DE-102017111410-B4 - Messungen in Schaltvorrichtungen

Abstract

Vorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Schalter (11, 40, 51) mit einem Steueranschluss (14), einem ersten Lastanschluss (12) und einem zweiten Lastanschluss (13), einen magnetoresistiven Sensor (15, 25, 26, 35, 41, 515, 516, 534, 67), der eingerichtet ist, einen Strom zu messen, der zwischen dem ersten Lastanschluss (12) und dem zweiten Lastanschluss (13) fließt, und einen stromspiegelbasierten Sensor (16,52, 53, 533) zum Messen des Stroms zwischen dem ersten Lastanschluss (12) und dem zweiten Lastanschluss (13).

Inventors

• Goran Keser
• Veli Kartal

Assignees

• INFINEON TECHNOLOGIES AG

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20170524

Priority Date

20160526

Claims (20)

1. Vorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Schalter (11, 40, 51) mit einem Steueranschluss (14), einem ersten Lastanschluss (12) und einem zweiten Lastanschluss (13), einen magnetoresistiven Sensor (15, 25, 26, 35, 41, 515, 516, 534, 67), der eingerichtet ist, einen Strom zu messen, der zwischen dem ersten Lastanschluss (12) und dem zweiten Lastanschluss (13) fließt, und einen stromspiegelbasierten Sensor (16,52, 53, 533) zum Messen des Stroms zwischen dem ersten Lastanschluss (12) und dem zweiten Lastanschluss (13).
2. Vorrichtung nach Ansprch 1, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, eine Spannung über dem Schalter (11, 40, 51) unter Verwendung des magnetoresistiven Sensors (15, 25, 26, 35, 41, 515, 516, 534, 67) zu messen.
3. Vorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Schalter (11, 40, 51) mit einem Steueranschluss (14), einem ersten Lastanschluss (12) und einem zweiten Lastanschluss (13), und einen magnetoresistiven Sensor (15, 25, 26, 35, 41, 515, 516, 534, 67), der eingerichtet ist, einen Strom zu messen, der zwischen dem ersten Lastanschluss (12) und dem zweiten Lastanschluss (13) fließt, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, eine Spannung über dem Schalter (11, 40, 51) unter Verwendung des magnetoresistiven Sensors (15, 25, 26, 35, 41, 515, 516, 534, 67) zu messen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3 , wobei der magnetoresistive Sensor (15, 25, 26, 35, 41, 515, 516, 534, 67) eine magnetoresistive Sensorbrücke umfasst.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4 , wobei der magnetoresistive Sensor (15, 25, 26, 35, 41, 515, 516, 534, 67) einen ersten magnetoresistiven Sensor (25, 515) und einen zweiten magnetoresistiven Sensor (26, 516) umfasst, wobei der erste und zweite magnetoresistive Sensor für verschiedene Messbereiche ausgelegt sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5 , wobei der magnetoresistive Sensor (15, 25, 26, 35, 41, 515, 516, 534, 67) mehrere auswählbare Abgriffe umfasst.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6 , wobei die Abgriffe zum Steuern eines Offsets des magnetoresistiven Sensors (15, 25, 26, 35, 41, 515, 516, 534, 67) und/oder zum Bereitstellen einer Kalibrierungsfunktion und/oder zum Bereitstellen einer Sicherungsfunktion auswählbar sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 7 , wobei der Schalter (11, 40, 51) einen Schalttransistor umfasst.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 8 , wobei der magnetoresistive Sensor (15, 25, 26, 35, 41, 515, 516, 534, 67) auf einem Riesenmagnetowiderstand und/oder einem Tunnelmagnetowiderstand und/oder einem kolossalen Magnetowiderstand und/oder einem anisotropen Magnetowiderstand basiert.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 9 , die ferner einen Auswertungsschaltkreis (535) umfasst, der eingerichtet ist, den Schalter (11, 40, 51) basierend auf einer Ausgabe des magnetoresistiven Sensors (15, 25, 26, 35, 41, 515, 516, 534, 67) zu überwachen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10 , wobei der Auswertungsschaltkreis (535) eingerichtet ist, einen Überstrom basierend auf der Ausgabe des magnetoresistiven Sensors (15, 25, 26, 35, 41, 515, 516, 534, 67) zu detektieren.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 , wobei der Auswertungsschaltkreis (535) eingerichtet ist, eine Übertemperatur basierend auf einer Ausgabe des magnetoresistiven Sensors (15, 25, 26, 35, 41, 515, 516, 534, 67) zu detektieren.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 - 12 , wobei der Auswertungsschaltkreis (535) eingerichtet ist, eine Alterung basierend auf einer Ausgabe des magnetoresistiven Sensors (15, 25, 26, 35, 41, 515, 516, 534, 67) zu detektieren.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 - 13 , wobei der Auswertungsschaltkreis (535) eingerichtet ist, einen Ein-Zustand und/oder eine offene Last zu detektieren.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 14 , wobei der magnetoresistive Sensor (15, 25, 26, 35, 41, 515, 516, 534, 67) auf einem Kupferclip bereitgestellt ist, der den Strom leitet.
16. Verfahren, das Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Schalters (11, 40, 51), Bereitstellen eines magnetoresistiven Sensors (15, 25, 26, 35, 41, 515, 516, 534, 67) zum Messen eines Laststroms durch den Schalter (11, 40, 51), und Bereitstellen eines sensortransistorbasierten weiteren Stromsensors (16,52, 53, 533) zum Messen des Laststroms des Schalters (11, 40, 51) umfasst.
17. Verfahren nach Anspruch 16 , wobei das Bereitstellen des magnetoresistiven Sensors (15, 25, 26, 35, 41, 515, 516, 534, 67) ein Bereitstellen des magnetoresistiven Sensors (15, 25, 26, 35, 41, 515, 516, 534, 67) mit einem schaltbaren Messbereich umfasst.
18. Verfahren, das Folgendes umfasst: Anlegen eines vorbestimmten Stroms an einen Schalter (11, 40, 51), und Messen einer Spannung über dem Schalter (11, 40, 51) unter Verwendung eines magnetoresistiven Sensors (15, 25, 26, 35, 41, 515, 516, 534, 67).
19. Verfahren nach Anspruch 18 , das ferner ein Bestimmen einer Drift einer Eigenschaft des Schalters (11, 40, 51) basierend auf der Spannungsmessung umfasst.
20. Verfahren nach Anspruch 19 , wobei die Eigenschaft eine Schwellenspannung des Schalters (11, 40, 51) und/oder einen Ein-Widerstand des Schalters (11, 40, 51) umfasst.

Description

Technisches Gebiet Die vorliegende Anmeldung betrifft Vorrichtungen und Verfahren, die mit dem Durchführen von Messungen in Schaltvorrichtungen in Zusammenhang stehen. Hintergrund Schaltvorrichtungen werden in vielen Anwendungen verwendet, um elektrische Verbindungen selektiv bereitzustellen. In vielen Fällen werden Transistoren als Schalter in solchen Schaltvorrichtungen verwendet. Bei vielen Anwendungen, zum Beispiel zu Überwachungszwecken und/oder Diagnosezwecken, ist es erstrebenswert oder sogar notwendig, Messungen bezüglich der Schaltvorrichtungen durchzuführen, z. B. zum Überwachen des Betriebs von dieser. Typische Messungen beinhalten zum Beispiel Strommessungen, die einen Laststrom durch die Schaltvorrichtung messen, Spannungsmessungen, die eine Spannung über der Schaltvorrichtung messen, oder Temperaturmessungen, die eine Temperatur der Schaltvorrichtung messen. Dies kann zum Beispiel in sicherheitskritischen Anwendungen wichtig sein, um einen Überstrom, eine Überspannung oder eine Übertemperatur zu detektieren und um Gegenmaßnahmen zu ergreifen (wie Öffnen des Schalters), um zum Beispiel Schäden an der Schaltvorrichtung aufgrund von solchen Bedingungen zu vermeiden. Verschiedene Ansätze zur Strommessung werden herkömmlich in Schaltvorrichtungen verwendet. Zum Beispiel wurde in manchen Fällen ein Shunt-Widerstand für Strommessungen verwendet. Jedoch sind Strommessungen unter Verwendung eines Shunt-Widerstands vergleichsweise teuer, da ein Widerstand für starke Ströme ausgelegt sein muss, was eine entsprechende Fläche auf einem Chip erfordert, und andererseits der Widerstand sehr genau sein muss (niedrige Toleranz hinsichtlich seines Widerstandswertes), um eine exakte Messung zu ermöglichen. Insbesondere für Schaltvorrichtungen, die einen großen Bereich von Strömen schalten (zum Beispiel von einigen Milliampere bis zu einigen zehn Ampere oder mehr), ist die Gestaltung und Herstellung eines Shunt-Widerstands eine Herausforderung für tatsächliche Implementierungen. Zudem ist der Spannungsabfall über typischen Shunt-Widerständen üblicherweise ziemlich niedrig, selbst für starke Ströme (zum Beispiel einige Mikrovolt), was die Messung schwieriger macht. Bei anderen Schaltvorrichtungen wird ein Sensortransistor bereitgestellt, der zum Beispiel in einer Stromspiegelkonfiguration mit einem tatsächlichen Schalttransistor gekoppelt sein kann. Solche Sensortransistoren sind eine vergleichsweise günstige Lösung für Strommessungen. Jedoch kann das Messen kleiner Ströme mit solchen Erfassungswiderständen aufgrund eines niedrigen Spannungsabfalls eine Herausforderung sein. Noch andere Ansätze messen eine Spannung zwischen Lastanschlüssen der Schaltvorrichtung als eine indirekte Strommessung, zum Beispiel zwischen einem Source- und Drain-Anschluss eines Schalttransistors, was jedoch ähnliche Herausforderungen wie die oben erwähnten erschafft. Des Weiteren werden Komparatoren oder Operationsverstärker benötigt, um einen großen Spannungsbereich auszuwerten. Solche Komparatoren/Operationsverstärker werden auch zum Messen des Spannungsabfalls über typischen Schaltvorrichtungen benötigt, insbesondere, wenn die Schaltvorrichtungen für einen großen Bereich von Gleichtaktspannungen verwendet werden. Für Temperaturmessungen ist es manchmal schwierig, einen Temperatursensor nahe genug an der Schaltvorrichtung zu platzieren, um genaue Temperaturmessungen zu liefern. Es ist daher eine Aufgabe, verbesserte Möglichkeiten zur Durchführung von Messungen in Schaltvorrichtungen bereitzustellen. Die US 2005 / 0 077 890 A1 offenbart eine Strommessung in einem Transistorschalter mittels eines magnetoresistiven Sensors. Ähnliche Vorrichtungen sind auch aus der DE 10 2014 111 416 B4, der US 7 199 435 B2, der US 2013 / 0 334 531 A1 und der US 2007 / 0 064 460 A1 bekannt. Die JP H07 - 209 336 A offenbart einen magnetoresistiven Stromsensor mit mehreren Messbereichen. Kurzfassung Es werden eine Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3 und ein Verfahren nach Anspruch 16 oder 18 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen. Kurze Beschreibung der Zeichnungen 1 ist ein Blockdiagramm einer Schaltvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.2 ist ein Blockdiagramm einer Schaltvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform.3 ist ein Blockdiagramm einer Schaltvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform.4A ist eine Draufsicht eines Implementierungsbeispiels für eine Schaltvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.4B ist eine Seitenansicht der Schaltvorrichtung aus 4A.4C ist ein Schaltbildsymbol für die Schaltvorrichtung aus 4A und 4B.5 ist ein ausführliches Diagramm, das eine Schaltvorrichtung gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.6A und 6B sind Repräsentationen, die eine magnetoresistive Sensorbrücke gemäß manchen Ausführungsformen veranschaulichen.7 ist ein Diagramm, das eine offene Last veranschaulicht.8 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.9 ist ein Flussdiagramm, das e