DE102017106181A1

DE102017106181A1 - Störungstest für Transistorbrücke

Info

Publication number: DE102017106181A1
Application number: DE102017106181.9A
Authority: DE
Inventors: Alexander Heinz; Matthias Bogus
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2016-03-22
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2017-09-28
Also published as: US20170276715A1; CN107219450A; US20200348366A1; US11686781B2; US10746806B2; CN107219450B

Abstract

Hier wird eine Treiberschaltungsanordnung für Ansteuern einer Transistorbrücke beschrieben, welche zumindest eine erste Halbbrücke aufweist, welche aus einem Low-Side-Transistor und einem High-Side-Transistor aufgebaut ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Beschreibung umfasst die Schaltungsanordnung eine Stromquelle und eine Detektorschaltung. Die Stromquelle ist im Betrieb mit dem High-Side-Transistor der ersten Halbbrücke gekoppelt und dazu ausgebildet, der ersten Halbbrücke einen Teststrom zuzuführen. Die Detektorschaltung ist dazu ausgebildet, ein Spannungsmesssignal, welches die Spannung über dem High-Side-Transistor der ersten Halbbrücke repräsentiert, mit zumindest einem ersten Schwellenwert zu vergleichen, um abhängig von dem Ergebnis dieses Vergleichs zu detektieren, ob in der ersten Halbbrücke ein Kurzschluss vorhanden ist.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Treiberschaltungen für Transistorbrücken, insbesondere eine Treiberschaltung mit einer Kurzschluss- und/oder Leerlauf- (open load) Detektion.
Transistorbrücken werden im Allgemeinen zum Ansteuern elektrischer Lasten (inklusive elektromechanischer Laster wie z.B. Elektromotoren) verwendet. Eine einfache Transistorbrücke ist eine Halbbrücke, welche zur Ansteuerung verschiedener Typen von massebezogenen (single-ended) Lasten verwendet werden kann. Sogenannte H-Brücken werden üblicherweise zur Ansteuerung von Lasten wie z.B. Schrittmotoren verwendet. Sogenannte Dreiphasen-Transistor-Halbbrücken können zur Ansteuerung eines 3-Phasen-Elektromotors (z.B. einen bürstenlosen DC-Motor, BLDC-Motor) verwendet werden. Derartige Dreiphasen-Transistor-Halbbrücken werden häufig als Dreiphasenbrücken oder Dreiphasen-Inverter bezeichnet und sind im Wesentlichen aus drei Transistor-Halbbrücken aufgebaut. Transistorbrücken sind Leistungselektronikbauelemente, welche üblicherweise mittels einer Brückentreiberschaltung angesteuert werden. Eine Brückentreiberschaltung umfasst Schaltkreise, die dazu ausgebildet sind, die Transistoren der Transistorbrücke in definierter Weise ein- und auszuschalten. Beispielsweise kann der Brückentreiber dazu ausgebildet sein, die Transistoren einer Dreiphasen-Brücke ein- und auszuschalten, um eine elektronischer Kommutierung eines BLDC-Motors zu implementieren.
In vielen Anwendungen und insbesondere bei der Ansteuerung von Elektromotoren ist es oft wünschenswert, fehlerhafte Lasten zu erkennen. Daher beinhalten viele Brückentreiberschaltungen Schaltkreise zum Detektieren von durch Kurzschlüsse verursachten Überströmen (over-currents). In diesem Fall muss die Transisorbrücke aktiviert werden, sodass ein Überstrom durch die kurzgeschlossene Last fließen kann, bevor der Überstrom (und folglich der Kurzschluss) detektiert und ein Schutzmechanismus (Überstrom-Abschaltung) ausgelöst werdend kann. Ein solcher Schutzmechanismus kann jedoch in manchen Anwendungen zu langsam sein, und Stromspitzen können dennoch das System (insbesondere die Transistorbrücke) beschädigen. Auch wenn eine potentielle Beschädigung kein Thema ist, kann es dennoch wünschenswert sein, Informationen über den Zustand der Last zu haben, bevor die Transistorbrücke eingeschaltet wird. Es ist folglich eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum Testen einer Transistorbrücke zur Verfügung zu stellen, welche die gewünschte Information bereitstellen können. Diese Aufgabe wird durch die Schaltungsanordnung gemäß Ansprüche und die Verfahren gemäß den Ansprüchen 9, 15 oder 18 gelöst. Verschiedene Ausführungsbeispiele und Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Hier wird eine Treiberschaltungsanordnung für Ansteuern einer Transistorbrücke beschrieben, welche zumindest eine erste Halbbrücke aufweist, welche aus einem Low-Side-Transistor und einem High-Side-Transistor aufgebaut ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Beschreibung umfasst die Schaltungsanordnung eine Stromquelle und eine Detektorschaltung. Die Stromquelle ist im Betrieb mit dem High-Side-Transistor der ersten Halbbrücke gekoppelt und dazu ausgebildet, der ersten Halbbrücke einen Teststrom zuzuführen. Die Detektorschaltung ist dazu ausgebildet, ein Spannungsmesssignal (voltage sense signal), welches die Spannung über dem High-Side-Transistor der ersten Halbbrücke repräsentiert, mit zumindest einem ersten Schwellenwert zu vergleichen, um abhängig von dem Ergebnis dieses Vergleichs zu detektieren, ob in der ersten Halbbrücke ein Kurzschluss vorhanden ist.
Des Weiteren wird ein Verfahren zum Testen einer Transistorbrücke beschrieben, welche zumindest eine erste Halbbrücke aufweist, welche aus einem Low-Side-Transistor und einem High-Side-Transistor aufgebaut ist. Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Beschreibung umfasst das Verfahren das Zuführen eines Teststroms an einen Ausgangsknoten der ersten Halbbrücke und das Detektieren, ob in der ersten Halbbrücke ein Kurzschluss vorhanden ist, indem ein Spannungsmesssignal, welches die Spannung über dem High-Side-Transistor der ersten Halbbrücke repräsentiert, mit zumindest einem ersten Schwellenwert verglichen wird.
Die Erfindung lässt sich unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und Abbildungen besser verstehen. Die in den Figuren dargestellten Komponenten sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, vielmehr wird Wert darauf gelegt, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern. Des Weiteren bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen korrespondierende Teile. Zu den Abbildungen:
1 illustriert eine Dreiphasen-Brücke zum Ansteuern eines Elektromotors und einen Treiber-IC, der zur Ansteuerung der Dreiphasen-Brücke verwendet wird.
2 illustriert eine Transistor-Halbbrücke und einen Teil des Treiber-ICs, der eine Kurzschlussdetektion gemäß einem Ausführungsbeispiel implementiert.
3a–c illustrieren das Ersatzschaltbild zu 2 für einen Fall, in dem alle Transistoren ausgeschaltet sind und (a) kein Kurzschluss vorhanden ist, (b) ein Kurzschluss im High-Side-Transistor vorhanden ist und (c) ein Kurzschluss im Low-Side-Transistor vorhanden ist.
4 illustriert eine Transistor-Halbbrücke und einen Teil des Treiber-ICs, der eine Kurzschlussdetektion gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel implementiert.
5 illustriert eine Transistor-Halbbrücke und einen Teil des Treiber-ICs, der eine Kurzschlussdetektion gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel implementiert, in dem der Treiber-IC über einen digitalen Bus mit einem Controller gekoppelt ist.
6 ist ein Flussdiagramm zur Illustration eines Beispiels eines Verfahrens zur Detektion von Kurzschlüssen, welches durch die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele implementiert wird.
7 ist ein Flussdiagramm zur Illustration eines Beispiels eines Verfahrens zur Detektion, ob die Schalter einer Halbbrücke individuell ein- und ausgeschaltet werden können.
7 ist ein Flussdiagramm zur Illustration eines Beispiels eines Verfahrens zur Detektion eines Leerlaufs (open load) für H-Brücken oder Dreiphasen-Transistorbrücken.
1 illustriert eine 3-Phasen-Transistorbrücke, welche zum Ansteuern einer elektrischen Last wie z.B. eines bürstenlosen DC-(BLDC-)Motors verwendet werden kann. Jedoch gibt es verschiedene andere Anwendungen, in denen andere Typen von Lasten mittels einer Transistorbrücke angesteuert werden. Des Weiteren können abhängig von der tatsächlichen Anwendung auch weniger oder mehr als drei Phasen vorgesehen sein. Die Dreiphasen-Transistorbrücke, welche in 1 dargestellt ist, wird auch als 3-Phasen-Inverter bezeichnet und ist aus drei Halbbrücken HB1, HB2, HB3 aufgebaut, von denen jede zwischen ein oberes Versorgungspotential VDH und ein unteres Versorgungspotential VSL, welches Massepotential GND sein kann, gekoppelt ist. Jede der drei Halbbrücken ist aus einem High-Side-Transistor und einem Low-Side-Transistor aufgebaut (High-Side-Transistoren HS1, HS2 und HS3 bzw. Low-Side-Transistoren LS1, LS2 und LS3 für die Halbbrücken HB1, HB2 bzw. HB3). In jeder Halbbrücke HB1, HB2 und HB3 wird der gemeinsame Schaltungsknoten von High-Side-Transistor und Low-Side-Transistor als Halbbrücken-Ausgang oder Phasenknoten bezeichnet. Im vorliegenden Beispiel werden für die Halbbrücken HB1, HB2 und HB3 die Halbbrückenausgangsknoten mit P1, P2 bzw. P3 bezeichnet. Die drei Ausgangsknoten P1, P2 und P3 können mit der Last verbunden sein, beispielsweise den Statorspulen eines BLDC-Motors Die Ausgangsspannungen an den Ausgangsknoten werden mit V₁, V₂ bzw. V₃ bezeichnet.
In der vorliegenden Anwendung sind die Transistoren, aus denen die Halbbrücken HB1, HB2, HB3 aufgebaut sind, Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs). Jedoch sind auch andere Transistortypen verwendbar wie beispielsweise Insulated-Gate-Bipolartransistoren (IGBTs), Bipolartransistoren (bipolar junction transistors, BJTs), etc. Im vorliegenden Beispiel wird eine integrierte Treiberschaltung (Treiber-IC 10) verwendet, um den Betrieb der Transistorbrücke zu steuern. Zu diesem Zweck ist der Treiber-IC dazu ausgebildet, Treibersignale (z.B. Treiberspannung) VGH_X (X = {1, 2, 3}) für die High-Side-Transistoren HS1, HS2 und HS3 sowie VGL_X (X = {1, 2, 3}) für die Low-Side-Transistoren LS1, LS2 und LS3 zu generieren, um die Transistoren ein- und auszuschalten. Die Treibersignale VGH_X und VGL_X werden den jeweiligen Steuerelektroden der Transistoren zugeführt, d.h. im Fall von MOSFETs oder IGBTs den Gate-Elektroden. Üblicherweise sind Gate-Widerstände (nicht dargestellt) zwischen den Treiber-IC 10 und die Steuerelektroden der Transistoren gekoppelt. Jedoch können statt den Gate-Widerständen auch komplexere Schaltkreise verwendet werden.
Im Falle von n-Kanal MOSFETs sind die Source-Elektroden der High-Side-Transistoren HS1, HS2 und HS3 an den Ausgangsknoten P1, P2 bzw. P3 mit den Drain-Elektroden der Low-Side-Transistoren LS1, LS2 bzw. LS3 verbunden. Bei der Verwendung von MOSFETs ist jedem Transistor eine intrinsische Diode parallel geschaltet (lediglich als Rückwärtsdiode D_HS3 für Transistor HS3 dargestellt). Separate Rückwärtsdioden (reverse diodes) können bei Verwendung von IGBTs oder anderen Transistortypen verwendet werden. Die Source-Potentiale an den High-Side-Transistoren HS1, HS2 und HS3 (das auch das Drain-Potential der Low-Side-Transistoren ist) ist mit VSH_X (x = {1, 2, 3}) bezeichnet, das gemeinsame Drain-Potential der High-Side-Transistoren HS1, HS2 und HS3 ist mit VDH bezeichnet, und das gemeinsame Source-Potential der Low-Side-Transistoren LS1, LS2 und LS3 ist mit VSL bezeichnet. Üblicherweise sind die Low-Side-Source-Elektroden mit einem unteren Versorgungspotential (z.B. Masse, VSL = 0V) gekoppelt, wohingegen die High-Side-Drain-Elektroden mit einem oberen Versorgungspotential V_DD (VDH = V_DD) gekoppelt sind. Die Ausgangsknoten P1, P2 und P3 sind ebenfalls mit dem Treiber-IC 10 verbunden, um die Messung der Drain-Source-Spannungen VDH – VSH_X an den High-Side-Transistoren HS1, HS3 bzw. HS3 zu ermöglichen. Wie eine derartige Spannungsmessung verwendet werden kann, um eine Kurzschlussdetektion zu implementieren ohne die Notwendigkeit, einen der Transistoren einzuschalten, wird weiter unten erläutert. 1 beinhaltet des Weiteren eine optionale Phasentrennschaltung (phase disconnector cictuit) APC, die dazu ausgebildet ist, die Last von der Transistorbrücke zu trennen. Im Falle einer Dreiphasen-Transistorbrücke kann die Phasentrennschaltung APC drei elektronische Schalter (z.B. einen MOSFET) aufweisen, von denen ein jeder zwischen einen der Phasenknoten P1, P2, P3 und die Last M gekoppelt ist. Die Phasentrennschaltung kann durch ein Steuersignal PC gesteuert werden. Wenn die Phasentrennschaltung aktiviert ist, wird die Last M (z.B. der Elektromotor) aktiv von der Transistorbrücke getrennt.
2 illustriert eine Transistor-Halbbrücke (z.B. Halbbrücke HB1 des in 1 gezeigten 3-Phasen-Inverters) und einen Teil des Treiber-ICs 10, der eine Kurzschlussdetektion gemäß einem Ausführungsbeispiel implementiert. Das hier beschriebene Konzept kann auf eine einzelne Halbbrücke (wenn nur ein Ausgang zum Ansteuern der Last benötigt wird) oder auf jede Halbbrücke einer H-Brücke oder einer 3-Phasen-Brücke angewendet werden. Um die Darstellungen der Klarheit wegen einfach zu halten ist in den Ausführungsbeispielen aus den 2, 3 und 4 lediglich eine einzige Halbbrücke HB1 dargestellt. Das hier beschriebene Konzept kann jedoch leicht für zwei oder mehr Halbbrücken wie z.B. in einer H-Brücke oder einer Dreiphasen-Brücke verwendet werden. Zusätzlich zur 1 sind in 2 die erwähnten Rückwärtsdioden D_HS1 und D_LS1 sowie unvermeidliche parasitäre Kapazitäten C_HS1 und C_LS1 gezeigt. Um die Halbbrücke HB1 auf Kurzschlüsse zu testen, während die Transistoren HS₁ und HS₂ in einem nichtleitenden Zustand sind, wird dem Ausgangsknoten P1 der Halbbrücke ein Teststrom i_TEST zugeführt. Um den Teststrom i_TEST zur Verfügung zu stellen, weist der Treiber IC 10 eine Stromquelle Q auf, welche dazu ausgebildet ist, den Teststrom an einem Ausgangspin des Treiber-ICs, der mit dem Halbbrückenausgangsknoten P1 verbunden ist, zur Verfügung zu stellen. Der Effekt des Teststroms wird unten unter Bezugnahme auf 3 erläutert. Der Treiber-IC weist weiter eine Detektorschaltung 11 auf, welche dazu ausgebildet ist, einen Kurzschluss in der Halbbrücke basierend auf der Spannungsdifferenz VDH – VSH₁ zu detektieren, d.h. basierend auf der Spannung über dem High-Side-Transistor HS1, wobei „Spannung über dem Transistor“ die Spannung über dem Lastpfad des Transistors (d.h. Drain-Source-Pfad im Falle eines MOSFETs) bezeichnet. In dem vorliegenden Beispiel sind die Stromquelle Q und die Detektorschaltung 11 in dem Treiber-IC 10 integriert, der auch die Steuersignale generiert, die für die Ansteuerung der Gate-Elektroden der Transistoren HS1 und LS1, etc. verwendet werden. Es sei angemerkt, dass die Stromquelle Q und die Detektorschaltung 11 ohne Weiteres in einer separaten integrierten Schaltung oder – abhängig von der tatsächlichen Implementierung – jeder beliebigen anderen in dem Gesamtsystem enthaltenen integrierten Schaltung integriert sein können (z.B. einem Versorgungs-IC, einem Diagnose-IC, etc.). Des Weiteren können die Schaltkreise, welche die Detektorschaltung 11 und die Stromquelle Q repräsentieren auch über zwei oder mehr integrierte Schaltungen verteilt sein.
Wenn die Transistoren HS1 und LS1 der Halbbrücke ausgeschaltet sind, beeinflusst der Teststrom i_TEST das Potential des Ausgangsknotens P1, was dem Source-Potential VSH₁ des High-Side-Transistors HS1 entspricht. Der Effekt des Teststroms i_TEST auf das Source-Potential VSH₁ und folglich auf die Drain-Source-Spannung ΔV = VDH – VSH₁ ist in dem Ersatzschaltbild aus 3 dargestellt, in dem die Transistoren HS1 und LS1 weggelassen wurde, da sie nicht leitend sind und folglich keine Auswirkung haben. In dem in 3a dargestellten Fall ist in der Halbbrücke kein Kurzschluss vorhanden. Daher fließt der Teststrom i_TEST durch die Rückwärtsdiode D_HS1 des High-Side-Transistors, wohingegen die Rückwärtsdiode D_LS1 des Low-Side-Transistors LS1 sperrend ist. Der Teststrom i_TEST bewirkt folglich ein Ansteigen des Potentials VSH₁ (High-Side-Source-Potential) an dem Halbbrücken-Ausgangsknoten P1 über die Versorgungsspannung VDH hinaus (wodurch die parasitären Kondensatoren C_HS1 und C_LS1 geladen werden, siehe 2), bis die Drain-Source-Spannung VDH – VSH₁ die negative Flussspannung (forward voltage) V_F der Diode DHS₁ erreicht, die ungefähr 0,7 Volt beträgt. Wie man in 3a sehen kann, kann die Abwesenheit eines Kurzschlusses detektiert werden, indem geprüft wird, ob und wie weit das Halbbrücken-Ausgangspotential VSH₁ über das Versorgungspotential VDH (gleich V_DD) hinaus ansteigt. In einer fehlerfreien Halbbrücke steigt das Halbbrücken-Ausgangspotential VSH₁ auf ungefähr VDH + 0,7V an, was gleichbedeutend ist mit einem Sinken der High-Side-Drain-Source-Spannung VDH – VSH₁ auf ungefähr –0,7V (d.h. –V_F).
3b illustriert den Fall, in dem der High-Side-Transistor HS1 und folglich auch die Rückwärtsdiode D_HS1 kurzgeschlossen sind (Kurzschluss SC_HS1), beispielsweise aufgrund einer Fehlfunktion der mit der Halbbrücke verbundenen Last. In diesem Fall ist das Potential VSH₁ am Halbbrücken-Ausgangsknoten P1 ungefähr gleich dem oberen Versorgungspotential V_DH (High-Side-Drain-Potential), wohingegen die Rückwärtsdiode D_LS1 des Low-Side-Transistors wiederum sperrend ist. Aufgrund des Kurzschlusses SC_HS1 kann das Potential VSH₁ nicht signifikant über das Versorgungspotential VDH ansteigen und die Drain-Source-Spannung VDH – VSH₁ ist ungefähr null (VDH – VSH₁ ≈ 0V).
3c illustriert den Fall, in dem der Low-Side-Transistor LS1 und folglich auch die Rückwärtsdiode D_LS1 kurzgeschlossen sind (Kurzschluss SC_LS1). In diesem Fall ist das Potential VSH₁ am Halbbrücken-Ausgangsknoten P1 ungefähr gleich dem unteren Versorgungspotential VSL (Low-Side-Source-Potential, z.B. Massepotential), was dazu führt, dass die Diode D_HS1 des High-Side-Transistors HS1 in Sperrrichtung vorgespannt ist. Aufgrund des Kurzschlusses SC_LS1 fällt das Potential VSH₁ ungefähr auf das Low-Side-Source-Potential VSL, und die Drain-Source-Spannung VDH – VSH₁ seigt auf signifikant positive Werte (VDH – VSH₁ > 0V).
4 illustriert ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei die Detektorschaltung 11 im Verglich zu 2 detaillierter gezeigt ist. Ähnlich wie in den vorherigen Beispielen zeigt 4 eine Stromquelle Q, die einen Teststrom i_TEST generiert, welcher dem Ausgangsknoten P1 der Halbbrücke zugeführt ist, um die Halbbrücke HB1 auf Kurzschlüsse zu testen, während die Transistoren HS1 und LS1 in einem nichtleitenden (ausgeschalteten) Zustand sind. Der Teststrom i_TEST wird an einem mit dem Halbbrückenausgangsknoten P1 verbundenen Ausgangspin des Treiber-ICs 10 zur Verfügung gestellt. Der Treiber IC 10 beinhaltet weiter eine Detektorschaltung 11, welche im vorliegenden Beispiel eine Komparatorschaltung ist (in 4 mit COMP beschriftet). Demnach wird die Detektorschaltung 11 mit dem Spannungsabfall über dem High-Side-Transistor HS1 versorgt und ist dazu ausgebildet, einen Kurzschluss in der Halbbrücke basierend auf diesem Spannungsabfall (d.h. die Spannungsdifferenz VDH – VSH₁) zu detektieren.
Zur Detektion von Kurzschlüssen ist die Komparatorschaltung COMP dazu ausgebildet, den Spannungsabfall VDH – VSH₁ über dem High-Side-Transistor HS1 mit zwei Schwellenwerten TH1 und TH2 zu vergleichen, um die drei oben unter Bezugnahme auf die 3a–c diskutierten Fälle zu unterscheiden. Demnach kann der erste Schwellenwert ungefähr gleich gewählt werden wie (oder geringfügig höher als) die negative Flussspannung –V_F der Rückwärtsdiode D_HS1 des High-Side-Transistors HS1. Das heißt, TH1 kann auf ungefähr –0,7 V oder –0,6 V gesetzt werden. Der zweite Schwellenwert TH2 kann auf ungefähr 0 Volt oder geringfügig höhere Werte gesetzt werden, z.B. TH2 = 0V oder TH2 = 0,1V. Die Komparatorschaltung COMP vergleicht den Spannungsabfall VDH – VSH₁ mit dem ersten Schwellenwert TH1. Wenn die Ungleichung (VDH – VSH₁) ≤ TH1 erfüllt (true) ist, dann übersteigt das Source-Potential VSH₁ des High-Side-Transistors HS1 das korrespondierende Drain-Potential VDH um zumindest die Flussspannung V_F der Rückwärtsdiode (falls TH1 = –V_F). Dieser Fall entspricht dem in 3a gezeigten Fall und zeigt an, dass kein Kurzschluss vorhanden ist. Wenn die Ungleichung (VDH – VSH₁) ≤ TH1 nicht erfüllt (false) ist und der Spannungsabfall VDH – VSH₁ kleiner ist als der zweite Schwellenwert TH2 ist (VDH – VSH₁ < TH2, was anzeigt, dass der Spannungsabfall nahe Null jedoch nicht unterhalb –V_F ist), zeigt die Komparatorschaltung COMP einen Kurzschluss des High-Side-Transistors HS1 an, was dem unter Bezugnahme auf 3b diskutierten Fall entspricht. Wenn auch die Ungleichung VDH – VSH₁ < TH2 nicht erfüllt (false) ist, dann zieht etwas das Source-Potential des High-Side-Transistors HS1 hin zum unteren Versorgungspotential (z.B. Massepotential), was dem unter Bezugnahme auf 3c diskutierten Fall entspricht. Demnach kann der Komparator einen Kurzschluss des Low-Side-Transistors LS1 signalisieren. Das Ergebnis der Auswertung der oben erwähnten Ungleichungen kann durch ein beliebiges geeignetes Komparatorausgangssignal SC signalisiert werden. Der in der Detektorschaltung 11 verwendete Komparator kann auf beliebige konventionelle Weise implementiert werden. Beispielsweise kann der Komparator ein Analogkomparator sein, der dazu ausgebildet ist, analoge Signale zu vergleichen. Er kann jedoch auch digital implementiert werden, wobei mindestens ein Analog-Digital-Wandler und eine digitale Auswertung der digitalisierten Signale verwendet werden.
Die Detektorschaltung ist nicht notwendigerweise nur in dem Treiber-IC 10 implementiert. In dem Beispiel aus 5 ist ein Teil der oben erläuterten Funktion der Detektorschaltung an eine externe Controller-Einheit 20 „ausgelagert“, welche mit dem Treiber-IC 10 über beispielsweise einen Kommunikationsbus (siehe in 5 mit BUS beschriftete Busleitungen) kommunizieren kann. In dem Beispiel aus 5 ist die externe Controller-Einheit 20 eine mit MCU beschriftete Mikrocontrollereinheit. Der Treiber-IC beinhaltet des Weiteren ein Bus-Interface, um die Kommunikation mit der MCU 20 zu ermöglichen. Ein beliebiger bekannter Busstandard kann für den Betrieb des Kommunikationsbusses verwendet werden. Im vorliegenden Beispiel wird der standardisierte SPI-(Serial Peripheral Interface)Bus verwendet. Jedoch können stattdessen auch andere Bussstandards wir z.B. I2C (inter-integrated circuit) verwendet werden. In dem Beispiel aus 5 beinhaltet die Detektorschaltung 11‘ ein SPI-Bus-Interface und einen Analog-Digital-Wandler ADC, der dazu ausgebildet ist, den Spannungsabfall VDH – VSH₁ über dem High-Side-Transistor HS1 zu digitalisieren und ein zugehöriges Digitalsignal ΔV (digitales Spannungsmesssignal) bereitzustellen, das den erwähnten Spannungsabfall VDH – VSH1 repräsentiert. Das digitale Spannungsmesssignal ΔV wird über den Kommunikationsbus BUS an die MCU 20 übertragen, und die MCU 20 übernimmt die Vergleichsfunktion der Komparatorschaltung in dem vorherigen Beispiel aus 4. In diesem Fall können die Schwellenwerte TH1 und TH2 in der MCU 20 als digitale Werte gespeichert werden und die Vergleichsfunktion kann unter Verwendung geeigneter Software-Instruktionen digital implementiert werden. Zusätzlich oder alternativ zu der erwähnten Vergleichsfunktion (d.h. Auswerten der Ungleichungen VDH – VSH₁ < TH1 und VDH – VSH₁ < TH2) kann die MCU 20 komplexere Auswertealgorithmen verwenden, um Kurzschlüsse in der Halbbrücke HB1 basierend auf der Spannungsdifferenz VDH – VSH₁ über dem High-Side-Transistor HS1 zu detektieren. Im Allgemeinen kann die Detektorschaltung (teilweise in dem Treiber-IC 10 (Schaltung 11‘) und teilweise in der MCU20 implementiert) eine Funktion f(ΔV) auswerten, welche abhängig vom Spannungsabfall ΔV drei verschiedene Werte annehmen kann, wobei ein erster Wert (z.B. 0) anzeigt, dass kein Kurzschluss vorhanden ist, ein zweiter Wert (z.B. –1) anzeigt, dass der High-Side-Transistor kurzgeschlossen ist, und ein dritter Wert (z.B. 2) anzeigt, dass der Low-Side-Transistor kurzgeschlossen ist.
Das Flussdiagramm aus 6 fasst die in der Detektorschaltung 11 (zumindest teilweise in dem Treiber-IC 10 integriert) und der Stromquelle Q implementierte Funktion zusammen. Demnach wird die Stromquelle Q eingeschalten und speist einen Teststrom i_TEST in den Ausgangsknoten einer Transistor-Halbbrücke ein (Schritt 51, siehe auch 5, Ausgangsknoten P1). Danach wird die Spannungsdifferenz VDH – VSH₁ gemessen (Schritt 52). Eine solche Messung kann entweder durch Abgreifen (sensing) der Spannungsdifferenz VDH – VSH₁ und Zuführen der abgegriffenen Spannung an eine Komparatorschaltung erreicht werden oder durch Abgreifen der Spannungsdifferenz VDH – VSH₁ und Digitalisieren der abgegriffenen Spannung, um ein Digitalsignal zur Verfügung zu stellen (siehe Analog-Digital-Wandler ADC in 5). Die gemessene Spannung ΔV = VDH – VSH₁ wird dazu verwendet, um – entweder im Analogbereich (4) oder im Digitalbereich (5) – auszuwerten, ob die die gemessene Spannung ΔV eine erste Bedingung erfüllt, welche im vorliegenden Beispiel die Ungleichung ΔV ≤ TH1 ist (Schritt 53), wobei wie oben unter Bezugnahme auf 4 diskutiert TH1 ≈ –V_F gilt. Wenn die erste Bedingung erfüllt ist, dann wird eine fehlerfreie Halbbrücke (kein Kurzschluss vorhanden) detektiert (Schritt 54), und die Stromquelle Q wird ausgeschaltet (Schritt 58).
Wenn die erste Bedingung nicht erfüllt ist, wird getestet, ob die gemessene Spannung ΔV eine zweite Bedingung erfüllt, welche im vorliegenden Beispiel die Ungleichung ΔV ≤ TH2 ist (Schritt 55), wobei wie oben unter Bezugnahme auf 4 diskutiert TH2 ≈ 0,1V gilt. Im Wesentlichen wird getestet, ob die gemessene Spannung ungefähr null ist. Wenn die zweite Bedingung erfüllt ist, dann wird ein Kurzschluss an dem High-Side-Halbleiterschalter detektiert (Schritt 56). Wenn die zweite Bedingung nicht erfüllt ist, dann wird ein Kurzschluss an dem Low-Side-Schalter (Schritt 57) detektiert. In beiden Fällen wird die Stromquelle Q nach der Detektion abgeschaltet (Schritt 58). Die in dem Flussdiagramm aus 6 illustrierte Kurzschlussdetektion kann für jede Halbbrücke der Transistorbrücke wiederholt werden. Beispielsweise kann im Falle einer H-Brücke der Test gemäß 6 für beide Halbbrücken der H-Brücke gemacht werden. Im Falle einer Dreiphasenbrücke kann der Test gemäß 6 für alle drei Halbbrücken der Dreiphasenbrücke gemacht werden.
7 illustriert einen weiteren Test, der von einem der hier mit Bezugnahme auf 1 bis 5 beschriebenen Ausführungsbeispiele Gebrauch macht. Dieser Test ermöglicht eine einfache Detektion, ob beide Schalter einer bestimmten Halbbrücke (High-Side- und Low-Side-Schalter) aktiviert (eingeschaltet) werden und nachfolgend wieder deaktiviert (ausgeschaltet) werden können. Dieser Test ist für manche Anwendungen nützlich, da Transistoren nicht nur in Form von Kurzschlüssen versagen können. Andere Typen von Fehlern können unter anderem darin bestehen, dass der Schalter nicht eingeschaltet oder ein aktivierter Schalter nicht mehr ausgeschaltet werden kann. Der in dem Beispiel aus 7 dargestellte Test wird üblicherweise nach der oben erläuterten Kurzschlussdetektion gemacht.
Wenn die Stromquelle Q (siehe 2 bis 5) aus ist, wird diese eingeschaltet, um den Teststrom i_TEST zu aktivieren (Schritt 60). Wenn die Stromquelle Q bereits an ist, kann Schritt 60 weggelassen werden. Danach wird der High-Side-Schalter HS1 einer bestimmten Halbbrücke (z.B. Halbbrücke HB1) aktiviert (d.h. eingeschaltet), indem ein geeignetes Gate-Signal VGH₁ generiert wird (Schritt 61). Der Test, ob der High-Side-Schalter tatsächlich eingeschaltet ist, wird durch Messen des Spannungsabfalls ΔV über dem Laststrompfad des High-Side-Schalters HS1 bewerkstelligt (Schritt 62), d.h. der Drain-Source-Spannung VDH – VSH₁, und durch Vergleichen, ob der Spannungsabfall ΔV unter einem negativen Schwellenwert TH1 liegt (Schritt 63). Die Schritte 62 und 63 sind im Wesentlichen die gleichen wie die Schritte 52 und 53 der Kurzschlussdetektion (siehe 6), wobei der negative Schwellenwert auf der Flussspannung V_F der Rückwärtsdiode D_HS1 des High-Side-Schalters HS1 basiert. Wenn V_F ≈ 0,7 V, kann der Schwellenwert TH1 beispielsweise ungefähr –0,7 V oder geringfügig höher sein (z.B. TH1 = –0,6 oder TH1 = –0,5V), Wenn der High-Side-Schalter erfolgreich aktiviert wurde, liefert der Vergleichsschritt 63 das gleiche Ergebnis als wenn der High-Side-Schalter HS1 kurzgeschlossen wäre. Das heißt, das Source-Potential VSH₁ des High-Side-Schalters HS1 ist ungefähr das gleiche wie das Drain-Potential VDH des High-Side-Schalters HS1, und folglich ist die Differenz ΔV = VDH – VSH₁ ungefähr null. Folglich resultiert die Auswertung der Ungleichung (Schritt 63) ΔV ≤ TH1 in einem „nein“ (ΔV ist näher bei null als TH1), was anzeigt, dass der High-Side-Schalter HS1 erfolgreich eingeschaltet wurde (7, Box 64).
Auch wenn der High-Side-Schalter HS1 erfolgreich aktiviert wurde, kann es passieren, dass der Schalter versagt und nicht mehr deaktiviert (ausgeschaltet) werden kann. Um diese Art von Fehler zu testen, wird das Verfahren aus 7 bei Schritt 65 fortgesetzt, in dem der High-Side-Schalter HS1 durch Anlegen eines geeigneten Gate-Signals VGH₁ deaktiviert wird. Dann wird wieder der Spannungsabfall ΔV über dem Laststrompfad des High-Side-Schalters HS1 gemessen (Schritt 66) und mit dem Schwellenwert TH1 verglichen (Schritt 67). Wenn der High-Side-Schalter erfolgreich deaktiviert wurde, fließt der Teststrom durch die Rückwärtsdiode D_HS1 des High-Side-Schalters wie in 3a dargestellt. Als Resultat dessen steigt die Source-Spannung VSH₁ über die Drain-Spannung VDH hinaus an und die Differenz ΔV = VDH – VSH₁ fällt auf ungefähr –V_F (z.B. ungefähr –0,7V). Wenn daher die Auswertung der Ungleichung (Schritt 67) ΔV ≤ TH1 ein „ja“ als Ergebnis liefert, dann wurde der High-Side-Schalter HS1 erfolgreich deaktiviert (7, Box 68).
Wenn im Schritt 63 die Auswertung der Ungleichung ΔV ≤ TH1 ein „ja“ als Ergebnis liefert, wird ein Fehler angezeigt (7, Box 64‘), da der High-Side-Schalter nicht korrekt eingeschaltet hat und keinen niederohmigen Strompfad zwischen seiner Drain-Elektrode und seiner Source-Elektrode bereitstellt. Gleichermaßen wird, wenn in Schritt 67 die Auswertung der Ungleichung ΔV ≤ TH1 ein „nein“ als Ergebnis liefert, ein Fehler angezeigt (7, Box 68‘), da der High-Side-Schalter nicht korrekt ausgeschaltet hat und immer noch einen niederohmigen Strompfad zwischen seiner Drain-Elektrode und seiner Source-Elektrode bereitstellt, obwohl er aus sein sollte. Das Testverfahren gemäß 7 kann für jeden High-Side-Schalter HS1, HS2, HS3 und jeden Low-Side-Schalter LS1, LS2, LS3 einer jeden Halbbrücke HB1, HB2, HB3 wiederholt werden. Wenn statt eines High-Side-Schalters ein Low-Side-Schalter getestet wird, ist ΔV positiv und ungefähr gleich VDH – VSL. Da jedoch der Schwellenwert TH1 negativ ist, ändert dies nichts und das Verfahren kann ohne Modifikation zum Testen von High-Side-Schaltern und Low-Side-Schaltern verwendet werden.
Die hier unter Bezugnahme auf eine der die 1 bis 5 beschriebenen Ausführungsbeispiele erlauben einen weiteren Test, der in dem Flussdiagramm in 8 dargestellt ist. 8 illustriert ein exemplarisches Detektionsverfahren zur Detektion, ob die Last M (siehe 1) tatsächlich mit den Halbbrückenausgangsknoten P1, P2, P3 einer Dreiphasen-Transistorbrücke verbunden ist (d.h. zum Testen eines Leerlaufzustandes, open-circuit condition). Alternativ kann das Verfahren auch in einer H-Brücke angewendet werden, die lediglich aus zwei Halbbrücken aufgebaut ist. In 8 stehen die Parameter x und y für ein beliebiges Paar Halbbrücken, z.B. x = HB1 und y = HB2. Die Stromquelle Q wird also in Schritt 70 eingeschaltet, um einen Teststrom i_TEST in Halbbrücke x (z.B. Halbbrücke HB1) einzuspeisen. Danach wird in Schritt 71 der High-Side-Schalter in Halbbrücke y aktiviert (z.B. HS2 in Halbbrücke HB2). Als Ergebnis dessen ist die Spannungsdifferenz ΔV = VDH – VSH₂ in Halbbrücke y ungefähr null, und – wenn die Last zwischen die Ausgangsknoten (z.B. Knoten P1 und P2) der beiden Halbbrücken x, y geschaltet ist – wird die Spannungsdifferenz ΔV = VDH – VSH₁ in der anderen Halbbrücke x aufgrund des von der Last (z.B. Motor M in 1) bereitgestellten niederohmigen Strompfades ebenso null sein. Wenn also in der Halbbrücke x der Spannungsabfall ΔV gemessen (Schritt 72) und mit dem Schwellenwert TH1 wie in den vorherigen Verfahren aus 6 und 7 verglichen (Schritt 73) wird, kann ein Leerlauf detektiert werden (8, Box 74‘), wenn die Auswertung der Ungleichung ΔV ≤ TH1 ein „ja“ als Ergebnis liefert (d.h. wenn das Schließen des Schalters in der Halbbrücke y keinen Effekt in der Halbbrücke x hat). Wenn die Auswertung der Ungleichung ΔV ≤ TH1 ein „nein“ als Ergebnis liefert, ist die Last ordnungsgemäß angeschlossen. Schließlich kann die die Stromquelle Q wieder abgeschaltet werden (Schritt 75). Das in 8 gezeigte Verfahren kann für andere Halbbrücken-Paare wiederholt werden, z.B. x = HB1, y = HB3.
Es versteht sich, dass das Verfahren gemäß 8 auch für H-Brücken anwendbar ist, die lediglich zwei Halbbrücken beinhalten. Ein detektierter Leerlauf-Zustand kann auch ein Indikator dafür sein, dass die Phasentrenner APC (siehe 1) nicht ordnungsgemäß arbeiten
Die folgenden Beispiele legen einige Kombinationen von Merkmalen dar, welche verwendet werden können.
Beispiel 1: Eine Schaltungsanordnung zum Testen einer Transistorbrücke, welche zumindest eine erste Halbbrücke aufweist, die aus einem Low-Side-Transistor und einem High-Side-Transistor aufgebaut ist; die Schaltung weist auf:
eine Stromquelle, die im Betrieb mit dem High-Side-Transistor der ersten Halbbrücke gekoppelt und dazu ausgebildet ist, der ersten Halbbrücke einen Teststrom zuzuführen; und
eine Detektorschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Spannungsmesssignal, welches die Spannung über dem High-Side-Transistor der ersten Halbbrücke repräsentiert, mit zumindest einem ersten Schwellenwert zu vergleichen, und abhängig von dem Ergebnis dieses Vergleichs zu detektieren, ob in der ersten Halbbrücke ein Kurz-schluss vorhanden ist.
Beispiel 2: Die Schaltungsanordnung gemäß Beispiel 1,
wobei ein erster Lastanschluss des High-Side-Transistors im Betrieb mit einem ersten Versorgungspotential und ein zweiter Lastanschluss des High-Side-Transistors mit einem ersten Ausgangknoten verbunden ist; und
wobei die Stromquelle dazu ausgebildet ist, den Teststrom dem ersten Ausgangsknoten zuzuführen.
Beispiel 3: Die Schaltungsanordnung gemäß einer beliebigen Kombination aus den Beispielen 1–2,
wobei die Detektorschaltung einen Analog-Digital-Wandler aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein Digitalsignal als Spannungsmesssignal zur Verfügung zu stel-len.
Beispiel 4: Die Schaltungsanordnung gemäß einer beliebigen Kombination aus den Beispielen 1–3,
wobei die Detektorschaltung einen Digitalkomparator aufweist, der dazu ausgebildet ist, zu detektieren, ob das Spannungsmesssignal über oder unter dem ersten Schwellenwert liegt.
Beispiel 5: Die Schaltungsanordnung gemäß einer beliebigen Kombination aus den Beispielen 1–4,
wobei das Spannungsmesssignal ein analoges Signal ist, welches am High-Side-Transistor der ersten Halbbrücke abgegriffen wird, und
wobei die Detektorschaltung eine Komparatorschaltung aufweist, der das Spannungsmesssignal zugeführt ist.
Beispiel 6: Die Schaltungsanordnung gemäß einer beliebigen Kombination aus den Beispielen 1–5,
wobei die Detektorschaltung dazu ausgebildet ist, das Spannungsmess-signal mit einem ersten Schwellenwert und einem zweiten Schwellenwert zu vergleichen, und
wobei ein Kurzschluss am High-Side-Transistor detektiert wird, wenn das Spannungsmesssignal höher als der erste Schwellenwert ist, jedoch niedriger als der zweite Schwellenwert, und ein Kurzschluss am Low-Side-Transistor detektiert wird, wenn das Spannungsmesssignal höher als der zweite Schwellenwert ist.
Beispiel 7: Die Schaltung gemäß einer beliebigen Kombination aus den Beispiel 6, wobei der erste Schwellenwert zwischen der negativen Flussspannung einer parallel zum High-Side-Transistor gekoppelten Rückwärtsdiode und Null liegt.
Beispiel 8: Die Schaltung gemäß Bespiel 6 oder 7, wobei der zweite Schwellenwert größer oder gleich null ist.
Beispiel 9: Ein Verfahren zum Testen einer Transistorbrücke, welche zumindest eine erste Halbbrücke aufweist, die aus einem Low-Side-Transistor und einem High-Side-Transistor aufgebaut ist; das Verfahren umfasst:
das Zuführen eines Teststroms an einen Ausgangsknoten der ersten Halbbrücke; und
das Detektieren, ob in der ersten Halbbrücke ein Kurzschluss vorhanden ist, indem ein Spannungsmesssignal, welches die Spannung über dem High-Side-Transistor der ersten Halbbrücke repräsentiert, mit zumindest einem ersten Schwellen-wert verglichen wird.
Beispiel 10: Das Verfahren gemäß Beispiel 9, wobei das Detektieren, ob in der ersten Halbbrücke ein Kurzschluss vorhanden ist, umfasst:
Digitalisieren des Spannungsmesssignals, um ein Digitalsignal zur Verfügung zu stellen; und
Vergleichen des Digitalsignals mit dem zumindest einen ersten Schwellenwert, wobei der erste Schwellenwert ein Digitalwert ist.
Beispiel 11: Das Verfahren gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 9–10, wobei das Detektieren, ob in der ersten Halbbrücke ein Kurzschluss vorhanden ist, umfasst:
Abgreifen des Spannungsmesssignals an dem High-Side-Transistor; und
Verwendet eines analogen Komparators, um zu ermitteln, ob das Spannungsmesssignal den zumindest einen ersten Schwellenwert übersteigt.
Beispiel 12: Das Verfahren gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 9–11, wobei das Detektieren, ob in der ersten Halbbrücke ein Kurzschluss vorhanden ist, umfasst:
Vergleichen des Spannungsmesssignals mit dem ersten Schwellenwert und einem zweiten Schwellenwert;
Signalisieren eines Kurzschlusses des High-Side-Transistors, wenn das Spannungsmesssignal höher als der erste Schwellenwert, jedoch niedriger als der zweite Schwellenwert ist, und
Signalisieren eines Kurzschlusses des Low-Side-Transistors, wenn das Spannungsmesssignal höher als der zweite Schwellenwert ist.
Beispiel 13: Das Verfahren gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 9–12, wobei der erste Schwellenwert zwischen der negativen Flussspannung einer parallel zum High-Side-Transistor gekoppelten Rückwärtsdiode und Null liegt.
Beispiel 14: Das Verfahren gemäß Beispiel 12 oder 13, wobei der zweite Schwellenwert größer oder gleich null ist.
Beispiel 15: Ein Verfahren zum Testen einer Transistorbrücke, welche zumindest eine erste Halbbrücke aufweist, die aus einem Low-Side-Transistor und einem High-Side-Transistor aufgebaut ist; das Verfahren umfasst:
Zuführen eines Teststroms an einen Ausgangsknoten der ersten Halbbrücke;
Aktivieren eines ersten Schalters der ersten Halbbrücke; und
Überprüfen, ob der erste Schalter tatsächlich aktiviert wurde, indem ein Spannungsmesssignal, welches die Spannung über dem High-Side-Transistor der ersten Halbbrücke repräsentiert, mit zumindest einem ersten Schwellenwert verglichen wird.
Beispiel 16: Das Verfahren gemäß Beispiel 15, wobei das Verfahren weiter umfasst:
Deaktivieren des ersten Schalters der ersten Halbbrücke; und
Überprüfen, ob der erste Schalter tatsächlich deaktiviert wurde, indem das Spannungsmesssignal mit dem zumindest einen ersten Schwellenwert verglichen wird.
Bespiel 17: Das Verfahren gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 15–16, wobei das Verfahren weiter umfasst:
Aktivieren eines zweiten Schalters der ersten Halbbrücke;
Überprüfen, ob der zweite Schalter tatsächlich aktiviert wurde, indem das Spannungsmesssignal mit einem zweiten Schwellenwert verglichen wird; und
Deaktivieren des zweiten Schalters der ersten Halbbrücke; und
Überprüfen, ob der zweite Schalter tatsächlich deaktiviert wurde, indem das Spannungsmesssignal mit dem zweiten Schwellenwert verglichen wird.
Beispiel 18: Ein Verfahren zum Testen einer Transistorbrücke, welche zumindest eine erste Halbbrücke und eine zweite Halbbrücke aufweist, wobei jede Halbbrücke aus einem Low-Side-Transistor und einem High-Side-Transistor aufgebaut ist; das Verfahren umfasst:
Zuführen eines Teststroms an einen Ausgangsknoten der ersten Halbbrücke;
Aktivieren eines ersten Schalters der zweiten Halbbrücke; und
Überprüfen, ob die Last richtig zwischen die Ausgangsknoten der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke geschaltet ist, indem ein Spannungsmesssignal, welches die Spannung über dem High-Side-Transistor der ersten Halbbrücke repräsentiert, mit zumindest einem ersten Schwellenwert verglichen wird.
Beispiel 19: Das Verfahren gemäß Beispiel 18, wobei die Transistorbrücke eine dritte Halbbrücke aufweist; das Verfahren umfasst weiter:
Aktivieren eines ersten Schalters der dritten Halbbrücke; und
Überprüfen, ob die Last richtig zwischen die Ausgangsknoten der ersten Halbbrücke und der dritten Halbbrücke geschaltet ist, indem ein Spannungsmesssignal, welches die Spannung über dem High-Side-Transistor der ersten Halbbrücke repräsen-tiert, mit zumindest einem zweiten Schwellenwert verglichen wird.
Beispiel 20: Das Verfahren gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 18–19, wobei das Verfahren weiter aufweist:
Zuführen eines Teststroms an einen Ausgangsknoten der zweiten Halb-brücke;
Aktivieren eines ersten Schalters der dritten Halbbrücke; und
Überprüfen, ob die Last richtig zwischen die Ausgangsknoten der zweiten Halbbrücke und der dritten Halbbrücke geschaltet ist, indem ein Spannungsmesssignal, welches die Spannung über dem High-Side-Transistor der zweiten Halbbrücke repräsentiert, mit zumindest einem dritten Schwellenwert verglichen wird.
Beispiel 21: Das Verfahren gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 18–20, wobei der erste, der zweite und der dritte Schwellenwert gleich sind.
Beispiel 22: Die Schaltung gemäß einer beliebigen Kombination der Schaltungen 1 bis 8, wobei die Schaltung in einem Gate-Treiber-Chip integriert ist, der Gate-Treiber-Schaltkreise zum Ansteuern der High-Side- und Low-Side-Transistoren der Transistorbrücke aufweist.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf eine oder mehrere Implementierungen beschrieben und dargestellt wurde, können an den dargestellten Beispielen Änderungen und/oder Modifizierungen vorgenommen werden, ohne den Geist und den Umfang der beigefügten Ansprüche zu verlassen. Insbesondere bezüglich der verschiedenen Funktionen, die von den oben beschriebenen Komponenten oder Strukturen (Einheiten, Baugruppen, Vorrichtungen, Schaltungen, Systemen, usw.) ausgeführt werden, sollen die Bezeichnungen (einschließlich des Bezugs auf ein „Mittel“), die verwendet werden, um solche Komponente zu beschreiben, auch jeder anderen Komponente oder Struktur entsprechen, die die spezifizierte Funktion der beschriebenen Komponente ausführt (d.h. die funktional gleichwertig ist), auch wenn sie der offenbarten Struktur, die in den hier dargestellten beispielhaften Implementierungen der Erfindung die Funktion ausführt, nicht strukturell gleichwertig ist.
Des Weiteren, obwohl ein bestimmtes Merkmal der Erfindung nur in Bezug auf eine von mehreren Implementierungen offenbart wurde, können solche Eigenschaften mit einer oder mehreren Eigenschaften der anderen Implementierungen kombiniert werden, falls wünschenswert oder vorteilhaft für eine beliebige oder bestimmte Anwendung. Des Weiteren, insoweit Bezeichnungen wie „einschließlich“, einschließen“, „aufweisend“, „hat“, „mit“ oder Variationen derselben entweder in der detaillierten Beschreibung oder in den Ansprüchen verwendet werden, sollen solche Bezeichnungen einschließend verstanden werden, ähnlich der Bezeichnung „umfassen“.

Claims

Eine Schaltungsanordnung zum Testen einer Transistorbrücke, welche zumindest eine erste Halbbrücke aufweist, die aus einem Low-Side-Transistor und einem High-Side-Transistor aufgebaut ist; die Schaltung weist auf: eine Stromquelle, die im Betrieb mit dem High-Side-Transistor der ersten Halbbrücke gekoppelt und dazu ausgebildet ist, der ersten Halbbrücke einen Teststrom zuzuführen; und eine Detektorschaltung, die dazu ausgebildet ist, ein Spannungsmesssignal, welches die Spannung über dem High-Side-Transistor der ersten Halbbrücke repräsentiert, mit zumindest einem ersten Schwellenwert zu vergleichen, und abhängig von dem Ergebnis dieses Vergleichs zu detektieren, ob in der ersten Halbbrücke ein Kurzschluss vorhanden ist.
Die Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1, wobei ein erster Lastanschluss des High-Side-Transistors im Betrieb mit einem ersten Versorgungspotential und ein zweiter Lastanschluss des High-Side-Transistors mit einem ersten Ausgangknoten verbunden ist; und wobei die Stromquelle dazu ausgebildet ist, den Teststrom dem ersten Ausgangsknoten zuzuführen.
Die Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Detektorschaltung einen Analog-Digital-Wandler aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein Digitalsignal als Spannungsmesssignal zur Verfügung zu stellen.
Die Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 3, wobei die Detektorschaltung einen Digitalkomparator aufweist, der dazu ausgebildet ist, zu detektieren, ob das Spannungsmesssignal über oder unter dem ersten Schwellenwert liegt.
Die Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Spannungsmesssignal ein analoges Signal ist, welches am High-Side-Transistor der ersten Halbbrücke abgegriffen wird, und wobei die Detektorschaltung eine Komparatorschaltung aufweist, der das Spannungsmesssignal zugeführt ist.
Die Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Detektorschaltung dazu ausgebildet ist, das Spannungsmesssignal mit einem ersten Schwellenwert und einem zweiten Schwellenwert zu vergleichen, und wobei ein Kurzschluss am High-Side-Transistor detektiert wird, wenn das Spannungsmesssignal höher als der erste Schwellenwert ist, jedoch niedriger als der zweite Schwellenwert, und ein Kurzschluss am Low-Side-Transistor detektiert wird, wenn das Spannungsmesssignal höher als der zweite Schwellenwert ist.
Die Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 6, wobei der erste Schwellenwert zwischen der negativen Flussspannung einer parallel zum High-Side-Transistor gekoppelten Rückwärtsdiode und Null liegt.
Die Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 7, wobei der zweite Schwellenwert größer oder gleich null ist.
Ein Verfahren zum Testen einer Transistorbrücke, welche zumindest eine erste Halbbrücke aufweist, die aus einem Low-Side-Transistor und einem High-Side-Transistor aufgebaut ist; das Verfahren umfasst: das Zuführen eines Teststroms an einen Ausgangsknoten der ersten Halbbrücke; und das Detektieren, ob in der ersten Halbbrücke ein Kurzschluss vorhanden ist, indem ein Spannungsmesssignal, welches die Spannung über dem High-Side-Transistor der ersten Halbbrücke repräsentiert, mit zumindest einem ersten Schwellenwert verglichen wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei das Detektieren, ob in der ersten Halbbrücke ein Kurzschluss vorhanden ist, umfasst: Digitalisieren des Spannungsmesssignals, um ein Digitalsignal zur Verfügung zu stellen; und Vergleichen des Digitalsignals mit dem zumindest einen ersten Schwellenwert, wobei der erste Schwellenwert ein Digitalwert ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei das Detektieren, ob in der ersten Halbbrücke ein Kurzschluss vorhanden ist, umfasst: Abgreifen des Spannungsmesssignals an dem High-Side-Transistor; und Verwendet eines analogen Komparators, um zu ermitteln, ob das Spannungsmesssignal den zumindest einen ersten Schwellenwert übersteigt.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Detektieren, ob in der ersten Halbbrücke ein Kurzschluss vorhanden ist, umfasst: Vergleichen des Spannungsmesssignals mit dem ersten Schwellenwert und einem zweiten Schwellenwert; Signalisieren eines Kurzschlusses des High-Side-Transistors, wenn das Spannungsmesssignal höher als der erste Schwellenwert, jedoch niedriger als der zweite Schwellenwert ist, und Signalisieren eines Kurzschlusses des Low-Side-Transistors, wenn das Spannungsmesssignal höher als der zweite Schwellenwert ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei der erste Schwellenwert zwischen der negativen Flussspannung einer parallel zum High-Side-Transistor gekoppelten Rückwärtsdiode und Null liegt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei der zweite Schwellenwert größer oder gleich null ist.
Ein Verfahren zum Testen einer Transistorbrücke, welche zumindest eine erste Halbbrücke aufweist, die aus einem Low-Side-Transistor und einem High-Side-Transistor aufgebaut ist; das Verfahren umfasst: Zuführen eines Teststroms an einen Ausgangsknoten der ersten Halbbrücke; Aktivieren eines ersten Schalters der ersten Halbbrücke; und Überprüfen, ob der erste Schalter tatsächlich aktiviert wurde, indem ein Spannungsmesssignal, welches die Spannung über dem High-Side-Transistor der ersten Halbbrücke repräsentiert, mit zumindest einem ersten Schwellenwert verglichen wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei das Verfahren weiter umfasst: Deaktivieren des ersten Schalters der ersten Halbbrücke; und Überprüfen, ob der erste Schalter tatsächlich deaktiviert wurde, indem das Spannungsmesssignal mit dem zumindest einen ersten Schwellenwert verglichen wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei das Verfahren weiter umfasst: Aktivieren eines zweiten Schalters der ersten Halbbrücke; Überprüfen, ob der zweite Schalter tatsächlich aktiviert wurde, indem das Spannungsmesssignal mit einem zweiten Schwellenwert verglichen wird; und Deaktivieren des zweiten Schalters der ersten Halbbrücke; und Überprüfen, ob der zweite Schalter tatsächlich deaktiviert wurde, indem das Spannungsmesssignal mit dem zweiten Schwellenwert verglichen wird.
Ein Verfahren zum Testen einer Transistorbrücke, welche zumindest eine erste Halbbrücke und eine zweite Halbbrücke aufweist, wobei jede Halbbrücke aus einem Low-Side-Transistor und einem High-Side-Transistor aufgebaut ist; das Verfahren umfasst: Zuführen eines Teststroms an einen Ausgangsknoten der ersten Halbbrücke; Aktivieren eines ersten Schalters der zweiten Halbbrücke; und Überprüfen, ob die Last richtig zwischen die Ausgangsknoten der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke geschaltet ist, indem ein Spannungsmesssignal, welches die Spannung über dem High-Side-Transistor der ersten Halbbrücke repräsentiert, mit zumindest einem ersten Schwellenwert verglichen wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei die Transistorbrücke eine dritte Halbbrücke aufweist; das Verfahren umfasst weiter: Aktivieren eines ersten Schalters der dritten Halbbrücke; und Überprüfen, ob die Last richtig zwischen die Ausgangsknoten der ersten Halbbrücke und der dritten Halbbrücke geschaltet ist, indem ein Spannungsmesssignal, welches die Spannung über dem High-Side-Transistor der ersten Halbbrücke repräsentiert, mit zumindest einem zweiten Schwellenwert verglichen wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei das Verfahren weiter aufweist: Zuführen eines Teststroms an einen Ausgangsknoten der zweiten Halbbrücke; Aktivieren eines ersten Schalters der dritten Halbbrücke; und Überprüfen, ob die Last richtig zwischen die Ausgangsknoten der zweiten Halbbrücke und der dritten Halbbrücke geschaltet ist, indem ein Spannungsmesssignal, welches die Spannung über dem High-Side-Transistor der zweiten Halbbrücke repräsentiert, mit zumindest einem dritten Schwellenwert verglichen wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei der erste, der zweite und der dritte Schwellenwert gleich sind.
Ein Gate-Treiber-Chip mit Gate-Treiber-Schaltkreisen zum Ansteuern der High-Side-Transistoren und Low-Side-Transistoren der Transistorbrücke, wobei die Schaltungsanordnung zum Testen einer Transistorbücke gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 in dem Gate-Treiber-Chip integriert ist.