用于识别非切换半导体开关的系统和方法与流程

1.本发明总体上涉及从并联连接的半导体开关中识别非切换半导体开关。具体地，本发明涉及一种用于从至少两个并联连接的半导体开关中识别非切换半导体开关的系统和方法。


背景技术：

2.在电子配电器中，尤其是对功能安全性要求高的电子配电器中，尽可能随时了解所用功率半导体的健康状态(gesundheitszustand，也常表示为state of health(soh))是特别重要的。为此，知道用作开关的功率半导体是否在操作期间在所有情况下能够可靠地切换，尤其是断开，是重要的。如果这不可能，则唯一的可能是将第二功率半导体与功率半导体串联连接。然而，这增加了成本、空间需求和通道的功率损耗。此外，第二功率半导体的串联连接仅在统计学上降低了故障概率。只有通过关断半导体，才可能对半导体的成功切换操作进行实际检查和/或诊断。
3.de 43 01 605 c1公开了一种用于监测功率电子电路中可控功率半导体部件的接通和关断的方法和组件。在用于接通功率半导体部件的控制信号的情况下，计数信号由提供给栅电极的信号的电平变化形成，并且在功率半导体部件的切换期间在输出电极处的电平发生变化。计数信号在第一计数器中累加并且和与功率半导体部件的无故障操作相关联的预定计数值相比较。当计数信号的总和与预定计数值之间存在差异时，会发出故障信号。
4.这种方法和相关联的组件是不利的，至少因为它们仅在连续切换开关的情况下起作用。在静态操作中，系统不能直接诊断故障。因此，de 43 01 605c1的方法和组件尤其在静态操作中对于识别故障是不够可靠的。


技术实现要素：

5.因此，需要可靠且准确地识别非切换半导体开关。尤其是在不必关断相关联负载的情况下进行识别是可能的。
6.根据本发明的第一方面，提供了一种用于识别非切换半导体开关的系统。该系统具有第一获取部件、第二获取部件和确定单元。第一获取部件被配置为获取借助于第一控制信号控制的第一半导体开关的电变量的曲线。第二获取部件被配置为获取第二半导体开关的电变量的曲线，该第二半导体开关借助于第二控制信号控制并且与第一半导体开关并联连接。确定单元被配置为基于第一半导体开关的电变量的曲线和第二半导体开关的电变量的曲线来确定输出信号，该输出信号允许/使能识别第一半导体开关和/或第二半导体开关的非切换半导体开关。
7.换言之，确定单元被配置为使用第一半导体开关的电变量的(随时间的)曲线和第二半导体开关的电变量的(随时间的)曲线作为用于确定输出信号的基础，该输出信号允许/使能识别第一半导体开关和/或第二半导体开关的切换中的故障。因此，用于识别非切换半导体开关的系统也可被称为用于识别半导体开关的切换中的故障的系统。可例如，通
过考虑确定的输出信号或从确定的输出信号导出的信号来手动识别故障。可选地，可通过识别部件基于确定的输出信号或从确定的输出信号导出的信号以自动方式识别故障。
8.电变量可以是电流、电压、电阻和/或电功率。该曲线尤其是随着时间变化的曲线。
9.第一半导体开关可呈现已被断开/断开开关状态和闭合开关状态。第一半导体开关可借助于第一控制信号从断开开关状态转换到闭合开关状态，反之亦然。第二半导体开关可呈现已被断开/断开开关状态和闭合开关状态。第二半导体开关可借助于第二控制信号从断开开关状态转换到闭合开关状态，反之亦然。
10.第一半导体开关和/或第二半导体开关可以是系统的一部分，或者作为被认为与系统分离的部件，可由系统监控。换言之，系统可具有第一半导体开关和/或第二半导体开关，或者可将第一和/或第二半导体开关作为外部单元进行监控。
11.尽管本文提及了第一半导体开关和第二半导体开关，但是本发明不限于从恰好两个并联连接的半导体开关中识别非切换半导体开关。例如，可并联连接三个或超过三个的半导体开关。换言之，根据本发明的第一方面，提供了一种用于从至少两个并联连接的半导体开关中识别非切换半导体开关的系统。
12.例如，第一半导体开关、第二半导体开关和至少一个第三半导体开关可彼此并联连接。在这种情况下，系统可从第一半导体开关、第二半导体开关和至少一个第三半导体开关中识别出非切换半导体开关。第一半导体开关和/或第二半导体开关和/或至少一个第三半导体开关可以是系统的一部分，或者作为被视为与系统分离的部件，可由系统监控。换言之，该系统可具有第一半导体开关和/或第二半导体开关和/或至少一个第三半导体开关，或者可将第一半导体开关和/或第二半导体开关和/或至少一个第三半导体开关作为外部单元进行监测。
13.如果第一半导体开关和/或第二半导体开关不再从断开状态转换到闭合状态，则可借助于至少一个第三半导体开关确保紧急操作。若没有至少一个第三半导体开关，在上述情况下，负载将被关断至少短时间。
14.该系统可以是配电系统的一部分，诸如例如在功能安全和/或可靠性方面具有高要求的配电系统的一部分。通常在配电系统中，特别是在具有高安全要求的配电系统中，重要的是能够识别和/或验证，尤其是在操作期间不对负载产生不利影响的情况下识别和/或验证所使用的半导体开关的功能，该负载优选地连接到半导体开关的下游。
15.第一获取部件可具有第一测量放大器或配置为第一测量放大器。例如，第一测量放大器可被配置为将通过与第一半导体开关串联连接的第一电流感测电阻器的电流的曲线确定为第一半导体开关的电变量的曲线。例如，第一测量放大器可被配置为电压测量装置，用于将与第一半导体开关串联连接的第一电流感测电阻器两端的电压降的曲线确定为第一半导体开关的电变量的曲线。可从该电压基于已知电阻值推导出通过第一电流感测电阻器的电流。例如，如果电流被确定为电变量或从电压导出，则由于串联连接，通过第一电流感测电阻器的电流对应于通过第一半导体开关的电流，例如如果第一半导体开关被配置为场效应晶体管，则对应于通过第一半导体开关的漏极电流。
16.第二获取部件可具有第二测量放大器或者配置为第二测量放大器。例如，第二测量放大器可被配置为将通过与第二半导体开关串联连接的第二电流感测电阻器的电流的曲线确定为第二半导体开关的电变量的曲线。例如，第二测量放大器可被配置为电压测量
装置，其用于将与第二半导体串联连接的第二电流感测电阻器两端的电压降的曲线确定为第二半导体开关的电变量的曲线。可基于已知的电阻值从该电压推导出通过第二电流感测电阻器的电流。例如，如果电流被确定为电变量或从电压导出，则由于串联连接，通过第二电流感测电阻器的电流对应于通过第二半导体开关的电流，例如如果第二半导体开关被配置为场效应晶体管，则对应于通过第二半导体开关的漏极电流。
17.第一电流感测电阻器和/或第二电流感测电阻器可配置为分流器或者可具有分流器。因此，第一电流感测电阻器和/或第二电流感测电阻器可配置为低欧姆电测量电阻器，例如配备有单独的电流和电压端子，或者可具有这样的测量电阻器。借助于例如与分流器并联连接的电压测量装置，作为第一测量放大器和/或第二测量放大器的示例，可导出在大多数情况下小到可忽略不计的电流。
18.由确定单元确定的输出信号可允许/使能识别第一半导体开关从闭合开关状态到断开开关状态的切换中的故障。附加地或替代地，由确定单元确定的输出信号可允许/使能识别第二半导体开关从闭合开关状态到断开开关状态的切换中的故障。换言之，可从由确定单元确定的输出信号导出第一半导体开关和/或第二半导体开关是否能够(正确地)从闭合开关状态转换为断开开关状态。
19.此外，由确定单元确定的输出信号可允许/使能识别第一半导体开关从断开开关状态到闭合开关状态的切换中的故障。附加地或替代地，由确定单元确定的输出信号可允许/使能识别第二半导体开关从断开开关状态到闭合开关状态的切换中的故障。换言之，可从由确定单元确定的输出信号中导出第一半导体开关和/或第二半导体开关是否能够(正确地)从断开开关状态转换为闭合开关状态。
20.该系统还可具有识别部件。识别部件可被配置为基于输出信号识别第一半导体开关的切换中的故障。附加地或替代地，识别部件可被配置为基于输出信号识别第二半导体开关的切换中的故障。
21.该系统还可具有时间延迟元件，本文中也简称为延迟元件。延迟元件可被配置为通过将输出信号与接通延迟相结合来确定故障信号。在延迟元件的帮助下，如果不能完全避免，至少可减少由信号过渡时间(或者称为信号持续时间，signallaufzeit)和开关延迟引起的故障诊断。
22.确定单元可具有第一比较部件和第二比较部件。第一比较部件可被配置为确定第一半导体开关的电变量与参考值或参考值曲线相比的第一比较曲线。比较曲线可例如通过将第一半导体开关的电变量的曲线与从第一半导体开关的电变量的曲线和第二半导体开关的电变量的曲线得到的平均值的曲线进行比较来确定。第二比较部件可被配置为确定第二半导体开关的电变量与参考值或参考值曲线相比的第二比较曲线。例如，可通过将第二半导体开关的电变量的曲线与从第一半导体开关的电变量的曲线和第二半导体开关的电变量的曲线得到的平均值的曲线进行比较来确定第二比较曲线。
23.第一比较部件可具有比较器。或者，第一比较部件可配置为比较器。第二比较部件可具有比较器。或者，第二比较部件可配置为比较器。比较器也可被称为运算放大器。
24.确定单元可具有第一逻辑部件、第二逻辑部件和第三逻辑部件。第一逻辑部件可被配置为通过将第一比较曲线与第一控制信号组合来确定第一逻辑信号。第二逻辑部件可被配置为通过将第二比较曲线与第二控制信号组合来确定第二逻辑信号。第三逻辑部件可
被配置为通过将第一逻辑信号和第二逻辑信号组合来确定输出信号。
25.第一逻辑部件可配置为异或门(exklusiv-oder-gatter，xor-gatter)。附加地或替代地，第二逻辑部件可配置为异或门。附加地或替代地，第三逻辑部件可配置为或门(oder-gatter)。
26.该系统可具有相位发生器。相位发生器可被配置为产生第一控制信号。附加地或替代地，相位发生器可被配置为产生第二控制信号。结果，相位发生器可被配置为确保并联连接的半导体开关(即第一半导体开关和第二半导体开关中的一个以及可选地至少一个另外的半导体开关)中的至少一个被接通。
27.第一半导体开关可配置为功率半导体/功率半导体开关。附加地或替代地，第二半导体开关可配置为功率半导体/功率半导体开关。该系统可被嵌入到完整系统的配电器中，例如可以是完整系统的配电器的一部分。该完整系统可具有电流源(电源)和至少一个用电器。配电器可位于电流源和至少一个用电器之间。配电器可将电流源提供的电流分配给至少一个用电器。第一半导体开关和/或第二半导体开关可布置在配电器中，以便使至少一个用电器接通(连接到电流源)或断开(与电流源断开连接)。
28.根据本发明的第二方面，提供了一种用于识别非切换半导体开关的方法。该方法包括获取借助于第一控制信号控制的第一半导体开关的电变量的曲线。该方法还包括获取第二半导体开关的电变量的曲线，该第二半导体开关借助于第二控制信号控制并与第一半导体开关并联连接。该方法还包括基于第一半导体开关的电变量的曲线和第二半导体开关的电变量的曲线确定输出信号。输出信号允许/使能识别第一半导体开关和/或第二半导体开关的非切换半导体开关(来自第一半导体开关和/或第二半导体开关的非切换半导体开关)。换言之，输出信号允许/使能识别第一半导体开关和/或第二半导体开关的切换中的故障。换言之，可从输出信号中导出第一半导体开关和/或第二半导体开关的切换中的故障。例如，可以以自动方式或手动方式从输出信号中导出故障。
附图说明
29.将参考附图进一步解释本公开。这些图示意性地显示：
30.图1：具有电流源、配电器和用电器的完整系统；
31.图2：图1中配电器的可能配置；
32.图3：根据示例性实施例的开关系统的可能配置，该开关系统可用于图2的配电器中；和
33.图4a、b：用于图3的系统中的电变量的示例性信号曲线。
具体实施方式
34.在下文中阐述具体细节，以便提供对本公开的完整理解，但不限于此。然而，本领域技术人员将清楚，本公开可用于可能与下文阐述的细节不同的其他示例性实施例。例如，在下文中描述系统的具体配置和形式，但不被认为是限制性的。
35.图1示意性地显示了配电系统，其具有电流源10、配电器20和用电器40。电流源10具有一个正极端子12和一个负极端子14。配电器20在输入侧上具有正极端子22和负极端子26。配电器20还在输出侧上具有正极端子24。配电器20具有开关系统30，用电器40可通过该
开关系统30接通和关断。开关系统30具有控制器28。控制器28可以是更高级别的控制器。用电器40具有正极端子42和负极端子44。
36.电流源10的负极端子14、配电器20的负极端子26和用电器40的负极端子44各自连接到大地/地50。电流源10、配电器20和用电器40因此具有相同的参考电位，在本例中例如大地/地50。
37.电流源10经由其正极端子12连接到配电器20的输入侧的正极端子22。配电器20在输出侧经由其输出侧上的正极端子24连接到用电器40。虽然，作为示例，仅示出了一个用电器40，但多个用电器40因此可例如经由在图1中未示出且在配电器20的输出侧上的另外的正极端子连接到配电器20。开关系统30被配置为接通和关断用电器40。在存在多个用电器的情况下，系统对应地配置为接通和关断多个用电器中的每一个。为此目的，可提供一个或多个这样的开关系统。如果无法关断，则开关系统30向控制器28提供相应的故障消息。配电系统尤其可以是在安全性方面(和/或在可靠性方面)具有高要求的配电系统。在这样的系统中，能够验证所使用的开关的功能性(用于接通和关断用电器40)更为重要。
38.图2示出了来自图1的配电器20的示例性配置。配电器20在输入侧具有正极端子22。配电器20还在输出侧具有正极端子24。配电器还具有控制器28。为了简单起见，图1中的配电器的负极端子未在图2中示出。在图2中，示出了来自图1的开关系统30的示例性配置。根据该示例，开关系统30具有相位发生器32、第一半导体开关34a、第二半导体开关34b和比较器38。第一半导体开关34a和第二半导体开关34b用于接通和关断用电器40。尤其要监控关断功能的可靠性。第一半导体开关34a和第二半导体开关34b彼此并联连接。
39.相位发生器32例如分别借助所产生的控制信号来控制第一半导体开关34a和第二半导体开关34b。第一获取部件可获取借助于第一控制信号控制的第一半导体开关34a的电变量的曲线。第二获取部件可获取借助于第二控制信号控制的第二半导体开关34b的电变量的曲线。例如，电变量可以是电流或电压。第一获取部件和/或第二获取部件可以是例如在图2中提供的比较器38的一部分，也就是说，根据图2，比较器38可具有第一获取部件和/或第二获取部件。或者，第一获取部件和/或第二获取部件可以以与比较器38分离的装置的形式来配置和布置。
40.作为确定单元的示例，比较器38可基于第一半导体开关34a的电变量的曲线和第二半导体开关34b的电变量的曲线来确定输出信号。输出信号可允许/使能识别第一半导体开关34a和/或第二半导体开关34b的切换中的故障。换言之，第一半导体开关34a和第二半导体开关34b的所获取的输出信号可在比较器38中相互比较和评估。比较器38根据第一和第二半导体开关的输出信号产生比较信号作为输出信号。可从该比较信号推断出第一半导体开关34a和/或第二半导体开关34b是否实际如预期那样切换/进行切换，特别是否如预期那样关断/进行关断或是否能够如预期那样被关断。如果检测到切换中的故障，特别是断开故障，则例如通知控制器28。控制器28可以例如作为上级主体采取相应的措施，例如，将用电器40自身关断或者将其与配电器20断开或者将其转换到更安全的状态。
41.图3显示了开关系统30的具体配置，更准确地说是开关系统30的硬件实现形式的可能电路。开关系统30具有相位发生器32。相位发生器32被配置为生成第一控制信号v_相位1和第二控制信号v_相位2。第一控制信号v_相位1被输入到第一栅极驱动器62a。第二控制信号v_相位2被输入到第二栅极驱动器62b。第一栅极驱动器62a连接到第一半导体开关
34a的栅极端子，在图3的示例中，第一半导体开关34a为第一mosfet 34a的形式，且因此在下文中被称为第一mosfet 34a。第二栅极驱动器62b连接到第二半导体开关34b的栅极端子，第二半导体开关34b在图3的示例中为mosfet34b的形式并且因此被称为第二mosfet 34b。第一mosfet 34a的源极端子经由可变电阻器连接到地/大地，该可变电阻器在图3的电路中示出了来自图1的负载40并且因此同样由附图标记40表示。第二mosfet34b的源极端子经由可变电阻器接地/大地。第一mosfet 34a的漏极端子连接到第一电流感测电阻器64a。第一mosfet 34a和第一电流感测电阻器64a彼此串联连接。第二mosfet 34b的漏极端子连接到第二电流感测电阻器64b。第二mosfet 34b和第二电流感测电阻器64b彼此串联连接。经由接地的电压源10产生电流i1。电压源10在图3中由附图标记10表示，这是因为它可对应于图1的电流源10。
42.图3的第一测量放大器66a和第二测量放大器66b可被看作是(例如图2的)第一获取部件和第二获取部件的具体实现方式。第一测量放大器66a被配置为获取在第一电流感测电阻器64a处的电变量。例如，第一测量放大器66a可被配置为获取存在于第一电流感测电阻器64a处的电压。附加地或替代地，第一测量放大器66a可被配置为获取流过第一电流感测电阻器64a的电流。第二测量放大器66b被配置为获取在第二电流感测电阻器64b处的电变量。例如，第二测量放大器66b可被配置为获取存在于第二电流感测电阻器64b处的电压。附加地或替代地，第二测量放大器66b可被配置为获取流过第二电流感测电阻器64b的电流。
43.第一测量放大器66a和第二测量放大器66b将它们的获取/测量值输入到平均器68中。此外，电变量的由第一测量放大器66a测量的曲线被输入到第一比较器70a的正(非反相)输入端，第一比较器70a在下文中被称为运算放大器70a。此外，由第二测量放大器66b测量的电变量的曲线被输入到在下文中称为运算放大器70b的第二比较器70b的正(非反相)输入端。第一运算放大器70a的负(反相)输入和第二运算放大器70b的负(反相)输入两者均由平均器68馈送。
44.在图3所示的示例中，运算放大器70a、70b是以非反相运算放大器(非反相比较器)的形式。在这样的非反相运算放大器中，参考电压，即图3中的平均值，连接到运算放大器的反相输入端。输入信号，这里是来自测量放大器66a、66b的半导体开关34a、34b的电变量的相应曲线，在每种情况下都连接到运算放大器的非反相输入端。在非反相运算放大器中，如果输入电压小于参考电压，则输出数字0(低电平)作为输出。相反，如果输入电压等于或大于参考电压，则输出数字1(高电平)。或者，也可在图3中提供反相运算放大器。
45.第一运算放大器70a的输出连接到第一异或门72a。第一异或门72a因此接收第一运算放大器70a的输出信号v_comp1作为第一输入变量。第二运算放大器70b的输出连接到第二异或门72b。第二异或门72b因此接收第二运算放大器70b的输出信号v_comp2作为第一输入变量。第一异或门72a接收第一控制信号v_相位1作为第二输入变量。第二异或门72b接收第二控制信号v_相位2作为第二输入变量。第一异或门72a相应地执行第一运算放大器70a的输出(信号v_comp1)和第一控制信号v_相位1的异或运算。第二异或门72b相应地执行第二运算放大器70b的输出(信号v_comp2)和第二控制信号v_相位2的异或运算。
46.第一异或门72a的输出(信号v_输出1)和第二异或门72b的输出(信号v_输出2)作为输入变量输入到或门74。或门74的输出因此是第一异或门72a的输出和第二异或门72b的
输出的叠加。
47.第一mosfet 34a和/或第二mosfet 34b的切换中的问题或故障可从或门的输出信号(信号v_输出3)中推导出来。
48.可通过在或门74下游连接时延元件76来改进故障的识别。这可通过时延元件76排除所谓的尖峰(尖峰可被理解为短峰，即持续时间低于时间预定义时间阈值的峰)来实现。时延元件76导致只有持续时间高于预定义时间阈值的异常被识别为故障。由时延元件76输出的信号因此可被称为故障信号v_故障。换言之，时延元件76可被称为接通延迟，其结果是只有超过特定长度的故障信号被评估为有效的，即实际/有效的故障信号。
49.参考图3，图2中的比较器可例如由图3中的测量放大器66a、66b、平均器68、运算放大器70a、70b、异或门72a、72b以及或门74来实现。其中一个或多个上述部件被省略或替换和/或另外的部件被添加的替代实现方式是可能的。因此，图3仅被视为图2的开关系统的硬件实现方式的示例。
50.现在将参考来自图4a和4b的示例性信号曲线更详细地描述图3的配置的功能。在图4a和4b中，显示了在每种情况下随时间变化的信号曲线。在每种情况下纵坐标表示相应的电变量，例如电流或电压，且横坐标表示时间。横坐标被划分为多个区域(更确切地说是九个区域)，在此将其称为时间窗z1到z9。
51.在该示例中，两个mosfet 34a、34b配置为自锁n沟道mosfet。因此，当栅极和源极之间的电压超过阈值时，mosfet 34a、34b处于闭合状态并传导电流。在每种情况下，阈值都低于视作例如在图4a和4b中控制信号v_相位1、v_相位2的最大值的5v。
52.如关于图4a和4b中的示例性信号曲线可以看出，两个控制信号v_相位1、v_相位2在第一时间窗z1中以大约5v的值开始。这对应于也被称为high(数字1)的高电平。由于控制信号v_相位1、v_相位2的高电平，在第一mosfet 34a的栅极和源极之间以及第二mosfet 34b的栅极和源极之间存在超过mosfet 34a、34b的阈值的电压。mosfet 34a、34b两者因此都处于闭合状态。
53.在图3的示例性配置中，来自第一电流感测电阻器64a和第一mosfet34a的总电阻至少大致精确地对应于来自第二电流感测电阻器64b和第二mosfet 34b的总电阻。如果mosfet 34a、34b两者都闭合，则电流i1因此在两个mosfet 34a、34b的并联电路上至少近似相等地分开。因此，至少有大约i1/2流过电路的两个分支。第一测量放大器66a可例如直接测量通过第一电流感测电阻器64a的电流。第二测量放大器66b可例如直接测量通过第二电流感测电阻器64b的电流。或者，第一测量放大器66a可测量第一电流感测电阻器64a两端的电压降。此外，第二测量放大器66b可测量第二电流感测电阻器64b两端的电压降。不管测量方法如何，如果第一mosfet34a和第二mosfet 34b都闭合，则第一测量放大器66a和第二测量放大器66b确定至少大致相等的电变量。
54.一段时间后，第一控制信号v_相位1在第一时间窗z1中被设置为大约0v的电压，持续时间段v
低1
。这对应于也被称为low电平(数字0)的低电平。在这种情况下，第一mosfet 34a的栅极和源极之间存在，如果有的话，只是非常低的电压，并且该电压低于第一mosfet 34a的阈值。mosfet34a因此变为断开状态。在第一时间窗z1的同一时间段v
低1
中，第二控制信号v_相位2继续处于高电平。第二mosfet 34b因此仍然闭合。由于第一mosfet 34a在第一时间窗z1的第一时间段v
低1
中断开并且第二mosfet 34b在第一时间窗z1的第一时间段v
低1
中
闭合，因此电流i1至少几乎完全流经第二mosfet 34b所在的两个mosfet的并联电路的分支。第一测量放大器64a因此将至少近似为0的值确定为电变量。第二测量放大器64b同时确定至少近似对应于电流i1或电流i1与电流感测电阻器64b的乘积的值。这相当于平均值的两倍。第一测量放大器64a在同一时间段v
低1
中确定至少近似为0的值作为电变量。
55.第二控制信号在第二时间窗z2中切换到低电平，low电平(数字0)，持续时间段v
低2
。在这种情况下，第二mosfet 34b的栅极和源极之间存在，如果有的话，只是非常低的电压，并且该电压低于第二mosfet 34b的阈值。mosfet 34b因此变为断开状态。在第二时间窗z2的同一时间段v
低
2中，第一控制信号v_相位1处于高电平。第一mosfet 34a因此是闭合的。由于第一mosfet 34a在第二时间窗z2的时间段v
低2
中闭合，且第二mosfet 34b在第二时间窗z2的时间段v
低2
中断开，因此电流i1至少几乎完全流经第一mosfet 34a所在的两个mosfet的并联电路的分支中。第一测量放大器64a因此将至少近似对应于电流i1或电流i1与电流感测电阻器64a的乘积的值确定为电变量。这相当于平均值的两倍。第二测量放大器64b在同一时间段v
低2
中确定至少近似为0的值作为电变量。
56.如果第一mosfet 34a和第二mosfet 34b均处于闭合状态，则如所描述的，两个测量放大器66a、66b确定所测量的电变量的至少大致相等的值。平均器68从这些测量变量形成平均值。在相等值的情况下，电变量的平均值至少近似地对应于测量值本身。因此，运算放大器70a不会确定由第一测量放大器66a测量的变量v_cs1与来自平均器68的平均值v_avg之间的任何差异，并因此输出高电平(1)。此外，运算放大器70b不会确定由第二测量放大器66b测量的变量v_cs2与来自平均器68的平均值v_avg之间的任何差异，并且因此输出高电平(1)。
57.如果第一mosfet 34a处于断开状态且第二mosfet 34b处于闭合状态(例如参见第一时间窗z1和第三时间窗z3中的时间段v
低1
)，则第一测量放大器66a确定最小值0且第二测量放大器66b确定最大值。平均器68从这些测量的变量形成平均值。因此，第一运算放大器70a确定第一测量放大器66a的电输出变量v_cs1的值低于平均值，且因此输出低电平(数字0)。此外，运算放大器70b确定第二测量放大器66b的电输出变量v_cs2的值不低于来自平均器68的平均值，并因此输出高电平(1)(参见信号v_comp1)。
58.如果第一mosfet 34a处于闭合状态且第二mosfet 34b处于断开状态(例如参见第二时间窗z2和第四时间窗z4中的时间段v
低2
)，则第一测量放大器66a确定最大值且第二测量放大器66b确定最小值0。平均器68从这些测量的变量形成平均值。因此，运算放大器70a确定第一测量放大器66a的电输出变量v_cs1的值不低于平均值，并相应地输出高电平(数字1)。此外，运算放大器70b确定第二测量放大器66b的电输出变量v_cs2的值低于来自平均器68的平均值并因此输出低电平(数字0)(参见信号v_comp2)。
59.因此，当第一mosfet 34a断开时，在第一控制信号v_相位1的低电平的大约时间量即大约在第一时间窗z1和第三时间窗z3中的时间段v
低1
的量，获得由过渡时间延迟和/或切换延迟引起的双峰作为第一异或门72a的输出变量v_输出1。因此，当第二mosfet 34b断开时，在第二控制信号v_相位2的低电平的大约时间量，即大约在第二时间窗z2和第四时间窗z4中(同样在第六时间窗z6和第八时间窗z8中)的时间段v
低2
的量，获得双峰作为第二异或门72b的输出变量v_输出2。第一异或门72a的输出和第二异或门72b的输出作为输入变量输入到或门74中。或门74的输出因此是第一异或门72a的输出和第二异或门72b的输
出的叠加。或门74的输出信号v_输出3因此在第一时间窗z1至第四时间窗z4(同样在第六次时间窗z6和第八时间窗z8)中显示出双峰，其分别指示第一mosfet 34a或第二mosfet 34b的断开。
60.如果现在例如假设在第五时间窗z5、第七时间窗z7和第九时间窗z9中第一mosfet 34a没有正确地断开，则即使第一控制信号v_相位1在该时间段v
低1
内呈现低电平，mosfet 34a在第五时间窗z5、第七时间窗z7和第九时间窗z9中保持闭合状态。如所解释的，在这种情况下，电流i1在mosfet 34a、34b的并联电路上至少近似相等地分配。因此，具有至少大约i1/2的值的电流流过每个mosfet 34a、34b并因此流过每个电流感测电阻器64a、64b。测量放大器66a、66b因此确定至少大致相等的值。因此，两个运算放大器70a、70b没有确定出测量放大器66a、66b的测量值与平均值之间的差。因此，在第五时间窗z5、第七时间窗z7和第九时间窗z9中，两个运算放大器70a、70b即使在时间段v
低1
期间也针对信号v_comp1、v_comp2输出高电平。第一运算放大器72a的输出与第一控制信号v_相位1的异或运算因此导致大约在第五时间窗z5的时间段v
低1
期间的(单)高电平(v_输出1)，而不是双峰。第二运算放大器72b的输出与第二控制信号v_相位2的异或运算导致低电平(v_输出2)。两个异或门72a、72b的输出的或运算因此在第五时间窗z5、第七时间窗z7和第九时间窗z9每种情况中分别导致(单)峰(至少大约在第五时间窗z5、第七时间窗z7和第九时间窗z9中的时间段v
低1
的量)。因此，或门74的输出信号(v_输出3)中的这一个峰(而不是由具有较小宽度的每个峰的过渡时间延迟和/或切换延迟引起的双峰)指示故障。
61.可通过在或门74的下游连接时间延迟来改进故障的识别，在某些情况下，该时间延迟在下文中被称为时延元件76。时间延迟的结果是只有持续时间超过预定时间阈值的单个峰被识别为故障。在第一时间窗z1至第四时间窗z4(以及同样在第六时间窗z6和第八时间窗z8中)中双峰的持续时间在每种情况下均低于时间阈值。时延元件76的输出因此输出低电平(参见信号v_故障)。相比之下，第五时间窗z5、第七时间窗z7和第九时间窗z9中的峰的持续时间高于时间阈值。时延元件76因此在第五时间窗z5、第七时间窗z7和第九时间窗z9中针对特定时间输出高电平(参见信号v_故障)。
62.根据时间延迟的具体实现方式，时延元件76可配置为接通延迟或者可实现接通延迟。在这种情况下，时延元件76例如可实现在时间上延迟地接通或者延时接通。时间延迟可至少对应于信号v
输出1
、v
输出2
、v
输出3
的双脉冲中的一个脉冲的幅度(从时间的角度来看)，或者可高于该幅度。结果，这些双脉冲的各个脉冲被抑制或淡出，仅输出较长脉冲(即宽度大于时间延迟或大于双峰的每个峰的宽度的脉冲)，在每种情况都缩短了故障信号v_故障中的时间延迟幅度。这可在其中显示了有效的故障信号v_故障的图4b中看到。在信号v_故障中，例如在信号v
输出3
中，故障脉冲的上升沿总是相对于长峰的上升沿偏移或缩短接通延迟的幅度(即至少以双脉冲/双峰脉冲中的脉冲的宽度缩短)。相比之下，故障信号v_故障的脉冲下降沿与信号v输出3中的相应脉冲同时下降，这是因为它只是接通延迟而不是关断延迟。这涉及所有具有故障的时间窗，即z5、z7和z9。相比之下，每个双脉冲的脉冲通过接通延迟被抑制。这些最终不是实际/有效的故障脉冲。
63.结果，如果在mosfet 64a、64b之一的切换中存在故障，则时延元件76的输出信号v_故障仅显示一个峰。相比之下，过渡时间延迟被抑制。时间延迟76的输出因此可被称为故障信号v_故障。借助于识别电路，可自动识别故障信号v_故障中的峰。基于峰和控制信号，
识别电路可立即断定两个mosfet 34a、34b中的哪一个没有正确地切换。因此，不仅可及时识别故障，而且可及时更换有问题的部件或采取其他应对措施来消除故障。
64.图3、4a和4b可总结如下。在图3所示的电路中，两个功率半导体(mosfet)34a、34b在每种情况下都利用电流感测电阻器(分流器)64a、64b彼此并联连接在一起。两个功率半导体34a、34b通过逻辑电路交替地断开和接通。在理想状态(无故障状态)中，至少一个功率半导体34a、34b总是被接通。经由两个分流器64a、64b，经由用于每个路径的电流测量放大器66a、66b测量通过两个并联路径中的每一个的电流。如果mosfet 34a、34b两者都接通(闭合)，则经由测量放大器66a、66b两者测量大约相同的电流(分别为负载电流i1的一半)。一旦两个mosfet 34a、34b之一关断，则整个负载电流i1就流经两个路径之一，而另一个路径不再传导任何电流。然而，两个电流的平均值保持不变。借助于两个比较器(比较电路/运算放大器)70a、70b，两个电流测量放大器66a、66b的输出信号v_cs1、v_cs2与平均值进行比较，并由比较器70a、70b转换为数字信号。比较器70a、70b的信号形状因此大致对应于控制相应mosfet 34a、34b的信号序列v_相位1、v_相位2。借助于异或运算(xor运算)将mosfet 34a、34b的控制信号v_相位1、v_相位2与各个比较器70a、70b的输出信号v_comp1、v_comp2进行比较，可检测mosfet 34a、34b是否实际上关断。两个mosfet 34a、34b的两个异或运算信号v_输出1、v_输出2然后通过或运算组合成信号v_输出3，并通过接通延迟76进行过滤。接通延迟76有利于抑制由信号过渡时间和/或开关延迟触发的故障诊断。获得作为输出信号v_故障的脉冲序列，该脉冲序列大致对应于(虽然缩短了)有缺陷的mosfet34a、34b的控制脉冲。接通延迟76的输出信号v_故障然后可被更高级别的控制器(未示出，但参见图2中的控制器28)读入和处理。或者，脉冲序列可通过存储元件(未示出)转换为静态值。
65.尽管图2至图4b的示例性实施例的描述涉及识别第一半导体开关34a和/或第二半导体开关34b是否正确地从闭合状态转换为断开状态，但可相应地从信号曲线中识别第一半导体开关34a和/或第二半导体开关34b是否正确地从断开状态转换为闭合状态。
66.第一半导体开关34a和/或第二半导体开关34b的非切换半导体开关的识别允许使用简单且廉价的部件并且可省去在每种情况下为了冗余目的而串联的另一半导体开关。
67.尽管在图2至4b的示例性实施例的描述中总是只参考第一半导体开关34a和第二半导体开关34b，但是这些示例性实施例和本发明通常不限于恰好两个并联连接的半导体开关。同样可提供三个或超过三个的半导体开关。因此，综上所述，可存在至少两个半导体开关，且可从这至少两个并联连接的半导体开关中识别出至少一个非切换半导体开关。
68.现在将参照图3至图4b描述将至少一个第三半导体开关与第一半导体开关34a和第二半导体开关34b并联连接的优点，而图中没有示出至少一个第三半导体开关。
69.如所述，在第一时间窗z1中，如果第一控制信号v_相位1在时间段v
低1
中呈现低电平，则第一半导体开关34a断开。在时间段v
低1
过去之后，第一控制信号v_相位1再次呈现高电平。在这种情况下，第一半导体开关34a将再次闭合。然而，如果第一半导体开关34a有缺陷，则第一半导体开关34a保持断开，也就是说，即使第一控制信号v_相位1再次呈现高电平，它也不再闭合。如所述，第二半导体开关34b在时间段v
低2
期间在第二时间窗z2中断开，这是因为第二控制信号在时间段v
低2
期间呈现低电平。因此，在时间段v
低2
期间，第一半导体开关34a断开(因为即使它实际上应该闭合它也不再闭合)，并且第二半导体开关34b断开(由于第二控制信号v_相位2的低电平)。因此，负载在时间窗z2、z4、z6、z8中的时间段v
低2
期
间(短暂地)关断。
70.相反，如果还并联连接至少一个第三半导体开关，则该至少一个第三半导体开关-如果切换正确-可允许一种紧急操作。这是因为至少一个第三半导体开关将在时间段v
低2
期间在至少一个第三控制信号的帮助下处于其闭合状态，该第三控制信号在时间段v
低2
期间呈现高电平。因此，负载不会与系统和电流源断开，且因此不会关断。