DE102019114680A1 - Schaltung, die eine Gatetreiberspannung anlegt, Leistungssystem und Verfahren - Google Patents

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Andre Mourrier
Patrick Vaquette
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Abstract

Eine Schaltung enthält einen ersten Vorwärtskopplungspfad, der ausgebildet ist zum Bestimmen eines Zustands eines ersten Leistungsschalters unter Verwendung einer ersten Gatesteuerspannung von einem Gatetreiber und einer Sourcespannung des ersten Leistungsschalters und zum Anlegen einer Gatetreiberspannung an ein Gate des ersten Leistungsschalters auf Basis des bestimmten Zustands des ersten Leistungsschalters; und einen ersten Rückkopplungspfad, der ausgebildet ist zum Liefern eines skalierten Werts einer Drainspannung des ersten Leistungsschalters und eines skalierten Werts der Sourcespannung des ersten Leistungsschalters an den Gatetreiber, wobei der erste Vorwärtskopplungspfad und der erste Rückkopplungspfad ausgebildet sind zum Liefern einer bidirektionalen Gateschnittstelle, die zwischen den Gatetreiber und den ersten Leistungsschalter gekoppelt ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Elektronikschaltungen und -systeme und insbesondere eine Schaltung und ein Verfahren zum Bereitstellen einer Gateschnittstelle zwischen einem Gatetreiber und einem Leistungsschalter.
  • Hintergrund
  • Ein Leistungssystem kann eine Leistungssteuerschaltung, mehrere Leistungsschalter (z.B. Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs)), die an die Leistungssteuerschaltung gekoppelt sind und durch sie gesteuert werden, und eine Last (z.B. einen Motor), die an die Leistungsschalter gekoppelt ist und durch sie angesteuert wird, enthalten.
  • Die Leistungssteuerschaltung kann eine Leistungsmanagementschaltung, eine Treiberschaltung, eine Steuerlogik, eine Diagnoselogik oder andere Schaltungen enthalten. Die Leistungsmanagementschaltung kann verwendet werden, um Leistungsversorgungsspannungen zu erzeugen und/oder zu regeln. Die Steuerlogik kann einen Mikrocontroller enthalten, der die Arbeit des Leistungssystems überwacht und steuert. Ein Motortreiber kann eine Steuerung aufweisen, die ein impulsbreitenmoduliertes Signal erzeugt, mit dem Treibersignale für die Leistungsschalter für verschiedene Phasen des Motors erzeugt werden.
  • Leistungssteuerschaltungen können auf Halbleitersubstraten als integrierte Schaltungschips (IC-Chips) umgesetzt werden, wie etwa Leistungssteuer-ICs (können auch als Gatetreiber oder Gatetreiber-ICs bezeichnet werden). Aufgrund der kleinen Bodenfläche und Energieeffizienzen von Gatetreiber-ICs finden Gatetreiber-ICs breite Anwendung in verschiedenen Anwendungen und Produkten über verschiedene Industriezweige hinweg, z.B. wie etwa Verbraucherelektronik, Industriesteuerung, medizinische Geräte, Luft- und Raumfahrt und Kraftfahrzeug.
  • Je nach den spezifischen Anwendungen des Leistungssystems können verschiedene Lasten (z.B. verschiedene Motoren) des Leistungssystems bei verschiedenen Spannungen arbeiten und benötigen möglicherweise verschiedene Treiberfähigkeiten von dem Gatetreiber-IC. Der Gatetreiber-IC ist jedoch möglicherweise nicht in der Lage, alle die verschiedenen Anforderungen (z.B. Treiberspannungen, Treiberstrom) von verschiedenen Anwendungen zu berücksichtigen. Das Neuauslegen (z.B. kundenspezifisches Zuschneiden) des Gatetreiber-IC für verschiedene Anwendungen kann jedoch teuer und zeitraubend sein. In der Technik besteht somit eine Notwendigkeit für Leistungssysteme, die sich an verschiedene Anwendungen anpassen können, während ein gleicher Gatetreiber-IC verwendet wird.
  • Kurzdarstellung
  • Eine Schaltung, wie in Anspruch 1 definiert, ein Leistungssystem, wie in Anspruch 14 definiert und ein Verfahren, wie in Anspruch 18 definiert, werden bereitgestellt. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere Ausführungsformen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält eine Schaltung einen ersten Vorwärtskopplungspfad, der ausgebildet ist zum Bestimmen eines Zustands eines ersten Leistungsschalters unter Verwendung einer ersten Gatesteuerspannung von einem Gatetreiber und einer Sourcespannung des ersten Leistungsschalters und zum Anlegen einer Gatetreiberspannung an ein Gate des ersten Leistungsschalters auf Basis des bestimmten Zustands des ersten Leistungsschalters; und einen ersten Rückkopplungspfad, der ausgebildet ist zum Liefern eines skalierten Werts einer Drainspannung des ersten Leistungsschalters und eines skalierten Werts der Sourcespannung des ersten Leistungsschalters an den Gatetreiber, wobei der erste Vorwärtskopplungspfad und der erste Rückkopplungspfad ausgebildet sind zum Liefern einer bidirektionalen Gateschnittstelle, die zwischen den Gatetreiber und den ersten Leistungsschalter gekoppelt ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält ein Leistungssystem eine integrierte Gatetreiberschaltung (IC); mehrere Leistungsschalter; und eine erste Gateschnittstelle zwischen dem Gatetreiber-IC und einem ersten Leistungsschalter der mehreren Leistungsschalter, wobei die erste Gateschnittstelle ausgebildet ist zum: Bestimmen, unter Verwendung einer ersten Verarbeitungsschaltung, ob der erste Leistungsschalter ein- oder ausgeschaltet werden soll, durch Vergleichen einer an einem ersten Ausgangspin des Gatetreiber-IC gelieferten ersten Gatesteuerspannung und einer an einen ersten Eingangspin des Gatetreiber-IC gelieferten ersten Spannung, die proportional zu einer Spannung an einer Source des ersten Leistungsschalters ist; Wandeln, unter Verwendung eines ersten Pegelwandlers, einer Ausgangsspannung der ersten Verarbeitungsschaltung für eine Ausgangsspannung des ersten Pegelwandlers, der von der Ausgangsspannung der ersten Verarbeitungsschaltung verschieden ist; Liefern, unter Verwendung einer ersten Treiberschaltung, einer Treiberspannung an einem Gate des ersten Leistungsschalters; und Senden, unter Verwendung erster Spannungsanpassungsschaltungen, eines Werts einer Sourcespannung und eines Werts einer Drainspannung des ersten Leistungsschalters an den Gatetreiber-IC.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Betreiben eines Leistungssystems, das eine erste Gateschnittstelle, die ausgebildet ist, um zwischen eine integrierte Gatetreiberschaltung (IC) gekoppelt zu werden, und einen ersten Leistungsschalter enthält: Empfangen, durch die erste Gateschnittstelle, einer ersten Gatesteuerspannung von dem Gatetreiber-IC; Bestimmen, durch die erste Gateschnittstelle, ob der erste Leistungsschalter ein- oder ausgeschaltet werden soll, durch Vergleichen der ersten Gatesteuerspannung mit einer Spannung, die proportional zu einer Sourcespannung des ersten Leistungsschalters ist; Erzeugen, durch die erste Gateschnittstelle, einer Gatetreiberspannung an einem Ausgang der ersten Gateschnittstelle auf Basis der Bestimmung, ob der erste Leistungsschalter ein- oder ausgeschaltet werden soll; Anlegen, durch die erste Gateschnittstelle, der Gatetreiberspannung an ein Gate des ersten Leistungsschalters; Skalieren, durch die erste Gateschnittstelle, einer Spannung an einer Source des ersten Leistungsschalters, um eine skalierte Sourcespannung zu erzeugen; und Senden, durch die erste Gateschnittstelle, eines Werts der skalierten Sourcespannung an den Gatetreiber-IC.
  • Figurenliste
  • Für ein umfassendes Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:
    • 1 ein Blockdiagramm eines Leistungssystems in einer Ausführungsform;
    • 2 ein Blockdiagramm eines Gatetreiber-IC in einer Ausführungsform;
    • 3 ein Blockdiagramm einer Gateschnittstellenlogikeinheit (GILU) des Leistungssystems von 1 in einer Ausführungsform;
    • 4 eine Gateschnittstelle in einer Ausführungsform;
    • 5 eine Gateschnittstelle in einer anderen Ausführungsform;
    • 6 eine Gateschnittstelle in noch einer anderen Ausführungsform;
    • 7-9 Blockdiagramme von Leistungssystemen in verschiedenen Ausführungsformen; und
    • 10 ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Betreiben eines Leistungssystems in manchen Ausführungsformen.
  • Entsprechende Zahlen und Symbole in verschiedenen Figuren beziehen sich allgemein auf entsprechende Teile, sofern nicht etwas anderes angegeben ist. Die Figuren sind gezeichnet, um die relevanten Aspekte der offenbarten Ausführungsformen deutlich zu veranschaulichen und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet.
  • Ausführliche Beschreibung von veranschaulichenden Ausführungsformen
  • Das Herstellen und Verwenden der gegenwärtig offenbarten Ausführungsformen werden unten ausführlich erörtert. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfindungsgemäße Konzepte liefert, die in einer großen Vielzahl an spezifischen Kontexten verkörpert werden können. Die erörterten spezifischen Ausführungsformen veranschaulichen lediglich spezifische Wege zum Herstellen und Verwenden der Erfindung und beschränken nicht den Schutzbereich der Erfindung.
  • Die vorliegende Erfindung wird bezüglich Ausführungsbeispielen in einem spezifischen Kontext beschrieben, nämlich Leistungssystemen und Verfahren zum Betreiben der Leistungssysteme.
  • In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine Schaltung offenbart, die eine bidirektionale Gateschnittstelle liefert, die zwischen einen Gatetreiber-IC und einen Leistungsschalter eines Leistungssystems gekoppelt ist. Die bidirektionale Gateschnittstelle gestattet die Steuerung des Leistungsschalters durch den Gatetreiber-IC entlang einer Vorwärtsrichtung (z.B. von dem Gatetreiber-IC zu dem Leistungsschalter). Die bidirektionale Gateschnittstelle gestattet auch das Zurücksenden des Status (z.B. Drainspannung, Sourcespannungen) des Leistungsschalters zu dem Gatetreiber-IC entlang einer Rückwärtsrichtung (z.B. von dem Leistungsschalter zu dem Gatetreiber-IC). Bei einigen Ausführungsformen bestimmt die bidirektionale Gateschnittstelle den Zustand (z.B. EIN oder AUS) des Leistungsschalters durch Vergleichen einer Gatesteuerspannung von dem Gatetreiber-IC mit einem Messwert der Sourcespannung (z.B. einem skalierten Wert der Sourcespannung) des Leistungsschalters, verschiebt die Gatesteuerspannung von einer ersten Spannung auf eine zweite Spannung (z.B. eine höhere Spannung) und legt eine Treiberspannung an das Gate des Leistungsschalters an. Da bei einigen Ausführungsformen Statusinformationen z.B. bezüglich der Source-Drain-Spannung des Leistungsschalters über die bidirektionale Gateschnittstelle an den Gatetreiber-IC zurückgesendet werden, kann der Gatetreiber-IC den Betrieb des Leistungssystems überwachen und steuern.
  • 1 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Leistungssystems 100 in einer Ausführungsform. Insbesondere veranschaulicht 1 eine beispielhafte Anwendung, wo das Leistungssystem 100 zum Steuern eines Dreiphasenmotors 111 verwendet wird. Das Leistungssystem 100 kann beispielsweise zum Betreiben eines elektronischen Servolenksystems oder eines Servobremssystems in einem Kraftfahrzeug verwendet werden. Die Dreiphasenmotor-Anwendung ist lediglich ein nicht beschränkendes Beispiel, da Ausführungsformen von Systemen und des Verfahrens, die hierin offenbart werden, neben Motoranwendungen auf andere Anwendungen angewendet werden können. Außerdem würde ein Durchschnittsfachmann verstehen, dass innerhalb des Leistungssystems 100 von 1 andere Verbindungen und andere Funktionsblöcke existieren können. Der Klarheit halber sind in 1 nicht alle Merkmale des Leistungssystems 100 dargestellt.
  • Wie in 1 dargestellt, enthält das Leistungssystem 100 einen Gatetreiber-IC 107, eine Gateschnittstellenlogikeinheit (GILU) 109, Leistungsschalter (z.B. High-Side-Schalter TH1, TH2 und TH3 und Low-Side-Schalter TL1, TL2 und TL3) und den Dreiphasenmotor 111. Der Gatetreiber-IC 107 kann durch eine erste Leistungsversorgung mit einer Spannung V1 (z.B. 12 V) bestromt werden, die GILU 109 und die Leistungsschalter können durch eine zweite Leistungsversorgung mit einer Spannung V2 (z.B. 48 V) bestromt werden. Zur Erleichterung der Erörterung kann die Notation von TH verwendet werden, um sich auf die High-Side-Leistungsschalter TH1, TH2 und TH3 kollektiv zu beziehen, und die Notation von TL kann verwendet werden, um sich kollektiv auf die Low-Side-Leistungsschalter TL1, TL2 und TL3 zu beziehen. Außerdem kann eine Notation von THx verwendet werden, um sich auf einen der High-Side-Leistungsschalter (z.B. TH1, TH2 oder TH3) zu beziehen, und eine Notation von TLx kann verwendet werden, um sich auf einen der Low-Side-Leistungsschalter (z.B. TL1, TL2 oder TL3) zu beziehen).
  • 1 veranschaulicht weiterhin zusätzliche Merkmale, wie etwa einen Positionssensor 113 (zum Erfassen der Rotorpositionen des Dreiphasenmotors 111), einen Sendeempfänger 101 und einen Datenbus 103 (z.B. einen LIN(Local Interconnect Network)-Bus). Der Gatetreiber-IC 107 kann mit dem Sendeempfänger 101 z.B. über eine Einrichtung 105 mit galvanischer Trennung (z.B. einen Transformator oder eine kapazitive galvanische Einrichtung) kommunizieren, und der Sendeempfänger 101 kann über den Datenbus 103 mit einer anderen Einrichtung kommunizieren. Details des Gatetreiber-IC 107 und des GILU 109 werden im Folgenden unter Bezugnahme auf 2-6 erörtert.
  • Der Gatetreiber-IC 107 kann mehrere Module enthalten, wie etwa ein Versorgungsmodul 108, eine Steuerung 102 und eine Vortreiberschaltung 128. 2 veranschaulicht ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des Gatetreiber-IC 107, der in dem Leistungssystem 100 von 1 verwendet werden kann. Das in 2 veranschaulichte Beispiel ist veranschaulichend und nicht beschränkend; in dem Leistungssystem 100 können auch andere Gatetreiber-ICs mit anderen Strukturen verwendet werden.
  • Unter Bezugnahme auf 2 kann das Versorgungsmodul 108 des Gatetreiber-IC 107 eine Leistungsmanagementschaltung sein, die zum Erzeugen und/oder Regeln von Leistungsversorgungsspannungen für die Vortreiberschaltung 128 verwendet wird. Die Steuerung 102 kann ein Mikroprozessor, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine applikationsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder dergleichen sein. Bei einigen Ausführungsformen liefert die Steuerung 102 eine Motorsteuerung über PWM-Signale PWM_H und PWM L auf Basis einer Rückkopplung von dem Stromerfassungsblock der Vortreiberschaltung 128. Die Steuerung 102 kann auch als der Busmaster für die Kommunikationsschnittstelle arbeiten (z.B. eine serielle Peripherieschnittstelle (SPI)). Während des Betriebs empfängt die Steuerung 102 einen Eingang, der eine gewünschte Drehzahl und Richtung zum Betreiben des Dreiphasenmotors 111 bestimmt. Der Eingang, auf dem die PWM-Signale basieren, kann beispielsweise ein Eingang sein, der der Steuerung 102 mitteilt, den Motor zu beschleunigen, den Motor zu verlangsamen, den Motor anzuhalten, die Richtung des Motors zu vertauschen, die Drehzahl des Motors auf eine bestimmte Drehzahl und Richtung einzustellen und so weiter. Beispielsweise kann in dem Leistungssystem 100 von 1 der Eingang anhand des Positionssensors 113 an einer Lenkradwelle eines Kraftfahrzeugs bestimmt werden. Bei einigen Ausführungsformen werden die PWM-Signale durch die Steuerung 102 auf Basis des Eingangs und auf Basis der Strombedingung und des Stromzustands des Dreiphasenmotors 111 erzeugt, wobei die PWM-Signale erzeugt werden, um den Zustand des Dreiphasenmotors 111 von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand zu ändern, wobei der zweite Zustand ein Zustand ist, der näher an einem angestrebten Zustand des Dreiphasenmotors 111 liegt.
  • Die Vortreiberschaltung 128 besitzt mehrere Logikblöcke darin, wie etwa einen digitalen Kernblock 170, der eine Kommunikationsschnittstelle 171 (z.B. eine SPI-Busschnittstelle), eine Eingangssteuerlogik 173 und eine Diagnoselogik 175 enthält. Ein Rückkopplungsblock 179, wie etwa ein Stromerfassungsblock, liefert Rückkopplungsinformationen von dem Dreiphasenmotor 111 durch die Vortreiberschaltung 128 und zurück zu der Steuerung 102. Konfigurationsregister 177 gestatten eine Konfiguration der konfigurierbaren Einstellungen in der Vortreiberschaltung 128. Der digitale Kernblock 170 erzeugt zwei impulsbreitenmodulierte (PWM) Signale (für die High-Side- und Low-Side-MOSFETs) für jede der drei Phasen, insgesamt sechs PWM-Schaltsignale, die über drei Halbbrückentreiber geliefert werden, wobei jeder Halbbrückentreiber zwei Treiberschaltungen 106 besitzt, wie etwa einen High-Side(HS)-Treiber und einen Low-Side(LS)-Treiber. Der Ausgang (z.B. eine Gatesteuerspannung) jeder der Treiberschaltungen 106 wird an einen jeweiligen Ausgangsport 126 gesendet, um einen entsprechenden Leistungsschalter (z.B. einen der High-Side-Leistungsschalter TH oder einen der Low-Side-Leistungsschalter TL in 1) über die GILU 109 zu steuern.
  • Wieder unter Bezugnahme auf 1 kommuniziert der Gatetreiber-IC 107 mit der GILU 109 über einen Datenpfad 119. Der Datenpfad 119 kann mehrere leitfähige Pfade (z.B. Kupferleitungen) zwischen jeweiligen Pins (z.B. Eingangspins oder Ausgangspins) des Gatetreiber-IC 107 und der GILU 109 enthalten. Der Datenpfad 119 kann Steuersignale (z.B. Gatesteuerspannungen) von dem Gatetreiber-IC 107 zu der GILU 109 führen und kann auch Statusinformationen (z.B. Drainspannungen und Sourcespannungen der Leistungsschalter TH/TL) von der GILU 109 zu dem Gatetreiber-IC 107 führen.
  • Die GILU 109 kommuniziert über einen Datenpfad 115 mit den High-Side-Leistungsschaltern TH und über einen Datenpfad 117 mit den Low-Side-Leistungsschaltern TL. Jeder der Datenpfade 115 und 117 kann mehrere leitfähige Pfade (z.B. Kupferleitungen) zwischen der GILU 109 und den Leistungsschaltern TH/TL enthalten, wobei die leitfähigen Pfade Steuersignale (z.B. Gatetreiberspannungen) von der GILU 109 zu den Leistungsschaltern TH/TL führen können und auch Statusinformationen (z.B. Drainspannungen und Sourcespannungen der Leistungsschalter TH/TL) von den Leistungsschaltern TH/TL zu der GILU 109 führen können.
  • In dem Beispiel von 1 enthält die GILU 109 mehrere Gateschnittstellen 150 (die auch als bidirektionale Gateschnittstellen bezeichnet werden können). In der dargestellten Ausführungsform wird jede der drei Phasen des Dreiphasenmotors 111 durch einen entsprechenden High-Side-Leistungsschalter THx und einen entsprechenden Low-Side-Leistungsschalter TLx angesteuert, und deshalb besitzt die GILU 109 insgesamt sechs Gateschnittstellen 150, wobei jede der Gateschnittstellen 150 zwischen den Gatetreiber-IC 107 und einen jeweiligen Leistungsschalter THx oder TLx gekoppelt ist. Die Leistungsschalter TH/TL können beliebige geeignete Schalter sein, wie etwa Feldeffekttransistoren (FETs) (z.B. MOSFETs), IGBTs (Insulated-Gate Bipolar Transistors) oder dergleichen. Die Diskussion hierin kann sich auf die Leistungsschalter TH/TL als MOSFETs beziehen mit dem Verständnis, dass beliebige geeignete Leistungsschalter verwendet werden können.
  • In einigen Ausführungsformen ist die Gateschnittstellen 150 umfassende GILU 109 als eine integrierte Schaltung (IC) umgesetzt, die auf einem monolithischen Halbleitersubstrat ausgebildet ist, wie etwa einem Siliziumsubstrat, Germaniumsubstrat, einem Verbundhalbleitersubstrat, einem Legierungshalbleitersubstrat oder Kombinationen davon. Mit anderen Worten sind alle der Gateschnittstellen 150 der GILU 109 in einen auf einem monolithischen Halbleitersubstrat ausgebildeten einzelnen IC integriert. Dies ist natürlich ein Beispiel. Andere Wege zum Partitionieren und zur Integration sind möglich und sollen vollständig innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Offenbarung enthalten sein. Beispielsweise veranschaulichen die 7-9 andere Ausführungsformen mit unterschiedlichen Niveaus an Integration für die Gateschnittstellen 150, von denen Details im Folgenden erörtert werden.
  • 3 ist ein Blockdiagramm der GILU 109 des Leistungssystems 100 von 1 in einer Ausführungsform. Zur Erleichterung der Erörterung sind die HS-Leistungsschalter TH und die Low-Side-Leistungsschalter TL, die sich außerhalb der GILU 109 befinden (somit nicht dazu gehören) ebenfalls in 3 dargestellt. In dem Beispiel von 3 sind alle die Elemente der GILU 109 in einem IC mit Eingangspins und Ausgangspins integriert.
  • Wie in 3 dargestellt, enthält die GILU 109 sechs Gateschnittstellen 150 (siehe Details in 4-6) zum Treiben der sechs Leistungsschalter TH/TL, und die Gateschnittstellen 150 besitzen eine gleiche oder ähnliche Struktur. Beispielsweise ist eine erste Gateschnittstelle 150, die eine Verarbeitungsschaltung 121, einen Pegelwandler 123, eine Treiberschaltung 125, eine Spannungsanpassungsschaltung 127 und eine Spannungsanpassungsschaltung 129 enthält, zwischen entsprechenden Pins (z.B. GH1_IN, SH1_OUT und SDH_OUT), die ausgebildet sind zum Gekoppeltwerden an den Gatetreiber-IC 107 und entsprechenden Pins (z.B. GH1 OUT, SH1_IN und SDH_IN), die ausgebildet sind zum Gekoppeltwerden an einen ersten Leistungsschalter TH1, ausgebildet. Weitere Details der Gateschnittstellen 150 werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die 4-6 erörtert.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf 3 ist ein erster Eingangsanschluss (z.B. der obere Anschluss der Verarbeitungsschaltung 121) der Verarbeitungsschaltung 121 ausgebildet zum Annehmen als Eingang einer Gatesteuerspannung (z.B. eine Ausgangsspannung einer jeweiligen Treiberschaltung 106 in 2) von dem Gatetreiber-IC 107. Ein zweiter Eingangsanschluss (z.B. der untere Anschluss der Verarbeitungsschaltung 121) der Verarbeitungsschaltung 121 ist an einen Ausgangsanschluss der Spannungsanpassungsschaltung 127 gekoppelt, welche Spannungsanpassungsschaltung 127 an die Source des ersten Leistungsschalters TH1 gekoppelt ist und an dem Ausgangsanschluss einen skalierten Wert (z.B. einen Bruchteil des ursprünglichen Werts) der Sourcespannung (z.B. einer Spannung an dem Sourceanschluss) des ersten Leistungsschalters TH1 liefert. Der skalierte Wert der Sourcespannung kann auch als eine Messung oder ein Messwert der Sourcespannung bezeichnet werden. Der zweite Einganganschluss der Verarbeitungsschaltung 121 ist ebenfalls an einen Ausgangspin der GILU 109 gekoppelt, die an einen jeweiligen Eingangspin des Gatetreiber-IC 107 gekoppelt ist.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf 3 ist die Spannungsanpassungsschaltung 129 an den Drain des ersten Leistungsschalters TH1 gekoppelt und ausgebildet zum Ausgeben eines skalierten Werts der Drainspannung (z.B. einer Spannung an dem Drainanschluss) des ersten Leistungsschalters TH1. Der skalierte Wert der Drainspannung kann auch als eine Messung oder ein Messwert der Drainspannung bezeichnet werden. Der Ausgangsanschluss der Spannungsanpassungsschaltung 129 ist an einen Ausgangspin der GILU 109 gekoppelt, die an einen jeweiligen Eingangspin des Gatetreiber-IC 107 gekoppelt ist. Wie in 3 dargestellt, ist ein Ausgang der Treiberschaltung 125 an das Gate des ersten Leistungsschalters TH1 gekoppelt und ist ausgebildet zum Anlegen einer Gatetreiberspannung an das Gate des ersten Leistungsschalters TH1.
  • In 3 sind fünf zusätzliche Gateschnittstellen 150 (in 3 nicht bezeichnet), die die gleichen oder ähnlich sind wie die oben beschriebene erste Gateschnittstelle 150, zwischen jeweiligen Pins der GILU 109, an den Gatetreiber-IC 107 gekoppelt, und jeweiligen Pins der GILU 109, an die Leistungsschalter TH/TL gekoppelt, ausgebildet. Bei einigen Ausführungsformen enthält zum Zweck des Einsparens an Hardware jede der fünf zusätzlichen Gateschnittstellen einen Fall der Spannungsanpassungsschaltung 127 (an die Source des jeweiligen Leistungsschalters gekoppelt), aber die Spannungsanpassungsschaltung 129 (an den Drain des jeweiligen Leistungsschalters gekoppelt) ist nicht innerhalb jeder der fünf zusätzlichen Gateschnittstellen ausgebildet. Dem ist so, weil die Drainspannungen aller der HS-Leistungsschalter TH die gleichen sind (z.B. gleich der Leistungsversorgungsspannung V2), somit kann der Messwert von der Spannungsanpassungsschaltung 129 als die gemessene Drainspannung für alle HS-Leistungsschalter TH verwendet werden. Außerdem ist die Drainspannung jedes LS-Leistungsschalters TLx die gleiche wie die Sourcespannung des entsprechenden HS-Leistungsschalters THx, somit kann der Ausgang der an die Source des HS-Leistungsschalters THx gekoppelten Spannungsanpassungsschaltung 127 in einigen Ausführungsformen als die gemessene Drainspannung für den LS-Leistungsschalter TLx verwendet werden.
  • 3 veranschaulicht weiterhin eine Ladungspumpe 133 in der GILU 109. Die Ladungspumpe 133 liefert eine Spannung (z.B. 48 V), die über einer an die Ladungspumpe 133 gelieferten Batteriespannung liegt. Beispielsweise kann die Ladungspumpe 133 eine Spannung 15 V über der gelieferten Batteriespannung erzeugen, um die Treiberschaltung 125 anzusteuern und die Leistungsschalter TH/TL anzusteuern. Bei einigen Ausführungsformen erzeugt die Ladungspumpe 133 die Leistungsversorgungsspannung V2 für die Leistungsschalter TH/TL. Bei einigen Ausführungsformen wird, um eine korrekte Versorgungsspannung für die Leistungsschalter zu garantieren, ein Unterspannungsdetektionsblock 131 ausgebildet, der die Ausgangsspannung der Ladungspumpe 133 prüft und ein Diagnosesignal an einen Ausgangspin der GILU 190 sendet, wenn die Ausgangsspannung der Ladungspumpe 133 unter einem vorbestimmten Schwellwert liegt. Der Unterspannungsdetektionsblock 131 kann auch auf andere Fehlerbedingungen der Ladungspumpe 133 hin prüfen. In dem Beispiel von 3 werden die Ladungspumpe 133 und der Unterspannungsdetektionsblock 131 durch alle die Gateschnittstellen 150 geteilt (z.B. verwendet).
  • Bei einigen Ausführungsformen ist das durch den Unterspannungsdetektionsblock 131 erzeugte Diagnosesignal ein digitales Signal mit mehreren verschiedenen Tastzyklen, wobei jeder der Tastzyklen verwendet wird, um eine bestimmte Arbeitsbedingung der Ladungspumpe 133, durch den Unterspannungsdetektionsblock 131 detektiert, anzugeben. Beispielsweise kann ein Tastverhältnis von 10% anzeigen, dass die Ladungspumpe 133 ordnungsgemäß arbeitet; ein Tastverhältnis von 20% kann eine Unterspannungsbedingung am Ausgang der Ladungspumpe 133 anzeigen; ein Tastverhältnis von 30% kann eine Übertemperaturbedingung an der Ladungspumpe 133 anzeigen; und ein Tastverhältnis von 40% kann eine Offenkreis-Fehlerbedingung an der Ladungspumpe 133 anzeigen. Bei einigen Ausführungsformen wird eine Kommunikationsschnittstelle mit vier Pins zwischen dem Unterspannungsdetektionsblock 131 und der Steuerung 102 des Gatetreiber-IC 107 verwendet. Das obige Beispiel für das Diagnosesignal ist veranschaulichend und nicht beschränkend. Andere Verfahren zum Erzeugen des Diagnosesignals sind möglich und sollen vollständig innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Offenbarung enthalten sein.
  • 4 veranschaulicht ein Blockdiagramm einer Gateschnittstelle 150 in einer Ausführungsform. Die Gateschnittstelle 150 von 4 kann als die erste Gateschnittstelle 150 verwendet werden, die an den ersten Leistungsschalter TH1 (in 4 dargestellt, aber kein Teil der Gateschnittstelle 150) in 3 gekoppelt ist und deshalb die Spannungsanpassungsschaltung 129 zum Messen der Drainspannung des ersten Leistungsschalters TH1 enthält. Man beachte, dass die anderen Gateschnittstellen 150 der GILU 109, z.B. die Gateschnittstellen 150, die an die Leistungsschalter TH2, TH3, TL1, TL3 und TL3 gekoppelt sind, ähnlich der Gateschnittstelle 150 von 4 sind, aber ohne die Spannungsanpassungsschaltung 129 zum Zweck des Einsparens von Hardware, wie zuvor erörtert. Außerdem kann die Gateschnittstelle 150 optional die Ladungspumpe 133 und den Unterspannungsdetektionsblock 131 enthalten, die geeignet sein können, wenn jede Gateschnittstelle 150 unabhängig ausgebildet wird (z.B. jede Gateschnittstelle 150, die in einem separaten IC ausgebildet ist, wie in 7 dargestellt). Wenn mehr als eine Gateschnittstellen 150 zusammen ausgebildet sind, z.B. auf einem gleichen IC, sind die Ladungspumpe 133 und der Unterspannungsdetektionsblock 131 möglicherweise nur einmal ausgebildet und werden von allen Gateschnittstellen 150 geteilt. Mit anderen Worten sind ein einzelner Fall der Ladungspumpe 133 und ein einzelner Fall des Unterspannungsdetektionsblock 131 auf dem IC ausgebildet (z.B. außerhalb der Gateschnittstellen 150) und werden alle von den Gateschnittstellen 150 auf dem IC geteilt, bei einigen Ausführungsformen. Die Gateschnittstelle 150 wird in einigen Ausführungsformen unter Verwendung diskreter Komponenten gebildet. Bei anderen Ausführungsformen wird die Gateschnittstelle 150 als ein IC oder ein Abschnitt eines IC auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet.
  • Unter Bezugnahme auf 4 enthält die Verarbeitungsschaltung 121 einen Komparator 143, der ausgebildet ist zum Empfangen, an einem Eingangsanschluss des Komparators 143, einer Gatesteuerspannung von dem Gatetreiber-IC 107 über einen Eingangspin (z.B. GHx_IN) der Gateschnittstelle 150. Die Verarbeitungsschaltung 121 enthält weiterhin einen Kondensator 141, der zwischen den Eingangsanschluss des Komparators 143 und einen Ausgangsanschluss der Spannungsanpassungsschaltung 127 gekoppelt ist. Die Spannungsanpassungsschaltung 127, die einen Spannungsteiler enthalten kann, gibt einen Messwert (z.B. einen skalierten Wert) der Sourcespannung des Leistungsschalters TH1 aus. Bei einigen Ausführungsformen bestimmt die Verarbeitungsschaltung 121 einen Zustand (z.B. EIN oder AUS) des Leistungsschalters TH1 durch Vergleichen der Gatesteuerspannung von dem Gatetreiber-IC 107 und des Messwerts der Sourcespannung des ersten Leistungsschalters TH1. Beispielsweise kann die Verarbeitungsschaltung 121 eine Spannungsdifferenz zwischen der Gatesteuerspannung von dem Gatetreiber-IC 107 und dem Messwert der Sourcespannung des ersten Leistungsschalters TH1 berechnen und auf Basis der berechneten Spannungsdifferenz bestimmen, ob der Leistungsschalter TH1 ein- oder ausgeschaltet werden soll.
  • 4 veranschaulicht den Pegelwandler 123, der Stromquellen (z.B. spannungsgesteuerte Stromquellen) 145 und 147 und einen Widerstand 149 enthält. Bei einigen Ausführungsformen wandelt der Pegelwandler 123 eine Ausgangsspannung der Verarbeitungsschaltung 121 zu einer Ausgangsspannung (z.B. einem Spannungsabfall an dem Widerstand 149) des Pegelwandlers 123, die von der Ausgangsspannung der Verarbeitungsschaltung 121 verschieden sein kann. Beispielsweise kann sich der Ausgang der Verarbeitungsschaltung 121 in einem ersten Leistungsbereich befinden (z.B. Spannungen zwischen 0-12 V oder 0~5 V), und der Ausgang des Pegelwandlers 123 kann sich in einem zweiten Leistungsbereich (z.B. Spannungen zwischen 0-48 V) befinden. Der Pegelwandler 123 kann in der dargestellten Ausführungsform durch den Ausgang der Ladungspumpe 133 angesteuert (z.B. bestromt) werden.
  • Die Ausgangsspannung des Pegelwandlers 123 wird zu der Treiberschaltung 125 gesendet, die eine Treiberspannung an einem Ausgangsanschluss der Treiberschaltung 125 erzeugt. Wie in 4 dargestellt, wird die Treiberschaltung 125 durch den Ausgang der Ladungspumpe 133 bestromt, und die durch die Treiberschaltung 125 erzeugte Treiberspannung wird an das Gate des Leistungsschalters TH1 angelegt, um das Schalten des Leistungsschalters TH1 zu steuern. Die Verarbeitungsschaltung 121, der Pegelwandler 123 und die Treiberschaltung 125 jeder Gateschnittstelle 150 können kollektiv als ein Vorwärtskopplungspfad zwischen dem Gatetreiber-IC 107 und den Leistungsschaltern TH/TL bezeichnet werden. Bei einigen Ausführungsformen sind die Ladungspumpe 133, der Pegelwandler 123 und/oder die Treiberschaltung 125 so ausgelegt, dass eine Zieltreiberspannung am Ausgang der Treiberschaltung 125 erzielt wird, die für das Treiben der Leistungsschalter (z.B. TH/TL) geeignet ist (z.B. deren Anforderung entspricht).
  • Für verschiedene Arten von Anwendungen können verschiedene Motoren verwendet werden, die verschiedene Treiberfähigkeiten erfordern (z.B. Treiberspannungen und/oder Treiberströme). Bei Ausführungsformen, wo die Gateschnittstelle 150 unter Verwendung diskreter Komponenten ausgebildet ist, ist es leicht, das Design der Gateschnittstelle 150 zu verstellen, um verschiedene Treiberfähigkeiten für die verschiedenen Arten von Motoren zu erzielen, so dass der gleiche Gatetreiber-IC 107 für verschiedene Anwendungen verwendet werden kann. Bei Ausführungsformen, wo die Gateschnittstelle 150 in einem IC ausgebildet ist, kann die Gateschnittstelle 150 immer noch gewisse Grade an Flexibilität bereitstellen, um verschiedene Anwendungen zu berücksichtigen. Beispielsweise kann, solange die erforderlichen Treiberspannungen kleiner sind als die Durchschlagspannung der Gateschnittstelle 150, die Gateschnittstelle 150 als die Schnittstelle zwischen dem Gatetreiber-IC 107 und den Leistungsschaltern TH/TL, verwendet werden, um verschiedene Treiberspannungen bereitzustellen, z.B. durch Liefern entsprechender Eingangsspannungen an die Ladungspumpe 133, um die Zieltreiberspannungen für die Leistungsschalter zu erzeugen. Bei einigen Ausführungsformen ist die Ladungspumpe 133 rekonfigurierbar und besitzt eine Steuerschnittstelle 134, wobei die Steuerschnittstelle 134 zum Ändern der Konfiguration der Ladungspumpe 133 verwendet werden kann, um zum Beispiel eine andere Ausgangsspannung zu erzeugen. Die rekonfigurierbare Ladungspumpe gestattet zusätzliche Flexibilität, um verschiedene Treiberfähigkeitsanforderungen zu berücksichtigen, während der gleiche Gatetreiber-IC 107 verwendet wird.
  • Immer noch unter Bezugnahme auf 4 enthält die Spannungsanpassungsschaltung 127 einen Spannungsteiler, der zwischen die Source des Leistungsschalters TH1 und einen Referenzspannungsknoten (z.B. eine elektrische Masse) gekoppelt ist. Die Spannungsanpassungsschaltung 127 liefert einen Messwert (z.B. einen skalierten Wert) der Sourcespannung des Leistungsschalters TH1. In der dargestellten Ausführungsform wird der Spannungsteiler durch zwei Widerstände 154 und 156 gebildet, und der Spannungsabfall an dem Widerstand 154 wird zu dem Ausgangsanschluss der Spannungsanpassungsschaltung 127 ausgesendet. Bei einigen Ausführungsformen beträgt der Ausgang der Spannungsanpassungsschaltung 127 ein Drittel der Sourcespannung des Leistungsschalters TH1. Eine Spannungsbegrenzungseinrichtung 152, wie etwa eine Zener-Diode, ist parallel zu dem Widerstand 154 gekoppelt, um gegen Überspannung am Ausgangsanschluss der Spannungsanpassungsschaltung 127 zu schützen. Der Ausgangsanschluss der Spannungsanpassungsschaltung 127 ist an einen Ausgangspin (z.B. SHx OUT) der Gateschnittstelle 150 gekoppelt, wobei der Ausgangspin an einen jeweiligen Eingangspin des Gatetreiber-IC 107 gekoppelt ist. Da die Leistungsschalter TH/TL möglicherweise bei einer höheren Spannung (z.B. 48 V) als der Gatetreiber-IC 107 arbeiten, kann die durch die Spannungsanpassungsschaltung 127 bereitgestellte Spannungsskalierung eine Beschädigung des Gatetreiber-IC 107 verhindern.
  • Die Spannungsanpassungsschaltung 129 in 4 besitzt eine gleiche Struktur wie die Spannungsanpassungsschaltung 127 und wird verwendet, um einen Messwert (z.B. einen skalierten Wert wie etwa 1/3) der Drainspannung des Leistungsschalters TH1 zu liefern. Der Ausgang der Spannungsanpassungsschaltung 129 ist an einen Ausgangspin (z.B. SDH OUT) der Gateschnittstelle 150 gekoppelt, wobei der Ausgangspin an einen jeweiligen Eingangspin des Gatetreiber-IC 107 gekoppelt ist. Durch Berechnen der Spannungsdifferenz zwischen den Ausgängen der Spannungsanpassungsschaltungen 129 und 127 kann der Gatetreiber-IC deshalb in einigen Ausführungsformen die Drain-Source-Spannung jedes der Leistungsschalter TH/TL überwachen, wobei die Drain-Source-Spannung den Zustand des Leistungsschalters anzeigt. Die Spannungsanpassungsschaltung 127 und die Spannungsanpassungsschaltung 129 (falls ausgebildet) jeder Gateschnittstelle 150 können kollektiv als ein Rückkopplungspfad zwischen den Gatetreiber-IC 107 und den Leistungsschaltern TH/TL bezeichnet werden.
  • 5 veranschaulicht ein Blockdiagramm einer Gateschnittstelle 150 in einer anderen Ausführungsform. Die Gateschnittstelle 150 ist ähnlich der Gateschnittstelle 150 von 4, aber mit unterschiedlichen Designs für die Verarbeitungsschaltung 121, die Pegelwandler 123 und die Treiberschaltung 125. In 5 besitzt die Verarbeitungsschaltung 121 einen ersten Verstärker 151 und einen zweiten Verstärker 153. Der erste Verstärker 151 besitzt einen ersten Eingangsanschluss (z.B. den oberen Anschluss des ersten Verstärkers 151 in 5) und einen zweiten Eingangsanschluss (z.B. den unteren Anschluss des ersten Verstärkers 151 in 5), wobei der erste Eingangsanschluss des ersten Verstärkers 151 ausgebildet ist zum Annehmen als Eingang eine Gatesteuerspannung von dem Gatetreiber-IC 107. Wie in 5 dargestellt, ist ein Widerstand 155 zwischen den ersten Eingangsanschluss und den zweiten Eingangsanschluss des ersten Verstärkers 151 gekoppelt.
  • Der zweite Verstärker 153 besitzt einen ersten Eingangsanschluss (z.B. den oberen Anschluss des zweiten Verstärkers 153 in 5) und einen zweiten Einganganschluss (z.B. den unteren Anschluss des zweiten Verstärkers 153 in 5), wobei der zweite Eingangsanschluss des zweiten Verstärkers 153 an den Ausgangsanschluss der Spannungsanpassungsschaltung 127 gekoppelt ist und deshalb ausgebildet ist zum Annehmen als Eingang des skalierten Werts der Sourcespannung des ersten Leistungsschalters TH1. Der zweite Einganganschluss des zweiten Verstärkers 153 ist ebenfalls an einen Ausgangspin (z.B. SHx OUT) der Gateschnittstelle 150 gekoppelt. Wie in 5 dargestellt, ist ein Kondensator 157 zwischen den ersten Eingangsanschluss und den zweiten Eingangsanschluss des zweiten Verstärkers 153 gekoppelt. Der Kondensator 157 ist mit dem Widerstand 155 an einem Knoten verbunden, wobei der Knoten an den zweiten Eingangsanschluss des ersten Verstärkers 151 und den ersten Eingangsanschluss des zweiten Verstärkers 153 gekoppelt ist.
  • Bei einigen Ausführungsformen misst der erste Verstärker 151 den Treiberstrom von dem Gatetreiber-IC 107, und der zweite Verstärker 153 misst die Gatesteuerspannung von dem Gatetreiber-IC 107. Deshalb kann die Verarbeitungsschaltung 121 die Form der Gatesteuerspannung und die Form des Treiberstroms über den Pegelwandler 123 und über die Treiberschaltung 125 zu den Leistungsschaltern TH/TL übertragen. Mit anderen Worten ist die Verarbeitungsschaltung 121 in der Lage, das Einschwingverhalten (z.B. den Einschwingstrom) des Treiberstroms und das Einschwingverhalten (z.B. die Einschwingspannung) der Gatesteuerspannung zu messen und zu nachfolgenden Verarbeitungsblöcken zu übertragen, wenn die Gatesteuerspannung die Leistungsschalter ein- oder ausschaltet.
  • Immer noch unter Bezugnahme auf 5 werden die durch die Verarbeitungsschaltung 121 gemessene Gatesteuerspannung und der Treiberstrom an den Pegelwandler 123 gesendet, der ein Doppelpegelwandler ist. Der Pegelwandler 123 ist ähnlich dem von 4, aber mit zusätzlicher Hardware, um die beiden Messwerte von der Verarbeitungsschaltung 121 zu unterstützen. Der Pegelwandler 123 wird durch die Ladungspumpe 133 bestromt und wandelt die Ausgänge der Verarbeitungsschaltung 121 von einem ersten Spannungspegel zu einem zweiten, von dem ersten Spannungspegel verschiedenen (z.B. höheren) Spannungspegel. Bei einigen Ausführungsformen ist ein Multiplizierungskoeffizient (z.B. ein Skalierungsfaktor größer als 1) in den Pegelwandler 123 eingebaut, um den durch die Verarbeitungsschaltung 121 gemessenen Treiberstrom zu verstärken, so dass die Gateschnittstelle 150 eine verbesserte Treiberfähigkeit zum Treiben großer Leistungsschalter (z.B. großer MOSFETs) bereitstellen kann. Der Ausgang des Pegelwandlers 123 wird dann an die Treiberschaltung 125 gesendet und am Ausgang der Treiberschaltung 125 gespiegelt. In der dargestellten Ausführungsform akzeptiert die Treiberschaltung 125 den verstärkten Treiberstrom von dem Pegelwandler 123 und liefert den Gatestrom für die Leistungsschalter. Bei einigen Ausführungsformen enthält die Treiberschaltung 125, um einen skalierbaren Gatestrom zu liefern, mehrere parallel geschaltete elementare Stromquellen oder Stromspiegel. Einer oder mehrere der Stromquellen oder Stromspiegel werden gemäß dem Ausgang des Pegelwandlers 123 aktiviert, um den skalierbaren Gatestrom zu liefern. Wie in 5 dargestellt, wird der Ausgang der Treiberschaltung 125 an das Gate des Leistungsschalters TH1 angelegt. Ähnlich wie bei 4 liefern die Spannungsanpassungsschaltungen 127 und 129 Messwerte der Sourcespannung beziehungsweise der Drainspannung des Leistungsschalters TH1, die durch den Gatetreiber-IC 107 verwendet werden können, um den Status des Leistungsschalters TH1 zu überwachen. Zu Vorteilen der Treiberschaltung 125 zählen z.B. die Fähigkeit zum Verwenden eines variablen Gatetreibers in dem Gatetreiber-IC 107, um die Geschwindigkeit zu steuern, mit der die Gates der Leistungsschalter aufgeladen werden, und die Fähigkeit zum Durchführen einer Gatetreibersignalformung, wo spezifische Formen für die Gatesteuerspannung und den Treiberstrom zu den Leistungsschaltern transferiert werden.
  • 6 veranschaulicht ein Blockdiagramm einer Gateschnittstelle 150 in noch einer weiteren Ausführungsform. Die Gateschnittstelle 150 von 6 ist ähnlich der von 5, aber mit einem anderen Design für die Spannungsanpassungsschaltung 127. Insbesondere besitzt die Spannungsanpassungsschaltung 127 von 6 einen Verstärker 159, der zwischen den Widerstand 156 und den Leistungsschalter TH1 gekoppelt ist. Bei einigen Ausführungsformen kann, wenn die Leistungsschalter (z.B. TH1, TL1) eingeschaltet werden, die Sourcespannung des Leistungsschalters TH1 klein sein (z.B. unter 1 V), was bei Kopplung mit dem Skalierungsfaktor (z.B. 1/3) des Spannungsteilers zu einer noch kleineren Spannung am Ausgang der Spannungsanpassungsschaltung 127 führt. Da eine kleine Spannung am Ausgang der Spannungsanpassungsschaltung 127 zu geringer Genauigkeit führen kann, z.B. bei Messung durch den Gatetreiber-IC 107. Der Verstärker 159 erhöht bei einigen Ausführungsformen die Spannung am Ausgang der Spannungsanpassungsschaltung 127, um die Messgenauigkeit zu verbessern. Die Spannungsbegrenzungseinrichtung 152 (z.B. eine Zener-Diode) klemmt in einigen Ausführungsformen die Spannung am Ausgang der Spannungsanpassungsschaltung 127, um eine Überspannung zu verhindern, wenn die Leistungsschalter ausgeschaltet werden.
  • Die verschiedenen Ausführungsformen von Gateschnittstellen 150 unterstützen eine bidirektionale Kommunikation zwischen dem Gatetreiber-IC 107 und den Leistungsschaltern TH/TL. Steuersignale (z.B. Gatesteuerspannungen) von dem Gatetreiber-IC 107 werden über die Gateschnittstellen 150 zu den Leistungsschaltern übertragen und Rückkopplungsinformationen (z.B. Gatespannung und Sourcespannung der Leistungsschalter) wird über die Gateschnittstellen 150 zu dem Gatetreiber-IC 107 zurückgesendet. Da die Gateschnittstellen 150 Spannungen verschieben und Treiberfähigkeiten verbessern können, indem die Gateschnittstellen zwischen dem Gatetreiber-IC 107 und den Leistungsschaltern verwendet werden, kann der gleiche Gatetreiber-IC 107 mit verschiedenen Leistungsschaltern mit unterschiedlichen Treiberfähigkeitsanforderungen (z.B. Treiberspannungen) verwendet werden. Dies reduziert stark die Produktentwicklungskosten und -zeit zum Auslegen von Leistungssystemen für verschiedene Anwendungen und gestattet größere Flexibilität beim Wählen der Komponenten (z.B. des Gatetreiber-IC 107, der Leistungsschalter, des Dreiphasenmotors) des Leistungssystems. Ein weiterer Vorteil der Gateschnittstelle 150 besteht darin, dass sie eine sichere Trennung zwischen dem Gatetreiber-IC 107 und den Leistungsschaltern TH/TL bereitstellt. Falls beispielsweise einer der Leistungsschalter TH/TL während des Betriebs durchschlägt (z.B. kurzschließt), wird der Gatetreiber-IC 107 aufgrund der durch die Gateschnittstelle 150 bereitgestellten Trennung nicht beschädigt, obwohl die an den beschädigten Leistungsschalter gekoppelte Gateschnittstelle 150 möglicherweise beschädigt wird. Aufgrund der Verwendung der Gateschnittstellen 150 kann sich außerdem der Gatetreiber-IC 107 auf einer anderen Leiterplatte (z.B. einer gedruckten Leiterplatte (PCB)) als die Leistungsschalter TH/TL befinden. Dies gestattet die Verwendung von unterschiedlichen Packages und/oder unterschiedlichen Technologien für die verschiedenen PCB-Platinen, wodurch die Flexibilität bei den Designoptionen erhöht werden und eine Partitionierungsoptimierung gestattet wird.
  • In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die GILU 109 ein IC, der alle Gateschnittstellen 150 auf einem monolithischen Halbleitersubstrat integriert. Dies ist lediglich ein Beispiel und nicht beschränkend. Andere Partitionen oder Implementierungen sind möglich und sollen vollständig in dem Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung enthalten sein. Die 7-9 veranschaulichen zusätzliche Ausführungsformen.
  • In 7 ist jeder der Gateschnittstellen 150 in einem separaten IC (auf einem separaten monolithischen Halbleitersubstrat ausgebildet) integriert, und jedes der ICs (umfassend eine Gateschnittstelle 150) wird als eine bidirektionale Schnittstelle zwischen dem Gatetreiber-IC 107 und einem jeweiligen Leistungsschalter verwendet. Durch Ausbilden der Gateschnittstellen 150 in separaten ICs wird die Robustheit des Leistungssystems erhöht. Falls beispielsweise ein Leistungsschalter durchschlägt, ist nur der IC, der die an den beschädigten Leistungsschalter gekoppelte Gateschnittstelle 150 enthält, für eine Beschädigung anfällig, während die Gateschnittstellen 150 in anderen ICs weiterhin funktionieren. Der Gatetreiber-IC 107 kann deshalb in der Lage sein, den beschädigten Leistungsschalter zu detektieren (z.B. indem die gemessene Drain-Source-Spannung des Leistungsschalters überwacht und sie mit einem erwarteten Wert verglichen wird), einen Fehlerstatus zu berichten und kann die unbeschädigten Leistungsschalter durch die unbeschädigten Gateschnittstellen steuern, um in einem Notbetriebsmodus zu arbeiten, z.B. dass es sicher ist, den Motor anzuhalten.
  • In 8 werden drei Gateschnittstellen 150, jeweils in einen separaten IC integriert, verwendet, um die High-Side-Leistungsschalter TH anzusteuern, und die Low-Side-Leistungsschalter TL werden durch die Treiberschaltung 106 (siehe 2) des Gatetreiber-IC 107 über den Datenpfad 104 angesteuert. Der Datenpfad 104 ist ein bidirektionaler Pfad, der z.B. Steuersignale von dem Gatetreiber-IC 107 zu den Low-Side-Leistungsschaltern TL führt und Statusinformationen von den Low-Side-Leistungsschaltern TL zu dem Gatetreiber-IC 107 führt.
  • In 9 sind drei Gateschnittstellen 150 in einen gleichen IC integriert, um die GILU 109 auszubilden, und die GILU 109 wird verwendet, um die High-Side-Leistungsschalter TH anzusteuern. Die Low-Side-Leistungsschalter TL werden durch die Treiberschaltung 106 (siehe 2) des Gatetreiber-IC 107 über den Datenpfad 104 angesteuert.
  • Variationen und Modifikationen an den offenbarten Ausführungsformen sind möglich und sollen vollständig innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Offenbarung enthalten sein. Beispielsweise können die Anzahl an Gateschnittstellen 150, die in dem Leistungssystem verwendet werden, die Orte der Gateschnittstellen 150 (z.B. mit welchem Leistungsschalter zu koppeln) und die Partitionierung der Gateschnittstellen 150 in einen oder mehrere ICs geändert werden, ohne von dem Gedanken der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Als ein weiteres Beispiel kann neben dem Messen der Drain-Source-Spannung der Leistungsschalter der Drain-Source-Strom der Leistungsschalter ebenfalls durch die Gateschnittstellen 150 gemessen und als ein Ausgang der Gateschnittstelle 150 an den Gatetreiber-IC 107 gesendet werden. Dies kann z.B. durch Koppeln eines Nebenschlusswiderstands zwischen dem Drain des Leistungsschalters TH1 und einem Leistungsversorgungsknoten (z.B. den Knoten mit dem Kennzeichen V2 in 4) und Koppeln von zwei Spannungsanpassungsschaltungen an beide Enden des Nebenschlusswiderstands erzielt werden, wobei jede der zwei Spannungsanpassungsschaltungen die gleiche oder ähnlich ist wie die Spannungsanpassungsschaltung 127 in 4. Die Differenz zwischen den Ausgängen der beiden Spannungsanpassungsschaltungen ist proportional zu dem Drain-Source-Strom des Leistungsschalters und kann an den Gatetreiber-IC 107 zurückgesendet werden.
  • Mit Ausführungsformen können Vorteile erzielt werden. Beispielsweise gestattet die Gateschnittstelle 150 die Verwendung des gleichen Gatetreiber-IC 107 für verschiedene Anwendungen mit unterschiedlichen Treiberfähigkeitsanforderungen, wodurch die Produktentwicklungszeit und -kosten stark reduziert werden. Die Gateschnittstelle 150 sorgt für eine Trennung zwischen den Leistungsschaltern und dem Gatetreiber-IC 107 und verhindert, dass der Gatetreiber-IC 107 beschädigt wird, wenn einer oder mehrere der Leistungsschalter während des Betriebs durchschlagen. Die Verarbeitungsschaltung der Gateschnittstelle 150 kann ausgelegt werden, um das Übertragen der Form der Gatesteuerspannung und der Form des Treiberstroms an die Leistungsschalter für das Gateformen zu unterstützen. Die Gateschnittstelle 150 gestattet auch, dass der Gatetreiber-IC 107 sich auf einem anderen PCB befindet als die Leistungsschalter, wobei die Flexibilität bei den Designoptionen erhöht und die Partitionierungsoptimierung gestattet wird.
  • 10 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1000 zum Betreiben eines Leistungssystems, wobei das Leistungssystem eine erste Gateschnittstelle, die ausgebildet ist zum Gekoppeltwerden zwischen einem Gatetreiber-IC und einem ersten Leistungsschalter, gemäß einigen Ausführungsformen enthält. Es versteht sich, dass die in 10 gezeigte Ausführungsform des Verfahrens lediglich ein Beispiel für viele mögliche Ausführungsformen des Verfahrens ist. Ein Durchschnittsfachmann würde viele Abwandlungen, Alternativen und Modifikationen erkennen. Beispielsweise können verschiedene Schritte, wie in 10 dargestellt, hinzugefügt, entfernt, ersetzt, umgeordnet und wiederholt werden.
  • Unter Bezugnahme auf 10 wird bei Schritt 1010 eine erste Gatesteuerspannung von dem Gatetreiber-IC durch die erste Gateschnittstelle des Leistungssystems empfangen. Bei Schritt 1020 bestimmt die erste Gateschnittstelle, ob der erste Leistungsschalter ein- oder ausgeschaltet werden soll, durch Vergleichen der ersten Gatesteuerspannung mit einer Spannung proportional zu einer Sourcespannung des ersten Leistungsschalters. Bei Schritt 1030 erzeugt die erste Gateschnittstelle eine Gatetreiberspannung an einem Ausgang der ersten Gateschnittstelle auf Basis der Bestimmung, ob der erste Leistungsschalter ein- oder ausgeschaltet werden soll. Bei Schritt 1040 legt die erste Gateschnittstelle die Gatetreiberspannung an ein Gate des ersten Leistungsschalters an. Bei Schritt 1050 skaliert die erste Gateschnittstelle eine Spannung an einer Source des ersten Leistungsschalters, um eine skalierte Sourcespannung zu erzeugen. Bei Schritt 1060 sendet die erste Gateschnittstelle einen Wert der skalierten Sourcespannung an den Gatetreiber-IC.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden hier zusammengefasst. Andere Ausführungsformen können ebenfalls anhand der Gesamtheit der Beschreibung und der Ansprüche, die hierin eingereicht sind, verstanden werden.
  • Beispiel 1. In einer Ausführungsform enthält eine Schaltung einen ersten Vorwärtskopplungspfad, der ausgebildet ist zum Bestimmen eines Zustands eines ersten Leistungsschalters unter Verwendung einer ersten Gatesteuerspannung von einem Gatetreiber und einer Sourcespannung des ersten Leistungsschalters und zum Anlegen einer Gatetreiberspannung an ein Gate des ersten Leistungsschalters auf Basis des bestimmten Zustands des ersten Leistungsschalters; und einen ersten Rückkopplungspfad, der ausgebildet ist zum Liefern eines skalierten Werts einer Drainspannung des ersten Leistungsschalters und eines skalierten Werts der Sourcespannung des ersten Leistungsschalters an den Gatetreiber, wobei der erste Vorwärtskopplungspfad und der erste Rückkopplungspfad ausgebildet sind zum Bereitstellen einer bidirektionalen Gateschnittstelle, die zwischen den Gatetreiber und den ersten Leistungsschalter gekoppelt ist.
  • Beispiel 2. Die Schaltung von Beispiel 1, wobei der erste Vorwärtskopplungspfad eine Verarbeitungsschaltung, eine Treiberschaltung und einen Pegelwandler, der zwischen die Verarbeitungsschaltung und die Treiberschaltung gekoppelt ist, umfasst, wobei die Verarbeitungsschaltung ausgelegt ist zum Bestimmen des Zustands des ersten Leistungsschalters unter Verwendung der ersten Gatesteuerspannung und der Sourcespannung des ersten Leistungsschalters; der Pegelwandler ausgebildet ist zum Wandeln einer ersten Ausgangsspannung der Verarbeitungsschaltung auf eine zweite Ausgangsspannung; und die Treiberschaltung ausgebildet ist zum Erzeugen der Gatetreiberspannung auf Basis der zweiten Ausgangsspannung und zum Anlegen der Gatetreiberspannung an das Gate des ersten Leistungsschalters.
  • Beispiel 3. Die Schaltung von Beispiel 2, wobei die Verarbeitungsschaltung ausgebildet ist zum Messen eines Treiberstroms von dem Gatetreiber und wobei der Pegelwandler ausgebildet ist zum Verstärken des gemessenen Treiberstroms.
  • Beispiel 4. Die Schaltung von Beispiel 2 oder 3, weiterhin enthaltend eine Ladungspumpe, die an die Verarbeitungsschaltung und den Pegelwandler gekoppelt ist, wobei die Ladungspumpe ausgebildet ist zum Liefern einer Versorgungsspannung an die Verarbeitungsschaltung und den Pegelwandler.
  • Beispiel 5. Die Schaltung von Beispiel 4, weiterhin enthaltend einen Unterspannungsdetektionsblock, der ausgebildet ist zum: Vergleichen der durch die Ladungspumpe gelieferten Treiberspannung mit einem vorbestimmten Schwellwert, und als Reaktion auf das Detektieren, dass die durch die Ladungspumpe gelieferte Treiberspannung unter dem vorbestimmten Schwellwert liegt, Erzeugen eines Diagnosesignals an einen Ausgangsanschluss.
  • Beispiel 6. Die Schaltung von Beispiel 4 oder 5, wobei die Ladungspumpe rekonfigurierbar ist und eine Ausgangsspannung der Ladungspumpe konfiguriert ist gemäß einer Arbeitsspannung des ersten Leistungsschalters.
  • Beispiel 7. Die Schaltung von einem der Beispiele 2-6, wobei der erste Vorwärtskopplungspfad umfasst: eine erste Spannungsanpassungsschaltung, die an einen Drain des ersten Leistungsschalters gekoppelt und ausgebildet ist zum Liefern des skalierten Werts der Drainspannung des ersten Leistungsschalters an einem ersten Ausgangsanschluss; und eine zweite Spannungsanpassungsschaltung, die an eine Source des ersten Leistungsschalters gekoppelt und ausgebildet ist zum Liefern des skalierten Werts der Sourcespannung des ersten Leistungsschalters an einem zweiten Ausgangsanschluss.
  • Beispiel 8. Die Schaltung von Beispiel 7, wobei die Verarbeitungsschaltung einen Komparator mit einem ersten Anschluss, der ausgebildet ist zum Empfangen der ersten Gatesteuerspannung von dem Gatetreiber; und einen Kondensator, der zwischen den ersten Anschluss des Komparators und einen Ausgang der zweiten Spannungsanpassungsschaltung gekoppelt ist, enthält.
  • Beispiel 9. Die Schaltung von Beispiel 7 oder 8, wobei die Verarbeitungsschaltung einen ersten Verstärker mit einem ersten Eingangsanschluss und einem zweiten Eingangsanschluss, wobei der erste Eingangsanschluss des ersten Verstärkers ausgebildet ist zum Akzeptieren der ersten Gatesteuerspannung von dem Gatetreiber als Eingang; einen Widerstand, der zwischen den ersten Eingangsanschluss des ersten Verstärkers und den zweiten Eingangsanschluss des ersten Verstärkers gekoppelt ist; einen zweiten Verstärker mit einem ersten Eingangsanschluss und einem zweiten Eingangsanschluss, wobei der zweite Eingangsanschluss des zweiten Verstärkers ausgebildet ist zum Akzeptieren des skalierten Werts der Sourcespannung des ersten Leistungsschalters als Eingang, wobei der zweite Eingangsanschluss des zweiten Verstärkers an den zweiten Ausgangsanschluss gekoppelt ist; und einen Kondensator, der zwischen den ersten Eingangsanschluss des zweiten Verstärkers und den zweiten Eingangsanschluss des zweiten Verstärkers gekoppelt ist, wobei der Kondensator mit dem Widerstand an einem ersten Knoten verbunden ist, wobei der zweite Eingangsanschluss des ersten Verstärkers und der erste Eingangsanschluss des zweiten Verstärkers mit dem ersten Knoten verbunden sind, enthält.
  • Beispiel 10. Die Schaltung von Beispiel 9, wobei die Verarbeitungsschaltung ausgebildet ist zum Übertragen eines Einschwingverhaltens der ersten Gatesteuerspannung und eines Einschwingverhaltens eines ersten Gatesteuerstroms entsprechend der ersten Gatesteuerspannung an den Pegelwandler.
  • Beispiel 11. Die Schaltung von Beispiel 7, wobei die erste Spannungsanpassungsschaltung einen ersten Spannungsteiler, der zwischen den Drain des ersten Leistungsschalters und einen Referenzspannungsknoten gekoppelt ist, umfasst und die zweite Spannungsanpassungsschaltung einen zweiten Spannungsteiler, der zwischen die Source des ersten Leistungsschalters und den Referenzspannungsknoten gekoppelt ist, umfasst, wobei jeder des ersten Spannungsteilers und des zweiten Spannungsteilers umfasst: einen ersten Widerstand; einen zweiten Widerstand, der zwischen den ersten Widerstand und den Referenzspannungsknoten gekoppelt ist, wobei ein Knoten zwischen dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand an die Verarbeitungsschaltung gekoppelt ist; und eine Strombegrenzungseinrichtung, die parallel zu dem zweiten Widerstand gekoppelt ist.
  • Beispiel 12. Die Schaltung von Beispiel 11, wobei die Spannungsbegrenzungseinrichtung eine Zener-Diode ist.
  • Beispiel 13. Die Schaltung von Beispiel 11 oder 12, wobei die zweite Spannungsanpassungsschaltung weiterhin einen Verstärker, der zwischen den zweiten Spannungsteiler und den ersten Leistungsschalter gekoppelt ist, umfasst, wobei ein erster Eingangsanschluss des Verstärkers an den Drain des ersten Leistungsschalters gekoppelt ist, ein zweiter Eingangsanschluss des Verstärkers an die Source des ersten Leistungsschalters gekoppelt ist und ein Ausgangsanschluss des Verstärkers an den zweiten Spannungsteiler gekoppelt ist.
  • Beispiel 14. Die Schaltung von einem der Beispiele 1-13 enthält ferner den ersten Leistungsschalter, der an den ersten Vorwärtskopplungspfad und den ersten Rückkopplungspfad gekoppelt ist; und den Gatetreiber, der an den ersten Vorwärtskopplungspfad und den ersten Rückkopplungspfad gekoppelt ist.
  • Beispiel 15. Ein Leistungssystem enthält eine integrierte Gatetreiberschaltung (IC); mehrere Leistungsschalter; und eine erste Gateschnittstelle zwischen dem Gatetreiber-IC und einem ersten Leistungsschalter der mehreren Leistungsschalter, wobei die erste Gateschnittstelle ausgebildet ist zum: Bestimmen, unter Verwendung einer ersten Verarbeitungsschaltung, ob der erste Leistungsschalter ein- oder ausgeschaltet werden soll, durch Vergleichen einer an einem ersten Ausgangspin des Gatetreiber-IC gelieferten ersten Gatesteuerspannung und einer ersten Spannung an einem ersten Eingangspin des Gatetreiber-IC, die proportional zu einer Spannung an einer Source des ersten Leistungsschalters ist; Wandeln, unter Verwendung eines ersten Pegelwandlers, einer Ausgangsspannung der ersten Verarbeitungsschaltung zu einer Ausgangsspannung des ersten Pegelwandlers, die von der Ausgangsspannung der ersten Verarbeitungsschaltung verschieden ist; Liefern, unter Verwendung einer ersten Treiberschaltung, einer Treiberspannung an einem Gate des ersten Leistungsschalters; und Senden, unter Verwendung erster Spannungsanpassungsschaltungen, eines Werts einer Sourcespannung und eines Werts einer Drainspannung des ersten Leistungsschalters an den Gatetreiber-IC.
  • Beispiel 16. Das Leistungssystem von Beispiel 15, wobei die erste Verarbeitungsschaltung ausgebildet ist zum Übertragen einer Form der ersten Gatesteuerspannung an den ersten Pegelwandler, wobei die Form der ersten Gatesteuerspannung eine Einschwingspannung umfasst, wenn die erste Gatesteuerspannung den ersten Leistungsschalter ein- oder ausschaltet.
  • Beispiel 17. Das Leistungssystem von Beispiel 15, weiterhin umfassend: eine zweite Gateschnittstelle zwischen dem Gatetreiber-IC und einem zweiten Leistungsschalter der mehreren Leistungsschalter, wobei die zweite Gateschnittstelle ausgebildet ist zum: Bestimmen, unter Verwendung einer zweiten Verarbeitungsschaltung, ob der zweite Leistungsschalter ein- oder ausgeschaltet werden soll, durch Vergleichen einer an einem zweiten Ausgangspin des Gatetreiber-IC gelieferten zweiten Gatesteuerspannung und einer zweiten Spannung an einem zweiten Eingangspin des Gatetreiber-IC, die proportional zu einer Spannung an einer Source des zweiten Leistungsschalters ist; Wandeln, unter Verwendung eines zweiten Pegelwandlers, einer Ausgangsspannung der zweiten Verarbeitungsschaltung zu einer Ausgangsspannung des zweiten Pegelwandlers, die von der Ausgangsspannung der zweiten Verarbeitungsschaltung verschieden ist; Liefern, unter Verwendung einer zweiten Treiberschaltung, einer Treiberspannung an einem Gate des zweiten Leistungsschalters; und Senden, unter Verwendung zweiter Spannungsanpassungsschaltungen, eines Werts einer Sourcespannung und eines Werts einer Drainspannung des zweiten Leistungsschalters an den Gatetreiber-IC.
  • Beispiel 18. Das Leistungssystem von Beispiel 17, wobei die erste Gateschnittstelle auf einem ersten monolithischen Halbleitersubstrat umgesetzt ist und die zweite Gateschnittstelle auf einem physisch von dem ersten monolithischen Halbleitersubstrat getrennten zweiten monolithischen Halbleitersubstrat umgesetzt ist.
  • Beispiel 19. Das Leistungssystem von Beispiel 17, wobei die erste Gateschnittstelle und die zweite Gateschnittstelle auf einem gleichen monolithischen Halbleitersubstrat umgesetzt sind.
  • Beispiel 20. Ein Verfahren zum Betreiben eines Leistungssystems, wobei das Leistungssystem eine erste Gateschnittstelle umfasst, die ausgebildet ist zum Gekoppeltwerden zwischen eine integrierte Gatetreiberschaltung (IC) und einen ersten Leistungsschalter, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen, durch die erste Gateschnittstelle, einer ersten Gatesteuerspannung von dem Gatetreiber-IC; Bestimmen, durch die erste Gateschnittstelle, ob der erste Leistungsschalter ein- oder ausgeschaltet werden soll, durch Vergleichen der ersten Gatesteuerspannung mit einer Spannung, die proportional zu einer Sourcespannung des ersten Leistungsschalters ist; Erzeugen, durch die erste Gateschnittstelle, einer Gatetreiberspannung an einem Ausgang der ersten Gateschnittstelle auf Basis der Bestimmung, ob der erste Leistungsschalter ein- oder ausgeschaltet werden soll; Anlegen, durch die erste Gateschnittstelle, der Gatetreiberspannung an ein Gate des ersten Leistungsschalters; Skalieren, durch die erste Gateschnittstelle, einer Spannung an einer Source des ersten Leistungsschalters, um eine skalierte Sourcespannung zu erzeugen; und Senden, durch die erste Gateschnittstelle, eines Werts der skalierten Sourcespannung an den Gatetreiber-IC.
  • Beispiel 21. Das Verfahren von Beispiel 20, weiterhin umfassend: Senden, durch die erste Gateschnittstelle, eines Werts einer Drainspannung des ersten Leistungsschalters an den Gatetreiber-IC.
  • Beispiel 22. Das Verfahren von Beispiel 20 oder 21, weiterhin umfassend: Senden, durch die erste Gateschnittstelle, eines Werts eines Spannungsabfalls an einem Nebenschlusswiderstand an die Gatetreiber-IC, wobei der Nebenschlusswiderstand zwischen einen Drain des ersten Leistungsschalters und einen an den Drain des ersten Leistungsschalters gekoppelten Leistungsversorgungsknoten gekoppelt ist.
  • Wenngleich die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf veranschaulichende Ausführungsformen beschrieben worden ist, soll die vorliegende Beschreibung nicht in einem beschränkenden Sinne ausgelegt werden. Verschiedene Modifikationen und Kombinationen der veranschaulichenden Ausführungsformen sowie andere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich dem Fachmann bei Bezugnahme auf die Beschreibung. Es ist deshalb beabsichtigt, dass die beigefügten Ansprüche alle derartigen Modifikationen oder Ausführungsformen einschließen sollen.

Claims (20)

  1. Schaltung, umfassend: einen ersten Vorwärtskopplungspfad, der ausgebildet ist zum Bestimmen eines Zustands eines ersten Leistungsschalters unter Verwendung einer ersten Gatesteuerspannung von einem Gatetreiber und einer Sourcespannung des ersten Leistungsschalters und zum Anlegen einer Gatetreiberspannung an ein Gate des ersten Leistungsschalters auf Basis des bestimmten Zustands des ersten Leistungsschalters; und einen ersten Rückkopplungspfad, der ausgebildet ist zum Liefern eines skalierten Werts einer Drainspannung des ersten Leistungsschalters und eines skalierten Werts der Sourcespannung des ersten Leistungsschalters an den Gatetreiber, wobei der erste Vorwärtskopplungspfad und der erste Rückkopplungspfad ausgebildet sind zum Bereitstellen einer bidirektionalen Gateschnittstelle, die zwischen den Gatetreiber und den ersten Leistungsschalter gekoppelt ist.
  2. Schaltung nach Anspruch 1, wobei der erste Vorwärtskopplungspfad eine Verarbeitungsschaltung, eine Treiberschaltung und einen Pegelwandler, der zwischen die Verarbeitungsschaltung und die Treiberschaltung gekoppelt ist, umfasst, wobei die Verarbeitungsschaltung ausgelegt ist zum Bestimmen des Zustands des ersten Leistungsschalters unter Verwendung der ersten Gatesteuerspannung und der Sourcespannung des ersten Leistungsschalters; der Pegelwandler ausgebildet ist zum Wandeln einer ersten Ausgangsspannung der Verarbeitungsschaltung auf eine zweite Ausgangsspannung; und die Treiberschaltung ausgebildet ist zum Erzeugen der Gatetreiberspannung auf Basis der zweiten Ausgangsspannung und zum Anlegen der Gatetreiberspannung an das Gate des ersten Leistungsschalters.
  3. Schaltung nach Anspruch 2, wobei die Verarbeitungsschaltung ausgebildet ist zum Messen eines Treiberstroms von dem Gatetreiber und wobei der Pegelwandler ausgebildet ist zum Verstärken des gemessenen Treiberstroms.
  4. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, weiterhin umfassend eine Ladungspumpe, die an die Verarbeitungsschaltung und den Pegelwandler gekoppelt ist, wobei die Ladungspumpe ausgebildet ist zum Liefern einer Versorgungsspannung an die Verarbeitungsschaltung und den Pegelwandler.
  5. Schaltung nach Anspruch 4, weiterhin umfassend einen Unterspannungsdetektionsblock, der ausgebildet ist zum: Vergleichen der durch die Ladungspumpe gelieferten Treiberspannung mit einem vorbestimmten Schwellwert, und als Reaktion auf das Detektieren, dass die durch die Ladungspumpe gelieferte Treiberspannung unter dem vorbestimmten Schwellwert liegt, Erzeugen eines Diagnosesignals an einem Ausgangsanschluss.
  6. Schaltung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Ladungspumpe rekonfigurierbar ist und eine Ausgangsspannung der Ladungspumpe konfiguriert ist gemäß einer Arbeitsspannung des ersten Leistungsschalters.
  7. Schaltung nach einem der Ansprüche 2-6, wobei der erste Rückkopplungspfad umfasst: eine erste Spannunganpassungsschaltung, die an einen Drain des ersten Leistungsschalters gekoppelt und ausgebildet ist zum Liefern des skalierten Werts der Drainspannung des ersten Leistungsschalters an einem ersten Ausgangsanschluss; und eine zweite Spannungsanpassungsschaltung, die an eine Source des ersten Leistungsschalters gekoppelt und ausgebildet ist zum Liefern des skalierten Werts der Sourcespannung des ersten Leistungsschalters an einem zweiten Ausgangsanschluss.
  8. Schaltung nach Anspruch 7, wobei die Verarbeitungsschaltung umfasst: einen Komparator mit einem ersten Anschluss, der ausgebildet ist zum Empfangen der ersten Gatesteuerspannung von dem Gatetreiber; und einen Kondensator, der zwischen den ersten Anschluss des Komparators und einen Ausgang der zweiten Spannungsanpassungsschaltung gekoppelt ist.
  9. Schaltung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Verarbeitungsschaltung umfasst: einen ersten Verstärker mit einem ersten Eingangsanschluss und einem zweiten Eingangsanschluss, wobei der erste Eingangsanschluss des ersten Verstärkers ausgebildet ist zum Akzeptieren der ersten Gatesteuerspannung von dem Gatetreiber als Eingang; einen Widerstand, der zwischen den ersten Eingangsanschluss des ersten Verstärkers und den zweiten Eingangsanschluss des ersten Verstärkers gekoppelt ist; einen zweiten Verstärker mit einem ersten Eingangsanschluss und einem zweiten Eingangsanschluss, wobei der zweite Eingangsanschluss des zweiten Verstärkers ausgebildet ist zum Akzeptieren des skalierten Werts der Sourcespannung des ersten Leistungsschalters als Eingang, wobei der zweite Eingangsanschluss des zweiten Verstärkers an den zweiten Ausgangsanschluss gekoppelt ist; und einen Kondensator, der zwischen den ersten Eingangsanschluss des zweiten Verstärkers und den zweiten Eingangsanschluss des zweiten Verstärkers gekoppelt ist, wobei der Kondensator mit dem Widerstand an einem ersten Knoten verbunden ist, wobei der zweite Eingangsanschluss des ersten Verstärkers und der erste Eingangsanschluss des zweiten Verstärkers mit dem ersten Knoten verbunden sind.
  10. Schaltung nach Anspruch 9, wobei die Verarbeitungsschaltung ausgebildet ist zum Übertragen eines Einschwingverhaltens der ersten Gatesteuerspannung und eines Einschwingverhaltens eines ersten Gatesteuerstroms entsprechend der ersten Gatesteuerspannung an den Pegelwandler.
  11. Schaltung nach Anspruch 7, wobei die erste Spannungsanpassungsschaltung einen ersten Spannungsteiler, der zwischen den Drain des ersten Leistungsschalters und einen Referenzspannungsknoten gekoppelt ist, umfasst und die zweite Spannungsanpassungsschaltung einen zweiten Spannungsteiler, der zwischen die Source des ersten Leistungsschalters und den Referenzspannungsknoten gekoppelt ist, umfasst, wobei jeder des ersten Spannungsteilers und des zweiten Spannungsteilers umfasst: einen ersten Widerstand; einen zweiten Widerstand, der zwischen den ersten Widerstand und den Referenzspannungsknoten gekoppelt ist, wobei ein Knoten zwischen dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand an die Verarbeitungsschaltung gekoppelt ist; und eine Strombegrenzungseinrichtung, die parallel zu dem zweiten Widerstand gekoppelt ist.
  12. Schaltung nach Anspruch 11, wobei die Spannungsbegrenzungseinrichtung eine Zener-Diode ist.
  13. Schaltung nach Anspruch 11 oder 12, wobei die zweite Spannungsanpassungsschaltung weiterhin einen Verstärker, der zwischen den zweiten Spannungsteiler und den ersten Leistungsschalter gekoppelt ist, umfasst, wobei ein erster Eingangsanschluss des Verstärkers an den Drain des ersten Leistungsschalters gekoppelt ist, ein zweiter Eingangsanschluss des Verstärkers an die Source des ersten Leistungsschalters gekoppelt ist und ein Ausgangsanschluss des Verstärkers an den zweiten Spannungsteiler gekoppelt ist.
  14. Leistungssystem, umfassend: eine integrierte Gatetreiberschaltung (IC); mehrere Leistungsschalter; und eine erste Gateschnittstelle zwischen dem Gatetreiber-IC und einem ersten Leistungsschalter der mehreren Leistungsschalter, wobei die erste Gateschnittstelle ausgebildet ist zum: Bestimmen, unter Verwendung einer ersten Verarbeitungsschaltung, ob der erste Leistungsschalter ein- oder ausgeschaltet werden soll, durch Vergleichen einer an einem ersten Ausgangspin des Gatetreiber-IC gelieferten ersten Gatesteuerspannung und einer ersten Spannung an einem ersten Eingangspin des Gatetreiber-IC, die proportional zu einer Spannung an einer Source des ersten Leistungsschalters ist; Wandeln, unter Verwendung eines ersten Pegelwandlers, einer Ausgangsspannung der ersten Verarbeitungsschaltung zu einer Ausgangsspannung des ersten Pegelwandlers, die von der Ausgangsspannung der ersten Verarbeitungsschaltung verschieden ist; Liefern, unter Verwendung einer ersten Treiberschaltung, einer Treiberspannung an einem Gate des ersten Leistungsschalters; und Senden, unter Verwendung erster Spannungsanpassungsschaltungen, eines Werts einer Sourcespannung und eines Werts einer Drainspannung des ersten Leistungsschalters an den Gatetreiber-IC.
  15. Leistungssystem nach Anspruch 14, wobei die erste Verarbeitungsschaltung ausgebildet ist zum Übertragen einer Form der ersten Gatesteuerspannung an den ersten Pegelwandler, wobei die Form der ersten Gatesteuerspannung eine Einschwingspannung umfasst, wenn die erste Gatesteuerspannung den ersten Leistungsschalter ein- oder ausschaltet.
  16. Leistungssystem nach Anspruch 15, weiterhin umfassend: eine zweite Gateschnittstelle zwischen dem Gatetreiber-IC und einem zweiten Leistungsschalter der mehreren Leistungsschalter, wobei die zweite Gateschnittstelle ausgebildet ist zum: Bestimmen, unter Verwendung einer zweiten Verarbeitungsschaltung, ob der zweite Leistungsschalter ein- oder ausgeschaltet werden soll, durch Vergleichen einer an einem zweiten Ausgangspin des Gatetreiber-IC gelieferten zweiten Gatesteuerspannung und einer zweiten Spannung an einem zweiten Eingangspin des Gatetreiber-IC die proportional zu einer Spannung an einer Source des zweiten Leistungsschalters ist; Wandeln, unter Verwendung eines zweiten Pegelwandlers, einer Ausgangsspannung der zweiten Verarbeitungsschaltung zu einer Ausgangsspannung des zweiten Pegelwandlers, die von der Ausgangsspannung der zweiten Verarbeitungsschaltung verschieden ist; Liefern, unter Verwendung einer zweiten Treiberschaltung, einer Treiberspannung an einem Gate des zweiten Leistungsschalters; und Senden, unter Verwendung zweiter Spannungsanpassungsschaltungen, eines Werts einer Sourcespannung und eines Werts einer Drainspannung des zweiten Leistungsschalters an den Gatetreiber-IC.
  17. Leistungssystem nach Anspruch 16, wobei die erste Gateschnittstelle auf einem ersten monolithischen Halbleitersubstrat umgesetzt ist und die zweite Gateschnittstelle auf einem physisch von dem ersten monolithischen Halbleitersubstrat getrennten zweiten monolithischen Halbleitersubstrat umgesetzt ist oder wobei die erste Gateschnittstelle und die zweite Gateschnittstelle auf einem gleichen monolithischen Halbleitersubstrat umgesetzt sind.
  18. Verfahren zum Betreiben eines Leistungssystems, wobei das Leistungssystem eine erste Gateschnittstelle umfasst, die ausgebildet ist zum Gekoppeltwerden zwischen eine integrierte Gatetreiberschaltung (IC) und einen ersten Leistungsschalter, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen, durch die erste Gateschnittstelle, einer ersten Gatesteuerspannung von dem Gatetreiber-IC; Bestimmen, durch die erste Gateschnittstelle, ob der erste Leistungsschalter ein- oder ausgeschaltet werden soll, durch Vergleichen der ersten Gatesteuerspannung mit einer Spannung, die proportional zu einer Sourcespannung des ersten Leistungsschalters ist; Erzeugen, durch die erste Gateschnittstelle, einer Gatetreiberspannung an einem Ausgang der ersten Gateschnittstelle auf Basis der Bestimmung, ob der erste Leistungsschalter ein- oder ausgeschaltet werden soll; Anlegen, durch die erste Gateschnittstelle, der Gatetreiberspannung an ein Gate des ersten Leistungsschalters; Skalieren, durch die erste Gateschnittstelle, einer Spannung an einer Source des ersten Leistungsschalters, um eine skalierte Sourcespannung zu erzeugen; und Senden, durch die erste Gateschnittstelle, eines Werts der skalierten Sourcespannung an den Gatetreiber-IC.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, weiterhin umfassend: Senden, durch die erste Gateschnittstelle, eines Werts einer Drainspannung des ersten Leistungsschalters an den Gatetreiber-IC.
  20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, weiterhin umfassend: Senden, durch die erste Gateschnittstelle, eines Werts eines Spannungsabfalls an einem Nebenschlusswiderstand an die Gatetreiber-IC, wobei der Nebenschlusswiderstand zwischen einen Drain des ersten Leistungsschalters und einen an den Drain des ersten Leistungsschalters gekoppelten Leistungsversorgungsknoten gekoppelt ist.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017114556A1 (de) * 2017-06-29 2019-01-03 Ipgate Ag Vorrichtung für ein hydraulisches Betätigungssystem
US11810873B2 (en) * 2021-04-07 2023-11-07 GM Global Technology Operations LLC Solid-state fuse having multiple control circuits

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2739969B1 (fr) * 1995-10-12 1997-11-14 Schneider Electric Sa Circuit d'alimentation d'une bobine d'excitation d'un electro-aimant
US5856809A (en) * 1997-01-22 1999-01-05 Texas Intruments Incorporated Static antenna tuning and antenna voltage measurement
US7215144B2 (en) * 2004-05-20 2007-05-08 International Business Machines Corporation Pre-emphasis driver with constant impedance
US7800350B2 (en) * 2007-05-11 2010-09-21 Freescale Semiconductor, Inc. Apparatus for optimizing diode conduction time during a deadtime interval
US8476859B2 (en) * 2010-09-30 2013-07-02 Rockwell Automation Technologies, Inc. DC power for SGCT devices using a high frequency current loop with multiple current transformers
EP2714339B1 (de) * 2011-06-02 2018-01-03 Black & Decker Inc. Steuersystem für ein elektrisches befestigungswerkzeug
DE102011084509B4 (de) * 2011-10-14 2014-11-06 Infineon Technologies Ag Schnittstellenschaltung und Verfahren zum Freigeben eines Ausgangstreibers der Schnittstellenschaltung
US20140176239A1 (en) * 2012-12-24 2014-06-26 Lsi Corporation Adaptive control mechanisms to control input and output common-mode voltages of differential amplifier circuits
US9726100B2 (en) * 2014-03-20 2017-08-08 GM Global Technology Operations LLC Actuator with deadbeat control
CN104410252B (zh) * 2014-12-11 2017-09-01 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 源极驱动电路及其控制方法
FR3035980B1 (fr) * 2015-05-05 2017-06-09 STMicroelectronics (Grand Ouest) SAS Procede d'alimentation d'un module incorpore dans un systeme sur puce et dispositif electronique correspondant
US10289182B2 (en) * 2016-04-01 2019-05-14 Honeywell International Inc. Intrinsically safe power conditioning circuit
EP3299127A1 (de) * 2016-06-24 2018-03-28 Black & Decker Inc. Steuerungsschema zum betreiben eines schnurlosen elektrowerkzeugs basierend auf der batterietemperatur
CN107395192B (zh) * 2017-08-04 2024-03-22 尚睿微电子（上海）有限公司 双向接口电路

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