DE102015114284B3

DE102015114284B3 - Verfahren und ansteuerschaltung zum ansteuern eines transistors

Info

Publication number: DE102015114284B3
Application number: DE102015114284.8A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Bayerer; Johannes Georg Laven
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2015-08-27
Filing date: 2015-08-27
Publication date: 2016-09-29
Anticipated expiration: 2035-08-28
Also published as: CN106487366B; CN106487366A; US10075158B2; US20170063365A1

Abstract

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Transistors (30). Dieser weist einen Ansteueranschluss (G) auf, sowie eine Laststrecke (C-E). Das Ansteuern erfolgt mittels einer Ansteuerschaltung (100), die eine Logikeinheit (20) und einen Ansteuersignalgenerator (10) aufweist. Der Ansteuersignalgenerator (10) ist dazu ausgebildet, eine zeitlich veränderliche Ansteuerspannung (V10) auszugeben, mit der der Transistor (30) angesteuert wird. Dabei erhält der Ansteuersignalgenerator (10) von der Logikeinheit (20) eine Sollzustandsinformation, gemäß der der Transistor (30) grundsätzlich eingeschaltet werden oder bleiben soll, oder gemäß der der Transistor (30) grundsätzlich ausgeschaltet werden oder bleiben soll. Dem Ansteuersignalgenerator (10) wird ein erstes Kurzschlussinformationssignal (SC1) einer Kurzschlussüberwachungseinheit (40) zugeführt, das eine Information über das potentielle Vorliegen eines Kurzschlusses einer mit der Laststrecke (C-E) in Reihe geschalteten, elektrischen Last (50) enthält. Als Reaktion auf eine Sollzustandsinformation schaltet der Ansteuersignalgenerator (10) den Transistor (30) zu einem ersten Zeitpunkt (t1) ein, indem er die Ansteuerspannung (V10) des Transistors (30) auf einen Wert oder einen Wertebereich oberhalb eines Einschaltschwellenwerts (Vth) des Transistors (30) einstellt, aber auf einen maximalen ersten Einschaltspannungsgrenzwert (Von1) begrenzt. Abhängig von dem ersten Kurzschlussinformationssignal (SC1) entscheidet der Ansteuersignalgenerator (10), ob er die Begrenzung der Ansteuerspannung (V10) auf maximal den ersten Einschaltspannungsgrenzwert (Von1) aufrechterhält, oder ob er die Ansteuerspannung (V10) des Transistors (30) auf einen Wert oder einen Wertebereich größer oder gleich einem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert (Von2) einstellt, der größer ist, als der erste Einschaltspannungsgrenzwert (Von1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Transistors, sowie einer Ansteuerschaltung für einen Transistor. Der Transistor kann dabei insbesondere zum Schalten einer elektrischen Last eingesetzt werden.
Die Verwendung von Transistoren als elektronische Schalter ist weit verbreitet. Wegen der hohen Schaltfrequenzen, mit denen Transistoren betrieben werden können, eignen sich Transistoren nicht nur als "statische" Schalter, die über einen längeren Zeitraum, wie einige Sekunden, Minuten oder Stunden, geschlossen sind, sondern eignen sich auch zur getakteten oder gepulsten Ansteuerung von Lasten.
Getaktet oder gepulst angesteuerte Transistoren werden beispielsweise in Treiberschaltungen für induktive Lasten, wie beispielsweise in Halbbrücken- oder Vollbrückentreibern für Elektromotoren, Magnetventile, usw., verwendet. Ein weiteres Einsatzgebiet sind Schaltwandler bzw. Schaltnetzteile, bei denen eine getaktete Ansteuerung eines Transistors zur Regelung der Stromaufnahme und damit zur Regelung der Ausgangsspannung dient. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendungen beschränkt.
Zur Ansteuerung des Transistors wird üblicherweise mittels einer Logikeinheit ein digitales Steuersignal ausgegeben und einem Ansteuersignalgenerator, der abhängig von dem digitalen Steuersignal eine Ansteuerspannung für den Transistor erzeugt. Das digitale Steuersignal gibt an, ob der Transistor eingeschaltet werden oder bleiben soll, oder ob er ausgeschaltet werden oder bleiben soll. Beispielsweise kann ein High-Pegel des digitalen Steuersignals bedeuten, dass der Transistor eingeschaltet sein soll, und ein Low-Pegel, dass der Transistor ausgeschaltet sein soll.
Wenn ein Transistor wie beispielsweise ein IGBT oder ein MOSFET im normalen Betrieb eingeschaltet ist, wird sein Laststrom I (d.h. der Strom durch die Laststrecke zwischen Emitter und Kollektor bzw. zwischen Source und Drain) von der Betriebsspannung V_B und der Last (genauer: deren Widerstand R_L) begrenzt. Die minimale Spannung über der Laststrecke im voll eingeschalteten Zustand des Transistors wird auch als Durchlass- oder Sättigungsspannung V_CE,SAT bezeichnet. Für die im Normalbetrieb im Transistor dissipierte Verlustleistung P_V gilt: P_V = I·V_CE,SAT. Im eingeschalteten Zustand kann der Transistor bei gegebener Gatespannung V_GE (d.h. bei einem IGBT die Spannung zwischen Gate und Emitter bzw. bei einem MOSFET die Spannung zwischen Gate und Source) einen bestimmten maximalen Laststrom I führen, der auch als Sättigungsstrom I_SAT bezeichnet wird. Der Sättigungsstrom ISAT hängt also von der gewählten Gatespannung V_GE ab.
Da im Kurzschlussfall die volle Betriebsspannung V_B über der Laststrecke des Transistors abfällt (V_CE = V_B), steigt der Laststrom I normalerweise bis zum Sättigungsstrom I_SAT an. Für die Verlustleistung P_MAX während des Kurzschlussbetriebs, d.h. wenn ein Kurzschluss einer mit der Laststrecke in Reihe geschalteten Last vorliegt, gilt: P_MAX = V_B·I_SAT. Für die im Kurzschlussbetrieb dissipierte Energie E_MAX gilt: E_MAX = V_B·I_SAT·t_SC, wobei t_SC die Zeit zwischen dem Auftreten des Kurzschlusses der Last bis zur Abschaltung des Transistors bezeichnet. Um ein thermisches Weglaufen ("thermal runaway") des Transistors zu verhindern, sollte die Energie E_MAX unterhalb einer kritischen Energie E_KRIT bleiben, da der Transistor anderenfalls aufgrund eines sehr hohen Warm-Leckstroms ("hot leakage current") durch thermisches Weglaufen zerstört wird.
Die Betriebsspannung V_B ist durch die Applikation meist vorgegeben. Die Zeit t_SC, welche für die Detektion eines Kurzschlusses und die darauffolgende Abschaltung des Transistors benötigt wird, hängt im Wesentlichen von externen Parametern ab. Grundsätzlich kann ein Transistor mit einer hohen Kurzschlussfestigkeit ausgelegt werden, so dass t_SC relativ lang gewählt werden kann. Die geht jedoch einher mit einem niedrigen Sättigungsstrom I_SAT und einer hohen Durchlassspannung, was im Normalbetrieb höhere Verluste zur Folge hat. Es liegt also ein Zielkonflikt vor zwischen einer guten Performance im Normalbetrieb einerseits und der geforderten Kurzschlussfestigkeit andererseits.
Der Sättigungsstrom I_SAT sowie die Sättigungsspannung V_CE,SAT eines Transistors wie eines IGBTs oder eines MOSFETs hängen wie schon erwähnt von der am Gateanschluss des Transistors anliegenden Gatespannung V_GE ab. Ist die Gatespannung nur geringfügig größer als eine Einschaltschwellenspannung Vth des Transistors, ist der Sättigungsstrom I_SAT verhältnismäßig klein und die Sättigungsspannung V_CE,SAT verhältnismäßig groß. Je höher die an den Gateanschluss angelegte Gatespannung V_GE ist, desto höher wird der Sättigungsstrom I_SAT und desto niedriger sind die Sättigungsspannung V_CE,SAT und die Verluste im Normalbetrieb. Der Zusammenhang zwischen Sättigungsspannung V_CE,SAT und Gatespannung V_GE ist nicht linear. Ab einem bestimmten Pegel der Gatespannung V_GE führt eine weitere Erhöhung nicht mehr zu einer signifikanten Verringerung der Sättigungsspannung V_CE,SAT.
Zur Detektion eines Kurzschlusses einer Last ist es grundsätzlich bekannt, mittels einer Kurzschlussüberwachung eine Messgröße zu überwachen, die auf das Auftreten eines Kurzschlusses der Last schließen lässt, und, wenn die Überwachung der Messgröße für das Vorliegen eines Kurzschlusses spricht, den Transistor sperrend anzusteuern und dadurch abzuschalten (Schutzabschaltung). Allerdings kommt es in bestimmten Situationen vor, dass die Kurzschlussüberwachung fälschlicherweise einen Kurzschluss der Last signalisiert, ohne dass tatsächlich ein Kurzschluss der Last vorliegt. In diesen Fällen würde der Transistor ohne Notwendigkeit abgeschaltet
Beispielweise kann die Kurzschlussüberwachung den Strom durch die Laststrecke des Transistors als Messgröße heranziehen. Wenn nun mit dem Transistor elektrisch verbundene Kapazitäten, z.B. Kondensatoren oder parasitäre Kapazitäten wie elektrische Anschluss- und Verbindungsleitungen, aufgrund des Einschaltens des Transistors auf- bzw. umgeladen werden, kann es sein, dass der Strom durch die Laststrecke des Transistors vorübergehend auf Werte ansteigt, die höher sind, als der maximal zulässige Dauerstrom durch den Transistor. Daher gibt die Kurzschlussüberwachung, um eine Zerstörung des Transistors zu vermeiden, an die Logikeinheit ein Signal aus, das bewirkt, dass der Transistor außerplanmäßig abgeschaltet wird. Um ein derartiges außerplanmäßiges (d.h. durch einen zu unrecht angezeigten Kurzschluss der Last bedingtes) Abschalten des Transistors zu vermeiden und einen ordnungsgemäßen Schaltbetrieb des Transistors zu ermöglichen, muss ein außerplanmäßiges Abschalten des Transistors für eine gewisse Wartedauer (typisch: 10 µs) ab dem Einschalten des Transistors verhindert werden, bis nach dem Einschalten eindeutig festgestellt werden kann, ob tatsächlich ein Kurzschluss der Last vorliegt. Für den Fall, dass bereits beim Einschalten des Transistors ein Kurzschluss der Last vorliegt und die Kurzschlussüberwachung zu Recht auf das Vorliegen eines Kurzschlusses der Last befindet, muss der Transistor in der Lage sein, die Wartedauer im eingeschalteten Zustand (d.h. wenn seine Laststrecke leitet) unbeschädigt zu überstehen. Grundsätzlich könnte man hierzu Transistoren geringerer Effizienz einsetzen (d.h. Transistoren, die höhere Durchlassverluste aufweisen), was allerdings im Normalbetrieb zu unerwünschten Verlusten führt Deshalb ist man dazu übergegangen, den Transistor beim Einschalten für eine vorgegebene Wartedauer mit einer verringerten Ansteuerspannung anzusteuern, und nach Ablauf der Wartedauer die Ansteuerspannung zu erhöhen, sofern nicht die Kurzschlussüberwachung mit Ablauf der Wartedauer einen Kurzschluss signalisiert. Die vorgegebene Wartedauer und die verringerte Ansteuerspannung sind so aufeinander abgestimmt, dass der Transistor auch dann nicht beschädigt wird, wenn die Last während der gesamten Wartedauer kurzgeschlossen ist. Da Ansteuerschaltungen eines bestimmten Typs üblicherweise in Verbindung mit verschiedensten Hardware-Konfigurationen betrieben werden, stehen die Kapazitäten nicht von vorneherein fest. Daher muss die Wartezeit einen ausreichenden Sicherheitsaufschlag enthalten. Dies aber führt dazu, dass der Transistor während der Wartezeit auch dann mit der reduzierten Ansteuerspannung angesteuert wird, wenn die Kurzschlussüberwachung keinen Kurzschluss signalisiert. Dies wiederum hat einen Betrieb mit verringertem Wirkungsgrad zur Folge.
Die US 4 926 283 A beschreibt eine temperaturgeschützte Transistorschaltung. Die Schaltung macht es sich zu Nutze, dass die zum Einschalten eines Feldeffekttransistors erforderliche Gate-Source-Spannung mit zunehmender Temperatur sinkt. Bei der Schaltung wird ein zu schützender Feldeffekttransistor zunächst kurzzeitig mit einer Ansteuerspannung angesteuert, die wesentlich geringer ist als eine vorgegebene Ansteuerspannung, welche bei Normaltemperatur erforderlich ist, um den Feldeffekttransistor einzuschalten. Wenn dabei festgestellt wird, dass Transistor nicht leitet, wird die Ansteuerspannung auf mindestens die vorgegebene Ansteuerspannung erhöht. Wenn anderenfalls festgestellt wird, dass der Transistor leitet, wird er abgeschaltet.
Die DE 10 2011 003 733 A1 betrifft ein Verfahren zum gepulsten Ansteuern eines Transistors. Der Transistor wird mit einem Ansteuerimpuls eines ersten Typs angesteuert, der zumindest für eine erste Zeitdauer einen ersten Ansteuerpegel aufweist. Danach wird der Transistor mit einem Ansteuerimpuls eines zweiten Typs angesteuert, der einen im Vergleich zu dem ersten Ansteuerpegel höheren zweiten Ansteuerpegel aufweist. Die gepulste Ansteuerung wird abgebrochen, wenn die Spannung über der Laststrecke des Transistors einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Ansteuern eines Transistors bereitzustellen, der mit einem hohen Wirkungsgrad betrieben werden kann und bei dem dennoch die Gefahr einer Beschädigung des im Falle eines Kurzschlusses einer mit dem Transistor verbundenen Last reduziert ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine entsprechende Ansteuerschaltung zum Ansteuern eines mit einer Last verbundenen Transistors bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. durch eine Ansteuerschaltung gemäß Anspruch 21 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein erster Aspekt betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Transistors, der einen Ansteueranschluss und eine Laststrecke aufweist. Das Ansteuern erfolgt mittels einer Ansteuerschaltung, die eine Logikeinheit und einen Ansteuersignalgenerator aufweist. Außerdem wird eine Wartedauer vorgegeben. Der Ansteuersignalgenerator ist dazu ausgebildet, eine zeitlich veränderliche Ansteuerspannung auszugeben, mit der der Transistor angesteuert wird. Der Ansteuersignalgenerator erhält von der Logikeinheit eine Sollzustandsinformation, gemäß der der Transistor grundsätzlich eingeschaltet werden oder bleiben soll, oder gemäß der der Transistor grundsätzlich ausgeschaltet werden oder bleiben soll. Dem Ansteuersignalgenerator wird ein erstes Kurzschlussinformationssignal einer Kurzschlussüberwachungseinheit zugeführt, das eine Information über das potentielle Vorliegen eines Kurzschlusses einer mit der Laststrecke in Reihe geschalteten, elektrischen Last enthält. Als Reaktion auf eine Sollzustandsinformation schaltet der Ansteuersignalgenerator den Transistor zu einem ersten Zeitpunkt ein, indem er die Ansteuerspannung auf einen Wert oder einen Wertebereich oberhalb eines Einschaltschwellenwerts des Transistors einstellt, die Ansteuerspannung aber auf einen maximalen ersten Einschaltspannungsgrenzwert begrenzt. Abhängig von dem ersten Kurzschlussinformationssignal entscheidet der Ansteuersignalgenerator, ob er die Begrenzung der Ansteuerspannung auf maximal den ersten Einschaltspannungsgrenzwert aufrecht erhält, oder ob er die Ansteuerspannung des Transistors auf einen Wert oder einen Wertebereich größer oder gleich einem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert einstellt, der größer ist, als der erste Einschaltspannungsgrenzwert. Der Ansteuersignalgenerator ist dazu ausgebildet, das Einstellen der Ansteuerspannung auf den Wert oder den Wertebereich größer oder gleich den zweiten Einschaltspannungsgrenzwert als Reaktion darauf vorzunehmen, dass das erste Kurzschlussinformationssignal unmittelbar nach Ablauf der Wartedauer darauf schließen lässt, dass kein potentieller Kurzschluss der Last vorliegt. Außerdem ist der Ansteuersignalgenerator dazu ausgebildet ist, das Einstellen der Ansteuerspannung auf den Wert oder den Wertebereich größer oder gleich dem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert als Reaktion darauf vorzunehmen, dass das erste Kurzschlussinformationssignal während der Wartedauer auf einen potentiellen Kurzschluss der Last schließen lässt und danach, ebenfalls während der Wartedauer, darauf schließen lässt, dass kein potentieller Kurzschluss der Last mehr vorliegt. Dabei nimmt der der Ansteuersignalgenerator das Einstellen der Ansteuerspannung auf den Wert oder den Wertebereich größer oder gleich dem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert als Reaktion darauf vor, dass das erste Kurzschlussinformationssignal unmittelbar nach Ablauf der Wartedauer darauf schließen lässt, dass kein potentieller Kurzschluss der Last vorliegt, oder dass das erste Kurzschlussinformationssignal während der Wartedauer auf einen potentiellen Kurzschluss der Last schließen lässt und danach, ebenfalls während der Wartedauer, darauf schließen lässt, dass kein potentieller Kurzschluss der Last mehr vorliegt.
Ein zweiter Aspekt betrifft eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern eines Transistors, der einen Ansteueranschluss und eine Laststrecke aufweist. Die Ansteuerschaltung weist eine Logikeinheit und einen Ansteuersignalgenerator auf. Der Ansteuersignalgenerator ist dazu ausgebildet, eine veränderliche Ansteuerspannung zum Ansteuern eines Transistors auszugeben. Die Logikeinheit ist dazu ausgebildet, eine Sollzustandsinformation auszugeben, gemäß der der Transistor grundsätzlich eingeschaltet werden oder bleiben soll, oder gemäß der der Transistor grundsätzlich ausgeschaltet werden oder bleiben soll. Die Ansteuerschaltung ist dazu ausgebildet, die Sollzustandsinformation dem Ansteuersignalgenerator zuzuführen. Der Ansteuersignalgenerator weist einen Eingang auf, über den ihm ein erstes Kurzschlussinformationssignal zugeführt werden kann, das eine Information über das potentielle Vorliegen eines Kurzschlusses einer mit der Laststrecke in Reihe geschalteten, elektrischen Last enthält. Der Ansteuersignalgenerator ist weiterhin dazu ausgebildet, den Transistor, als Reaktion auf eine Sollzustandsinformation, zu einem ersten Zeitpunkt einzuschalten, indem er die Ansteuerspannung auf einen Wert oder einen Wertebereich oberhalb eines Einschaltschwellenwerts des Transistors einstellt, aber auf einen maximalen ersten Einschaltspannungsgrenzwert begrenzt. Der Ansteuersignalgenerator ist ferner dazu ausgebildet, abhängig von dem ersten Kurzschlussinformationssignal zu entscheiden, ob er die Begrenzung der Ansteuerspannung auf maximal den ersten Einschaltspannungsgrenzwert aufrecht erhält, oder ob er die Ansteuerspannung auf einen Wert oder einen Wertebereich größer oder gleich einem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert einstellt, der größer ist, als der erste Einschaltspannungsgrenzwert. Der Ansteuersignalgenerator ist dazu ausgebildet, das Einstellen der Ansteuerspannung auf den Wert oder den Wertebereich größer oder gleich dem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert abhängig von der Wartedauer als Reaktion darauf vorzunehmen, dass das erste Kurzschlussinformationssignal unmittelbar nach Ablauf einer Wartedauer darauf schließen lässt, dass kein potentieller Kurzschluss der Last vorliegt. Außerdem ist der Ansteuersignalgenerator dazu ausgebildet, das Einstellen der Ansteuerspannung auf den Wert oder den Wertebereich größer oder gleich dem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert als Reaktion darauf vorzunehmen, dass das erste Kurzschlussinformationssignal während der Wartedauer auf einen potentiellen Kurzschluss der Last schließen lässt und danach, ebenfalls während der Wartedauer, darauf schließen lässt, dass kein potentieller Kurzschluss der Last mehr vorliegt. Der Ansteuersignalgenerator nimmt das Einstellen der Ansteuerspannung auf den Wert oder den Wertebereich größer oder gleich dem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert als Reaktion darauf vor, dass das erste Kurzschlussinformationssignal unmittelbar nach Ablauf der Wartedauer darauf schließen lässt, dass kein potentieller Kurzschluss der Last vorliegt, oder darauf, dass das erste Kurzschlussinformationssignal während der Wartedauer auf einen potentiellen Kurzschluss der Last schließen lässt und danach, ebenfalls während der Wartedauer, darauf schließen lässt, dass kein potentieller Kurzschluss der Last mehr vorliegt.
Eine Ansteuerschaltung gemäß dem zweiten Aspekt kann insbesondere dazu ausgebildet sein, ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt durchzuführen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen dienen zur Erläuterung des Grundprinzips, so dass lediglich die zum Verständnis des Grundprinzips notwendigen Merkmale dargestellt sind. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale mit gleicher Bedeutung.
1 veranschaulicht schematisch eine Schaltung mit einer Ansteuerschaltung, die einen Transistor ansteuert, zu dessen Laststrecke eine Last in Reihe geschaltet ist.
2 veranschaulicht den zeitlichen Verlauf verschiedener Signale einer Anordnung gemäß 1, wobei kein Kurzschluss der Last auftritt.
3 veranschaulicht den zeitlichen Verlauf verschiedener Signale einer Anordnung gemäß 1, wobei gemäß einem Kurzschlussereignis erster Art bereits beim Einschalten des Transistors ein Kurzschluss der Last vorliegt.
4 veranschaulicht den zeitlichen Verlauf verschiedener Signale einer Anordnung gemäß 1, wobei gemäß einem Kurzschlussereignis zweiter Art ein Kurzschluss der Last erst nach dem Einschalten des Transistors auftritt.
5 veranschaulicht den zeitlichen Verlauf verschiedener Signale einer Anordnung gemäß 1, wobei gemäß dem Kurzschlussereignis erster Art bereits beim Einschalten ein Kurzschluss der Last vorliegt, und wobei nicht nur dem Ansteuersignalgenerator sondern auch der Logikeinheit ein Kurzschlussinformationssignal zugeführt wird.
6 veranschaulicht den zeitlichen Verlauf verschiedener Signale einer Anordnung gemäß 1, wobei gemäß dem Kurzschlussereignis zweiter Art ein Kurzschluss der Last erst nach dem Einschalten des Transistors auftritt, und wobei nicht nur dem Ansteuersignalgenerator sondern auch der Logikeinheit ein Kurzschlussinformationssignal zugeführt wird.
7 veranschaulicht ein erstes Beispiel für einen möglichen zeitlichen Verlauf der von dem Ansteuersignalgenerator ausgegebenen Ansteuerspannung beim Einschalten.
8 veranschaulicht ein zweites Beispiel für einen möglichen zeitlichen Verlauf der von dem Ansteuersignalgenerator ausgegebenen Ansteuerspannung beim Einschalten.
9 veranschaulicht ein erstes Beispiel für einen möglichen zeitlichen Verlauf der von dem Ansteuersignalgenerator ausgegebenen Ansteuerspannung beim Ausschalten.
10 veranschaulicht ein zweites Beispiel für einen möglichen zeitlichen Verlauf der von dem Ansteuersignalgenerator ausgegebenen Ansteuerspannung beim Ausschalten.
11 veranschaulicht ein erstes Beispiel, bei dem bei vollständig eingeschaltetem Transistor ein Kurzschluss auftritt und der Transistor als Reaktion hierauf mit einer verringerten Ansteuerspannung angesteuert wird.
12 veranschaulicht ein zweites Beispiel, bei dem bei vollständig eingeschaltetem Transistor ein Kurzschluss auftritt und der Transistor als Reaktion hierauf mit einer verringerten Ansteuerspannung angesteuert wird.
1 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung mit einem Transistor 30, einer Ansteuerschaltung 100 zum Ansteuern des Transistors 30, sowie einer Last 50 und einer Kurzschlussüberwachungseinheit 40. Der Transistor 30 weist eine Laststrecke C-E auf, sowie einen Steueranschluss G, mittels dem ein Strom durch die Laststrecke C-E gesteuert werden kann. Die Last 50 ist mit der Laststrecke C-E zwischen Anschlüsse für jeweils ein Versorgungspotential (hier lediglich beispielhaft für ein positives Versorgungspotential V+ und für ein negatives Versorgungspotential bzw. Bezugspotential GND) in Reihe geschaltet. Generell kann das Versorgungspotential beliebig gewählt werden, beispielsweise kann die Differenz V+ minus V– stets positiv sein, oder sie kann stets positiv und außerdem konstant sein, sie kann aber auch im zeitlichen Verlauf ihr Vorzeichen wechseln, was beispielsweise der Fall ist, wenn der Transistor zusammen mit einem anderen Schalter eine Halbbrücke bildet, bei dem die Last an den Schaltungsknoten der Halbbrücke angeschlossen ist. Die Ansteuerschaltung 100, die zum Ansteuern des Transistors 30 dient, weist eine Logikeinheit 20 auf, sowie einen Ansteuersignalgenerator 10, der der Logikeinheit 10 nachgeschaltet ist. Die Logikeinheit 20 weist einen Ausgang 21 auf, an dem sie ein Signal S0 ausgibt, das eine Sollzustandsinformation enthält, gemäß der der Transistor 30 eingeschaltet werden oder bleiben soll, oder gemäß der der Transistor 30 ausgeschaltet werden oder bleiben soll. In diesem Sinne ist der Transistor 30 eingeschaltet, wenn sich seine Laststrecke C-E (bei einer niedrigen Durchlassspannung) in einem niederohmigen, elektrisch leitenden Zustand befindet, und der Transistor ist aus- oder abgeschaltet, wenn sich seine Laststrecke C-E in einem hochohmigen, elektrisch sperrenden Zustand befindet.
Das Signal S0, das die Sollzustandsinformation enthält und das die Logikeinheit 20 an ihrem Ausgang 21 bereitstellt, wird einem Eingang 13 des Ansteuersignalgenerators 10 zugeführt. Grundsätzlich kann die Übertragung des Signals S0 über eine galvanische Verbindung zwischen dem Ausgang 21 und dem Eingang 13 erfolgen. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass der Ausgang 21 und der Eingang 13 galvanisch oder durch Spannung aufnehmende Halbleiter entkoppelt sind, beispielsweise mittels eines Transformators, eines Optokopplers oder einer beliebigen anderen galvanisch trennenden oder Spannung aufnehmende Signalübertragungseinrichtung. Soweit die Übertragung des Signals S0 vom Ausgang 23 zum Eingang 13 auf galvanisch getrennten Weg erfolgt, und sofern weiterhin ein zweites Kurzschlussinformationssignal SC2 an die Logikeinheit 20 ausgegeben wird, erfolgt auch die Übertragung des zweiten Kurzschlussinformationssignals SC2 von der Kurzschlussermittlungseinheit 40 an den Eingang 22 der Logikeinheit 20 über eine galvanisch getrennte Signalübertragung, beispielsweise mittels eines Transformators, eines Optokopplers oder einer beliebigen anderen galvanisch trennenden oder Spannung aufnehmende Signalübertragungseinrichtung.
Bei dem Signal S0 kann es sich beispielsweise um ein rein digitales Signal handeln, das (abgesehen von unvermeidlichem Überschwingen an den Schaltflanken) nur genau zwei verschiedene Zustände annimmt: Einen ersten Sollzustand (z.B. einen ersten Pegel, z.B. einen High-Pegel oder einen Low-Pegel), der besagt, dass der Transistor 30 eingeschaltet werden oder bleiben soll, und einen vom ersten Sollzustand verschiedenen zweiten Sollzustand (z.B. einen vom ersten Pegel verschiedenen (z.B. komplementären) zweiten Pegel, z.B. einen Low-Pegel oder einen High-Pegel), der besagt, dass der Transistor 30 ausgeschaltet werden oder bleiben soll.
Sofern der erste Sollzustand und der zweite Sollzustand (bezogen auf ein gemeinsames Bezugspotential, z.B. GND) jeweils als Spannungspegel ausgegeben werden, kann der Unterschied zwischen dem dem ersten Sollzustand entsprechenden Spannungspegel und dem dem zweiten Sollzustand entsprechenden Spannungspegel beispielsweise kleiner oder gleich 5 V sein.
Zum Beispiel kann es sich bei dem Signal S0 um ein pulsweitenmoduliertes Signal (PWM-Signal) handeln. Das PWM-Signal kann über einen vorgegebenen Zeitraum hinweg eine konstante Frequenz aufweisen, zum Beispiel eine Frequenz im Bereich von 100 Hz bis 40 kHz, insbesondere von 1 kHz bis 15 kHz oder, innerhalb über eines vorgegebenen Zeitraums, umschaltbar zwei oder mehr paarweise unterschiedliche Frequenzen annehmen, von denen jede im Bereich von 100 Hz bis 40 kHz, insbesondere von 1 kHz bis 15 kHz, liegt. Grundsätzlich eignen sich für das Signal S0 jedoch nicht nur PWM-Signale sondern beliebige andere, insbesondere digitale, Signale. Das Signal S0 kann eine vorgegebene Frequenz besitzen, was allerdings nicht zwingend der Fall sein muss.
Die Logikeinheit 20 kann prinzipiell in einer beliebigen Technik ausgeführt sein, beispielsweise kann sie einen Mikroprozessor enthalten oder als solcher ausgebildet sein.
Eine lediglich schematisch dargestellte Kurzschlussüberwachungseinheit 40 überwacht zumindest eine messbare Größe der Schaltung und schließt aus der zumindest einen gemessenen Größe darauf, ob ein potentieller Kurzschluss der Last 50 vorliegt. Die Kurzschlussüberwachungseinheit 40 gibt ein erstes Kurzschlussinformationssignal SC1 aus, das einem Eingang 12 des Ansteuersignalgenerators 10 zugeführt wird, sowie optional ein zweites Kurzschlussinformationssignal SC2, das einem Eingang 22 der Logikeinheit 20 zugeführt wird. Wie dargestellt, erhält der Ansteuersignalgenerator 10 das erste Kurzschlussinformationssignal SC1 nicht über die Logikeinheit 20, insbesondere nicht über das Signal S0 bzw. nicht über den Signalweg von dem Ausgang 21 zum Eingang 13. Dem ersten Kurzschlussinformationssignal SC1 und, sofern vorhanden, dem zweiten Kurzschlussinformationssignal SC2, ist jeweils zu entnehmen, ob ein potentieller Kurzschluss der Last 50 vorliegt oder nicht. Die Art und Weise, wie die Kurzschlussüberwachungseinheit 40 das Vorliegen eines potentiellen Kurzschlusses der Last 50 ermittelt, ist prinzipiell beliebig. Beispiele hierfür werden später erläutert.
Bei der Schaltung gemäß 1 wird das optionale zweite Kurzschlussinformationssignal SC2 der Logikeinheit 10 direkt zugeführt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, als Basis für das zweite Kurzschlussinformationssignal SC2 das dem Ansteuersignalverstärker 20 zugeführte erste Kurzschlussinformationssignal SC1 zu verwenden und dieses (verändert oder unverändert) als zweites Kurzschlussinformationssignal SC2 der Logikeinheit 10 zuzuführen. Beispielsweise kann hierzu zwischen dem Ausgang 21 und dem Eingang 13 eine bidirektionale Signalübertragung vorgesehen sein, über die auch die Übertragung des Signals S0 erfolgt.
Abhängig von dem Signal S0 und/oder dem ersten Kurzschlussinformationssignal SC1 stellt der Ansteuersignalgenerator 10 an einem Ausgang 11 ein Ausgangspotential bereit, das, direkt oder über einen dem Gate des Transistors vorgeschalteten, optionalen Gatewiderstand R_G, einem Steueranschluss G (hier ein Gateanschluss G) des Transistors 30 zugeführt wird. Sofern ein solcher Gatewiderstand R_G vorhanden ist, kann dieser auch in den Transistor 30 integriert sein, oder kann mit einem in den Transistor 30 integrierten, weiteren Gatewiderstand in Reihe geschaltet sein. Eine Spannung V10 zwischen dem Ausgangspotential an dem Ausgang 11 und einem Bezugspotential (hier das Potential eines Emitteranschlusses E des Transistors 30) zur Ansteuerung des Steueranschlusses G und damit des Transistors 30 wird nachfolgend auch als "Ansteuerspannung" bezeichnet, also als Spannung, die der Ansteuersignalgenerator 10 ausgibt. Das Bezugspotential kann, aber muss nicht notwendigerweise ein Potential eines Anschlusses des Transistors 30 darstellen, beispielsweise kann auch GND (Masse) oder ein anderes Potential als Bezugspotential verwendet werden. Die Ansteuerspannung V10 ist zeitlich veränderlich, so dass der Transistor 30 durch eine geeignete Wahl der Ansteuerspannung V10 eingeschaltet oder ausgeschaltet werden kann.
Von der Ansteuerspannung V10 zu unterscheiden ist die Gatespannung V_GE des Transistors 30, d.h. die Spannung V_GE zwischen dem Gateanschluss und dem Emitteranschluss des Transistors 30 im Fall eines IGBTs bzw. die Spannung V_GS zwischen dem Gateanschluss und dem Sourceanschluss des Transistors 30 im Fall eines MOSFETs. Das bei dem Beispiel gemäß 1 für den Transistor 30 ein IGBT eingesetzt wird, wird im Weiteren nur die Bezeichnung V_GE verwendet. Alle diesbezüglichen Ausführungen gelten jedoch gleichermaßen für die Gatespannung V_GS eines als MOSFET ausgebildeten Transistors.
Wird die Ansteuerspannung V10 kleiner gewählt, als eine Einschaltschwellenspannung Vth der Gatespannung V_GE, bei dessen Überschreitung der Transistor 30 einschaltet, so wird der Transistor 30 ausgeschaltet, d.h. seine Laststrecke C-E, oder, anders ausgedrückt, der Transistor 30, sperrt, was gleichbedeutend damit ist, dass der Transistor ab- oder ausgeschaltet wird. In den nachfolgenden Diagrammen wird dies durch die Angabe Voff symbolisiert. Voff kann eine konstante Spannung sein, die kleiner ist, als die Einschaltschwellenspannung Vth, oder Voff kann einen Spannungsbereich oder eine konstanten Wert unterhalb der Einschaltschwellenspannung Vth repräsentieren, d.h., jeder Wert des Spannungsbereichs ist kleiner als die Einschaltschwellenspannung Vth. Voff kann insbesondere auch konstant sein, beispielsweise gleich 0 V, oder größer als 0 V und dabei kleiner als der Einschaltschwellenwert Vth, oder kleiner als 0 V. Wird die Ansteuerspannung V10 andererseits größer gewählt, als die Einschaltschwellenspannung Vth, so wird der Transistor 30 eingeschaltet, d.h. seine Laststrecke C-E, oder, anders ausgedrückt, der Transistor 30, leitet, was gleichbedeutend damit ist, dass der Transistor 30 an- oder eingeschaltet wird. Bei eingeschaltetem Transistor 30 ist der elektrische Widerstand der Laststrecke C-E umso geringer, je höher seine Gatespannung V_GE ist, d.h. je höher die Ansteuerspannung V10 gewählt wird. Der Strom, auf den der Transistor 30 selbst begrenzt, ist gleich Null, wenn die Gatespannung V_GE unterhalb der Einschaltschwellenspannung Vth liegt, und er wächst mit zunehmender Gatespannung V_GE, sobald die Gatespannung V_GE die Einschaltschwellenspannung Vth übersteigt.
Das Schalten der Anordnung gemäß 1 kann prinzipiell auf verschiedenste Weise erfolgen. Ein Beispiel hierfür zeigt 2. Bei diesem Beispiel tritt kein Kurzschluss der Last 50 auf. Dargestellt sind die zeitlichen Verläufe verschiedener Signale. Wie in Teilfigur 2(a) zu erkennen ist, gibt die Logikeinheit 20 ein beispielsweise pulsweitenmoduliertes, digitales Signal S0 aus, das zwei Pegel aufweist: Einen Ein-Pegel (hier: ein High-Pegel, gekennzeichnet mit "ein"), gemäß dem der Transistor 30 grundsätzlich eingeschaltet werden soll, und einen Aus-Pegel (hier: ein Low-Pegel, gekennzeichnet mit "aus"), gemäß dem der Transistor 30 grundsätzlich ausgeschaltet werden soll. Der Ein-Pegel und der Aus-Pegel repräsentieren demgemäß Sollzustandsinformationen, gemäß denen der Transistor 30 ein- bzw. ausgeschaltet werden soll. Der Low-Pegel, beispielsweise eine Spannung, ist geringer, als der High-Pegel. Alternativ könnte der Ein-Pegel auch ein Low-Pegel sein, und der Aus-Pegel ein High-Pegel. Anstelle als Spannungssignal könnte das Signal S0 beispielsweise auch als Stromsignal mit zwei unterschiedlichen Strompegeln ausgebildet sein und beispielsweise erst kurz vor dem oder im Ansteuersignalgenerator 10 in ein Spannungssignal mit zwei unterschiedlichen Spannungspegeln umgewandelt werden, indem das Stromsignal durch einen Widerstand geschickt wird. Die an dem Widerstand abfallende Spannung entspräche dann dem Spannungssignal.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung könnte das Signal S0 auch ein kodiertes digitales Hochfrequenzsignal sein, oder es könnte in Form eines Hochfrequenzsignals mit (genau oder mindestens) zwei unterschiedlichen Frequenzen vorliegen.
Das Signal S0 wechselt nun zu Zeitpunkten t1, t1', t1" usw. von "aus" nach "ein", und zu Zeitpunkten t2, t2', usw. von "ein" nach "aus". Die Frequenz des Signals S0 ist gleich 1/(t1' – t1). Das Signal S0 gibt zu jedem Zeitpunkt t an, ob der Transistor 30 grundsätzlich ein- oder ausgeschaltet werden bzw. bleiben soll. Demgemäß gibt das Signal S0 Soll-Einschaltdauern Ton = t2 – t1 an bzw. Ton = t2' – t1', sowie Soll-Ausschaltdauern Toff = t1' – t2 bzw. Toff = t1" – t2'. Aufeinanderfolgende Soll-Einschaltdauern Ton können gleich oder verschieden sein. Außerdem können aufeinanderfolgende Soll-Ausschaltdauern Toff gleich oder verschieden sein.
Teilfigur 2(b) zeigt den Verlauf des ersten Kurzschlussinformationssignals SC1. Das erste Kurzschlussinformationssignal SC1 weist zwei Pegel auf: Einen ersten Pegel (hier: ein High-Pegel, gekennzeichnet mit "ja"), gemäß dem ein potentieller Kurzschluss der Last 50 vorliegt, und einen zweiten Pegel (hier: ein Low-Pegel, gekennzeichnet mit "nein"), gemäß dem kein Kurzschluss der Last 50 vorliegt. Der erste Pegel, beispielsweise eine Spannung, ist höher, als der zweite Pegel. Alternativ könnte der erste Pegel auch ein Low-Pegel sein, und der zweite Pegel ein High-Pegel.
Das Kurzschlussinformationssignal SC1 kann beispielsweise auf der Messung des Spannungsabfalls über einem Shuntwiderstand basieren, der mit der Laststrecke C-E und der Last 50 in Reihe geschaltet ist. Sofern der Transistor 30 eingeschaltet ist, fließt ein Strom durch die Last 50 und damit durch den Shuntwiderstand. Bei ordnungsgemäß funktionierender Last 50 begrenzt diese den Strom auf einen insbesondere vom Aufbau der Last 50 abhängigen Wert.
Kommt es nun im Fehlerfall zu einem Kurzschluss der Last 50, so steigt der Strom durch die Last 50 und durch den Shuntwiderstand auf einen Wert an, der höher ist, als ein im fehlerfreien Fall erreichter Maximalstrom. Damit einhergehend steigt im Fehlerfall auch die an dem Shuntwiderstand abfallende Spannung auf einen Wert an, der höher ist, als eine im fehlerfreien Fall erreichte Maximalspannung. Somit kann, indem der Spannungsabfall über dem Shuntwiderstand überwacht wird, prinzipiell ein Fehlerfall, also ein Kurzschluss der Last 50, erkannt werden.
Wie bereits erwähnt wurde, kann ein ungewöhnlich hoher Strom durch die Laststrecke des Transistors 30 (und gegebenenfalls durch den Shuntwiderstand) auch dann auftreten, wenn Kapazitäten auf- oder umgeladen werden, und zwar auch bei fehlerfreier Last 50, d.h. wenn kein Kurzschluss der Last 50 vorliegt. In diesem Fall würde die an dem Shuntwiderstand abfallende Spannung ebenfalls einen ungewöhnlich hohen Wert erreichen. Somit kann allein aus dem Spannungsabfall über dem Shuntwiderstand nicht sicher darauf geschlossen werden, dass tatsächlich ein Kurzschluss der Last 50 vorliegt. Entsprechendes gilt nicht nur dann, wenn das Vorliegen eines Kurzschlusses anhand eines Spannungsabfalls über einem Shuntwiderstand ermittelt wird, sondern auch für viele andere Arten der Kurzschlussermittlung. In derartigen Fällen ist dem ersten Kurzschlussinformationssignal SC1 lediglich zu entnehmen, dass potentiell ein Kurzschluss der Last 50 vorliegt.
Nicht nur bei dem vorliegenden Beispiel eines Shuntwiderstandes sondern auch bei vielen anderen Methoden zur Ermittlung eines potentiellen Kurzschlusses der Last 50 ist eine sinnvolle Interpretation des ersten Kurzschlussinformationssignals SC1 erst dann möglich, wenn der Transistor 30 schon für eine gewisse Dauer ununterbrochen eingeschaltet ist. Ein potentieller Kurzschluss lässt sich nämlich bei dem erläuterten Beispiel wie auch bei vielen anderen Methoden der Kurzschlussermittlung nur dann feststellen, wenn ein Laststrom durch die Laststrecke C-E des Transistors 30 fließt. Wenn anderenfalls der Transistor 30 sperrt und kein Laststrom durch die Laststrecke C-E fließt, ist der Spannungsabfall über dem Shuntwiderstand auch dann gleich Null, wenn die Last 50 einen Kurzschluss aufweist, d.h. bei sperrendem Transistor 30 lässt sich aus dem ersten Kurzschlussinformationssignal SC1 keine Aussage darüber ableiten, ob ein potentieller Kurzschluss der Last 50 vorliegt oder nicht.
Geht man beispielsweise von einem Zeitpunkt aus, zu dem die Gatespannung V_GE den Einschaltschwellenwert Vth überschreitet, so beginnt der Strom durch die Laststrecke C-E, die Last 50 und den Shuntwiderstand ab dem Überschreiten anzusteigen. Auch solange der Strom noch sehr geringe Werte aufweist, lässt sich aus dem ersten Kurzschlussinformationssignal SC1 keine Aussage darüber ableiten, ob ein potentieller Kurzschluss der Last 50 vorliegt oder nicht. Erst nach einer gewissen Verzögerungszeit ∆t ab dem Zeitpunkt t1 hat sich der Strom ausreichend etabliert, dass sich aus dem ersten Kurzschlussinformationssignal SC1 eine Aussage darüber ableiten lässt, ob ein potentieller Kurzschluss der Last 50 vorliegt oder nicht. Prinzipiell bedeutet das, dass ein zum Zeitpunkt des Überschreitens oder unmittelbar danach vorliegender Kurzschluss der Last 50 nicht erkannt werden kann und dass die Gefahr einer Überlastung des Transistors 30 besteht.
Daher kann, gemäß einem Aspekt der Erfindung, das Einschalten des Transistors 30 dadurch erfolgen, dass der Ansteuersignalgenerator 10 die zum Einschalten ausgegebene Ansteuerspannung V10 zumindest zunächst (d.h. ab dem Zeitpunkt t1) auf einen maximalen ersten Einschaltspannungsgrenzwert Von1 begrenzt, siehe Teilfigur 2(c). In dieser Darstellung ist vernachlässigt, dass gegenüber dem Zeitpunkt t1 (Umschaltzeitpunkt des Signals S0 von "aus" nach "ein") noch etwas Zeit vergeht, bis die Ansteuerspannung V10 ausgehend von Voff und entsprechend auch die Gatespannung V_GE höhere Werte erreichen.
Der erste Einschaltspannungsgrenzwert Von1 ist so gewählt, dass der Transistor 30 einen Sättigungsstrom (und damit einhergehend einen ausreichend hohen Einschaltwiderstand) aufweist, der so gewählt ist, dass der Transistor 30 selbst dann nicht beschädigt oder zerstört wird, wenn für eine vorgegebene Wartedauer Tw ein Kurzschluss der Last 50 vorliegt. Sofern im weiteren Verlauf festgestellt wird, dass sicher kein Kurzschluss der Last 50 vorliegt, kann die Ansteuerspannung V10 auf Werte höher als Von1 erhöht werden, beispielsweise auf einen Wert oder Wertebereich von wenigstens Von2.
Wenn anderenfalls festgestellt wird, dass tatsächlich ein Kurzschluss der Last 50 vorliegt, kann der Transistor 30 abgeschaltet werden. Hier liegt ein weiterer Vorteil einer zunächst auf Von1 begrenzten Ansteuerspannung V10: Im Fehlerfall (d.h. wenn ein tatsächlicher Kurzschluss der Last 50 festgestellt wurde) erfolgt das Abschalten ausgehend von einer reduzierten Ansteuerspannung V10 ≤ Von1 sowohl schneller als auch weniger hart (weniger hart bedeutet ausgehend von einem geringerem Strom bzw. Sättigungsstrom des Transistors 30 und damit einem geringerem dI/dt) als beim Abschalten ausgehend von einer höheren Ansteuerspannung V10. Dadurch werden auch Induktionsspannungsspitzen, die aufgrund unvermeidlicher Streuinduktivitäten auftreten, verringert.
Wenn es während des Einschaltens, wie bereits erwähnt, aufgrund auf- oder umzuladender Kapazitäten vorübergehend zu einem sehr hohen Strom kommt, kann es sein, dass das erste Kurzschlussinformationssignal SC1 nach Ablauf der Verzögerungszeit ∆t auf das potentielle Vorliegen eines Kurzschlusses der Last 50 schließen lässt, und zwar auch dann, wenn tatsächlich kein Kurzschluss der Last 50 vorliegt. In diesem Fall wird, wenn die Kapazitäten hinreichend geladen sind, der Strom so weit absinken, dass das erste Kurzschlussinformationssignal SC1 (in Verbindung mit der Tatsache, dass der Transistor 30 mit einer Ansteuerspannung V10 > Vth angesteuert wird und daher eingeschaltet sein muss, abgesehen von einer gewissen Verzögerung, die Auftreten kann, bis sich die Gatespannung V_GE der Ansteuerspannung V10 anpasst) zu einem Zeitpunkt t3 darauf schließen lässt, dass sicher kein Kurzschluss der Last 50 vorliegt.
Daher kann der Ansteuersignalgenerator 10 als Reaktion auf die Feststellung, dass das erste Kurzschlussinformationssignal SC1 in einem Zeitraum ab dem Zeitpunkt t1 zunächst auf das Vorliegen eines potentiellen Kurzschlusses der Last 50 schließen lässt, dann aber, ebenfalls während dieses Zeitraums, darauf schließen lässt, dass sicher kein Kurzschluss der Last 50 vorliegt, die Ansteuerspannung V10 auf einen Wert oder einen Wertebereich erhöhen, der größer oder gleich einem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert Von2 ist, wobei der zweite Einschaltspannungsgrenzwert Von2 größer ist, als der erste Einschaltspannungsgrenzwert Von1, siehe Teilfigur 2(c). Durch die Erhöhung der Ansteuerspannung V10 auf höhere Werte werden der Einschaltwiderstand des Transistors 30 und damit einhergehend die elektrischen Verluste verringert. Das Erhöhen der Ansteuerspannung V10 von Werten kleiner oder gleich Von1 auf Werte von größer oder gleich Von2 kann also als Reaktion darauf erfolgen, dass ein anhand von SC1 zunächst signalisierter potentieller Kurzschluss der Last 50 während der Wartedauer Tw wegfällt. Das bedeutet, beim Einschalten muss mit dem Erhöhen der Ansteuerspannung V10 auf Werte von größer oder gleich Von2 nicht abgewartet werden, bis die Wartedauer Tw abgelaufen ist.
Zum Zeitpunkt t2 stellt der Ansteuersignalgenerator 10 anhand des Signals S0 fest, dass der Transistor 30 ausgeschaltet werden soll und schaltet den Transistor 30 als Reaktion hierauf standardmäßig ab, indem er die an den Transistor 30 ausgegebene Ansteuerspannung V10 auf einen Maximalwert begrenzt, der kleiner ist, als der Einschaltschwellenwert Vth. Dadurch wird erreicht, dass der Transistor 30 ab dem Zeitpunkt t2 solange sperrt, bis der Ansteuersignalgenerator 10 zum nächsten Einschaltzeitpunkt t1' anhand des Signals S0 feststellt, dass der Transistor 30 eingeschaltet werden soll, und den Transistor 30 erneut einschaltet, wie dies anhand des Einschaltens zum Zeitpunkt t1 bereits beschrieben wurde.
Wie bei allen Ausgestaltungen der Erfindung kann der Ansteuersignalgenerator 10 optional die Ansteuerspannung V10 im Bereich von t1 bis t3 für eine Mindestdauer ∆tonmin1 von beispielsweise 2 µs, z.B. etwa 10 µs, auf einen konstanten ersten Wert einstellen, der größer ist, als der Einschaltschwellenwert Vth, aber kleiner oder gleich dem maximalen ersten Einschaltspannungsgrenzwert Von1. Optional kann dabei ∆tonmin1 dem gesamten Zeitraum von t1 bis t3 entsprechen, so dass gilt: ∆tonmin1 = t3 – t1.
Entsprechendes gilt auch für den Bereich von t3 bis t2. Hier kann der Ansteuersignalgenerator 10, ebenfalls optional und ebenfalls bei allen Ausgestaltungen der Erfindung, die Ansteuerspannung V10 für eine Mindestdauer ∆tonmin2 von wenigstens 1 µs auf einen konstanten zweiten Wert einstellen, der größer oder gleich dem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert Von2 ist. Optional kann dabei ∆tonmin2 dem gesamten Zeitraum von t3 bis t2 entsprechen, so dass gilt: ∆tonmin1 = t2 – t3.
Im Weiteren wird der Transistor 30 im steten Wechsel wie beschrieben als Reaktion auf die zu den Ausschaltzeitpunkten (t2' usw.) auftretenden Signalwechsel des Signals S0 von "on" auf "off" standardmäßig ausgeschaltet, und als Reaktion auf die zu den Einschaltzeitpunkten (t1" usw.) auftretenden Signalwechsel des Signals S0 von "off" auf "on" eingeschaltet, sofern nicht ein Kurzschluss der Last 50 auftritt.
Wenn sich andererseits, wie nachfolgend anhand von 3 erläutert, aus dem ersten Kurzschlussinformationssignal SC1 auch mit Ablauf einer vorgegebenen Wartedauer Tw ab dem Zeitpunkt t1 noch das potentielle Vorliegen eines Kurzschlusses der Last 50 ergibt, so wird darauf geschlossen, dass tatsächlich ein Kurzschluss der Last 50 vorliegt. Bei dem Beispiel gemäß 3 liegt ein Kurzschluss der Last 50 bereits unmittelbar vor dem Einschalten des Transistors 30, d.h. unmittelbar vor dem Zeitpunkt t1, vor.
Das Einschalten des Transistors 30 erfolgt auf dieselbe Weise wie anhand von 2 erläutert zum Zeitpunkt t1, siehe Teilfigur 3(c). Nach Ablauf einer Verzögerungszeit ∆t lässt das erste Kurzschlussinformationssignal SC1 ab dem Zeitpunkt t1 + ∆t eine sinnvolle Aussage bezüglich des potentiellen Vorliegens eines Kurzschlusses zu. Da das erste Kurzschlussinformationssignal SC1 auch mit Ablauf der Wartedauer Tw, also zum Zeitpunkt t4 = t1 + Tw, noch auf das potentielle Vorliegen eines Kurzschlusses der Last 50 schließen lässt, wird davon ausgegangen, dass nicht nur ein potentieller sondern ein tatsächlicher Kurzschluss der Last 50 vorliegt. Als Reaktion hierauf gibt der Ansteuersignalgenerator 10 eine Ansteuerspannung V10 aus, die kleiner ist, als der Einschaltschwellenwert Vth, d.h. der Transistor 30 wird kurzschlussbedingt ausgeschaltet. Damit einhergehend wird auch der Strom durch den Shuntwiderstand unterbrochen, und das erste Kurzschlussinformationssignal SC1, das dann (aufgrund des fehlenden Stroms) das Vorliegen keines Kurzschlusses der Last 50 signalisiert, obwohl ein Kurzschluss vorliegt, verliert damit seine Aussagekraft.
Da zum Zeitpunkt t4, also nach Ablauf der Wartedauer Tw, ein tatsächlicher Kurzschluss der Last 50 festgestellt wurde, kann der Ansteuersignalgenerator 10 optional davon ausgehen, dass dieser Kurzschluss dauerhaft ist, und als Reaktion hierauf die an den Transistor 30 ausgegebene Ansteuerspannung V10 auf einen Maximalwert begrenzen, der kleiner ist, als der Einschaltschwellenwert Vth. Dadurch wird der Transistor 30 dauerhaft ausgeschaltet.
Als Reaktion auf den zum Zeitpunkt t4 festgestellten, tatsächlichen Kurzschluss der Last 50 wird der Transistor 30, unabhängig vom Informationsgehalt des Signals S0, dauerhaft ausgeschaltet. Der Transistor 30 bleibt also selbst dann ausgeschaltet, wenn sich aus dem Signal S0 ergibt, dass der Transistor 30 eigentlich eingeschaltet werden oder sein sollte. Grundsätzlich können allerdings weitere Maßnahmen vorgesehen sein, die eine automatische Fortsetzung des normalen Schaltbetriebs unter der Voraussetzung veranlassen, falls festgestellt wird, dass die Ursache für den Kurzschluss der Last weggefallen ist bzw. beseitigt wurde. Insbesondere kann die Ansteuerung 10 auch für eine voreingestellte Dauer nach Detektion eines tatsächlichen Kurzschlusses dauerhaft ausgeschaltet bleiben und nach Ablauf der voreingestellten Dauer wieder regulär auf das Eingabesignal S0 des Controllers 20 reagieren. Ein Reset durch den Controller 20 kann beispielsweise erfolgen, indem das Signal S0 länger als eine voreingestellte Dauer ausgeschaltet bleibt.
Die Wartedauer Tw kann beispielsweise konstant sein (z.B gleich oder etwa gleich 2 µs, oder gleich oder etwa gleich 5 µs, oder gleich oder etwa gleich 10 µs). Ebenso kann die Wartedauer Tw wenigstens 2 µs oder wenigstens 5 µs oder wenigstens 10 µs betragen. Dabei kann die Wartedauer Tw konstant oder alternativ veränderlich sein.
Sofern die aktuelle Solleinschaltdauer Ton kleiner oder gleich der Wartedauer Tw ist, führt dies dazu, dass der Transistor 30 bereits vor oder mit Ablauf der Wartedauer Tw ausgeschaltet wird. In diesem Fall wird die Ansteuerspannung V10 während des betreffenden Schaltzyklus (dieser besteht aus der aktuellen Solleinschaltdauer Ton und der dieser unmittelbar nachfolgenden Sollausschaltdauer Toff) nicht auf einen Wertebereich von wenigstens Von2 erhöht, sondern sie bleibt auf einen Wertebereich von höchstens Von1 beschränkt.
Bezugnehmend auf 4 wird nun ein mögliches Schaltverhalten für den Fall beschrieben, dass ein Kurzschluss der Last 50 bei eingeschaltem Transistor 30 auftritt, aber erst nach Ablauf der Wartedauer Tw.
Das Einschalten des Transistors 30 und der weitere Verlauf bis zum Ablauf der Wartedauer Tw, also bis zum Zeitpunkt t4, erfolgt wie vorangehend unter Bezugnahme auf 2 erläutert. Als Reaktion auf den Wechsel des Signals S0 von "aus" nach "ein" zum Zeitpunkt t1 wird der Transistor 30 eingeschaltet und bleibt dann dauerhaft bis zu einem auf den Zeitpunkt t4 folgenden Zeitpunkt t5 eingeschaltet, und zwar ab dem Einschalten (d.h. ab dem Zeitpunkt, ab dem V10 bzw. V_GE den Wert Vth übersteigt) bis t3, dauerhaft basierend auf einer Ansteuerspannung V10 mit einem Wert oder Wertebereich von kleiner oder gleich Von1, und im Intervall von t3 bis t5 dauerhaft basierend auf einer Ansteuerspannung V10 mit einem Wert oder Wertebereich von mehr als Von2. Der Zeitpunkt t5 befindet sich also zwischen dem Einschaltzeitpunkt t1 und dem auf t1 folgenden, nächsten, durch das Signal S0 vorgegebenen planmäßigen Ausschaltzeitpunkt t2.
Zum Zeitpunkt t5 tritt nun ein tatsächlicher Kurzschluss der Last 50 auf, und das erste Kurzschlussinformationssignal SC1 signalisiert folglich einen potentiellen Kurzschluss der Last 50. In Anbetracht der Tatsache, dass das erste Kurzschlussinformationssignal SC1 nach Ablauf der Wartedauer Tw einen potentiellen Kurzschluss der Last 50 zu einem Zeitpunkt t5 signalisiert, zu dem der Ansteuersignalgenerator 10 eine Ansteuerspannung V10 ausgibt, die größer ist, als der Einschaltschwellenwert Vth, kann davon ausgegangen werden, dass zum Zeitpunkt t5 ein tatsächlicher und dauerhafter Kurzschluss der Last 50 aufgetreten ist. Als Reaktion hierauf kann der Ansteuersignalgenerator 10 die Ansteuerspannung V10 auf einen Maximalwert begrenzen, der kleiner ist, als der Einschaltschwellenwert Vth. Dadurch wird der Transistor 30 ab dem Zeitpunkt t5 kurschlussbedingt dauerhaft ausgeschaltet. Der Transistor 30 bleibt also selbst dann abgeschaltet, wenn sich aus dem Signal S0 ergibt, dass der Transistor 30 eigentlich wieder eingeschaltet werden oder sein sollte. Bedingt durch das Abschalten wird der Strom durch den Shuntwiderstand unterbrochen, so dass das erste Kurzschlussinformationssignal SC1 fälschlicherweise signalisiert, dass kein Kurzschluss der Last 50 vorliegt.
Bei den anhand der 2 bis 4 erläuterten Ausführungsbeispielen wurden nur mögliche Varianten dazu betrachtet, wie sich die Schaltung aufgrund des durch den Ansteuersignalgenerator 10 ausgewerteten ersten Kurzschlussinformationssignals SC1 verhalten kann. Im Folgenden wird bezugnehmend auf die 5 und 6 noch beispielhaft erläutert, dass optional auch der Logikeinheit 20 ein Kurzschlussinformationssignal zugeführt werden kann. Im Folgenden wird dieses der Logikeinheit 20 zugeführt Kurzschlussinformationssignal, wie auch in 1 gezeigt, als zweites Kurzschlussinformationssignal SC2 bezeichnet. Auch in diesem Fall lassen sich mit der Schaltung natürlich sämtliche der vorangehend erläuterten Varianten realisieren.
Ebenso wie das erste Kurzschlussinformationssignal SC1 enthält auch das zweite Kurzschlussinformationssignal SC2 eine Information darüber, ob ein potentieller Kurzschluss der Last 50 vorliegt. Das zweite Kurzschlussinformationssignal SC2 kann basierend auf derselben Messgröße oder denselben Messgrößen erzeugt werden, wie das erste Kurzschlussinformationssignal SC1, aber auch basierend auf einer oder mehreren anderen Messgrößen.
Soweit das erste Kurzschlussinformationssignal SC1 und das zweite Kurzschlussinformationssignal SC2 basierend auf derselben Messgröße oder denselben Messgrößen erzeugt werden, können sie identisch sein, aber auch verschieden, beispielsweise unterschiedliche Pegel aufweisen, so dass das erste Kurzschlussinformationssignal SC1 den Anforderungen des Ansteuersignalgenerators 10 entspricht, und das zweite Kurzschlussinformationssignal SC2 den Anforderungen der Logikeinheit 20.
Bei den Beispielen gemäß den 5 und 6 wird zur Vereinfachung angenommen, dass das erste Kurzschlussinformationssignal SC1 und das zweite Kurzschlussinformationssignal SC2 identisch sind. Demgemäß sind SC1 und SC2 in den Teilfiguren 5(b) und 6(b) jeweils zusammengefasst dargestellt.
Das Beispiel gemäß 5 entspricht dem Beispiel gemäß 3 mit dem einzigen Unterschied, dass die Logikeinheit 20 als Reaktion auf die Tatsache, dass das zweite Kurzschlussinformationssignal SC2 mit Ablauf der Wartedauer Tw zum Zeitpunkt t4 auf das Vorliegen eines Kurzschlusses der Last 50 schließen lässt, mit dem Signal S0 dauerhaft eine Information ausgibt, dass der Transistor 30 ausgeschaltet werden und dann dauerhaft ausgeschaltet bleiben soll.
Das Beispiel gemäß 6 entspricht im Wesentlichen dem Beispiel gemäß 4. Der einzige Unterschied besteht darin, dass das zweite Kurzschlussinformationssignal SC2 nach Ablauf der Wartedauer Tw zu einem Zeitpunkt t5 das Auftreten eines Kurzschlusses der Last 50 signalisiert, zu dem das Signal S0 signalisiert, dass der Transistor 30 eingeschaltet sein soll. Als Reaktion hierauf gibt die Logikeinheit 20 mit dem Signal S0 dauerhaft eine Information aus, gemäß der der Transistor 30 ausgeschaltet werden und dann dauerhaft ausgeschaltet bleiben soll.
Bei den Teilfiguren 2(c), 3(c), 4(c), 5(c) und 6(c) wurde, soweit zutreffend und lediglich beispielhaft, die zum Schutz einer Zerstörung des Transistors 30 bei einem eventuellen Kurzschluss der Last 50 reduzierte Einschalt-Ansteuerspannung V10 von höchstens Von1 (d.h. in den Teilfiguren 2(c), 4(c) und 6(c) in dem Intervall ab dem Einschalten bis t3 und in den Teilfiguren 3(c) und 5(c) in dem Intervall ab dem Einschalten bis t4) immer gleich Von1 gesetzt, und ab dem Zeitpunkt t3, zu dem festgestellt wurde, dass kein Kurzschluss der Last 50 vorliegt, wurde die Ansteuerspannung V10 auf mindestens Von2 erhöht (d.h. in Teilfigur 2(c) in dem Intervall ab der Feststellung zum Zeitpunkt t3 bis t2, und in den Teilfiguren 4(c) und 6(c) in dem Intervall ab der Feststellung zum Zeitpunkt t3 bis t5) immer gleich Von2 gesetzt.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 7 und 8 weitere Beispiele für mögliche Einschaltvorgänge erläutert.
Bei dem Beispiel gemäß 7 entnimmt der Ansteuersignalgenerator 10 zum Zeitpunkt t1 dem Signal S0, dass der Transistor 30 eingeschaltet werden soll, und gibt demgemäß an den Transistor 30 eine Ansteuerspannung V10 aus, die hoch genug ist, um den Transistor 30 einzuschalten, die aber zunächst auf Werte von höchstens Von1 beschränkt ist. Demgemäß steigt die Ansteuerspannung V10 ausgehend von Voff an und erreicht kurz danach den Einschaltschwellenwert Vth, bei dem der Transistor 30 einschaltet. Ab dem Einschalten zum Zeitpunkt t1 steigt die Ansteuerspannung V10 weiter (z.B linear wie gezeigt, oder alternativ nicht-linear) an, bis die Begrenzung auf Von1 eingreift. Ab dem Eingreifen der Begrenzung auf Von1 bleibt V10 konstant, bis zu einem Zeitpunkt t3 feststeht, dass kein Kurzschluss der Last 50 vorliegt. Somit kann V10 ab dem Zeitpunkt t3 auf Werte von mehr als Von1 erhöht werden, insbesondere auf Werte von wenigstens Von2.
Bei dem Beispiel gemäß 8 entnimmt der Ansteuersignalgenerator 10 zum Zeitpunkt t1 dem Signal S0, dass der Transistor 30 eingeschaltet werden soll, und gibt demgemäß an den Transistor 30 eine Ansteuerspannung V10 aus, die hoch genug ist, um den Transistor 30 einzuschalten, die aber zunächst auf Werte von höchstens Von3 < Von1 beschränkt ist. Demgemäß steigt die Ansteuerspannung V10 ausgehend von Voff kurz nach dem Zeitpunkt t1 an und erreicht danach den Einschaltschwellenwert Vth, bei dem der Transistor 30 einschaltet. Ab dem Einschalten steigt die Ansteuerspannung V10 weiter (z.B linear wie gezeigt, oder alternativ nicht-linear) an, bis sie zu einem Zeitpunkt t6 den Wert Von3 erreicht. Von diesem Zeitpunkt t6 an greift die Begrenzung von V10 auf Werte von höchstens Von3 ein und wird bis zu einem Zeitpunkt t3' aufrechterhalten. Danach wird V10 weiter erhöht (z.B. linear oder nichtlinear), bis zu einem Zeitpunkt t3'' die Begrenzung von V10 auf Von1 eingreift. Die Begrenzung auf Von1 wird aufrechterhalten, bis zum Zeitpunkt t3 festgestellt wird, dass tatsächlich kein Kurzschluss der Last 50 vorliegt, und als Reaktion hierauf wird die Ansteuerspannung V10 auf Werte von wenigstens Von2 erhöht. Der Anstieg von V10 im Intervall vom Erreichen von Vth bis t3'' kann kontinuierlich erfolgen, um die zeitliche Veränderung des die Laststrecke C-E durchfließenden Stroms I (also dI/dt) und/oder die zeitliche Veränderung der über Laststrecke C-E abfallenden Spannung Vce (also dVce/dt) einstellen zu können. In der Zeit von t1 bis t6 erfolgt eine dI/dt-Einstellung (d.h. eine Begrenzung auf vorgegebenen Maximalbetrag der Laststromanstiegsgeschwindigkeit). Entsprechendes gilt auch für das Intervall von t6 bis t3', wobei in diesem Intervall zusätzlich auch eine Begrenzung der Anstiegsgeschwindigkeit der Laststreckenspannung V_CE auf einen vorgegebenen Maximalbetrag erfolgt. Im Intervall von t3' bis t3'' erfolgt eine weitere Begrenzung der Anstiegsgeschwindigkeit der Laststreckenspannung V_CE auf einen vorgegebenen Maximalbetrag. Dies alles gilt für den Normalbetrieb, d.h. im kurzschlussfreien Fall.
Im Fall eines Kurzschlusses erfolgt im gesamten Bereich von t1 bis t3'' eine Begrenzung auf einen vorgegebenen Maximalbetrag der Laststromanstiegsgeschwindigkeit.
Für die sich aus den Zeitpunkten t1, t6, t3', t3'' und t3 ergebenden Zeitintervalle eignen sich beispielsweise folgende Werte:
Dauer von t1 bis t6: größer 50 ns.
Dauer von t6 bis t3': größer 50 ns.
Dauer von t3' bis t3'': größer 50 ns.
Dauer von t3'' bis t3: größer 200 ns, maximal 10 µs.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 9 und 10 verschiedene Beispiele für mögliche Ausschaltvorgänge erläutert. Dabei kann es sich jeweils um einen planmäßigen Ausschaltvorgang handeln, d.h. um einen Ausschaltvorgang, der als Reaktion darauf erfolgt, dass das Signal S0 (in Teilfigur 2(a) zum Beispiel zum Zeitpunkt t2) von "ein" nach "aus" wechselt, oder um einen kurzschlussbedingten, d.h. außerplanmäßigen Ausschaltvorgang, der als Reaktion darauf erfolgt, dass zum Zeitpunkt t4 ein tatsächlicher Kurzschluss der Last festgestellt wurde. In den 9 und 10 entspricht der Zeitpunkt toff für den Fall, dass es sich um einen planmäßigen Abschaltvorgang handelt, dem Zeitpunkt t2 (oder t2', t2" usw.), und für den Fall, dass es sich um einen kurzschlussbedingten Abschaltvorgang handelt, dem Zeitpunkt t4.
Unmittelbar vor dem Abschalten liegt die Ansteuerspannung V10 jeweils auf einem Wert Von4. Im Fall eines planmäßigen, d.h. nicht kurzschlussbedingten Abschaltens ist Von4 größer oder gleich dem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert Von2, siehe beispielsweise in Teilfigur 2(c) die Zeitpunkte t2, t2', t2". Im Fall eines kurzschlussbedingten Abschaltens, bei dem der Kurzschluss während eines planmäßigen Einschaltintervalls Ton aber erst nach Ablauf der zugehörigen Wartedauer Tw auftritt, ist Von4 ebenfalls größer oder gleich dem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert Von2, siehe beispielsweise in den Teilfiguren 4(c) und 6(c) jeweils den Zeitpunkt t5. Im Fall eines kurzschlussbedingten Abschaltens, bei dem der Kurzschluss unmittelbar mit Ablauf einer Wartedauer Tw auftritt, ist Von4 kleiner oder gleich dem ersten Einschaltspannungsgrenzwert Von1, siehe beispielsweise in den Teilfiguren 3(c) und 5(c) jeweils den Zeitpunkt t4.
In all diesen Fällen kann die Ansteuerspannung V10 gemäß 9 stufenweise reduziert werden. Beispielsweise kann die Ansteuerspannung V10 ab dem Zeitpunkt toff für eine gewisse Zeit konstant auf einem Wert Von5 gehalten werden, der in den Fällen, in denen Von4 größer oder gleich dem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert Von2 ist, kleiner oder gleich dem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert Von2 ist, oder gar kleiner oder gleich dem ersten Einschaltspannungsgrenzwert Von1. In den Fällen, in denen Von4 kleiner oder gleich dem ersten Einschaltspannungsgrenzwert Von1 ist, kann Von5 kleiner sein als Von4, beispielsweise um wenigstens 1 V kleiner als Von4. Danach kann die Ansteuerspannung V10 zu einem Zeitpunkt toff' bis unter den Einschaltschwellenwert Vth verringert und der Transistor 30 dadurch ausgeschaltet werden. Wie in 9 gezeigt ist, kann der Wert der Ansteuerspannung V10 von toff bis toff' beispielsweise konstant auf Von5 gehalten werden.
Wie dem ansonsten identischen Beispiel gemäß 10 zu entnehmen ist, kann die Ansteuerspannung V10 vom Zeitpunkt toff bis zum Zeitpunkt toff' konstant auf Von5 gehalten und danach kontinuierlich, beispielsweise linear oder nichtlinear, bis unter den Einschaltschwellenwert Vth verringert werden, so dass der Transistor 30 ausschaltet.
11 zeigt eine Variante, bei der ein Kurzschluss der Last 50 auftritt, während der Transistor 30 vollständig eingeschaltet ist, d.h. während die Ansteuerspannung V10 größer oder gleich dem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert Von2 ist. Die entspricht dem bezugnehmend auf 6 erläuterten Verlauf bis zum Zeitpunkt t5. Aufgrund des Kurzschlusses signalisiert das erste Kurzschlussinformationssignal SC1 und, sofern vorgesehen, auch das zweite Kurzschlussinformationssignal SC2, das Vorliegen eines Kurzschlusses. Als Reaktion darauf, dass das erste Kurzschlussinformationssignal SC1 das Auftreten eines Kurzschlusses der Last 50 signalisiert, begrenzt der Ansteuersignalgenerator 10 die Ansteuerspannung V10 zunächst für eine bestimmte Dauer auf Werte kleiner oder gleich dem ersten Einschaltspannungsgrenzwert Von1. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Transistor 30 zumindest für eine Dauer, deren Länge beispielsweise wenigstens der Wartedauer Tw entsprechen kann, keinen Schaden nimmt. Während dieser Dauer kann die Steuerlogik 20 entscheiden, ob der Transistor 30 vollständig kurzschlussbedingt abgeschaltet wird, oder ob eine andere Maßnahme ergriffen wird.
12 zeigt noch eine Variante, bei der ein Kurzschluss der Last 50 unter den bei 11 geschilderten Bedingungen zum Zeitpunkt t5 auftritt. Als Reaktion darauf, dass das erste Kurzschlussinformationssignal SC1 das Auftreten des Kurzschlusses der Last 50 signalisiert, reduziert der Ansteuersignalgenerator 10 von sich aus, d.h. nicht als Reaktion auf eine von der Logikeinheit empfange Anweisung, den Transistor 30 auszuschalten, indem er die Ansteuerspannung V10 sukzessive anhand von wenigstens einem, wenigstens zwei, wenigstens drei usw. Pegeln stufenweise reduziert. Beispielsweise kann sich eine Stufe bei Von1 befinden, eine unmittelbar darauffolgende bei Von7 mit Vth < Von7 < Von1 usw., bis die Ansteuerspannung V10 die Einschaltschwellenspannung Vth des Transistors 30 zu einem Zeitpunkt t9 unterschreitet. Von7 kann dabei für eine gewisse Zeit, beispielsweise von t7 bis t9, konstant gehalten werden. Der Pegel Von7 kann beispielsweise so gewählt werden, dass der Laststrom des Transistors 30 in etwa der Hälfte des Stroms entspricht, der sich einstellt, wenn der Transistor 30 maximal eingeschaltet und die Last 50 kurzgeschlossene ist (d.h. halber Kurzschluss-Sättigungsstrom).
Vorangehend wurde als Einrichtung zur Überwachung eines Kurzschlusses der Last 50 beispielhaft ein Shuntwiderstand erläutert, der mit der Laststrecke C-E und der Last 50 in Reihe geschaltet ist. Ebenso kann die Einrichtung zur Überwachung eines Kurzschlusses und damit die Erzeugung eines ersten Kurzschlussinformationssignals SC1 und, soweit vorhanden, eines zweiten Kurzschlussinformationssignal SC2 in bekannter Weise dadurch erfolgen, dass der Spannungsabfall Vce über der Laststrecke C-E des Transistors 30 überwacht wird (bei einem als IGBT ausgebildeten Transistor 30 die Überwachung der Entsättigungsspannung; ist der Spannungsabfall Vce bei einer bestimmten Ansteuerspannung V10 höher als erwartet, kann dies für einen Kurzschluss des Transistors 30 sprechen, oder, was ebenfalls bekannt ist, dadurch, dass die Gatespannung V_GE.
Bei den anhand der 11 und 12 erläuterten Abschaltvorgängen kann es sich auch um Abschaltvorgänge handeln, bei denen der Transistor planmäßig abgeschaltet wird, d.h. um Ausschaltvorgänge, die als Reaktion darauf erfolgen, dass das Signal S0 (in Teilfigur 2(a) zum Beispiel zum Zeitpunkt t2) von "ein" nach "aus" wechselt. Für diese Fälle sind in den 11 und 12 die Zeitpunkte t5 durch t2, t2', usw. im Sinne der 2, 3 und 4 zu ersetzen.
Bei sämtlichen Varianten der Erfindung können, einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander, eines oder mehrere der folgenden Kriterien erfüllt sein:

Kriterium 1: Der erste Einschaltspannungsgrenzwert Von1 kann kleiner oder gleich 15 V sein.
Kriterium 2: Der zweite Einschaltspannungsgrenzwert Von2 kann um wenigstens 1 V größer sein, als der erste Einschaltspannungsgrenzwert Von1.
Kriterium 3: Der erste Einschaltspannungsgrenzwert Von1 kann um wenigstens 4 V größer sein, als der Einschaltschwellenwert Vth.
Kriterium 4: Die Wartedauer Tw kann wenigstens 2 µs oder wenigstens 5 µs oder wenigstens 10 µs betragen, und/oder sie kann kleiner oder gleich 10 µs sein.
Kriterium 5: Der erste Einschaltspannungsgrenzwert Von1 kann aus Gründen der Kompatibilität mit herkömmlichen, kurzschlussfesten Transistoren beispielsweise 15 V betragen. Davon abweichende höhere oder geringere Werte, beispielsweise 12 V, sind jedoch ebenso möglich.
Kriterium 6: Der zweite Einschaltspannungsgrenzwert Von2 kann aus Gründen der Kompatibilität mit herkömmlichen, kurzschlussfesten Transistoren beispielsweise 17 V oder 20 V betragen. Davon abweichende höhere oder geringere Werte, beispielsweise 15 V, sind jedoch ebenso möglich, solange gilt, dass der zweite Einschaltspannungsgrenzwert Von2 größer ist, als der erste Einschaltspannungsgrenzwert Von1, und solange der erste Einschaltspannungsgrenzwert Von1 größer ist, als der Einschaltschwellenwert Vth.
Kriterium 7: Jedes standardmäßige, d.h. als Reaktion auf das Signal S0 planmäßige Ausschalten des Transistors 30 (Zeitpunkte t2, t2', t2" in Teilfigur 2(a)) kann in genau oder mindestens einer Stufe erfolgen, nämlich indem die Ansteuerspannung V10 ausgehend von dem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert Von2 auf einen Ausschaltspannungswert Voff kleiner dem Einschaltschwellenwert Vth verringert wird, oder in genau oder mindestens zwei Stufen, indem die Ansteuerspannung V10 ausgehend von dem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert Von2 zunächst in einer ersten Stufe auf konstant den ersten Einschaltspannungsgrenzwert Von1 verringert wird, und nachfolgend in einer zweiten Stufe, auf konstant einen Ausschaltspannungswert Voff kleiner dem Einschaltschwellenwert Vth.
Kriterium 8: Jedes kurzschlussbedingte Ausschalten des Transistors 30, bei dem ein Kurzschluss der Last 50 zu einem Zeitpunkt t5 ermittelt wird, der in eine Soll-Einschaltintervall Ton des Signals S0 fällt, der aber mit zeitlichem Abstand auf eine zu diesem Soll-Einschaltintervall Ton gehörende Wartedauer Tw folgt, kann in genau oder mindestens einer Stufe erfolgen, in genau oder mindestens zwei Stufen, oder in genau oder mindestens drei Stufen. Im Fall von genau oder mindestens einer Stufe, indem die Ansteuerspannung V10 ausgehend von dem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert Von2 auf einen Ausschaltspannungswert Voff kleiner dem Einschaltschwellenwert Vth verringert wird, im Fall von genau oder mindestens zwei Stufen, indem die Ansteuerspannung V10 ausgehend von dem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert Von2 zunächst in einer ersten Stufe auf konstant den ersten Einschaltspannungsgrenzwert Von1 verringert wird, und nachfolgend in einer zweiten Stufe, auf konstant einen Ausschaltspannungswert Voff kleiner dem Einschaltschwellenwert Vth, und im Fall von genau oder mindestens drei Stufen, indem die Ansteuerspannung V10 ausgehend von dem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert Von2 zunächst in einer ersten Stufe auf konstant den ersten Einschaltspannungsgrenzwert Von1 verringert wird, danach in einer zweiten Stufe verringert wird auf konstant einen weiteren Einschaltspannungswert, der kleiner ist, als der erste Einschaltspannungsgrenzwert Von1, aber größer, als der Einschaltschwellenwert Vth, und danach in einer dritten Stufe verringert wird auf konstant einen Ausschaltspannungswert Voff kleiner dem Einschaltschwellenwert Vth.
Kriterium 9: Sofern die Ansteuerspannung V10 als Reaktion auf die Feststellung, dass tatsächlich kein Kurzschluss der Last 50 vorliegt, von einem Wert oder einem Wertebereich kleiner oder gleich dem der ersten Einschaltspannungsgrenzwert Von1 auf eine Wert oder Wertebereich größer oder gleich dem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert Von2 erhöht wird, kann das Erhöhen kontinuierlich erfolgen, beispielsweise mit einer vorgegebenen Flankensteilheit, oder in einer, zwei oder beliebig mehr diskreten Stufen.
Kriterium 10: Der Transistor 30 kann, wie vorangehend gezeigt, als IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) ausgebildet sein. Ebenso kann es sich bei dem Transistor 30 jedoch auch um einen anderen Transistor handeln, beispielsweise um einen MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), einen HEMT (High Electron Mobility Transistor), oder einen anderen Transistor.

Indem bei der vorliegenden Erfindung das erste Kurzschlussinformationssignal SC1 dem Ansteuersignalgenerator 10 nicht über die Logikeinheit 20 sondern quasi direkt zugeführt wird, kann der Ansteuersignalgenerator 10 sehr schnell auf das Auftreten eines Kurzschlusses der Last 50 reagieren.
Außerdem eröffnet sich die Möglichkeit, den Transistor 30 mit wenigstens drei Spannungspegeln jeweils für eine gewisse Dauer mit einem konstanten Wert der Ansteuerspannung V10 anzusteuern: Einem hohen Einschaltwert (z.B. Von2), der größer ist, als der Einschaltschwellenwert Vth des Transistors 30 und bei dem der Transistor 30 mit einem sehr geringen ersten Widerstand der Lasttrecke C-E eingeschaltet ist, einem niedrigen Einschaltwert (z.B. Von1), der größer ist, als der Einschaltschwellenwert Vth des Transistors 30, aber kleiner als der hohe Einschaltwert, und bei dem der Transistor 30 einen mit einem erhöhten zweiten Widerstand der Lasttrecke C-E eingeschaltet ist, der höher ist, als der erste Widerstand, und einen Ausschaltwert (z.B. Voff), der kleiner ist, als der Einschaltschwellenwert Vth.
Der niedrige Einschaltwert (und damit einhergehend der zweite Widerstand) ist so auf die Wartedauer Tw abgestimmt, dass der Strom durch die Laststrecke C-E des Transistors 30 derart begrenzt wird, dass der Transistor 30 auch dann nicht beschädigt oder zerstört wird, wenn die Last 50 während der gesamten Wartedauer Tw kurzgeschlossen ist.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass es in Phasen, in denen das erste Kurzschlussinformationssignal SC1 und ggf. auch das zweite Kurzschlussinformationssignal SC2 einen potentiellen Kurzschluss der Last 50 signalisiert, ohne dass tatsächlich ein Kurzschluss der Last 50 vorliegt, nicht zu einer Schutzabschaltung des Transistors 30 und damit einhergehend zu einer Betriebsstörung der gesamten Schaltung (z.B. des Inverters, des Schaltnetzteils, etc.) kommt, deren Bestandteil der Transistor 30 ist. Stattdessen wird in diesen Phasen anstelle einer Abschaltung des Transistors 30 nur dessen Wirkungsgrad solange verringert, bis feststeht, ob tatsächlich ein Kurzschluss der Last 50 vorliegt. Falls tatsächlich ein Kurzschluss der Last 50 vorliegt, erfolgt eine kurzschlussbedingte Schutzabschaltung des Transistors 30. Wenn sich anderenfalls herausstellt, dass kein Kurzschluss der Last 50 vorliegt, kann die Ansteuerspannung V10 des Transistors 30 erhöht werden, um den Wirkungsgrad des Transistors 30 zu erhöhen.
Die Realisierung der Ansteuerschaltung 100 kann prinzipiell beliebig erfolgen. Insbesondere ist es möglich, die Logikeinheit 20 und den Ansteuersignalgenerator 10 gemeinsam in einem Halbleiterchip unterzubringen, oder jeweils in einem eigenen Halbleiterchip.

Claims

Verfahren zum Ansteuern eines Transistors (30), der einen Ansteueranschluss (G) und eine Laststrecke (C-E) aufweist, mittels einer Ansteuerschaltung (100), die eine Logikeinheit (20) und einen Ansteuersignalgenerator (10) aufweist, wobei der Ansteuersignalgenerator (10) dazu ausgebildet ist, eine zeitlich veränderliche Ansteuerspannung (V10) auszugeben, mit der der Transistor (30) angesteuert wird, und wobei eine Wartedauer (Tw) vorgegeben wird; der Ansteuersignalgenerator (10) von der Logikeinheit (20) eine Sollzustandsinformation erhält, gemäß der der Transistor (30) grundsätzlich eingeschaltet werden oder bleiben soll, oder gemäß der der Transistor (30) grundsätzlich ausgeschaltet werden oder bleiben soll; dem Ansteuersignalgenerator (10) ein erstes Kurzschlussinformationssignal (SC1) einer Kurzschlussüberwachungseinheit (40) zugeführt wird, das eine Information über das potentielle Vorliegen eines Kurzschlusses einer mit der Laststrecke (C-E) in Reihe geschalteten, elektrischen Last (50) enthält; der Ansteuersignalgenerator (10) den Transistor (30), als Reaktion auf eine Sollzustandsinformation, zu einem ersten Zeitpunkt (t1) einschaltet, indem er die Ansteuerspannung (V10) des Transistors (30) auf einen Wert oder einen Wertebereich oberhalb eines Einschaltschwellenwerts (Vth) des Transistors (30) einstellt, aber auf einen maximalen ersten Einschaltspannungsgrenzwert (Von1) begrenzt; der Ansteuersignalgenerator (10) abhängig von dem ersten Kurzschlussinformationssignal (SC1) entscheidet, ob er die Begrenzung der Ansteuerspannung (V10) auf maximal den ersten Einschaltspannungsgrenzwert (Von1) aufrecht erhält, oder ob er die Ansteuerspannung (V10) des Transistors (30) auf einen Wert oder einen Wertebereich größer oder gleich einem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert (Von2) einstellt, der größer ist, als der erste Einschaltspannungsgrenzwert (Von1); der Ansteuersignalgenerator (10) dazu ausgebildet ist, das Einstellen der Ansteuerspannung (V10) auf den Wert oder den Wertebereich größer oder gleich dem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert (Von2) als Reaktion darauf vorzunehmen, dass das erste Kurzschlussinformationssignal (SC1) unmittelbar nach Ablauf der Wartedauer (Tw) darauf schließen lässt, dass kein potentieller Kurzschluss der Last (50) vorliegt; der Ansteuersignalgenerator (10) dazu ausgebildet ist, das Einstellen der Ansteuerspannung (V10) auf den Wert oder den Wertebereich größer oder gleich dem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert (Von2) als Reaktion darauf vorzunehmen, dass das erste Kurzschlussinformationssignal (SC1) während der Wartedauer (Tw) auf einen potentiellen Kurzschluss der Last (50) schließen lässt und danach, ebenfalls während der Wartedauer (Tw), darauf schließen lässt, dass kein potentieller Kurzschluss der Last (50) mehr vorliegt; und wobei der Ansteuersignalgenerator (10) das Einstellen der Ansteuerspannung (V10) auf den Wert oder den Wertebereich größer oder gleich dem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert (Von2) als Reaktion darauf vornimmt, dass das erste Kurzschlussinformationssignal (SC1) – unmittelbar nach Ablauf der Wartedauer (Tw) darauf schließen lässt, dass kein potentieller Kurzschluss der Last (50) vorliegt, oder – während der Wartedauer (Tw) auf einen potentiellen Kurzschluss der Last (50) schließen lässt und danach, ebenfalls während der Wartedauer (Tw), darauf schließen lässt, dass kein potentieller Kurzschluss der Last (50) mehr vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Transistor (30) ab dem Einschalten bis mindestens zum Ablauf der Wartedauer (Tw) ununterbrochen eingeschaltet bleibt, indem die Ansteuerspannung (V10) ab dem Einschalten bis mindestens zum Ablauf der Wartedauer (Tw) ununterbrochen über dem Einschaltschwellenwert (Vth) gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die Wartedauer (Tw) wenigstens 2 µs oder wenigstens 5 µs oder wenigstens 10 µs beträgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Wartedauer (Tw) kleiner oder gleich 10 µs ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Wartedauer (Tw) ab dem ersten Zeitpunkt (t1) zu laufen beginnt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Transistor (30) während der Wartedauer (Tw) selbst dann eingeschaltet bleibt, wenn das erste Kurzschlussinformationssignal (SC1) auf einen potentiellen Kurzschluss der Last (50) schließen lässt, indem der Ansteuersignalgenerator (10) die dem Transistor (30) zugeführte Ansteuerspannung (V10) auf einen Wert oder einen Wertebereich oberhalb des Einschaltschwellenwerts (Vth) einstellt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Ansteuersignalgenerator (10) das erste Kurzschlussinformationssignal (SC1) nicht über die Logikeinheit (20) erhält.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Logikeinheit (20) für eine vorgegebene Soll-Einschaltdauer (Ton), die größer ist, als die Wartedauer (Tw), als Sollzustandsinformation ununterbrochen eine Einschaltinformation ausgibt, gemäß der der Transistor (30) eingeschaltet bleiben soll; und der Ansteuersignalgenerator (10) den Transistor (30) als Reaktion auf diese Einschaltinformation zum ersten Zeitpunkt (t1) einschaltet, während der gesamten vorgegebenen Soll-Einschaltdauer (Ton) eingeschaltet lässt, und nach Ablauf der vorgegebenen Soll-Einschaltdauer (Ton) standardmäßig abschaltet, sofern das erste Kurzschlussinformationssignal (SC1) in dem Zeitraum nach Ablauf der Wartedauer (Tw) bis zum Ablauf der Soll-Einschaltdauer (Ton) nicht auf das potentielle Vorliegen eines Kurzschlusses einer mit der Laststrecke (C-E) in Reihe geschalteten Last (50) schließen lässt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Logikeinheit (20) ein zweites Kurzschlussinformationssignal (SC2) zugeführt wird, das eine Information über das potentielle Vorliegen eines Kurzschlusses der Last (50) enthält; die Logikeinheit (20) als Reaktion darauf, dass das zweite Kurzschlussinformationssignal (SC2) nach Ablauf der Wartedauer (Tw) aber vor Ablauf der Soll-Einschaltdauer (Ton) auf das potentielle Vorliegen eines Kurzschlusses der Last (50) schließen lässt, eine kurzschlussbedingte Ausschaltinformation an den Ansteuersignalgenerator (10) ausgibt; der Ansteuersignalgenerator (10) den Transistor (30) als Reaktion auf die kurzschlussbedingte Ausschaltinformation dauerhaft ausgeschaltet lässt.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Logikeinheit (20) die kurzschlussbedingte Ausschaltinformation an den Ansteuersignalgenerator (10) als Reaktion darauf ausgibt, dass das zweite Kurzschlussinformationssignal (SC2) unmittelbar nach Ablauf der Wartedauer (Tw) auf das potentielle Vorliegen eines Kurzschlusses der Last (50) schließen lässt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, bei dem das erste Kurzschlussinformationssignal (SC1) und das zweite Kurzschlussinformationssignal (SC2) identisch sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Ansteuersignalgenerator (10) als Reaktion darauf, dass das erste Kurzschlussinformationssignal (SC1) unmittelbar nach Ablauf der Wartedauer (Tw) auf das potentielle Vorliegen eines Kurzschlusses der Last (50) schließen lässt, den Transistor (30) kurzschlussbedingt ausschaltet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Logikeinheit (20) die Sollzustandsinformation als digitales Signal ausgibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, bei dem das kurzschlussbedingte Abschalten des Transistors (30) und/oder das standardmäßige Abschalten des Transistors (30) dadurch erfolgt, dass der Ansteuersignalgenerator (10) die zeitlich veränderliche Ansteuerspannung (V10) für eine gewisse Dauer auf einen konstanten Wert (Von5, Von1) einstellt, der gleich dem ersten Einschaltspanungsgrenzwert (Von1) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, bei dem das kurzschlussbedingte Abschalten des Transistors (30) und/oder das standardmäßige Abschalten des Transistors (30) dadurch erfolgt, dass der Ansteuersignalgenerator (10) die zeitlich veränderliche Ansteuerspannung (V10) für eine gewisse Dauer auf einen weiteren konstanten Wert (Von7) einstellt, der den oder annähernd den halben Kurzschluss-Sättigungsstrom ergibt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der erste Einschaltspannungsgrenzwert (Von1) kleiner oder gleich 15 V ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der zweite Einschaltspannungsgrenzwert (Von2) um wenigstens 1 V größer ist als der erste Einschaltspannungsgrenzwert (Von1).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der erste Einschaltspannungsgrenzwert (Von1) um wenigstens 4 V größer ist, als der Einschaltschwellenwert (Vth).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Ansteuersignalgenerator (10), wenn er den Transistor (30) zu dem ersten Zeitpunkt (t1) einschaltet, die Ansteuerspannung (V10) für eine Dauer (Δtonmin1) von wenigstens 1 µs auf einen konstanten Wert einstellt, der größer ist, als der Einschaltschwellenwert (Vth), aber kleiner oder gleich dem maximalen ersten Einschaltspannungsgrenzwert (Von1).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Ansteuersignalgenerator (10), sofern er die Ansteuerspannung (V10) des Transistors (30) auf einen Wert oder einen Wertebereich größer oder gleich dem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert (Von2) einstellt, die Ansteuerspannung (V10) für eine Dauer (Δtonmin2) von wenigstens 1 µs auf einen konstanten Wert einstellt, der größer oder gleich dem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert (Von2) ist.
Ansteuerschaltung (100) zum Ansteuern eines Transistors (30), der einen Ansteueranschluss (G) und eine Laststrecke (C-E) aufweist, wobei die Ansteuerschaltung (100) eine Logikeinheit (20) und einen Ansteuersignalgenerator (10) aufweist, und wobei der Ansteuersignalgenerator (10) dazu ausgebildet ist, eine veränderliche Ansteuerspannung (V10) zum Ansteuern eines Transistors (30) auszugeben, die Logikeinheit (20) dazu ausgebildet ist, eine Sollzustandsinformation auszugeben, gemäß der der Transistor (30) grundsätzlich eingeschaltet werden oder bleiben soll, oder gemäß der der Transistor (30) grundsätzlich ausgeschaltet werden oder bleiben soll; die Ansteuerschaltung (100) dazu ausgebildet ist, die Sollzustandsinformation dem Ansteuersignalgenerator (10) zuzuführen; der Ansteuersignalgenerator (10) einen Eingang (12) aufweist, über den ihm ein erstes Kurzschlussinformationssignal (SC1) zugeführt werden kann, das eine Information über das potentielle Vorliegen eines Kurzschlusses einer mit der Laststrecke (C-E) in Reihe geschalteten, elektrischen Last (50) enthält; der Ansteuersignalgenerator (10) dazu ausgebildet ist, den Transistor (30), als Reaktion auf eine Sollzustandsinformation, zu einem ersten Zeitpunkt (t1) einzuschalten, indem er die Ansteuerspannung (V10) auf einen Wert oder einen Wertebereich oberhalb eines Einschaltschwellenwerts (Vth) einstellt, aber auf einen maximalen ersten Einschaltspannungsgrenzwert (Von1) begrenzt; der Ansteuersignalgenerator (10) dazu ausgebildet ist, abhängig von dem ersten Kurzschlussinformationssignal (SC1) zu entscheiden, ob er die Begrenzung der Ansteuerspannung (V10) auf maximal den ersten Einschaltspannungsgrenzwert (Von1) aufrecht erhält, oder ob er die Ansteuerspannung (V10) auf einen Wert oder einen Wertebereich größer oder gleich einem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert (Von2) einstellt, der größer ist, als der erste Einschaltspannungsgrenzwert (Von1), der Ansteuersignalgenerator (10) dazu ausgebildet ist, das Einstellen der Ansteuerspannung (V10) auf den Wert oder den Wertebereich größer oder gleich dem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert (Von2) als Reaktion darauf vorzunehmen, dass das erste Kurzschlussinformationssignal (SC1) unmittelbar nach Ablauf einer Wartedauer (Tw) darauf schließen lässt, dass kein potentieller Kurzschluss der Last (50) vorliegt; der Ansteuersignalgenerator (10) dazu ausgebildet ist, das Einstellen der Ansteuerspannung (V10) auf den Wert oder den Wertebereich größer oder gleich dem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert (Von2) als Reaktion darauf vorzunehmen, dass das erste Kurzschlussinformationssignal (SC1) während der Wartedauer (Tw) auf einen potentiellen Kurzschluss der Last (50) schließen lässt und danach, ebenfalls während der Wartedauer (Tw), darauf schließen lässt, dass kein potentieller Kurzschluss der Last (50) mehr vorliegt; und wobei der Ansteuersignalgenerator (10) das Einstellen der Ansteuerspannung (V10) auf den Wert oder den Wertebereich größer oder gleich dem zweiten Einschaltspannungsgrenzwert (Von2) als Reaktion darauf vornimmt, dass das erste Kurzschlussinformationssignal (SC1) – unmittelbar nach Ablauf der Wartedauer (Tw) darauf schließen lässt, dass kein potentieller Kurzschluss der Last (50) vorliegt, oder – während der Wartedauer (Tw) auf einen potentiellen Kurzschluss der Last (50) schließen lässt und danach, ebenfalls während der Wartedauer (Tw), darauf schließen lässt, dass kein potentieller Kurzschluss der Last (50) mehr vorliegt.
Ansteuerschaltung (100) nach Anspruch 21, die zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20 ausgebildet ist.