WO2015197230A1 - Verfahren und vorrichtung zur stromsensierung von kleinen strömen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur stromsensierung von kleinen strömen Download PDF

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WO2015197230A1
WO2015197230A1 PCT/EP2015/058922 EP2015058922W WO2015197230A1 WO 2015197230 A1 WO2015197230 A1 WO 2015197230A1 EP 2015058922 W EP2015058922 W EP 2015058922W WO 2015197230 A1 WO2015197230 A1 WO 2015197230A1
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resistor
power
control unit
power transistor
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PCT/EP2015/058922
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Thomas Jacke
Werner Schiemann
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a device and a method for current detection of a power transistor arrangement, as well as a fuse switch with such a device.
  • a device and a method for current detection of a power transistor arrangement as well as a fuse switch with such a device.
  • As an indirect method of current sensing on a switch or transistor measuring the forward voltage of the switch is known. Because the
  • Forward voltage in the ohmic range provides a voltage proportional to the current can be determined using the on-resistance of the current.
  • a current detection circuit is connected in parallel to the load circuit, so that the current in the load circuit can be determined. This can be a
  • Direct current sensing resistor directly. Furthermore, it is known to perform a current detection using analog-to-digital converters. To obtain an accurate measurement, a precise measuring resistor must be used. Due to the linearity of the
  • Measuring resistor can be a customized evaluation circuit with high
  • the disadvantage here is that the evaluation, for example, by
  • Offset voltages limit the measuring range to small currents.
  • the object of the invention is to detect small currents with high accuracy.
  • Power transistor devices comprise a power transistor, a first series circuit and a second series circuit arranged in parallel with each other.
  • the first series circuit has a first transistor and a first resistor, wherein the first resistor is arranged in the load circuit of the first transistor.
  • the second series circuit comprises a second transistor and a second resistor, wherein the second
  • Resistor is arranged in the load circuit of the second transistor.
  • the first resistor is electrically connected to the first transistor when the first transistor is turned on, i. H. passes. Electrically connected, this means that the load circuit is energized.
  • Resistor is electrically connected to the second transistor when the second transistor is turned on, i. H. passes.
  • a gate terminal of the first transistor is conductively connected to a gate terminal of the power transistor when the power transistor is turned on.
  • Series connection conducts when the power transistor is turned off.
  • a control unit is present, which controls the power transistor, the first transistor and the second transistor.
  • the control unit turns on the power transistor and the first transistor and detects a first voltage potential.
  • the first voltage potential represents a voltage drop across the first resistor.
  • the control unit determines a current depending on the first voltage potential and the first resistance.
  • the control unit turns off the power transistor and the first transistor when the total current is less than a predetermined threshold.
  • control unit switches on the second transistor so that the current flows essentially via the second transistor.
  • the predetermined threshold value represents a low current in the load circuit of the power transistor.
  • the advantage here is that lower currents in the power transistor arrangement can be measured by switching off the power transistor and the first transistor.
  • control unit has a timer, so that the control unit switches off the first transistor for a specific
  • the first resistor and the second resistor have different resistance values.
  • the first resistor has in particular a smaller resistance value than the second one
  • Resistance preferably at least one tenth of the resistance of the second resistor.
  • an on-resistance of the second transistor acts as a second resistor.
  • the first transistor and the second transistor have a same transistor type.
  • these are n-MOS or p-MOS transistors.
  • the advantage here is that the structure of the device is simplified.
  • An inventive circuit breaker for automotive vehicle network loads has the inventive device for current detection of a
  • the circuit breaker can act as a low-side switch or as a high-side switch.
  • the fuse switch has a load resistor which connects a drain terminal of the power transistor to a supply voltage.
  • the fuse switch has a load resistor which connects a source terminal of the power transistor to a ground.
  • 1 shows a device for current detection of a
  • Figure 2 shows a method for current detection of a
  • Figure 3 is a current-voltage diagram showing a predetermined
  • Threshold which has a low current in the
  • FIG. 1 shows a device 1 for current detection of a power transistor 2.
  • the device 1 has a control unit 8, a first series circuit 9 and a second series circuit 10.
  • the first series circuit 9 and the second series circuit 10 are arranged parallel to each other.
  • Series circuit 9 has a first transistor 4 and a first resistor 5.
  • the first resistor 5 is arranged in the load circuit of the first transistor 4, d. H. the first resistor 5 is electrically conductively connected to the first transistor 4 when the first transistor (4) is turned on. Electrically conductively connected here means that the load circuit carries a current.
  • the second series circuit 10 has a second transistor 5 and a second resistor 7, d. H. the second resistor 7 is electrically connected to the second transistor 6 when the second transistor (6) is turned on.
  • the second resistor 7 is arranged in the load circuit of the second transistor 5.
  • the first resistor 5 and the second resistor 7 act as measuring resistors, so-called current detection resistors or sense resistors, wherein the first resistor 5 has a lower value than the second resistor 7, which is generally selected high impedance.
  • the ratio of the second resistor 7 to the first resistor 5 is, for example, 1 / N * FL, where N is the division ratio of the power transistor 2 and the first transistor 4.
  • FL is the ratio of load current to quiescent current in the load circuit of the power transistor.
  • a divider ratio N 1000 and a load to
  • Quiescent current ratio FL lA / 0.1mA, in which case the first resistor 5, for example, a value of 300 ohms and the second resistor
  • an on-resistance of the second transistor 5 may function as the second resistor 7.
  • the control unit 8 has at least two inputs with which the first voltage potentials 11 and the second voltage potential 12 are detected and an input 16 which can detect a reference voltage, for example a ground.
  • the control unit 8 has at least a first output 14 and a second output 15.
  • the first output 14 drives a gate of the second transistor 6 and the second output 15 controls Gate of the power transistor 2 and the first transistor 4 at.
  • the device 1 comprises the power transistor arrangement in parallel to the load circuit of the power transistor 2, the first series circuit 9 and the second
  • Series circuit 10 is arranged.
  • the gate terminal of the first transistor 4 is connected to the gate terminal of the power transistor 2. Is the
  • Power transistor 2 is connectable to a supply voltage.
  • the device 1 is in a low-side
  • Switch for an electrical load e.g. Lighting or control unit in a vehicle, used, whereby the mass of the electrical load is switched.
  • the drain terminal 3 of the power transistor 2 is connected via the electrical load with a supply voltage.
  • the device 1 is mounted in a high-side switch for an electrical load, e.g. Lighting or control unit in a car) is used, whereby the supply voltage of the electrical load is switched.
  • an electrical load e.g. Lighting or control unit in a car
  • the source terminal of the power transistor 2 is connected via the electrical load to the ground and the drain terminal of the
  • Power transistor 2 connected to the supply voltage.
  • the device 1 is in a
  • Level shifter used which acts as a low-side switch, whereby the mass of the level shifter is switched.
  • the drain terminal 3 of the power transistor 2 is connected via a load resistor to the supply voltage.
  • the device 1 is in a
  • Level shifter used which acts as a high-side switch, whereby the supply voltage pin of the level shifter is switched.
  • a source terminal of the power transistor 2 is connected via a load resistor to the ground and the drain terminal of the power transistor 2 is connected to the supply voltage.
  • the second series circuit 10 is integrated together with a signal evaluation unit in an ASIC. Due to the high-impedance second resistor, the integration is space-saving. In a final test of the ASIC's, a balance can be easily realized.
  • the gate drivers of the first and second transistors 4 and 6 may be integrated on the ASIC.
  • FIG. 2 shows a method for current detection of a power transistor.
  • the method starts with step 200 in which a gate of a power transistor and a gate of a first transistor are activated by means of a control unit.
  • the first resistor is energized, so that in a following step 210, a first voltage potential, which represents a voltage drop across the first resistor, is detected.
  • a current becomes dependent on the first one
  • step 220 it is checked whether the current is below a predetermined threshold value 20, which is shown in Figure 3 and the current range of the electrical load in the power circuit bze. Load circuit of the power transistor limited.
  • the predetermined one is shown in Figure 3 and the current range of the electrical load in the power circuit bze. Load circuit of the power transistor limited. The predetermined one
  • Threshold is in particular less than 1 mA. If this is the case, then in a following step 230, the power transistor and the first transistor is turned off and the first transistor is turned on, so that the low current can be detected by means of the second transistor. If this is not the case, then the method is ended or continued with step 210.
  • the power transistor and the first transistor may be turned off for a certain period of time, preferably a short period of time, e.g. B. in the nanosecond range, so that the losses are minimized in the device.
  • a short period of time e.g. B. in the nanosecond range
  • the method is started by using a gate of the first transistor and a gate of the second transistor with the aid of Control unit to be controlled or turned on.
  • the first resistor and the second resistor are energized, so that in a following step, a first voltage potential, which represents a voltage drop across the first resistor, and a second voltage potential, which represents a voltage drop across the second resistor, are detected.
  • a total current is determined in dependence on a first partial flow and a second partial flow or the first partial flow and the second partial flow are added.
  • the first partial current is determined as a function of the first voltage potential and the first resistance
  • the second partial current is determined as a function of the second voltage potential and the second resistance.
  • a predetermined threshold value 20 which is shown in FIG.
  • the predetermined threshold is in particular less than 1 mA. If this is the case, then in a following step, the first transistor is turned off, so that the small total current with the help of the second
  • Transistor can be detected. If this is not the case, the procedure is terminated.

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Abstract

Vorrichtung (1) zur Stromerfassung einer Leistungstransistoranordnung mit einem Leistungstransistor (2), einer ersten Reihenschaltung (9), die einen ersten Transistor (4) und einen ersten Widerstand (5) aufweist, wobei der erste Widerstand (5) in einem Laststromkreis des ersten Transistors (4) angeordnet ist, - einer zweiten Reihenschaltung (10), die einen zweiten Transistor (6) und einen zweiten Widerstand (7) aufweist, wobei der zweite Widerstand (7) in einem Laststromkreis des zweiten Transistors (6) angeordnet ist, wobei die erste Reihenschaltung (9), die zweite Reihenschaltung (10) und der Leistungstransistor (2) parallel zueinander angeordnet sind, wobei der erste Widerstand (5) mit dem ersten Transistor (4) elektrisch leitend verbunden ist, wenn der erste Transistor (4) eingeschaltet ist, und wobei der zweite Widerstand (7) mit dem zweiten Transistor (6) elektrisch leitend verbunden ist, wenn der zweite Transistor (6) eingeschaltet ist, wobei ein Gateanschluss des ersten Transistors (4) mit einem Gateanschluss des Leistungstransistors (2) elektrisch leitend verbunden ist, wenn der Leistungstransistor (2) eingeschaltet ist, einer Steuereinheit (8), die den Leistungstransistor (2), den ersten Transistor (4) und den zweiten Transistor (6) ansteuert, wobei die Steuereinheit (8) den Leistungstransistor (2) und den ersten Transistor (4) einschaltet, wobei die Steuereinheit (8) ein erstes Spannungspotential (11) erfasst, das einen Spannungsabfall am ersten Widerstand (5) repräsentiert, wobei die Steuereinheit (8) einen Strom in Abhängigkeit des ersten Spannungspotentials (11) und des ersten Widerstands (5) bestimmt, und die Steuereinheit (8), den Leistungstransistor (2) und den ersten Transistor (4) ausschaltet, wenn der Strom kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert (20) ist und den zweiten Transistor (6) einschaltet, sodass der Strom im Wesentlichen über den zweiten Transistor (6) fließt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Stromsensierung von kleinen Strömen Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Stromerfassung einer Leistungstransistoranordnung, sowie einen Sicherungsschalter mit einer solchen Vorrichtung. Als indirekte Methode zur Stromsensierung an einem Schalter bzw. Transistor ist das Messen der Durchlassspannung des Schalters bekannt. Da die
Durchlassspannung im Ohmschen Bereich eine Spannung proportional zum Strom liefert, kann mit Hilfe des Durchlasswiderstands der Strom bestimmt werden.
Des Weiteren sind Methoden zur Stromerfassung bekannt, bei denen ein Stromerfassungskreis parallel zum Laststromkreis geschaltet wird, sodass der Strom im Lastkreis ermittelt werden kann. Dazu kann ein
Stromerfassungstransistor auf demselben Chip parallel zum Lasttransistor integriert werden. Dabei sind sowohl die Drainanschlüsse als auch die
Gateanschlüsse der beiden Transistoren miteinander verbunden. Zur
Bestimmung des Laststroms wird der Spannungsabfall am
Stromerfassungswiderstand erfasst. Nachteilig ist hierbei, dass sich Serienstreuungen oder Nichtlinearitäten der
Widerstände des Stromerfassungstransistors direkt auf das
Stromteilungsverhältnis auswirken und die Spannung am
Stromerfassungswiderstand direkt beeinflussen. Des Weiteren ist es bekannt eine Stromerfassung mit Hilfe von Analog-Digital- Wandlern durchzuführen. Um eine genaue Messung zu erzielen, muss ein präziser Messwiderstand verwendet werden. Durch die Linearität des
Messwiderstands kann eine angepasste Auswerteschaltung mit hohem
Dynamikbereich Ströme erfassen.
Nachteilig ist hierbei, dass die Auswerteschaltung beispielsweise durch
Offsetspannungen den Messbereich zu kleinen Strömen begrenzt.
Die Aufgabe der Erfindung ist es kleine Ströme mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
Offenbarung der Erfindung
Die Vorrichtung und das Verfahren zur Stromerfassung einer
Leistungstransistoranordnung weisen einen Leistungstransistor, eine erste Reihenschaltung und eine zweite Reihenschaltung auf, die parallel zueinander angeordnet sind. Die erste Reihenschaltung weist einen ersten Transistor und einen ersten Widerstand auf, wobei der erste Widerstand im Laststromkreis des ersten Transistors angeordnet ist. Die zweite Reihenschaltung weist einen zweiten Transistor und einen zweiten Widerstand auf, wobei der zweite
Widerstand im Laststromkreis des zweiten Transistors angeordnet ist. Der erste Widerstand ist mit dem ersten Transistor elektrisch leitend verbunden, wenn der erste Transistor eingeschaltet ist, d. h. leitet. Elektrisch leitend verbunden, bedeutet hierbei, dass der Laststromkreis stromführend ist. Der zweite
Widerstand ist mit dem zweiten Transistor elektrisch leitend verbunden, wenn der zweite Transistor eingeschaltet ist, d. h. leitet. Ein Gateanschluss des ersten Transistors ist mit einem Gateanschluss des Leistungstransistors leitend verbunden, wenn der Leistungstransistor eingeschaltet ist. Die zweite
Reihenschaltung leitet, wenn der Leistungstransistor ausgeschaltet ist. Des Weiteren ist eine Steuereinheit vorhanden, die den Leistungstransistor, den ersten Transistor und den zweiten Transistor ansteuert. Die Steuereinheit schaltet den Leistungstransistor und den ersten Transistor ein und erfasst ein erstes Spannungspotential. Das erste Spannungspotential repräsentiert einen Spannungsabfall am ersten Widerstand. Die Steuereinheit bestimmt einen Strom in Abhängigkeit des ersten Spannungspotentials und des ersten Widerstands. Die Steuereinheit schaltet den Leistungstransistor und den ersten Transistor aus, wenn der Gesamtstrom kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
Gleichzeitig schaltet die Steuereinheit den zweiten Transistor ein, sodass der Strom im Wesentlichen über den zweiten Transistor fließt. Der vorbestimmte Schwellenwert repräsentiert dabei einen geringen Strom im Lastkreis des Leistungstransistors.
Der Vorteil ist hierbei, dass durch die Abschaltung des Leistungstransistors und des ersten Transistors geringere Ströme in der Leistungstransistoranordnung gemessen werden können.
In einer Weiterbildung weist die Steuereinheit einen Zeitgeber auf, sodass die Steuereinheit das Ausschalten des ersten Transistors für eine bestimmte
Zeitdauer durchführt.
Vorteilhaft ist hierbei, dass die Gesamtverluste der Vorrichtung minimiert werden, wenn der erste Transistor nur für eine bestimmte Zeitdauer ausgeschaltet wird.
In einer weiteren Ausgestaltung weisen der erste Widerstand und der zweite Widerstand unterschiedliche Widerstandswerte auf. Der erste Widerstand weist dabei insbesondere einen kleineren Widerstandswert auf als der zweite
Widerstand, vorzugsweise wenigstens ein Zehntel des Widerstandswerts des zweiten Widerstands.
Der Vorteil ist hierbei, dass in den parallel geschalteten Reihenschaltungen Ströme verschiedener Größen erfasst werden können.
In einer Weiterbildung fungiert ein Durchlasswiderstand des zweiten Transistors als zweiter Widerstand.
Vorteilhaft ist hierbei, dass kein zusätzlicher Messwiderstand benötigt wird, wodurch die Anordnung kompakter wird. In einer weiteren Ausgestaltung weisen der erste Transistor und der zweite Transistor einen gleichen Transistortyp auf. Insbesondere handelt es sich dabei um n-MOS oder p-MOS-Transistoren.
Der Vorteil ist hierbei, dass der Aufbau der Vorrichtung vereinfacht wird.
Ein erfindungsgemäßer Sicherungsschalter für automobile Bord netz lasten weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Stromerfassung einer
Leistungstransistoranordnung auf. Der Sicherungsschalter kann dabei als low- side Schalter oder als high-side Schalter fungieren. Im Falle eines low-side Schalters weist der Sicherungsschalter einen Lastwiderstand auf, der einen Drainanschluss des Leistungstransistors mit einer Versorgungsspannung verbindet. Im Falle eines high-side Schalters weist der Sicherungsschalter einen Lastwiderstand auf, der einen Sourceanschluss des Leistungstransistors mit einer Masse verbindet.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter
Ausführungsformen und beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Vorrichtung zur Stromerfassung einer
Leistungstransistoranordnung,
Figur 2 ein Verfahren zur Strom erfassung einer
Leistungstransistoranordnung, und
Figur 3 ein Strom-Spannungsdiagramm, das einen vorbestimmten
Schwellenwert aufweist, der einen geringen Strom im
Laststromkreis des Leistungstransistors repräsentiert. Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Stromerfassung eines Leistungstransistors 2. Die Vorrichtung 1 weist eine Steuereinheit 8, eine erste Reihenschaltung 9 und eine zweite Reihenschaltung 10 auf. Die erste Reihenschaltung 9 und die zweite Reihenschaltung 10 sind parallel zueinander angeordnet. Die erste
Reihenschaltung 9 weist einen ersten Transistor 4 und einen ersten Widerstand 5 auf. Der erste Widerstand 5 ist im Laststromkreis des ersten Transistors 4 angeordnet, d. h. der erste Widerstand 5 ist mit dem ersten Transistor 4 elektrisch leitend verbunden, wenn der erste Transistor (4) eingeschaltet ist. Elektrisch leitend verbunden bedeutet hierbei, dass der Laststromkreis einen Strom führt. Die zweite Reihenschaltung 10 weist einen zweiten Transistor 5 und einen zweiten Widerstand 7 auf, d. h. der zweite Widerstand 7 ist mit dem zweiten Transistor 6 elektrisch leitend verbunden, wenn der zweite Transistor (6) eingeschaltet ist. Der zweite Widerstand 7 ist im Laststromkreis des zweiten Transistors 5 angeordnet. Der erste Widerstand 5 und der zweite Widerstand 7 fungieren dabei als Messwiderstände, sogenannte Stromerfassungswiderstände bzw. Sense-Widerstände, wobei der erste Widerstand 5 einen geringeren Wert aufweist als der zweite Widerstand 7, der im Allgemeinen hochohmig gewählt wird. Das Verhältnis des zweiten Widerstands 7 zum ersten Widerstand 5 beträgt beispielsweise 1/N*FL, wobei N das Teilerverhältnis bzw. Größenverhältnis des Leistungstransistors 2 und des ersten Transistors 4 ist. FL ist das Verhältnis aus Laststrom zu Ruhestrom im Laststromkreis des Leistungstransistors. In einem Ausführungsbeispiel ist ein Teilerverhältnis N=1000 und ein Last- zu
Ruhestromverhältnis FL=lA/0.1mA, wobei hierbei der erste Widerstand 5 beispielsweise einen Wert von 300 Ohm und der zweite Widerstand
beispielsweise einen Wert von 3000 Ohm aufweist.
Optional kann ein Durchlasswiderstand des zweiten Transistors 5 als zweiter Widerstand 7 fungieren.
Die Steuereinheit 8 weist mindestens zwei Eingänge auf mit denen das erste Spannungspotentiale 11 und das zweite Spannungspotential 12 erfasst werden und einen Eingang 16, der eine Referenzspannung, beispielsweise eine Masse erfassen kann. Außerdem weist die Steuereinheit 8 mindestens einen ersten Ausgang 14 und einen zweiten Ausgang 15 auf. Der erste Ausgang 14 steuert ein Gate des zweiten Transistors 6 an und der zweite Ausgang 15 steuert ein Gate des Leistungstransistors 2 und des ersten Transistors 4 an. Die Vorrichtung 1 umfasst die Leistungstransistoranordnung bei der parallel zum Laststromkreis des Leistungstransistors 2, die erste Reihenschaltung 9 und die zweite
Reihenschaltung 10 angeordnet ist. Der Gateanschluss des ersten Transistors 4 ist mit dem Gatenanschluss des Leistungstransistors 2 verbunden. Ist der
Leistungstransistor 2 eingeschaltet, so ist durch die direkte Verbindung der Gates auch der erste Transistor 4 eingeschaltet. Ein Drainanschluss 3 des
Leistungstransistors 2 ist mit einer Versorgungsspannung verbindbar. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Vorrichtung 1 in einem low-side
Schalter für eine elektrische Last, z.B. Beleuchtung oder Steuergerät in einem Fahrzeug, eingesetzt, wodurch die Masse der elektrischen Last geschaltet wird. Dazu wird der Drainanschluss 3 des Leistungstransistors 2 über die elektrische Last mit einer Versorgungsspannung verbunden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Vorrichtung 1 in einem high-side Schalter für eine elektrische Last, z.B. Beleuchtung oder Steuergerät in einem Auto) eingesetzt, wodurch die Versorgungsspannung der elektrischen Last geschaltet wird. Dazu wird der Sourceanschluß des Leistungstransistors 2 über die elektrische Last mit der Masse verbunden und der Drainanschluss des
Leistungstransistors 2 mit der Versorgungsspannung verbunden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Vorrichtung 1 in einem
Pegelumsetzer verwendet, der als low-side Schalter fungiert, wodurch die Masse des Pegelumsetzers geschaltet wird. Dazu wird der Drainanschluss 3 des Leistungstransistors 2 über einen Lastwiderstand mit der Versorgungsspannung verbunden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Vorrichtung 1 in einem
Pegelumsetzer verwendet, der als high-side Schalter fungiert, wodurch der Versorgungsspannungspin des Pegelumsetzers geschaltet wird. Dazu wird ein Sourceanschluss des Leistungstransistors 2 über einen Lastwiderstand mit der Masse verbunden und der Drainanschluss des Leistungstransistors 2 mit der Versorgungsspannung verbunden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die zweite Reihenschaltung 10 zusammen mit einer Signalauswerteeinheit in einem ASIC integriert. Durch den hochohmigen zweiten Widerstand erfolgt die Integration platzsparend. Bei einer Endprüfung des ASIC's kann ein Abgleich leicht realisiert werden. Optional können die Gatetreiber des ersten und zweiten Transistors 4 und 6 auf dem ASIC integriert werden.
Figur 2 zeigt ein Verfahren zur Stromerfassung eines Leistungstransistors. Das Verfahren startet mit Schritt 200, indem ein Gate eines Leistungstransistors und ein Gate eines ersten Transistors mit Hilfe einer Steuereinheit angesteuert werden bzw. eingeschaltet werden. Dadurch wird der erste Widerstand bestromt, sodass in einem folgenden Schritt 210 ein erstes Spannungspotential, das einen Spannungsabfall am ersten Widerstand repräsentiert erfasst wird. In einem folgenden Schritt 215 wird ein Strom in Abhängigkeit des ersten
Spannungspotentials des ersten Spannungspotentials und des ersten
Widerstands bestimmt. In einem folgenden Schritt 220 wird überprüft, ob der Strom unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts 20 liegt, der in Figur 3 gezeigt ist und den Strombereich der elektrischen Last im Leistungskreis bze. Laststromkreis des Leistungstransistors begrenzt. Der vorbestimmte
Schwellenwert ist insbesondere kleiner als 1 mA. Ist dies der Fall, so wird in einem folgenden Schritt 230 der Leistungstransistor und der erste Transistor ausgeschaltet und der erste Transistor eingeschaltet, sodass der geringe Strom mit Hilfe des zweiten Transistors erfasst werden kann. Ist dies nicht der Fall, so wird das Verfahren beendet oder mit Schritt 210 fortgesetzt.
Optional können in Schritt 230 der Leistungstransistor und der erste Transistor für eine bestimmte Zeitdauer ausgeschaltet werden, vorzugsweise eine kurze Zeitdauer z. B. im Nanosekundenbereich, sodass die Verluste in der Vorrichtung minimiert werden. Nach Ablauf der Zeitdauer werden der Leistungstransistor und der erste Transistor wieder eingeschaltet und der zweite Transistor
ausgeschaltet, sodass das Verfahren mit Schritt 210 fortfährt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das Verfahren gestartet, indem ein Gate des ersten Transistors und ein Gate des zweiten Transistors mit Hilfe der Steuereinheit angesteuert werden bzw. eingeschaltet werden. Dadurch werden der erste Widerstand und der zweite Widerstand bestromt, sodass in einem folgenden Schritt ein erstes Spannungspotential, das einen Spannungsabfall am ersten Widerstand repräsentiert, und ein zweites Spannungspotential, das einen Spannungsabfall am zweiten Widerstand repräsentiert, erfasst werden. In einem folgenden Schritt wird ein Gesamtstrom in Abhängigkeit eines ersten Teilstroms und eines zweiten Teilstroms bestimmt bzw. der erste Teilstrom und der zweite Teilstrom werden addiert. Der erste Teilstrom wird dabei in Abhängigkeit des ersten Spannungspotentials und des ersten Widerstands bestimmt und der zweite Teilstrom in Abhängigkeit des zweiten Spannungspotentials und des zweiten Widerstands bestimmt. In einem folgenden Schritt wird überprüft, ob der Strom unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts 20 liegt, der in Figur 3 gezeigt ist. Der vorbestimmte Schwellenwert ist insbesondere kleiner als 1 mA. Ist dies der Fall, so wird in einem folgenden Schritt der erste Transistor ausgeschaltet, sodass der geringe Gesamtstrom mit Hilfe des zweiten
Transistors erfasst werden kann. Ist dies nicht der Fall, so wird das Verfahren beendet.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (1) zur Stromerfassung einer Leistungstransistoranordnung mit
- einem Leistungstransistor (2),
- einer ersten Reihenschaltung (9), die einen ersten Transistor (4) und einen ersten Widerstand (5) aufweist,
- wobei der erste Widerstand (5) in einem Laststromkreis des ersten Transistors (4) angeordnet ist,
- einer zweiten Reihenschaltung (10), die einen zweiten Transistor (6) und einen zweiten Widerstand (7) aufweist,
- wobei der zweite Widerstand (7) in einem Laststromkreis des zweiten Transistors (6) angeordnet ist,
- wobei die erste Reihenschaltung (9), die zweite Reihenschaltung (10) und der Leistungstransistor (2) parallel zueinander angeordnet sind,
- wobei der erste Widerstand (5) mit dem ersten Transistor (4) elektrisch leitend verbunden ist, wenn der erste Transistor (4) eingeschaltet ist, und
- wobei der zweite Widerstand (7) mit dem zweiten Transistor (6) elektrisch leitend verbunden ist, wenn der zweite Transistor (6) eingeschaltet ist,
- wobei ein Gateanschluss des ersten Transistors (4) mit einem
Gateanschluss des Leistungstransistors (2) elektrisch leitend verbunden ist, wenn der Leistungstransistor (2) eingeschaltet ist,
- einer Steuereinheit (8), die den Leistungstransistor (2), den ersten Transistor (4) und den zweiten Transistor (6) ansteuert, wobei die Steuereinheit (8) den Leistungstransistor (2) und den ersten Transistor (4) einschaltet,
- wobei die Steuereinheit (8) ein erstes Spannungspotential (11) erfasst, das einen Spannungsabfall am ersten Widerstand (5) repräsentiert,
- wobei die Steuereinheit (8) einen Strom in Abhängigkeit des ersten Spannungspotentials (11) und des ersten Widerstands (5) bestimmt, und
- die Steuereinheit (8), den Leistungstransistor (2) und den ersten Transistor (4) ausschaltet, wenn der Strom kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert (20) ist und den zweiten Transistor (6) einschaltet, sodass der Strom im Wesentlichen über den zweiten Transistor (6) fließt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8) einen Zeitgeber aufweist, sodass die Steuereinheit (8) das Ausschalten des Leistungstransistors (2) und des ersten Transistors (4) für eine bestimmte Zeitdauer durchführt.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Widerstand (5) und der zweite Widerstand (7) unterschiedliche Widerstandswerte aufweisen, insbesondere dass der erste Widerstand (5) wenigstens ein Zehntel des Widerstandswerts des zweiten Widerstands (7) aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass als zweiter Widerstand (7) ein Durchlasswiderstand des zweiten Transistors (6) vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der erste Transistor (4) und der zweite Transistor (6) einen gleichen Transistortyp aufweisen, insbesondere n-MOS oder p- MOS-Transistor.
6. Sicherungsschalter für automobile Bordnetzlasten mit einer Vorrichtung zur Stromerfassung einer Leistungstransistoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Sicherungsschalter als low-side Schalter fungiert, mit
- einem Leistungstransistor (2),
- einer Steuereinheit (8),
- einem Lastwiderstand, der einen Drainanschluss des Leistungstransistors (2) mit einer Versorgungsspannung verbindet,
- einer ersten Reihenschaltung mit einem ersten Transistor (4) und einem ersten Widerstand (5), wobei der erste Widerstand (5) in einem Laststromkreis des ersten Transistors (4) angeordnet ist, und - einer zweiten Reihenschaltung mit einem zweiten Transistor (6) und einem zweiten Widerstand (7), wobei der zweite Widerstand (7) in einem Laststromkreis des zweiten Transistors (6) angeordnet ist,
- wobei die erste Reihenschaltung (9), die zweite Reihenschaltung (10) und der Leistungstransistor (2) parallel zueinander angeordnet sind,
- wobei der erste Widerstand (5) mit dem ersten Transistor (4) elektrisch leitend verbunden ist, wenn der erste Transistor (4) eingeschaltet ist, und
- wobei der zweite Widerstand (7) mit dem zweiten Transistor (6) elektrisch leitend verbunden ist, wenn der zweite Transistor (6) eingeschaltet ist,
- wobei ein Gateanschluss des ersten Transistors (4) mit einem
Gateanschluss des Leistungstransistors (2) elektrisch leitend verbunden ist, wenn der Leistungstransistor (2) eingeschaltet ist,
- wobei die Steuereinheit (8)
- den Leistungstransistor (2), den ersten Transistor (4) und den zweiten Transistor (5) ansteuert, wobei die Steuereinheit (8) den
Leistungstransistor (2) und den ersten Transistor (4) einschaltet,
- ein erstes Spannungspotential (11) erfasst, das einen Spannungsabfall am ersten Widerstand (5) repräsentiert,
- einen Strom bestimmt, und
- den Leistungstransistor (2) und den ersten Transistor (4) ausschaltet , wenn der Strom kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert (20) ist, und den zweiten Transistor (6) einschaltet, sodass der Strom im Wesentlichen über den zweiten Transistor (6) fließt.
7. Sicherungsschalter für automobile Bord netz lasten mit einer Vorrichtung zur Stromerfassung einer Leistungstransistoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Sicherungsschalter als high-side Schalter fungiert, mit - einem Leistungstransistor (2),
- einer Steuereinheit (8),
- einem Lastwiderstand, der einen Sourceanschluss des Leistungstransistors (2) mit einer Masse verbindet, - einer ersten Reihenschaltung mit einem ersten Transistor (4) und einem ersten Widerstand (5), wobei der erste Widerstand (5) in einem Laststromkreis des ersten Transistors (4) angeordnet ist, und
- einer zweiten Reihenschaltung mit einem zweiten Transistor (6) und einem zweiten Widerstand (7), wobei der zweite Widerstand (7) in einem Laststromkreis des zweiten Transistors (6) angeordnet ist,
- wobei die erste Reihenschaltung (9), die zweite Reihenschaltung (10) und der Leistungstransistor (2) parallel zueinander angeordnet sind,
- wobei der erste Widerstand (5) mit dem ersten Transistor (4) elektrisch leitend verbunden ist, wenn der erste Transistor (4) eingeschaltet ist, und
- wobei der zweite Widerstand (7) mit dem zweiten Transistor (6) elektrisch leitend verbunden ist, wenn der zweite Transistor (6) eingeschaltet ist,
- wobei ein Gateanschluss des ersten Transistors (4) mit einem
Gateanschluss des Leistungstransistors (2) elektrisch leitend verbunden ist, wenn der Leistungstransistor (2) eingeschaltet ist,
- wobei die Steuereinheit (8)
- den Leistungstransistor (2), den ersten Transistor (4) und den zweiten Transistor (5) ansteuert, wobei die Steuereinheit (8) den
Leistungstransistor (2) und den ersten Transistor (4) einschaltet,
- ein erstes Spannungspotential (11) erfasst, das einen Spannungsabfall am ersten Widerstand (5) repräsentiert,
- einen Strom bestimmt, und
- den Leistungstransistor (2) und den ersten Transistor (4) ausschaltet , wenn der Strom kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert (20) ist, und den zweiten Transistor (6) einschaltet, sodass der Strom im Wesentlichen über den zweiten Transistor (6) fließt.
8. Verfahren zur Stromerfassung einer Leistungstransistoranordnung, insbesondere zur Stromerfassung in einer Vorrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 5, mit den Schritten - Einschalten (200) eines Leistungstransistors (2) und eines ersten Transistors (4) mit Hilfe einer Steuereinheit (8), sodass ein erster Widerstand (5) der in einem Laststromkreis des ersten Transistors (4) bestromt wird,
- Erfassen (210) eines ersten Spannungspotentials (11), das einen
Spannungsabfall an einem ersten Widerstand (5) repräsentiert,
- wobei mit Hilfe einer Steuereinheit (8) ein Strom in Abhängigkeit des ersten Spannungspotentials (11) und des ersten Widerstands (5) bestimmt wird, und
- der Leistungstransistor (2) und der erste Transistor (4) mit Hilfe der
Steuereinheit (8) ausgeschaltet wird, wenn der Strom kleiner als ein
vorbestimmter Schwellenwert (20) ist und der zweite Transistor (6) eingeschaltet wird, sodass der Strom im Wesentlichen über den zweiten Transistor (6) fließt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausschalten des ersten Transistors (4) für eine bestimmte Zeit durchgeführt wird.
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