DE102019131192A1 - Protective circuit with power semiconductor switch for a high-voltage on-board network, method for operating a power semiconductor switch, high-voltage on-board network and motor vehicle - Google Patents

Protective circuit with power semiconductor switch for a high-voltage on-board network, method for operating a power semiconductor switch, high-voltage on-board network and motor vehicle Download PDF

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Jens Leickert
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung (1) für ein Hochvoltbordnetz eines Kraftfahrzeugs aufweisend
- zumindest einen Leistungshalbleiterschalter (3) zum Unterbrechen einer Versorgungsleitung (2) des Hochvoltbordnetzes,
- eine Messeinrichtung (11) zum Erfassen einer ersten Kenngröße des Leistungshalbleiterschalters (3), welche eine über den Leistungshalbleiterschalter (3) fließenden Strom (I) beschreibt, und
- eine Steuereinheit (7), welche dazu ausgelegt ist,
-- den Leistungshalbleiterschalter (3) in einem Einschaltbereich zu betreiben,
-- bei Erkennen eines Überstroms anhand des erfassten ersten Kenngröße, den Leistungshalbleiterschalter (3) in einem linearen Bereich zu betreiben,
--bei Erkennen eines langfristigen Überstroms des in dem linearen Bereich betriebenen Leistungshalbleiterschalters (3), den Leistungshalbleiterschalter (3) in einem Sperrbereich zu betreiben, und
-- bei Erkennen eines kurzfristigen Überstroms des in dem linearen Bereich betriebenen Leistungshalbleiterschalters (3), den Leistungshalbleiterschalter (3) wieder in dem Einschaltbereich zu betreiben.

Figure DE102019131192A1_0000
The invention relates to a protective circuit (1) for a high-voltage electrical system of a motor vehicle
- At least one power semiconductor switch (3) for interrupting a supply line (2) of the high-voltage electrical system,
- A measuring device (11) for detecting a first parameter of the power semiconductor switch (3), which describes a current (I) flowing through the power semiconductor switch (3), and
- a control unit (7), which is designed to
- to operate the power semiconductor switch (3) in a switch-on range,
- if an overcurrent is detected on the basis of the recorded first parameter, to operate the power semiconductor switch (3) in a linear range,
- upon detection of a long-term overcurrent of the power semiconductor switch (3) operated in the linear range, to operate the power semiconductor switch (3) in a blocking range, and
- upon detection of a brief overcurrent of the power semiconductor switch (3) operated in the linear range, to operate the power semiconductor switch (3) again in the switch-on range.
Figure DE102019131192A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für ein Hochvoltbordnetz eines Kraftfahrzeugs aufweisend einen Leistungshalbleiterschalter zum Unterbrechen einer Versorgungsleitung des Hochvoltbordnetzes. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben eines Leistungshalbleiterschalters, ein Hochvoltbordnetz sowie ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a protective circuit for a high-voltage on-board network of a motor vehicle, having a power semiconductor switch for interrupting a supply line of the high-voltage on-board network. The invention also relates to a method for operating a power semiconductor switch, a high-voltage electrical system and a motor vehicle.

Vorliegend richtet sich das Interesse auf Hochvoltkomponenten eines Hochvoltbordnetzes eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise Elektromotoren, Klimaanlagen, Scheinwerfer, Hochvoltspeicher, etc., welche über Versorgungsleitungen elektrisch miteinander verbunden werden. Dabei stellt der Hochvoltspeicher elektrische Energie zur Energieversorgung der anderen Hochvoltkomponenten bereit. Bei einem Defekt oder Fehler einer Hochvoltkomponente kann es vorkommen, dass über die zugehörige Versorgungsleitung ein Fehlerstrom in Form von einem Überstrom fließt. Falls dieser Überstrom ein langfristiger bzw. dauerhafter Überstrom, beispielsweise ein Kurzschlussstrom, ist, so kann es sein, dass durch den Überstrom die Versorgungsleitungen der defekten Hochvoltkomponente des Hochvoltbordnetzes sowie die defekte Hochvoltkomponente selbst weiter geschädigt werden. Auch kann der dauerhafte Überstrom zu einer Hitzeentwicklung im Hochvoltbordnetz führen, wodurch sich die Gefahr eines Brandes des Kraftfahrzeugs ergibt. Des Weiteren kann der Überstrom im Hochvoltbordnetz, insbesondere in parallelgeschalteten Teilbordnetzen einen Spannungseinbruch erzeugen der die Funktion von nicht betroffenen Komponenten beeinträchtigt.In the present case, the interest is directed to high-voltage components of a high-voltage electrical system of a motor vehicle, for example electric motors, air conditioning systems, headlights, high-voltage storage devices, etc., which are electrically connected to one another via supply lines. The high-voltage storage system provides electrical energy to supply the other high-voltage components with energy. In the event of a defect or fault in a high-voltage component, a fault current in the form of an overcurrent can flow via the associated supply line. If this overcurrent is a long-term or permanent overcurrent, for example a short-circuit current, the overcurrent may further damage the supply lines of the defective high-voltage component of the high-voltage electrical system and the defective high-voltage component itself. The permanent overcurrent can also lead to a build-up of heat in the high-voltage electrical system, which creates the risk of a fire in the motor vehicle. In addition, the overcurrent in the high-voltage on-board network, especially in sub-on-board networks connected in parallel, can cause a voltage drop that affects the function of unaffected components.

Daher ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Schutzschaltungen zu verwenden, welche bei Vorliegen des Überstroms auslösen und die defekte Hochvoltkomponente von dem Hochvoltbordnetz trennen können. Solche Schutzschaltungen können Leistungshalbleiterschalter aufweisen, welche zum Unterbrechen der Versorgungsleitung und damit zum Trennen der elektrischen Verbindung zwischen den Hochvoltkomponenten geöffnet bzw. in einem Sperrbereich betrieben werden können. Solche Leistungshalbleiterschalter ermöglichen ein präzises Auslösen bei Überstrom. Probleme ergeben sich jedoch, wenn der Überstrom kein langfristiger Überstrom, sondern ein kurzfristiger Überstrom, beispielsweise eine unschädlich Stromspitze bzw. Transiente, ist und die Versorgungsleitung fälschlicherweise durch Betreiben des Leistungshalbleiterschalters in dem Sperrbereich unterbrochen wird.It is therefore known from the prior art to use protective circuits which can be triggered when the overcurrent is present and can disconnect the defective high-voltage component from the high-voltage electrical system. Such protective circuits can have power semiconductor switches, which can be opened or operated in a blocking range to interrupt the supply line and thus to disconnect the electrical connection between the high-voltage components. Such power semiconductor switches enable precise tripping in the event of overcurrent. Problems arise, however, when the overcurrent is not a long-term overcurrent but a short-term overcurrent, for example a harmless current spike or transient, and the supply line is erroneously interrupted by operating the power semiconductor switch in the blocking range.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schutzschaltung für ein Hochvoltbordnetz eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, welche zuverlässige Unterbrechungen einer Versorgungsleitung des Hochvoltbordnetzes gewährleistet und gleichzeitig unnötige Unterbrechungen der Versorgungsleitung vermeidet.The object of the present invention is to provide a protective circuit for a high-voltage electrical system of a motor vehicle, which ensures reliable interruptions in a supply line of the high-voltage electrical system and at the same time avoids unnecessary interruptions in the supply line.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schutzschaltung, ein Verfahren, ein Hochvoltbordnetz sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.According to the invention, this object is achieved by a protective circuit, a method, a high-voltage electrical system and a motor vehicle with the features according to the respective independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject matter of the dependent claims, the description and the figures.

Eine erfindungsgemäße Schutzschaltung für ein Hochvoltbordnetz eines Kraftfahrzeugs weist zumindest einen Leistungshalbleiterschalter zum Unterbrechen einer Versorgungsleitung des Hochvoltbordnetzes sowie eine Messeinrichtung zum Erfassen einer ersten Kenngröße des Leistungshalbleiterschalters, welche einen über den Leistungshalbleiterschalter fließenden Strom beschreibt, auf. Außerdem weist die Schutzschaltung eine Steuereinheit auf, welche dazu ausgelegt ist, den Leistungshalbleiterschalter zum Verbinden der Versorgungsleitung in einem Einschaltbereich zu betreiben und dazu insbesondere ein Steuersignal mit einem Signalwert oberhalb eines Grenzwerts an einem Steueranschluss des Leistungshalbleiterschalters bereitzustellen. Die Steuereinheit ist bei Erkennen eines Überstroms anhand des erfassten ersten Kenngröße des in dem Einschaltbereich betriebenen Leistungshalbleiterschalters dazu ausgelegt, den Leistungshalbleiterschalter ohne Unterbrechen der Versorgungsleitung in einem linearen Bereich zu betreiben und dazu insbesondere das Steuersignal mit einem Signalwert zwischen dem Grenzwert und einem Schwellenwert bereitzustellen. Ferner ist die Steuereinheit bei Erkennen eines langfristigen Überstroms über den in dem linearen Bereich betriebenen Leistungshalbleiterschalter dazu ausgelegt, den Leistungshalbleiterschalter zum Unterbrechen der Versorgungsleitung in einem Sperrbereich zu betreiben und dazu insbesondere das Steuersignal mit einem Signalwert unterhalb des Schwellenwerts bereitzustellen. Bei Erkennen eines kurzfristigen Überstroms über den in dem linearen Bereich betriebenen Leistungshalbleiterschalter ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, den Leistungshalbleiterschalter wieder in dem Einschaltbereich zu betreiben.A protective circuit according to the invention for a high-voltage on-board network of a motor vehicle has at least one power semiconductor switch for interrupting a supply line of the high-voltage on-board network and a measuring device for detecting a first parameter of the power semiconductor switch, which describes a current flowing through the power semiconductor switch. In addition, the protective circuit has a control unit which is designed to operate the power semiconductor switch for connecting the supply line in a switch-on range and to provide in particular a control signal with a signal value above a limit value at a control terminal of the power semiconductor switch. When an overcurrent is detected on the basis of the detected first parameter of the power semiconductor switch operated in the switch-on range, the control unit is designed to operate the power semiconductor switch in a linear range without interrupting the supply line and, in particular, to provide the control signal with a signal value between the limit value and a threshold value. Furthermore, when a long-term overcurrent is detected via the power semiconductor switch operated in the linear range, the control unit is designed to operate the power semiconductor switch to interrupt the supply line in a blocking range and, in particular, to provide the control signal with a signal value below the threshold value. When a brief overcurrent is detected via the power semiconductor switch operated in the linear range, the control unit is designed to operate the power semiconductor switch again in the switch-on range.

Zur Erfindung gehört außerdem ein Verfahren zum Betreiben eines Leistungshalbleiterschalters, welcher zum Unterbrechen einer Versorgungsleitung eines Hochvoltbordnetzes eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Bei dem Verfahren wird der Leistungshalbleiterschalter zum Verbinden der Versorgungsleitung in einem Einschaltbereich betrieben, insbesondere indem ein Steuersignal mit einem Signalwert oberhalb eines Grenzwerts an einem Steueranschluss des Leistungshalbleiterschalters bereitgestellt wird. Falls ein Überstrom anhand einer erfassten ersten Kenngröße, welche einen über den in dem Einschaltbereich betriebenen Leistungshalbleiterschalter fließenden Stroms beschreibt, erkannt wird, wird der Leistungshalbleiterschalter ohne Unterbrechen der Versorgungsleitung in einem linearen Bereich betrieben, insbesondere indem das Steuersignal mit einem Signalwert zwischen dem Grenzwert und einem Schwellenwert betrieben wird. Falls ein langfristiger, über den in dem linearen Bereich betriebenen Leistungshalbleiterschalter fließender Überstromerkannt wird, wird der Leistungshalbleiterschalter zum Unterbrechen der Versorgungsleitung in einem Sperrbereich betrieben, insbesondere indem das Steuersignal mit einem Signalwert unterhalb des Schwellenwerts bereitgestellt wird. Falls jedoch ein kurzfristiger, über den in dem linearen Bereich betriebenen Leistungshalbleiterschalter fließender Überstrom erkannt wird, wird der Leistungshalbleiterschalter erneut in dem Einschaltbereich betrieben.The invention also includes a method for operating a power semiconductor switch which is designed to interrupt a supply line of a high-voltage electrical system of a motor vehicle. In the method, the power semiconductor switch for connecting the supply line is operated in a switch-on range, in particular by providing a control signal with a signal value above a limit value at a control terminal of the power semiconductor switch. If there is an overcurrent on the basis of a recorded first parameter, which is above the one operated in the switch-on range Power semiconductor switch describes flowing current, is detected, the power semiconductor switch is operated without interrupting the supply line in a linear range, in particular by operating the control signal with a signal value between the limit value and a threshold value. If a long-term overcurrent flowing via the power semiconductor switch operated in the linear range is detected, the power semiconductor switch is operated in a blocking range to interrupt the supply line, in particular by providing the control signal with a signal value below the threshold value. However, if a short-term overcurrent flowing via the power semiconductor switch operated in the linear range is detected, the power semiconductor switch is operated again in the switch-on range.

Ferner betrifft die Erfindung ein Hochvoltbordnetz für ein Kraftfahrzeug aufweisend zumindest zwei Hochvoltkomponenten, zumindest eine Versorgungsleitung, welche die Hochvoltkomponenten elektrisch verbindet, und zumindest eine erfindungsgemäße Schutzschaltung. Eine der Hochvoltkomponenten ist insbesondere ein Hochvoltenergiespeicher bzw. Hochvoltakkumulator, welcher zur Energieversorgung der zumindest einen anderen Hochvoltkomponente über die zumindest eine Versorgungsleitung mit der zumindest einen anderen Hochvoltkomponente elektrisch verbunden ist. Die zumindest eine andere Hochvoltkomponente kann beispielsweise eine Klimaanlage, ein Elektromotor, ein DC/DC-Wandler, ein Steuergerät für Funktionen in Bezug auf autonomes Fahren, etc. des insbesondere elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs sein.The invention further relates to a high-voltage electrical system for a motor vehicle having at least two high-voltage components, at least one supply line which electrically connects the high-voltage components, and at least one protective circuit according to the invention. One of the high-voltage components is in particular a high-voltage energy store or high-voltage accumulator, which is electrically connected to the at least one other high-voltage component via the at least one supply line to supply the at least one other high-voltage component with energy. The at least one other high-voltage component can be, for example, an air conditioning system, an electric motor, a DC / DC converter, a control device for functions relating to autonomous driving, etc. of the motor vehicle that can in particular be driven electrically.

Erste Pole, beispielsweise Pluspole, der Hochvoltkomponenten des Hochvoltbordnetzes können über eine erste elektrische Versorgungsleitung verbunden sein und zweite Pole, beispielweise Minuspole, der Hochvoltkomponenten können über eine zweite elektrische Versorgungsleitung verbunden sein. Zum allpoligen Trennen der Hochvoltkomponenten kann jeweils ein Leistungshalbleiterschalter der Schutzschaltung („Solid State Circuit Breaker“- SSCB) in jeder der Versorgungsleitungen angeordnet sein. Zum einpoligen Trennen ist zumindest ein Leistungshalbleiterschalter in einer der Versorgungsleitungen angeordnet. Auch kann die Schutzschaltung dazu ausgelegt sein, die jeweilige Versorgungsleitung unidirektional oder bidirektional zu trennen. Beim bidirektionalen Unterbrechen kann die Schutzschaltung einen Stromfluss in beide Richtungen, also von der Hochvoltkomponente weg und zur Hochvoltkomponente hin, unterbinden. Beim unidirektionalen Unterbrechen kann die Schalteinheit einen Stromfluss in nur eine Richtung unterbinden. Zum bidirektionalen Trennen kann die Schutzschaltung beispielsweise zumindest zwei antiserielle Leistungshalbleiterschalter aufweisen.First poles, for example positive poles, of the high-voltage components of the high-voltage on-board network can be connected via a first electrical supply line and second poles, for example negative poles, of the high-voltage components can be connected via a second electrical supply line. For all-pole disconnection of the high-voltage components, a power semiconductor switch of the protective circuit (“Solid State Circuit Breaker” - SSCB) can be arranged in each of the supply lines. For single-pole disconnection, at least one power semiconductor switch is arranged in one of the supply lines. The protective circuit can also be designed to disconnect the respective supply line unidirectionally or bidirectionally. In the case of bidirectional interruption, the protective circuit can prevent a current flow in both directions, i.e. away from the high-voltage component and towards the high-voltage component. In the case of unidirectional interruption, the switching unit can prevent current flow in only one direction. For bidirectional isolation, the protective circuit can have, for example, at least two anti-serial power semiconductor switches.

Der zumindest eine Leistungshalbleiterschalter ist vorzugsweise als ein IGBT („Insulated Gate Bipolar Transistor“) oder als ein Leistungs-MOSFET ausgebildet. Der Leistungshalbleiterschalter umfasst einen Steueranschluss, welchem ein Steuersignal zugeführt wird. Im Falle eines IGBTs und eines Leistungs-MOSFETs wird der Steueranschluss durch eine Gate-Elektrode bzw. einen Gate-Anschluss gebildet. Der Leistungshalbleiterschalter ist insbesondere ein spannungsgesteuerter Leistungshalbleiterschalter, welchem ein Steuersignal in Form von einer Steuerspannung bzw. Gate-Spannung zugeführt wird. Um dem Steueranschluss bzw. Gate-Anschluss die Steuerspannung zuzuführen, weist die Schutzschaltung die Steuereinheit auf, welche insbesondere einen Gate-Treiber aufweist. Die Steuereinheit kann beispielsweise in ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs integriert sein. Die Steuereinheit kann aber auch eigenständig sein und beispielsweise über einen Bus mit einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs kommunizieren. Auch kann die Steuereinheit zumindest teilweise als ASIC ausgebildet sein. Durch unterschiedliche Signalwerte des Steuersignals kann der Leistungshalbleiterschalter in unterschiedlichen Betriebsbereichen betrieben werden.The at least one power semiconductor switch is preferably designed as an IGBT (“Insulated Gate Bipolar Transistor”) or as a power MOSFET. The power semiconductor switch comprises a control connection to which a control signal is fed. In the case of an IGBT and a power MOSFET, the control connection is formed by a gate electrode or a gate connection. The power semiconductor switch is in particular a voltage-controlled power semiconductor switch to which a control signal in the form of a control voltage or gate voltage is fed. In order to supply the control voltage to the control connection or gate connection, the protective circuit has the control unit, which in particular has a gate driver. The control unit can be integrated into a control unit of the motor vehicle, for example. The control unit can, however, also be independent and, for example, communicate with a control unit of the motor vehicle via a bus. The control unit can also be designed at least partially as an ASIC. The power semiconductor switch can be operated in different operating ranges by means of different signal values of the control signal.

Wenn der Signalwert, beispielsweise die Steuerspannung, oberhalb des Grenzwertes, beispielsweise einer Grenzspannung, liegt, so wird der Leistungshalbleiterschalter in dem Einschaltbereich betrieben. Der Einschaltbereich kann auch, je nach verwendetem Leistungshalbleiterschalter, als Sättigungsbereich, Aktivbereich oder Durchsteuerbereich bezeichnet werden. In diesem Einschaltbereich leitet der Leitungshalbleiterschalter einen Strom über die Versorgungsleitung und verbindet damit die Hochvoltkomponenten elektrisch, wobei der Strom durch den Leistungshalbleiterschalter, welcher einem Drain-Source-Strom bei einem Leistungs-MOSFET oder einem Kollektor-Emitter-Strom bei einem IGBT entspricht, im Wesentlichen konstant und unabhängig von einer weiteren Erhöhung des Signalwerts des Steuersignals ist. Der Einschaltbereich bzw. Durchsteuerbetrieb entspricht einem geschlossenen bzw. eingeschalteten Schaltzustand des Leistungshalbleiterschalters.If the signal value, for example the control voltage, is above the limit value, for example a limit voltage, the power semiconductor switch is operated in the switch-on range. Depending on the power semiconductor switch used, the switch-on range can also be referred to as the saturation range, the active range or the control range. In this switch-on range, the line semiconductor switch conducts a current via the supply line and thus electrically connects the high-voltage components, the current through the power semiconductor switch, which corresponds to a drain-source current in a power MOSFET or a collector-emitter current in an IGBT, in Is essentially constant and independent of a further increase in the signal value of the control signal. The switch-on range or through-control mode corresponds to a closed or switched-on switching state of the power semiconductor switch.

Wenn der Signalwert unterhalb des Grenzwertes und oberhalb des Schwellenwertes, beispielsweise einer Schwellenspannung bzw. einer Thresholdspannung, liegt, so wird der Leistungshalbleiterschalter in dem linearen Bereich bzw. ohmschen Bereich betrieben. In diesem linearen Bereich verhält sich der Leistungshalbleiterschalter wie ein ohmscher Widerstand, wobei der durch den Leistungshalbleiterschalter fließende Strom abhängig von dem Signalwert des Steuersignals ist und somit begrenzt werden kann. Der lineare Bereich bzw. Linearbetrieb entspricht einem geschlossenen Zustand des Schalters mit Strombegrenzungsfunktion. Wenn der Signalwert unterhalb des Schwellenwertes liegt, beispielsweise indem die Steuerspannung 0 V beträgt, so wird der Leistungshalbleiterschalter im Sperrbereich bzw. Abschaltbereich betrieben. Der Leistungshalbleiterschalter leitet in dem Sperrbereich, bis auf einen Leckstrom, keinen Strom und unterbricht somit die Versorgungsleitung. Der Sperrbereich bzw. Sperrbetrieb entspricht einem geöffneten bzw. ausgeschalteten Schaltzustand des Leistungshalbleiterschalters. Zum Bereitstellen der unterschiedlichen Signalwerte für den Einschaltbereich und den Sperrbereich kann die Steuereinheit ein Flipflop aufweisen, welches mit der Treiberschaltung bzw. dem Gate-Treiber gekoppelt ist und welches den Signalwert des Steuersignals ereignisabhängig bzw. bedingungsabhängig bereitstellt. Zum Bereitstellen der Signalwerte für den Linearbetrieb des Leistungshalbleiterschalters kann die Steuereinheit eine Strombegrenzungseinrichtung aufweisen.If the signal value is below the limit value and above the threshold value, for example a threshold voltage or a threshold voltage, then the power semiconductor switch is operated in the linear range or ohmic range. In this linear range, the power semiconductor switch behaves like an ohmic resistor, the current flowing through the power semiconductor switch being dependent on the signal value of the control signal and thus being able to be limited. The linear range or linear operation corresponds to a closed state of the switch with current limiting function. If the If the signal value is below the threshold value, for example if the control voltage is 0 V, the power semiconductor switch is operated in the blocking range or switch-off range. The power semiconductor switch conducts no current in the blocking range, apart from a leakage current, and thus interrupts the supply line. The blocking range or blocking operation corresponds to an open or switched-off switching state of the power semiconductor switch. To provide the different signal values for the switch-on range and the blocking range, the control unit can have a flip-flop which is coupled to the driver circuit or the gate driver and which provides the signal value of the control signal as an event or condition-dependent. To provide the signal values for the linear operation of the power semiconductor switch, the control unit can have a current limiting device.

Im Normalbetrieb des Hochvoltbordnetzes, in welchem die Hochvoltkomponenten elektrisch verbunden sein sollen und kein Fehlerfall, beispielsweise ein Überstrom, vorliegt, wird der Leistungshalbleiterschalter in dem Einschaltbereich betrieben. Außerdem wird während des Einschaltbetriebs des Leistungshalbleiterschalters die erste Kenngröße des Leistungshalbleiterschalters, welche den über den Leistungshalbleiterschalter fließende Strom charakterisiert, von der Messeinrichtung erfasst und überwacht. Falls anhand der erfassten ersten Kenngröße ein Fehlerfall, also ein Überstrom, erkannt wird, so versetzt die Steuereinheit den Leistungshalbleiterschalter in den linearen Betrieb, beispielsweise durch Herabsetzen des Signalwerts des Steuersignals unterhalb des Grenzwertes. Beispielsweise ist die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, den Überstrom zu erkennen, falls die den Strom beschreibende erste Kenngröße einem vorbestimmten Stromschwellwert zumindest entspricht und/oder ein anhand der ersten Kenngröße bestimmtes Grenzlastintegral einem vorbestimmten Grenzlastintegralschwellwert zumindest entspricht, und bei Erkennen des Überstroms den Leistungshalbleiterschalter in den linearen Bereich zu überführen. Zur Erfassung des über den Leistungshalbleiterschalter fließenden Stroms weist die Messeinrichtung vorzugsweise einen in Reihe zu dem Leistungshalbleiterschalter geschalteten Strommesswiderstand auf. Als die erste Kenngröße kann also direkt der über den Leistungshalbleiterschalter fließende Strom erfasst bzw. gemessen werden.During normal operation of the high-voltage electrical system, in which the high-voltage components are to be electrically connected and there is no fault, for example an overcurrent, the power semiconductor switch is operated in the switch-on range. In addition, during the switch-on operation of the power semiconductor switch, the first parameter of the power semiconductor switch, which characterizes the current flowing through the power semiconductor switch, is recorded and monitored by the measuring device. If a fault, that is to say an overcurrent, is detected on the basis of the detected first parameter, the control unit puts the power semiconductor switch into linear operation, for example by reducing the signal value of the control signal below the limit value. For example, the control unit is designed to recognize the overcurrent if the first parameter describing the current at least corresponds to a predetermined current threshold value and / or a limit load integral determined on the basis of the first parameter at least corresponds to a predetermined limit load integral threshold value, and when the overcurrent is detected, the power semiconductor switch is in the translate linear area. To detect the current flowing via the power semiconductor switch, the measuring device preferably has a current measuring resistor connected in series with the power semiconductor switch. The current flowing through the power semiconductor switch can therefore be detected or measured directly as the first parameter.

In dem linearen Betrieb des Leistungshalbleiterschalters sind die Hochvoltkomponenten nach wie vor elektrisch verbunden, wobei der über den Leistungshalbleiterschalter fließende Strom durch Bereitstellen eines Signalwerts innerhalb eines Intervalls zwischen dem Schwellenwert und dem Grenzwert begrenzt wird. Durch die Begrenzung des Stroms kann sichergestellt werden, dass der Strom im Kurzschlussfall, also im Falle eines langfristigen Überstroms, nicht auf ein unbeherrschbares Maß ansteigen kann. Dies hätte sonst zur Folge, dass der Strom beispielsweise nach einem gewissen Zeitraum auf einen Wert ansteigt, welcher nicht mehr trennbar ist, da die Energie in der Versorgungsleitung zu hoch ist. Der Leistungshalbleiterschalter würde beim Trennen, also beim Überführen in den Sperrbereich, wegen der zu hohen Trennenergie zerstört werden. Nun wird von der Steuereinheit überprüft, ob der Überstrom ein für das Hochvoltbordnetz schädlicher, dauerhafter bzw. langfristiger Überstrom, beispielsweise ein Kurzschlussstrom, oder ein für das Hochvoltbordnetz unschädlicher, kurzfristiger bzw. temporärer Überstrom, beispielsweise eine Transiente bzw. Stromspitze, ist. Das Erkennen und Charakterisieren des Überstromes erfolgen also zweistufig. Falls der Überstrom ein langfristiger Überstrom ist, wird der Leistungshalbleiterschalter durch Versetzen in den Sperrbetrieb endgültig abgeschaltet und damit die Versorgungsleitung unterbrochen. Dazu wird das Steuersignal unterhalb des Schwellenwerts abgesenkt. Falls der Überstrom nur ein kurzfristiger Überstrom ist, wird der Leistungshalbleiterschalter zurück in den Einschaltbetrieb versetzt und die Versorgungsleitung wird nicht unterbrochen. Dazu wird der Signalwert des Steuersignals wieder angehoben.In the linear operation of the power semiconductor switch, the high-voltage components are still electrically connected, the current flowing through the power semiconductor switch being limited by providing a signal value within an interval between the threshold value and the limit value. By limiting the current, it can be ensured that the current cannot rise to an uncontrollable level in the event of a short circuit, i.e. in the event of a long-term overcurrent. Otherwise, the result would be that after a certain period of time, for example, the current would rise to a value which could no longer be separated because the energy in the supply line is too high. The power semiconductor switch would be destroyed when it is disconnected, i.e. when it is transferred to the blocking area, because of the excessive disconnection energy. The control unit now checks whether the overcurrent is a permanent or long-term overcurrent that is harmful to the high-voltage on-board network, for example a short-circuit current, or a short-term or temporary overcurrent that is harmless to the high-voltage on-board network, for example a transient or current peak. The overcurrent is recognized and characterized in two stages. If the overcurrent is a long-term overcurrent, the power semiconductor switch is finally switched off by being switched to blocking operation, thus interrupting the supply line. For this purpose, the control signal is lowered below the threshold value. If the overcurrent is only a short-term overcurrent, the power semiconductor switch is switched back to switch-on mode and the supply line is not interrupted. To do this, the signal value of the control signal is increased again.

Durch das zweistufige Erkennen und Charakterisieren des über den Leistungshalbleiterschalter fließenden Überstroms im angeschalteten Zustand des Leistungshalbleiterschalters kann einerseits ein sicheres Unterbrechen der Versorgungsleitung bei einem für das Hochvoltbordnetz schädlichen Überstrom gewährleistet werden und andererseits ein fehlerhaftes Unterbrechen der Versorgungsleitung bei einem für das Hochvoltbordnetz unschädlichen Überstrom verhindert werden.Through the two-stage detection and characterization of the overcurrent flowing through the power semiconductor switch when the power semiconductor switch is switched on, a safe interruption of the supply line in the event of an overcurrent that is harmful to the high-voltage electrical system can be ensured and, on the other hand, a faulty interruption of the supply line in the event of an overcurrent that is harmless to the high-voltage electrical system can be prevented.

Besonders bevorzugt ist die Strombegrenzungseinrichtung der Steuereinheit durch einen über den Leistungshalbleiterschalter fließenden Überstrom von einem deaktivierten Zustand in einen aktivierten Zustand überführbar. Die Strombegrenzungseinrichtung ist dazu ausgelegt, in dem aktivierten Zustand zu verbleiben, solange der Überstrom über den Leistungshalbleiterschalter fließt, und den Leistungshalbleiterschalter zur Begrenzung des durch den Leistungshalbleiterschalter fließenden Überstroms in dem linearen Bereich zu betreiben. Außerdem ist die Strombegrenzungseinrichtung dazu ausgelegt, in den deaktivierten Zustand überzugehen, sobald der als kurzfristiger Überstrom erkannte Überstrom nicht mehr durch den Leistungshalbleiterschalter fließt, und dadurch eine Rückkehr des Leistungshalbleiterschalters in den Einschaltbereich zuzulassen. Die Strombegrenzungseinrichtung wird also aktiviert, sobald sie den Überstrom erkennt.The current limiting device of the control unit can particularly preferably be transferred from a deactivated state to an activated state by an overcurrent flowing through the power semiconductor switch. The current limiting device is designed to remain in the activated state as long as the overcurrent flows through the power semiconductor switch and to operate the power semiconductor switch in the linear range to limit the overcurrent flowing through the power semiconductor switch. In addition, the current limiting device is designed to switch to the deactivated state as soon as the overcurrent recognized as a short-term overcurrent no longer flows through the power semiconductor switch, and thereby to allow the power semiconductor switch to return to the switch-on range. The current limiting device is activated as soon as it detects the overcurrent.

Beispielsweise kann die Strombegrenzungseinrichtung dazu den über den Leitungshalbleiterschalter fließenden Strom mit dem vorbestimmten Stromschwellwert vergleichen. Sobald der über den eingeschalteten Leistungshalbleiterschalter fließende Strom den ersten Stromschwellwert erreicht hat und somit einem Überstrom entspricht, wirkt die Strombegrenzungseinrichtung auf den Steueranschluss des Leistungshalbleiterschalters und verringert die dem Leistungshalbleiterschalter zugeführte Steuerspannung kontinuierlich. Sobald der Signalwert des Steuersignals unterhalb des Grenzwertes liegt, geht der Leistungshalbleiterschalter in den linearen Bereich über, wobei der durch den Leistungshalbleiterschalter fließende Überstrom auf den ersten Stromschwellwert begrenzt wird. Dieser auf den ersten Stromschwellwert begrenzte Überstrom ist ein Strom, welcher im Kurzschlussfall ohne Zerstörung des Leistungshalbleiterschalters noch trennbar wäre. Der Leistungshalbleiterschalter wird dabei in dem linearen Bereich betrieben, solange der Überstrom durch den Leistungshalbleiterschalter fließt. Während dieser Zeit wird überprüft, ob es sich um einen langfristigen Überstrom handelt. Wenn erkannt wurde, dass es sich um einen langfristigen Überstrom handelt, so wird der Leitungshalbleiterschalter aktiv, beispielsweise durch Abschalten des Gate-Treibers mittels des Flipflops, in den Sperrbereich überführt und die Versorgungsleitung unterbrochen. Wenn erkannt wurde, dass es sich nur um einen kurzfristigen Überstrom handelt, so wird abgewartet, bis der Überstrom wieder unter den Stromschwellwert absinkt und die Strombegrenzungseinrichtung wieder in den deaktivierten Zustand übergeht. Die Strombegrenzungseinrichtung wirkt nicht mehr auf den Steueranschluss des Leistungshalbleiterschalters und der Leistungshalbleiterschalter kehrt aufgrund des von dem Gate-Treiber bereitgestellten Steuersignals wieder in den Einschaltbereich zurück.For example, the current limiting device can compare the current flowing via the line semiconductor switch with the predetermined current threshold value. As soon as the current flowing through the switched on power semiconductor switch has reached the first current threshold value and thus corresponds to an overcurrent, the current limiting device acts on the control connection of the power semiconductor switch and continuously reduces the control voltage supplied to the power semiconductor switch. As soon as the signal value of the control signal is below the limit value, the power semiconductor switch goes into the linear range, the overcurrent flowing through the power semiconductor switch being limited to the first current threshold value. This overcurrent, limited to the first current threshold value, is a current which, in the event of a short circuit, could still be disconnected without destroying the power semiconductor switch. The power semiconductor switch is operated in the linear range as long as the overcurrent flows through the power semiconductor switch. During this time it is checked whether it is a long-term overcurrent. If it has been recognized that a long-term overcurrent is involved, the line semiconductor switch is activated, for example by switching off the gate driver by means of the flip-flop, transferred into the blocking range and the supply line interrupted. If it has been recognized that this is only a short-term overcurrent, the system waits until the overcurrent falls again below the current threshold value and the current limiting device switches back to the deactivated state. The current limiting device no longer acts on the control connection of the power semiconductor switch and the power semiconductor switch returns to the switch-on range due to the control signal provided by the gate driver.

Insbesondere ist die Messeinrichtung dazu ausgelegt, eine zweite Kenngröße, welche eine Ausgangsspannung des Leistungshalbleiterschalters und/oder eine Temperatur des Leistungshalbleiterschalters beschreibt, zu erfassen. Die Ausgangsspannung des Leistungshalbleiterschalters ist eine Drain-Source-Spannung bei einem Leistungs-MOSFET und eine Kollektor-Emitter-Spannung bei einem IGBT. Zum Erfassen der die Ausgangsspannung des Leistungshalbleiterschalters beschreibenden zweiten Kenngröße kann die Messeinrichtung einen Spannungsteiler aufweisen. Zum Erfassen der Temperatur des Leistungshalbleiterschalters kann die Messeinrichtung beispielsweise einen Temperatursensor aufweisen. Die Steuereinheit ist dazu ausgelegt, anhand der zweiten Kenngröße den langfristigen Überstrom zu erkennen. Sowohl die Temperatur als auch die Ausgangsspannung des Leistungshalbleiterschalters steigen an, wenn der Leistungshalbleiterschalter in dem linearen Bereich betrieben wird. Dies ist anhand der zweiten Kenngröße erkennbar. Falls es sich um einen kurzfristigen Überstrom handelt, so steigen die Ausgangsspannung und die Temperatur zwar an, verbleiben aber unterhalb eines vorbestimmten Spannungsschwellwerts und eines vorbestimmten Temperaturschwellwerts. Falls es sich um einen langfristigen Überstrom handelt, so steigen die Ausgangsspannung und die Temperatur über den Spannungsschwellwert und den Temperaturschwellwert hinaus an.In particular, the measuring device is designed to detect a second parameter which describes an output voltage of the power semiconductor switch and / or a temperature of the power semiconductor switch. The output voltage of the power semiconductor switch is a drain-source voltage in the case of a power MOSFET and a collector-emitter voltage in the case of an IGBT. To detect the second parameter describing the output voltage of the power semiconductor switch, the measuring device can have a voltage divider. To detect the temperature of the power semiconductor switch, the measuring device can, for example, have a temperature sensor. The control unit is designed to recognize the long-term overcurrent on the basis of the second parameter. Both the temperature and the output voltage of the power semiconductor switch rise when the power semiconductor switch is operated in the linear range. This can be seen from the second parameter. If there is a short-term overcurrent, the output voltage and the temperature increase, but remain below a predetermined voltage threshold value and a predetermined temperature threshold value. If there is a long-term overcurrent, the output voltage and the temperature rise above the voltage threshold value and the temperature threshold value.

Die Steuereinheit ist also dazu ausgelegt, den langfristigen Überstrom zu erkennen, falls die die Ausgangsspannung beschreibende zweite Kenngröße den vorbestimmten Spannungsschwellwert überschreitet und/oder falls die die Temperatur des Leistungshalbleiterschalters beschreibende zweite Kenngröße den vorbestimmten Temperaturschwellwert überschreitet. Anhand des Verlaufs der Ausgangsspannung und/oder des Verlaufs der Temperatur in dem linearen Betrieb des Leistungshalbleiterschalters kann der Überstrom somit auf einfache Weise als ein Kurzschlussstrom oder eine Stromspitze charakterisiert werden.The control unit is therefore designed to recognize the long-term overcurrent if the second parameter describing the output voltage exceeds the predetermined voltage threshold and / or if the second parameter describing the temperature of the power semiconductor switch exceeds the predetermined temperature threshold. Using the curve of the output voltage and / or the curve of the temperature in the linear operation of the power semiconductor switch, the overcurrent can thus be characterized in a simple manner as a short-circuit current or a current peak.

Auch kann die Steuereinheit dazu ausgelegt sein, anhand der zweiten Kenngröße einen Zeit-Integral-Wert der Ausgangsspannung, beispielsweise einen sogenannten U-Quadratt-Wert, zu bestimmen, und den langfristigen Überstrom erkennen, falls der Zeit-Integral-Wert der Ausgangsspannung einen vorbestimmten Zeit-Integral-Schwellwert überschreitet. Ferner kann die Steuereinheit dazu ausgelegt sein, den langfristigen Überstrom zu erkennen, falls eine Zeitdauer eines Anstiegs der zweiten Kenngröße einen vorbestimmten Zeitschwellwert überschreitet. Andernfalls, also bei Unterschreiten des jeweiligen Schwellwerts, kann die die Steuereinheit den kurzfristigen Überstrom erkennen.The control unit can also be designed to use the second parameter to determine a time integral value of the output voltage, for example a so-called U-square value, and to recognize the long-term overcurrent if the time integral value of the output voltage is a predetermined value Time-integral threshold exceeded. Furthermore, the control unit can be designed to recognize the long-term overcurrent if a time duration of an increase in the second parameter exceeds a predetermined time threshold value. Otherwise, when the respective threshold value is undershot, the control unit can recognize the short-term overcurrent.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Steuereinheit eine Spannungsbegrenzungseinrichtung auf, welche dazu ausgelegt ist, beim Überführen des Leistungshalbleiterschalters in den Sperrbereich eine, beispielsweise aufgrund des langfristigen Überstroms, ansteigende Ausgangsspannung des Leistungshalbleiterschalters zu begrenzen. Dazu betreibt die Spannungsbegrenzungseinrichtung den Leistungshalbleiterschalter zum Abbauen der Ausgangsspannung mittels des Leistungshalbleiterschalters in dem linearen Bereich. Die Spannungsbegrenzungseinrichtung wird aktiviert, wenn die Ausgangsspannung einen vorbestimmten Klemmspannungswert, welcher unterhalb einer Durchbruchspannung des Leistungshalbleiterschalters liegt, erreicht hat. Dazu kann die Spannungsbegrenzungseinrichtung beispielsweise eine mit dem Abfluss-Anschluss und dem Steueranschluss des Leistungshalbleiterschalters verbundene Zener-Diode aufweisen, deren Durchbruchspannung dem Klemmspannungswert entspricht.In a further development of the invention, the control unit has a voltage limiting device which is designed to limit an output voltage of the power semiconductor switch that increases, for example due to the long-term overcurrent, when the power semiconductor switch is transferred into the blocking range. For this purpose, the voltage limiting device operates the power semiconductor switch to reduce the output voltage by means of the power semiconductor switch in the linear range. The voltage limiting device is activated when the output voltage has reached a predetermined clamping voltage value which is below a breakdown voltage of the power semiconductor switch. For this purpose, the voltage limiting device can have, for example, a Zener diode connected to the drain connection and the control connection of the power semiconductor switch, whose breakdown voltage corresponds to the terminal voltage value.

Während des aktivierten Zustands der Spannungsbegrenzungseinrichtung begrenzt die Spannungsbegrenzungseinrichtung die Ausgangsspannung auf den Klemmspannungswert. Im aktivierten Zustand erhöht die Spannungsbegrenzungseinrichtung die Steuerspannung wieder, beispielsweise über die leitende Zener-Diode, sodass der Leistungshalbleiterschalter in dem Linearbetrieb betrieben wird und ein Strom über den Leistungshalbleiterschalter fließt. Dadurch baut der Leistungshalbleiterschalter, dessen Ausgangsspannung auf den Klemmspannungswert begrenzt ist, den Strom und damit die Leitungsenergie ab. Der Leistungshalbleiterschalter verbleibt so lange in dem linearen Bereich, bis kein Storm mehr durch den Leistungshalbleiterschalter fließt, und geht dann in den Sperrbereich über. Die Versorgungsleitung ist unterbrochen und die Ausgangsspannung des Leistungshalbleiterschalters entspricht einem zulässigen, vorbestimmten Sperrspannungswert, welcher beispielsweise der Bordnetzspannung des Hochvoltbordnetzes entspricht.During the activated state of the voltage limiting device, the voltage limiting device limits the output voltage to the terminal voltage value. In the activated state, the voltage limiting device increases the control voltage again, for example via the conductive Zener diode, so that the power semiconductor switch is operated in linear mode and a current flows via the power semiconductor switch. As a result, the power semiconductor switch, whose output voltage is limited to the terminal voltage value, reduces the current and thus the line energy. The power semiconductor switch remains in the linear range until no more current flows through the power semiconductor switch, and then goes into the blocking range. The supply line is interrupted and the output voltage of the power semiconductor switch corresponds to a permissible, predetermined blocking voltage value, which corresponds, for example, to the vehicle electrical system voltage of the high-voltage vehicle electrical system.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Hochvoltbordnetz. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein Elektro- oder Hybridfahrzeug und weist als eine der Hochvoltkomponenten einen Hochvoltenergiespeicher auf.The invention also relates to a motor vehicle with a high-voltage electrical system according to the invention. The motor vehicle is in particular an electric or hybrid vehicle and has a high-voltage energy store as one of the high-voltage components.

Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Schutzschaltung vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren, für das erfindungsgemäße Hochvoltbordnetz sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.The embodiments presented with reference to the protective circuit according to the invention and their advantages apply accordingly to the method according to the invention, to the high-voltage electrical system according to the invention and to the motor vehicle according to the invention.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.Further features of the invention emerge from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schutzschaltung; und
  • 2 eine Darstellung von Strom- und Spannungsverläufen der Schutzschaltung.
The invention will now be explained in more detail using a preferred exemplary embodiment and with reference to the drawings. Show it:
  • 1 a schematic representation of an embodiment of a protective circuit according to the invention; and
  • 2 a representation of current and voltage curves of the protective circuit.

In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Identical and functionally identical elements are provided with the same reference symbols in the figures.

1 zeigt eine Schutzschaltung 1 für ein hier nicht gezeigtes Hochvoltbordnetz. Die Schutzschaltung 1 kann auch als SSCB bzw. Solid State Circuit Breaker bezeichnet werden. Das Hochvoltbordnetz ist insbesondere in einem hier nicht gezeigten, elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug angeordnet und kann eine Vielzahl von Hochvoltkomponenten umfassen. Die Hochvoltkomponenten können beispielsweise eine Klimaanlage, ein Elektromotor, ein DC/DC-Wandler, ein Steuergerät für autonomes Fahren, ein Hochvoltspeicher, etc. des Kraftfahrzeugs sein. Zwei Hochvoltkomponenten sind über jeweilige Versorgungsleitungen 2 elektrisch miteinander verbunden. Zum Schützen des Hochvoltbordnetzes bei einem Defekt einer Hochvoltkomponente weist das Hochvoltbordnetz die Schutzschaltung 1 auf, welche zumindest einen Leistungshalbleiterschalter 3 umfasst. Der Leistungshalbleiterschalter 3 ist über einen ersten Anschluss X1 der Schutzschaltung 1 mit einem Pol einer ersten Hochvoltkomponente und über einen zweiten Anschluss X2 der Schutzschaltung 1 mit einem Pol einer zweiten Hochvoltkomponente elektrisch verbunden. Der Leistungshalbleiterschalter 3 ist dazu ausgelegt, die Versorgungsleitung 2 im Fehlerfall, beispielsweise bei einem Überstrom in dem Hochvoltbordnetz, zu unterbrechen und damit die Hochvoltkomponenten elektrisch voneinander zu trennen. 1 shows a protection circuit 1 for a high-voltage electrical system not shown here. The protection circuit 1 can also be referred to as SSCB or Solid State Circuit Breaker. The high-voltage on-board electrical system is arranged in particular in an electrically drivable motor vehicle (not shown here) and can include a plurality of high-voltage components. The high-voltage components can be, for example, an air conditioning system, an electric motor, a DC / DC converter, a control device for autonomous driving, a high-voltage storage device, etc. of the motor vehicle. Two high-voltage components are via respective supply lines 2 electrically connected to each other. To protect the high-voltage electrical system in the event of a defect in a high-voltage component, the high-voltage electrical system has the protective circuit 1 on which at least one power semiconductor switch 3 includes. The power semiconductor switch 3 is via a first connection X1 the protection circuit 1 with one pole of a first high-voltage component and a second connection X2 the protection circuit 1 electrically connected to one pole of a second high-voltage component. The power semiconductor switch 3 is designed for the supply line 2 in the event of a fault, for example in the event of an overcurrent in the high-voltage vehicle electrical system, and thus electrically isolating the high-voltage components from one another.

Der Leistungshalbleiterschalter 3 umfasst einen Steueranschluss 4, einen Zufluss-Anschluss 5, welcher hier mit dem zweiten Anschluss X2 der Schutzschaltung 1 elektrisch verbunden ist, und einen Abfluss-Anschluss 6, welcher hier mit dem ersten Anschluss X1 der Schutzschaltung 1 elektrisch verbunden ist. Der Leistungshalbleiterschalter 3 ist im vorliegenden Fall als ein IGBT mit einem Steueranschluss 4 in Form von einem Gate-Anschluss G, einem Zufluss-Anschluss 5 in Form von einem Emitter-Anschluss E und einem Abfluss-Anschluss 6 in Form von einem Kollektor-Anschluss K ausgebildet. Der Leistungshalbleiterschalter 3 kann auch als ein Leistungs-MOSFET ausgebildet sein. Im Falle des Leistungs-MOSFETs wird der Zufluss-Anschluss 5 durch einen Source-Anschluss und der Abfluss-Anschluss 6 durch einen Drain-Anschluss gebildet.The power semiconductor switch 3 includes a control port 4th , an inflow connection 5 , which one here with the second connection X2 the protection circuit 1 is electrically connected, and a drain connection 6th which one here with the first connection X1 the protection circuit 1 is electrically connected. The power semiconductor switch 3 is in the present case as an IGBT with a control connection 4th in the form of a gate connection G, an inflow connection 5 in the form of an emitter connection E and a drain connection 6th in the form of a collector connection K. The power semiconductor switch 3 can also be designed as a power MOSFET. In the case of the power MOSFET, the inflow connection is used 5 through a source connection and the drain connection 6th formed by a drain connection.

Über den Steueranschluss 4 kann dem Leistungshalbleiterschalter 3 mittels einer Steuereinheit 7 ein Steuersignal in Form von einer Steuerspannung Us zugeführt werden, wobei ein Betriebsbereich des Leistungshalbleiterschalters 3 von einem Signalwert des Steuersignals, also einem Spannungswert der Steuerspannung Us, abhängig ist. Die Steuereinheit 7 weist hier ein RS-Flipflop 8 zum An- und Abschalten des Leistungshalbleiterschalters 3 auf. Wenn an einem Setzeingang S des RS-Flipflops 8 ein Signal S=1 anliegt, so wird ein Ausgang Q des RS-Flipflops 8 auf den Wert Q=1 gesetzt. Dadurch wird dem Steueranschluss 4 des Leistungshalbleiterschalters 3 über eine Treiberschaltung 9 und einen Gate-Widerstand Rg bzw. Rg' die Steuerspannung Us mit einem Spannungswert oberhalb einer, beispielsweise leistungshalbleiterschalterspezifischen, Grenzspannung zugeführt. Hierdurch wird der Leistungshalbleiterschalter 3 in einen Einschaltbereich versetzt, also angeschaltet. Die Versorgungsleitung 2 ist verbunden.Via the control connection 4th can the power semiconductor switch 3 by means of a control unit 7th a control signal in the form of a control voltage U s can be supplied, an operating range of the power semiconductor switch 3 is dependent on a signal value of the control signal, that is to say a voltage value of the control voltage U s. The control unit 7th has an RS flip-flop here 8th for switching the power semiconductor switch on and off 3 on. When on a set input S of the RS flip-flop 8th a signal S = 1 is present, an output Q of the RS flip-flop 8th set to the value Q = 1. This will create the control port 4th of the power semiconductor switch 3 via a driver circuit 9 and a gate resistor Rg or Rg 'is supplied with the control voltage U s with a voltage value above a limit voltage, for example power semiconductor switch-specific. This makes the power semiconductor switch 3 moved into a switch-on range, i.e. switched on. The supply line 2 is connected.

Wenn an einem Rücksetzeingang R des RS-Flipflops 8 ein Signal R=1 anliegt, so wird der Ausgang Q des RS-Flipflops 8 auf den Wert Q=0 gesetzt. Dadurch wird dem Steueranschluss 4 des Leistungshalbleiterschalters 3 die Steuerspannung Us mit einem Spannungswert unterhalb einer, beispielsweise leistungshalbleiterschalterspezifischen, Schwellenspannung zugeführt. Beispielsweise wir dem Steueranschluss 4 keine Steuerspannung, also ein Spannungswert von 0 V, zugeführt. Hierdurch wird der Leistungshalbleiterschalter 3 in einen Sperrbereich versetzt. Die Versorgungsleitung 2 ist unterbrochen.If at a reset input R of the RS flip-flop 8th a signal R = 1 is applied, the output Q of the RS flip-flop 8th set to the value Q = 0. This will create the control port 4th of the power semiconductor switch 3 the control voltage U s with a voltage value below a, for example power semiconductor switch-specific, threshold voltage is supplied. For example, we the control connection 4th no control voltage, i.e. a voltage value of 0 V, is supplied. This makes the power semiconductor switch 3 placed in a restricted area. The supply line 2 is interrupted.

Außerdem weist die Steuereinheit 7 eine Strombegrenzungseinrichtung 10 auf, welche mit dem Steueranschluss 4 des Leistungshalbleiterschalters 3 verbunden ist und in einem aktivierten Zustand dazu ausgelegt ist, den in dem Einschaltbereich betriebenen Leistungshalbleiterschalter 3 von dem Einschaltbereich in einen linearen Bereich durch Absenken der Steuerspannung US auf einen Spannungswert unterhalb der Grenzspannung zu überführen.In addition, the control unit 7th a current limiting device 10 which with the control connection 4th of the power semiconductor switch 3 is connected and is designed in an activated state to operate the power semiconductor switch in the switch-on range 3 from the switch-on range to a linear range by lowering the control voltage U S to a voltage value below the limit voltage.

Die Schutzschaltung 1 weist eine Messeinrichtung 11 auf, welche hier einen in Serie zu dem Leistungshalbleiterschalter 3 geschalteten Strommesswiderstand R1 aufweist. Mittels des Strommesswiderstandes R1 kann eine erste Kenngröße des Leistungshalbleiterschalters 3, hier ein über den Leistungshalbleiterschalter 3 fließender Strom I in Form von einem Kollektor-Emitter-Strom, erfasst werden. Ein Verlauf des Stroms I über die Zeit t ist in 2 gezeigt. Die mittels des Strommesswiderstands R1 im Einschaltbetrieb des Leistungshalbleiterschalters 3 gemessene erste Kenngröße wird hier über einen Instrumentenverstärker 12 der Messeinrichtung 10 verstärkt. Die verstärkte erste Kenngröße wird von einem Operationsverstärker 13 der Strombegrenzungseinrichtung 10 mit einem ersten Stromschwellwert ILIM verglichen.The protection circuit 1 has a measuring device 11 on which one is in series with the power semiconductor switch 3 switched current measuring resistor R1 having. By means of the current measuring resistor R1 can be a first characteristic of the power semiconductor switch 3 , here one via the power semiconductor switch 3 flowing current I in the form of a collector-emitter current. A course of the current I over the time t is shown in 2 shown. The means of the current measuring resistor R1 when the power semiconductor switch is switched on 3 measured first parameter is here via an instrument amplifier 12th the measuring device 10 reinforced. The first parameter is amplified by an operational amplifier 13th the current limiting device 10 compared with a first current threshold value I LIM.

Wenn der Strom I den ersten Stromschwellwert ILIM erreicht hat, wie es bei den Zeitpunkten t1 und t2 in 2 der Fall ist, und somit einem Überstrom entspricht, so wird die Strombegrenzungseinrichtung 10 aktiviert und überführt den Leistungshalbleiterschalter 3 von dem Einschaltbereich in den linearen Bereich. Dazu stellt der Operationsverstärker 13 ein Ausgangssignal bereit, durch welches ein Transistor 14 in Emitterschaltung eingeschaltet wird. Der Transistor 14 ist mit dem Steueranschluss 4 des Leistungshalbleiterschalters 3 verbunden und verringert im eingeschalteten Zustand die dem Steueranschluss zugeführte Steuerspannung US. Sobald die Steuerspannung US am Steueranschluss 4 kleiner als die Grenzspannung ist, geht der Leistungshalbleiterschalter 3 von dem Einschaltbetrieb in einen Linearbetrieb über. Die Versorgungsleitung 2 ist nach wie vor verbunden, wobei der durch den Leistungshalbleiterschalter 3 fließende Überstrom I mittels der aktivierten Strombegrenzungseinrichtung 10 auf den ersten Stromschwellwert ILIM begrenzt wird.When the current I has reached the first current threshold value I LIM, as is the case at times t1 and t2 in 2 is the case, and thus corresponds to an overcurrent, the current limiting device 10 activates and transfers the power semiconductor switch 3 from the switch-on range to the linear range. The operational amplifier provides this 13th an output signal through which a transistor 14th is switched on in emitter circuit. The transistor 14th is with the control port 4th of the power semiconductor switch 3 connected and, when switched on, reduces the control voltage U S supplied to the control connection. As soon as the control voltage U S at the control connection 4th is less than the limit voltage, the power semiconductor switch goes 3 from switch-on operation to linear operation. The supply line 2 is still connected, the one through the power semiconductor switch 3 flowing overcurrent I by means of the activated current limiting device 10 is limited to the first current threshold value I LIM.

Außerdem wird der von dem Strommesswiderstand R1 erfasste und über den Instrumentenverstärker 12 verstärkte Strom I einem ersten Komparator 15 der Steuereinheit 7 zugeführt, welcher den Strom I hier mit einem im Vergleich zum ersten Stromschwellwert ILIM kleineren zweiten Stromschwellwert ITRIP vergleicht. Der Überstrom wird also mittels des ersten Komparators 15 bereits erkannt, bevor die Strombegrenzungseinrichtung 10 aktiviert wird. Alternativ dazu können der erste Komparator 14 und der Operationsverstärker 12 den Strom I auch mit demselben Stromschwellwert ILIM oder ITRIP vergleichen.In addition, the current measuring resistor R1 captured and through the instrumentation amplifier 12th amplified current I to a first comparator 15th the control unit 7th which compares the current I here with a second current threshold value I TRIP which is smaller than the first current threshold value I LIM. The overcurrent is thus determined by means of the first comparator 15th already recognized before the current limiting device 10 is activated. Alternatively, the first comparator 14th and the operational amplifier 12th also compare the current I with the same current threshold value I LIM or I TRIP.

Um nun zu ermitteln, ob der Überstrom dauerhaft anliegt und somit ein Unterbrechen der Versorgungsleitung 2 erforderlich ist, oder ob der Überstrom nur kurzfristig anliegt und kein Unterbrechen der Versorgungsleitung 2 erfolgen soll, wird eine zweite Kenngröße des Leistungshalbleiterschalters 3 erfasst, welche hier eine Ausgangsspannung U des in dem linearen Bereich betriebenen Leistungshalbleiterschalters 3 beschreibt. In 2 ist ein Verlauf der Ausgangsspannung U über die Zeit t gezeigt. Alternativ oder zusätzlich könnte auch eine die Temperatur des Leistungshalbleiterschalters 3 beschreibende zweite Kenngröße und/oder eine die Desaturierung des Leistungshalbleiterschalters 3 beschreibende zweite Kenngröße erfasst werden. Die die Ausgangsspannung U beschreibende zweite Kenngröße wird hier über einen aus zwei Widerständen R2, R3 und dem Leistungshalbleiterschalter 3 gebildeten Spannungsteiler 16 der Messeinrichtung 11 erfasst. Die zweite Kenngröße wird einem zweiten Komparator 17 der Steuereinheit 7 zugeführt. Der zweite Komparator 17 vergleicht die zweite Kenngröße mit einem Spannungsschwellwert UTRIP. Im Falle, dass die zweite Kenngröße die Ausgangsspannung U des Leistungshalbleiterschalters 3 ist, beträgt der Spannungsschwellwert UTRIP beispielsweise 20 V. Im Falle, dass die zweite Kenngröße eine an einem der Widerstände R2, R3, beispielsweise am Widerstand R3, abfallende Spannung ist, welche abhängig von der Ausgangsspannung U des Leistungshalbleiterschalters 3 ist, beträgt der Spannungsschwellwert UTRIP beispielsweise 20 V*R3/(R2+R3).In order to now determine whether the overcurrent is permanently present and thus an interruption of the supply line 2 is required, or whether the overcurrent is only present for a short time and no interruption of the supply line 2 is to take place, a second parameter of the power semiconductor switch 3 detects which is an output voltage U of the power semiconductor switch operated in the linear range 3 describes. In 2 a curve of the output voltage U over time t is shown. Alternatively or additionally, the temperature of the power semiconductor switch could also be used 3 second parameter describing the desaturation and / or the desaturation of the power semiconductor switch 3 descriptive second parameter are recorded. The second parameter describing the output voltage U is here made up of one of two resistors R2 , R3 and the power semiconductor switch 3 formed voltage divider 16 the measuring device 11 detected. The second parameter is used by a second comparator 17th the control unit 7th fed. The second comparator 17th compares the second parameter with a voltage threshold value U TRIP. In the event that the second parameter is the output voltage U of the power semiconductor switch 3 is, the voltage threshold value U TRIP is, for example, 20 V. In the event that the second parameter is one of the resistors R2 , R3 , for example at the resistor R3 , falling voltage, which depends on the output voltage U of the power semiconductor switch 3 is, the voltage threshold value U TRIP is, for example, 20 V * R3 / (R2 + R3).

Wenn von dem zweiten Komparator 17 erkannt wurde, dass die Ausgangsspannung U unterhalb des Spannungsschwellwerts UTRIP liegt, wie es anhand des Verlaufs der Ausgangsspannung U bei dem Zeitpunkt t1 in 2 gezeigt ist, so wird von einem kurzfristigen Überstrom in Form von einer unschädlichen Transienten ausgegangen. Da Ausgänge des ersten Komparators 15 und des zweiten Komparators 17 über ein Und-Gatter 18 mit dem Rücksetzeingang R des RS-Flipflops 8 verbunden sind, und nur der Ausgang des ersten Komparators 15 „1“ ist, ist ein Ausgang des Und-Gatters 18, und damit der Rücksetzeingang R, nach wie vor „0“. Der Leistungshalbleiterschalter 3 wird also nicht in den Sperrbetrieb überführt. Vielmehr wird abgewartet, bis der kurzfristige Überstrom wieder abklingt und die Strombegrenzungseinrichtung 10 wieder in den deaktivierten Zustand übergeht. In diesem deaktivierten Zustand wird dem Steueranschluss 4 wieder die Steuerspannung oberhalb der Grenzspannung von der über das Flipflop 8 eingeschalteten Treiberschaltung 9 zugeführt. Die Versorgungsleitung 2 wird nicht unterbrochen.If from the second comparator 17th it was recognized that the output voltage U is below the voltage threshold value U TRIP, as it is based on the course of the output voltage U at the time t1 in 2 is shown, a short-term overcurrent in the form of a harmless transient is assumed. Because outputs of the first comparator 15th and the second comparator 17th via an AND gate 18th with the reset input R of the RS flip-flop 8th are connected, and only the output of the first comparator 15th "1" is an output of the AND gate 18th , and thus the reset input R, still "0". The power semiconductor switch 3 is therefore not transferred to blocking operation. Rather, it is waited until the short-term overcurrent subsides again and the current limiting device 10 reverts to the deactivated state. In this deactivated state, the control connection 4th again the control voltage above the limit voltage of that via the flip-flop 8th switched on driver circuit 9 fed. The supply line 2 is not interrupted.

Wenn von dem zweiten Komparator 17 erkannt wurde, dass die Ausgangsspannung U oberhalb des Spannungsschwellwerts UTRIP liegt, wie bei dem Zeitpunkt t2 in 2 gezeigt ist, so kann von einem langfristigen Überstrom in Form von einem schädlichen Kurzschlussstrom ausgegangen werden. Der Ausgang des zweiten Komparators 17 ist nun ebenfalls „1“, wodurch der Ausgang des Und-Gatters 18 „1“ ist und damit der Rücksetzeingang R des RS-Flipflops 18 auf den Wert R=1 gesetzt wird. Dadurch wird am Ausgang Q des RS-Flipflops 8 ein Signal Q=0 bereitgestellt und dem Leistungshalbleiterschalter 3 eine Steuerspannung US unterhalb einer Schwellenspannung, beispielsweise 0 V, bereitgestellt. Dadurch wird der Leistungshalbleiterschalter 3 in einem Sperrbereich betrieben, also abgeschaltet, und die Versorgungsleitung 2 wird unterbrochen.If from the second comparator 17th it was recognized that the output voltage U is above the voltage threshold value U TRIP, as at time t2 in FIG 2 is shown, a long-term overcurrent in the form of a harmful short-circuit current can be assumed. The output of the second comparator 17th is now also "1", which is the output of the AND gate 18th "1" is and thus the reset input R of the RS flip-flop 18th is set to the value R = 1. This is at output Q of the RS flip-flop 8th a signal Q = 0 is provided and the power semiconductor switch 3 a control voltage U S below a threshold voltage, for example 0 V, is provided. This will make the power semiconductor switch 3 operated in a restricted area, i.e. switched off, and the supply line 2 will be interrupted.

Die Steuereinheit 7 weist außerdem eine Spannungsbegrenzungseinrichtung 19 auf, welche die bei einem langfristigen Überstrom des Leistungshalbleiterschalters 3 ansteigende Ausgangsspannung U begrenzt. Die Spannungsbegrenzungseinrichtung 19 ist eine Active-Clamping-Schaltung bzw. Aktive-Klemmschaltung, welche hier eine Zenerdiode 20 aufweist. Die Zenerdiode 20 ist anodenseitig mit dem Steueranschuss 4 und kathodenseitig mit dem Abfluss-Anschluss 6 des Leistungshalbleiterschalters 3 verbunden. Die Zenerdiode 20 wird leitend, wenn die Ausgangsspannung U einen Klemmspanungswert UACLP, beispielsweise 600 V, erreicht hat. Dazu entspricht eine Durchbruchspannung der Zenerdiode 20 dem Klemmspanungswert UACLP. Die Spannungsbegrenzungseinrichtung 19 könnte auch ein anderes elektronisches Bauelement aufweisen, welches ab dem Klemmspanungswert UACLP einen leitend wird. Durch den leitenden Zustand zieht die Zenerdiode 20 die Steuerspannung US wieder nach oben und hält den Linearbetrieb des Leistungshalbleiterschalters 3 aufrecht. Der Leistungshalbleiterschalter 3 leitet bei konstanter, auf den Klemmspannungswert UACPL begrenzter Ausgangsspannung einen Strom I zum Stromabbau und damit zum Leitungsenergieabbau ab. Wenn der Strom I auf 0 A abgesunken ist, geht der Leistungshalbleiterschalter 3 in den Sperrbereich über und nimmt einen zulässigen Sperrspannungswert UN an. Der Sperrspannungswert UN entspricht insbesondere einer Bordnetzspannung, beispielsweise 500 V. wird deaktiviert. Die Versorgungsleitung 2 ist unterbrochen.The control unit 7th also has a voltage limiting device 19th on which the long-term overcurrent of the power semiconductor switch 3 increasing output voltage U limited. The voltage limiting device 19th is an active clamping circuit or active clamping circuit, which here is a Zener diode 20th having. The zener diode 20th is on the anode side with the control connection 4th and on the cathode side with the drain connection 6th of the power semiconductor switch 3 connected. The zener diode 20th becomes conductive when the output voltage U has reached a terminal voltage value U ACLP, for example 600 V. This corresponds to a breakdown voltage of the Zener diode 20th the terminal voltage value U ACLP. The voltage limiting device 19th could also have another electronic component which becomes conductive from the terminal voltage value U ACLP. Due to the conductive state, the Zener diode pulls 20th the control voltage U S up again and maintains the linear operation of the power semiconductor switch 3 upright. The power semiconductor switch 3 with a constant output voltage limited to the terminal voltage value U ACPL, derives a current I to reduce the current and thus to reduce the line energy. When the current I has dropped to 0 A, the power semiconductor switch opens 3 into the blocking range and assumes a permissible blocking voltage value U N. The blocking voltage value U N corresponds in particular to a vehicle electrical system voltage, for example 500 V. is deactivated. The supply line 2 is interrupted.

Claims (13)

Schutzschaltung (1) für ein Hochvoltbordnetz eines Kraftfahrzeugs aufweisend - zumindest einen Leistungshalbleiterschalter (3) zum Unterbrechen einer Versorgungsleitung (2) des Hochvoltbordnetzes, - eine Messeinrichtung (11) zum Erfassen einer ersten Kenngröße des Leistungshalbleiterschalters (3), welche einen über den Leistungshalbleiterschalter (3) fließenden Strom (I) beschreibt, und - eine Steuereinheit (7), welche dazu ausgelegt ist, -- den Leistungshalbleiterschalter (3) zum Verbinden der Versorgungsleitung (2) in einem Einschaltbereich zu betreiben, -- bei Erkennen eines Überstroms anhand der erfassten ersten Kenngröße des in dem Einschaltbereich betriebenen Leistungshalbleiterschalters (3), den Leistungshalbleiterschalter (3) ohne Unterbrechen der Versorgungsleitung (2) in einem linearen Bereich zu betreiben, -- bei Erkennen eines langfristigen Überstroms über den in dem linearen Bereich betriebenen Leistungshalbleiterschalter (3), den Leistungshalbleiterschalter (3) zum Unterbrechen der Versorgungsleitung (2) in einem Sperrbereich zu betreiben, und -- bei Erkennen eines kurzfristigen Überstroms über den in dem linearen Bereich betriebenen Leistungshalbleiterschalter (3), den Leistungshalbleiterschalter (3) wieder in dem Einschaltbereich zu betreiben.Having protective circuit (1) for a high-voltage electrical system of a motor vehicle - At least one power semiconductor switch (3) for interrupting a supply line (2) of the high-voltage electrical system, - A measuring device (11) for detecting a first parameter of the power semiconductor switch (3), which describes a current (I) flowing through the power semiconductor switch (3), and - a control unit (7), which is designed to - to operate the power semiconductor switch (3) for connecting the supply line (2) in a switch-on area, - upon detection of an overcurrent on the basis of the detected first parameter of the power semiconductor switch (3) operated in the switch-on range, to operate the power semiconductor switch (3) in a linear range without interrupting the supply line (2), - upon detection of a long-term overcurrent via the power semiconductor switch (3) operated in the linear range, to operate the power semiconductor switch (3) in a blocking range to interrupt the supply line (2), and - when a short-term overcurrent is detected via the power semiconductor switch (3) operated in the linear range, to operate the power semiconductor switch (3) again in the switch-on range. Schutzschaltung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (7) dazu ausgelegt ist, zum Betreiben des Leistungshalbleiterschalters (3) - in dem Einschaltbereich einem Steueranschluss (4) des Leistungshalbleiterschalters (3) ein Steuersignal mit einem Signalwert oberhalb eines Grenzwerts bereitzustellen, - in dem linearen Bereich das Steuersignal mit einem Signalwert zwischen dem Grenzwert und einem Schwellenwert bereitzustellen, und -in dem Sperrbereich das Steuersignal mit einem Signalwert unterhalb des Schwellenwerts bereitzustellen.Protection circuit (1) according to Claim 1 , characterized in that the control unit (7) is designed to operate the power semiconductor switch (3) - to provide a control connection (4) of the power semiconductor switch (3) in the switch-on area with a control signal with a signal value above a limit value, - to provide the control signal with a signal value between the limit value and a threshold value in the linear range, and to provide the control signal with a signal value below the threshold value in the blocking range. Schutzschaltung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungshalbleiterschalter (3) ein spannungsgesteuerter Leistungshalbleiterschalter, insbesondere ein Leistungs-MOSFET oder IGBT, ist.Protection circuit (1) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the power semiconductor switch (3) is a voltage-controlled power semiconductor switch, in particular a power MOSFET or IGBT. Schutzschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (11) einen in Reihe zu dem Leistungshalbleiterschalter (3) geschalteten Strommesswiderstand (R1) zur Erfassung des über den Leistungshalbleiterschalter (3) fließenden Stroms (I) als die erste Kenngröße aufweist.Protective circuit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device (11) has a current measuring resistor (R1) connected in series with the power semiconductor switch (3) for detecting the current (I) flowing through the power semiconductor switch (3) as the first Has characteristic. Schutzschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (7) dazu ausgelegt ist, den Überstrom zu erkennen, falls die den erfassten Strom (I) beschreibende erste Kenngröße einem vorbestimmten Stromschwellwert (ILIM) zumindest entspricht und/oder ein anhand der ersten Kenngröße bestimmtes Grenzlastintegral einem vorbestimmten ersten Grenzlastintegralschwellwert zumindest entspricht, und den Leistungshalbleiterschalter (3) bei Erkennen des Überstroms in den linearen Bereich zu überführen.Protective circuit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit (7) is designed to recognize the overcurrent if the first parameter describing the detected current (I) at least corresponds to a predetermined current threshold value (I LIM) and / or a limit load integral determined on the basis of the first parameter at least corresponds to a predetermined first limit load integral threshold value, and to transfer the power semiconductor switch (3) to the linear range when the overcurrent is detected. Schutzschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (7) eine Strombegrenzungseinrichtung (10) aufweist, welche durch den über den Leistungshalbleiterschalter (3) fließenden Überstrom von einem deaktivierten Zustand in einen aktivierten Zustand überführbar ist, wobei die Strombegrenzungseinrichtung (10) dazu ausgelegt ist, - in dem aktivierten Zustand zu verbleiben, solange der Überstrom über den Leistungshalbleiterschalter (3), fließt und den Leistungshalbleiterschalter (3) zur Begrenzung des durch den Leistungshalbleiterschalter (3) fließenden Überstroms in dem linearen Bereich zu betreiben, und - in den deaktivierten Zustand überzugehen, sobald der als kurzfristiger Überstrom erkannte Überstrom nicht mehr durch den Leistungshalbleiterschalter (3) fließt, und dadurch eine Rückkehr des Leistungshalbleiterschalters (3) in den Einschaltbereich zuzulassen.Protective circuit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit (7) has a current limiting device (10) which can be transferred from a deactivated state to an activated state by the overcurrent flowing through the power semiconductor switch (3), wherein the Current limiting device (10) is designed to - remain in the activated state as long as the overcurrent flows through the power semiconductor switch (3) and operate the power semiconductor switch (3) in the linear range to limit the overcurrent flowing through the power semiconductor switch (3) and - to go into the deactivated state as soon as the overcurrent recognized as a short-term overcurrent no longer flows through the power semiconductor switch (3), thereby allowing the power semiconductor switch (3) to return to the switch-on range. Schutzschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (11) dazu ausgelegt ist, eine, eine Ausgangsspannung (U) des Leistungshalbleiterschalters (3) und/oder eine Temperatur des Leistungshalbleiterschalters (3) beschreibende zweite Kenngröße zu erfassen, und die Steuereinheit (7) dazu ausgelegt ist, anhand der zweiten Kenngröße den langfristigen Überstrom zu erkennen.Protective circuit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device (11) is designed to detect a second parameter describing an output voltage (U) of the power semiconductor switch (3) and / or a temperature of the power semiconductor switch (3) , and the control unit (7) is designed to recognize the long-term overcurrent on the basis of the second parameter. Schutzschaltung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (11) einen Spannungsteiler (16) zum Erfassen der die Ausgangsspannung (U) des Leistungshalbleiterschalters (3) beschreibenden zweiten Kenngröße aufweist.Protection circuit (1) according to Claim 7 , characterized in that the measuring device (11) has a voltage divider (16) for detecting the second parameter describing the output voltage (U) of the power semiconductor switch (3). Schutzschaltung (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (7) dazu ausgelegt ist, den langfristigen Überstrom zu erkennen, falls - die die Ausgangsspannung (U) beschreibende zweite Kenngröße einen vorbestimmten Spannungsschwellwert (UTRIP) überschreitet, und/oder - ein anhand der zweiten Kenngröße bestimmter Zeit-Integral-Wert der Ausgangsspannung (U) einen vorbestimmten Zeit-Integral-Schwellwert überschreitet, und/oder - eine Zeitdauer eines Anstiegs der zweiten Kenngröße einen vorbestimmten Zeitschwellwert überschreitet, und/oder - die die Temperatur des Leistungshalbleiterschalters (3) beschreibende zweite Kenngröße einen vorbestimmten Temperaturschwellwert überschreitet.Protection circuit (1) according to Claim 7 or 8th , characterized in that the control unit (7) is designed to recognize the long-term overcurrent if - the second parameter describing the output voltage (U) exceeds a predetermined voltage threshold value (UTRIP), and / or - a time determined on the basis of the second parameter -Integral value of the output voltage (U) exceeds a predetermined time-integral threshold value, and / or - a duration of a rise in the second parameter exceeds a predetermined time threshold, and / or - the second parameter describing the temperature of the power semiconductor switch (3) is a exceeds a predetermined temperature threshold. Schutzschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (7) eine Spannungsbegrenzungseinrichtung (19) aufweist, welche dazu ausgelegt ist, beim Überführen des Leistungshalbleiterschalters in den Sperrbereich eine ansteigende Ausgangsspannung (U) des Leistungshalbleiterschalters (3) zu begrenzen und dazu den Leistungshalbleiterschalter (3) zum Abbauen der Ausgangsspannung (U) mittels des Leistungshalbleiterschalters (3) in dem linearen Bereich zu betreiben.Protective circuit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit (7) has a voltage limiting device (19) which is designed to supply an increasing output voltage (U) of the power semiconductor switch (3) when the power semiconductor switch is transferred into the blocking range limit and to operate the power semiconductor switch (3) to reduce the output voltage (U) by means of the power semiconductor switch (3) in the linear range. Verfahren zum Betreiben eines Leistungshalbleiterschalters (3), welcher zum Unterbrechen einer Versorgungsleitung (2) eines Hochvoltbordnetzes eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, mit den Schritten: - Betreiben des Leistungshalbleiterschalters (3) in einem Einschaltbereich zum Verbinden der Versorgungsleitung (2), - Betreiben des Leistungshalbleiterschalters (3) in einem linearen Bereich ohne Unterbrechen der Versorgungsleitung (2), falls ein Überstrom anhand einer erfassten ersten Kenngröße, welche einen über den in dem Einschaltbereich betriebenen Leistungshalbleiterschalter (3) fließenden Stroms (I) beschreibt, erkannt wird, - Betreiben des Leistungshalbleiterschalters (3) zum Unterbrechen der Versorgungsleitung (2) in einem Sperrbereich, falls ein langfristiger Überstrom des in dem linearen Bereich betriebenen Leistungshalbleiterschalters (3) erkannt wird, und - erneutes Betreiben des Leistungshalbleiterschalters (3) in dem Einschaltbereich, falls ein kurzfristiger Überstrom des in dem linearen Bereich betriebenen Leistungshalbleiterschalters (3) erkannt wird.Method for operating a power semiconductor switch (3), which is designed to interrupt a supply line (2) of a high-voltage electrical system of a motor vehicle, with the following steps: - operating the power semiconductor switch (3) in a switch-on area for connecting the supply line (2), - operating the power semiconductor switch (3) in a linear area without interrupting the supply line (2), if an overcurrent is detected on the basis of a recorded first parameter which describes a current (I) flowing via the power semiconductor switch (3) operated in the switch-on area, - operation of the power semiconductor switch (3) to interrupt the supply line (2) in a blocking area if a long-term overcurrent of the power semiconductor switch (3) operated in the linear area is detected, and - renewed operation of the power semiconductor switch (3) in the switch-on area if a brief overcurrent of the power semiconductor switch (3) operated in the linear area is detected. Hochvoltbordnetz für ein Kraftfahrzeug aufweisend zumindest zwei Hochvoltkomponenten, zumindest eine, die Hochvoltkomponenten elektrisch verbindende Versorgungsleitung (2) und zumindest eine Schutzschaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.High-voltage electrical system for a motor vehicle having at least two high-voltage components, at least one supply line (2) electrically connecting the high-voltage components and at least one protective circuit (1) according to one of the Claims 1 to 10 . Kraftfahrzeug mit einem Hochvoltbordnetz nach Anspruch 12.Motor vehicle with a high-voltage electrical system according to Claim 12 .
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