(57)【要約】本発明は、電子素子（６）を過熱から保護する装置を検査する配置および検査方法に関する。装置（１）は、電子素子（６）と熱的に接続している温度センサ（２）および電子素子（６）のための第１制御回路（４）を備える。温度センサ（２）は電気的に第１制御回路（４）と接続されている。配置は、温度センサ（２）と熱的に接続する加熱素子（３）を備え、この加熱素子（３）は第２制御回路（７）により制御可能である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子素子（６）を過熱から保護する装置を検査する配置であって、前記装置（１）は、前記電子素子（６）と熱的に接続している温度センサ（２）および前記電子素子（６）のための第１制御回路（４）を備え、前記温度センサ（２）は電気的に前記第１制御回路（４）と接続されている配置において、前記配置は、前記温度センサ（２）と熱的に接続する加熱素子（３）を備え、該加熱素子（３）は第２制御回路（７）により制御可能であることを特徴とする配置。
【請求項２】
前記温度センサ（２）の昇温カーブの記憶手段（４、１４）を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の配置。
【請求項３】
前記電子素子（６）のスイッチ状態の検査手段（４、１５）を備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載の配置。
【請求項４】
電子素子（６）を過熱から保護する装置の検査方法であって：
電子素子（６）を保護する装置を準備するステップであって、前記装置が、温度センサ（２）、および前記電子素子（６）と熱的に接続している温度センサ（２）を備えるステップと、
前記温度センサ（２）と熱的に接続している加熱素子（３）を準備するステップと、
前記加熱素子により、前記温度センサ（２）を目標温度にまで加熱するステップと、
前記温度センサ（２）の前記目標温度と実温度を比較するステップと、
前記温度センサ（２）の前記実温度が前記目標温度を超えた場合に、前記電子素子（６）をターンオフするステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子素子を過熱から保護する装置を検査する配置およびその検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の可動時には、電力の少なくとも一部が熱に変換される。例えば過負荷、短絡、半導体チップに対する外部からの加熱等、所定の条件下では、こうした熱により、不所望にも過温度が発生する可能性がある。このような過温度を検出して半導体集積回路を保護するために、半導体集積回路には通常、熱保護装置が備えられている。しかしこうした熱保護装置は、様々な必要条件を満たす必要がある。
【０００３】
例えば直流モータまたは非同期モータ等、負荷電流を切り替える回路遮断器を備えた回路配置においては、負荷回路において短絡が発生し、これにより回路遮断器または切り替えられる負荷電流自体が破壊される恐れがある。これらの回路配置には、回路遮断器を保護するために１つ以上の温度センサが備えられ、温度センサの信号が評価回路により評価され、短絡が発生し、その結果回路遮断器内で著しく温度が上昇した場合、回路遮断器がターンオフされる。所定の温度閾値を上回った場合、回路遮断器はターンオフされ、それにより破損から保護される。温度センサは通常、抵抗器、ダイオードまたはトランジスタセンサとして構成され、この場合好適には対応するホットスポット、つまり回路遮断器の最も高温となる位置の近傍に一体化される。そうして、温度センサの信号を評価回路が処理し、温度センサに作用する温度が、各適用ケースに左右されるが、通常150°Cを超える温度である既定の温度閾値を超えた場合、即座に回路遮断器がターンオフされるか、または少なくともパワーが低減される。
【０００４】
ドイツ特許明細書10107386C1号は、過温度から集積回路を保護する配置を開示する。この配置は、集積回路における故障を検知する少なくとも１つの検出器、集積回路の少なくとも一部の温度を検出する少なくとも１つの温度センサ、検知した故障および／または検出した温度により問題作動を確定する論理装置を備え、通常作動においては第１温度切り替え段HTLが温度センサに割り当てられ、問題作動においては第２の、より低い温度切り替え段が温度センサに割り当てられる。さらにこのドイツ特許明細書10107386C1号は、そうした配置を備えた集積回路並びに集積回路を過温度から保護する方法を開示する。
【０００５】
欧州登録特許明細書第0208970B1号は、回路遮断器を過熱から保護する回路配置を開示する。過温度の際にパワーMOSFETを保護するため、パワーMOSFETを含む半導体基板上に、温度センサスイッチおよび半導体スイッチを備えた第２半導体基板を接着する。両半導体基板は熱的に互いに結合され、パワーMOSFETの半導体基板内での過温度が検出可能である。例えばサイリスタである第２半導体基板内の電子スイッチは、ソース電極とドレイン電極の間を導通する。MOSFETの内部温度が過負荷または高い周囲温度により上昇すると、第２半導体基板に含まれる電子スイッチが、MOSFETのゲート電極をソース電極に対して短絡するため、オン状態において事前にMOSFETのソース電極とゲート電極の間に作用していた電圧が崩壊し、MOSFETがターンオフされる。
【０００６】
従来技術から既知である回路配置の欠点は、通常動作において、温度センサの機能が検査できないことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ドイツ特許明細書10107386C1号
【特許文献２】欧州登録特許明細書第0208970B1号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、電子素子を過熱から保護するために、温度センサおよびこの温度センサと接続する回路を検査可能な回路を提案することである。さらなる課題は、その方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、独立請求項１の記載の特徴を備えた配置、並びに請求項４に記載の特徴により解決される。本発明の有利な実施形態は従属請求項の対象である。
【００１０】
本発明は電子素子を過熱から保護する装置に基づくものである。電子素子は、例えば制御手段、また例えば車両用の変速機制御手段とすることが可能である。こうした装置は温度センサを備え、温度センサは電子素子と熱的に接続または接触している。この熱的な接続は、例えば温度センサを熱伝導性接着剤で電子素子６上に取り付けることにより実現可能である。電子素子は、回路基板上に取り付けられた半導体とすることも可能で、その場合、温度センサも回路基板と熱的に接続または接触可能である。従ってさらに「電子素子」は、一方では熱を発生する半導体基板の任意の種類、例えば集積回路またはトランジスタとして、また、こうした半導体基板を支承する支承基板、例えば回路基板としても理解可能である。
【００１１】
電子素子は第１制御回路と接続される。この制御回路は、実質的に電子素子の電流および電圧供給部を制御する、マイクロコントローラとすることが可能である。しかし、制御回路は電子素子が発生する信号および／またはデータを受信および処理可能である。温度センサは電気的に第１制御回路と接続され、従って第１制御回路は、温度センサの信号およびデータを受信および処理可能である。
【００１２】
本発明により、温度センサと熱的に接続される加熱素子が備えられる。熱的な接続は、例えば熱伝導性接着剤を使用して加熱素子を温度センサ上に取り付けることで達成可能である。しかし、この加熱素子を温度センサに一体化することも可能である。加熱素子は第２制御回路に接続され、第２制御回路は加熱素子の電流および電圧供給部を制御する。
【００１３】
本発明の好適な一実施形態は、温度センサの昇温カーブの記憶手段を備える。第１制御回路が、温度センサから第１制御回路に伝達された温度依存性の信号を記憶可能であるよう調整されることが適切である。
【００１４】
本発明のさらなる好適な一実施形態は、電子素子のスイッチ状態の検査手段を備える。第１制御回路が、電子素子の作動状態を決定可能であるよう調整されることが適切である。
【００１５】
本発明による、電子素子を過熱から保護する装置の検査方法であって：
ａ）電子素子を保護する装置を準備するステップであって、装置が、温度センサ、および電子素子と熱的に接続している温度センサを備えるステップと、
ｂ）温度センサと熱的に接続している加熱素子を準備するステップと、
ｃ）加熱素子により、温度センサを目標温度にまで加熱するステップと、
ｄ）温度センサの目標温度と実温度を比較するステップと、
ｅ）温度センサの実温度が目標温度を超えた場合に、電子素子をターンオフするステップと、を含む方法。
【００１６】
ステップｄ）の、温度センサを目標温度にまで加熱するステップは、電子素子の作動中に実行可能であることが適切である。ステップｃ）、ｄ）およびｅ）は、過熱が監視されるべき回路または電子素子の作動中の、異なる時間の間隔で実行可能である。当然ながら方法のステップは、電子素子の起動処理、換言するとターンオンの際にも実行可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
図面を参照して、本発明をさらに詳説する。
【図１】過熱保護装置を備えた原則的な回路配置の図である。
【図２】熱保護回路の一般的な一実施形態の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、回路配置を過熱から保護する配置を備えた、原則的な回路配置を示す。図１において、回路配置は符号１で示され。回路配置１は電子素子６を備える。この電子素子６は、例えば電力回路または半導体素子であり、作動時に消費電力を介して熱を発生する。当然ながら、電子素子６を複数の電子素子６を備えた回路基板とすることも可能である。
【００１９】
回路配置１が直近の周囲に、電子素子６と直接に熱的に接続された温度センサ２を備えることが適切である。この温度センサ２は、例えば熱伝導性接着剤等の熱伝導性接続により、電子素子６上に取り付けられる。しかし温度センサ２を、電子素子６の内部に配置することも可能であり、換言すれば、電子素子６内に一体化可能である。
【００２０】
さらに、回路配置１は第１制御手段４を備える。この第１制御手段４は温度センサ２と接続されている。制御手段はさらに、電子素子６のための電流および電圧供給部５と接続されている。この場合制御手段４は、温度センサ２により計測された温度評価を保存可能であるよう構成されている。さらに制御手段４は、計測された温度が閾値を超えた場合、電子素子６のための電流および電圧供給部５を中断し、それによって、電子素子６がさらに過熱されるのを防ぐよう構成されている。
【００２１】
さらに回路配置１は加熱素子３を備える。加熱素子３は、温度センサ２と熱的に接触している。この加熱素子３は温度センサに一体化可能である。また、加熱素子３、温度センサ２および電子素子６を一つの部品に一体化することも可能である。
【００２２】
加熱素子３は第２制御手段７に接続されている。この第２制御手段７は、加熱素子３に電流および電圧が供給されるよう構成されている。第２制御手段７および第１制御手段４が、個々の制御手段を構成可能であることが適切である。
【００２３】
図２は熱保護回路の一般的な一実施形態を示す。この実施形態に関して構成および機能をさらに詳述する。
【００２４】
この実施形態の構成は、図１が示す実施形態の構成に実質的に対応する。加熱素子３は温度センサ２と熱的に連結されている。
【００２５】
温度センサ２は、例えば電力回路である電子素子６の、自己加熱および／または外部加熱を介して上昇する温度を計測する。コンパレータ９は、温度センサ２の温度を、閾値発生手段８の例えば130°Cである閾値と比較する。この閾値発生手段８もまた、制御手段４に一体化可能である。温度が閾値を超えた場合、コンパレータ９はトランジスタ１０を介して電力回路６をターンオフし、回路１を過熱から保護する。その後温度センサ２の温度が、再度閾値発生手段８の閾値を下回るまで、回路６を再度冷却可能である。それから、コンパレータ９はトランジスタ１０を介して、電力回路６を再度ターンオンする。この場合のターンオフは、電流及び電圧供給部５を電力回路６に対して中断することで実行される。
【００２６】
コンパレータ９は通常、ヒステリシスを持つ。
【００２７】
例えばマイクロコントローラである第１制御手段４の、ＡＤ変換器入力部１３および１４を介して、実温度および切り替え閾値を計測可能である。マイクロコントローラ４はその後、マイクロコントローラ４のＡＤ変換器入力部１５を介して、電力回路６がターンオフされたかチェック可能である。ターンオフされていない場合、マイクロコントローラ４は追加的にトランジスタ１１を介して電力回路６をターンオフできる。
【００２８】
電力回路６のターンオフは、加熱素子３の第２制御手段７を介して解除可能である。図２において第２制御手段７は、マイクロコントローラである第１制御手段４と一体化されている。マイクロコントローラ４の出力部１２はさらに、加熱素子３が接続されているトランジスタ１７を制御する。この加熱素子３は、例えば130°Cである既定の温度まで温度センサ２を加熱する。コンパレータ９が、温度センサ２の温度が閾値発生手段８の閾値を超えていると検知すると、コンパレータ９はトランジスタ１０を介して電力回路６をターンオフする。このターンオフは、マイクロコントローラ４のＡＤ変換器入力部１５により制御可能である。入力部１５を介して、電力回路６がターンオフされていないと検知された場合、上述したように、マイクロコントローラ４の出力部１６及びトランジスタ１１を介して、電力回路６のための電流および電圧供給部５が追加的にターンオフされる。
【００２９】
マイクロコントローラ４の入力部１４を介して、加熱素子３をターンオンした際の温度センサ２の昇温カーブが記録され、この昇温カーブを妥当性に照らしてチェック可能である。例えば、固定された時間窓において、温度センサ２が所定の温度に達するかどうかをチェックすることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  回路配置
２  温度センサ
３  加熱素子
４  第１制御手段
５  電流および電圧供給部
６  電子素子
７  第２制御手段
８  閾値発生手段
９  コンパレータ
１０  トランジスタ
１１  トランジスタ
１２  制御手段の加熱素子への出力部
１３  第１制御手段の閾値発生手段への入力部
１４  第１制御手段の温度センサへの入力部
１５  チェック入力部
１６  ターンオフ出力部
１７  トランジスタ
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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