In integrierten Schaltungen (IC), die Leistungsschaltelemente wie etwa Leistungstransistoren und dergleichen, enthalten, können bei Betrieb des Leistungsschaltelements relativ hohe Temperaturen entstehen, die bei einer lang dauernden Ansteue- rung des Leistungsschaltelements in ungünstigen Fällen sogar die thermische Belastungsgrenze des Leistungsschaltelements und/oder benachbarter Schaltungselemente erreichen oder über- schreiten können. Diese Probleme können sich noch verschärft stellen, wenn mehrere Leistungsschaltelemente in einer inte- grierten Schaltung ausgebildet sind. Beispielsweise ist in Zündkreis-ICs für Insassenschutzsysteme für Kraftfahrzeuge eine zunehmend größere Anzahl von Zündkreisen auf einem IC, zum Beispiel einem ASIC, unterzubringen. Die Zündkreise kön- nen zum Beispiel zur Zündung von mehrstufigen Airbags, die zeitabhängig in Anpassung an die zeitabhängige Vorverlagerung des Insassen ihre einzelnen Stufen zünden sollen, oder zum Zünden zusätzlicher Insassenschutzmittel wie beispielsweise eines Kopf-Airbags dienen und enthalten jeweils mindestens ein Leistungsschaltelement, zum Beispiel in Form eines steu-

erbaren Leistungstransistors, der mit dem Zündelement (Zündpille) des Insassenschutzmittels in Reihe geschaltet ist. Alternativ kann das Zündelement zwischen steuerbaren Leistungstransistoren angeordnet sein. Die Leistungstransi- storen sind hierbei an Klemmen der Energieversorgung des Kraftfahrzeugs angeschlossen. Dabei sollen einzelne Zündkrei- se auch zeitversetzt gezündet werden können, was beispiels- weise für Zündkreise mehrstufiger Airbags erforderlich ist.

In ungünstigen Fällen besteht aber die Gefahr, daß die auf- tretende Temperaturerhöhung Werte erreicht, durch die das Leistungsschaltelement und/oder benachbarte Schaltungselement oder im schlechtesten Fall der gesamte integrierte Schalt- kreis zerstört wird, so daß ein nachfolgendes Zünden anderer Zündkreise dieses Zündkreis-ICs nicht mehr möglich ist. Wenn beispielsweise im erstgezündeten Zündkreis nach dessen Zün- dung ein Kurzschluß auftreten sollte, kann der hierbei auf- tretende Kurzschlußstrom zu einer solchen übermäßigen Tempe- raturerhöhung führen.

Aber auch allgemein kann beim Betrieb von Leistungsschaltele- menten in integrierten Schaltungen bei ungünstigen, aber noch als normal einzustufenden Betriebsbedingungen eine gefährli- che Temperaturerhöhung aufgrund der im Leistungsschaltelement erzeugten Wärme auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schutz von Schaltungskomponenten einer integrierten, minde- stens ein Leistungsschaltelement und weitere Schaltungsele- mente enthaltenden Schaltung gegen zu hohe Betriebstemperatu- ren zu schaffen, bei dem die Gefahr von temperaturbedingten Beschädigungen des Leistungsschaltelementes und/oder anderer Schaltungskomponenten verringert ist.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 genannten Maß- nahmen gelöst.

Weiterhin wird mit der Erfindung gemäß Patentanspruch 2 eine Schutzschaltung für eine integrierte Schaltung geschaffen, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren geeignet ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un- teransprüchen angegeben.

Bei der Erfindung wird somit die Temperatur der integrierten Schaltung an zwei unterschiedlichen Positionen ermittelt und der Betrieb des Leistungsschaltelements in Abhängigkeit von den gemessenen Temperaturwerten gesteuert. Eine der Tempera- turmeßstellen liegt im Zentrum, das heißt im Kern des Lei- stungsschaltelements, während die andere Meßstelle an einer hiervon entfernten Position im Bereich von anderen, zum Bei- spiel temperaturempfindlicheren Schaltungselementen der inte- grierten Schaltung liegt. Bei Erreichen des für den Lei- stungsschaltelement-Kern vorgegebenen, zulässigen kritischen Temperaturwerts von zum Beispiel 280° C wird das Leistungs- schaltelement, z. B. der Transistor, zwangsweise abgeschaltet, so daß in ihm keine weitere Wärmeerzeugung mehr erfolgt und eine temperaturbedingte Zerstörung des Leistungsschaltele- ments verhindert wird. Diese kritische Temperatur ist zur Er- zielung möglichst guter Leistungsausnutzung hoch angesetzt.

Der vorgegebene, zulässige Temperaturgrenzwert für die be- nachbarten Schaltungselemente, insbesondere die Schaltungse- lemente im Bereich der zweiten Temperaturmeßstelle, kann gleich hoch oder sogar noch höher liegen als die kritische Temperatur des Leistungsschaltelements, ist in der Regel aber niedriger. Für diesen Bereich ist daher in der Regel ein niedrigerer zulässiger Temperaturschwellwert vorgesehen. Das

Leistungsschaltelement wird daher erfindungsgemäß so gesteu- ert, daß es bei Erreichen seiner maximal zulässigen Kerntem- peratur abgeschaltet und erst dann wieder zugeschaltet wird, wenn sowohl die Temperatur des Leistungsschaltelements unter die kritische Temperatur abgesunken ist als auch die an der zweiten Temperaturmeßstelle gemessene Temperatur unterhalb des für diese Stelle vorgegebenen zulässigen Temperaturgrenz- werts liegt. Der Temperaturgrenzwert für die zweite Tempera- turmeßstelle, das heißt für die zum Leistungsschaltelement benachbarten Schaltungselemente, kann gegebenenfalls deutlich geringer als die zulässige Leistungsschaltelement- Kerntemperatur sein und zum Beispiel bei 150° C liegen.

Mit der Erfindung ist es somit möglich, Leistungsschaltele- mente, zum Beispiel Leistungstransistoren auf komplexen ICs, effizient zu betreiben, ohne daß die maximal zulässige Tempe- ratur des Leistungsschaltelements und der Schaltungen in der Transistorumgebung überschritten wird.

Wenn im Gegensatz hierzu nur ein einziger Temperatursensor im Transistorkern des Leistungstransistors, zum Beispiel eines Zündkreises, vorgesehen wåre, könnte zwar durch gezielte Ab- schaltung des Leistungstransistor-Betriebs bei Erreichen sei- ner kritischen Temperatur eine Transistorzerstörung verhin- dert werden. Jedoch ist hiermit nicht gewährleistet, daß die umgebenden, gegebenenfalls temperaturempfindlicheren Schal- tungselemente nicht doch übermäßig temperaturbelastet werden.

Wenn andererseits nur ein Temperatursensor im Randbereich des Leistungsschaltelements mit niedrigerer kritischer Temperatur von zum Beispiel 150° C vorgesehen wird und das Leistungs- schaltelement dann abgeschaltet wird, wenn dieser Temperatur- sensor das. Erreichen der niedrigeren kritischen Temperatur signalisiert, kann wegen der zur Temperaturausbreitung von dem Transistorkern zu dem Randbereich benötigten Zeit das

Problem auftreten, daß das Leistungsschaltelement schon auf- grund Überhitzung seines Kerns zerstört ist, bevor der Umge- bungsbereich den kritischen Temperaturwert erreicht.

Mit der vorliegenden Erfindung werden die vorstehend angege- benen Nachteile beseitigt, da das Leistungsschaltelement dann abgeschaltet wird, wenn seine Kerntemperatur oder die Tempe- ratur der Umgebungsschaltung ihren jeweiligen kritischen Wert erreicht. Der Strom durch das Leistungsschaltelement wird nur dann wieder eingeschaltet, wenn sowohl die Transistortempera- tur als auch die Umgebungsschaltungstemperatur unter den je- weiligen kritischen Wert abgesunken ist. Liegt die Umge- bungstemperatur bei Überschreiten der maximal zulässigen Kerntemperatur des Leistungsschaltelements noch unterhalb des zulässigen Werts, wird das Leistungsschaltelement in Abhän- gigkeit von seiner Kerntemperatur wiederholt aus-und einge- schaltet, so daß sich ein thermischer Toggle-Betrieb ergibt, bis auch die Temperatur in der Transistorumgebung den kriti- schen Temperaturschwellwert erreicht hat.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für Zündkreis-ICs für Insassenschutzsysteme für Kraftfahrzeuge, ist aber auch all- gemein bei allen anderen Arten von integrierten Schaltungen mit Leistungsschaltelement und weiteren integrierten Schal- tungskomponenten einsetzbar.

In bevorzugter Ausführungsform ist das Schaltelement zur Steuerung des Leistungstransistors mit einem Flip-Flop verse- hen, dem die beiden Temperatursensor-Ausgangssignale als bi- näre Signale zugeführt werden. Durch ein einziges Schaltele- ment läßt sich somit die gegenseitige logische Verknüpfung der beiden. Temperatursensorsignale erreichen, wobei eines der Temperatursensorsignale an den Setz-oder Dateneingang des

Flip-Flops und das andere an dessen Rücksetzanschluß anlegbar ist.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist die Schutzschaltung direkt in die integrierte Schaltung integriert, so daß keine externe Beschaltung notwendig ist. Die Schutzschaltung kann daher bei der Herstellung des ICs in einfacher Weise ausgebildet wer- den, so daß der zusätzliche Raumbedarf und Verdrahtungsauf- wand minimal ist.

Die Temperatursensoren enthalten vorzugsweise jeweils eine Diode und eine hiermit in Reihe geschaltete Konstantstrom- quelle. Dies ermöglicht einen integrierten Aufbau dieser Kom- ponenten, wobei die an der Diode abfallende Durchlaßspannung ein direktes Maß für die Diodentemperatur und damit für die Temperatur der integrierten Schaltung am Diodenort darstellt.

Die Durchlaßspannung nimmt bei konstant gehaltenem Strom li- near zum Beispiel mit-2 mV je Grad Kelvin ab. Die tempera- turabhängige Diodenspannung wird vorzugsweise an einen Ver- gleicher angelegt, der sie mit einer einer festen, der Di- odenspannung bei der Abschalttemperatur (Temperaturschwellwert) entsprechenden Referenzspannung ver- gleicht und an seinem Ausgang ein binares Signal erzeugt, dessen beide Signalpegel die Zustände"Temperatur akzeptabel" bzw."Temperatur zu hoch"signalisieren.

Vorzugsweise ist ein logisches Glied, insbesondere ein UND- Glied, vorgesehen, dem einerseits das Ausgangssignal eines der beiden Temperatursensoren und andererseits das von einem Steuergerät zur Steuerung des Leistungsschaltelements erzeug- te Gate-Treibersignal zugeführt werden und das ausgangsseitig mit einem Daten-oder. Setz-Eingang des insbesondere als Flip- Flop ausgebildeten Schaltglieds verbunden ist, dessen Ausgang wiederum mit dem Gate des Leistungsschaltelements gekoppelt

ist. Hierdurch läßt sich eine Zwangs-Deaktivierung des Lei- stungsschaltelements selbst dann, wenn das Steuergerat ei- gentlich die Einschaltung des Leistungsschaltelements be- fiehlt, in schaltungstechnisch einfacher Weise erreichen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei- spiels der Schutzschaltung unter Bezugnahme auf die einzige Zeichnung näher erläutert.

Die in Fig. 1 gezeigte Schutzschaltung enthält eine Reihen- schaltung aus einer Konstantstromquelle 2 und einer in Durch- laßrichtung geschalteten Diode 4, die zwischen die Versor- gungsspannung 1 (Potential VDD) und Massepotential 5 geschal- tet sind. Die Diode 4 ist in dem nicht dargestellten IC (integrierte Schaltung) an einer von einem Leistungstransi- stor 19 entfernten Position ausgebildet und dient zur Erfas- sung der Substrattemperatur in diesem Bereich. Die Diode 4 ermittelt somit die mittlere Temperatur des IC-Bausteins, der insbesondere als ASIC ausgebildet ist. Die am Verbindungs- punkt 3 zwischen der Konstantstromquelle 2 und der Diode 4 auftretende Spannung verändert sich temperaturabhängig und wird bei zunehmender Temperatur kleiner. Diese Spannung wird an den invertierenden Eingang eines Vergleichers 7 angelegt, dessen nicht invertierender Eingang mit einer Leitung 6 ver- bunden ist, der eine feste Referenzspannung t2 eingepragt ist. Die Referenzspannung t2 entspricht dem Spannungswert, der am Verbindungspunkt 3 bei der für diesen IC-Bereich maxi- mal zulässigen Temperatur auftritt. Wenn die Temperatur im Bereich der Diode 4 somit den kritischen Temperaturgrenzwert erreicht oder überschreitet, wechselt das Ausgangssignal des Vergleichers 7 von bislang niedrigem auf hohen Pegel.

Der Ausgang. des Vergleichers 7 ist mit dem Rücksetzeingang eines Schaltglieds in Form eines Flip-Flops 11 verbunden.

Die erfindungsgemäße Schutzschaltung enthält einen weiteren Temperatursensor, der gleichartig aufgebaut ist wie der vor- stehend beschriebene Temperatursensor und eine Diode 17 ent- hält, die mit einer Konstantstromquelle 15 in Reihe zwischen die Versorgungsgleichspannung VDD und Massepotential geschal- tet ist. Die Diode 17 ist im Zentrum, das heißt im Kern, des als Leistungsschaltelement dienenden Leistungstransistors 19 ausgebildet und erfaßt somit die Temperatur des Transistor- kerns. Der Verbindungspunkt 16 zwischen der Konstantstrom- quelle 15 und der Diode 17 ist mit dem nicht invertierenden Eingang eines Vergleichers 13 verbunden, an dessen anderen, invertierenden Eingang eine Leitung 14 angeschlossen ist, der eine feste Referenzspannung ti eingeprägt ist. Die Referenz- spannung t, entspricht der Durchlaßspannung der Diode 17 bei der kritischen Leistungstransistor-Temperatur von beispiels- weise 280° C. Wenn die Temperatur im Transistorkern somit die kritische Temperatur erreicht oder überschreitet, wechselt das auf einer Leitung 12 auftretende Ausgangssignal des Ver- gleichers 13 von bislang hohem auf niedrigen Pegel.

Die Leitung 12 ist mit einem Eingang eines logischen Glieds, vorzugsweise in Form eines UND-Glieds 10, verbunden. Der zweite Eingang des UND-Glieds 10 ist mit einer Leitung 8 ver- bunden, über die von einem nicht dargestellten Steuergerät, insbesondere einem Insassenschutzsystem-Steuergerät, das Steuersignal für den Leistungstransistor 19 zugeführt wird.

Der Ausgang des UND-Glieds ist mit dem D-Eingang des bei die- sem Ausführungsbeispiel als D-Flip-Flop ausgebildeten Flip- Flops 11 verbunden. An den Takteingang Cl des D-Flip-Flops 11 wird über eine Leitung 9 ein Taktsignal zugeführt, wobei das Flip-Flop 11 in bekannter Weise an seinem Ausgang Q den am D- Eingang anliegenden Wert bei einem jeweiligen Taktsignal übernimmt. Der Ausgang Q ist mit dem Gate des Leistungstran-

sistors 19 verbunden, der bei diesem Ausführungsbeispiel als Anreicherungs-MOSFET mit n-Kanal ausgebildet ist. Der Lei- stungstransistor 19 ist mit einer Last 18 verbunden, die zum Beispiel eine Zündpille eines Airbagsystems sein kann. Der Leistungstransistor 19 kann auch als gemeinsames Leistungs- schaltelement zur Steuerung mehrerer Lasten 18, zum Beispiel mehrerer Zündkreise dienen. Der Leistungstransistor 19 ist in dem gleichen IC wie die Schutzschaltungskomponenten 2 bis 4 und 6 bis 17 ausgebildet, wobei der IC auch noch weitere Kom- ponenten, zum Beispiel weitere Zündkreise, Leistungstransi- storen, Temperatursensoren usw., enthalten kann.

Die erfindungsgemäße Schutzschaltung arbeitet wie folgt : So- lange die Temperaturen der Dioden 4 und 17 unterhalb der je- weils zulässigen Temperaturschwellwerte liegen, wird der Lei- stungstransistor 19 entsprechend dem Steuersignal auf der Leitung 8 gesteuert, wobei das Flip-Flop 11 eine Zwischen- speicherung bewirkt. Wenn die Temperatur des Leistungstransi- stors 19 den kritischen Wert erreicht oder überschreitet, wechselt das Ausgangssignal des Vergleichers 13 auf negativen Pegel, so daß das UND-Glied 10 durch diesen negativen Pegel gesperrt wird, unabhängig von dem jeweiligen Pegel des Steu- ersignals auf der Leitung 8. Das Flip-Flop 11 schaltet damit über seinen Ausgang Q den Leistungstransistor 19 ab. Liegt die Temperatur bei der Diode 4, das heißt die Temperatur der Umgebungsschaltung des Leistungstransistors 19, noch unter der hier zulässigen Temperaturschwelle, wird das Flip-Flop 11 nach Absinken der Leistungstransistor-Temperatur und noch an- liegendem Steuersignal auf der Leitung 8 wieder gesetzt, so daß der Leistungstransistor 19 wieder eingeschaltet wird und sich wieder aufheizt. Hierdurch ergibt sich eine zyklische Aus-und Einschaltung. Wenn sich hierdurch die Temperatur der Umgebungsschaltung, das heißt die Temperatur im Bereich der Diode 4, erhöht und den dort zulässigen Temperaturschwellwert (zum Beispiel 150° C) überschreitet, wechselt das Ausgangs-

signal des Vergleichers 7 seinen Pegel, so daß der Rücksetz- anschluß des Flip-Flops 11 aktiviert wird. Der Leistungstran- sistor 19 bleibt dann solange ausgeschaltet, bis sowohl seine Kerntemperatur als auch die Temperatur der Umgebungsschaltung unter den jeweils vorgegebenen Temperaturgrenzwert abgesunken sind.

Das Flip-Flop kann alternativ auch in die Leitung 12 so ein- gefügt werden, daß sein Eingang D mit dem Ausgang des Ver- gleichers 13 und sein Ausgang Q mit einem Eingang des UND- Glieds 10 verbunden ist. Die Belegung der Anschlüsse"Cl"und "R"bleibt unverändert. Der Ausgang des UND-Glieds 10 ist dann direkt mit dem Gate des Leistungstransistors 19 verbun- den.

Die Schaltung kann auch so ausgebildet sein, daß bei Über- schreiten der Temperatur des Transistorkerns des Leistungs- schalters 19 ein D-Flip-Flop oder RS-Flip-Flop gesetzt wird und dessen Ausgang dann den Strom durch den Leistungstransi- stor 19 abschaltet. Der Rücksetzanschluß des Flip-Flops kann so mit dem Vergleicher 7 verschaltet sein, daß das Flip-Flop wieder rückgesetzt wird, wenn der Temperaturgrenzwert im Be- reich des Temperatursensors 4 wieder unterschritten wird, und der Strom durch den Leistungstransistor somit wieder einge- schaltet wird (vorausgesetzt, daß das auf der Leitung 8 an- liegende Steuersignal eine Transistoreinschaltung befiehlt).

Wenn die Umgebungstemperatur im Bereich des Temperatursensors 4 aber noch unterhalb der dort zulässigen Temperatur liegen sollte, ergibt sich ein thermischer Toggle-Betrieb aufgrund des dauernden Setzens und Rücksetzens des Flip-Flops, bis die Temperatur auch in der Transistorumgebung im Bereich der Di- ode 4 überschritten ist und das Flip-Flop somit bis zum Un- terschreiten des dort maximal zulässigen Temperaturgrenzwerts nicht mehr rückgesetzt wird.

Das Ausgangssignal des Vergleichers 7 kann nach Invertierung (oder durch Vertauschung der Eingangsbelegung des Verglei- chers 7) auch einem dritten Eingang des UND-Glieds 10 zuge- führt werden, wobei der Ausgang des UND-Glieds dann direkt mit dem Gate des Leistungstransistors 19 verbunden werden kann. Das Flip-Flop 11 kann in diesem Fall entfallen.