Integrierte Schaltung zum Schalten von Lasten, Schaltungsanordnung mit einer integrierten Schaltung und einer ange- schlossenen Last und Verfahren zum Betreiben einer solchen Schaltungsanordnung

In den meisten elektrischen oder elektronischen Geräten müssen Lasten ein- oder ausgeschaltet werden. Als Schalter werden neben Relais oder sonstigen mechanischen Schaltern häufig elektronische Leistungstransistoren, meist in integrierter Form, verwendet. Insbesondere in Fahrzeugen gibt es eine Fülle von Lasten, die häufig ein- und ausgeschaltet werden müssen, oft sogar viele Male pro Sekunde. Beispiele für derartige Lasten sind Solenoide für Einspritzventile, Starkstromrelais, Motoren und viele Arten von Signalleuchten in Form von Lampen oder

Leuchtdioden .

Die DE 102006045308 AI beschreibt eine Schaltungsanordnung mit einer integrierten Schaltung, die ein Schaltelement enthält, mittels dem eine an die integrierte Schaltung anschließbare Last ein- und ausgeschaltet werden kann. Die in integrierten Schaltungen integrierten Schaltelemente werden häufig als sogenannte Low-Side-Schalter ausgeführt, bei denen ein

Schaltanschluss auf ein vorgegebenes niedriges Potential meist mittels eines Leistungstransistors schaltbar ist. Dies dient dazu, eine an den Schaltanschluss angeschlossene Last, beispielsweise ein Schaltrelais, das besonders hohe Ströme oder Spannungen schalten muss, anzusteuern. Ein solcher

Low-Side-Schalter verbindet eine an einem Betriebsspannungspotential liegende Last mit Masse. Bei High-Side-Schaltern lässt sich der jeweilige Schaltanschluss einer Last über einen Schalttransistor mit einem vorgegebenen hohen Potential verbinden, um die jeweilige an Masse liegende Last mit Energie zu versorgen. Grundsätzlich ist es auch möglich, in der integrierten Schaltung sowohl einen High-Side- als auch einen

Low-Side-Schalter mit einem Ausgang zu verbinden, so dass eine daran angeschlossene Last sowohl mit dem positiven Versor- gungspotential, als auch mit Masse verbunden werden kann, je nachdem, welcher Transistors angesteuert wird. Außerdem können durch entsprechende Wahl und Verknüpfung mehrerer Ausgänge einer solchen integrierten Schaltung auch H-Brücken beispielsweise zur Ansteuerung eines Motors als Last gebildet werden.

Neben der Energieversorgung einer Last durch die Ansteuerung des Schaltanschlusses des jeweiligen Schaltelements ist es auch wünschenswert, mögliche Fehlerzustände des Schaltelements, der Last selbst oder der Leitungen zu erkennen. Übliche Fehler sind dabei Kurzschlüsse von Anschlüssen des Schaltelements oder der Last gegenüber Masse und der positiven Versorgungsspannung oder eine Unterbrechung der Leitung beispielsweise zwischen dem Schaltelement und der Last. Um diese Fehlermöglichkeiten zu erkennen, sind Verfahren bekannt, bei denen im abgeschalteten Zustand des jeweiligen Schaltelements ein Referenzpotential an einen jeweiligen Anschluss angelegt wird und der zeitliche Spannungsverlauf gemessen wird. Aber auch im eingeschalteten Zustand des Schaltelements kann anhand von Spannungspotentialen aber auch von Spannungsverläufen sowie der Verhältnisse verschiedener Spannungen und Ströme zueinander auf Kurzschlüsse oder auch eine Leitungsunterbrechung geschlossen werden.

Die DE 10 2004 054 374 B3 beschreibt ein Diagnosekonzept zum Testen integrierter Schaltkreise mit Leistungstransistoren. Dabei sind in einem integrierten Schaltkreis meist mehrere als Leistungstransistoren ausgebildete Schaltelemente sowohl als Low-Side- oder High-Side- oder auch als Brückenschaltungen mit jeweiligen Ausgängen des integrierten Schaltkreises zum Anschließen einer Last vorgesehen.

Eine integrierte Schaltung mit Schaltelementen ist meist über einen standardisierten Bus - beispielsweise SPI Bus - von einem Mikroprozessor ansteuerbar. Über diese Schnittstelle können einerseits die Schaltkommandos übermittelt werden und andererseits auch die Testergebnisse an den Mikroprozessor gemeldet werden. Es ist wünschenswert, wenn die Tests in der integrierten Schaltung autark durchgeführt werden und lediglich die Er- gebnisse zur weiteren Verarbeitung beispielsweise an den Mikroprozessor gesendet werden.

Insbesondere bei Leuchtdioden als zu schaltender Last kann ein Test im eigentlich ausgeschalteten Zustand zu einem Stromfluss durch die Leuchtdiode führen, der zumindest zu einem kurzen Aufleuchten führt, was beispielsweise bei Anwendung in einem Armaturenbrett eines Fahrzeugs zu Irritationen des Fahrers führen kann .

Aufgabe der Erfindung ist es daher, dieses Problem zu vermeiden.

Die Aufgabe wird durch eine integrierte Schaltung gemäß Anspruch 1, eine Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 3 und ein Verfahren gemäß Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß der Erfindung weist eine integrierte Schaltung mit einem steuerbaren Schaltelement eine Testeinheit auf, mittels der verschiedene Tests zur Funktionsfähigkeit des Schaltelements und der Unversehrtheit der Leitungen durchgeführt werden können. Insbesondere sind Kurzschlüsse gegen Masse und Versorgungspotential und Leitungsbrüche detektierbar . Eine Steuereinheit steuert dabei die Testeinheit an, um die Art und den Zeitpunkt und Ablauf der Tests festzulegen. In erfindungsgemäßer Weise ist ein über einen Eingang der integrierten Schaltung beschreibbarer Speicher vorgesehen, dessen Inhalt von der Steuereinheit abfragbar ist und über den die Art und der Zeitpunkt jeweiliger Tests festgelegt werden kann.

So kann beispielsweise über eine entsprechende Information festgelegt werden, dass bei einer an den Ausgang der integrierten Schaltung als mittels des Schaltelements zu schaltende Last angeschlossenen Leuchtdiode während des Normalbetriebs keine Leitungsbruchdetektionstests durchgeführt werden, da diese

Tests bei ausgeschaltetem Schaltelement einen Prüfstrom an die Leitung legt, um eine bei intakter Leitung erwartete Spannung abzufragen, der jedoch zu einem zumindest schwachen, jedoch störenden Leuchten der Leuchtdiode führen kann.

Durch die Erfindung kann also in einfacher Weise durch Ein- schreiben einer entsprechenden Information in den Speicher festgelegt werden, dass eine Leuchtdiode an den Ausgang angeschlossen ist und welche Tests daher zu welchen Zeitpunkten durchgeführt werden sollen. Dies kann durch die Wahl der Information für den Speicher für jede anzuschließende Last spezifisch und veränderbar festgelegt werden.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Figur näher erläutert werden. Dabei zeigt: Figur 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung.

Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung SA gemäß der Figur 1 ist mit einer integrierten Schaltung IS gebildet, an deren Ausgang OUT eine Leuchtdiode LED über einen zweiten Widerstand R2 mit einem positiven Versorgungspotential V _DD angeschlossen ist. In der Figur 1 ist nur ein Ausgang OUT eingezeichnet, die integrierte Schaltung IS kann jedoch prinzipiell mit einer Vielzahl von weiteren Ausgängen ausgebildet sein. Innerhalb der integrierten Schaltung IS ist der Ausgang OUT über die Schaltstrecke eines Schaltelements SE und einen ersten Widerstand Rl mit dem Massepotential GND verbunden. Das Schaltelement SE ist damit als sogenannter Low-Side-Schalter ausgebildet; an den weiteren Ausgängen können jedoch ebenso Schaltelemente als High-Sside-Schalter, die also den jeweiligen Ausgang über deren Laststrecke mit dem positiven Versorgungspotential verbinden, ausgebildet sein. In gleicher Weise ist es möglich, sowohl einen High-Side- als auch einen

Low-Side-Schalter mit demselben Ausgang zu verbinden.

Das Schaltelement SE ist als n-Kanal MOSFET ausgebildet, bei dem zur Klemmung der beim Abschalten am Drainanschluss entstehenden Spannung der Drain- und der Gateanschluss über eine in Fluss- und eine in Sperrrichtung gepolte Diode miteinander verbunden sind. Der Gateanschluss des Schaltelements SE ist mit einer

Gateansteuerschaltung GateControl verbunden. Die integrierte Schaltung weist neben dem Schaltelement SE außerdem eine Testeinheit TE auf, in der eine Vielzahl an Spannungs- und/oder Stromguellen, Spannungs- und/oder

Strom-Messvorrichtungen ausgebildet sein können. Als Beispiel ist eine Spannungsguelle SPQ, die als Spannungsfolger ausge- bildet ist und einen Strom bestimmter Größe -beispielsweise im μΑ-Bereich - liefert, dargestellt. Diese Spannungsguelle SPQ kann über einen ersten Schalter Sl mit dem Ausgangsanschluss OUT verbunden werden. Es ist außerdem ein Fensterkomparator , der mit zwei Komparatoren Kl und K2 gebildet ist, dargestellt. Als Fenstergrenzen sind zwei Spannungen mit den Werten 2V und 3V angegeben. Mittels der Spannungsguelle SPQ und dem Fensterkomparator Kl, K2 kann beispielsweise festgestellt werden, ob bei Anlegen der Spannung der Spannungsguelle SPQ über den Schalter Sl an den Ausgangsanschluss OUT eine Sollspannung zwischen 2 und 3 V gemessen werden kann. Ist dies nicht der Fall, kann je nach dem, welche der Sollschwellen unter- oder überschritten ist, auf einen Fehlerfall geschlossen werden.

Die Testeinheit TE soll als Beispiel außerdem einen dritten Komparator K3 aufweisen, dessen einer Eingang mit dem Ver- bindungsanschluss zwischen dem Schaltelement SE und dem ersten Widerstand Rl verbunden ist, um mittels des Spannungsabfalls am ersten Widerstand Rl den Strom durch das Schaltelement SE bestimmen zu können. Über eine Teilschaltung Gatecontrol der Testeinheit TE kann zu Testzwecken das Schaltelement SE ein- oder ausgeschaltet werden. Die Testeinheit TE enthält außerdem zwischen einem Anschluss für das erste Versorgungspotential V _DD und dem Ausgang OUT in Serie geschaltet eine Diode D, eine

Stromguelle STQ und einen zweiten Schalter S2. Hierdurch kann ein Teststrom an die mit dem Ausgang OUT der integrierten Schaltung IS verbundenen Leitungen gelegt werden. Mittels der darge- stellten Testschaltungen innerhalb der Testeinheit TE kann durch entsprechende Auswertung der gemessenen Spannungen und Ströme ermittelt werden, ob beispielsweise ein Kurzschluss gegen Masse oder das Versorgungspotential des Drain- oder des

Sourceanschlusses des als MOSFET ausgebildeten Schaltelements SE oder eine Leitungsunterbrechung am Ausgang OUT vorliegen.

Die Ansteuerung der Testeinheit TE erfolgt über eine Steuerung, die ihrerseits über eine nicht dargestellte Schnittstelle über einen externen Mikroprozessor angesteuert werden kann. Mittels der Steuereinheit ST kann festgelegt werden, in welcher Reihenfolge zu welchen Zeiten welche Spannungen und welche Ströme an die Anschlüsse des Schaltelements SE angelegt werden können und in welcher Art und Weise diese ausgewertet werden. Wird beispielsweise bei ausgeschaltetem Schaltelement SE über die Spannungsguelle SPQ eine Spannung an den Ausgang OUT gelegt, so würde bei intakter Leitung aus dem ersten Versorgungspotential V _DD ein Strom durch die Leuchtdiode LED fließen, was trotz ausgeschaltetem Element SE zu einem zumindest schwachen Aufleuchten der Leuchtdiode LED führen könnte. Dies kann bei bestimmten Anwendungen insbesondere in einem Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs störend sein, da ein Fahrer hierdurch irritiert sein könnte. In erfindungsgemäßer Weise ist deshalb in der integrierten

Schaltung ein Speicher SP vorgesehen, der mit der Steuereinheit ST verbunden ist und in den über einen Eingang IN der integrierten Schaltung IS eine Information, die beispielsweise von einem Mikroprozessor kommt, eingeschrieben werden kann. Diese In- formation beinhaltet, welche Art von Last - beispielsweise eine Leuchtdiode LED - an den Ausgang OUT der integrierten Schaltung IS angeschlossen ist und welche Tests in welcher Abfolge bzw. zu welchen Zeitpunkten entsprechend durchgeführt werden sollen. So ist es aufgrund der für eine angeschlossene Leuchtdiode LED beschriebenen Problems möglich und sinnvoll, aufgrund der in den Speicher SP eingeschriebenen Information die Steuereinheit ST zu veranlassen, die Testeinheit TE derart anzusteuern, dass ein Leitungsbruchtest nur durchgeführt wird, wenn ein Leuchten der Leuchtdiode LED nicht stört, also beispielsweise beim Anlassen eines Fahrzeugs, wenn also alle Warnleuchten am Fahrzeugs aufgrund eines Testbetriebs aufleuchten. Alle anderen Tests können standardmäßig durchgeführt werden.

Die Information im Speicher SP kann entweder fest eingeschrieben werden oder aber bei jeder Inbetriebnahme durch den Mikroprozessor neu eingeschrieben werden. Auf diese Weise ist es möglich, Anpassungen vorzunehmen, insbesondere die Verwendung des oder der Ausgänge für verschiedene Lasten variabel zu gestalten .

Die integrierte Schaltung IS weist des Weiteren eine Anzahl weiterer Eingänge INI bis INn auf, über die beispielsweise die Steuereinheit ST von außen angesteuert werden kann oder auch der Steueranschluss des Schaltelements SE, im dargestellten Beispiel der Gateanschluss des n-Kanal MOSFETs, von außen, beispielsweise vom Mikroprozessor entsprechend angesteuert werden kann, um die Last zu betreiben.