Bipolartransistors 15 ist mit Bezugspotential GND verbunden. Die Basis des Bipolartransistors 15 ist mit dem Knotenpunkt einer Zenerdiode und eines Widerstandes 17 verbunden. Der Widerstand 17 ist mit seinem anderen Anschluss mit Bezugspotential GND verbunden. Der andere Anschluss der Zenerdiode 16 ist über einen Widerstand 18 zur Einstellung des Stroms durch die Zenerdiode mit dem Versorgungspotentialanschluss 6 gekoppelt. Ferner ist ein Widerstand 21 vorgesehen, der mit einem Anschluss mit dem Knotenpunkt des Widerstands 18 und der Zenerdiode 16 verbunden ist, und der mit seinem anderen Anschluss mit dem Kollektor des Bipolartransistors 14 verbunden ist. Der Kollektor des Bipolartransistors 14 bildet einen Ausgang 24 der Überwachungsschaltung und ist mit der Basis des Bipolartransistors 11 verbunden. Ferner weist der Ausgang 24 eine Verbindung zu einem Steuereingang 9 (enabling) auf, wobei diese Verbindung optional und nicht zwingend ist. Der Steuereingang 9 dient der Freigabe der Steuerschaltung 2.In the present embodiment, the monitoring circuit 12 formed in the form of a discrete bipolar transistor combination. A switching element 14 in the form of an npn bipolar transistor is connected to its collector via a resistor 20 with the supply potential connection 6 connected. The emitter of the bipolar transistor 14 is connected to reference potential GND. The base of the bipolar transistor 14 is connected to the collector of a likewise formed as npn bipolar transistor switching element 15 connected. The collector of the switching element 15 is about a resistance 19 for setting the collector current also with the supply potential connection 6 connected. The emitter of the bipolar transistor 15 is connected to reference potential GND. The base of the bipolar transistor 15 is at the junction of a Zener diode and a resistor 17 connected. The resistance 17 is connected to its other terminal with reference potential GND. The other terminal of the Zener diode 16 is about a resistance 18 for adjusting the current through the zener diode to the supply potential terminal 6 coupled. There is also a resistance 21 provided with a connection to the junction of the resistor 18 and the zener diode 16 is connected, and with its other terminal to the collector of the bipolar transistor 14 connected is. The collector of the bipolar transistor 14 makes an exit 24 the monitoring circuit and is connected to the base of the bipolar transistor 11 connected. Furthermore, the output points 24 a connection to a control input 9 (enabling), this connection being optional and not mandatory. The control input 9 is used to enable the control circuit 2 ,

Solange sich die an dem Versorgungspotentialanschluss 6 anliegende Spannung unterhalb eines für die sichere Funktion der Steuerschaltung 2 benötigten Spannungsbereichs befindet, fließt ein Basisstrom in den Bipolartransistor 14. Hierdurch wird der Bipolartransistor 14 leitend geschaltet und verbindet den Basisanschluss des Bipolartransistors 11 mit dem Bezugspotential GND, so dass bei Vorhandensein einer positiven Spannung am Steueranschluss 4 gegenüber dem Lastanschluss 5 der Bipolartransistor 11 einschaltet und eine leitende Verbindung zwischen dem Steueranschluss 4 und dem Lastanschluss 5 des Halbleiterschaltelements 1 herstellt. Unabhängig vom Zustand des Ausgangs 7 der Steuerschaltung 2 wird damit die Gatespannung am Steueranschluss 4 des Halbleiterschaltelements 1 auf ein Potential gebracht, welches kleiner als die Schwellspannung des Halbleiterschaltelements zum Einschalten ist.As long as the at the supply potential connection 6 voltage applied below one for the safe operation of the control circuit 2 required voltage range, a base current flows into the bipolar transistor 14 , As a result, the bipolar transistor 14 turned on and connects the base terminal of the bipolar transistor 11 with the reference potential GND, so that in the presence of a positive voltage at the control terminal 4 opposite the load connection 5 the bipolar transistor 11 turns on and a conductive connection between the control terminal 4 and the load connection 5 of the semiconductor switching element 1 manufactures. Regardless of the state of the output 7 the control circuit 2 thus becomes the gate voltage at the control terminal 4 of the semiconductor switching element 1 brought to a potential which is smaller than the threshold Voltage of the semiconductor switching element is to turn.

Übersteigt die am Versorgungspotentialanschluss anliegende Spannung einen vorgegebenen Spannungswert, welcher durch die Zenerdiode 16 eingestellt wird, so fließt durch die Zenerdiode 16 ein Basisstrom in den Bipolartransistor 15. Der Bipo lartransistor 15 beginnt zu leiten, wodurch er den Basisstrom des Bipolartransistors 14 übernimmt, welcher daraufhin abschaltet. Diese Abschaltung des Bipolartransistors 14 bewirkt ein Sperren des Bipolartransistors 11, wodurch am Ausgang 7 der Steuerschaltung 2 anliegende Impulse an den Steueranschluss 4 des Halbleiterschaltelements 1 geleitet werden können.If the voltage applied to the supply potential terminal exceeds a predetermined voltage value, which passes through the zener diode 16 is set, so flows through the zener diode 16 a base current in the bipolar transistor 15 , The Bipo lartransistor 15 begins to conduct, causing the base current of the bipolar transistor 14 takes over, which then shuts off. This shutdown of the bipolar transistor 14 causes a blocking of the bipolar transistor 11 , whereby at the exit 7 the control circuit 2 applied pulses to the control terminal 4 of the semiconductor switching element 1 can be directed.

Der vorgegebene Spannungswert der an dem Versorgungspotentialanschluss 6 anliegenden Spannung wird im wesentlichen durch die Zenerdiode 16 bestimmt. Ein mehrfaches Umschalten an der Schaltschwelle von einem leitenden in einen nicht leitenden Zustand des Bipolartransistors 11 wird durch das Vorsehen des Widerstandes 21 verhindert, der einen Hysteresewiderstand darstellt und damit beim Übersteigen des vorgegebenen Spannungswertes den Basisstrom des Bipolartransistors 15 vergrößert, indem er einen zusätzlichen Basisstromanteil des Bipolartransistors 15 freigibt. Der Widerstand 17 verhindert ein unbeabsichtigtes Einschalten des Bipolartransistors 15, indem er einen Spannungsabfall in Höhe einer Basis-Emitter-Spannung erzwingt, und macht die Überwachungsschaltung unempfindlicher und störsicher. Mit dem Widerstand 18 wird der durch die Zenerdiode fließende Strom, welche den Punkt des Einschaltens des Bipolartransistors 15 bestimmt, eingestellt.The predetermined voltage value at the supply potential connection 6 applied voltage is essentially through the Zener diode 16 certainly. A multiple switching at the switching threshold of a conductive to a non-conductive state of the bipolar transistor 11 is through the provision of resistance 21 prevents, which represents a hysteresis resistance and thus when exceeding the predetermined voltage value, the base current of the bipolar transistor 15 increased by adding an additional base current component of the bipolar transistor 15 releases. The resistance 17 prevents unintentional switching on of the bipolar transistor 15 by forcing a voltage drop in the amount of a base-emitter voltage, and makes the monitoring circuit less sensitive and interference-proof. With the resistance 18 becomes the current flowing through the zener diode current, which is the point of turning on the bipolar transistor 15 determined, set.

Die Überwachungsschaltung 12 könnte in einer anderen, nicht dargestellten Variante als Komparator- oder Operationsverstärkerschaltung aufgebaut sein, welche einen Soll-/Istwert-Vergleich der tatsächlich an dem Versorgungspotentialanschluss 6 anliegenden Spannung mit einem vorgegebenen Referenzspannungswert vornimmt und dementsprechend eine Ansteuerung des Schaltelements 11 veranlassen.The monitoring circuit 12 could be constructed in another, not shown variant as a comparator or operational amplifier circuit, which a setpoint / actual value comparison of actually at the supply potential terminal 6 applied voltage with a predetermined reference voltage value and, accordingly, a control of the switching element 11 cause.

Die Überwachungsschaltung 12 und das Schaltelement 11 werden bevorzugt in Form diskreter Bauelemente zur Beschaltung der Steuerschaltung 2 vorgesehen. Denkbar wäre auch, die Funktionselemente der Überwachungsschaltung 12 und des Schaltelements 11 in einer von der Steuerschaltung 2 unterschiedlichen integrierten Schaltung anzuordnen. Die Trennung der Überwachungsschaltung und des Schaltelements 11 von der Steuerschaltung 2 weist den Vorteil auf, dass beliebig ausgestaltete Steuerschaltungen 2 zum Ansteuern des Halbleiterschaltelements 1 herangezogen werden können. Die Steuerschaltung muss dazu nicht mehr aus diskreten Bauelementen aufgebaut oder mit speziellen Schaltkreisen zum Schutz des Halbleiterschaltelements versehen sein.The monitoring circuit 12 and the switching element 11 are preferred in the form of discrete components for wiring the control circuit 2 intended. It would also be conceivable to use the functional elements of the monitoring circuit 12 and the switching element 11 in one of the control circuit 2 different integrated circuit to arrange. The separation of the monitoring circuit and the switching element 11 from the control circuit 2 has the advantage that arbitrarily configured control circuits 2 for driving the semiconductor switching element 1 can be used. The control circuit no longer has to be constructed of discrete components or provided with special circuits for protecting the semiconductor switching element.

Claims

Protection circuit for a semiconductor switching element ( 1 ) and a control circuit ( 2 ), wherein the semiconductor switching element ( 1 ) a first load terminal ( 3 ) for applying a first, high voltage (VDD), a second load terminal ( 5 ) for applying a reference potential and a control terminal ( 4 ), which is connected to an output ( 7 ) of the control circuit ( 2 ), which has a supply potential connection ( 6 ) for applying a second, low voltage, wherein the protection circuit comprises: a controllable switching element ( 11 ) located between the control terminal ( 4 ) and the second load terminal ( 5 ) of the semiconductor switching element ( 1 ), and - a switching element ( 11 ) controlling monitoring circuit ( 12 ), the second voltage can be supplied as a control variable, wherein the monitoring circuit ( 12 ) is adapted to the operating state of the switching element ( 11 ) depending on the magnitude of the second voltage.

Protection circuit according to claim 1, characterized in that the monitoring circuit ( 12 ) is designed to - the switching element ( 11 ) to be held in a conductive state, as long as the second voltage does not exceed a predetermined voltage value, and - the switching element ( 11 ) to spend or hold in a non-conductive state as soon as the second voltage exceeds the predetermined voltage value.

Protection circuit according to claim 2, characterized in that the predetermined voltage value is less than one at the supply potential terminal ( 6 ) of the control circuit ( 2 ) is to be applied rated voltage (VCC).

Protection circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the control circuit ( 2 ) is designed as an integrated component.

Protection circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the switching element ( 11 ) controlling monitoring circuit ( 12 ) is formed with discrete components.

Protection circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the monitoring circuit ( 12 ) a means ( 10 . 20 ) for conducting the switching element ( 11 ) having.

Protection circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the monitoring circuit ( 12 ) a means ( 15 . 16 . 17 . 18 . 19 ) for locking the switching element ( 11 ), which when exceeding the predetermined voltage value, the means ( 10 . 20 ) can disable to Leitendschalten.

Protection circuit according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the monitoring circuit ( 12 ) is designed to perform a setpoint / actual value comparison, wherein the actual value at the supply potential connection ( 6 ) voltage applied and the desired value is the predetermined voltage value.

Method for protecting a semiconductor switching element ( 1 ) and a control circuit ( 2 ), wherein the semiconductor switching element ( 1 ) a first load terminal ( 3 ) for applying a first, high voltage (VDD), a second load terminal ( 5 ) for applying a reference potential and a control terminal ( 4 ), which is connected to an output ( 7 ) of the control circuit ( 2 ), which has a first supply potential terminal ( 6 ) for applying a second, low supply voltage, in which - the height of the at the supply potential terminal ( 6 ) of the control circuit ( 2 ) is monitored, and - depending on the height of the at the supply potential terminal ( 6 ) voltage applied to the control terminal ( 4 ) of the semiconductor switching element ( 1 ) with its second load terminal ( 5 ) for avoiding an undefined state of the semiconductor switching element ( 1 ) is connected.

Method according to Claim 9, characterized in that the control connection ( 4 ) of the semiconductor switching element ( 1 ) with its second load terminal ( 5 ), as long as the at the supply potential terminal ( 6 ) of the control circuit ( 2 ) voltage has not exceeded a predetermined voltage value.

A method according to claim 9 or 10, characterized in that after exceeding the predetermined voltage value of the at the supply potential terminal ( 6 ) applied voltage, with a proper operation of the control circuit ( 2 ), the connection between the control terminal ( 4 ) of the semiconductor switching element ( 1 ) with its second load terminal ( 5 ) is separated.