CH714661A2 - Forward voltage measurement circuit. - Google Patents

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CH714661A2
CH714661A2 CH00194/18A CH1942018A CH714661A2 CH 714661 A2 CH714661 A2 CH 714661A2 CH 00194/18 A CH00194/18 A CH 00194/18A CH 1942018 A CH1942018 A CH 1942018A CH 714661 A2 CH714661 A2 CH 714661A2
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Abstract

Eine erfindungsgemässe Durchlassspannung-Messschaltung ist dazu vorgesehen, mit einem ersten und einem zweiten Mess-Anschlusspunkt an zwei Anschlusspunkte eines zu vermessenden Bauteils geschaltet zu werden. Sie weist auf: eine Abkopplungsschaltung mit einer ersten und einer zweiten Diode (D 1 , D 2 ), die an einem gemeinsamen Punkt mit einem ersten Potential (v 1 ) in Serie geschaltet sind, wobei die Abkopplungsschaltung mit der ersten Diode (D 1 ) an den ersten Mess-Anschlusspunkt und mit der zweiten Diode (D 2 ) an einen Messpunkt mit einem zweiten Potential (v 2 ) geschaltet ist, und eine Ausgangs-Messschaltung zum Messen einer Spannung am Messpunkt, welche ein Mass für eine zu messende Durchlassspannung ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Messanordnung mit einer solchen Durchlassspannung-Messschaltung.A forward voltage measuring circuit according to the invention is provided to be connected with a first and a second measuring connection point to two connection points of a component to be measured. It comprises: a decoupling circuit having a first and a second diode (D 1, D 2) connected in series at a common point to a first potential (v 1), the decoupling circuit being connected to the first diode (D 1) to the first measuring terminal and to the second diode (D 2) to a measuring point with a second potential (v 2) is connected, and an output measuring circuit for measuring a voltage at the measuring point, which is a measure of a forward voltage to be measured , Furthermore, the invention relates to a measuring arrangement with such a forward voltage measuring circuit.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Messtechnik, insbesondere auf eine Messschaltung zur Messung der Durchlassspannung bzw. des Einschaltwiderstands von Leistungshalbleitern, oder allgemein von Halbleiterschaltelementen.Description: The invention relates to the field of measurement technology, in particular to a measurement circuit for measuring the forward voltage or the on-resistance of power semiconductors, or generally of semiconductor switching elements.

[0002] Die Durchlassspannung oder der Einschaltwiderstand von Leistungshalbleitern ist eine wichtige Kenngrösse von Halbleiterschaltelementen, da sich daraus direkt proportional resultierende Leitverluste im Bauelement ergeben. Die Durchlassspannung hängt jedoch von den aktuellen Betriebsparametern des Schaltelements wie z.B. einem geführten Strom, einer Chiptemperatur oder einer angelegten Gatespannung ab. Somit ist zur genauen Bestimmung der Leitverluste eine präzise Erfassung der momentanen Durchlassspannung oder des Einschaltwiderstands unerlässlich.The forward voltage or the on-resistance of power semiconductors is an important parameter of semiconductor switching elements, since this results in directly proportional resulting conduction losses in the component. However, the forward voltage depends on the current operating parameters of the switching element, e.g. a guided current, a chip temperature or an applied gate voltage. Therefore, a precise detection of the instantaneous forward voltage or the on-resistance is essential for the exact determination of the conduction losses.

[0003] Umgekehrt lassen sich aufgrund der erwähnten Abhängigkeit der Durchlassspannung von bestimmten Betriebsparametern aber auch wertvolle Informationen über den Zustand des Schaltelements wie z.B. Überstromerkennung (Entsättigungsmessung) oder die aktuelle Chiptemperatur gewinnen (Online-Überwachung und Diagnose), was schliesslich zur Vorhersage der Lebensdauer und eines möglichen Ausfalls des Schaltelements verwendet werden kann. Jedoch setzt auch dies eine hochpräzise Messung der Durchlassspannung voraus.Conversely, due to the mentioned dependency of the forward voltage on certain operating parameters, valuable information about the state of the switching element, such as Overcurrent detection (desaturation measurement) or the current chip temperature (online monitoring and diagnosis), which can ultimately be used to predict the service life and a possible failure of the switching element. However, this also requires a highly precise measurement of the forward voltage.

[0004] Bei unipolaren Schaltelementen mit ohmscher Durchlasscharakteristik (z.B. MOSFETs) kann der Einschaltwiderstand im Bereich von wenigen Milliohm liegen, was bei Strömen im Amperebereich zu Durchlassspannungen von wenigen Millivolt führt. In Abhängigkeit der geforderten Genauigkeit ist somit eine Messauflösung im unteren Millivolt- oder sogar Mikrovolt-Bereich notwendig. Bei bipolaren Schaltelementen mit Diodencharakteristik (z.B. Bipolartransistoren oder IGBTs) liegt die Durchlassspannung typischerweise bei mehreren Hundert Millivolt bzw. im unteren Volt-Bereich, wodurch hier die Anforderungen an die Messgenauigkeit etwas entschärft sind.In the case of unipolar switching elements with an ohmic forward characteristic (e.g. MOSFETs), the on-resistance can be in the range of a few milliohms, which leads to forward voltages of a few millivolts for currents in the ampere range. Depending on the required accuracy, a measurement resolution in the lower millivolt or even microvolt range is necessary. With bipolar switching elements with diode characteristics (e.g. bipolar transistors or IGBTs), the forward voltage is typically several hundred millivolts or in the lower volt range, which means that the requirements for measurement accuracy are somewhat relaxed.

[0005] Wie typischerweise in Datenblättern aufgeführt, kann die Durchlasscharakteristik von Schaltelementen in Abhängigkeit von den erwähnten oder anderen Betriebsparametern statisch durchgeführt werden (Statisches Durchlassverhalten), d.h. das dauernd eingeschaltete Bauelement wird von einem geregelten kontinuierlichen Gleichstrom durchflossen. Jedoch weisen Halbleiterschaltelemente auch ein dynamisches Verhalten des Durchlasswiderstandes z.B. in Abhängigkeit der Sperrspannung, Schaltfrequenz und Chiptemperatur auf, welches bei gewissen Halbleitertechnologien, wie z.B. bei Gallium-Nitrid-Schaltelementen, sehr ausgeprägt sein kann und folglich mit statischen Messmethoden nicht erfasst wird.As typically listed in data sheets, the transmission characteristic of switching elements can be carried out statically depending on the mentioned or other operating parameters (static transmission behavior), i.e. the continuously switched component is flowed through by a regulated continuous direct current. However, semiconductor switching elements also exhibit dynamic behavior of the on-resistance, e.g. depending on the reverse voltage, switching frequency and chip temperature, which with certain semiconductor technologies, e.g. in the case of gallium nitride switching elements, can be very pronounced and consequently cannot be recorded using static measurement methods.

[0006] Zur korrekten Erfassung des statischen und dynamischen Durchlassverhaltens muss somit die Messung der Schalterspannung im realen Betrieb unter realen Betriebsbedingungen direkt am schaltenden Bauelement erfolgen (vgl. Fig. 1). Im Gegensatz zu den im statischen Fall bzw. eingeschalteten Zustand zu messenden tiefen Durchlassspannungen im Millivoltbereich, kann hier die Messspannung des Schaltelements im sperrenden Zustand Spannungen von mehreren Hundert Volt bis Kilovolt erreichen (vgl. VDc in Fig. 1). Somit wird von der Messschaltung ein hoher dynamischer Messbereich gefordert, was aber zugleich auch die erreichbare Auflösung für die Durchlassspannungsmessung limitiert. Zum Beispiel führt ein Messspannungsbereich von 1000 V trotz hoher digitaler Auflösung heutiger Messgeräte, beispielsweise Oszilloskope, von 12 Bit auf Quantisierungsschritte von etwa 250 mV, was in Abhängigkeit des zu vermessenden Schaltelements bereits über dessen Durchlassspannung liegt. Zwar könnte mit einer wesentlich höheren digitalen Auflösung die Quantisierungsschrittweite reduziert und somit die Messgenauigkeit erhöht werden, jedoch führt die nötige Spannungsanpassung, z.B. mittels eines 1:100-Teilers, des Messspannungsbereich von 1000 V auf den Eingangsspannungsbereich standardmässiger Messgeräte, beispielsweise Oszilloskope, zu einer Herabsetzung des analogen Messsignals und somit zu einer starken Reduktion des Rauschabstands bzw. Signal-Rausch-Verhältnisses.For correct detection of the static and dynamic forward behavior, the measurement of the switch voltage in real operation under real operating conditions must therefore take place directly on the switching component (cf. FIG. 1). In contrast to the low forward voltages in the millivolt range to be measured in the static case or switched on state, the measuring voltage of the switching element in the blocking state can reach voltages of several hundred volts to kilovolts (cf. V D c in FIG. 1). This means that the measuring circuit requires a high dynamic measuring range, but this also limits the achievable resolution for forward voltage measurement. For example, despite the high digital resolution of today's measuring devices, such as oscilloscopes, a measuring voltage range of 1000 V leads from 12 bits to quantization steps of approximately 250 mV, which, depending on the switching element to be measured, is already above its forward voltage. Although the quantization step size could be reduced with a significantly higher digital resolution and thus the measurement accuracy increased, the necessary voltage adjustment, e.g. by means of a 1: 100 divider, leads to a reduction of the measurement voltage range from 1000 V to the input voltage range of standard measuring devices, e.g. oscilloscopes of the analog measurement signal and thus to a strong reduction in the signal-to-noise ratio or signal-to-noise ratio.

[0007] Da jedoch für die Bestimmung der Leitverluste sowie für die Zustandserfassung des Schaltelements ausschliesslich das Durchlassverhalten von Interesse ist, kann alternativ der Messbereich auf den Durchlassbereich, z.B. ±1 V ... ± 5 V, reduziert werden und somit die Messauflösung genau um den Faktor der Messbereichsreduktion erhöht werden. Vorteilhaft ist dabei zudem, dass keine Teilung der Messspannung mehr erforderlich ist und somit das Signal-Rausch-Verhältnis unverändert bleibt. Sobald das Schaltelement ausgeschaltet wird und die Schaltelementspannung den reduzierten Messbereich überschreitet, muss in diesem Fall jedoch die Messschaltung vom zu vermessenden Schaltelement durch ein Serienelement, welches mindestens dieselbe Sperrspannungsfähigkeit wie das zu vermessenden Schaltelement aufweist, abgekoppelt werden. In der Literatur werden für das Serienelement häufig ein Transistor (z.B. MOSFET) [1,2] oder eine Diode [3]—[6] verwendet (vgl. Fig. 2 und Fig. 3).However, since only the pass behavior is of interest for the determination of the conduction losses and for the state detection of the switching element, the measuring range can alternatively be set to the pass range, e.g. ± 1 V ... ± 5 V, and thus the measurement resolution can be increased exactly by the factor of the measurement range reduction. It is also advantageous that the measuring voltage no longer has to be divided and the signal-to-noise ratio thus remains unchanged. As soon as the switching element is switched off and the switching element voltage exceeds the reduced measuring range, in this case, however, the measuring circuit must be decoupled from the switching element to be measured by a series element which has at least the same blocking voltage capability as the switching element to be measured. In the literature, a transistor (e.g. MOSFET) [1,2] or a diode [3] - [6] is often used for the series element (see Fig. 2 and Fig. 3).

[0008] Bei der Messschaltung mit einem Transistor Tp als aktives Serienelement, wird der Transistor Tp entweder durch eine separate Gateschaltung aktiv gesteuert, d.h. sobald das zu vermessende Schaltelement T2 eingeschaltet ist, wird Tp mit einer gewissen Verzögerungszeit ebenfalls eingeschaltet und bevor T2 ausgeschaltet wird, ist Tp bereits mit einer gewissen Vorlaufzeit ausgeschaltet, oder durch entsprechende Beschattung, z.B. durch eine konstant angelegte Gatespannung Vp, automatisch in Abhängigkeit des Schaltzustandes von T2 umgeschaltet.In the measuring circuit with a transistor T p as an active series element, the transistor T p is actively controlled either by a separate gate circuit, ie as soon as the switching element T 2 to be measured is switched on, T p is also switched on with a certain delay time and before T 2 is switched off, T p is already switched off with a certain lead time, or is switched over automatically by appropriate shading, for example by a constantly applied gate voltage V p , depending on the switching state of T 2 .

[0009] Sobald der Transistor TP durchgeschaltet ist, kann in beiden Fällen die zu messende Durchlassspannung vds als Messspannung v-i,a abgegriffen werden. Vorteilhaft ist dabei, dass MOSFETs im eingeschalteten Zustand nur einen ohmschen Spannungsabfall vTp aufweisen und dieser somit bei kleinen Messströmen im, d.h. bei hochohmigem Abgriff der Spannung νΊι3, im Verhältnis zur messenden Spannung vds vernachlässigbar klein (v1a « vds) bzw. relativ genau bestimmbar ist (vgl. Fig. 2).As soon as the transistor T P is switched on, the forward voltage v ds to be measured can be tapped as measuring voltage vi, a in both cases. It is advantageous here that MOSFETs have only an ohmic voltage drop v Tp when switched on and this is therefore negligibly small in relation to the measuring voltage v ds at small measuring currents i m , ie when the voltage ν Ίι3 is tapped with high impedance (v 1a «v ds ) or can be determined relatively precisely (cf. FIG. 2).

CH 714 661 A2 [0010] Nachteilig ist jedoch, dass bei der separaten Gateansteuerung die erwähnte Verzögerungs- oder Vorlaufzeit (allg. Verriegelungszeit) zwischen den Schaltzeiten der beiden Schaltelemente T2 und Tp entsprechend gross gewählt werden muss, damit eine Überspannung am Messpotential v1i3 und somit eine Zerstörung der nachgeschalteten Messschaltung sicher verhindert werden kann [2j. Für langsam schaltende Halbleiterelemente wie z.B. IGBTs stellt diese Verriegelungszeit kein Problem dar, jedoch ist diese vor allem bei schnellschaltenden Halbleitern nachteilig, da somit eine rasche und quasi verzögerungsfreie Erfassung der Durchlassspannung nach dem Einschaltvorgang und vor dem Ausschaltvorgang verunmöglicht wird. Zudem wird durch die zusätzliche Gateschaltung und Ansteuerlogik die Komplexität der Messschaltung wesentlich erhöht, weshalb die automatische Umschaltung des Serienelements Tp in vielen Fällen bevorzugt wird.CH 714 661 A2 However, it is disadvantageous that, in the separate gate control, the aforementioned delay or lead time (general locking time) between the switching times of the two switching elements T 2 and T p must be chosen to be large enough so that an overvoltage at the measuring potential v 1i3 and thus destruction of the downstream measuring circuit can be reliably prevented [2j. This locking time is not a problem for slow-switching semiconductor elements such as IGBTs, however, this is disadvantageous especially in the case of fast-switching semiconductors, since rapid and quasi-delay-free detection of the forward voltage after the switch-on process and before the switch-off process is impossible. In addition, the complexity of the measuring circuit is significantly increased by the additional gate circuit and control logic, which is why the automatic switching of the series element T p is preferred in many cases.

[0011] Jedoch muss während des Ein- und Ausschaltvorganges des zu vermessenden Schaltelements T2, d.h. während des Ab- und Aufbauens der Schalterspannung Vds zwischen der Durchlassspannung und der Sperrspannung, auch die Spannung am Serienelement Tp ab- und aufgebaut werden und somit die parasitäre Kapazität CyP des MOSFETs Tp entladen und aufgeladen werden. Der entsprechende Ladestrom wird dabei von der Testschaltung geliefert, was vor allem bei hohen Spannungssteilheiten zu einer zusätzlichen Belastung der Test- und Messschaltung und folglich zu einer Reduktion der Spannungssteilheit am zu vermessenden Schaltelement T2 führt. Des Weiteren resultiert die parasitäre Ausgangskapazität in einem verzögerten Umschalten des Transistors Tp, wodurch die Durchlassspannung direkt nach der Schaltflanke noch nicht korrekt erfasst werden kann.However, during the switching on and off of the switching element T 2 to be measured, ie during the removal and installation of the switch voltage V ds between the forward voltage and the reverse voltage, the voltage at the series element T p must also be removed and thus built up the parasitic capacitance Cy P of the MOSFET T p are discharged and charged. The corresponding charging current is supplied by the test circuit, which leads to an additional load on the test and measurement circuit, and consequently to a reduction in the voltage steepness at the switching element T 2 to be measured, especially in the case of high voltage steepness. Furthermore, the parasitic output capacitance results in a delayed switching of the transistor T p , as a result of which the forward voltage cannot be correctly detected directly after the switching edge.

[0012] Um den Einfluss der Messschaltung auf das Schaltverhalten von T2 zu minimieren, muss deshalb für das Serienelement Tp ein MOSFET mit möglichst geringer parasitärer Ausgangskapazität CTp, d.h. um Grössenordnungen kleiner als die parasitäre Ausgangskapazität des zu vermessenden Schaltelements Cj2, gewählt werden. Bei leistungsstarken Schaltelementen, d.h. Schaltelemente mit grossen Chipflächen die somit eine grosse Ausgangskapazität Cj2 aufweisen, kann problemlos ein Serienelement Tp mit verhältnismässig kleiner Ausgangskapazität gefunden werden. Für Schaltelemente kleinerer Leistung sowie Schaltelemente mit grossem Bandabstand, wie z.B. Gallium-Nitrid-MOSFETs, welche sehr geringe Ausgangskapazitäten aufweisen, wird es jedoch zunehmend schwieriger, MOSFETs mit noch kleinerer Ausgangskapazität zu finden.In order to minimize the influence of the measuring circuit on the switching behavior of T 2 , a MOSFET with the lowest possible parasitic output capacitance C Tp , ie by orders of magnitude smaller than the parasitic output capacitance of the switching element Cj2 to be measured, must therefore be selected for the series element T p , In the case of high-performance switching elements, ie switching elements with large chip areas and thus having a large output capacitance Cj2, a series element T p with a relatively small output capacitance can be found without any problems. However, for switching elements with lower power and switching elements with a large band gap, such as gallium nitride MOSFETs, which have very low output capacitances, it is becoming increasingly difficult to find MOSFETs with an even smaller output capacitance.

[0013] Deshalb wird vor allem bei den schnellschaltenden Halbleiterelementen kleiner Leistung anstelle eines MOSFET Tp eine Diode Di als abkoppelndes Serienelement verwendet, da Dioden gleicher Leistungsklasse im Verhältnis zur Ausgangskapazität CT2 von MOSFETs eine wesentlich geringere parasitäre Sperrschichtkapazität CDi aufweisen. Vorteilhaft ist zudem, dass die Diode im Vergleich zum Transistor ein passives Serienelement darstellt und somit die zusätzliche Gateschaltung mit Ansteuerlogik entfallen.Therefore, a diode Di is used as a decoupling series element, especially in the fast-switching semiconductor elements of low power instead of a MOSFET T p , since diodes of the same power class have a significantly lower parasitic junction capacitance C D i in relation to the output capacitance C T 2 of MOSFETs. It is also advantageous that the diode is a passive series element in comparison to the transistor, and the additional gate circuit with control logic is therefore eliminated.

[0014] Die Messschaltung vereinfacht sich somit auf eine Spannungsquelle Vp, einen Serienwiderstand R6 und die Diode Dd, welche vielfach bei IGBTs als Entsättigungsschaltung, d.h. für die Überstromdetektion, eingesetzt wird (vgl. Fig. 3). Liegt die Schalterspannung vds über der Spannung Vp, sperrt die Diode D-, und sobald die Spannung vds unterhalb der Spannung Vp liegt, wird die Diode Di leitend und es fliesst ein Messstrom im, welcher über den Serienwiderstand R6 eingestellt werden kann.The measuring circuit is thus simplified to a voltage source V p , a series resistor R 6 and the diode D d , which is often used in IGBTs as a desaturation circuit, ie for overcurrent detection (see FIG. 3). If the switch voltage v ds is above the voltage V p , the diode D- blocks, and as soon as the voltage v ds is below the voltage V p , the diode Di becomes conductive and a measuring current i m flows , which is set via the series resistor R 6 can be.

[0015] Nachteilig ist jedoch, dass Dioden im Vergleich zu MOSFETs einen Vorwärtsspannungsabfall vD1 im Volt-Bereich aufweisen und somit die eigentlich zu messende Spannung vds (zum Teil nur im Millivolt-Bereich) wesentlich überschreitet. D.h. die am Messpotential v1>b abgegriffene Messspannung ist um den Vorwärtsspannungsabfall vD1 grösser als die eigentlich zu messende Durchlassspannung vds, was aufgrund der starken Abhängigkeit des Vorwärtsspannungsabfalls vDi von den Betriebsparametern wie z.B. Durchlassstrom und Temperatur bereits bei leichten Änderungen der Durchlasscharakteristik zu beträchtlichen Messfehlern führen und auch durch entsprechende Spannungskorrektur nicht behoben werden kann.It is disadvantageous, however, that diodes have a forward voltage drop v D1 in the volt range in comparison to MOSFETs and thus substantially exceed the voltage v ds actually to be measured (in some cases only in the millivolt range). This means that the measurement voltage tapped at the measurement potential v 1> b is greater by the forward voltage drop v D1 than the forward voltage v ds actually to be measured, which due to the strong dependence of the forward voltage drop v D i on the operating parameters such as forward current and temperature even with slight changes in the forward characteristic lead to considerable measurement errors and cannot be corrected by appropriate voltage correction.

[0016] Aufgabe der Erfindung ist, eine Messschaltung zur präzisen und möglichst verzögerungsfreien Messung der Durchlassspannung bzw. des Einschaltwiderstands von Halbleiterschaltern bereitzustellen.The object of the invention is to provide a measuring circuit for precise and, if possible, delay-free measurement of the forward voltage or the on-resistance of semiconductor switches.

[0017] Die Aufgabe wird gelöst durch eine Durchlassspannung-Messschaltung gemäss den Patentansprüchen.The object is achieved by a forward voltage measuring circuit according to the claims.

[0018] Eine entsprechende Durchlassspannung-Messschaltung ist dazu vorgesehen, mit einem ersten und einem zweiten Mess-Anschlusspunkt an zwei Anschlusspunkte eines zu vermessenden Bauteils geschaltet zu werden. Sie weist auf:A corresponding forward voltage measuring circuit is provided to be connected to a first and a second measuring connection point at two connection points of a component to be measured. It shows:

- eine Abkopplungsschaltung mit einer ersten und einer zweiten Diode, die an einem gemeinsamen Punkt mit einem ersten Potential in Serie geschaltet sind, wobei die Abkopplungsschaltung mit der ersten Diode an den ersten MessAnschlusspunkt und mit der zweiten Diode an einen Messpunkt mit einem zweiten Potential geschaltet ist, und- A decoupling circuit with a first and a second diode, which are connected in series at a common point with a first potential, the decoupling circuit being connected with the first diode to the first measuring connection point and with the second diode to a measuring point with a second potential , and

- eine Ausgangs-Messschaltung zum Messen einer Spannung am Messpunkt, welche ein Mass für eine zu messende Durchlassspannung ist.- An output measuring circuit for measuring a voltage at the measuring point, which is a measure of a forward voltage to be measured.

[0019] Aufgrund der vor allem für schnellschaltende Halbleiterelemente im Nanosekunden-Bereich genannten Vorteile der Schaltung mit Diode gegenüber der Schaltung mit MOSFET, wird das Prinzip der Schaltung mit Seriendiode angewendet, wobei der obengenannte Nachteil bezüglich Messgenauigkeit beseitigt wird. Zudem kann die Messschaltung um eine galvanisch getrennte Versorgung mit geringer Koppelkapazität erweitert werden, was einerseits ein Aufbrechen von Erdschleifen ermöglicht und somit Störeinflüsse durch Gleichtaktspannungen und Gleichtaktströmen verhindert, oder andererseits auch die Messung der Durchlassspannung eines sich auf springenden Bezugspotential befindlichen Schaltelements erlaubt.Because of the advantages of switching with diode compared to switching with MOSFET, which are mentioned above all for fast-switching semiconductor elements in the nanosecond range, the principle of switching with series diode is applied, the above-mentioned disadvantage with regard to measuring accuracy being eliminated. In addition, the measuring circuit can be expanded to include a galvanically isolated supply with low coupling capacitance, which on the one hand enables earth loops to break up and thus prevents interference from common mode voltages and common mode currents, or on the other hand also allows the forward voltage to be measured on a switching element that has a jumping reference potential.

CH 714 661 A2 [0020] In Ausführungsformen weist das Messsystem zwei identische in Serie geschaltete Dioden D1 und D2 als Serienelemente zur Abkopplung der Messschaltung vom Schaltelement auf.CH 714 661 A2 [0020] In embodiments, the measuring system has two identical diodes D 1 and D 2 connected in series as series elements for decoupling the measuring circuit from the switching element.

[0021] In Ausführungsformen weisen die erste und die zweite Diode (D-ι und D2) möglichst identische Parameter auf. Sie stammen insbesondere aus einer gleichen Produktionsserie und/oder sind in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Insbesondere werden Dioden mit kleiner Sperrschichtkapazität und/oder gleicher Vorwärtscharakteristik verwendet. Insbesondere ist eine gute thermische Kopplung gewährleistet.In embodiments, the first and the second diode (D-ι and D 2 ) have parameters that are as identical as possible. They come in particular from the same production series and / or are arranged in a common housing. In particular, diodes with a small junction capacitance and / or the same preheating characteristics are used. In particular, good thermal coupling is ensured.

[0022] In Ausführungsformen weist die Durchlassspannung-Messschaltung eine Klemmschaltung auf, welche das erste Potential auf eine maximale Spannung bezüglich des zweiten Mess-Anschlusspunktes begrenzt.In embodiments, the forward voltage measuring circuit has a clamping circuit which limits the first potential to a maximum voltage with respect to the second measuring connection point.

[0023] In Ausführungsformen weist die Durchlassspannung-Messschaltung eine Serienschaltung einer Zenerdiode und eines Vorwiderstands auf, wobei die Zenerdiode zwischen den zweiten Mess-Anschlusspunkt und einen Referenzpunkt geschaltet ist und der Vorwiderstand zwischen den Referenzpunkt und den gemeinsamen Punkt der Abkoppelungsschaltung geschaltet ist.In embodiments, the forward voltage measuring circuit has a series connection of a Zener diode and a series resistor, the Zener diode being connected between the second measuring connection point and a reference point and the series resistor being connected between the reference point and the common point of the decoupling circuit.

[0024] In Ausführungsformen ist eine Zenerspannung der Zenerdiode so gewählt, dass zu keinem Zeitpunkt ein Strom von der Ausgangs-Messschaltung durch die zweite Diode in die Zenerdiode mit Vorwiderstand fliessen kann, wodurch somit ein Messstrom durch die beiden Dioden im Wesentlichen identisch ist.In embodiments, a Zener voltage of the Zener diode is chosen so that at no time can a current flow from the output measuring circuit through the second diode into the Zener diode with a series resistor, so that a measuring current through the two diodes is essentially identical.

[0025] In Ausführungsformen weist die Durchlassspannung-Messschaltung eine Operationsverstärkungsschaltung auf, welche dazu ausgebildet ist, aus dem ersten Potential (νΊ) und dem zweiten Potential (v2) einen Messwert entsprechend der zu messenden Durchlassspannung zu bilden, insbesondere einen Messwert im Wesentlichen gleich der zu messenden Durchlassspannung.In embodiments, the forward voltage measuring circuit has an operational amplification circuit which is designed to form a measured value from the first potential (ν Ί ) and the second potential (v 2 ) in accordance with the forward voltage to be measured, in particular essentially a measured value equal to the forward voltage to be measured.

[0026] Die Operationsverstärkerschaltung verrechnet die beiden Spannungspotentiale νΊ und v2 derart miteinander, dass die zu messende Durchlassspannung am Ausgang der Messschaltung resultiert.[0026] The operational amplifier circuit calculates the two voltage potentials ν Ί and v 2 with one another in such a way that the forward voltage to be measured results at the output of the measuring circuit.

[0027] In Ausführungsformen ist die die Operationsverstärkungsschaltung dazu ausgebildet, einen Messwert im Wesentlichen proportional zu der zu messenden Durchlassspannung zu bilden. Dazu kann das Messsystem eine Operationsverstärkerschaltung bestehend aus zwei Operationsverstärkern aufweisen, welche eine skalierte Durchlassspannung am Ausgang der Messschaltung bereitstellt.[0027] In embodiments, the operational amplification circuit is designed to form a measured value substantially proportional to the forward voltage to be measured. For this purpose, the measuring system can have an operational amplifier circuit consisting of two operational amplifiers, which provides a scaled forward voltage at the output of the measuring circuit.

[0028] In Ausführungsformen ist eine Operationsverstärkerausgangsimpedanz an das Kabel oder Lastimpedanz angepasst, womit eine breitbandige Übertragung des Messsignals gewährleistet werden kann.[0028] In embodiments, an operational amplifier output impedance is adapted to the cable or load impedance, with which a broadband transmission of the measurement signal can be ensured.

[0029] In Ausführungsformen kann ein Messsystem mit der Durchlassspannung-Messschaltung zum Messen der Durchlassspannung in einer Halbbrückenkonfiguration verwendet werden, d.h. zum Messen der Durchlassspannung bzw. des Einschaltwiderstands beider Schaltelemente.In embodiments, a measurement system with the forward voltage measurement circuit can be used to measure the forward voltage in a half-bridge configuration, i.e. for measuring the forward voltage or the on-resistance of both switching elements.

[0030] In Ausführungsformen wird das Messsystem direkt aus Versorgungsspannung des Gatetreibers versorgt, wobei die Messschaltung zur Zustandsanalyse direkt in die Gatetreiberschaltung integriert sein kann (Intelligent Gatedrive).In embodiments, the measuring system is supplied directly from the supply voltage of the gate driver, and the measuring circuit for state analysis can be integrated directly into the gate driver circuit (intelligent gate drive).

[0031] In Ausführungsformen wird das Messsystem über eine separate galvanisch getrennte Versorgung mittels eines Transformators mit geringer parasitärer Koppelkapazität Cit versorgt, falls die Messschaltung nur zur Diagnosezwecken eingesetzt wird.In embodiments, the measuring system is supplied via a separate galvanically isolated supply by means of a transformer with a low parasitic coupling capacitance Ci t if the measuring circuit is used only for diagnostic purposes.

[0032] In Ausführungsformen wird für das Messsystem allgemein eine galvanisch getrennten Versorgung der Messschaltung vorgesehen, auch wenn sich das Referenzpotential des Schaltelements und das Referenzpotential der Messeinheit auf demselben ruhenden oder springenden Potential befinden, zum möglichen Aufbrechen von Erdschleifen und verhindern von Störeinflüssen durch Gleichtaktspannungen und Gleichtaktströmen.In embodiments, a galvanically isolated supply of the measuring circuit is generally provided for the measuring system, even if the reference potential of the switching element and the reference potential of the measuring unit are at the same resting or jumping potential, for possible breaking up of ground loops and preventing interference from common mode voltages and common mode currents.

[0033] Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigt jeweils schematisch:In the following the subject matter of the invention is explained in more detail with the aid of preferred exemplary embodiments which are illustrated in the accompanying drawings. It shows schematically:

Fig. 1 : Beispiel einer typischen Messanordnung zur Messung der Durchlassspannung des Schaltelements T2, wobei die Messung der Schalterspannung im realen Betrieb unter realen Betriebsbedingungen direkt am schaltenden Bauelement erfolgt. Im Gegensatz zu den im statischen Fall, d.h. im dauernd eingeschalteten Zustand, kann hier die Messspannung des Schaltelements im sperrenden Zustand Spannungen von mehreren Hundert Volt bis Kilovolt erreichen.Fig. 1: Example of a typical measuring arrangement for measuring the forward voltage of the switching element T 2 , the measurement of the switch voltage in real operation under real operating conditions directly on the switching component. In contrast to those in the static case, ie in the permanently switched on state, the measuring voltage of the switching element can reach voltages of several hundred volts to kilovolts in the blocking state.

Fig. 2: Beispiel einer Durchlassspannung-Messschaltung nach dem Stand der Technik mit aktivem Serienelement (z.B. MOSFET) zur Abkopplung der Messschaltung vom zu vermessenden Schaltelement sobald die Schalterspannung den Messbereich überschreitet, wobei das Serienelement mindestens dieselbe Sperrspannungsfähigkeit wie das zu vermessenden Schaltelement aufweisen muss.Fig. 2: Example of a forward voltage measuring circuit according to the prior art with an active series element (e.g. MOSFET) for decoupling the measuring circuit from the switching element to be measured as soon as the switch voltage exceeds the measuring range, the series element having to have at least the same blocking voltage capability as the switching element to be measured.

Fig. 3: Beispiel einer Durchlassspannung-Messschaltung nach dem Stand der Technik mit passivem Serienelement (z.B. Diode) zur Abkopplung der Messschaltung vom zu vermessenden Schaltelement sobald die Schalter4Fig. 3: Example of a forward voltage measuring circuit according to the prior art with a passive series element (e.g. diode) for decoupling the measuring circuit from the switching element to be measured as soon as the switch 4

CH 714 661 A2CH 714 661 A2

Spannung den Messbereich überschreitet, wobei das Serienelement mindestens dieselbe Sperrspannungsfähigkeit wie das zu vermessenden Schaltelement aufweisen muss.Voltage exceeds the measuring range, the series element having to have at least the same blocking voltage capability as the switching element to be measured.

Fig. 4: Erfindungsgemässe Realisierung einer Durchlassspannung-Messschaltung mit zwei identischen in Serie geschalteten Dioden, einer ersten Diode D1 und einer zweiten Diode D2, zur Abkopplung der Messschaltung vom zu vermessenden Schaltelement sobald die Schalterspannung den Messbereich überschreitet, wobei aufgrund einer Klemmschaltung bestehend aus einer Zenerdiode 7- und einem Vorwiderstand Ri nur die erste Diode D-ι die Sperrspannung des zu vermessenden Schaltelements aufnimmt. Die zweite Diode D2 wird zur Kompensation des Spannungsabfalls der ersten Diode D-ι verwendet. Eine Verstärkerschaltung mit einem Operationsverstärker Op2 liefert eine Ausgangsspannung vm, welche der Durchlassspannung vds entspricht. Die Verstärkerschaltung greift die Messsignale νΊ und v2 hochimpedant ab und treibt eine niederimpedante Last mit angepasster Impedanz R5.Fig. 4: Realization of a forward voltage measuring circuit according to the invention with two identical diodes connected in series, a first diode D 1 and a second diode D 2 , for decoupling the measuring circuit from the switching element to be measured as soon as the switch voltage exceeds the measuring range, due to a clamping circuit from a Zener diode 7- and a series resistor Ri only the first diode D-ι receives the reverse voltage of the switching element to be measured. The second diode D 2 is used to compensate for the voltage drop of the first diode D-ι. An amplifier circuit with an operational amplifier Op 2 supplies an output voltage v m which corresponds to the forward voltage v ds . The amplifier circuit taps the measurement signals ν Ί and v 2 with high impedance and drives a low-impedance load with matched impedance R 5 .

Fig. 5: Erfindungsgemässe Realisierung einer Durchlassspannung-Messschaltung basierend auf der Realisierung in Fig. 4, wobei mittels eines zusätzlichen Operationsverstärkers Op-, die Ausgangsspannung vn gegenüber der gemessenen Durchlassspannung vds noch um einen gewissen, vorgebbaren Faktor verstärkt werden kann.5: Realization of a forward voltage measuring circuit according to the invention based on the implementation in FIG. 4, wherein by means of an additional operational amplifier Op-, the output voltage v n can be amplified by a certain, predeterminable factor compared to the measured forward voltage v ds .

Fig. 6: Mögliche Realisierung der Versorgungsspannung der Messschaltung über einen Transformator (hier beispielhaft mit Sekundärwicklung mit Mittelanzapfung) mit geringer parasitärer Koppelkapazität Cjt, damit Erdschleifen aufgebrochen und Störeinfluss von Gleichtaktspannungen und Gleichtaktströmen unterdrückt werden.Fig. 6: Possible implementation of the supply voltage of the measuring circuit via a transformer (here, for example, with secondary winding with center tap) with low parasitic coupling capacitance Cjt, so that ground loops are broken up and interference from common mode voltages and common mode currents are suppressed.

[0034] Die obengenannte Messschaltung gemäss Fig. 3 mit der ersten Diode D1 als Serienelement wird mit einer zweiten zu D-ι in Serie geschalteten zweiten Diode D2 mit möglichst identischen Parametern erweitert (vgl. Fig. 4).The above-mentioned measuring circuit according to FIG. 3 with the first diode D 1 as a series element is expanded with a second diode D 2 connected in series with D- 1 with parameters that are as identical as possible (cf. FIG. 4).

[0035] Die Durchlassspannung-Messschaltung ist mit einem ersten und einem zweiten Mess-Anschlusspunkt an zwei Anschlusspunkte des zu vermessenden Bauteils geschaltet. Die Durchlassspannung-Messschaltung weist auf:The forward voltage measuring circuit is connected to a first and a second measuring connection point at two connection points of the component to be measured. The forward voltage measuring circuit has:

- Eine Abkopplungsschaltung, aufweisend eine erste und eine zweite Diode D1 und D2, die an einem gemeinsamen Punkt mit einem ersten Potential νΊ in Serie geschaltet sind. Die Abkopplungsschaltung ist zwischen den ersten MessAnschlusspunkt und einen Messpunkt mit einem zweiten Potential v2 geschaltet.- A decoupling circuit, comprising a first and a second diode D 1 and D 2 , which are connected in series at a common point with a first potential ν Ί . The decoupling circuit is connected between the first measurement connection point and a measurement point with a second potential v 2 .

- Eine Spannungsquelle Vp mit Serienwiderstand R6. Diese sind zwischen den Messpunkt und den zweiten Mess-Anschlusspunkt geschaltet.- A voltage source V p with series resistance R 6 . These are connected between the measuring point and the second measuring connection point.

- Eine Klemmschaltung, beispielsweise mit einer Zenerdiode ΖΊ, welche an einem gemeinsamen Referenzpunkt mit einem in Serie angeordneten Vorwiderstand R-i verbunden ist. Diese Klemmschaltung ist zwischen den gemeinsamen Punkt der Abkoppelungsschaltung und den zweiten Mess-Anschlusspunkt geschaltet. Sie begrenzt das Potential νΊ zwischen den in Serie geschalteten Dioden auf eine maximal zulässige Messspannung. D.h., sie schützt eine nachfolgende Messschaltung. Die Zenerdiode kann zwischen den zweiten Mess-Anschlusspunkt und den Referenzpunkt geschaltet sein. Der Vorwiderstand kann zwischen den Referenzpunkt und den gemeinsamen Punkt der Abkoppelungsschaltung geschaltet sein, verbunden ist. Diese Klemmschaltung ist zwischen den gemeinsamen Punkt der Abkoppelungsschaltung und den zweiten Mess-Anschlusspunkt geschaltet. Sie begrenzt das Potential νΊ zwischen den in Serie geschalteten Dioden auf eine maximal zulässige Messspannung. D.h., sie schützt eine nachfolgende Messschaltung. Die Zenerdiode kann zwischen den zweiten Mess-Anschlusspunkt und den Referenzpunkt geschaltet sein. Der Vorwiderstand kann zwischen den Referenzpunkt und den gemeinsamen Punkt der Abkoppelungsschaltung geschaltet sein.- A clamping circuit, for example with a Zener diode Ζ Ί , which is connected at a common reference point to a series resistor Ri arranged in series. This clamping circuit is connected between the common point of the decoupling circuit and the second measuring connection point. It limits the potential ν Ί between the diodes connected in series to a maximum permissible measuring voltage. This means that it protects a subsequent measuring circuit. The zener diode can be connected between the second measuring connection point and the reference point. The series resistor can be connected between the reference point and the common point of the decoupling circuit. This clamping circuit is connected between the common point of the decoupling circuit and the second measuring connection point. It limits the potential ν Ί between the diodes connected in series to a maximum permissible measuring voltage. This means that it protects a subsequent measuring circuit. The zener diode can be connected between the second measuring connection point and the reference point. The series resistor can be connected between the reference point and the common point of the decoupling circuit.

- Eine Messschaltung zur Messung einer Spannung zwischen dem gemeinsamen Punkt (mit dem ersten Potential νΊ) und dem Messpunkt (mit dem zweiten Potential v2). Diese Spannung ist ein Mass für die zu messende Durchlassspannung. Die Messschaltung kann für diese Messung am Messpunkt und am Referenzpunkt der Klemmschaltung angeschlossen sein.- A measuring circuit for measuring a voltage between the common point (with the first potential ν Ί ) and the measuring point (with the second potential v 2 ). This voltage is a measure of the forward voltage to be measured. For this measurement, the measuring circuit can be connected to the measuring point and to the reference point of the clamping circuit.

[0036] Somit wird die Sperrspannung des zu vermessenden Schaltelements vds weiterhin hauptsächlich von der Diode D-ι aufgenommen. Die Zenerspannung ist in diesem Fall grösser als die Quellenspannung Vp zu wählen, damit zu keinem Zeitpunkt ein Strom von der Quelle Vp durch die Diode D2 in die Zenerdiode Z1 mit Vorwiderstand R-i fliessen kann. Dadurch wird garantiert, dass während des Leitintervalls des zu vermessenden Schaltelements der Messstrom im durch die beiden Dioden D-ι und D2 immer identisch ist.Thus, the reverse voltage of the switching element to be measured v ds continues to be mainly absorbed by the diode D-ι. In this case, the Zener voltage should be selected to be greater than the source voltage V p , so that at no time can a current flow from the source V p through the diode D 2 into the Zener diode Z 1 with a series resistor Ri. This guarantees that during the master interval of the switching element to be measured, the measuring current i m through the two diodes D-ι and D 2 is always identical.

[0037] Vorteilhaft werden Dioden mit kleiner Sperrschichtkapazität und aus gleicher Produktionsserie, d.h. mit geringen Bauteiltoleranzen, verwendet. Zudem werden die beiden Dioden D1 und D2 thermisch gut gekoppelt, d.h. layouttechnisch nahe beieinander platziert oder wenn möglich in einem Gehäuse untergebracht, sodass beide Kriterien, geringe Bauteiltoleranz und möglichst gleiche Temperatur, erfüllt sind. Die beiden Dioden D-ι und D2 weisen somit dieselbe Vorwärtscharakteristik und aufgrund der Serienschaltung der Dioden, d.h. beide Dioden werden von denselben Strom durchflossen, auch dieselbe Vorwärtsspannung auf. Durch hochimpedante Messung der Potentiale νΊ und v2 ergibt sich nun die Möglichkeit die Durchlassspannung vD1 der Diode D,, welche zumindest annähernd gleich der Durchlassspannung vD2 der Diode D2 entspricht, zu messen und diese von der Spannung νΊ zu subtrahieren, um schliesslich die Durchlassspannung des zu vermessenden Schaltelements vds zu erhalten. Diese Operation kann mithilfe eines einzigen Operationsverstärkers Op2 und den hochohmigen Widerständen R3 und R4 durchgeführt werden (vgl. Fig. 4). Zudem übernimmt der Operati5Diodes with a small junction capacitance and from the same production series, ie with low component tolerances, are advantageously used. In addition, the two diodes D 1 and D 2 are thermally well coupled, that is to say placed close to one another in terms of layout or, if possible, housed in a housing, so that both criteria, low component tolerance and the same temperature as possible, are met. The two diodes D-ι and D 2 thus have the same forward characteristic and due to the series connection of the diodes, ie both diodes are flowed through by the same current, the same forward voltage. By measuring the potentials ν Ί and v 2 with high impedance, it is now possible to measure the forward voltage v D1 of the diode D ,, which corresponds at least approximately to the forward voltage v D2 of the diode D 2 , and to subtract this from the voltage ν Ί . to finally obtain the forward voltage of the switching element to be measured v ds . This operation can be carried out using a single operational amplifier Op 2 and the high-resistance resistors R 3 and R 4 (cf. FIG. 4). The Operati5 also takes over

CH 714 661 A2 onsverstärker die Funktion eines Puffers, was über den Widerstand R5 eine breitbandige und an ein Kabel und dessen Eingangsimpedanz angepasste Übertragung des Messsignals, z.B. mit einer 50-Ohm-Wellenimpedanz, erlaubt.CH 714 661 A2 onsamplifier the function of a buffer, which permits a broadband transmission of the measurement signal, adapted to a cable and its input impedance, via resistor R 5 , for example with a 50 ohm wave impedance.

[0038] Eine Erweiterung der Schaltung mit dem Operationsverstärker ΟρΊ und den Widerständen R2a, R2b und R1b ermöglicht es zudem, das vom zum vermessenden Schaltelement abhängige und zum Teil niedrige Messsignal direkt und lokal um einen gewissen, vorgebbaren Faktor zu verstärken, d.h. den Signal-Rausch-Abstand für die Übertragung zu erhöhen, und erst dann über das Messkabel zu übertragen (vgl. Fig. 5).An expansion of the circuit with the operational amplifier Ορ Ί and the resistors R 2a , R 2b and R 1b also makes it possible to directly and locally amplify the measurement signal, which is dependent on the switching element to be measured, and in part locally by a certain, predeterminable factor, ie to increase the signal-to-noise ratio for the transmission and only then to transmit it via the measuring cable (cf. FIG. 5).

[0039] In einer Halbbrückenkonfiguration, oder einer allgemeinen Schalterkonfiguration mit zwei (oder mehr) Schaltelementen aufspringendem Bezugspotential, ist es zum Teil erwünscht, die Durchlassspannung bzw. Einschaltwiderstand beider Schaltelemente zu messen, d.h. beispielsweise mit einer zweiten Messschaltung auch die Durchlassspannung des oberen Schalters T-ι in Fig. 1 zu messen, da aufgrund von Bauteiltoleranzen und unterschiedlichem Layout die Durchlasscharakteristiken oder aufgrund der Modulations- und Betriebsart der Halbbrücke die Belastung der beiden Bauelemente verschieden sein können und somit entweder zu unterschiedlichen Leitverlusten führen oder der Zustand, die Lebensdauer bzw. die Ausfallwahrscheinlichkeit der Bauelemente unterschiedlich sind.In a half-bridge configuration, or a general switch configuration with two (or more) switching elements with a rising reference potential, it is partly desirable to measure the forward voltage or on-resistance of both switching elements, i.e. For example, to measure the forward voltage of the upper switch T-ι in Fig. 1 with a second measuring circuit, because due to component tolerances and different layout, the forward characteristics or due to the modulation and operating mode of the half-bridge, the load of the two components can be different and thus either lead to different conduction losses or the condition, the service life or the probability of failure of the components are different.

[0040] Die Versorgung der Messschaltung, welche jeweils auf das Bezugspotential des zu vermessenden Schaltelements referenziert ist, muss aufgrund des springenden Bezugspotentials des oberen Schalters T-ι von den ruhenden Zwischenkreispotentialen (wie sie beispielsweise an einer Spannungsquelle VDC in Fig. 1 anliegen) galvanisch getrennt werden.The supply of the measuring circuit, which is in each case referenced to the reference potential of the switching element to be measured, must be due to the jumping reference potential of the upper switch T-ι from the dormant intermediate circuit potentials (such as are present at a voltage source V DC in Fig. 1) be galvanically isolated.

[0041] Wird z.B. zur Zustandsanalyse die Messschaltung direkt in die Gatetreiberschaltung integriert («Intelligent Gatedrive»), so kann für die Versorgung der Messschaltung direkt die Spannungsversorgung der Gatetreiberschaltung verwendet werden. Wird das Messsignal durch den intelligenten Gatetreiber ausgewertet, so ist keine galvanische Trennung des Messsignals erforderlich; d.h. der intelligente Gatetreiber sendet möglicherweise nur galvanisch getrennte Statussignale an die Steuereinheit, welche sich auf einem ruhenden Potential befindet. Wird das Messsignal jedoch an eine Messeinheit auf einem anderen Referenzpotential weitergeleitet, so ist auch eine galvanische Trennung, d.h. in digitaler oder analoger Form, des Ausgangssignals notwendig.For example, for status analysis, the measuring circuit is integrated directly into the gate driver circuit ("intelligent gate drive"), so the voltage supply of the gate driver circuit can be used directly for supplying the measuring circuit. If the measurement signal is evaluated by the intelligent gate driver, no galvanic isolation of the measurement signal is required; i.e. the intelligent gate driver may only send galvanically isolated status signals to the control unit, which is at a floating potential. However, if the measurement signal is forwarded to a measuring unit at a different reference potential, there is also a galvanic isolation, i.e. in digital or analog form, the output signal necessary.

[0042] Wird die Messschaltung nur zu Diagnosezwecken eingesetzt, d.h. die Messschaltung wird nicht in die eigentliche Schaltung eingeplant, so ist eine separate galvanische Versorgung vorzusehen (vgl. Fig. 6). Die Versorgung der Messschaltung kann dabei beispielsweise über eine Glättungskapazität Cs, einen H-Brücken Treiber und einen Transformator (hier beispielhaft mit Sekundärwicklung mit Mittelanzapfung) und einen anschliessenden Gleichrichter erfolgen. Der Transformator weist eine geringe parasitäre Koppelkapazität Cit auf, damit ein Störeinfluss von Gleichtaktspannungen und Gleichtaktströmen minimal gehalten werden kann. Wird das Messsignal an eine Messeinheit auf einem anderen Referenzpotential weitergeleitet, gilt auch in diesem Fall, dass eine galvanische Trennung, d.h. in digitaler oder analoger Form, des Ausgangssignals vorzusehen ist.If the measuring circuit is used only for diagnostic purposes, ie the measuring circuit is not included in the actual circuit, a separate galvanic supply must be provided (see FIG. 6). The measurement circuit can be supplied, for example, via a smoothing capacitance C s , an H-bridge driver and a transformer (here, for example, with a secondary winding with center tap) and a subsequent rectifier. The transformer has a low parasitic coupling capacitance Ci t , so that interference from common mode voltages and common mode currents can be kept to a minimum. If the measuring signal is forwarded to a measuring unit at a different reference potential, it also applies in this case that the output signal must be electrically isolated, ie in digital or analog form.

[0043] Allgemein ist es möglich, dass eine galvanisch getrennte Versorgung der Messschaltung auch dann eingesetzt wird, wenn sich das Referenzpotential des Schaltelements und das Referenzpotential der Messeinheit auf demselben ruhenden oder springenden Potential befinden. Durch die Entkopplung der Versorgungsspannungen können z.B. mögliche Erdschleifen aufgebrochen werden, und somit die Störunterdrückung verbessert werden, was in sich schliesslich in einem geringeren Messrauschen und höherer Messqualität/Messauflösung widerspiegelt.In general, it is possible that a galvanically isolated supply to the measuring circuit is also used when the reference potential of the switching element and the reference potential of the measuring unit are at the same resting or jumping potential. By decoupling the supply voltages, e.g. possible earth loops are broken up, and thus the interference suppression is improved, which is ultimately reflected in lower measurement noise and higher measurement quality / measurement resolution.

REFERENZEN [0044] [1] A. Griffo, J. Wang, K. Colombage, and T. Kamel, «Real-Time Measurement of Temperature Sensitive Electrical Parameters in SiCPower MOSFETs», IEEE Transaction on Industrial Electronics, no. 99, 2017.REFERENCES [1] A. Griffo, J. Wang, K. Colombage, and T. Kamel, “Real-Time Measurement of Temperature Sensitive Electrical Parameters in SiCPower MOSFETs”, IEEE Transaction on Industrial Electronics, no. 99, 2017 ,

[2] M. Denk and M.-M. Bakran, «IGBT Gate Driver with Accurate Measurement of.lunction Temperature and Inverter Output Current», in Proc. of the International Exhibition and Conference for Power Electronics, Intelligent Motion, Renewable Energy and Energy Management (PCIM Europe 2017), Nuremberg, Germany, 2017.[2] M. Denk and M.-M. Bakran, "IGBT Gate Driver with Accurate Measurement of.lunction Temperature and Inverter Output Current", in Proc. of the International Exhibition and Conference for Power Electronics, Intelligent Motion, Renewable Energy and Energy Management (PCIM Europe 2017), Nuremberg, Germany, 2017.

[3] B. Carsten, «Clipping Pre-Amplifier for Accurate Scope Measurement of High Voltage Switching Transistor and Diode Conduction Voltages», in Proc. of the 31st International Power Conversion Electronics Conference and Exhibit, 1995.[3] B. Carsten, "Clipping Pre-Amplifier for Accurate Scope Measurement of High Voltage Switching Transistor and Diode Conduction Voltages", in Proc. of the 31st International Power Conversion Electronics Conference and Exhibit, 1995.

[4] N. Badawi and S. Dieckerhoff, «A New Methodfor Dynamic Ron Extraction of GaN Power HEMTs», in Proc. of the International Exhibition and Conference for Power Electronics, Intelligent Motion, Renewable Energy and Energy Management (PCIM Europe 2015), Nuremberg, Germany, 2015.[4] N. Badawi and S. Dieckerhoff, "A New Method for Dynamic Ron Extraction of GaN Power HEMTs", in Proc. of the International Exhibition and Conference for Power Electronics, Intelligent Motion, Renewable Energy and Energy Management (PCIM Europe 2015), Nuremberg, Germany, 2015.

[5] R. Gelagaev, P. Jacqmaer, and J. Driesen, «A Fast Voltage Clamp Circuit for thè Accurate Measurement of the Dynamic On-Resistance of Power Transistors», IEEE Transaction on Industrial Electronics, voi. 62, no. 2, pp. 1241-1250, 2015.[5] R. Gelagaev, P. Jacqmaer, and J. Driesen, "A Fast Voltage Clamp Circuit for the Accurate Measurement of the Dynamic On-Resistance of Power Transistors", IEEE Transaction on Industrial Electronics, voi. 62, no. 2, pp. 1241-1250, 2015.

CH 714 661 A2 [6] T. Foulkes, T. Modeer, and R. C. N. Pilawa-Podgurski, «Developing a Standardized Method for Measuring and Quantifying Dynamic On-State Resistance via a Survey of Low Voltage GaN HEMTs», in Proc, of the IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC 2018), San Antonio, TX, USA, 2018.CH 714 661 A2 [6] T. Foulkes, T. Modeer, and RCN Pilawa-Podgurski, "Developing a Standardized Method for Measuring and Quantifying Dynamic On-State Resistance via a Survey of Low Voltage GaN HEMTs", in Proc, of the IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC 2018), San Antonio, TX, USA, 2018.

Claims (10)

Patentansprücheclaims 1. Durchlassspannung-Messschaltung, welche dazu vorgesehen ist, mit einem ersten und einem zweiten Mess-Anschlusspunkt an zwei Anschlusspunkte eines zu vermessenden Bauteils geschaltet zu werden, aufweisend1. Forward voltage measuring circuit, which is intended to be connected to a first and a second measuring connection point at two connection points of a component to be measured, comprising - eine Abkopplungsschaltung mit einer ersten und einer zweiten Diode (D-ι und D2), die an einem gemeinsamen Punkt mit einem ersten Potential (vj in Serie geschaltet sind, wobei die Abkopplungsschaltung mit der ersten Diode (DJ an den ersten Mess-Anschlusspunkt und mit der zweiten Diode (D2) an einen Messpunkt mit einem zweiten Potential (v2) geschaltet ist, und- A decoupling circuit with a first and a second diode (D-ι and D 2 ), which are connected in series at a common point with a first potential (vj), the decoupling circuit with the first diode (DJ to the first measuring connection point and is connected with the second diode (D 2 ) to a measuring point with a second potential (v 2 ), and - eine Ausgangs-Messschaltung zum Messen einer Spannung am Messpunkt, welche ein Mass für eine zu messende Durchlassspannung ist.- An output measuring circuit for measuring a voltage at the measuring point, which is a measure of a forward voltage to be measured. 2. Durchlassspannung-Messschaltung gemäss Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Diode (D-ι und D2) möglichst identische Parameter aufweisen, und insbesondere aus einer gleichen Produktionsserie stammen und/oder in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.2. Forward voltage measuring circuit according to claim 1, wherein the first and the second diode (D-ι and D 2 ) have parameters that are as identical as possible, and in particular come from the same production series and / or are arranged in a common housing. 3. Durchlassspannung-Messschaltung gemäss Anspruch 1 oder 2, aufweisend eine Klemmschaltung, welche das erste Potential (vj auf eine maximale Spannung bezüglich des zweiten Mess-Anschlusspunktes begrenzt.3. Forward voltage measuring circuit according to claim 1 or 2, comprising a clamping circuit which limits the first potential (vj to a maximum voltage with respect to the second measuring connection point. 4. Durchlassspannung-Messschaltung gemäss Anspruch 3, aufweisend eine Serienschaltung einer Zenerdiode (ZJ und eines Vorwiderstands (RJ, wobei die Zenerdiode (ZJ zwischen den zweiten Mess-Anschlusspunkt und einen Referenzpunkt geschaltet ist und der Vorwiderstand (RJ zwischen den Referenzpunkt und den gemeinsamen Punkt der Abkoppelungsschaltung geschaltet ist.4. forward voltage measuring circuit according to claim 3, comprising a series circuit of a Zener diode (ZJ and a series resistor (RJ, wherein the Zener diode (ZJ is connected between the second measuring connection point and a reference point and the series resistor (RJ between the reference point and the common point the decoupling circuit is switched. 5. Durchlassspannung-Messschaltung gemäss Anspruch 4, wobei eine Zenerspannung der Zenerdiode (ZJ so gewählt ist, dass zu keinem Zeitpunkt ein Strom von der Ausgangs-Messschaltung durch die zweite Diode (D2) in die Zenerdiode (ZJ mit Vorwiderstand (RJ fliessen kann, wodurch somit ein Messstrom durch die beiden Dioden im Wesentlichen identisch ist.5. Forward voltage measuring circuit according to claim 4, wherein a Zener voltage of the Zener diode (ZJ is selected so that at no time can a current flow from the output measuring circuit through the second diode (D 2 ) into the Zener diode (ZJ with series resistor (RJ , whereby a measurement current through the two diodes is essentially identical. 6. Durchlassspannung-Messschaltung gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend eine Operationsverstärkungsschaltung welche dazu ausgebildet ist, aus dem ersten Potential (vj und dem zweiten Potential (v2) einen Messwert entsprechend der zu messenden Durchlassspannung zu bilden, insbesondere einen Messwert im Wesentlichen gleich der zu messenden Durchlassspannung.6. Forward voltage measuring circuit according to one of the preceding claims, comprising an operational amplification circuit which is designed to form a measured value from the first potential (vj and the second potential (v 2 )) in accordance with the forward voltage to be measured, in particular a measured value substantially equal to that forward voltage to be measured. 7. Durchlassspannung-Messschaltung gemäss Anspruch 6, wobei die Operationsverstärkungsschaltung dazu ausgebildet ist, einen Messwert im Wesentlichen proportional zu der zu messenden Durchlassspannung zu bilden.7. Forward voltage measuring circuit according to claim 6, wherein the operational amplification circuit is designed to form a measured value substantially proportional to the forward voltage to be measured. 8. Durchlassspannung-Messschaltung gemäss Anspruch 6 oder 7, wobei, die Operationsverstärkungsschaltung eine Impedanzanpassung an ein Kabel oder eine Lastimpedanz aufweist, insbesondere an eine 50-Ohm-Wellenimpedanz.8. Forward voltage measuring circuit according to claim 6 or 7, wherein, the operational amplification circuit has an impedance matching to a cable or a load impedance, in particular to a 50-ohm wave impedance. 9. Messanordnung mit einer Durchlassspannung-Messschaltung gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Durchlassspannung-Messschaltung in eine Gatetreiberschaltung eines Halbleiterschaltelementes integriert ist und die Durchlassspannung-Messschaltung zur Spannungsversorgung mittels einer Versorgung der Gatetreiberschaltung angeordnet ist.9. Measuring arrangement with a forward voltage measuring circuit according to one of the preceding claims, wherein the forward voltage measuring circuit is integrated in a gate driver circuit of a semiconductor switching element and the forward voltage measuring circuit for voltage supply is arranged by supplying the gate driver circuit. 10. Messanordnung mit einer Durchlassspannung-Messschaltung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einer galvanisch getrennten Versorgung der Durchlassspannung-Messschaltung.10. Measuring arrangement with a forward voltage measuring circuit according to one of claims 1 to 8, with a galvanically isolated supply of the forward voltage measuring circuit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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