DE102014011854A1

DE102014011854A1 - Zündsteuerungs-Kurzschlussschutz

Info

Publication number: DE102014011854A1
Application number: DE102014011854.1A
Authority: DE
Inventors: James E. Gillberg; Juergen Pianka
Original assignee: Fairchild Semiconductor Corp
Current assignee: Fairchild Semiconductor Corp
Priority date: 2013-08-08
Filing date: 2014-08-08
Publication date: 2015-02-12

Abstract

In einem allgemeinen Aspekt kann eine Vorrichtung ein IGBT-Bauelement (engl. insulated-gate bipolar transistor, dt. Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) einschließen, eine Gate-Treiberschaltung (Treiber), die mit einem Gate-Anschluss des IGBTs gekoppelt ist, und ein niederohmiges Schalterbauelement, das zwischen einen Emitteranschluss des IGBT und einen elektrischen Erdanschluss gekoppelt ist, wobei das niederohmige Schalterbauelement über einen Widerstand mit dem elektrischen Erdanschluss gekoppelt ist. Die Vorrichtung kann außerdem eine mit dem Treiber gekoppelte Stromerfassungsschaltung und eine mit der Stromerfassungsschaltung und einem Stromerfassungsknoten gekoppelte Stromerfassungssignalleitung einschließen, wobei der Stromerfassungsknoten zwischen dem niederohmigen Schalterbauelement und dem Widerstand angeordnet ist. Die Vorrichtung kann weiterhin eine Steuerschaltung einschließen, die dazu ausgelegt ist, wenn der Treiber ausgeschaltet ist, basierend auf einer Spannung an dem Stromerfassungsknoten zu erkennen, wenn ein Strom durch den Widerstand oberhalb eines Schwellenwerts liegt, und den IGBT in Reaktion auf das Erkennen abzuschalten.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen der vorläufigen U. S. Patentanmeldung Nr. 61/863,526, eingereicht am 8. August 2013, und beansprucht die Priorität und den Nutzen der U. S. Patentanmeldung Nr. 14/449,932, eingereicht am 1. August 2014, die beide durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen sind.
TECHNISCHES GEBIET
Diese Beschreibung bezieht sich auf Zündsteuerungsschaltungen. Die Beschreibung bezieht sich insbesondere auf Kurzschlussschutz in Hochspannungszündschaltungen, wie zum Beispiel Kraftfahrzeugmotor-Zündsystemen.
HINTERGRUND
IGBT-Bauelemente (engl. insulated-gate bipolar transistor, dt. Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) werden allgemein in Hochspannungsanwendungen, wie zum Beispiel Kraftfahrzeug-Zündsystemen verwendet. IGBT-Bauelemente können zum Beispiel als Spulentreiber für Kraftfahrzeug-Zündsteuerungssysteme verwendet werden. Da IGBT-Bauelemente eine hohe Eingangsimpedanz haben, können sie bei solchen Anwendungen gut mit integrierten Schaltungen (engl. integrated circuits, ICs) für Motorsteuerungsmodule (engl. engine control module, ECM) zusammenwirken/eingebunden werden, die oft mithilfe von komplementären Metalloxid-Halbleiterprozessen ausgebildet werden.
In Kraftfahrzeug-Zündsystemen ausgebildete IGBT-Bauelemente arbeiten allgemein bei relativ hohen Spannungen (z. B. 400 V oder höher). Weiterhin können solche Systeme in rauen Umgebungen arbeiten und können daher infolge dieser Betriebsbedingungen einem Versagen unterliegen (und auch anderen Faktoren, die ein Systemversagen verursachen können). In einigen Situationen kann das Versagen eines IGBTs in einem Kraftfahrzeugzündsystem katastrophale Schäden an den Elementen des Systems und/oder des Fahrzeugs, in dem das System ausgebildet wird, verursachen. Ein kurzgeschlossener IGBT kann zum Beispiel eine entsprechende Zündspule überlasten. Ein solches Überlasten der Spule kann zu irreparablem Schaden an der Spule führen und könnte in einigen Fällen dazu führen, dass das Zündsystem einen Motorbrand (z. B. wegen Zündspulenverbrennen infolge übermäßigen Stroms und entsprechendem Erhitzen in der Zündspule) verursacht.
Ein Ansatz zum Verhindern solcher katastrophalen Versagen (einschließlich der Möglichkeit eines Motorbrands) infolge des Versagens eines Zündsteuerungssystems (z. B. wegen eines kurzgeschlossenen oder beschädigten IGBT) besteht darin, eine Sicherung zwischen einen Batterieanschluss des Fahrzeugs und einen Anschluss der Primärwicklung einer Zündspule zu platzieren, wobei das andere Ende der Primärwicklung an einen Kollektoranschluss des IGBT (der als Spulentreiber arbeitet) angeschlossen ist. Bei einer solchen Anordnung wird Strom in der Sicherung oberhalb eines festgelegten Sicherungswerts (z. B. infolge eines solchen Versagens) in erwünschter Weise bewirken, dass die Sicherung sich „öffnet” oder „durchbrennt” bevor ein katastrophaler Schaden und/oder ein Brand auftritt.
Solche Ansätze haben aber bestimmte Nachteile. Zum Beispiel können in solchen Systemen ausgebildete Sicherungen langsam reagieren und/oder unvorhersagbare „Öffnungs” punkte haben (z. B. einen Strom und eine zugeordnete Temperatur, bei der die Sicherung „durchbrennt”). Eine derartige Variation in dem „Öffnungs” Punkt einer Sicherung kann auf eine Anzahl von Faktoren zurückzuführen sein, wie die Komponentenpackung, in der die Sicherung untergebracht ist, umgebende Betriebsbedingungen und so weiter, was es erschwert, einen präzisen Sicherungsbetrieb im Falle eines Versagens in dem System zu erreichen.
Außerdem könnte, wenn eine Sicherung langsam reagiert, das Ziel, katastrophalen Schaden zu vermeiden nicht erreicht werden. Ferner funktioniert das Zündsteuerungssystem typischerweise nach einem solchen Versagen (z. B. einer durchgebrannten Sicherung) nicht mehr. Deswegen könnte, wenn die Sicherung infolge eines transienten Ereignisses, nicht eines Versagens des Zündsteuerungssystems, durchbrennt, das Fahrzeug nicht mehr wie erwünscht (oder überhaupt nicht) funktionieren und müsste gewartet werden.
DARSTELLUNG
In einem allgemeinen Aspekt kann eine Vorrichtung ein IGBT-Bauelement (engl. insulated-gate bipolar transistor, dt. Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) einschließen, eine Gate-Treiberschaltung, die mit einem Gate-Anschluss des IGBT-Bauelements gekoppelt ist, und ein niederohmiges Schalterbauelement, das zwischen einen Emitteranschluss des IGBT-Bauelements und einen elektrischen Erdanschluss gekoppelt ist, wobei das niederohmige Schalterbauelement über einen Widerstand mit dem elektrischen Erdanschluss gekoppelt ist. Die Vorrichtung kann außerdem eine mit der Gate-Treiberschaltung gekoppelte Stromerfassungsschaltung und eine mit der Stromerfassungsschaltung und einem Stromerfassungsknoten gekoppelte Stromerfassungssignalleitung einschließen, wobei der Stromerfassungsknoten zwischen dem niederohmigen Schalterbauelement und dem Widerstand angeordnet ist. Die Vorrichtung kann weiterhin eine Steuerschaltung einschließen, die dazu ausgelegt ist, wenn die Gate-Treiberschaltung ausgeschaltet ist, basierend auf einer Spannung an dem Stromerfassungsknoten zu erkennen, wenn ein Strom durch den Widerstand oberhalb eines Schwellenwerts liegt und das IGBT-Bauelement in Reaktion darauf, dass der Strom durch den Widerstand oberhalb des Schwellenwerts liegt, abzuschalten.
In einem anderen allgemeinen Aspekt kann eine Vorrichtung ein IGBT-Bauelement (engl. insulated-gate bipolar transistor, dt. Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) einschließen, eine Gate-Treiberschaltung, die mit einem Gate-Anschluss des IGBT-Bauelements gekoppelt ist und ein niederohmiges Schalterbauelement. Das niederohmige Schalterbauelement kann einen ersten, mit einem Emitteranschluss des IGBT-Bauelements gekoppelten Anschluss und einen zweiten, mit einem elektrischen Erdanschluss gekoppelten Anschluss haben. Die Vorrichtung kann auch eine Leckstromerkennungsschaltung einschließen, die mit dem Emitteranschluss des IGBTs und dem ersten Anschluss des niederohmigen Schalterbauelements gekoppelt ist. Die Leckstromerkennungsschaltung kann dazu ausgelegt sein, wenn der IGBT ausgeschaltet ist und das niederohmige Schalterbauelement offen ist, einen ersten Leckstrom in dem IGBT zu erkennen und einen zweiten Leckstrom in dem niederohmigen Schalter zu erkennen. Die Vorrichtung kann auch eine Steuerschaltung einschließen, die dazu ausgelegt ist, wenn der erste Leckstrom oberhalb eines ersten Schwellenwerts liegt oder wenn der zweite Leckstrom oberhalb eines zweiten Schwellenwerts liegt, von dem IGBT-Bauelement und dem niederohmigen Schalter zumindest eines/einen abzuschalten.
In einem anderen allgemeinen Aspekt kann eine Vorrichtung ein IGBT-Bauelement (engl. insulated-gate bipolar transistor, dt. Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) einschließen und eine mit einem Gate-Anschluss des IGBT-Bauelements gekoppelte Gate-Treiberschaltung. Die Gate-Treiberschaltung kann dazu ausgelegt sein, ein Zündspulen-Ausgangssignal hervorzurufen, das einen Funken in einem Motor in Reaktion auf ein Funkensteuersignal von einem Motorsteuerungsmodul auslöst. Die Vorrichtung kann weiterhin eine Rückkopplungsschaltung einschließen, die dazu ausgelegt ist, ein Versagen des IGBT-Bauelements zu identifizieren und ein Abschaltsignal hervorzurufen. Die Vorrichtung kann weiterhin noch eine IGBT-Abschaltkomponente einschließen, die dazu ausgelegt ist, das IGBT-Bauelement in Reaktion auf das Abschaltsignal abzuschalten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm/schematisches Diagramm einer Zündsteuerungsschaltung nach einer Ausführungsform.
2A–2C sind Zeitdiagramme, die den Betrieb der Zündsteuerungsschaltung von 1 darstellen.
3 ist ein Blockdiagramm/schematisches Diagramm einer anderen Zündsteuerungsschaltung nach einer Ausführungsform.
4 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb der Zündsteuerungsschaltung von 3 darstellt.
5 ist ein Blockdiagramm/schematisches Diagramm einer noch anderen Zündsteuerungsschaltung nach einer Ausführungsform.
Gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen bezeichnen gleiche und/oder ähnliche Elemente.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 ist ein Blockdiagramm/schematisches Diagramm, das eine Zündsteuerungsschaltung 100 nach einer Ausführungsform zeigt. Die Schaltung 100 kann als Alternative, oder zusätzlich zur Verwendung einer Sicherung ausgebildet werden, um ein katastrophales Versagen (wie zum Beispiel thermischen Schaden infolge von Kurzschlüssen) von, zum Beispiel einem Kraftfahrzeug-Zündsystem, oder anderen Spulentreiberschaltungen zu verhindern. Die Schaltung 100 kann zum Beispiel dazu ausgelegt sein, ein Versagen eines IGBTs in einem Zündsteuersystem zu erkennen, indem sie eine Strommenge erkennt, die durch den IGBT geleitet wird, während das Gate des IGBTs ausgeschaltet ist (und davon ausgegangen wird, dass der IGBT hochohmig ist). Wenn dieser erkannte Strom oberhalb eines Schwellenwerts liegt, dann kann die Schaltung 100 bestimmen, dass der IGBT versagt hat (oder vor dem Versagen steht), und kann den Betrieb des IGBTs in Reaktion darauf abschalten, zum Beispiel unter Verwendung der hier erörterten Ansätze. Den Betrieb des IGBTs abzuschalten kann einschließen, zu verhindern, dass Strom durch den IGBT fließt und infolgedessen auch zu verhindern, dass Strom durch eine entsprechende Primärwicklung einer Zündspule fließt, die mit dem (kurzgeschlossenen oder versagenden) IGBT gekoppelt ist.
Derartige Ansätze setzen zumindest bei einigen der Nachteile an, die mit der Verwendung einer Sicherung zur Vermeidung katastrophalen Schadens aus derartigen Versagen verbundenen sind. Zum Beispiel sind, verglichen mit Ausbildungen, die lediglich eine Sicherung als Kurzschlussschutz verwenden, die hier beschriebenen Ansätze zum Erkennen eines Versagens (z. B. von einem IGBT) in einer Zündsteuerungsschaltung genauer, haben eine besser vorhersagbare Zeitgebung, und sind relativ viel schneller (z. B. Mikrosekunden verglichen mit Millisekunden oder länger). Die hier beschriebenen Ansätze können auch relativ preiswert sein, verglichen mit der Ausbildung einer Hochstromsicherung (z. B. mit einer Bemessung von 20–25 A bei einigen Ausbildungen).
Wie in 1 gezeigt ist, kann die Schaltung 100 fünf Signalanschlüsse einschließen, einen Fahrzeugbatterieanschluss 105, einen Funkensteuerungssignaleingabeanschluss 110, einen Flag-Signalausgabeanschluss 115, einen Erdanschluss 120 und einen Kollektoranschluss 125. Die Schaltung 100 kann auf mehrere Arten ausgebildet werden. Die Schaltung 100 kann zum Beispiel als monolithisches Halbleiterbauelement ausgebildet werden, oder mittels einer Kombination von diskreten Bauelementen, logischen Schaltungen, programmierbarer logischer, Firmware und/oder Software. Die Verbindung zwischen den Elementen der Schaltung 100 kann als Leiter oder Leitungen bezeichnet werden.
Wenn die Schaltung 100 in einem Zündsteuerungssystem ausgebildet wird, dann kann eine Primärwicklung einer Zündspule (nicht gezeigt) zwischen den Fahrzeugbatterieanschluss 105 und den Kollektoranschluss 125 gekoppelt werden. In einigen Ausführungsformen kann auch eine Sicherung (nicht gezeigt) in Reihe zwischen den Fahrzeugbatterieanschluss 105 und die Primärwicklung der Zündspule als Sekundärschutzmechanismus gekoppelt werden.
In der Schaltung 100 kann der Fahrzeugbatterieanschluss 105 mit einer Vorspannungsschaltung 130 gekoppelt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Vorspannungsschaltung 130 eine Spannungsregelungsschaltung und ein Bandlückenbauelement einschließen, das eine Spannungsreferenz für die Vorspannungsschaltung 130 liefert. Bei anderen Ausführungsformen können andere Ansätze zur Ausbildung der Vorspannungsschaltung 130 verwendet werden. Obwohl die Verbindungen in 1 nicht näher gezeigt sind, kann die Vorspannungsschaltung 130 mit den verschiedenen Elementen der Schaltung 100, wie der Gate-Treiberschaltung, der Stromerfassungsschaltung 160 und so weiter gekoppelt werden, und ihnen Strom liefern. Gleichermaßen kann der Erdanschluss 120 dazu verwendet werden, um elektrische Erde an verschiedene Elemente der Schaltung 100 bereitzustellen, wie die in 1 dargestellten elektrischen Erden (wenngleich die spezifischen Verbindungen nicht gezeigt sind).
Als Beispiel kann der Funkensteuerungssignaleingabeanschluss 110 während des Betriebs der Schaltung 100 ein Funkensteuerungssignal von einem Motorsteuermodul (engl. Engine Control Module, ECM) (nicht gezeigt) empfangen. Das Funkensteuerungssignal kann von der Schaltung 100 dazu verwendet werden, das Aufladen/Entladen einer Zündspule (z. B. durch Ein- und Ausschalten eines IGBTs 145) zu steuern, um einen Funken (in einer Zündkerze) einzuleiten, um die Brennstoffmischung in einer Zylinderkammer eines Fahrzeugmotors zu zünden.
Zum Beispiel kann während des Normalbetriebs der Schaltung 100 ein Funkensteuersignal (von dem ECM) an eine Gate-Treiberschaltung 132 kommuniziert (z. B. übertragen) werden, die einen Eingabepuffer 235 und einen IGBT-Treiber und eine Schaltersteuerungsschaltung 140 einschließt (die eine Gate-Treiberschaltung und eine Steuerschaltung einschließen kann, die zusammen integriert oder auf getrennte Schaltungen aufgeteilt sein können). Der Eingabepuffer 135 (der mittels Hysterese, wie in 1 gezeigt ausgebildet werden kann) kann dann das Funkensteuersignal an einen IGBT-Treiber und eine Schaltersteuerungsschaltung 140 kommunizieren. Der IGBT-Treiber und die Schaltersteuerungsschaltung 140 können dann (im Normalbetrieb) das Funkensteuersignal an einen Gate-Anschluss des IGBTs 145 kommunizieren. Basierend auf dem an dem Gate-Anschluss des IGBTs 145 empfangenen Funkensteuerungssignal steuert der IGBT 145 das Laden und Entladen einer Primärwicklung einer Zündspule, um einen Funken in einer Zündkerze einzuleiten, die mit einer Sekundärwicklung der Zündspule gekoppelt ist.
Wie in 1 gezeigt ist, kann die Schaltung 100 auch einen niederohmigen Schalter 150 (der den Spannungsabfall über den IGBT nicht bedeutend beeinflusst) und einen niederohmigen Widerstand 155 (der den Spannungsabfall über den IGBT nicht bedeutend beeinflusst) einschließen, die in dem Strompfad zwischen dem IGBT 145 und der elektrischen Erde eingeschlossen sind. Bei Verwendung der hier beschriebenen Techniken können der Schalter 150 und der Widerstand 155 dazu verwendet werden, ein Versagen des IGBTs 145 (z. B. einen kurzgeschlossenen IGBT 145) zu erkennen und auch dazu, den Stromfluss durch den IGBT 145 (und eine entsprechende Zündspule) in Reaktion auf das Erkennen eines solchen Versagens abzuschalten. Je nach der jeweiligen Ausführungsform kann der Widerstand 155 ein Präzisionswiderstand sein, oder, bei anderen Ausbildungen, ein Bonddraht, der verwendet wird, um eine elektrische Erdverbindung herzustellen (z. B. mit dem Erdanschluss 120).
Bei der speziellen in 1 gezeigten Ausführungsform kann der Schalter 150 die Form eines n-leitenden doppelt diffundierten Metalloxid-Halbleitertransistors (engl. n-type double-diffused metal-oxide semiconductor transistor, NDMOS) annehmen. Bei anderen Ausführungsformen kann der Schalter 150 unter Verwendung von anderen Arten niederohmiger Schalterbauelemente ausgebildet werden. Bei der Schaltung 100 kann, da der größte Teil der Kollektorspannung an dem IGBT 145 abfallen würde (der z. B. linear betrieben werden kann), der Schalter 150 verglichen mit dem IGBT 145 ein Bauelement mit relativ geringer Spannung sein. Der IGBT 145 kann zum Beispiel in der Lage sein, bei Kollektorspannungen von 400 V oder darüber zu arbeiten, während der Schalter 150 in der Lage ist, bei einer (Drain)Spannung im Bereich von 40 V oder darunter zu arbeiten.
Bei der Schaltung 100 kann eine Stromerfassungsschaltung (ein Stromerfassungsschaltungsblock) 160 während des Normalbetriebs der Schaltung 100 Strom durch den IGBT 145 erfassen, was dadurch erfolgen kann, dass über eine Stromerfassungssignalleitung 164 an einem Stromerfassungsknoten 152 eine Spannung an dem Widerstand 155 erfasst wird. Die Stromerfassungsschaltung 160 kann auch ein Flag-Signal (über den Signalpuffer 165 und den Flag-Signalausgabeanschluss 115) an das ECM liefern, wenn der Strom durch den IGBT 145 einen gegebenen Wert erreicht. Bei dieser Ausbildung kann das Flag-Signal dem ECM anzeigen, dass die Zündspule ausreichend geladen ist, um einen Funken einzuleiten. In Reaktion auf das Empfangen des Flag-Signals von der Schaltung 100 kann das ECM einen Zustand des Funkensteuerungssignals (z. B. von hoch auf tief) ändern, um zu bewirken dass die Primärwicklung der Zündspule sich durch ihre Sekundärwicklung entlädt (z. B. durch Ausschalten des IGBTs 145). Diese Entladung kann dann einen Funken in einer Zündkerze einleiten, die mit der Sekundärwicklung der Zündspule gekoppelt ist. Weiterhin können der IGBT-Treiber und die Schaltersteuerungsschaltung 140 bei bestimmten Ausbildungen dazu ausgelegt sein, Rauschen aus dem Funkensteuersignal auszufiltern, zu erkennen, wenn das ECM ein Funkensteuersignal liefert, das eine längere Zeitdauer als seine obere Zeitdauergrenze hat (z. B. das ECM versagt), neben anderen Arbeitsvorgängen, wie der weichen Abschaltung der Zündspule.
Im Fall eines Versagens (z. B. eines Kurzschlusses oder Schadens in dem IGBT 145) können der IGBT-Treiber und die Schaltersteuerung 140 in der Schaltung 100 auch dazu ausgelegt sein, (basierend auf einem Stromrückkopplungssignal über die Signalleitung 162 von der Stromerfassungsschaltung 160) ein solches Versagen des IGBTs 145 zu erkennen, und in Reaktion darauf den Betrieb des IGBTs 145 abzuschalten (z. B. durch Erden seines Eingangs) und/oder Stromfluss durch den IGBT 145 zu verhindern (z. B. durch Ausschalten des Schalters 150). Das Stromrückkopplungssignal kann einen von der Stromerfassungsschaltung 160 über die Stromerfassungssignalleitung 164 und den Stromerfassungsknoten 152 bestimmten Strom anzeigen. Bei bestimmten Ausführungsformen können die Funktionalität der Stromerfassungsschaltung 160 und die Funktionalität des IGBT-Treibers und der Schaltersteuerungsschaltung 140 in einer einzigen Schaltung ausgebildet werden, oder über eine größere Anzahl von Schaltungen verteilt sein.
In solchen Situationen können der IGBT-Treiber und die Schaltersteuerungsschaltung 140 den Betrieb des IGBTs 145 auf mehrere Arten abschalten. Der IGBT-Treiber und die Schaltersteuerungsschaltung 140 können zum Beispiel ein Abschaltsignal (bei logisch „1”) auf einer DISABLE-Abschaltsignalleitung in 1 bereitstellen. Das Abschaltsignal (auf der DISABLE-Abschaltsignalleitung) kann an einen Schalter 170 (z. B. einen Gate-Anschluss eines NDMOS) angelegt werden. In Reaktion auf das Abschaltsignal kann der Schalter 170 den Gate-Anschluss des IGBTs mit Erde koppeln, unabhängig von dem Zustand des von dem ECM gelieferten Funkensteuersignals. Bei anderen Ausbildungen kann das Abschaltsignal dazu verwendet werden, den Funkensteuerungseingabeanschluss 110 in einer ähnlichen Weise wie für den Gate-Anschluss des IGBTs (durch den Schalter 170) in 1 gezeigt mit Erde zu koppeln.
Bei der Schaltung 100 können der IGBT-Treiber und die Schaltersteuerungsschaltung 140 auch ein Signal (logisch „0”) an eine NDMOS GATE-Signalleitung anlegen, die den Schalter 150 ausschaltet, den Strompfad zwischen der elektrischen Erde des IGBTs öffnet (z. B. über den Erdanschluss 120), und verhindert, dass Strom durch den IGBT 145 fließt. Dadurch würde auch verhindert, dass Strom durch die Primärwicklung der Zündspule fließt, die mit dem Kollektoranschluss 125 der Schaltung 100 gekoppelt ist, was katastrophalen Schaden verhindert. Die an die DISABLE-Abschaltsignalleitung und/oder die NDMOS GATE-Signalleitung angelegten Signale, um den Betrieb des IGBTs 145 abzuschalten und/oder um Stromfluss durch den IGBT 145 zu verhindern, können gelatcht werden bis zum Beispiel ein Rückstellungssignal von der Schaltung 100 von dem ECM empfangen wird. Ein solcher Ansatz ermöglicht, dass die Schaltung sich von einem transienten Ereignis erholen kann, das dazu führt, dass der IGBT 145 abgeschaltet wird (z. B. ohne ein tatsächliches physikalisches Versagen in der Schaltung 100). Bei anderen Ausführungsformen können andere Techniken zum Abschalten des IGBTs 145 und/oder zum Verhindern, dass Strom in dem IGBT 145 fließt, verwendet werden, wie sie hier beschrieben werden.
Bezug nehmend auf 2A–2C Bezug sind nun Zeitdiagramme dargestellt, die den Betrieb der in 1 gezeigten Schaltung nach einer Ausführungsform demonstrieren. Je nach der jeweiligen Ausbildung kann die Schaltung aber auch auf andere Arten arbeiten, oder andere Zeitverhältnisse haben. Die in 2A–2C gezeigten Zeitverhältnisse können weiterhin auch durch andere Zündsteuerungsschaltungen ausgebildet werden, wie zum Beispiel der in 3 gezeigten und unten erörterten Schaltung. Für die Zwecke der Erörterung und der Veranschaulichung werden die in 2A–2C gezeigten Zeitdiagramme mit weiterem Bezug auf 1 beschrieben.
In allen der in 2A–2C dargestellten Zeitdiagramme sind Zeitverhältnisse für vier Signale gezeigt. Die dargestellten Signale schließen ein Funkensteuerungssignal (als INPUT bezeichnet) ein, einen Strom durch den IGBT 145 (als COLLECTOR (I) bezeichnet), ein Abschaltsignal auf der DISABLE-Abschaltsignalleitung und ein NDMOS GATE-Signal, das an den Gate-Anschluss des Schalters 150 angelegt ist. In jeder der 2A–2C zeigen die Signalimpulse 205 des INPUT und die Signalimpulse 210 des COLLECTOR (I) normalen Betrieb der Schaltung 100 an. In den Zeitdiagrammen von 2A–2C kann der Strom COLLECTOR (I) basierend auf einer Spannung an dem Widerstand 155 bestimmt werden.
Wie in 2A–2C gezeigt ist, ist während des Normalbetriebs (z. B. in Verbindung mit den Impulsen 205 und 210) DISABLE logisch „0” und NDMOS GATE ist logisch „1” (z. B. ist der IGBT freigegeben und kann Strom leiten). Insbesondere zeigen alle Signalimpulse 205 den INPUT-Übergang von logisch „0” zu logisch „1”, und infolgedessen erhöht sich der Strom in dem IGBT 145 (durch COLLECTOR (1) dargestellt) linear. Wenn der Signalimpuls 205 zurück zu logisch „0” übergeht (z. B. in Reaktion auf ein Flag-Signal), dann fällt der Strom in dem IGBT 145 auf Null (oder nahe Null) (was einer Entladung der Primärwicklung durch eine Sekundärwicklung entsprechen kann, um einen Funken einzuleiten). Diese Folge, die den Normalbetrieb der Schaltung 100 darstellt, ist in jeder der 2A–2C dieselbe und wird für diese Zeitdauern (des Normalbetriebs) nicht mit Bezug auf jedes der in 2A–2C dargestellten Zeitdiagramme ausführlich beschrieben.
Bezugnehmend insbesondere auf 2A, tritt der Stromimpuls 215 von COLLECTOR (I) auf, wenn INPUT logisch ”0” ist und der IGBT 145 ausgeschaltet sein sollte (hohe Impedanz). Daher kann der Stromimpuls 215 (der anzeigt, dass Strom in dem IGBT 145 fließt) einen Schaden und/oder einen Kurzschluss in dem IGBT 145 anzeigen. Wie hier beschrieben kann der Stromimpuls 215 von der Stromerfassungsschaltung 160 (z. B. basierend auf einer Spannung an dem Widerstand 155) erkannt werden.
Die Stromerfassungsschaltung 160 kann dem IGBT-Treiber und der Schaltsteuerungsschaltung 140 eine Anzeige dieses Stroms bereitstellen. Nachdem von der Stromerfassungsschaltung 160 und/oder dem IGBT-Treiber und der Schaltersteuerungsschaltung 140 bestimmt worden ist, dass der durch den Stromimpuls 215 dargestellte Strom einen Schwellenwert überschreitet, können der IGBT-Treiber und die Schaltersteuerungsschaltung 140 dazu ausgelegt werden, wie in 2A gezeigt, DISABLE bei 220 von logisch „1” auf logisch „0” zu andern (z. B. um den Gate-Anschluss des IGBT 145 zu erden) und NDMOS GATE bei 225 von logisch „1” auf logisch „0” zu andern (z. B. um den Schalter 150 zu öffnen und zu verhindern, dass Strom durch den IGBT 145 fließt). Bei diesem Beispiel ändert INPUT weiterhin nach dem Stromimpuls 215 seinen Zustand. Da aber der IGBT 145 abgeschaltet ist (z. B. sein Gate-Anschluss geerdet ist), bleibt COLLECTOR (I) auf Null (oder nahe Null). Bei anderen Ausführungsformen kann INPUT auch abgeschaltet werden und auf logisch „0” bleiben, nachdem der Stromimpuls 215 erkannt wird.
In dem in 2B gezeigten Zeitdiagramm tritt der Stromimpuls 230 in COLLECTOR (I) auf, wenn INPUT logisch ”1” ist und der IGBT 145 Strom leitet (wie durch COLLECTOR (I) gezeigt). Der Stromimpuls 230 in 2B ist aber oberhalb eines zweiten Schwellenwerts (das heißt höher als der mit Bezug auf 2A erörterte Schwellenwert). Daher kann der Stromimpuls 230 auch Schäden und/oder einen Kurzschluss in dem IGBT 145 anzeigen (der vielleicht eingetreten ist während der IGBT 145 leitend war). Wie zuvor erörtert, kann der Stromimpuls 230 von der Stromerfassungsschaltung 160 erkannt werden (z. B. basierend auf einer Spannung an dem Widerstand 155).
Die Stromerfassungsschaltung 160 kann dem IGBT-Treiber und der Schaltersteuerungsschaltung 140 eine Anzeige des Stromimpulses 230 (über der zweiten Schwelle) bereitstellen. Nachdem von der Stromerfassungsschaltung und/oder dem IGBT-Treiber und der Schaltersteuerungsschaltung 140 bestimmt worden ist, dass der durch den Stromimpuls 120 dargestellte Strom den zweiten (höheren) Schwellenwert überschreitet, können der IGBT-Treiber und die Schaltersteuerungsschaltung 140 dazu ausgelegt werden, bei 235 DISABLE von logisch „0” auf logisch „1” zu ändern (z. B. um den Gate-Anschluss des IGBTs 145 zu erden) und NDMOS GATE bei 240 von logisch „1” auf logisch „0” zu ändern (z. B. um den Schalter 150 zu öffnen und zu verhindern, dass Strom durch den IGBT fließt). Bei diesem Beispiel ändert INPUT nach dem Stromimpuls 230 weiterhin seinen Zustand. Da aber der IGBT 145 abgeschaltet ist, bleibt COLLECTOR (I) auf Null (oder nahe Null). Wie bei dem mit Bezug auf 2A erörterten Beispiel, kann bei anderen Ausbildungen INPUT auch abgeschaltet werden und auf logisch „0” bleiben, nachdem der Stromimpuls 230 erkannt wird.
Das in 2C gezeigte Zeitdiagramm stellt dar wie die Schaltung 110 zum Normalbetrieb zurückkehren kann, nachdem ein vorübergehendes Ereignis erkannt wurde, das dazu führt, dass der IGBT 145 abgeschaltet wird. In dem Zeitverhältnis von 2C findet der Stromimpuls 245 in COLLECTOR (I) statt, wenn INPUT logisch „0” ist, und der IGBT 145 ausgeschaltet sein sollte (hohe Impedanz). Dementsprechend kann der Stromimpuls 245 von der Stromerfassungsschaltung 160 erkannt werden (z. B. basierend auf der Spannung an dem Widerstand 155) und mit dem tieferen Schwellenwert verglichen werden (z. B. 0,5–1 Ampere bei einem Ausbildungsbeispiel).
Die Stromerfassungsschaltung 160 kann dem IGBT-Treiber und der Schaltersteuerschaltung 140 eine Anzeige des Stromimpulses 245 bereitstellen. Nachdem von der Stromerfassungsschaltung 160 und/oder dem IGBT-Treiber und der Schaltersteuerschaltung 140 bestimmt worden ist, dass der durch den Stromimpuls 245 dargestellte Strom (der in diesem Beispiel ein Ergebnis eines transienten Ereignisses ist) den unteren Schwellenwert überschreitet (z. B. weil INPUT logisch „0” ist), können der IGBT-Treiber und die Schaltersteuerungsschaltung 140 DISABLE bei 250 von logisch „0” auf logisch „1” ändern (z. B. um den Gate-Anschluss des IGBTs zu erden) und das NDMOS-Gate bei 255 von logisch „1” auf logisch „0” ändern (z. B. um den Schalter 150 zu öffnen und zu verhindern, dass Strom durch den IGBT 145 fließt). Bei diesem Beispiel wird INPUT auch auf logisch „0” gehalten, nachdem der Impuls 245 erkannt wird.
Bei diesem Beispiel kann eine RÜCKSTELLUNG (z. B. eine Einschaltrückstellung bei 260 stattfinden und DISABLE kann in Reaktion darauf bei 265 zu logisch „0” zurückkehren, und NDMOS GATE kann bei 270 zu logisch „1” zurückkehren, was den IGBT 145 wieder freigibt (den Schalter 170 ausschaltet) und es dem IGBT 145 ermöglicht, wieder Strom zu leiten (z. B. den Schalters 150 einschaltet). Die RÜCKSTELLUNG bei 260 kann auch den INPUT wieder freigeben. Bei diesem Beispiel kann, da der Stromimpuls 245 die Folge eines transienten Ereignisses war, nicht eines Kurzschlusses und/oder Schadens in dem IGBT 145, die Schaltung 100, wie in 1 gezeigt, nach Eintreten der RÜCKSTELLUNG 260 wieder einen Normalbetrieb aufnehmen (z. B. mit Signalimpulsen 205 und 210). Wenn in Reaktion auf den Stromimpuls 245 eine Sicherung zwischen der Batterie und der Zündspule ausgelöst hätte, dann würde die Schaltung 100 nicht mehr arbeiten, da die Zündspule elektrisch von der Fahrzeugbatterie entkoppelt wäre.
3 ist ein Blockdiagramm/schematisches Diagramm, das eine andere Zündsteuerungsschaltung 300 nach einer Ausführungsform darstellt. Wie bei der Schaltung 100 kann die Schaltung 300 als Alternative, oder zusätzlich zu der Verwendung einer Sicherung ausgebildet werden, um ein katastrophales Versagen eines Kraftfahrzeugzündsystems zu verhindern. Die Schaltung 300 ist der Schaltung 100 in verschiedener Hinsicht ähnlich. Daher werden zu Darstellungszwecken in 3 Elemente der Schaltung 300 die mit denen der Schaltung 100 gleich sind, mit gleichen Bezugsnummern der 300er Reihe bezeichnet wie die Bezugsnummern der 100er Reihe von 1. Weiterhin werden der Kürze und Klarheit halber die spezifischen Einzelheiten dieser gleichen Elemente nicht wieder mit Bezug auf 3 erörtert. Außerdem können bei bestimmten Ausführungsformen die oben mit Bezug auf die Schaltung 100 von 1 erörterten Ansätze und Techniken, und die in 2A–2C und 4 gezeigten Zeitverhältnisse in ähnlicher Weise auf die Schaltung 300 angewandt werden.
Im Vergleich zu der Schaltung 100 schließt die Schaltung 300 eine Leckstromerkennungsschaltung 375 ein. Wie in 3 gezeigt ist, kann die Leckstromerkennungsschaltung 375 mit einem Knoten zwischen einem Emitteranschluss des IGBTs 345 und einem Drainanschluss des Schalters (NDMOS) 350 gekoppelt sein, und auch mit dem IGBT-Treiber und der Schaltersteuerung 340 (die eine Gate-Treiberschaltung und eine Steuerschaltung einschließen kann, die zusammen integriert oder auf getrennte Schaltungen aufgeteilt sein können) und der Stromerfassungsschaltung 360. In einer beispielhaften Anwendung kann die Leckstromerkennungsschaltung 375 ein Pull-up-Bauelement einschließen (z. B. eine erste Stromquelle) und ein Pull-down-Bauelement (z. B. eine zweite Stromquelle), die jeweils getrennt eingeschaltet werden können.
Wie mit Bezug auf 4 ausführlicher erörtert wird, kann die Leckstromerkennungsschaltung 375 dazu verwendet werden, auf Kurzschlüsse und/oder Schäden in dem IGBT 345 und dem Schalters 350 zu prüfen (z. B. unter Verwendung der Stromerfassungsschaltung 360 in Verbindung mit der Leckstromerkennungsschaltung 375, wie etwa durch Messen einer Spannung oder eines Stroms. Bei anderen Ausbildungen kann entweder die Stromerfassungsschaltung 160 oder die Leckstromerkennungsschaltung 375 unabhängig dazu verwendet werden, Kurzschlüsse und oder Schäden in dem IGBT 345 und dem Schalter 350 aufzufinden. Bei bestimmten Ausführungsformen können die Funktionalität der Stromerfassungsschaltung 360, die Funktionalität der Leckstromerkennungsschaltung 375 und die Funktionalität des IGBT-Treibers und der Schaltersteuerungsschaltung 340 in einer einzigen Schaltung ausgebildet werden, oder über eine größere Anzahl von Schaltungen verteilt sein.
Außerdem schließt die Schaltung 300 im Vergleich mit der Schaltung 100 einen Schalter 380 (ein NDMOS-Bauelement) anstelle des Schalters 170 in 1 ein, und einen Gate-Entladungswiderstand 385. Der Schalter 385 ist mit dem IGBT-Treiber und der Schaltersteuerung 340 und einem Gate-Anschluss des IGBTs 345 in Reihe gekoppelt. Weiterhin ist in der Schaltung 300 ein Gate-Anschluss des Schalters (NDMOS) 380 mit einem DISABLE#-Abschaltsignal gekoppelt. Das DISABLE#-Abschaltsignal von 3 kann, wenn es logisch „0” ist, den IGBT 345 durch Entkoppeln des Gates des IGBTs 345 von dem IGBT-Treiber und der Schaltersteuerung 340 abschalten, und der Widerstand 385 würde das Gate des IGBTs 345 entladen. Bei anderen Ausführungsformen können der Schalter 170 von 1 und der Schalter 380 von 3 beide in einer Zündsteuerungsschaltung ausgebildet werden, so wie die Schaltungen 100 und 300, bei denen der Schalter 170 durch DISABLE und der Schalter 380 durch DISABLE# gesteuert wird. Bei noch anderen Anwendungen können andere Ansätze verwendet werden, um den IGBT 345 abzuschalten.
4 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb der Schaltung 300 unter Verwendung der Leckstromerkennungsschaltung 375, um Versagen (z. B. Kurzschlüsse und/oder Schäden) des IGBTs 345 und/oder des Schalters 350 zu erkennen, darstellt. In dem in 4 dargestellten Zeitdiagramm sind fünf Signale dargestellt. Natürlich können auf die Schaltung 300 auch andere Zeitverhältnisse anwendbar sein (wie die in 2A–2C), und die Zeitverhältnisse können in 4 können auf andere Zündsteuerschaltungen anwendbar sein.
Wie bei den Zeitdiagrammen in 2A–2C, schließen die in 4 dargestellten Signale ein Funkensteuersignal (mit INPUT bezeichnet) ein, Strom durch den IGBT 345 ((mit COLLECTOR (I) bezeichnet) und ein NDMOS GATE-Signal, das an den Gate-Anschluss des Schalters 150 angelegt ist. Weiterhin schließen die in 4 dargestellten Signale ein Leckstromerkennungssignal ein, das den Betrieb der Leckstromerkennungsschaltung 375 darstellt und ein DISABLE#-Abschaltsignal (anstelle von DISABLE), das dazu verwendet wird, ein Gate des Schalters (NDMOS) 380 zu steuern.
Ähnlich wie bei den Zeitdiagrammen in 2A–2C veranschaulichen die einzelnen Impulse 405 und 410 den Normalbetrieb der Schaltung 300. Im Gegensatz zu den in 2A–2C dargestellten Zeitdiagrammen stellt das Zeitdiagramm von 4 die NDMOS-Übergänge bei 415 von logisch „1” zu logisch „0” dar, nachdem der durch COLLECTOR (I) gezeigte Kollektorstrom in dem Signalimpuls 410 zu Null (oder nahe Null) zurückkehrt (z. B. um einen Funken einzuleiten). Wie durch den Signalimpuls 420 in 4 gezeigt ist, kann die Leckstromerkennungsschaltung 375, während die INPUT-, COLLECTOR (I)- und NDMOS GATE-Signale niedrig sind (z. B. logisch „0” oder Nullstrom) zunächst ihr Pull-up-Bauelement und dann ihr Pull-down-Bauelement aktivieren. Der Signalimpuls 420 der Leckstromerkennung zeigt Normalbetrieb der Schaltung 300 an (z. B. kann der Knoten zwischen dem Emitteranschluss des IGBT 345 und dem Drainanschluss des Schalters (NDMOS) herauf und herunter gezogen werden, was hohe Impedanz in beiden Richtungen anzeigt). Bei anderen Ausführungsformen können die Pull-up und Pull-down-Bauelemente in entgegengesetzter Reihenfolge aktiviert werden.
In dem Zeitdiagramm von 4 veranschaulicht der Signalimpuls 430 eine Situation, in der ein Schaden in dem IGBT 345 vorhanden sein kann (z. B. kann der Knoten zwischen dem IGBT und dem Schalter 350 nicht heruntergezogen werden, wenn der IGBT 345 und der Schalter 350 ausgeschaltet sind). In dieser Situation kann die Stromerfassungsschaltung 360 erkennen, dass die Leckstromerkennungsschaltung nicht in der Lage ist, den Knoten zwischen dem IGBT 345 und dem Schalter 350 auf Erde zu ziehen, was anzeigt, dass der IGBT 345 beschädigt oder kurzgeschlossen sein kann.
Die Stromerfassungsschaltung 360 kann diese Information an den IGBT-Treiber und die Schaltersteuerung 340 kommunizieren. In Reaktion darauf können der IGBT-Treiber und die Schaltersteuerung 340 bewirken, dass die Abschaltung DISABLE# bei 435 von logisch „1” zu logisch „0” übergeht, können das NDMOS-GATE auf logisch „0” halten und INPUT abschalten, wie in 4 gezeigt ist. Dieses würde das Gate des IGBTs 345 von dem IGBT-Treiber und der Schaltersteuerung 340 entkoppeln, den Strompfad zwischen dem IGBT und dem Erdanschluss öffnen und das Eingabesignal von der Übertragung aus dem IGBT-Treiber und der Schaltersteuerung 340 entfernen. Bei anderen Anwendungen ist es möglich, dass nur eine Untermenge dieser Vorgänge eintritt, um den IGBT 345 abzuschalten und um zu verhindern, dass er einen Strom leitet. Ein Schaden an dem Schalter 350 kann in ähnlicher Weise daran erkannt werden, dass die Leckstromerkennungsschaltung 375 nicht in der Lage ist, den Knoten zwischen dem IGBT 345 und dem Schalter 350 hochzuziehen.
5 ist ein Blockdiagramm/schematisches Diagramm, das eine Schaltung 500 nach einer Ausführungsform darstellt. Wie bei den Schaltungen 100 und 300 kann die Schaltung 500 zum Beispiel in einem Kraftfahrzeugzündsystem oder in anderen Spulentreiberschaltungen ausgebildet werden. Die Schaltung 500 ist den Schaltungen 100 und 300 in verschiedener Hinsicht ähnlich. Daher werden zu Darstellungszwecken in 5 Elemente der Schaltung 500 die mit denen der Schaltungen 100 und 300 gleich sind, mit gleichen Bezugsnummern der 500er Reihe bezeichnet wie die Bezugsnummern der 100er und 300er Reihe von 1 und 3. Weiterhin werden der Kürze und Klarheit halber die spezifischen Einzelheiten dieser gleichen Elemente nicht wieder mit Bezug auf 5 erörtert. Außerdem können bei bestimmten Ausführungsformen die oben mit Bezug auf die Schaltung 100 von 1 und die Schaltung 300 von 3 erörterten Ansätze und Techniken, und auch die in 2A–2C und 4 gezeigten Zeitverhältnisse in ähnlicher Weise auf die Schaltung 500 angewandt werden.
Im Vergleich zu den Schaltungen 100 und 300 schließt die Schaltung 500 eine Rückkopplungsschaltung ein, die mit einer ersten IGBT-Abschaltkomponente 590 und einer zweiten IGBT-Abschaltkomponente 595 gekoppelt ist. Die Rückkopplungsschaltung 585 ist auch mit einem Erfassungsknoten 597 gekoppelt. Bei dieser Ausbildung kann die Rückkopplungsschaltung 585 dazu ausgelegt sein, einen Versagensmodus des IGBT-Bauelements 545 zu identifizieren. Die Rückkopplungsschaltung 585 kann zum Beispiel einen Versagensmodus der IGBT-Vorrichtung 545 basierend auf einer Spannung und/oder einem Strom an dem Erfassungsknoten 597 identifizieren, wie zum Beispiel wenn das IGBT-Bauelement 545 ausgeschaltet sein sollte (hohe Impedanz). Die Rückkopplungsschaltung 585 kann weiterhin dazu ausgelegt sein, in Reaktion auf das Identifizieren eines Versagensmodus des IGBT-Bauelements 545 ein Abschaltsignal hervorzurufen.
Bei der Schaltung 500 kann die Rückkopplungsschaltung 585 das Abschaltsignal an die erste IGBT-Abschaltkomponente 590 und/oder an die zweite IGBT-Abschaltkomponente 595 (über die Signalleitung 592) kommunizieren. Bei anderen Ausführungsformen kann die Rückkopplungsschaltung 585 ein Rückkopplungssignal an den IGBT-Treiber und an die Schaltersteuerschaltung 540 kommunizieren. Wenn das Rückkopplungssignal ein Versagen des IGBT 545 anzeigt, dann können der IGBT-Treiber und die Schaltersteuerungsschaltung 540 ein Abschaltsignal an eine oder beide der IGBT-Abschaltkomponenten 590, 595 bereitstellen. Bei anderen Ausbildungen ist es möglich, dass nur eine der IGBT-Abschaltkomponenten 590, 595 verwendet wird. Bei noch anderen Ausbildungen könnten getrennte Abschaltsignale für jede der IGBT-Abschaltkomponenten 590, 595 verwendet werden.
Bei der Schaltung 500 kann das Abschaltsignal bewirken, dass die IGBT-Abschaltkomponente 590 und/oder die IGBT-Abschaltkomponente 595 den Betrieb des IGBT-Bauelements 545 abschalten (z. B. durch Erden des Gate-Anschlusses unter Verwendung der IGBT-Abschaltkomponente 590 und/oder Öffnen eines Strompfads von dem IGBT-Bauelement unter Verwendung der IGBT-Abschaltkomponente 595). Wie oben festgehalten, ist es bei anderen Ausbildungen möglich, dass nur eine der IGBT-Abschaltkomponenten 590, 595 verwendet wird.
In einem allgemeinen Aspekt kann eine Vorrichtung ein IGBT-Bauelement (engl. insulated-gate bipolar transistor, dt. Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) einschließen und eine mit einem Gate-Anschluss des IGBT-Bauelements gekoppelte Gate-Treiberschaltung. Die Vorrichtung kann ein niederohmiges Schalterbauelement einschließen, das zwischen einen Emitteranschluss des IGBT-Bauelements und einen elektrischen Erdanschluss gekoppelt ist, wobei das niederohmige Schalterbauelement über einen Widerstand mit dem elektrischen Erdanschluss gekoppelt ist. Die Vorrichtung kann eine mit der Gate-Treiberschaltung gekoppelte Stromerfassungsschaltung einschließen und eine mit der Stromerfassungsschaltung und einem Stromerfassungsknoten gekoppelte Stromerfassungssignalleitung. Der Stromerfassungsknoten kann zwischen dem niederohmigen Schalterbauelement und dem Widerstand angeordnet sein. Die Vorrichtung kann eine Steuerschaltung einschließen, die dazu ausgelegt ist, wenn die Gate-Treiberschaltung ausgeschaltet ist, basierend auf der Spannung des Stromerfassungsknotens zu erkennen, wenn ein Strom durch den Widerstand oberhalb eines Schwellenwerts liegt, und das IGBT-Bauelement in Reaktion darauf, dass der Strom durch den Widerstand über dem Schwellenwert liegt, abzuschalten.
Bei einigen Ausbildungen ist der Schwellenwert ein erster Schwellenwert, und die Stromerfassungsschaltung kann weiterhin dazu ausgelegt werden, wenn die Gate-Treiberschaltung an ist, basierend auf der Spannung an dem Stromerfassungsknoten zu erkennen, wenn der Strom durch den Widerstand oberhalb eines zweiten Schwellenwerts liegt, und das IGBT-Bauelement in Reaktion darauf, dass der Strom durch den Widerstand über dem zweiten Schwellenwert liegt, abzuschalten.
Bei einigen Ausbildungen kann das Deaktivieren des IGBT-Bauelements ein Latchen eines Abschaltsignals einschließen. Das Abschaltsignal kann bewirken, dass der Gate-Anschluss des IGBT-Bauelements mit dem elektrischen Erdanschluss gekoppelt wird. Bei einigen Ausbildungen kann das Abschalten des IGBT-Bauelements ein Latchen eines Abschaltsignals einschließen. Das Abschaltsignal kann bewirken, dass ein Eingabesignal der Gate-Treiberschaltung mit dem elektrischen Erdanschluss gekoppelt wird.
Bei einigen Ausbildungen kann das Abschalten des IGBT-Bauelements ein Latchen eines Abschaltsignals einschließen. Das Abschaltsignal kann bewirken, dass ein Ausgabesignal der Gate-Treiberschaltung mit dem elektrischen Erdanschluss gekoppelt wird. Bei einigen Ausbildungen kann das Abschalten des IGBT-Bauelements ein Latchen eines Abschaltsignals einschließen. Das Abschaltsignal kann bewirken, dass die Gate-Treiberschaltung von dem Gate-Anschluss des IGBTs entkoppelt wird.
Bei einigen Ausbildungen kann das Abschalten des IGBT-Bauelements ein Latchen eines Abschaltsignals einschließen. Das Abschaltsignal kann bewirken, dass sich der niederohmige Schalter öffnet. Bei einigen Ausbildungen kann der Widerstand einen Bonddraht einschließen. Bei einigen Ausbildungen kann der Widerstand einen Präzisionswiderstand einschließen. Bei einigen Ausbildungen ist der niederohmige Schalter ein Metalloxid-Halbleiter(MOS)transistor.
In einem anderen allgemeinen Aspekt kann die Vorrichtung ein IGBT-Bauelement (engl. insulated-gate bipolar transistor, dt. Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) einschließen und eine mit einem Gate-Anschluss des IGBT-Bauelements gekoppelte Gate-Treiberschaltung. Die Leckstromerkennungsschaltung kann dazu ausgelegt sein, wenn der IGBT ausgeschaltet ist und das niederohmige Schalterbauelement offen ist, einen ersten Leckstrom in dem IGBT zu erkennen, und einen zweiten Leckstrom in dem niederohmigen Schalter zu erkennen. Die Vorrichtung kann eine Steuerschaltung einschließen die dazu ausgelegt ist, wenn der erste Leckstrom oberhalb eines ersten Schwellenwerts liegt oder wenn der zweite Leckstrom oberhalb eines zweiten Schwellenwert liegt, von dem IGBT-Bauelement und dem niederohmigen Schalters zumindest eines/einen abzuschalten.
Bei einigen Ausbildungen schließt das Abschalten des IGBT-Bauelements eine Verriegelung eines Abschaltsignals ein. Das Abschaltsignal kann bewirken, dass der Gate-Anschluss des IGBT-Bauelements mit dem elektrischen Erdanschluss gekoppelt wird. Bei einigen Ausbildungen schließt das Abschalten des IGBT-Bauelements ein Latchen eines Abschaltsignals ein. Das Abschaltsignal kann bewirken, dass ein Eingabesignal der Gate-Treiberschaltung an den elektrischen Erdanschluss gekoppelt wird.
Bei einigen Ausbildungen schließt das Abschalten des IGBT-Bauelements ein Latchen eines Abschaltsignals ein. Das Abschaltsignal kann bewirken, dass ein Ausgabesignal der Gate-Treiberschaltung mit dem elektrischen Erdanschluss gekoppelt wird. Bei einigen Ausbildungen schließt das Abschalten des IGBT-Bauelements ein Latchen eines Abschaltsignal ein. Das Abschaltsignal kann bewirken, dass die Gate-Treiberschaltung von dem Gate-Anschluss des IGBT-Bauelements entkoppelt wird.
Bei einigen Ausbildungen schließt das Abschalten des IGBT-Bauelements ein Latchen eines Abschaltsignals ein. Das Abschaltsignal kann bewirken, dass sich der niederohmige Schalter öffnet. Bei einigen Ausbildungen schließt der niederohmige Schalter einen n-leitenden doppelt diffundierten Metalloxid-Halbleiter(NDMOS)transistor ein.
In einem noch anderen allgemeinen Aspekt kann eine Vorrichtung ein IGBT-Bauelement (engl. insulated-gate bipolar transistor, dt. Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) einschließen, und eine Gate-Treiberschaltung, die mit einem Gate-Anschluss des IGBT-Bauelements gekoppelt ist und dazu ausgelegt ist, ein Zündspulenausgabesignal hervorzurufen, das einen Funken in einem Motor in Reaktion auf ein Funkensteuersignal von einem Motorsteuermodul auslöst. Die Vorrichtung kann eine Rückkopplungsschaltung einschließen, die dazu ausgelegt ist, ein Versagen des IGBT-Bauelements zu identifizieren und ein Abschaltsignal hervorzurufen. Die Vorrichtung kann eine IGBT-Abschaltkomponente einschließen, die dazu ausgelegt ist, das IGBT-Bauelement in Reaktion auf das Abschaltsignal abzuschalten.
Bei einigen Ausbildungen ist die IGBT-Abschaltkomponente dazu ausgelegt, einen Gate-Anschluss des IGBT mit elektrischer Erde zu koppeln. Bei einigen Ausbildungen ist die IGBT-Abschaltkomponente dazu ausgelegt, einen Strompfad zwischen einem Emitteranschluss und der elektrischen Erde zu öffnen.
Die hier beschriebenen verschiedenen Vorrichtungen und Techniken können unter Verwendung verschiedener Halbleiter-Verarbeitungs- und/oder Packungstechniken angewandt werden. Einige Ausführungsformen können unter Verwendung verschiedener Arten von Halbleiter-Verarbeitungstechniken ausgebildet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, zum Beispiel Silicium (Si), Galliumarsenid (GAAs), Galliumnitrid (GaN), Siliciumcarbid (SiC) und so weiter.
Ausbildungen der verschiedenen hier beschriebenen Techniken können in digitalen elektronischen Schaltkreisen, oder in Computer-Hardware, -Firmware, -Software oder in Kombinationen derselben ausgebildet werden. Ausbildungen können als Computerprogrammprodukt ausgebildet werden, z. B. als Computerprogramm, das konkret in einem Informationsträger enthalten ist, z. B. in einer maschinenlesbaren Speichervorrichtung, zur Ausführung durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung, oder um den Betrieb einer Datenverarbeitungsvorrichtung, z. B. eines programmieren Prozessors, eines Computer oder einer Mehrzahl von Computer zu steuern. Ein Computerprogramm wie das/die oben beschriebene(n) Computerprogramm(e) kann in einer beliebigen Form von Programmiersprachen geschrieben sein, einschließlich Compiliersprachen oder interpretierten Sprachen, und kann in beliebiger Form eingesetzt werden, einschließlich als Einzelprogramm oder als Modul, Komponente, Unterprogramm, oder andere Einheit, die zur Verwendung in einer Computerumgebung geeignet ist. Ein Computerprogramm kann dazu eingesetzt werden, auf einem Computer ausgeführt zu werden, oder auf mehreren Computern, die an einem Ort oder über mehrere Orte verteilt und durch ein Kommunikationsnetz miteinander verbunden sind.
Verfahrensschritte können von einem oder mehreren programmierbaren Prozessoren durchgeführt werden, die ein Computerprogramm ausführen, um Funktionen durch Arbeiten auf Eingabedaten hin auszuführen und Ausgaben zu erzeugen. Verfahrensschritte können auch ausgeführt werden von, und eine Vorrichtung ausgebildet werden als logische(n) Schaltkreise(n) mit speziellem Zweck, z. B. ein(em) FPGA (engl. field programmable gate array, dt. vom Anwender programmierbare logische Anordnung) oder einer ASIC (engl. application specific integrated circuit, dt. anwendungsspezifische integrierte Schaltung).
Während bestimmte Merkmale der beschriebenen Ausbildungen dargestellt wurden wie hier beschrieben, werden dem Fachmann nun viele Modifikationen, Substitutionen, Änderungen und Äquivalente in den Sinn kommen. Es versteht sich daher, dass die beigefügten Ansprüche sämtliche derartigen Modifikationen und Änderungen abdecken sollen, die in den Umfang der Ausführungsformen fallen. Es versteht sich, dass sie nur als Beispiel präsentiert worden sind, nicht als Einschränkung, und dass verschiedene Änderungen der Form und Details vorgenommen werden können. Alle Teile der hier beschriebenen Vorrichtungen und/oder Verfahren können in beliebiger Kombination miteinander kombiniert werden, ausgenommen Kombinationen, die sich gegenseitig ausschließen. Die hier beschriebenen Ausführungsformen können verschiedene Kombinationen und/oder Unterkombinationen der Funktionen, Komponenten und/oder Merkmale der verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen einschließen.

Claims

Vorrichtung, umfassend: ein IGBT-Bauelement (engl. insulated-gate bipolar transistor, dt. Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode); eine mit einem Gate-Anschluss des IGBT-Bauelements gekoppelte Gate-Treiberschaltung; ein zwischen einen Emitteranschluss des IGBT-Bauelements und einen elektrischen Erdanschluss gekoppeltes niederohmiges Schalterbauelement, wobei das niederohmige Schalterbauelement über einen Widerstand mit dem elektrischen Erdanschluss gekoppelt ist; eine mit der Gate-Treiberschaltung gekoppelte Stromerfassungsschaltung; eine mit der Stromerfassungsschaltung und einem Stromerfassungsknoten gekoppelte Stromerfassungssignalleitung, wobei der Stromerfassungsknoten zwischen dem niederohmigen Schalterbauelement und dem Widerstand angeordnet ist; und eine Steuerschaltung, die dazu ausgelegt ist, wenn die Gate-Treiberschaltung ausgeschaltet ist: basierend auf einer Spannung an dem Stromerfassungsknoten zu erkennen, wenn ein Strom durch den Widerstand oberhalb eines Schwellenwerts liegt; und das IGBT-Bauelement in Reaktion darauf, dass der Strom durch den Widerstand oberhalb des Schwellenwerts liegt abzuschalten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Schwellenwert ein erster Schwellenwert ist, wobei die Stromerfassungsschaltung weiterhin dazu ausgelegt ist, wenn der Treiber eingeschaltet ist: basierend auf der Spannung an dem Stromerfassungsknoten zu erkennen, wenn der Strom durch den Widerstand oberhalb eines zweiten Schwellenwerts liegt; und das IGBT-Bauelement in Reaktion darauf, dass der Strom durch den Widerstand über dem zweiten Schwellenwert liegt abzuschalten.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Abschalten des IGBT-Bauelements einschließt, ein Abschaltsignal zu latchen, wobei das Abschaltsignal bewirkt, dass der Gate-Anschluss des IGBT-Bauelements an den elektrischen Erdanschluss gekoppelt wird und/oder bewirkt, dass ein Eingabesignal der Gate-Treiberschaltung an den elektrischen Erdanschluss gekoppelt wird und/oder bewirkt, dass ein Ausgabesignal der Gate-Treiberschaltung an den elektrischen Erdanschluss gekoppelt wird und/oder bewirkt, dass die Gate-Treiberschaltung von dem Gate-Anschluss des IGBT-Bauelements entkoppelt wird und/oder bewirkt, dass sich der niederohmige Schalter öffnet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Widerstand einen Bonddraht umfasst, und/oder wobei der Widerstand einen Präzisionswiderstand umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der niederohmige Schalter ein Metalloxid-Halbleiter(MOS)transistor ist.
Vorrichtung, umfassend: ein IGBT-Bauelement (engl. insulated-gate bipolar transistor, dt. Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode); eine mit einem Gate-Anschluss des IGBT-Bauelements gekoppelte Gate-Treiberschaltung; ein niederohmiges Schalterbauelement mit einem ersten, mit einem Emitteranschluss des IGBT-Bauelements gekoppelten Anschluss und einem zweiten, mit einem elektrischen Erdanschluss gekoppelten Anschluss; eine mit dem Emitteranschluss des IGBTs und dem ersten Anschluss des niederohmigen Schalterbauelements gekoppelte Leckstromerkennungsschaltung, wobei die Leckstromerkennungsschaltung dazu ausgelegt ist, wenn der IGBT ausgeschaltet ist und das niederohmige Schalterbauelement offen ist: einen ersten Leckstrom in dem IGBT zu erkennen; und einen zweiten Leckstrom in dem niederohmigen Schalter zu erkennen; und eine Steuerschaltung, die dazu ausgelegt ist, wenn der erste Leckstrom oberhalb eines ersten Schwellenwerts liegt oder wenn der zweite Leckstrom oberhalb eines zweiten Schwellenwerts liegt, von dem IGBT-Bauelement und dem niederohmigen Schalter wenigstens eines/einen abzuschalten.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Abschalten des IGBT-Bauelements ein Latchen eines Abschaltsignals einschließt, wobei das Abschaltsignal bewirkt, dass der Gate-Anschluss des IGBT-Bauelements an den elektrischen Erdanschluss gekoppelt wird und/oder bewirkt, dass ein Eingabesignal der Gate-Treiberschaltung an den elektrischen Erdanschluss gekoppelt wird und/oder bewirkt, dass ein Ausgabesignal der Gate-Treiberschaltung an den elektrischen Erdanschluss gekoppelt wird und/oder bewirkt, dass die Gate-Treiberschaltung von dem Gate-Anschluss des IGBT-Bauelements entkoppelt wird und/oder bewirkt, dass sich der niederohmige Schalter öffnet.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei der niederohmige Schalter einen n-leitenden doppelt diffundierten Metalloxid-Halbleiter(NDMOS)transistor einschließt.
Vorrichtung, umfassend: ein IGBT-Bauelement (engl. insulated-gate bipolar transistor, dt. Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode); eine Gate-Treiberschaltung, die mit einem Gate-Anschluss des IGBT-Bauelements gekoppelt ist und dazu ausgelegt ist, ein Zündspulenausgabesignal hervorzurufen, das einen Funken in einem Motor in Reaktion auf ein Funkensteuersignal von einem Motorsteuermodul auslöst; eine Rückkopplungsschaltung, die dazu ausgelegt ist, ein Versagen des IGBT-Bauelements zu identifizieren und ein Abschaltsignal hervorzurufen; und eine IGBT-Abschaltkomponente, die dazu ausgelegt ist, das IGBT-Bauelement in Reaktion auf das Abschaltsignal abzuschalten.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die IGBT-Abschaltkomponente dazu ausgelegt ist, einen Gate-Anschluss des IGBT mit der elektrischen Erde zu koppeln, und/oder wobei die IGBT-Abschaltkomponente dazu ausgelegt ist, einen Strompfad zwischen einem Emitteranschluss des IGBTs und der elektrischen Erde zu öffnen.