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DE102020211852A1 - Gate driver device and circuit configuration - Google Patents

Gate driver device and circuit configuration Download PDF

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DE102020211852A1
DE102020211852A1 DE102020211852.3A DE102020211852A DE102020211852A1 DE 102020211852 A1 DE102020211852 A1 DE 102020211852A1 DE 102020211852 A DE102020211852 A DE 102020211852A DE 102020211852 A1 DE102020211852 A1 DE 102020211852A1
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DE
Germany
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gate driver
driver module
unit
circuit configuration
error
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020211852.3A
Other languages
German (de)
Inventor
Rüdiger Kusch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Priority to DE102020211852.3A priority Critical patent/DE102020211852A1/en
Priority to CN202111093128.3A priority patent/CN114257067B/en
Publication of DE102020211852A1 publication Critical patent/DE102020211852A1/en
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gate-Treiberbaustein (1) zum Ein- und Ausschalten eines Leistungstransistors (LT), umfassend mindestens zwei schaltbare Spanungsquellen (Vp, Vs) und mindestens zwei Ausgänge (A1, A2), an die Ein- und Ausschaltwiderstände (RG1, RG2) anschließbar sind, wobei eine Konfigurations-Einheit (3) vorgesehen ist, in der eine übergeordnete Schaltungskonfiguration des Gate-Treiberbausteins (1) zu anderen Gate-Treiberbausteinen abgelegt oder erfassbar ist, wobei der Gate-Treiberbaustein (1) weiter eine Logik-Einheit (4) aufweist, die derart ausgebildet ist, ein PWM-Signal von einer übergeordneten Steuereinheit (20) zu empfangen und in Abhängigkeit des PWM-Signals die schaltbaren Spannungsquellen (Vp, Vs) zu schalten, wobei die Logik-Einheit (4) weiter derart ausgebildet ist, das PWM-Signal mindestens für einen Taktzyklus zu speichern, wobei der Gate-Treiberbaustein (1) mindestens eine Fehler-Einheit (5) aufweist, die derart ausgebildet ist, mindestens einen internen Fehler des Gate-Treiberbausteins (1) an mindestens einen benachbarten Gate-Treiberbaustein und/oder die übergeordnete Steuereinheit (20) weiterzuleiten und eine Fehlermeldung mindestens eines benachbarten Gate-Treiberbausteins und/oder der übergeordneten Steuereinheit (20) zu empfangen, wobei die Logik-Einheit (4) weiter derart ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer Fehlermeldung der Fehler-Einheit (5), der gespeicherten oder erfassten Schaltungskonfiguration sowie des abgespeicherten PWM-Signals ein PWM-Signal zu erzeugen, um einen angeschlossenen Leistungstransistor (LT) abzuschalten, sowie eine Schaltungskonfiguration.The invention relates to a gate driver module (1) for switching a power transistor (LT) on and off, comprising at least two switchable voltage sources (Vp, Vs) and at least two outputs (A1, A2) to which on and off resistors (RG1, RG2) can be connected, a configuration unit (3) being provided in which a higher-level circuit configuration of the gate driver module (1) is stored or can be recorded in relation to other gate driver modules, the gate driver module (1) also having a logic Has a unit (4) which is designed to receive a PWM signal from a higher-level control unit (20) and to switch the switchable voltage sources (Vp, Vs) as a function of the PWM signal, the logic unit (4) is further designed in such a way to store the PWM signal for at least one clock cycle, the gate driver module (1) having at least one error unit (5) which is designed in such a way that at least one internal error ler of the gate driver module (1) to at least one adjacent gate driver module and/or the higher-level control unit (20) and to receive an error message from at least one adjacent gate driver module and/or the higher-level control unit (20), the logic Unit (4) is further designed to generate a PWM signal as a function of an error message from the error unit (5), the stored or detected circuit configuration and the stored PWM signal in order to switch off a connected power transistor (LT), and a circuit configuration.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gate-Treiberbaustein sowie eine Schaltungskonfiguration mit einer Vielzahl von Gate-Treiberbausteinen.The invention relates to a gate driver module and a circuit configuration with a large number of gate driver modules.

Derartige Gate-Treiberbausteine dienen zum Ein- und Ausschalten von Leistungstransistoren, die in verschiedenen Schaltungskonfigurationen verschaltet sein können. Beispiele sind Wechselspannungsgleichrichter mit beispielsweise drei Halbbrücken oder 3-Level-Halbbrückenschaltungen mit jeweils vier Leistungstransistoren je Halbbrücke. Im Fehlerfall müssen die Gate-Treiberbausteine die defekten Leistungstransistoren abschalten.Gate driver components of this type are used to switch power transistors on and off, which can be connected up in various circuit configurations. Examples are AC voltage rectifiers with, for example, three half-bridges or 3-level half-bridge circuits, each with four power transistors per half-bridge. In the event of an error, the gate driver components must switch off the defective power transistors.

Aus der DE 103 51 033 A1 ist eine integrierte Gate-Treiberschaltung zum Schalten von Leistungstransistoren unter Verwendung einer externen Steuerung bekannt. Die integrierte Gate-Treiberschaltung stellt eine Entsättigung des Leistungstransistors fest, wodurch ein entsättigter Transistor gegenüber Übergangs-Überspannungen dadurch geschützt wird, dass der entsättigte Transistor über eine Weichabschaltfolge sanft abgeschaltet wird. Eine Fehlersteuerschaltung der integrierten Gate-Treiberschaltung behandelt einen Schutz gegen eine Versorgungs-Unterspannung und die Transistor-Entsättigung ist in der Lage, mit einer Vielzahl von integrierten Gate-Treiberschaltungen in einem mehrphasigen System unter Verwendung eines dedizierten örtlichen Netzwerkes zu kommunizieren.From the DE 103 51 033 A1 an integrated gate driver circuit for switching power transistors using external control is known. The integrated gate driver circuit detects desaturation of the power transistor, protecting a desaturated transistor from transient overvoltages by softly turning off the desaturated transistor via a soft turn-off sequence. A fault control circuit of the gate driver integrated circuit handles protection against supply undervoltage and the transistor desaturation is able to communicate with a plurality of gate driver integrated circuits in a multi-phase system using a dedicated local area network.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, einen verbesserten Gate-Treiberbaustein sowie eine Schaltungskonfiguration mit derartigen Gate-Treiberbausteinen zu schaffen.The invention is based on the technical problem of creating an improved gate driver module and a circuit configuration with gate driver modules of this type.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch einen Gate-Treiberbaustein mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Schaltungskonfiguration mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The technical problem is solved by a gate driver module with the features of claim 1 and a circuit configuration with the features of claim 5. Further advantageous refinements of the invention result from the dependent claims.

Hierzu umfasst der Gate-Treiberbaustein zum Ein- und Ausschalten eines Leistungstransistors mindestens zwei schaltbare Spannungsquellen und mindestens zwei Ausgänge, an die Ein- und Ausschaltwiderstände anschließbar sind. Weiter umfasst der Gate-Treiberbaustein eine Konfigurations-Einheit, in der eine übergeordnete Schaltungskonfiguration des Gate-Treiberausteins zu anderen Gate-Treiberbausteinen abgelegt oder erfassbar ist. Beispielseise wird die übergeordnete Schaltungskonfiguration von einer übergeordneten Steuereinheit übermittelt und abgelegt. Ergänzend oder alternativ wird dies durch eine diskrete Beschaltung kodiert, die dann von der Konfigurations-Einheit ausgelesen bzw. erfasst werden kann. Beispielsweise weiß so der Gate-Treiberbaustein, dass dieser Bestandteil einer 3-Level-Halbbrückenschaltung ist und dabei den obersten Leistungstransistor ansteuert. Der Gate-Treiberbaustein kennt also die übergeordnete Schaltungskonfiguration sowie seinen Platz in dieser Schaltungskonfiguration. Weiter weist der Gate-Treiberbaustein eine Logik-Einheit auf, die derart ausgebildet ist, ein PWM-Signal von einer übergeordneten Steuereinheit zu empfangen und in Abhängigkeit des PWM-Signals die schaltbaren Spannungsquellen zu schalten, wobei die Logik-Einheit derart ausgebildet ist, das PWM-Signal mindestens für einen Taktzyklus zu speichern. Weiter weist der Gate-Treiberbaustein mindestens eine Fehler-Einheit auf, die derart ausgebildet ist, mindestens einen internen Fehler des Gate-Treiberbausteins an mindestens einen benachbarten Gate-Treiberbaustein und/oder die übergeordnete Steuereinheit weiterzuleiten und einer Fehlermeldung mindestens eines benachbarten Gate-Treiberbausteins und/oder der übergeordneten Steuereinheit zu empfangen, wobei die Logik-Einheit weiter derart ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer Fehlermeldung der Fehler-Einheit, der gespeicherten oder erfassten Schaltungskonfiguration sowie des abgespeicherten PWM-Signals ein PWM-Signal zu erzeugen, um einen angeschlossenen Leistungstransistor abzuschalten. Somit kann bei Auftreten eines Fehlers eines Leistungstransistors in einer Schaltungskonfiguration die notwendig abzuschaltenden Leistungstransistoren in einer vorgegebenen Abschaltsequenz abgeschaltet werden, um so Rückwirkungen wie beispielsweise Überspannungen an benachbarten Leistungstransistoren zu vermeiden. Erfasst beispielsweise der oberste Gate-Treiberbaustein in einer 3-Level-Halbbrückenschaltung einen Fehler in seinem zugeordneten Leistungstransistor, so werden zunächst die anderen drei Gate-Treiberbausteine informiert. Anschließend schalten dann die beiden innenliegenden Gate-Treiberbausteine ihre Leistungstransistoren aus, bevor die beiden außenliegenden Gate-Treiberbausteine ihre Leistungstransistoren ausschalten. Ein defekter Leistungstransistor wird also nicht sofort ohne Rücksicht auf die anderen Leistungstransistoren abgeschaltet. Vielmehr werden die Leistungstransistoren geführt, gegebenenfalls über mehrere Zyklen, angesteuert.For this purpose, the gate driver component for switching a power transistor on and off comprises at least two switchable voltage sources and at least two outputs to which switch-on and switch-off resistors can be connected. The gate driver module also includes a configuration unit in which a superordinate circuit configuration of the gate driver module in relation to other gate driver modules is stored or can be recorded. For example, the higher-level circuit configuration is transmitted and stored by a higher-level control unit. In addition or as an alternative, this is encoded by a discrete wiring, which can then be read out or recorded by the configuration unit. For example, the gate driver component knows that this is part of a 3-level half-bridge circuit and controls the top power transistor. The gate driver component therefore knows the higher-level circuit configuration and its place in this circuit configuration. The gate driver module also has a logic unit that is designed to receive a PWM signal from a higher-level control unit and to switch the switchable voltage sources as a function of the PWM signal, with the logic unit being designed such that Store PWM signal for at least one clock cycle. The gate driver module also has at least one error unit, which is designed to forward at least one internal error in the gate driver module to at least one neighboring gate driver module and/or the higher-level control unit and an error message from at least one neighboring gate driver module and /or to receive the higher-level control unit, the logic unit being further designed to generate a PWM signal depending on an error message from the error unit, the stored or detected circuit configuration and the stored PWM signal in order to switch off a connected power transistor . Thus, when a fault occurs in a power transistor in a circuit configuration, the power transistors that need to be switched off can be switched off in a predetermined switch-off sequence in order to avoid repercussions such as overvoltages on adjacent power transistors. For example, if the uppermost gate driver component in a 3-level half-bridge circuit detects a fault in its assigned power transistor, the other three gate driver components are informed first. The two internal gate driver components then then switch off their power transistors before the two external gate driver components switch off their power transistors. A defective power transistor is therefore not switched off immediately without regard to the other power transistors. Rather, the power transistors are guided, optionally driven over a number of cycles.

Bei verlustigen oder ausbleibenden Ansteuersignalen (PWM) wird somit die für das sichere Abschalten erforderliche Abschaltprozedur eingehalten und es kann zu keiner Zeit eine unerlaubt hohe Spannung an den Leistungstransistoren entstehen.If control signals (PWM) are lost or absent, the switch-off procedure required for safe switch-off is adhered to and an impermissibly high voltage cannot arise at the power transistors at any time.

In einer Ausführungsform ist der Gate-Treiberbaustein derart ausgebildet, mindestens eine Temperatur des Leistungstransistors und/oder einen Ausgangsstrom des Leistungstransistors zu empfangen, da aus diesen Parametern die am häufigsten auftretenden Fehlerfälle ermittelbar sind. Zusätzlich können aber auch noch weitere Parameter empfangen werden, wie beispielsweise Spannungsbelastungen der Leistungstransistoren. Aus diesen lässt sich dann beispielsweise ein zukünftiger Fehler vorhersagen bzw. schätzen.In one embodiment, the gate driver module is designed in such a way that it receives at least one temperature of the power transistor and/or one output current of the power transistor, since the fault cases that occur most frequently can be determined from these parameters. In addition, other parameters can also be received, such as voltage loads on the power transistors. From these, for example, a future error can then be predicted or estimated.

In einer weiteren Ausführungsform weist der Gate-Treiberbaustein mindestens einen dritten schaltbaren Ausgang auf, an den mindestens eine Stromquelle parallel zu den Eingangs- und Ausgangswiderständen schaltbar ist. Dabei kann die mindestens eine Stromquelle wie die Eingangs- und Ausgangswiderstände außerhalb des Gate-Treiberbausteins angeordnet sein oder aber wie die Spannungsquelle in den Gate-Treiberbaustein integriert sein. Mittels der zuschaltbaren Stromquelle kann beispielsweise der Einschaltvorgang beschleunigt werden, wobei anschließend die Stromquelle wieder abgeschaltet wird. Ebenso ist es möglich, eine solche Stromquelle zum schnellen Abschalten zu verwenden, wobei dann im statischen Betrieb der Gate-Zustand durch die Spannungsquellen aufrechterhalten wird. Die Ausbildung mit einem dritten schaltbaren Ausgang stellt auch ohne die Logik-, Fehler- und Konfigurations-Einheit eine selbständige Erfindung dar.In a further embodiment, the gate driver module has at least one third switchable output to which at least one current source can be connected in parallel with the input and output resistors. In this case, the at least one current source, like the input and output resistors, can be arranged outside of the gate driver module or, like the voltage source, can be integrated into the gate driver module. By means of the switchable power source, the switch-on process can be accelerated, for example, with the power source then being switched off again. It is also possible to use such a current source for rapid turn-off, the gate state then being maintained by the voltage sources in static operation. The design with a third switchable output represents an independent invention even without the logic, error and configuration unit.

Die Schaltungskonfiguration weist eine Vielzahl von Gate-Treiberbausteinen auf, wobei die Fehler-Einheiten der Gate-Treiberbausteine in Form einer Daisy-Chain-Verkettung miteinander verbunden sind, sodass eine lokale Steuerung der Schaltungskonfiguration möglich ist.The circuit configuration has a large number of gate driver components, with the error units of the gate driver components being connected to one another in the form of a daisy chain, so that local control of the circuit configuration is possible.

In einer weiteren Ausführungsform ist die übergeordnete Steuereinheit in die Daisy-Chain-Verkettung eingebunden, sodass noch weitere Fehler übertragen werden können.In a further embodiment, the higher-level control unit is integrated into the daisy chain, so that further errors can also be transmitted.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Schaltungskonfiguration als 3-Level-Halbbrückenschaltung ausgebildet.In a further embodiment, the circuit configuration is in the form of a 3-level half-bridge circuit.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:

  • 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Gate-Treiberbausteins mit externer Beschaltung,
  • 2 eine 3-Level-Halbbrückeschaltung als Schaltungskonfiguration mit einer Daisy-Chain-Verkettung ohne übergeordnete Steuereinheit und
  • 3 eine 3-Level-Halbbrückenschaltung als Schaltungskonfiguration mit einer Daisy-Chain-Verkettung mit eingebundener übergeordneter Steuereinheit.
The invention is explained in more detail below using preferred exemplary embodiments. The figures show:
  • 1 a schematic block diagram of a gate driver module with external circuitry,
  • 2 a 3-level half-bridge circuit as a circuit configuration with a daisy chain concatenation without a higher-level control unit and
  • 3 a 3-level half-bridge circuit as a circuit configuration with a daisy chain with an integrated higher-level control unit.

In der 1 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Gate-Treiberbausteins 1 zum Ein- und Ausschalten eines Leistungstransistors LT dargestellt. Der Gate-Treiberbaustein 1 weist dabei einen ersten Ausgang A1 auf, an dem eine Reihenschaltung aus einem Kondensator Cdy und einem Einschaltwiderstand RG1 angeordnet ist, die mit einem Gate G des Leistungstransistors LT verbunden ist. Parallel zu dieser Reihenschaltung liegt ein Ausschaltwiderstand RG2 an einem zweiten Ausgang A2. An einem dritten Ausgang A3 liegt eine Stromquelle I0. Weiter weist der Gate-Treiberbaustein 1 eine Konfigurations-Einheit 2, eine Logik-Einheit 3, eine Fehler-Einheit 4 sowie eine isolierte Spannungsversorgung 5 auf, die zwei schaltbare Spannungsquellen Vp, Vs versorgt sowie die Versorgungsspannung für die Einheiten 2-4 liefert. Weiter weist der Gate-Treiberbaustein 1 ein Schaltmodul 6 mit vier Schaltern S1-S4 auf sowie einen Verstärker 7. Die Konfigurations-Einheit 2 erhält ein Konfigurationssignal SPI einer nicht dargestellten übergeordneten Steuereinheit, aus dem sich eine übergeordnete Schaltungskonfiguration sowie die Position des Gate-Treiberbausteins 1 in dieser übergeordneten Schaltungskonfiguration ergibt.In the 1 a schematic block diagram of a gate driver module 1 for switching a power transistor LT on and off is shown. In this case, the gate driver module 1 has a first output A1, at which a series circuit composed of a capacitor C dy and an on-resistance R G1 is arranged, which is connected to a gate G of the power transistor LT. In parallel with this series connection, there is a turn-off resistor R G2 at a second output A2. A current source I 0 is connected to a third output A3. The gate driver module 1 also has a configuration unit 2, a logic unit 3, an error unit 4 and an isolated voltage supply 5, which supplies two switchable voltage sources V p , V s and the supply voltage for the units 2-4 delivers. The gate driver module 1 also has a switching module 6 with four switches S1-S4 and an amplifier 7. The configuration unit 2 receives a configuration signal SPI from a higher-level control unit (not shown), from which a higher-level circuit configuration and the position of the gate driver module can be derived 1 in this higher circuit configuration.

Alternativ oder ergänzend wird diese Information über eine diskrete Verschaltung codiert, die an einem Eingang D erfassbar ist. Die Logik-Einheit 3 erhält von der nicht dargestellten übergeordneten Steuereinheit ein PWM-Signal, das von der Logik-Einheit 3 durch Betätigung der Schaltelemente S1-S4 umgesetzt wird. Weiter kann die Logik-Einheit 3 auf die Daten der Konfigurations-Einheit 2 zugreifen und das PWM-Signal abspeichern. Die Fehler-Einheit 4 erzeugt in Abhängigkeit einer Temperatur Tjct des Leistungstransistors LT sowie einen Ausgangsstrom Iout des Leistungstransistors LT ein Fehlersignal, das an einem Ausgang Fault_out ansteht. Die Temperatur Tjct des Leistungstransistors wird beispielsweise mittels eines Temperatursensors 8 ermittelt und über den Verstärker 7 der Fehler-Einheit 4 zugeführt. Weiter erhält die Fehler-Einheit 4 von einem benachbarten Gate-Treiberbaustein und/oder der übergeordneten Steuereinheit eine Fehlermeldung Fault_in. Dabei ist die Fehler-Einheit 4 über eine nicht dargestellte Verbindung mit der Logik-Einheit 3 verbunden. Soll nun der Leistungstransistor LT sehr schnell eingeschaltet werden, so wird der Schalter S3 geschlossen (S1, S2 und S4 bleiben offen). Nach dem Einschalten wird S3 geöffnet und S1 geschlossen. Zum Ausschalten wird S4 geschlossen und die anderen Schalter S1 bis S3 geöffnet. Alternatively or additionally, this information is encoded via a discrete interconnection that can be detected at an input D. The logic unit 3 receives a PWM signal from the higher-level control unit (not shown), which is converted by the logic unit 3 by actuating the switching elements S1-S4. Furthermore, the logic unit 3 can access the data of the configuration unit 2 and store the PWM signal. Depending on a temperature T jct of the power transistor LT and an output current I out of the power transistor LT, the error unit 4 generates an error signal which is present at an output Fault_out. The temperature T jct of the power transistor is determined, for example, by means of a temperature sensor 8 and fed to the error unit 4 via the amplifier 7 . Furthermore, the error unit 4 receives an error message Fault_in from an adjacent gate driver module and/or the higher-level control unit. In this case, the error unit 4 is connected to the logic unit 3 via a connection that is not shown. If the power transistor LT is now to be switched on very quickly, the switch S3 is closed (S1, S2 and S4 remain open). After switching on, S3 is opened and S1 is closed. To switch off, S4 is closed and the other switches S1 to S3 are opened.

Anschließend kann dann S4 geöffnet und S2 geschlossen werden. Es ist also stets jeweils nur ein Schalter S1 - S4 geschlossen, wobei die Schalter S1 und S3 für das Einschalten und die Schalter S2 und S4 für das Ausschalten genutzt werden. Dabei sei angemerkt, dass die Reihenfolge auch vertauscht werden kann, also z.B. zuerst S3 geschlossen wird und anschließend S1 bzw. zunächst S2 geschlossen wird und dann S4.S4 can then be opened and S2 closed. Only one switch S1-S4 is closed at a time, with switches S1 and S3 being used for switching on and switches S2 and S4 for switching off. be there It should be noted that the sequence can also be reversed, ie S3 is closed first and then S1 or S2 is closed first and then S4.

Im Fehlerfall erhält nun die Logik-Einheit 3 eine Fehlermeldung. Die Logik-Einheit 3 kennt dabei die übergeordnete Schaltungskonfiguration und kann dann mittels des abgespeicherten PWM-Signals im nächsten Schritt in Abstimmung mit den anderen Gate-Treiberbausteinen der Schaltungskonfiguration seinen zugeordneten Leistungstransistor LT abschalten, ohne dass dies schädliche Rückwirkungen auf die anderen Leistungstransistoren hat.In the event of an error, the logic unit 3 now receives an error message. The logic unit 3 knows the higher-level circuit configuration and can then use the stored PWM signal in the next step to switch off its assigned power transistor LT in coordination with the other gate driver components of the circuit configuration, without this having harmful repercussions on the other power transistors.

In der 2 ist eine 3-Level-Halbbrückenschaltung 10 dargestellt, die vier Leistungstransistoren LT aufweist, wobei ein Mittelabgriff M und ein Neutralpunkt N vorgesehen sind. Die Leistungstransistoren LT werden jeweils von einem Gate-Treiberbaustein 1 angesteuert. Die Gate-Treiberbausteine 1 erhalten jeweils ihr PWM-Signal PWM1-PWM4 sowie ihr Konfigurationssignal SPI von der nicht dargestellten übergeordneten Steuereinheit. Dabei sind die Fehler-Eingänge Fault_in und Fehlerausgänge Fault_out in Form einer Daisy-Chain-Verkettung miteinander verknüpft, sodass jeder Gate-Treiberbaustein über einen aufgetretenen Fehler innerhalb der Schaltungskonfiguration informiert wird und die anschließende Abschaltung des Leistungstransistors LT aufeinander abgestimmt erfolgen kann. Dabei sei angemerkt, dass auch eine Konfiguration in Daisy-Chain-Verkettung mit mehr als 4 Elementen möglich ist.In the 2 a 3-level half-bridge circuit 10 is shown, which has four power transistors LT, with a center tap M and a neutral point N being provided. The power transistors LT are each driven by a gate driver module 1 . The gate driver modules 1 each receive their PWM signal PWM1-PWM4 and their configuration signal SPI from the higher-level control unit (not shown). The error inputs Fault_in and error outputs Fault_out are linked to one another in the form of a daisy chain, so that each gate driver component is informed of an error that has occurred within the circuit configuration and the subsequent shutdown of the power transistor LT can be coordinated with one another. It should be noted that a daisy chain configuration with more than 4 elements is also possible.

In der 3 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, bei der die übergeordnete Steuereinheit 20 in die Daisy-Chain-Verkettung eingebunden ist.In the 3 an alternative embodiment is shown, in which the higher-level control unit 20 is integrated into the daisy-chain connection.

BezugszeichenlisteReference List

11
Gate-Treiberbausteingate driver device
22
Konfigurations-Einheitconfiguration unit
33
Logik-Einheitlogic unit
44
Fehler-Einheiterror unit
55
Spannungsversorgungpower supply
66
Schaltmodulswitching module
77
Verstärkeramplifier
88th
Temperatursensortemperature sensor
1010
3-Level-Halbbrückenschaltung3-level half-bridge circuit
2020
Steuereinheitcontrol unit
LTLT
Leistungstransistorpower transistor
GG
GateGate
S1-S4S1-S4
Schaltercounter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 10351033 A1 [0003]DE 10351033 A1 [0003]

Claims (7)

Gate-Treiberbaustein (1) zum Ein- und Ausschalten eines Leistungstransistors (LT), umfassend mindestens zwei schaltbare Spanungsquellen (Vp, Vs) und mindestens zwei Ausgänge (A1, A2), an die Ein- und Ausschaltwiderstände (RG1, RG2) anschließbar sind, wobei eine Konfigurations-Einheit (3) vorgesehen ist, in der eine übergeordnete Schaltungskonfiguration des Gate-Treiberbausteins (1) zu anderen Gate-Treiberbausteinen abgelegt oder erfassbar ist, wobei der Gate-Treiberbaustein (1) weiter eine Logik-Einheit (4) aufweist, die derart ausgebildet ist, ein PWM-Signal von einer übergeordneten Steuereinheit (20) zu empfangen und in Abhängigkeit des PWM-Signals die schaltbaren Spannungsquellen (Vp, Vs) zu schalten, wobei die Logik-Einheit (4) weiter derart ausgebildet ist, das PWM-Signal mindestens für einen Taktzyklus zu speichern, wobei der Gate-Treiberbaustein (1) mindestens eine Fehler-Einheit (5) aufweist, die derart ausgebildet ist, mindestens einen internen Fehler des Gate-Treiberbausteins (1) an mindestens einen benachbarten Gate-Treiberbaustein und/oder die übergeordnete Steuereinheit (20) weiterzuleiten und eine Fehlermeldung mindestens eines benachbarten Gate-Treiberbausteins und/oder der übergeordneten Steuereinheit (20) zu empfangen, wobei die Logik-Einheit (4) weiter derart ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer Fehlermeldung der Fehler-Einheit (5), der gespeicherten oder erfassten Schaltungskonfiguration sowie des abgespeicherten PWM-Signals ein PWM-Signal zu erzeugen, um einen angeschlossenen Leistungstransistor (LT) abzuschalten.Gate driver module (1) for switching a power transistor (LT) on and off, comprising at least two switchable voltage sources (V p , V s ) and at least two outputs (A1, A2) to which on and off switch resistors (R G1 , R G2 ) can be connected, a configuration unit (3) being provided in which a higher-level circuit configuration of the gate driver module (1) is stored or can be recorded in relation to other gate driver modules, the gate driver module (1) further having a logic Has a unit (4) which is designed to receive a PWM signal from a higher-level control unit (20) and to switch the switchable voltage sources (V p , V s ) as a function of the PWM signal, the logic unit ( 4) is further configured to store the PWM signal for at least one clock cycle, the gate driver module (1) having at least one error unit (5) configured in such a way that at least one internal error of the gate driver is detected relay module (1) to at least one neighboring gate driver module and/or the higher-level control unit (20) and to receive an error message from at least one neighboring gate driver module and/or the higher-level control unit (20), the logic unit (4) is further designed to generate a PWM signal as a function of an error message from the error unit (5), the stored or detected circuit configuration and the stored PWM signal in order to switch off a connected power transistor (LT). Gate-Treiberbaustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gate-Treiberbaustein (1) derart ausgebildet ist, mindestens eine Temperatur (Tjct) des Leistungstransistors (LT) und/oder einen Ausgangsstrom (Iout) des Leistungstransistors (LT) zu empfangen.gate driver chip claim 1 , characterized in that the gate driver module (1) is designed to receive at least one temperature (T jct ) of the power transistor (LT) and/or an output current (I out ) of the power transistor (LT). Gate-Treiberbaustein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gate-Treiberbaustein (1) derart ausgebildet ist, mindestens einen weiteren Parameter des Leistungstransistors (LT) zu empfangen.gate driver chip claim 2 , characterized in that the gate driver module (1) is designed in such a way to receive at least one further parameter of the power transistor (LT). Gate-Treiberbaustein nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gate-Treiberbaustein (1) mindestens einen dritten schaltbaren Ausgang (A3) aufweist, an den mindestens eine Stromquelle (I0) parallel zu den Ein- und Ausgangswiderständen (RG1, RG2) anschließbar ist.Gate driver module according to one of the preceding claims, characterized in that the gate driver module (1) has at least one third switchable output (A3) to which at least one current source (I 0 ) is connected in parallel with the input and output resistors (R G1 , R G2 ) can be connected. Schaltungskonfiguration mit einer Vielzahl von Gate-Treiberbausteinen nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehler-Einheiten (5) der Gate-Treiberbausteine (1) in Form einer Daisy-Chain-Verkettung miteinander verbunden sind.Circuit configuration with a large number of gate driver modules according to one of the preceding claims, characterized in that the error units (5) of the gate driver modules (1) are connected to one another in the form of a daisy chain. Schaltungskonfiguration nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die übergeordnete Steuereinheit (20) in die Daisy-Chain-Verkettung eingebunden ist.circuit configuration claim 5 , characterized in that the higher-level control unit (20) is integrated into the daisy chain. Schaltungskonfiguration nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungskonfigurationen als 3-Level-Halbbrückenschaltung (10) ausgebildet ist.circuit configuration claim 5 or 6 , characterized in that the circuit configuration is designed as a 3-level half-bridge circuit (10).
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119487738B (en) * 2022-10-11 2025-08-19 三菱电机株式会社 Power converter

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10351033A1 (en) 2002-10-31 2004-06-09 International Rectifier Corp., El Segundo High voltage half bridge gate driver for MOSFET power transistors has soft disconnection protection step and diagnostic feedback using external power supply and control
DE102018213611A1 (en) 2018-08-13 2020-02-13 Volkswagen Aktiengesellschaft Device and method for controlling switching elements of a converter
DE102018218821A1 (en) 2018-11-05 2020-05-07 Volkswagen Aktiengesellschaft Device and method for controlling switching elements of a converter
DE102019201946A1 (en) 2019-02-14 2020-08-20 Volkswagen Aktiengesellschaft Device and method for controlling switching elements of a converter

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10146900A1 (en) * 2001-09-24 2003-04-10 Abb Research Ltd Circuit arrangement for voltage-isolated control of series semiconducting switch elements has secondary stage producing positive and negative pulses for switch-on and switch-off phases
JP4321330B2 (en) * 2003-07-02 2009-08-26 株式会社デンソー Gate drive circuit
KR101449083B1 (en) * 2010-05-06 2014-10-13 엘에스산전 주식회사 Switching Gate Drive
US9322852B2 (en) * 2014-07-15 2016-04-26 Ford Global Technologies, Llc Gate drive under-voltage detection
US10525841B2 (en) * 2016-10-12 2020-01-07 Ford Global Technologies, Llc Gate driver with short circuit protection
CN110661515B (en) * 2019-08-28 2023-05-09 江苏大学 Gate driver of silicon carbide MOSFET
CN110725987A (en) * 2019-09-17 2020-01-24 国家电网有限公司 a valve system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10351033A1 (en) 2002-10-31 2004-06-09 International Rectifier Corp., El Segundo High voltage half bridge gate driver for MOSFET power transistors has soft disconnection protection step and diagnostic feedback using external power supply and control
DE102018213611A1 (en) 2018-08-13 2020-02-13 Volkswagen Aktiengesellschaft Device and method for controlling switching elements of a converter
DE102018218821A1 (en) 2018-11-05 2020-05-07 Volkswagen Aktiengesellschaft Device and method for controlling switching elements of a converter
DE102019201946A1 (en) 2019-02-14 2020-08-20 Volkswagen Aktiengesellschaft Device and method for controlling switching elements of a converter

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CAI, A. Q. et al.: Gate Driver IC for GaN GIT for High Slew Rate and Cross Conduction Protection. In: PCIM Europe 2017, 2017, S. 1-8.
Texas Instruments Incorporated: IGBT & SiC Gate Driver Fundamentals. Dallas, TX, USA, 2019. - Firmenschrift

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