DE10260650B4

DE10260650B4 - Leistungsschalteranordnung und Abschaltverfahren dafür

Info

Publication number: DE10260650B4
Application number: DE10260650A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Horn; Peter Singerl
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2002-12-23
Filing date: 2002-12-23
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2022-12-24
Also published as: DE10260650A1; US20040212418A1; US6917234B2

Abstract

Leistungsschalteranordnung mit einem mit seiner Laststrecke seriell in einem Lastkreis liegenden Halbleiter-Leistungsschalter (10) und einer zwischen einem Steuerelektrodenanschluss und einem lastseitigen Elektrodenanschluss des Halbleiter-Leistungsschalters (10) angeschlossenen Klemmschaltung (2; 6, 7, 8), die beim Abschalten des Halbleiter-Leistungsschalters (10) an dessen Laststrecke (D-S) zur Begrenzung von dessen Ausgangsspannung (U_DS) eine Klemmspannung (Vc) einstellt, wobei die Leistungsschalteranordnung einen Temperaturschätzer (1) aufweist, der einen einer momentanen Spitzentemperatur des Halbleiter-Leistungsschalters (10) entsprechenden Schätzwert liefert, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsschalteranordnung außerdem eine Regelvorrichtung (3, 5) aufweist, die nach dem Abschaltzeitpunkt (t₀) ein der Klemmschaltung zugeführtes Regelsignal erzeugt, wenn ein unmittelbar nach dem Abschaltzeitpunkt (t₀) des Halbleiter-Leistungsschalters (10) gelieferter Temperaturschätzwert höher ist als eine maximale Solltemperatur (T_max) des Halbleiter-Leistungsschalters (10), wobei das Regelsignal die Klemmschaltung (2; 6, 7, 8) unmittelbar nach dem Abschaltzeitpunkt (t₀) zunächst so regelt, dass sie die Klemmspannung (V_c) auf einen minimalen Spannungswert (Vc_min) reduziert, so dass die Temperatur des Halbleiter-Leistungsschalters (10) die maximale...

Description

Die Erfindung betrifft eine Leistungsschalteranordnung sowie ein Verfahren zum Abschalten einer solchen Leistungsschalteanordnung jeweils gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 9. Eine derartige Leistungsschalteranordnung und ein Abschaltverfahren dafür sind aus JP 2001-85618 A bekannt.

Zum schnelleren Ausschalten induktiver Lasten mit integrierten Halbleiter-Leistungsschaltern wird eine Klemmschaltung verwendet, die die Ausgangsspannung, das ist die über der Laststrecke z. B. eines Leistungsschalttransistors abfallende Spannung auf einen Maximalwert Vc begrenzt, welcher unter der maximalen Technologiespannung (zum Beispiel 60 V) liegt. Beim Ausschaltvorgang wird im Leistungsschalttransistor eine hohe Verlustleistung umgesetzt, die von der Versorgungsspannung, zum Beispiel einer Batteriespannung und der in der Induktivität der Last gespeicherten Energie abhängt. Die so genannte maximale Klemmenergie, also jene Energie, die im Leistungsschalttransistor umgesetzt werden kann, ohne zu dessen Zerstörung zu führen, ist ein wesentlicher Parameter in der Spezifikation und sollte möglichst groß sein. Diese Klemmenergie hängt von der eingesetzten Halbleitertechnologie, den Kühlverhältnissen und der Fläche des Leistungsschalttransistors ab. Mit fortschreitender Verkleinerung der Bauelemente wird die Größe des Leistungstransistors immer häufiger durch die Klemmenergie und nicht durch den Einschaltwiderstand bestimmt.

Bei bisher üblichen Leistungsschalteranordnungen wurde die Ausgangsspannung beim Abschaltvorgang auf einen konstanten Wert Vds(t) = konstant begrenzt. Beiliegende 1 zeigt eine als Low-Side-Leistungsschalter gestaltete übliche Leistungsschalteranordnung, bei der die Laststrecke D-S eines Leistungstransistors 10, der hier zum Beispiel ein N-Kanal-MOSFET ist, in einem Lastkreis in Reihe zu einer durch eine Induktivität L und eine Widerstandskomponente R symbolisierten Last liegt. Mit der Speisespannung V_B fällt im abgeschalteten, das heißt geöffneten Zustand des Leistungstransistors 10 über dessen Laststrecke D-S die Spannung Vc ab. Wie erwähnt, ist bei derartigen Leistungsschalteranordnungen eine Klemmschaltung vorgesehen, die in 1 mit der Bezugszahl 11 bezeichnet ist und die im Abschaltfall, das heißt bei geöffnetem Leistungstransistor 10 die über seiner Laststrecke D-S abfallende Spannung auf einen konstanten Wert begrenzt. Nachteilig ist, dass diese Lösung nicht das Optimum in Bezug auf die Energieaufnahmefähigkeit des Leistungstransistors ist.

Untersuchungen haben gezeigt, dass die Zerstörung des Leistungstransistors bei zu hoher Energie durch Überschreiten einer maximal zulässigen Spitzentemperatur des Leistungstransistors oder durch wiederholten zu großen Temperaturhub hervorgerufen wird.

Bei der aus JP 2001-85618 A bekannten und den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 9 entsprechenden Leistungsschalteranordnung wird die Klemmspannung, wenn eine bestimmte Übertemperatur durch einen Temperatursensor gemessen wird, durch Umschaltung reduziert und daraufhin ein weiteres Einschalten des Leistungstransistors unterbunden. Die 2 dieser Druckschrift und der zugehörige Text zeigen, dass die Regelung bei dieser Leistungsschalteranordnung hart, das heißt durch Umschalten erfolgt.

In der in DE 101 49 777 A1 , die eine ältere Anmeldung ist, offenbarten Leistungsschalteranordnung wird auch keine echte Regelung der Klemmspannung, sondern eine Umschaltung derselben vorgenommen. Auch wird hier die sogenannte Chiptemperatur erfasst. Bezogen auf 3 dieser Druckschrift wird im Normalbetrieb, wenn der Leistungsschalter zum Zeitpunkt t0 abgeschaltet wird, ein Zündfunken zum Zeitpunkt t1 erzeugt. Dabei wird die Spannung des Leistungstransistors auf die hohe Klemmspannung V_KL geklemmt. Im Fehlerfall, der zum Beispiel durch Abriss des Zündkabels verursacht wird, wird zu einem späteren Zeitpunkt t2 die Klemmspannung auf den niedrigeren Wert V_KL' verringert.

Angesichts der oben erwähnten Nachteile der bekannten Leistungsschalteranordnungen soll die Erfindung eine verbesserte Leistungsschalteranordnung und ein verbessertes Abschaltver fahren zum Abschalten einer induktiven Last ermöglichen, so dass die Energieaufnahmefähigkeit des Halbleiter-Leistungsschalters erhöht werden kann.

Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.

Gemäß einem ersten Aspekt ist eine erfindungsgemäße Leistungsschalteranordnung mit einem mit seiner Laststrecke seriell in einem Lastkreis liegenden Halbleiter-Leistungsschalter und einer zwischen einem Steuerelektrodenanschluss und einem lastseitigen Elektrodenanschluss des Halbleiter-Leistungsschalters angeschlossenen Klemmschaltung, die beim Abschalten des Halbleiter-Leistungsschalters an dessen Laststrecke zur Begrenzung von dessen Ausgangsspannung eine Klemmspannung einstellt, wobei die Leistungsschalteranordnung einen Temperaturschätzer aufweist, der einen einer momentanen Spitzentemperatur des Halbleiter-Leistungsschalters entsprechenden Schätzwert liefert, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsschalteranordnung außerdem eine Regelvorrichtung aufweist, die nach dem Abschaltzeitpunkt ein der Klemmschaltung zugeführtes Regelsignal erzeugt, wenn ein unmittelbar nach dem Abschaltzeitpunkt des Halbleiter-Leistungsschalters gelieferter Temperaturschätzwert höher ist als eine maximale Solltemperatur des Halbleiter-Leistungsschalters, wobei das Regelsignal die Klemmschaltung unmittelbar nach dem Abschaltzeitpunkt zunächst so regelt, dass sie die Klemmspannung auf einen minimalen Spannungswert reduziert, so dass die Temperatur des Halbleiter-Leistungsschalters die maximale Solltemperatur nicht übersteigt, wobei der minimale Spannungswert der Klemmspannung hoch genug ist, um einen Wiederanstieg des Laststroms durch den Halbleiter-Leistungsschalter zu verhindern, und anschließend so regelt, dass die Klemmspannung erst allmählich und dann sehr schnell wieder ansteigt.

Somit gibt die erfindungsgemäß gestaltete Klemmschaltung durch ihre Verbindung mit dem Temperaturschätzer beim Abschaltvorgang eine zeitlich veränderliche Klemmspannung vor, die so optimiert ist, dass eine vorgegebene Maximaltemperatur bzw. ein maximaler Temperaturhub des Halbleiter-Leistungsschalters nicht überschritten wird. Selbstverständlich ist die aufnehmbare Energie weiterhin begrenzt und ihre Über schreitung würde auch bei einer erfindungsgemäßen Leistungsschalteranordnung zur Zerstörung des Halbleiter-Leistungsschalters führen. Allerdings liegen bei der erfindungsgemäßen Leistungsschalteranordnung die Werte bei optimiertem Verlauf der Klemmspannung um etwa 70 % über jenen mit konstanter Klemmspannung. Dies führt bei energiebegrenzten Transistoren zu einer Flächenersparnis von ebenfalls etwa 70 %.

Außerdem sorgt die erfindungsgemäße Leistungsschalteranordnung dafür, dass im Abschaltfall dem Halbleiter-Leistungsschalter bzw. Leistungstransistor eine minimale Klemmspannung vorgegeben wird, die hoch genug ist, um ein Wiederansteigen des Laststroms zu verhindern.

Der Temperaturschätzer kann entweder einen einfachen Temperatursensor aufweisen oder eine kompliziertere Anordnung enthalten, die genauere Schätzwerte liefert.

Erfindungsgemäß weist die Regelvorrichtung einen Regelverstärker auf, der eingangsseitig eine den Temperaturschätzwert angebende Spannung vom Temperaturschätzer und eine die maximale Solltemperatur angebende Spannung empfängt und aus einem Vergleich der beiden empfangenen Spannungswerte eine das Stellsignal angebende Ausgangsspannung erzeugt.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Klemmschaltung einen die Ausgangsspannung vom Regelverstärker an einer Steuerelektrode empfangenden Transistor und eine Reihenschaltung aus wenigstens einer ersten Zenerdiode mit einer weiteren Zenerdiode auf. Der Transistor der Klemmschaltung wird auf den Empfang des Stellsignals hin leitend und überbrückt die erste Zenerdiode, wobei die weitere Zenerdiode die minimale Klemmspannung vorgibt. Letztere kann im Falle, dass die Leistungsschalteranordnung von einer Batterie gespeist wird, auf eine maximal zulässige Batteriespannung eingestellt werden.

Die Leistungsschalteranordnung kann, wie die in 1 gezeigte bekannte Anordnung einen Low-Side-Schalter bilden, bei dem die Last auf der Seite des Leistungstransistors mit höherem Potential liegt und als Leistungstransistor zum Beispiel einen n-Kanal-MOSFET enthalten. Alternativ kann die Erfindung auch für einen High-Side-Schalter eingesetzt werden. Der Leistungstransistor kann auch als p-Kanal-MOSFET-Transistor realisiert sein.

Gemäß einem zweiten wesentlichen Aspekt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Abschalten einer Leistungsschalteranordnung, bei dem an einer seriell in einem Lastkreis liegenden Laststrecke eines Halbleiter-Leistungsschalters durch eine Klemmschaltung eine Klemmspannung eingestellt wird, um die Ausgangsspannung des Halbleiter-Leistungsschalters im Abschaltfall auf einen durch die Klemmspannung angegebenen Maximalwert zu begrenzen, und bei dem durch einen Temperaturschätzer ein Schätzwert für die momentane Spitzentemperatur des Halbleiter-Leistungsschalters ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Regelvorrichtung ein Regelsignal erzeugt und der Klemmschaltung zugeführt wird, wenn ein unmittelbar nach dem Abschaltzeitpunkt des Halbleiter-Leistungsschalters gelieferter Temperaturschätzwert höher ist als eine maximale Solltemperatur des Halbleiter-Leistungsschalters, wobei die Klemmschaltung zunächst so geregelt wird, dass sie die Klemmspannung auf einen minimalen Spannungswert reduziert, so dass die Temperatur des Halbleiter-Leistungsschalters die maximale Solltemperatur nicht übersteigt, wobei der minimale Spannungswert der Klemmspannung hoch genug ist, um einen Wiederanstieg des Laststroms durch den Halbleiter-Leistungsschalter zu verhindern, und anschließend so geregelt wird, dass sie die Klemmspannung erst allmählich und dann sehr schnell wieder erhöht.

Die obigen und weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Leistungsschalteranordnung sowie eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abschalten einer Leistungsschalteranordnung werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, die sich auf die beiliegende Zeichnung bezieht. Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:

1 schematisch eine Schaltungsanordnung der eingangs bereits erläuterten bekannten Leistungsschalteranordnung;

2 schematisch eine Schaltungsanordnung eines Prinzips der erfindungsgemäßen Leistungsschalteranordnung;

3 schematisch eine Schaltungsanordnung einer besonderen Ausführungsform der in 2 prinzipiell dargestellten erfindungsgemäßen Leistungsschalteranordnung;

4 grafisch ein Signalzeitdiagramm, das den zeitlichen Verlauf wesentlicher Größen der in 1 dargestellten üblichen Leistungsschalteranordnung zeigt und

5 grafisch ein Signalzeitdiagramm zur Erläuterung des zeitlichen Verlaufs wesentlicher Größen bei der erfindungsgemäßen Leistungsschalteranordnung.

Gemäß 2 wird ein aus einer Reihenschaltung der Laststrecke D-S eines Halbleiter-Leistungsschalters 10, der hier zum Beispiel ein n-Kanal-MOS-Leistungstransistor ist, mit einem durch eine Induktivität L und einen ohmschen Widerstand R dargestellten Lastkreis aus einer Batterie B gespeist, die die Batteriespannung V_B liefert. Eine erfindungsgemäße Ausführung der Klemmschaltung 2 gibt einen zeitlichen Verlauf für die Klemmspannung V_c(t) vor, der so optimiert ist, dass eine vorgegebene Maximaltemperatur bzw. ein maximaler Temperaturhub des Leistungstransistors 10 nicht überschritten wird.
Wesentlich ist somit das Auffinden eines optimalen zeitlichen Verlaufs für die Klemmspannung Vc beginnend vom Moment des Abschaltens des Leistungstransistors 10. Diese optimale Lösung ist abhängig von einer Vielzahl von Parametern: der Induktivität L und dem Verlustwiderstand R der Last, der Ausgangstemperatur des Leistungstransistors 10, dem Laststrom zum Ausschaltzeitpunkt t0, der thermischen Impedanz (Kühlung) und so weiter. Da eine Bestimmung dieser Parameter am Chip, wenn sie überhaupt möglich ist, einen unrealistisch hohen Aufwand erfordern würde, führt die Erfindung ein Abschaltverfahren mit Hilfe der in 2 gezeigten Leistungsschalteranordnung aus, welches zu einem optimalen zeitlichen Verlauf der Klemmspannung Vc führt. Ein Temperaturschätzer 1 liefert einen Schätzwert für die momentane Spitzentemperatur θ des Leistungstransistors 10. Dabei kann es sich bei dem Temperaturschätzer 1 um einen einfachen Temperatursensor oder eine kompliziertere Anordnung handeln, die genauere Schätzwerte liefert. Die Klemmschaltung 2 gibt ab dem Moment des Abschaltens zunächst eine konstante Klemmspannung Vc vor, wie bei der eingangs beschriebenen und in 1 dargestellten bekannten Leistungsschalteranordnung. Detektiert der Temperaturschätzer 1 eine Überschreitung einer vorgegebenen Maximaltemperatur T_max, die in 2 durch einen eine konstante Spannung liefernden Generator 5 symbolisiert ist, wird über einen Regelverstärker 3 die Klemmspannung Vc und damit die Momentanleistung im Leistungstransistor 10 verringert. Dadurch wird ein weiteres Ansteigen der Spitzentemperatur und somit eine Zerstörung des Leistungstransistors 10 verhindert. Wesentlich ist auch, dass die Klemmschaltung 2 eine minimale Klemmspannung definiert, die hoch genug ist, um ein Wiederansteigen des Laststroms nach dessen Abschalten zu verhindern. Die minimale Klemmspannung kann zum Beispiel die maximal zulässige Spannung V_Bmax der Batterie B sein, die den aus dem Leistungstransistor 10 und der Last L, R bestehenden Lastkreis speist.
Ein detailliertes Ausführungsbeispiel der Klemmschaltung 2 zeigt 3. Übersteigt die dem einen Eingang des Regelverstärkers 3 vom Temperaturschätzer 1 zugeführte den momentanen Spitzenwert der Temperatur θ des Leistungstransistors 10 angebende Spannung die dem maximalen Temperaturwert T_max entsprechende Spannung, erzeugt der Regelverstärker 3 ein Ausgangssignal, welches einen Transistor 8 in der Klemmschaltung 2 aufsteuert. Der Leitwert des aufgesteuerten Transistors 8 bestimmt, wie weit die Klemmspannung Vc verringert wird. Die Klemmschaltung 2 weist auch noch eine Reihenschaltung einer Zenerdiode 6 mit weiteren Zenerdioden 7 auf, wobei letztere durch den aufgesteuerten Transistor 8 überbrückt werden. Die Zenerdiode 6 (D1) gibt die geforderte minimale Klemmspannung vor. Statt eine Zenerdiode 6 zu verwenden, kann alternativ die zeitliche Änderung des Laststroms durch den Leistungstransistor 10 gemessen und die minimale Klemmspannung so ausgeregelt werden, dass die zeitliche Änderung des Laststroms nicht positiv wird.
Den einschlägigen Fachleuten ist deutlich, dass die erfindungsgemäße Leistungsschalteranordnung, die in den 2 und 3 (wie schon in 1) einen Low-Side-Schalter bildet, ebenso als High-Side-Schalter ausgeführt sein kann. Der Leistungstransistor 10 ist lediglich beispielhaft ein n-Kanal-MOSFET und kann genauso ein p-Kanal-MOSFET sein. Ebenso ist die Anordnung der in Reihe geschalteten Dioden 6 und 7 in der Klemmschaltung 2 lediglich beispielhaft und es kann jede geeignete Schaltungsanordnung für die Klemmschaltung 2 gewählt werden, die sicherstellt, dass die Klemmspannung zeit lich verringert wird, sobald der Regelverstärker 3 sein Ausgangssignal erzeugt und die eine bestimmte minimale Klemmspannung vorgeben kann.
4 zeigt grafisch einen beispielhaften Verlauf mehrerer Größen bei der in 1 gezeigten üblichen Leistungsschalteranordnung während einiger Millisekunden nach dem Abschaltzeitpunkt t0. Dargestellt sind:

– der zeitliche Verlauf U_DS(t) der Drain/Source-Spannung;
– der zeitliche Verlauf der Temperatur T(U_DS, t) des Leistungstransistors 10;
– der zeitliche Verlauf des Laststroms I_Drain(t) und der im Leistungstransistor umgesetzten Leistung P(t).

Für die Simulation wurden folgende Parameter gewählt:
Batteriespannung V_B = 14 V,
Laststrom zum Ausschaltzeitpunkt t0: 4 Ampere, R = 3 Ohm, L = 10 mH, V_cmax = 60 V und V_cmin = 16 V.
Wie 4 zeigt, beträgt das Temperaturmaximum T_max ca. 150°C und liegt etwa 0,5 ms nach dem Abschaltzeitpunkt t0. Die Klemmspannung ist während der ganzen Zeit konstant. Die umgesetzte Leistung P(t) hat denselben zeitlichen Verlauf wie der Laststrom I_Drain(t)
5 zeigt grafische die Simulationsergebnisse, das heißt den simulierten zeitlichen Verlauf derselben Größen wie in 4 beim Abschaltvorgang mit den obigen Simulationsparametern und optimiertem Verlauf der Ausgangsspannung U_DS(t). Bei dem dargestellten optimierten Abschaltvorgang wird das Temperaturmaximum entsprechend dem eingestellten Wert T_max auf etwa 95°C begrenzt. Vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1 reduziert die Klemmschaltung die Klemmspannung und damit die Ausgangsspannung U_DS bis auf die durch die Zenerdiode 6 vorgegebene minimale Spannung. Ab dem Zeitpunkt t1 wird U_DS zunächst allmählich und dann sehr schnell wieder erhöht.
Dabei bleibt die Temperatur des Leistungstransistors 10 bis etwa 2 ms nach dem Abschaltzeitpunkt t0 bei dem durch den optimierten Verlauf von U_DS(t) erreichten begrenzten Wert T_max = 95°C und fällt dann entsprechend der Abnahme der Leistung P(t) rasch ab. Wenn man bei der in 1 gezeigten Leistungsschalteranordnung ohne einen optimierten Verlauf von U_DS die Temperatur unter 95°C halten wollte, müsste man bei diesem Beispiel die Energie in der Spule von 80 mJ auf 45 mJ reduzieren. Dies entspricht einer höheren Energieaufnahmefähigkeit einer erfindungsgemäßen Leistungsschalteranordnung von 77 %. Somit ermöglicht eine erfindungsgemäß gestaltete Leistungsschalteranordnung entweder den Einsatz kleinerer Leistungstransistoren, was sich direkt in der Chipfläche abbildet oder bei gleicher Chipfläche die Erhöhung der Robustheit eines die Leistungsschalteranordnung enthaltenden integrierten Schaltungschips.

Claims

Leistungsschalteranordnung mit einem mit seiner Laststrecke seriell in einem Lastkreis liegenden Halbleiter-Leistungsschalter (10) und einer zwischen einem Steuerelektrodenanschluss und einem lastseitigen Elektrodenanschluss des Halbleiter-Leistungsschalters (10) angeschlossenen Klemmschaltung (2; 6, 7, 8), die beim Abschalten des Halbleiter-Leistungsschalters (10) an dessen Laststrecke (D-S) zur Begrenzung von dessen Ausgangsspannung (U_DS) eine Klemmspannung (Vc) einstellt, wobei die Leistungsschalteranordnung einen Temperaturschätzer (1) aufweist, der einen einer momentanen Spitzentemperatur des Halbleiter-Leistungsschalters (10) entsprechenden Schätzwert liefert, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsschalteranordnung außerdem eine Regelvorrichtung (3, 5) aufweist, die nach dem Abschaltzeitpunkt (t₀) ein der Klemmschaltung zugeführtes Regelsignal erzeugt, wenn ein unmittelbar nach dem Abschaltzeitpunkt (t₀) des Halbleiter-Leistungsschalters (10) gelieferter Temperaturschätzwert höher ist als eine maximale Solltemperatur (T_max) des Halbleiter-Leistungsschalters (10), wobei das Regelsignal die Klemmschaltung (2; 6, 7, 8) unmittelbar nach dem Abschaltzeitpunkt (t₀) zunächst so regelt, dass sie die Klemmspannung (V_c) auf einen minimalen Spannungswert (Vc_min) reduziert, so dass die Temperatur des Halbleiter-Leistungsschalters (10) die maximale Solltemperatur (T_max) nicht übersteigt, wobei der minimale Spannungswert der Klemmspannung (V_c) hoch genug ist, um einen Wiederanstieg des Laststroms (I_Drain) durch den Halbleiter-Leistungsschalter (10) zu verhindern, und anschließend so regelt, dass die Klemmspannung (V_c) erst allmählich und dann sehr schnell wieder ansteigt.
Leistungsschalteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Schalten induktiver Lasten eingerichtet ist.
Leistungsschalteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiter-Leistungsschalter (10) ein MOS-FET ist.
Leistungsschalteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturschätzer (1) einen Temperatursensor zur Erfassung der momentanen Temperatur des Halbleiter-Leistungsschalters (10) aufweist.
Leistungsschalteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung einen Regelverstärker (3) aufweist, der eingangsseitig eine den Temperaturschätzwert angebende Spannung vom Temperaturschätzer (1) und eine die maximale Solltemperatur (T_max) angebende Spannung empfängt und aus dem Vergleich der beiden empfangenen Spannungswerte eine das Stellsignal angebende Ausgangsspannung erzeugt.
Leistungsschalteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmschaltung einen die Ausgangsspannung vom Regelverstärker (3) an einer Steuerelektrode empfangenden Transistor (8) und eine Reihenschaltung (7, 6) aus wenigstens einer ersten Zenerdiode (7) mit einer weiteren Zenerdiode (6) aufweist, wobei der Transistor (8) auf den Empfang des Stellsignals hin leitend wird und die erste Zenerdiode (7) überbrückt und die weitere Zenerdiode (6) die minimale Klemmspannung (Vc_min) vorgibt.
Leistungsschalteranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmschaltung die minimale Klemmspannung (Vc_min) auf eine maximal zulässige Batteriespannung (V_Bmax) einer den Laststrom speisenden Batterie (B) einstellt.
Leistungsschalteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Low-Side-Schalter bildet, bei dem die Last (L, R) auf der Seite des Leistungstransistors (10) mit höherem Potential liegt.
Verfahren zum Abschalten einer Leistungsschalteranordnung, bei dem an einer seriell in einem Lastkreis liegenden Laststrecke eines Halbleiter-Leistungsschalters (10) durch eine Klemmschaltung eine Klemmspannung (Vc) eingestellt wird, um die Ausgangsspannung des Halbleiter-Leistungsschalters (10) im Abschaltfall auf einen durch die Klemmspannung (Vc) angegebenen Maximalwert zu begrenzen, und bei dem durch einen Temperaturschätzer (1) ein Schätzwert für die momentane Spitzentemperatur des Halbleiter-Leistungsschalters ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Regelvorrichtung ein Regelsignal erzeugt und der Klemmschaltung zugeführt wird, wenn ein unmittelbar nach dem Abschaltzeitpunkt (t₀) des Halbleiter-Leistungsschalters (10) gelieferter Temperaturschätzwert höher ist als eine maximale Solltemperatur (T_max) des Halbleiter-Leistungsschalters (10), wobei die Klemmschaltung zunächst so geregelt wird, dass sie die Klemmspannung (V_c) auf einen minimalen Spannungswert (Vc_min) reduziert, so dass die Temperatur des Halbleiter-Leistungsschalters (10) die maximale Solltemperatur (T_max) nicht übersteigt, wobei der minimale Spannungswert der Klemmspannung (V_c) hoch genug ist, um einen Wiederanstieg des Laststroms (I_Drain) durch den Halbleiter-Leistungsschalter (10) zu verhindern, und anschließend so geregelt wird, dass sie die Klemmspannung (V_c) erst allmählich und dann sehr schnell wieder erhöht.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schätzwert für die momentane Spitzentemperatur abhängig von einer gemessenen Temperatur des Halbleiter-Leistungsschalters (10) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiter-Leistungsschalter (10) zum Abschalten induktiver Lasten verwendet wird.