DE102023201657A1 - Device and method for monitoring semiconductor switching elements, power modules and electrical power converters - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft die Überwachung von Halbleiterschaltelementen in einer Halbbrücke mit mehreren parallel angeordneten Halbleiterschaltelement. Hierbei ist es vorgesehen, die elektrischen Spannungen an den Sourceanschlüssen, insbesondere an den Kelvin-Source-Anschlüssen der Halbleiterschaltelemente zu überwachen und beim Überschreiten eines Schwellwerts eine Fehlfunktion, insbesondere ein Kurzschluss des Halbleiterschaltelement zu detektieren.The invention relates to the monitoring of semiconductor switching elements in a half-bridge with several semiconductor switching elements arranged in parallel. In this case, the electrical voltages at the source terminals, in particular at the Kelvin source terminals of the semiconductor switching elements, are monitored and a malfunction, in particular a short circuit of the semiconductor switching element, is detected when a threshold value is exceeded.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung von Halbleiterschaltelementen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner Leistungsmodul mit einer solchen Vorrichtung sowie einen elektrischen Stromrichter.The present invention relates to a device and method for monitoring semiconductor switching elements. The present invention further relates to a power module with such a device and to an electrical power converter.
Stand der TechnikState of the art
Elektrische Stromrichter verwenden in der Regel mehrere Halbbrücken mit Halbleiterschaltelement, welche jeweils gezielt geöffnet und geschlossen werden. Hierdurch kann beispielsweise eine an einem Eingangsanschluss eines Stromrichters bereitgestellte elektrische Gleichspannung in eine ein- oder mehrphasige elektrische Wechselspannung konvertiert werden. Für hohe elektrische Leistungen können dabei in den Halbbrücken jeweils mehrere Halbleiterschaltelement parallel geschaltet werden.Electrical power converters generally use several half-bridges with semiconductor switching elements, each of which is opened and closed in a specific manner. This means that, for example, a direct current provided at an input connection of a power converter can be converted into a single-phase or multi-phase alternating current. For high electrical outputs, several semiconductor switching elements can be connected in parallel in the half-bridges.
Während des Betriebs eines solchen Stromrichters ist es wünschenswert, mögliche Fehler in Halbleiterschaltelementen, wie beispielsweise ein Kurzschluss bzw. ein Durchlegieren von Halbleiterschaltelement zuverlässig zu detektieren.During operation of such a power converter, it is desirable to reliably detect possible faults in semiconductor switching elements, such as a short circuit or a breakdown of a semiconductor switching element.
Die Druckschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung von Halbleiterschaltelementen, ein Leistungsmodul sowie einen elektrischen Stromrichter mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.The present invention provides a device and method for monitoring semiconductor switching elements, a power module and an electrical power converter with the features of the independent patent claims. Further advantageous embodiments are the subject of the dependent patent claims.
Demgemäß ist vorgesehen:
- Eine Vorrichtung zur Überwachung von Halbleiterschaltelementen in einer Halbbrücke. Die Halbbrücke umfasst hierbei mehrere obere Halbleiterschaltelemente und mehrere untere Halbleiterschaltelemente. Die mehreren oberen Halbleiterschaltelemente sind jeweils zwischen einem positiven Anschlusspunkt und einem Knotenpunkt angeordnet. Die mehreren unteren Halbleiterschaltelemente sind jeweils zwischen dem Knotenpunkt und einem negativen Anschlusspunkt angeordnet. Die Gateanschlüsse der oberen Halbleiterschaltelemente sind mit einer ersten Treiberschaltung elektrisch gekoppelt. Analog sind die Gateanschlüsse der unteren Halbleiterschaltelemente mit einer zweiten Treiberschaltung elektrisch gekoppelt. Die erste Treiberschaltung ist dazu ausgelegt, Ansteuersignale für die oberen Halbleiterschaltelemente bereitzustellen. Entsprechend ist die zweite Treiberschaltung dazu ausgelegt, Ansteuersignale für die unteren Halbleiterschaltelemente bereitzustellen. Ferner ist zwischen einem Bezugspotential der ersten Treiberschaltung und Sourceanschlüssen der oberen Halbleiterschaltelemente jeweils ein erster elektrischer Widerstand angeordnet ist. Ebenso ist zwischen einem weiteren Bezugspotential der zweiten Treiberschaltung und Sourceanschlüssen der unteren Halbleiterschaltelemente jeweils ein zweiter elektrischer Widerstand angeordnet. Die Vorrichtung zur Überwachung der Halbleiterschaltelemente umfasst eine erste Überwachungseinrichtung und eine zweite Überwachungseinrichtung. Die erste Überwachungseinrichtung ist dazu ausgelegt, eine Fehlfunktion in einem der oberen Halbleiterschaltelemente zu detektieren, falls ein Spannungsabfall über einen der ersten elektrischen Widerstände einem ersten vorbestimmten Wert überschreitet. Die zweite Überwachungseinrichtung ist dazu ausgelegt, eine Fehlfunktion in einem der unteren Halbleiterschaltelemente zu detektieren, falls ein Spannungsabfall über einem der zweiten elektrischen Widerstände einen zweiten vorbestimmten Wert überschreitet.
- A device for monitoring semiconductor switching elements in a half-bridge. The half-bridge comprises a plurality of upper semiconductor switching elements and a plurality of lower semiconductor switching elements. The plurality of upper semiconductor switching elements are each arranged between a positive connection point and a node point. The plurality of lower semiconductor switching elements are each arranged between the node point and a negative connection point. The gate connections of the upper semiconductor switching elements are electrically coupled to a first driver circuit. Similarly, the gate connections of the lower semiconductor switching elements are electrically coupled to a second driver circuit. The first driver circuit is designed to provide control signals for the upper semiconductor switching elements. Accordingly, the second driver circuit is designed to provide control signals for the lower semiconductor switching elements. Furthermore, a first electrical resistor is arranged between a reference potential of the first driver circuit and source connections of the upper semiconductor switching elements. Likewise, a second electrical resistor is arranged between a further reference potential of the second driver circuit and source connections of the lower semiconductor switching elements. The device for monitoring the semiconductor switching elements comprises a first monitoring device and a second monitoring device. The first monitoring device is designed to detect a malfunction in one of the upper semiconductor switching elements if a voltage drop across one of the first electrical resistors exceeds a first predetermined value. The second monitoring device is designed to detect a malfunction in one of the lower semiconductor switching elements if a voltage drop across one of the second electrical resistors exceeds a second predetermined value.
Weiterhin ist vorgesehen:Furthermore, it is planned:
Ein Leistungsmodul mit einer Halbbrücke, wobei die Halbbrücke mehrere obere Halbleiterschaltelemente und mehrere untere Halbleiterschaltelemente umfasst. Die mehreren oberen Halbleiterschaltelemente sind jeweils zwischen einem positiven Anschlusspunkt und einem Knotenpunkt angeordnet. Ferner sind die mehrere untere Halbleiterschaltelemente jeweils zwischen dem Knotenpunkt und einem negativen Anschlusspunkt angeordnet. Die Gateanschlüsse der oberen Halbleiterschaltelemente sind mit einer ersten Treiberschaltung elektrisch gekoppelt. Die Gateanschlüsse der unteren Halbleiterschaltelemente sind mit einer zweiten Treiberschaltung elektrisch gekoppelt. Die erste Treiberschaltung ist dazu ausgelegt, Ansteuersignale für die oberen Halbleiterschaltelemente bereitzustellen. Die die zweite Treiberschaltung ist dazu ausgelegt, Ansteuersignale für die unteren Halbleiterschaltelemente bereitzustellen. Zwischen einem Bezugspotential der ersten Treiberschaltung und Sourceanschlüssen der oberen Halbleiterschaltelemente ist jeweils ein erster elektrischer Widerstand angeordnet. Analog ist zwischen einem weiteren Bezugspotential der zweiten Treiberschaltung und Sourceanschlüssen der unteren Halbleiterschaltelemente jeweils ein zweiter elektrischer Widerstand angeordnet. Das Leistungsmodul umfasst ferner eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung der Halbleiterschaltelemente.A power module with a half-bridge, wherein the half-bridge comprises a plurality of upper semiconductor switching elements and a plurality of lower semiconductor switching elements. The plurality of upper semiconductor switching elements are each arranged between a positive connection point and a node point. Furthermore, the plurality of lower semiconductor switching elements are each arranged between the node point and a negative connection point. The gate connections of the upper semiconductor switching elements are electrically coupled to a first driver circuit. The gate connections of the lower semiconductor switching elements are electrically coupled to a second driver circuit. The first driver circuit is designed to provide control signals for the upper semiconductor switching elements. The second driver circuit is designed to provide control signals for the lower semiconductor switching elements. A first electrical resistor is arranged between a reference potential of the first driver circuit and source connections of the upper semiconductor switching elements. Similarly, a further reference potential of the second driver circuit and source connections of the lower semiconductor A second electrical resistor is arranged in each case for each switching element. The power module further comprises a device according to the invention for monitoring the semiconductor switching elements.
Ferner ist vorgesehen:It is also planned:
Ein elektrischer Stromrichter mit mehreren erfindungsgemäßen Leistungsmodulen.An electrical power converter with several power modules according to the invention.
Schließlich ist vorgesehen:Finally, it is planned:
Ein Verfahren zur Überwachung von Halbleiterschaltelement in einer Halbbrücke, wobei die Halbbrücke mehrere obere und untere Halbleiterschaltelement umfasst. Die mehreren oberen Halbleiterschaltelemente sind jeweils zwischen einem positiven Anschlusspunkt und einem Knotenpunkt angeordnet. Die mehreren unteren Halbleiterschaltelemente sind jeweils zwischen dem Knotenpunkt und einem negativen Anschlusspunkt angeordnet. Die Gateanschlüsse der oberen Halbleiterschaltelemente sind mit einer ersten Treiberschaltung elektrisch gekoppelt. Analog sind die Gateanschlüsse der unteren Halbleiterschaltelemente mit einer zweiten Treiberschaltung elektrisch gekoppelt. Die erste Treiberschaltung ist dazu ausgelegt, Ansteuersignale für die oberen Halbleiterschaltelemente bereitzustellen. Entsprechend ist die zweite Treiberschaltung dazu ausgelegt, Ansteuersignale für die unteren Halbleiterschaltelemente bereitzustellen. Ferner ist zwischen einem Bezugspotential der ersten Treiberschaltung und Sourceanschlüssen der oberen Halbleiterschaltelemente jeweils ein erster elektrischer Widerstand angeordnet ist. Ebenso ist zwischen einem weiteren Bezugspotential der zweiten Treiberschaltung und Sourceanschlüssen der unteren Halbleiterschaltelemente jeweils ein zweiter elektrischer Widerstand angeordnet. Das Verfahren ist in der Lage eine Fehlfunktion in einem der Halbleiterschaltelemente zu detektieren, falls ein Spannungsabfall über einem der elektrischen Widerstände zwischen den Sourceanschlüssen und dem Bezugspotential der ersten Treiberstufe oder der zweiten Treiberstufe einem vorbestimmten Wert überschreitet.A method for monitoring semiconductor switching elements in a half-bridge, wherein the half-bridge comprises a plurality of upper and lower semiconductor switching elements. The plurality of upper semiconductor switching elements are each arranged between a positive connection point and a node point. The plurality of lower semiconductor switching elements are each arranged between the node point and a negative connection point. The gate connections of the upper semiconductor switching elements are electrically coupled to a first driver circuit. Analogously, the gate connections of the lower semiconductor switching elements are electrically coupled to a second driver circuit. The first driver circuit is designed to provide control signals for the upper semiconductor switching elements. Accordingly, the second driver circuit is designed to provide control signals for the lower semiconductor switching elements. Furthermore, a first electrical resistor is arranged between a reference potential of the first driver circuit and source connections of the upper semiconductor switching elements. Likewise, a second electrical resistor is arranged between a further reference potential of the second driver circuit and source connections of the lower semiconductor switching elements. The method is capable of detecting a malfunction in one of the semiconductor switching elements if a voltage drop across one of the electrical resistances between the source terminals and the reference potential of the first driver stage or the second driver stage exceeds a predetermined value.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Überwachung und Fehlerdetektion von Halbleiterschaltelement in Halbbrücken von Leistungsmodulen, wie sie beispielsweise in elektrischen Stromrichter eingesetzt werden, eine große Bedeutung zukommt. Hierbei ist insbesondere eine einfach zu realisierende, schnelle und zuverlässige Detektion von Kurzschlüssen, wie sie beispielsweise beim Durchlegieren von Halbleiterschaltelementen auftreten können, wünschenswert.The present invention is based on the finding that the monitoring and fault detection of semiconductor switching elements in half bridges of power modules, such as those used in electrical power converters, is of great importance. In particular, a simple, fast and reliable detection of short circuits, such as those that can occur when semiconductor switching elements fail, is desirable.
Die vorliegende Erfindung macht sich dabei bereits bestehende Schaltungsstrukturen von Halbbrücken mit mehreren parallel angeordneten Halbleiter Schaltelementen zu Nutze. Erfindungsgemäße kann dabei eine schnelle, zuverlässige Detektion von Kurzschlüssen in Halbleiterschaltelement bei Halbbrücken mit mehreren parallel angeordneten Halbleiterschaltelement durch eine einfache Auswerteschaltung realisiert werden, welche Potenziale der bestehenden Schaltungsstruktur analysiert. Hierdurch ist eine kostengünstige, schnelle und zuverlässige Detektion von Kurzschlüssen in Halbleiterschaltelementen bei Halbbrücken mit mehreren parallel angeordneten Halbleiterschaltelementen möglich.The present invention makes use of existing circuit structures of half-bridges with several semiconductor switching elements arranged in parallel. According to the invention, a quick, reliable detection of short circuits in semiconductor switching elements in half-bridges with several semiconductor switching elements arranged in parallel can be realized by a simple evaluation circuit which analyzes the potential of the existing circuit structure. This enables a cost-effective, quick and reliable detection of short circuits in semiconductor switching elements in half-bridges with several semiconductor switching elements arranged in parallel.
Aufgrund der parasitären Eigenschaften in den Leitungsabschnitten welche an den Sourceanschlüssen der Halbleiterschaltelement angeschlossen sind, wie beispielsweise parasitäre Induktivitäten, kommt es über diesen Leitungsabschnitt zu Spannungsabfällen. Insbesondere steigt dabei der Spannungsabfalls über einem solchen Leitungsabschnitt bei einem Kurzschluss aufgrund eines fehlerhaften Halbleiterschaltelements signifikant an. Ein solcher erhöhter Spannungsabfalls kann durch die erfindungsgemäße Überwachung detektiert und somit ein Fehler in dem Halbleiterschaltelement erkannt werden.Due to the parasitic properties in the line sections that are connected to the source terminals of the semiconductor switching element, such as parasitic inductances, voltage drops occur across this line section. In particular, the voltage drop across such a line section increases significantly in the event of a short circuit due to a faulty semiconductor switching element. Such an increased voltage drop can be detected by the monitoring according to the invention and thus a fault in the semiconductor switching element can be identified.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen die erste Überwachungseinrichtung und die zweite Überwachungseinrichtung jeweils einen Überwachungswiderstand und mehrere Kondensatoren. Der Überwachungswiderstand einer solchen Überwachungseinrichtung ist jeweils zwischen einem ersten Testpunkt und einem zweiten Testpunkt angeordnet. Ferner sind die mehreren Kondensatoren jeweils zwischen einem der Sourceanschlüsse eines Halbleiterschaltelements und dem ersten Testpunkt oder dem zweiten Testpunkt angeordnet sind. Hierbei ist an jedem der beiden Testpunkte mindestens ein Kondensator angeschlossen. Bei einer geraden Anzahl von zu überwachenden Halbleiterschaltelement können beispielsweise die Hälfte der Sourceanschlüsse der zu überwachenden Halbleiterschaltelemente über Kondensatoren mit dem ersten Testpunkt gekoppelt werden, und die andere Hälfte der Sourceanschlüsse kann über Kondensatoren mit dem zweiten Testpunkt gekoppelt werden. Bei einer ungeraden Anzahl von zu überwachenden Halbleiterschaltelement kann beispielsweise an einem der beiden Testpunkte ein Kondensator mehr angeschlossen werden, als an dem anderen Testpunkt.According to one embodiment, the first monitoring device and the second monitoring device each comprise a monitoring resistor and a plurality of capacitors. The monitoring resistor of such a monitoring device is arranged between a first test point and a second test point. Furthermore, the plurality of capacitors are each arranged between one of the source terminals of a semiconductor switching element and the first test point or the second test point. At least one capacitor is connected to each of the two test points. If there is an even number of semiconductor switching elements to be monitored, for example, half of the source terminals of the semiconductor switching elements to be monitored can be coupled to the first test point via capacitors, and the other half of the source terminals can be coupled to the second test point via capacitors. If there is an odd number of semiconductor switching elements to be monitored, for example, one more capacitor can be connected to one of the two test points than to the other test point.
Gemäß einer Ausführungsform sind die erste Überwachungseinrichtung und die zweite Überwachungseinrichtung jeweils dazu ausgelegt, eine Fehlfunktion in einem Halbleiterschaltelement unter Verwendung einer Höhe der elektrischen Spannung zwischen dem ersten Testpunkt und dem zweiten Testpunkt zu detektieren. Insbesondere kann eine Fehlfunktion in einem der Halbleiterschaltelement detektiert werden, wenn der Betrag der elektrischen Spannung einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Ferner kann unter Verwendung des Vorzeichens der elektrischen Spannung bestimmt werden, ob es sich bei dem fehlerhaften Schaltelement um ein Schaltelement handelt, welches über einen Kondensator an dem ersten Testpunkt oder dem zweiten Testpunkt angebunden ist.According to one embodiment, the first monitoring device and the second monitoring device are each designed to detect a malfunction in a semiconductor switching element using a level of the electrical voltage between the first test point and the second test point. In particular, a malfunction in one of the semiconductor switching elements can be detected if the amount of the electrical voltage exceeds a predetermined threshold value. Furthermore, using the sign of the electrical voltage, it can be determined whether the faulty switching element is a switching element which is connected to the first test point or the second test point via a capacitor.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.The above embodiments and developments can be combined with one another as desired, provided this makes sense. Further embodiments, developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention described above or below with regard to the exemplary embodiments that are not explicitly mentioned. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic forms of the invention.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen:
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1 : ein Prinzipschaltbild eines Leistungsmoduls mit einer Überwachungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform; und -
2 : ein Prinzipschaltbild einer Überwachungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform.
-
1 : a schematic diagram of a power module with a monitoring device according to an embodiment; and -
2 : a schematic diagram of a monitoring device according to an embodiment.
Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments
Die Steueranschlüsse der oberen Halbleiterschaltelemente M11, M12 werden von einer ersten Treiberschaltung TS1 angesteuert. Die Steueranschlüsse der unteren Halbleiterschaltelemente M21, M22 werden von einer zweiten Treiberschaltung TS2 angesteuert. Die erste Treiberschaltung ist mit einem ersten Bezugspotenzial GND1 verbunden. Die zweite Treiberschaltung ist mit einem zweiten Bezugspotenzial GND2 verbunden.The control terminals of the upper semiconductor switching elements M11, M12 are controlled by a first driver circuit TS1. The control terminals of the lower semiconductor switching elements M21, M22 are controlled by a second driver circuit TS2. The first driver circuit is connected to a first reference potential GND1. The second driver circuit is connected to a second reference potential GND2.
Die in
Die Sourceanschlüsse der ersten Halbleiterschaltelemente M11, M12 sind über diskrete Widerstände R11, R12 mit dem ersten Bezugspotenzial GND1 gekoppelt. Die Sourceanschlüsse der zweiten Halbleiterschaltelemente M21, M22 sind ebenfalls über diskrete Widerstände R212, R22 mit dem zweiten Bezugspotenzial GND2 gekoppelt. Insbesondere können diese Widerstände R11, R12, R21, R22 mit sogenannten Kelvin-Source-Anschlüssen der jeweiligen Halbleiterschaltelemente M11, M12, M21, M22 verbunden werden.The source terminals of the first semiconductor switching elements M11, M12 are coupled to the first reference potential GND1 via discrete resistors R11, R12. The source terminals of the second semiconductor switching elements M21, M22 are also coupled to the second reference potential GND2 via discrete resistors R212, R22. In particular, these resistors R11, R12, R21, R22 can be connected to so-called Kelvin source terminals of the respective semiconductor switching elements M11, M12, M21, M22.
Ferner ist in dem Leistungsmodul eine erste Überwachungseinrichtung 10 zur Überwachung der oberen Halbleiterschaltelemente M11, M12 vorgesehen und eine zweite Überwachungseinrichtung 20 zur Überwachung der unteren Halbleiterschaltelemente M21, M22. Diese Überwachungseinrichtungen 10 und 20 können eine Fehlfunktion, insbesondere ein Kurzschluss oder ein Durchlegieren eines der Halbleiterschaltelemente M11, M12, M21, M22 detektieren. Hierzu überwachen die Überwachungseinrichtungen 10 und 20 das Potenzial an den Source- bzw. Kelvin Sourceanschlüssen der Halbleiterschaltelemente M11, M12, M21, M22 oder einen Spannungsabfall über den Widerständen R11, R12, R21, R22 zwischen den Sourceanschlüssen der Halbleiterschaltelemente M11, M12, M21, M22 und den jeweiligen Treiberstufen TS1, TS2.Furthermore, a
Da im Falle eines Kurzschlusses an einem der Halbleiterschaltelemente M11, M12, M21, M22 der elektrische Strom stark ansteigen wird, steigt der Spannungsabfall über der jeweiligen parasitären Induktivitäten L11, L12, L21, L22 in dem entsprechenden Leitungsabschnitt an, was auch zu einem erhöhten Spannungsabfalls über dem korrespondierenden Widerstand R11, R12, R21, R22 führt. Somit können die Überwachungseinrichtungen 10, 20 einen Fehler in einem der Halbleiterschaltelemente M11, M12, M21, M22 detektieren, falls die elektrische Spannung über einem der Widerstände R11, R12, R21, R22 ansteigt.Since in the event of a short circuit at one of the semiconductor switching elements M11, M12, M21, M22 the electrical current will increase sharply, the voltage drop across the respective parasitic inductances L11, L12, L21, L22 in the corresponding line section increases, which also leads to an increased voltage drop across the corresponding resistor R11, R12, R21, R22. Thus, the
Im Falle einer solchen Detektion kann eine entsprechende Signalisierung ausgegeben werden. Insbesondere können geeignete Maßnahmen, wie beispielsweise eine Notabschaltung oder ein Wechsel in einen sicheren Zustand eingeleitet werden.In the event of such a detection, a corresponding signal can be issued. In particular, suitable measures such as an emergency shutdown or a change to a safe state can be initiated.
Im folgenden wird exemplarisch der Aufbau einer Überwachungseinrichtung 10 zur Überwachung der oberen Halbleiterschaltelemente M11 bis M14 beschrieben, wie er auch in
Wie in
Zwischen dem ersten Anschlusspunkt T1 und dem zweiten Anschlusspunkt T2 ist ein Überwachungswiderstand R angeordnet. Ferner kann zwischen dem ersten Anschlusspunkt T1 und dem zweiten Anschlusspunkt T2 noch ein Kondensator C vorgesehen sein.A monitoring resistor R is arranged between the first connection point T1 and the second connection point T2. Furthermore, a capacitor C can be provided between the first connection point T1 and the second connection point T2.
Die elektrische Spannung über dem Überwachungswiderstand R kann mittels einer Überwachungsschaltung 11 überwacht und ausgewertet werden. Insbesondere kann diese Überwachungsschaltung 11 eine Fehlfunktion in einem der zu überwachenden Halbleiterschalter M11 bis M14 detektieren, falls der Betrag einer elektrischen Spannung über dem Überwachungswiderstand R einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Hierbei kann basierend auf dem Vorzeichen der elektrischen Spannung über den Überwachungswiderstand R darauf geschlossen werden, ob die Fehlfunktion an einem Halbleiterschaltelement M11, M12 auftritt, welches über den korrespondierenden Kondensator C11, C12 an dem ersten Anschlusspunkt T1 angeschlossen ist, oder ob die Fehlfunktion an einem Halbleiterschaltelement M13, M14 auftritt, welches über den korrespondierenden Kondensator C13, C14 an dem zweiten Anschlusspunkt T2 angeschlossen ist.The electrical voltage across the monitoring resistor R can be monitored and evaluated by means of a
Für die Auswertung der elektrischen Spannung über dem Überwachungswiderstand R sind grundsätzlich beliebige Ansätze und Schaltungskonzepte möglich. Hierzu kann zum Beispiel ein Fensterkomparator vorgesehen sein, welcher sowohl beim Überschreiten als auch beim Unterschreiten einer vorgegebenen Schwelle der elektrischen Spannung über dem Überwachungswiderstand R ein Detektionssignal ausgibt. Beispielsweise kann die Detektion einer Fehlfunktion an einem der Halbleiterschaltelemente M11 bis M14 mittels diskreter Bauelemente, wie beispielsweise Dioden, Widerstände etc. realisiert werden. Alternativ ist auch eine digitale Auswertung möglich, bei welcher die elektrische Spannung über dem Überwachungswiderstand R mittels eines A/D-Wandlers in einen digitalen Wert überführt wird und daraufhin dieser digitale Wert weiterverarbeitet wird.In principle, any approach and circuit concept is possible for evaluating the electrical voltage across the monitoring resistor R. For example, a window comparator can be provided for this purpose, which outputs a detection signal both when the electrical voltage across the monitoring resistor R exceeds and falls below a predetermined threshold. For example, the detection of a malfunction in one of the semiconductor switching elements M11 to M14 can be implemented using discrete components such as diodes, resistors, etc. Alternatively, digital evaluation is also possible, in which the electrical voltage across the monitoring resistor R is converted into a digital value using an A/D converter and this digital value is then further processed.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung die Überwachung von Halbleiterschaltelementen in einer Halbbrücke mit mehreren parallel angeordneten Halbleiterschaltelement. Hierbei ist es vorgesehen, die elektrischen Spannungen an den Sourceanschlüssen, insbesondere an den Kelvin-Source-Anschlüssen der Halbleiterschaltelemente zu überwachen und beim Überschreiten eines Schwellwerts eine Fehlfunktion, insbesondere ein Kurzschluss des Halbleiterschaltelement zu detektieren.In summary, the present invention relates to the monitoring of semiconductor switching elements in a half-bridge with several semiconductor switching elements arranged in parallel. In this case, it is provided to monitor the electrical voltages at the source terminals, in particular at the Kelvin source terminals of the semiconductor switching elements, and to detect a malfunction, in particular a short circuit of the semiconductor switching element, when a threshold value is exceeded.
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- DE 102017106181 A1 [0004]DE 102017106181 A1 [0004]
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