DE102004028648B3 - Voltage measuring circuit has first transistor load path node connected via first current valve to load path with variable resistance, second node connected to voltage-controlled input of adder circuit whose output voltage can be detected - Google Patents

Voltage measuring circuit has first transistor load path node connected via first current valve to load path with variable resistance, second node connected to voltage-controlled input of adder circuit whose output voltage can be detected Download PDF

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Rik W.A.A.De Prof. Doncker
Peter Köllensperger
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    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0824Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in thyristor switches

Abstract

The circuit arrangement measures a voltage (UAK) across a load section (DUT) with a variable resistance and has a transistor (S101) with a control connection connected to a first voltage supply (U2). A first connection of the transistor's load path is connected via a first current valve (D101) to the load path with the variable resistance. A second connection of the transistor's load path is connected, along with a connection of a second current valve (D102) connected to a second voltage source (U1), to a voltage-controlled input of an adder circuit (IC101) whose output voltage can be detected. An independent claim is also included for a device for monitoring a controllable power semiconductor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Messen einer über einer einen veränderlichen Widerstand aufweisenden Laststrecke abfallenden Spannung mit einem eine Laststrecke und einen Steueranschluss aufweisenden Transistor, dessen Steueranschluss mit einer Spannungsquelle verbunden ist.The The invention relates to a circuit arrangement for measuring an over one a changeable one Resistive load line with decreasing voltage a load path and a control terminal having transistor, whose control terminal is connected to a voltage source.

Die Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung zum Überwachen eines Leistungshalbleiters.The The invention also relates to a device for monitoring a power semiconductor.

Bei einer Spannungsüberwachung von schaltbaren Hochleistungshalbleitern, wie etwa Insulated Gate Bipolar Transistoren (IGBTs), durch ein Gate abschaltbare Thyristoren (GTOs für Gate Turn-Off Thyristors) oder durch einen Feldeffekttransistor gesteuerte Thyristoren (MCTs für MOS Controlled Thyristors) tritt das Problem auf, dass über dem Hochleistungshalbleiter abfallende Spannungen in einem Bereich zwischen einer Sperrspannung von mehreren kV und einer Durchlassspannung von einigen V variieren. Zusätzlich variiert die Spannung innerhalb von wenigen Mikrosekunden. Eine Messschaltung muss Spannungen mit einer großen Bandbreite über einen Messbereich von drei Größenordnungen verarbeiten können.at a voltage monitoring switchable high-power semiconductors, such as insulated gate Bipolar transistors (IGBTs), through a gate turn-off thyristors (GTOs for Gate turn-off thyristors) or through a field effect transistor controlled thyristors (MCTs for MOS Controlled Thyristors) the problem occurs that over the High power semiconductors falling voltages in a range between a reverse voltage of several kV and a forward voltage vary from a few V additionally the voltage varies within a few microseconds. A Measuring circuit must have voltages with a large bandwidth over one Measuring range of three orders of magnitude can handle.

Von besonderem Interesse bei der Überwachung des Leistungshalbleiters ist sein Durchlassverhalten, anhand dessen beispielsweise durch Kurzschlüsse innerhalb eines Lastkreises des Leistungshalbleiters verursachte Überströme erkannt werden, die ein Abschalten des Halbleiters erfordern. Ein Überstrom kann dabei anhand einer Überhöhung der über dem Leistungshalbleiter abfallenden Spannung erkannt werden, da sich diese mit steigender Stromstärke des durch den Halbleiter fließenden Stroms erhöht. Eine Spannungsüberwachung hat dabei gegenüber einer Überwachung des Stroms den Vorteil, dass eine Schaltung zum Messen der Spannung im Gegensatz zu einer Schaltung zum Messen des Stroms bei einem Kurzschluss im Lastkreis des Leistungshalbleiters nicht von dem sehr hohen Kurzschlussstrom durchflossen wird, der eine Zerstörung von in der Schaltung verwendeten Bauteilen bewirken kann.From particular interest in monitoring of the power semiconductor is its transmission behavior, based on which for example, by short circuits Overcurrents caused within a load circuit of the power semiconductor detected be that require a shutdown of the semiconductor. An overcurrent This can be based on an elevation of the above Power semiconductors falling voltage can be detected, since these with increasing current of the current flowing through the semiconductor Electricity increased. A voltage monitor has opposite a surveillance of the current has the advantage of having a circuit for measuring the voltage unlike a circuit for measuring the current at a Short circuit in the load circuit of the power semiconductor not from the flows through a very high short-circuit current, the destruction of can cause components used in the circuit.

Für eine zuverlässige Überwachung des Durchlassverhaltens ist eine Messschaltung erforderlich, die eine Übersteuerfestigkeit im Bereich der Sperrspannung über dem Leistungshalbleiter aufweist und im Bereich der Durchlassspannung eine hohe Messgenauigkeit ermöglicht.For reliable monitoring the on-state behavior requires a measurement circuit which an override resistance in the area of reverse voltage over having the power semiconductor and in the range of the forward voltage enables a high measuring accuracy.

Es ist bekannt, Spannungsteiler in einer Messschaltung zum Überwachen von Leistungshalbleitern einzusetzen, die aus wenigstens zwei in Reihe geschalteten Widerständen bestehen, welche parallel zu dem Hochleistungshalbleiter geschaltet sind. Durch eine Spannungsmessung an einem der Widerstände kann dabei anhand des bekannten Teilungsverhältnisses des Spannungsteilers die über dem Leistungshalbleiter abfallende Spannung bestimmt werden.It is known, voltage dividers in a measuring circuit for monitoring of power semiconductors consisting of at least two in Series switched resistors exist, which connected in parallel to the high-power semiconductor are. By a voltage measurement on one of the resistors can doing so based on the known division ratio of the voltage divider the above the voltage of the power semiconductor voltage to be determined.

Bei einem ausreichend groß gewählten Teilungsverhältnis wird dabei ein Übersteuern der eigentlichen Spannungsmesseinrichtung verhindert. Die Anordnung hat jedoch den Nachteil, dass ein Messsignal bei einer Messung der Durchlassspannung aufgrund des großen Teilungsverhältnisses sehr klein und damit ausgesprochen störanfällig ist. Eine Spannungsmessung wird beispielsweise durch vorliegende elektromagnetische Felder erheblich beeinträchtigt, so dass eine aufwändige Abschirmung der Messschaltung vorgesehen werden muss. Zudem werden eventuell zur Verarbeitung der Messergebnisse vorgesehene Analog-Digital-Wandler durch kleine Messsignale nur in einem Teilbereich ihrer Eingangsspannung genutzt, wodurch ihre Genauigkeit deutlich reduziert ist.at a sufficiently large chosen division ratio is doing an oversteer prevents the actual voltage measuring device. The order However, has the disadvantage that a measurement signal in a measurement of Forward voltage due to the large division ratio very small and thus very susceptible to interference. A Voltage measurement, for example, by present electromagnetic Significantly affected fields, so an elaborate Shielding of the measuring circuit must be provided. In addition, will be possibly for processing the measurement results provided analog-to-digital converter by small Measurement signals used only in a subrange of their input voltage, whereby their accuracy is significantly reduced.

Aus der US-Patentschrift Nr. 5 166 549 geht eine Schaltungsanordnung zum Detektieren eines Nulldurchgangs einer Spannung über einem weich schaltenden Bauteil hervor. Bei der Schaltung ist eine mit einem Lastwiderstand in Reihe geschaltete Laststrecke eines Transistors parallel zu dem Bauteil geschaltet, und an einem Steueranschluss des Transistors liegt eine Gatespannung an, die größer als eine Schwellspannung ist, welche einen leitfähigen Zustand des Transistors ermöglicht.Out U.S. Patent No. 5,166,549 discloses circuitry for detecting a zero crossing of a voltage across a soft switching component forth. When the circuit is one with a load resistor connected in series load path of a transistor connected in parallel to the component, and at a control terminal of the transistor is at a gate voltage greater than a threshold voltage which is a conductive state of the transistor allows.

Bei sehr großen Spannungen über dem Bauteil ist der Transistor vollständig abgeschaltet, und die über dem Lastwiderstand anliegende Spannung entspricht der Gatespannung. Wenn die Spannung über dem Bauteil jedoch auf einen Wert absinkt, der geringer als die Gatespannung ist, wird die Laststrecke des Transistors leitend, so dass die Spannung über dem Lastwiderstand im Wesentlichen der über dem Bauteil abfallenden Spannung entspricht.at very big Tensions over the transistor is completely switched off and the one above it Load resistance applied voltage corresponds to the gate voltage. When the voltage over However, the component sinks to a value lower than the Is gate voltage, the load path of the transistor becomes conductive, so that the voltage over the load resistance substantially of the falling over the component Voltage corresponds.

Bei dieser Schaltungsanordnung wird somit der Lastwiderstand bzw. eine anstelle des Lastwiderstandes oder zusätzlich in die Schaltungsanordnung eingebrachte Messvorrichtung durch den Transistor vor einer Übersteuerung geschützt. Bis zu einer Höhe einer Durchbruchspannung des Transistors wird die Spannung durch den Transistor „abgeblockt", und die über dem Lastwiderstand anliegende Spannung ist auf den Wert der Gatespannung begrenzt.at This circuit is thus the load resistance or a instead of the load resistor or additionally introduced into the circuit arrangement Measuring device protected by the transistor from overdrive. To to a height a breakdown voltage of the transistor, the voltage is through the transistor is "blocked", and the one above Load resistance applied voltage is based on the value of the gate voltage limited.

Die aus der US-Patentschrift bekannte Schaltungsanordnung ermöglicht somit eine Überwachung des Durchlassverhaltens eines Leistungshalbleiters, bei der ein Überstrom in dem Leistungshalbleiter erkannt werden kann, wenn die Durchlassspannung einen vorgegebenen Wert übersteigt. Dieser ist ebenfalls durch die Gatespannung begrenzt, da höhere Werte für die Durchlassspannung nicht gemessen werden können.The known from the US patent circuit arrangement thus allows a Überwa The transmission behavior of a power semiconductor, in which an overcurrent in the power semiconductor can be detected when the forward voltage exceeds a predetermined value. This is also limited by the gate voltage, since higher values for the forward voltage can not be measured.

Bei der Verwendung dieser Schaltung zur Spannungsüberwachung ist es daher notwendig, dass die gemessene Spannung sehr zuverlässig auf einen vorgegebenen Wert begrenzt wird, da bei geringen Überhöhungen fälschlicherweise ein Kurzschluss im Lastkreis des Leistungshalbleiters festgestellt wird.at the use of this circuit for voltage monitoring, it is therefore necessary that the measured voltage very reliable to a given Value is limited, because at low peaks incorrectly a short circuit is detected in the load circuit of the power semiconductor.

Eine zuverlässige Begrenzung der gemessenen Spannung kann bei der bekannten Schaltungsanordnung jedoch nur dann sichergestellt werden, wenn ein Transistor mit sehr geringen parasitären Kapazitäten verwendet wird. Transistoren mit dieser Eigenschaft weisen lediglich geringe Durchbruchspannungen, die Werte von einigen 100 V derzeit nicht übersteigen.A reliable Limitation of the measured voltage can in the known circuit arrangement however, only be ensured if a transistor with very low parasitic capacitances used becomes. Transistors with this property have only small Breakdown voltages that currently do not exceed values of a few 100 V

Mit Hilfe der bekannten Schaltungsanordnung können bei einem Einsatz eines MOSFET lediglich Bauteile mit einer Sperrspannung von derzeit höchstens 1,5 kV überwacht werden. Es sind jedoch Leistungsschalter bekannt, die Sperrspannungen von bis zu 6 kV oder mehr aufnehmen können.With Help the known circuit arrangement can be when using a MOSFET only components with a reverse voltage of currently at most Monitored 1.5 kV become. However, there are known circuit breaker, the reverse voltages of up to 6 kV or more.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung so weiterzuentwickeln, dass eine zuverlässige Überwachung des Durchlassverhaltens auch für Leistungshalbleiter mit einer sehr hohen Sperrspannung durchgeführt werden kann. Insbesondere soll dabei eine zuverlässige Erkennung von Kurzschlüssen im Lastkreis derartiger Leistungshalbleiter ermöglicht werden.Of the Invention is therefore based on the object, a generic circuit arrangement so to further develop that reliable monitoring of on-the-go behavior also for Power semiconductors are performed with a very high reverse voltage can. In particular, a reliable detection of short circuits in the load circuit Such power semiconductors are possible.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Schaltungsanordnung nach dem Patentanspruch 1 gelöst.According to the invention this Task by a circuit arrangement according to claim 1 solved.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Schaltungsanordnung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 11.Appropriate further education the circuit arrangement are subject of the dependent claims 2 to 11th

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe zudem durch eine Vorrichtung nach dem Patentanspruch 12 gelöst.According to the invention Task also solved by a device according to claim 12.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 13 und 14 angegeben.Appropriate further education the device are specified in the subclaims 13 and 14.

Die Erfindung sieht insbesondere vor, dass eine Schaltungsanordnung zum Messen einer Spannung über einer einen veränderlichen Widerstand aufweisenden Laststrecke mit einem eine zwischen zwei Anschlüssen liegende Laststrecke und einen Steueranschluss aufweisenden Transistor, dessen Steueranschluss mit einer ersten Spannungsquelle verbunden ist, so ausgebildet ist, dass eine Reihenschaltung mit einer zweiten Spannungsquelle, einem ersten Stromventil, der den veränderlichen Widerstand aufweisenden Laststrecke und einem zweiten Stromventil enthalten ist, dass ein erster Anschluss der Laststrecke des Transistors über das erste Stromventil mit der Laststrecke mit dem veränderlichen Widerstand verbunden ist, und dass ein zweiter Anschluss der Laststrecke des Transistors und ein mit der zweiten Spannungsquelle verbundener Anschluss des zweiten Stromventils mit einem spannungsgesteuerten Eingang einer Addiererschaltung verbunden sind, deren Ausgangsspannung erfassbar ist.The In particular, the invention provides that a circuit arrangement for measuring a voltage over one changeable one Resistance load line with a one between two connections lying load path and a control terminal having transistor, whose control terminal is connected to a first voltage source is formed so that a series circuit with a second Voltage source, a first flow valve, the variable Resistance load line and a second flow control valve is included that a first terminal of the load path of the transistor over the first flow control valve with the load path with the variable Resistor is connected, and that a second terminal of the load path of the transistor and one connected to the second voltage source Connection of the second flow control valve with a voltage-controlled Input of an adder circuit are connected, whose output voltage is detectable.

Der Transistor wird durch die erfindungsgemäße Beschaltung mit dem ersten Stromventil und der zweiten Spannungsquelle wirkungsvoll vor einer Übersteuerung durch ein zu großes Spannungssignal geschützt. Als Stromventil können dabei alle elektronischen Bauteile verwendet werden, die über wenigstens zwei Anschlüsse verfügen und bei einer Polarität einer Spannung zwischen den Anschlüssen leitend und bei einer anderen Polarität der Spannung im Wesentlichen nicht leitend sind. Als Beispiele sind hier Dioden und Transistoren zu nennen. Es kommen ebenfalls Stromventile für einen Einsatz in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in Frage, die aus mehreren einzelnen Bauelementen zusammengesetzt sind. Das Stromventil kann so beispielsweise aus mehreren hintereinander geschalteten Dioden oder aus einer Hintereinanderschaltung von Transistoren oder von Dioden und Transistoren bestehen.Of the Transistor is connected by the inventive circuit with the first Current valve and the second voltage source effectively against overdriving by too big Voltage signal protected. As a flow valve can It uses all the electronic components that have at least two connections feature and at one polarity a voltage between the terminals conductive and at a other polarity the voltage are essentially non-conductive. As examples are here To name diodes and transistors. There are also flow valves for one Use in the circuit arrangement according to the invention in question, composed of several individual components are. The flow control valve can for example consist of several consecutively switched diodes or from a series connection of transistors or consist of diodes and transistors.

Zweckmäßigerweise ist das erste Stromventil dabei derart mit der zweiten Spannungsquelle und der Laststrecke mit dem veränderlichen Widerstand verbunden, dass es leitend ist, wenn die über dieser Laststrecke abfallende Spannung kleiner ist als die von der zweiten Spannungsquelle zur Verfügung gestellte Spannung.Conveniently, is the first flow valve in such a way with the second voltage source and the load range with the variable Connected resistor that it is conductive when the over this load path decreasing voltage is smaller than that of the second voltage source to disposal Asked voltage.

Vorzugsweise ermöglicht eine von der ersten Spannungsquelle gelieferte Steuerspannung einen leitenden Zustand des Transistors.Preferably allows a supplied from the first voltage source control voltage a conductive State of the transistor.

Die von der zweiten Spannungsquelle zur Verfügung gestellte Spannung liegt vorteilhaft betragsmäßig zwischen einer Durchbruchspannung des ersten Stromventils und der Steuerspannung des Transistors, so dass dieser leitend wird, wenn die über der Laststrecke mit veränderlichem Widerstand abfallende Spannung betragsmäßig unter die um eine Schwellspannung verringerte Steuerspannung des Transistors fällt, jedoch gesperrt ist, wenn die über der Laststrecke mit veränderlichem Widerstand abfallende Spannung betragsmäßig unter die Spannung der zweiten Spannungsquelle fällt und das Stromventil gerade leitend wird.The voltage provided by the second voltage source is advantageously in absolute value between a breakdown voltage of the first current valve and the control voltage of the transistor, so that it becomes conductive when the voltage drop across the load path with variable resistance below the magnitude a threshold voltage decreased control voltage of the transistor falls, but is locked when the falling across the load path with variable resistance voltage falls in magnitude below the voltage of the second voltage source and the flow valve is just conductive.

Dadurch wird erreicht, dass die Spannungsmessung am Ausgang der Addiererschaltung nicht durch Spannungsüberhöhungen beim Einschalten des ersten Stromventils beeinträchtigt wird, wie sie insbesondere bei Hochspannungsdioden in der Regel zu beobachten sind.Thereby is achieved that the voltage measurement at the output of the adder circuit not by voltage peaks when Turning on the first flow control valve is impaired, as in particular in high-voltage diodes are usually observed.

Im leitenden Zustand des Transistors und bei vernachlässigbarem Widerstand seiner Laststrecke unterscheiden sich die über der Laststrecke mit veränderlichem Widerstand abfallende Spannung sowie eine Spannung zwischen dem zweiten Anschluss der Laststrecke des Transistors und einem nicht mit dem Transistor verbundenen Anschluss der Laststrecke mit veränderlichem Widerstand um eine über dem ersten Stromventil abfallende Durchlassspannung.in the conductive state of the transistor and negligible Resistance of its load distance differ over that Load range with variable Resistance decreasing voltage as well as a voltage between the second connection of the load path of the transistor and one not connected to the transistor connection of the load path with variable Resistance to one over the forward current dropping the first current valve.

Durch die mit dem zweiten Anschluss der Laststrecke des Transistors und mit dem zweiten Stromventil verbundene Addiererschaltung wird erfindungsgemäß eine über dem zweiten Stromventil abfallende Durchlassspannung von der Ausgangspannung des Transistors abgezogen, so dass die Ausgangsspannung der Addiererschaltung vorteilhaft im Wesentlichen der über der Laststrecke mit dem veränderlichen Widerstand abfallenden Spannung entspricht, wenn über beiden Stromventilen betragsmäßig dieselbe Durchlassspannung abfällt.By which is connected to the second terminal of the load path of the transistor and According to the invention, an adder circuit connected to the second current valve is one above the second flow valve falling forward voltage from the output voltage of the transistor subtracted, so that the output voltage of the adder circuit advantageously essentially over the load range with the variable Resistance falling voltage equals when over both Flow valves in terms of amount the same Forward voltage drops.

Zweckmäßigerweise wird dabei eine Spannung zwischen einem Ausgang der Addiererschaltung und dem nicht mit dem Transistor verbundenen Anschluss der Laststrecke mit veränderlichem Widerstand als Ausgangsspannung erfasst.Conveniently, In this case, a voltage between an output of the adder circuit and the not connected to the transistor terminal of the load path with changeable Resistance detected as output voltage.

Die über den Stromventilen abfallenden Durchlassspannungen werden durch eine Bauart der Stromventile, eine Stromstärke eines sie durchfließenden Stromes sowie durch weitere Betriebsparameter, wie etwa eine Betriebstemperatur bestimmt.The over the Current valves falling forward voltages are through a Type of flow valves, an amperage of a current flowing through them as well as other operating parameters, such as an operating temperature certainly.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind daher beide Stromventile baugleich ausgeführt. Zudem werden die Stromventile vorzugsweise auf der gleichen Betriebstemperatur gehalten.In a preferred embodiment of the circuit arrangement according to the invention Therefore, both flow valves are designed identical. In addition, the flow valves preferably maintained at the same operating temperature.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung stellt zudem sicher, dass beide Stromventile von einem Strom mit im Wesentlichen gleicher Stromstärke durchflossen werden.The inventive circuit arrangement Also, make sure that both flow valves are powered by a stream essentially the same current intensity be flowed through.

Somit fällt über beiden Stromventilen eine im Wesentlichen gleiche Durchlassspannung ab.Consequently falls over both Current valves from a substantially same forward voltage.

Es wird hierdurch vorteilhaft erreicht, dass als Ausgangsspannung der Addiererschaltung die über der Laststrecke mit veränderlichem Widerstand abfallende Spannung gemessen werden kann, wenn diese die Steuerspannung des Transistors unterschreitet.It As a result, it is advantageously achieved that the output voltage of the Adder circuit over the load range with variable Resistance dropping voltage can be measured if this the control voltage of the transistor falls below.

Die Stromventile sind in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Dioden, vorzugsweise als Hochspannungsdioden, ausgeführt, so dass die Schaltungsanordnung in sehr einfacher und wirtschaftlicher Weise realisiert werden kann.The Flow control valves are in a further preferred embodiment the invention as diodes, preferably as high-voltage diodes, executed so that the circuitry in very simple and economical Way can be realized.

Vorteilhaft weist der Transistor nur geringe parasitäre Kapazitäten auf. Zudem ist der Transistor vorzugsweise als spannungsgesteuertes Bauelement ausgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Schaltungsanordnung handelt es sich bei dem Transistor somit um einen Feldeffekttransistor, beispielsweise um einen MOSFET.Advantageous the transistor has only low parasitic capacitances. In addition, the transistor is preferred designed as a voltage-controlled device. In a preferred embodiment the circuit is thus in the transistor a field effect transistor, for example a MOSFET.

Die Verwendung eines spannungsgesteuerten Bauteils hat dabei den Vorteil, dass lediglich von einem Strom mit sehr geringer Stromstärke durchflossen wird, durch den die Spannungsmessung kaum beeinträchtigt wird.The Using a voltage-controlled component has the advantage that only a current with very low current flows through it becomes, by the voltage measurement is hardly affected.

In einer ebenfalls vorteilhaften Ausführungsform der Schaltungsanordnung ist der Transistor als Bipolartransistor ausgeführt.In a likewise advantageous embodiment of the circuit arrangement the transistor is designed as a bipolar transistor.

Zum Schutz des Transistors wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Schaltungsanordnung eine Zener-Diode zwischen dem Steueranschluss und einen der Anschlüsse der Laststrecke des Transistors geschaltet, welche die Spannung zwischen diesen Anschlüssen begrenzt.To the Protection of the transistor is in a preferred embodiment the circuit arrangement a Zener diode between the control terminal and one of the connections the load path of the transistor connected, which the voltage between these connections limited.

Es ist zudem bevorzugt, den Steueranschluss des Transistors mit einem Vorwiderstand zu versehen, um den durch die Zener-Diode fließenden Strom zu begrenzen, da dieser die Spannungsmessung beeinflusst.It is also preferred, the control terminal of the transistor with a Provide series resistor to the current flowing through the Zener diode current to limit, since this affects the voltage measurement.

Ferner ist es vorteilhaft vorgesehen, dass eine Diode über den Vorwiderstand geschaltet wird, bei der es sich vorzugsweise um eine schnelle Diode handelt. Durch diese Maßnahme wird eine Ladezeit einer parasitären Kapazität zwischen dem ersten Anschluss des Transistors und seinem Steueranschluss deutlich verringert, da der Strom zum Laden der Kapazität durch die leitende Diode und nicht durch den Widerstand fließt.Further It is advantageously provided that a diode connected via the series resistor which is preferably a fast diode. By this measure will be a charge time of a parasitic capacity between the first terminal of the transistor and its control terminal clearly decreases as the current to charge the capacitance through the conductive diode and not flowing through the resistor.

Es handelt sich bei dieser parasitären Kapazität um die so genannte Miller-Kapazität, die als intrinsische Kapazität bei jedem Transistor auftritt.It is at this parasitic capacity around the so-called Miller capacity, which is considered intrinsic capacity at each Transistor occurs.

Falls die Miller-Kapazität nicht geladen ist, erhöht sich ein elektrisches Potenzial am Steueranschluss des Transistors und damit auch das Potenzial am zweiten Ausgang seiner Laststrecke. Eine zuverlässige Begrenzung der gemessenen Spannung auf einen vorgegebenen Wert würde durch ein verzögertes Laden dieser Kapazität aufgrund des Widerstandes am Steueranschluss somit beeinträchtigt werden, wenn dieser nicht durch die Diode überbrückt wäre.If the Miller capacity not loaded, increased an electrical potential at the control terminal of the transistor and therefore also the potential at the second output of its load path. A reliable one Limiting the measured voltage to a predetermined value would be through a delayed one Loading this capacity thus be affected due to the resistance at the control terminal, if it were not bridged by the diode.

Die Addiererschaltung der Schaltungsanordnung ist vorzugsweise als ein als Umkehrverstärker beschalteter Operationsverstärker ausgeführt, dessen invertierender Eingang über jeweils einen Widerstand mit der Laststrecke des Transistors und mit dem zweiten Stromventil verbunden ist, und dessen nicht invertierender Eingang mit einer Masse verbunden ist.The Adder circuit of the circuit arrangement is preferably as a connected as inverting amplifier operational amplifiers executed its inverting input via in each case a resistor with the load path of the transistor and is connected to the second flow control valve, and its non-inverting Input connected to a ground.

Erfindungsgemäß wird somit eine einfache und kompakte Schaltungsanordnung bereitgestellt, die eine besonders zuverlässige Spannungsüberwachung einer Laststrecke mit veränderlichem Widerstand ermöglicht. Insbesondere wird die gemessene Ausgangsspannung zuverlässig auf einen vorgegebenen Wert begrenzt.Thus, according to the invention a simple and compact circuit arrangement provided a particularly reliable voltage monitoring a load range with variable Resistance allows. In particular, the measured output voltage becomes reliable limits a given value.

Bei geeigneter Wahl der Bauteile arbeitet die Schaltungsanordnung zudem sehr schnell, so dass auch schnell variierende Spannungen zuverlässig gemessen werden können.at suitable choice of components, the circuit also works very fast, so that even rapidly varying voltages reliably measured can be.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung handelt es sich bei der Laststrecke mit dem veränderlichen Widerstand um eine Laststrecke eines Leistungshalbleiters, wie etwa eines IGBTs oder eines GTOs.In a preferred embodiment the circuit arrangement according to the invention is the load path with the variable resistance to one Load path of a power semiconductor, such as an IGBT or a GTO.

Neben der dargestellten Schaltungsanordnung stellt die Erfindung zudem eine vorteilhafte Vorrichtung zum Überwachen eines steuerbaren Leistungshalbleiters zur Verfügung, die sich dadurch auszeichnet, dass sie eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung enthält.Next the illustrated circuit arrangement also provides the invention an advantageous device for monitoring a controllable Power semiconductor available, which is characterized in that it is a circuit arrangement according to the invention contains.

Die Vorrichtung ist dabei vorzugsweise mit einer Komparatorschaltung zum Vergleichen der Ausgangsspannung der Addiererschaltung mit einer Referenzspannung ausgestattet.The Device is preferably with a comparator circuit for comparing the output voltage of the adder circuit with a reference voltage fitted.

Anhand des Vergleichs dieser Spannungen kann beispielsweise ein Kurzschluss in einem Lastkreis des Leistungshalbleiters an einer gegenüber der Referenzspannung überhöhten Ausgangsspannung erkannt werden.Based the comparison of these voltages, for example, a short circuit in a load circuit of the power semiconductor at one opposite the Reference voltage excessive output voltage be recognized.

Zum Schutz des Leistungshalbleiters ist es daher vorgesehen, dass die Vorrichtung ein Steuerungsmittel zum Steuern des Leistungshalbleiters aufweist, mit dem der Leistungshalbleiter abschaltbar ist, wenn die Ausgangsspannung der Addiererschaltung die Referenzspannung übersteigt.To the Protection of the power semiconductor, it is therefore intended that the Device has a control means for controlling the power semiconductor, with which the power semiconductor is switched off when the output voltage the adder circuit exceeds the reference voltage.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren.Further Advantages and appropriate training The invention will become apparent from the dependent claims and the following Representation of preferred embodiments the invention with reference to the figures.

Von den Figuren zeigtFrom the figures shows

1 ein Schaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, 1 a circuit diagram of an embodiment of a circuit arrangement according to the invention,

2a ein weiteres Schaltbild der in der 1 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, in das verschiedene Spannungen eingezeichnet sind, 2a another circuit diagram in the 1 shown embodiment of the circuit arrangement according to the invention, in which different voltages are shown,

2b ein Diagramm, das einen zeitlichen Verlauf der Spannungen veranschaulicht, 2 B a diagram illustrating a time course of the voltages,

3 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und 3 a circuit diagram of another embodiment of a circuit arrangement according to the invention and

4 ein Schaltbild einer Komparatorschaltung. 4 a circuit diagram of a comparator circuit.

Die folgenden Darstellungen beschreiben beispielhaft bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Diese ist jedoch keineswegs auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt.The The following representations describe exemplary preferred embodiments the invention. However, this is by no means on the illustrated embodiments limited.

Das in der 1 dargestellte Schaltbild zeigt die Reihenschaltung einer Gleichspannungsquelle U1, eines Widerstandes R101, einer Diode D101, einer Laststrecke eines Messobjekts DUT und einer Diode D102.That in the 1 shown circuit diagram shows the series connection of a DC voltage source U 1 , a resistor R 101 , a diode D 101 , a load path of a measuring object DUT and a diode D 102nd

Bei dem DUT kann es sich um einen Hochleistungshalbleiter, wie beispielsweise einen IGBT oder einen GTO, handeln.at The DUT may be a high power semiconductor, such as an IGBT or a GTO, act.

Die Laststrecke derartiger Halbleiter liegt zwischen zwei Anschlüssen, die beispielsweise bei GTOs üblicherweise als Anode und als Kathode und im Falle von IGBTs als Kollektor und als Emitter bezeichnet werden.The Load path of such semiconductor is between two terminals, the for example, in GTOs usually as an anode and as a cathode and in the case of IGBTs as a collector and be referred to as emitter.

Für die folgende Darstellung der Schaltungsanordnung werden die Bezeichnungen Anode und Kathode übernommen. Es wird dabei insbesondere der Anschluss der Laststrecke, der mit der Diode D101 verbunden ist, als Anode und der Anschluss, der mit der Diode D102 verbunden ist, als Kathode bezeichnet.For the following representation of the circuit arrangement, the terms anode and cathode are adopted. In this case, in particular, the connection of the load path, which is connected to the diode D 101 , as the anode and the connection, which is connected to the diode D 102 , referred to as the cathode.

Das DUT kann dabei in einen Lastkreis integriert sein, der in dem Schaltbild angedeutet ist.The DUT can be integrated into a load circuit in the circuit diagram is indicated.

Die dargestellte Schaltungsanordnung ist so aufgebaut, dass eine Anode der Diode D101 über den Widerstand R101 mit einem positiven Pol der Spannungsquelle U1 und eine Kathode der Diode D101 mit der Anode des DUT verbunden sind. Eine Kathode der Diode D102 ist mit einem negativen Pol der Spannungsquelle U1 zusammengeschaltet und eine Anode der Diode D102 sowie die Kathode des DUT sind mit einer Masse 0 verbunden. Die Diode D102 wird bei dieser Anordnung im Durchlassbereich betrieben, wenn U1 > 0 ist.The illustrated circuit arrangement is constructed such that an anode of the diode D 101 is connected via the resistor R 101 to a positive pole of the voltage source U 1 and a cathode of the diode D 101 to the anode of the DUT. A cathode of the diode D 102 is connected to a negative pole of the voltage source U 1 and an anode of the diode D 102 and the cathode of the DUT are connected to a ground 0. Diode D 102 is operated in the pass band in this arrangement when U 1 > 0.

Die Dioden D101 und D102 sind bei der dargestellten Schaltungsanordnung baugleich ausgeführt und werden auf gleicher Temperatur gehalten. Wenn beide Dioden D101 und D102 auf eine gemeinsame Platine aufgebracht sind, ist in der Regel davon auszugehen, dass gleiche Betriebstemperaturen für die Dioden D101 und D102 vorliegen, ohne dass eine Temperaturregelung vorgenommen wird. Bei einer Verwendung der Schaltungsanordnung in einer Umgebung, in der dies nicht der Fall ist, ist jedoch eine Temperaturreglung vorgesehen.The diodes D 101 and D 102 are designed to be identical in the illustrated circuit arrangement and are kept at the same temperature. If both diodes D 101 and D 102 are applied to a common board, it is generally to be assumed that identical operating temperatures for the diodes D 101 and D 102 are present, without a temperature control being carried out. When using the circuit in an environment in which this is not the case, however, a temperature control is provided.

Anstelle der Dioden D101 und D102, die hier als Hochleistungsdioden ausgeführt sind, können gleichfalls auch baugleiche schaltbare Stromventile, wie beispielsweise Transistoren verwendet werden. Um ausreichend hohe Spannungen sperren zu können, ist ebenfalls eine Serienschaltung mehrerer Dioden möglich.Instead of the diodes D 101 and D 102 , which are designed here as high-power diodes, can also be used identical switchable flow control valves, such as transistors. In order to block sufficiently high voltages, a series connection of several diodes is also possible.

Parallel zu dem DUT ist ein Transistor S101 geschaltet, bei dem es sich um einen n-Kanal-MOSFET handelt, der in einer so genannten Sourceschaltung betrieben wird. Ein Drainanschluss des Transistors S101 ist dabei über die Diode D101 mit der Anode des DUT verbunden. Ein als Gateanschluss bezeichneter Steueranschluss des MOSFET S101 ist mit einem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle U2 verbunden, deren negativer Pol mit der Masse zusammengeschlossen ist.In parallel with the DUT, a transistor S 101 is connected, which is an n-channel MOSFET, which is operated in a so-called source circuit. A drain terminal of the transistor S 101 is connected via the diode D 101 to the anode of the DUT. A gate terminal of the MOSFET S 101 is connected to a positive pole of a DC voltage source U 2 whose negative pole is connected to the ground.

Der Transistor S101 kann gleichfalls beispielsweise auch als JFET oder als Bipolartransistor ausgeführt sein. Im Folgenden wird jedoch die Ausführungsform der Schaltungsanordnung mit einem MOSFET S101 betrachtet.The transistor S 101 can likewise be designed, for example, as a JFET or as a bipolar transistor. In the following, however, the embodiment of the circuit arrangement with a MOSFET S 101 is considered.

Die Spannungsquelle U2 ist so ausgeführt, dass die von ihr zur Verfügung gestellte Spannung U2 über einem Schwellenwert UGS,th der Spannung uGS zwischen dem Gate- und einem Sourceanschluss des MOSFET S101 liegt, so dass sich in einer zwischen dem Gate- und dem Sourceanschluss des MOSFET S101 liegenden p-dotierten Bulkschicht ein Inversionskanal ausbilden kann, dessen Vorliegen einen leitfähigen Zustand des MOSFET S101 charakterisiert.The voltage source U 2 is designed such that the voltage provided by it U 2 is above a threshold value U GS, th the voltage u GS between the gate and a source terminal of the MOSFET S 101 , so that in one between the gate - And the source terminal of the MOSFET S 101 lying p-doped bulk layer can form an inversion channel, the presence of which characterizes a conductive state of the MOSFET S 101 .

Der Sourceanschluss des MOSFET S101 und die Kathode der Diode D102 sind jeweils über Widerstände R103 und R104 mit einem invertierenden Eingang – eines spannungsgesteuerten Operationsverstärker IC101 verbunden, dessen nicht invertierender Eingang + über einen Widerstand R102 an der Masse 0 anliegt. Über einen Widerstand R105 erfolgt eine Rückkopplung zwischen einem Ausgang des Operationsverstärkers IC101 und dem invertierenden Eingang –.The source terminal of the MOSFET S 101 and the cathode of the diode D 102 are each connected via resistors R 103 and R 104 to an inverting input - a voltage-controlled operational amplifier IC 101 whose non-inverting input + is applied to ground 0 via a resistor R 102 . Via a resistor R 105 there is a feedback between an output of the operational amplifier IC 101 and the inverting input -.

Die Widerstände R103 und R104 sind dabei gleich groß, so dass der Operationsverstärker IC101 als Addierer wirkt, dessen Ausgangsspannung –umess zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers IC1 und der Masse 0 einem Vielfachen der negativen Summe der Sourcespannung uS des MOSFET S101 zwischen dem Sourceanschluss des MOSFET S101 und der Masse 0 und eines auf die Masse 0 bezogenen elektrischen Potenzials an der Kathode der Diode D102 entspricht. Bei der dargestellten Schaltungsanordnung hat dieses Potenzial gerade einen negativen Wert einer über der Diode abfallenden Durchlassspannung uD2. Die Durchlassspannungen werden dabei im Folgenden mit der für Dioden üblichen Bezeichnung Flussspannung benannt.The resistors R 103 and R 104 are the same size, so that the operational amplifier IC 101 acts as an adder whose output voltage -u mess between the output of the operational amplifier IC 1 and the ground 0 a multiple of the negative sum of the source voltage u S of the MOSFET S. 101 corresponds between the source terminal of the MOSFET S 101 and the ground 0 and an electrical potential related to the ground 0 at the cathode of the diode D 102 . In the illustrated circuit arrangement, this potential has just a negative value of a forward voltage u D2 dropping across the diode. The forward voltages are referred to below with the usual term for diode discharge voltage.

Eine Verstärkung ergibt sich aus dem Verhältnis R105/R103 bzw. R105/R104. Für eine direkte Messung der Summe, von der im Folgenden ausgegangen wird, wird dabei eine Verstärkung von Eins gewählt, wozu der Widerstand R105 gleich groß gewählt wird, wie die Widerstände R103 und R104. Falls eine von Eins verschiedene Verstärkung gewünscht wird, ist es jedoch gleichfalls möglich, ein anderes Verhältnis zwischen den Widerständen zu wählen. Der Widerstand R102 sollte in der vorliegenden Schaltungsanordnung etwa halb so groß sein wie einer der Widerstände R103, R104 und R105.A gain results from the ratio R 105 / R 103 or R 105 / R 104 . For a direct measurement of the sum, which is assumed below, a gain of one is selected, for which the resistor R 105 is selected to be the same size as the resistors R 103 and R 104 . However, if unity gain is desired, it is also possible to choose a different ratio between the resistances. The resistor R 102 in the present circuit should be about half as large as one of the resistors R 103 , R 104 and R 105 .

Die Funktionsweise der vorbeschriebenen Schaltungsanordnung lässt sich in der folgenden Weise beschreiben:
Die Diode D101 wird erst leitfähig, wenn die Spannung uAK über dem DUT unter die Spannung U1 sinkt, so dass der Wert von U1 den Maximalwert der über dem MOSFET S101 anliegenden Spannung darstellt. Vor höheren Spannungen uAK ist der MOSFET S101 daher mittels der Diode D101 geschützt.
The operation of the above-described circuit arrangement can be described in the following way:
The diode D 101 becomes conductive only when the voltage u AK across the DUT drops below the voltage U 1 , so that the value of U 1 represents the maximum value of the voltage applied across the MOSFET S 101 . Before higher voltages u AK , the MOSFET S 101 is therefore protected by means of the diode D 101 .

Die Diode D102 ist bei der dargestellten Schaltungsanordnung dauerhaft leitfähig. Ein Strom fließt jedoch nur dann durch diese Diode, wenn die Diode D101 leitend ist, da der Stromkreis ansonsten unterbrochen ist.The diode D 102 is permanently conductive in the illustrated circuit arrangement. However, a current only flows through this diode when the diode D 101 is conductive, since the circuit is otherwise interrupted.

Ein leitender Zustand des MOSFET S101 stellt sich ein, wenn die Spannung uGS den Wert UGS,th übersteigt, was jedoch insbesondere nur dann möglich ist, wenn eine Drainspannung uD zwischen dem Drainanschluss des Transistors S101 und der Masse 0 einen Wert annimmt, der wenigstens um den Wert UGS,th geringer ist, als der Wert einer Gatespannung UGate zwischen dem Gateanschluss des MOSFET und der Masse 0, wobei diese bei der dargestellten Schaltungsanordnung durch die Spannung U2 gegeben ist. Die Laststrecke des MOSFET S101 wird somit dann leitend, wenn der Wert der Drainspannung uD des MOSFET S101, welche dem elektrischen Potenzial an der Anode der Diode D101 entspricht, geringer ist als der Wert der Spannung U2 – UGS,th.A conductive state of the MOSFET S 101 provides when the voltage u GS exceeds the value U GS, th , but this is especially possible only when a drain voltage u D between the drain terminal of the transistor S 101 and the ground 0 assumes a value at least equal to the value U GS, th is less than the value of a gate voltage U gate between the gate terminal of the MOSFET and the ground 0, which is given by the voltage U 2 in the illustrated circuit arrangement. The load path of the MOSFET S 101 thus becomes conductive when the value of the drain voltage u D of the MOSFET S 101 , which corresponds to the electrical potential at the anode of the diode D 101 , is less than the value of the voltage U 2 - U GS, th ,

Bei leitendem MOSFET S101 ist ein Einschaltwiderstand RDS,on einer Drain-Source-Strecke des MOSFET S101 klein, so dass die Sourcespannung uS, welche als eine der zu addierenden Eingangsspannungen des Operationsverstärkers IC101 dient, im Wesentlichen der Drainspannung uD und damit im Wesentlichen dem Potenzial an der Anode der Diode D101 entspricht.In the case of the conducting MOSFET S 101 , a turn-on resistance R DS, on a drain-source path of the MOSFET S 101 is small, so that the source voltage u S , which serves as one of the input voltages of the operational amplifier IC 101 to be added, essentially corresponds to the drain voltage u D and thus substantially corresponds to the potential at the anode of the diode D 101 .

Es ist somit festzustellen, dass eine Spannung –umess zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers IC1 und der Masse 0 betragsmäßig entweder durch die Spannung U1 oder die Spannung U2 – UGS,th begrenzt ist, je nachdem welche dieser Spannungen kleiner ist.It is thus to be noted that a voltage -u mess between the output of the operational amplifier IC 1 and the mass 0 in terms of magnitude either by the voltage U 1 or the voltage U 2 - U GS, th is limited, depending on which of these voltages is smaller.

Sinkt die Spannung uAK über dem DUT unter den geringeren Wert dieser beiden Spannungen, so ist sowohl die Diode D101 als auch der MOSFET S101 leitend und die Spannung umess entspricht der Spannung uAK über dem DUT.If the voltage u AK across the DUT falls below the lower value of these two voltages, then both the diode D 101 and the MOSFET S 101 are conducting and the voltage u mess corresponds to the voltage u AK across the DUT.

Der Wert der Sourcespannung uS des MOSFET S101 entspricht dabei der um eine Flussspannung uD1 der Diode D101 erhöhten Spannung uAK. Die Diode D102 weist die Flussspannung uD2 auf, die den gleichen Wert annimmt, wie die Flussspannung uD1, so dass durch die Addition der Sourcespannung uS und des Potenzials an der Kathode der Diode D102 die Einflüsse der Flussspannungen uD1 und uD2 auf den Wert der Spannung umess kompensiert werden.The value of the source voltage u S of the MOSFET S 101 corresponds to the voltage u AK , which is increased by a forward voltage u D1 of the diode D 101 . The diode D 102 has the forward voltage u D2 , which assumes the same value as the forward voltage u D1 , so that the addition of the source voltage u S and the potential at the cathode of the diode D 102 influences the effects of the forward voltages u D1 and u D2 be compensated for the value of the voltage u mess .

Die Flussspannung einer Diode zeigt dabei eine Abhängigkeit von der Bauart der Diode, ihrer Betriebstemperatur und der Stromstärke des sie durchfließenden Stroms. Bei der dargestellten Schaltungsanordnung mit baugleichen Dioden D101 und D102. die auf gleicher Temperatur gehalten und mit einem im Wesentlichen gleichen Strom beaufschlagt werden, ist dabei sichergestellt, dass die Flussspannungen uD1 und uD2 den gleichen Wert annehmen. Die Widerstände R103 und R104 sind dabei insbesondere so groß gewählt, dass die Stromstärken der sie durchfließenden Ströme gegenüber denen der durch die Dioden D101 und D102 fließenden Ströme vernachlässigbar klein sind, so dass im Wesentlichen gleiche Stromstärken in beiden Dioden D101 und D102 auftreten.The forward voltage of a diode shows a dependence on the type of diode, its operating temperature and the current intensity of the current flowing through it. In the illustrated circuit arrangement with identical diodes D 101 and D 102nd are held at the same temperature and applied with a substantially equal current, it is ensured that the forward voltages u D1 and u D2 assume the same value. The resistors R 103 and R 104 are chosen to be so large in particular that the currents of the currents flowing through them are negligibly small compared to those of the currents flowing through the diodes D 101 and D 102 , so that substantially identical current strengths in both diodes D 101 and D 102 occur.

Beim Einschalten von Dioden, insbesondere von Hochspannungsdioden, treten in der Regel große Spannungsschwankungen auf. Damit die Spannung umess nicht durch die Spannungsschwankungen beeinflusst wird, ist es vorgesehen, die Spannungsquelle U1 so auszuführen, dass die von ihr zur Verfügung gestellte Spannung größer als die Spannung U2 ist.When switching on diodes, in particular high-voltage diodes, large voltage fluctuations usually occur. So that the voltage u mess is not influenced by the voltage fluctuations, it is provided that the voltage source U 1 be designed so that the voltage provided by it is greater than the voltage U 2 .

Idealisierte zeitliche Verläufe mehrerer Spannungen zwischen verschiedenen Punkten innerhalb der in der 1 dargestellten Schaltung sind in der 2b dargestellt. In das Schaltbild in der 2a ist eingezeichnet, zwischen welchen Punkten die Spannungen bestehen, deren Verlauf in der 2b gezeigt ist.Idealized temporal courses of several tensions between different points within in the 1 are shown in the circuit 2 B shown. In the diagram in the 2a is shown, between which points the tensions exist, whose course in the 2 B is shown.

Strichpunktierte Linien in dem Diagramm in der 2b zeigen den zeitlichen Verlauf der konstanten Spannungen U1 und U2.Dash-dotted lines in the diagram in the 2 B show the time course of the constant voltages U 1 and U 2 .

Sobald die Spannung uAK über dem DUT zu dem Zeitpunkt t1 unter die konstante Spannung U1 fällt, beginnt die Diode D101 zu leiten, und es fließt ein Strom durch den mit dem Widerstand R101, der Diode D101 dem DUT und der Diode D102 gebildeten Stromkreis. Infolge dessen erhöht sich die Spannung uD2 über der Diode D102 betragsmäßig um die Flussspannung der Diode D102, so dass sich auch die Spannung umess am Ausgang des Operationsverstärkers um die Flussspannung uD2 erhöht.As soon as the voltage u AK across the DUT falls below the constant voltage U 1 at the time t 1 , the diode D 101 begins to conduct, and a current flows through that with the resistor R 101 , the diode D 101 the DUT and the Diode D 102 formed circuit. As a result, the voltage u D2 across the diode D 102 increases in magnitude by the forward voltage of the diode D 102 , so that the voltage u mess at the output of the operational amplifier also increases by the forward voltage u D2 .

Der MOSFET S101 ist bis zu einem Zeitpunkt t2 nicht leitend. Die Sourcespannung uS nimmt bis zu diesem Zeitpunkt den Wert U2 – UGS,th an, und die Drainspannung uD entspricht dem Anodenpotenzial der Diode D101. Bei nicht leitender Diode D101, also bis zum Zeitpunkt t1, hat die Drainspannung uD somit den Wert U1, und bei leitender Diode D1 entspricht sie der betragsmäßig um die Flussspannung uD1 = uD2 erhöhten Spannung uAK.The MOSFET S 101 is non-conductive until a time t 2 . The source voltage u S takes on the value U 2 -U GS, th up to this time, and the drain voltage u D corresponds to the anode potential of the diode D 101 . With non-conducting diode D 101 , that is to say until time t 1 , the drain voltage u D thus has the value U 1 , and with conducting diode D 1 it corresponds to the voltage u AK, increased by the forward voltage u D1 = u D2 .

Zum Zeitpunkt t2 sinkt die Drainspannung uD unter den Wert U2 – UGS,th, so dass der MOSFET S101 leitend wird. Die Sourcespannung uS ist dann genauso groß, wie die Drainspannung uD und die Spannung umess folgt gerade der Spannung uAK, wobei sich die den Flussspannungen uD1 und uD2 der Dioden D101 und D102 entsprechenden Beiträge zu der Spannung umess gerade kompensieren.At time t 2 , the drain voltage u D drops below the value U 2 -U GS, th , so that the MOSFET S 101 becomes conductive. The source voltage u S is then just as large as the drain voltage u D and the voltage u mess just follows the voltage u AK , wherein the flux voltages u D1 and u D2 of the diodes D 101 and D 102 corresponding contributions to the voltage u mess just compensate.

Zu einem Zeitpunkt t3 übersteigt die Spannung uD wieder den Wert U2 – UGS,th, so dass der MOSFET S101 in den nicht leitenden Zustand übergeht. Die Diode D101 sperrt zum Zeitpunkt t4, wenn uAK größer als U1 wird.At a time t 3 , the voltage u D again exceeds the value U 2 -U GS, th , so that the MOSFET S 101 transitions to the non-conductive state. Diode D 101 turns off at time t 4 when u AK becomes greater than U 1 .

Es handelt sich bei der dargestellten Schaltung somit um eine sog. Spannungslupe, deren Ausgangssignal nur in einem bestimmten Bereich der Eingangsspannung entspricht.It is in the illustrated circuit thus a so-called. Voltage magnifier whose output is only in a certain range corresponds to the input voltage.

Die 3 zeigt ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Die bei der folgenden Beschreibung dieser Schaltungsanordnung angegebenen Spannungs- und Widerstandswerte sowie die für die einzelnen Bauteile angegebenen Typenbezeichnungen sind dabei beispielhaft zu verstehen. Die Erfindung ist keineswegs auf diese Werte und Typen beschränkt.The 3 shows a circuit diagram of another embodiment of the circuit arrangement according to the invention. The voltage and resistance values given in the following description of this circuit arrangement and the type designations given for the individual components are to be understood as examples. The invention is by no means limited to these values and types.

Eine Spannungsversorgung erfolgt bei der dargestellten Schaltung durch eine einzige Wechselspannungsquelle U301. Die Wechselspannung wird dabei durch einen aus Dioden D301, D302, D303 und D304 sowie einem Kondensator C301 bestehenden Zweiphasen-Diodengleichrichter in eine Gleichspannung u32 überführt. Um Schwankungen der Spannung u302 zu vermeiden, weist der Kondensator C302 eine ausreichend große Kapazität von beispielsweise 10 μF auf.A voltage supply takes place in the illustrated circuit by a single AC voltage source U 301 . The AC voltage is converted by a diode D 301 , D 302 , D 303 and D 304 and a capacitor C 301 existing two-phase diode rectifier in a DC voltage u 32 . In order to avoid fluctuations in the voltage u 302 , the capacitor C 302 has a sufficiently large capacitance of, for example, 10 μF.

Ein Messstromkreis wird hier durch die Reihenschaltung der mit der Masse 0 verbundenen Diode D306, dem Gleichrichter, den Widerständen R301, R302 und R303, der Diode D310 und dem wiederum mit der Masse 0 verbundenen DUT realisiert. Die Dioden D306 und D310, welche den Dioden D101 und D102 der in der 1 dargestellten Schaltungsanordnung entsprechen, sind als baugleiche Hochspannungsdioden, beispielsweise vom Typ BY8410 ausgeführt und werden auf gleicher Temperatur gehalten. Dies ist hier dadurch sichergestellt, dass keine Temperaturunterschiede auf der Platine vorhanden sind, welche die dargestellte Schaltung enthält.A measuring circuit is realized here by the series connection of connected to the ground 0 diode D 306 , the rectifier, the resistors R 301 , R 302 and R 303 , the diode D 310 and in turn connected to the ground 0 DUT. The diodes D 306 and D 310 , which the diodes D 101 and D 102 in the 1 Corresponding circuit arrangement correspond, are designed as identical high voltage diodes, for example of the type BY8410 and are kept at the same temperature. This is ensured by the fact that there are no temperature differences on the board, which contains the circuit shown.

Der bei gegebener Spannung u302 maximal durch den Messstromkreis fließende Strom wird insbesondere durch eine geeignete Dimensionierung der Widerstände R301, R302 und R303 auf einen Wert begrenzt, bei dem ein maximaler Durchlassstrom der Dioden D306 und D310, der bei Dioden des vorgenannten Typs 5 mA beträgt, nicht überschritten wird. Es werden dabei drei Widerstände zur Strombegrenzung verwendet, da die Spannungsfestigkeit eines einzelnen Widerstandes nicht ausreichend hoch ist. Bei einer Wechselspannung U1, welche in einem Bereich von 80 V bis zu einigen 100 V liegen kann und beispielsweise 200 V beträgt, wurde hier ein Gesamtwiderstand von R301 + R302 + R303 90 kΩ gewählt.The maximum current flowing through the measuring circuit at a given voltage u 302 is limited, in particular by a suitable dimensioning of the resistors R 301 , R 302 and R 303, to a value at which a maximum forward current of the diodes D 306 and D 310 , which in the case of diodes of the the aforementioned type is 5 mA, is not exceeded. There are three resistors used to limit the current, because the dielectric strength of a single resistor is not sufficiently high. In the case of an alternating voltage U 1 , which may be in the range from 80 V to a few 100 V and, for example, 200 V, a total resistance of R 301 + R 302 + R 303 90 kΩ was selected here.

Es hat sich zudem als günstig erwiesen, den Widerstand R309 zwischen die Diode D310 und den Widerstand R303, bzw. zwischen die Diode D310 und den MOSFET S301 zu schalten. Der Widerstand R309 hat vorzugsweise ca. 300 Ω. Es ist dabei jedoch gleichfalls möglich auf diesen Widerstand zu verzichten.It has also proved to be advantageous to switch the resistor R 309 between the diode D 310 and the resistor R 303 , or between the diode D 310 and the MOSFET S 301 . The resistor R 309 preferably has about 300 Ω. However, it is also possible to dispense with this resistance.

Die Spannungsversorgung des Gateanschlusses des MOSFET S301 mit einer einen leitfähigen Zustand des MOSFET S301 ermöglichenden Spannung UGate erfolgt anhand des durch die Widerstände R304, R305 und R306 gebildeten Spannungsteilers. Diese Widerstände weisen dabei beispielsweise Werte von R304 = 100 kΩ und R305 = R306 = 22 kΩ auf. Ein Kondensator C302 mit einer ausreichend großen Kapazität von beispielsweise 1 μF stabilisiert die Gatespannung UGate und zusätzlich ist eine parallel zu dem Kondensator C302 geschaltete Zener-Diode D307, beispielsweise vom Typ BZX84C27, vorgesehen, welche die Gatespannung UGate auf einen vorgegebenen Wert begrenzt, der beispielsweise 27 V beträgt.The voltage supply of the gate terminal of the MOSFET S 301 with a conductive state of the MOSFET S 301 enabling voltage U gate is based on the voltage divider formed by the resistors R 304 , R 305 and R 306 . These resistors have, for example, values of R 304 = 100 kΩ and R 305 = R 306 = 22 kΩ. A capacitor C 302 with a sufficiently large capacitance of, for example, 1 μF stabilizes the gate voltage U Gate and in addition a parallel to the capacitor C 302 connected zener diode D 307 , for example of the type BZX84C27, is provided which the gate voltage U gate to a predetermined Value limited, for example, 27V.

Der MOSFET S301 erfüllt in dieser Schaltungsanordnung die gleiche Funktion wie der MOSFET S101 in der in der 1 dargestellten Schaltungsanordnung. Es wurde hier ein MOSFET S301 vom Typ BSP125 eingesetzt, der sich durch eine Spannungsfestigkeit von bis zu 600 V und aufgrund seiner geringen räumlichen Ausmaße durch sehr kleine parasitäre Kapazitäten auszeichnet. Eine maximal zulässige Spannung uGS beträgt bei diesem Typ 14V.The MOSFET S 301 satisfies in this circuit the same function as the MOSFET S 101 in the in the 1 illustrated circuit arrangement. A MOSFET S 301 of the type BSP125 was used here, which is characterized by a dielectric strength of up to 600 V and because of its small spatial dimensions by very small parasitic capacitances. A maximum permissible voltage u GS for this type is 14V.

Zur Begrenzung der Spannung uGS ist eine weitere Zener-Diode D309, beispielsweise vom Typ BZX84C12, vorgesehen, die parallel zu der Gate-Source-Strecke des MOSFET S301 geschaltet ist; der Gateanschluss des MOSFET S301 wird zudem mit einem Vorwiderstand R308 versehen. Durch die Diode D309 wird die Spannung uDS beispielsweise auf 12 V begrenzt, wobei eine restliche Spannung über dem Widerstand R308 abfällt. Es wird dadurch verhindert, dass die Spannung uGS bei sehr kleinen Werten des Sourcepotenzials den zulässigen Wert überschreitet und der MOSFET S1 zerstört wird.To limit the voltage u GS , a further zener diode D 309 , for example of the type BZX84C12, is provided which is connected in parallel with the gate-source path of the MOSFET S 301 ; the gate terminal of the MOSFET S 301 is also provided with a series resistor R 308 . By the diode D 309 , the voltage u DS, for example, limited to 12 V, with a residual voltage across the resistor R 308 drops. It is thereby prevented that the voltage u GS at very small values of the source potential exceeds the permissible value and the MOSFET S 1 is destroyed.

Der Widerstand R308 nimmt einen möglichst großen Wert, beispielsweise 100 kΩ an, damit ein durch die Diode D309 fließender Strom so gering ist, dass er das Messergebnis nicht merklich beeinflusst.The resistance R 308 assumes as large a value as possible, for example 100 kΩ, so that a current flowing through the diode D 309 is so small that it does not appreciably affect the measurement result.

Aufgrund des notwendigerweise großen Widerstandes R308 vergrößert sich jedoch eine Ladezeit einer zwischen dem Drain- und dem Gateanschluss des MOSFET S301 vorhandenen parasitären Miller-Kapazität erheblich. Bei einem Anstieg der Drainspannung uD am Drainanschluss des MOSFET S301 erhöht sich während dieser Ladezeit das Potenzial am Gateanschluss und damit ebenfalls die Sourcespannung uS am Sourceanschluss des MOSFET S301 Diese soll jedoch auf den vorgegebenen Wert begrenzt werden, was bei insbesondere einem schnellen Anstieg der Drainspannung uD aufgrund der zu großen Ladezeit der Miller-Kapazität nicht gewährleistet ist.However, due to the necessarily large resistance R 308 , a charging time of a parasitic Miller capacitance present between the drain and gate of MOSFET S 301 increases significantly. With an increase of the drain voltage U D at the drain terminal of the MOSFET S 301, the potential at the gate terminal and therefore also the source voltage u S at the source terminal of the MOSFET S but 301 This is to be limited to the predetermined value increases during this charging time, which fast in particular a Increase in drain voltage u D not guaranteed due to the excessive loading time of the Miller capacity is done.

Es ist daher vorgesehen, eine Diode D308 parallel zu dem Widerstand R308 zu schalten, so dass ein Ladestrom zum Laden der Miller-Kapazität nicht durch den eine Stromstärke des Ladestroms erheblich begrenzenden Widerstand R308, sondern durch die Diode D308 fließt, welche mit ihrer Anode mit dem Gateanschluss des MOSFET S301 verbunden ist.It is therefore intended to switch a diode D 308 in parallel with the resistor R 308 so that a charging current for charging the Miller capacitance does not flow through the resistance R 308 , which limits the amperage of the charging current, but through the diode D 308 which is connected with its anode to the gate terminal of the MOSFET S 301 .

Um dabei auch bei einem sehr schnellen Anstieg des Potenzial am Drainanschluss des Transistors eine ausreichend große Stromstärke zum Laden der Miller-Kapazität zu gewährleisten, handelt es sich bei der Diode D308 um eine schnelle Diode, beispielsweise vom Typ MURS160.In order to ensure a sufficiently large current for charging the Miller capacitance even with a very rapid increase in the potential at the drain terminal of the transistor, the diode D 308 is a fast diode, for example of the MURS160 type.

Analog zu der in der 1 dargestellten Schaltungsanordnung sind die Kathode der Diode D306 und der Sourceanschluss des MOSFET S301 über Widerstände R312 und R311 mit dem invertierenden Eingang – eines Operationsverstärkers IC301 verbunden, dessen nicht invertierender Eingang + über den Widerstand R310 mit der Masse 0 verbunden ist. Es wird beispielsweise ein Operationsverstärker IC301 vom Typ LM7171 verwendet, bei dem es sich um einen schnellen Operationsverstärker handelt, der sich insbesondere durch ein großes Verstärkung-Bandbreite-Produkt von 200 MHz und eine hohe Slew-Rate von 4100 V/μs auszeichnet. Die Widerstände R312 und R311 sind den Erfordernissen des Operationsverstärkers IC301 angepasst und werden zur Realisierung der Addiererschaltung gleich groß gewählt. Sie haben beispielsweise einen Wert von 10 kΩ oder mehr. Die Rückkopplung zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang – des Operationsverstärkers erfolgt über den Widerstand R312, der den gleichen Wert aufweist, wie die Widerstände R311 und R312. Der Widerstand R310 zwischen dem nicht invertierenden Eingang + des Operationsverstärkers IC301 und der Masse 0 ist beispielsweise ungefähr halb so groß wie die Widerstände R311, R312 und R313.Analogous to that in the 1 3, the cathode of the diode D 306 and the source terminal of the MOSFET S 301 are connected via resistors R 312 and R 311 to the inverting input - an operational amplifier IC 301 whose non-inverting input + is connected to ground 0 via the resistor R 310 , For example, an LM7171 operational amplifier IC 301 is used, which is a fast operational amplifier characterized in particular by a large 200 MHz gain bandwidth product and a high slew rate of 4100 V / μs. The resistors R 312 and R 311 are adapted to the requirements of the operational amplifier IC 301 and are chosen to be equal in size to implement the adder circuit. For example, they have a value of 10 kΩ or more. The feedback between the output and the inverting input - of the operational amplifier takes place via the resistor R 312 , which has the same value as the resistors R 311 and R 312 . The resistance R 310 between the non-inverting input + of the operational amplifier IC 301 and the ground O is, for example, about half as large as the resistors R 311 , R 312 and R 313 .

Die Ausgangsspannung umess des Operationsverstärkers IC301 ergibt sich in analoger Weise, wie dies bereits anhand der 2a und 2b erläutert wurde.The output voltage u mess of the operational amplifier IC 301 results in an analogous manner, as already with reference to the 2a and 2 B was explained.

Da sich die Bauteile der dargestellten Schaltungsanordnung möglicherweise in unmittelbarer räumlicher Nähe zu dem geschalteten Hochleistungshalbleiter DUT befinden, wird das Messsignal umess bei der in der 3 dargestellten Schaltung durch einen RC-Tiefpass 1. Ordnung gefiltert, um durch Schaltvorgänge bedingte hochfrequente Einkopplungen herauszufiltern. Der Tiefpass ist hier durch den Widerstand R315 und den Kondensator C303 realisiert und weist beispielsweise eine Zeitkonstante von 1 μs auf. Die Ausgangsspannung ist die Spannung umess2.Since the components of the circuit arrangement shown may be in close spatial proximity to the switched high-power semiconductor DUT, the measurement signal u mess at the in the 3 shown circuit filtered by a first order RC low-pass filter to filter out high-frequency couplings caused by switching operations. The low-pass filter is implemented here by the resistor R 315 and the capacitor C 303 and has, for example, a time constant of 1 μs. The output voltage is the voltage u mess2 .

Das Spannungssignal umess oder das Signal umess2 sind nun dazu geeignet, innerhalb einer Vorrichtung zur Überwachung von Leistungshalbleitern weiterverarbeitet zu werden. Da es sich um eine sehr kompakte Schaltung handelt, eignet sie sich besonders für eine Verwendung innerhalb eines Messkopfes, welcher beispielsweise an eine einen Leistungshalbleiter enthaltende Schaltung angeschlossen werden kann.The voltage signal u mess or the signal u mess2 are now suitable for further processing within a device for monitoring power semiconductors. Since it is a very compact circuit, it is particularly suitable for use within a measuring head, which can be connected, for example, to a circuit containing a power semiconductor.

Von besonderem Interesse bei der Überwachung von Leistungshalbleitern ist eine Detektion von Kurzschlüssen in dem Lastkreis des Leistungshalbleiters, da die infolge des Kurzschlusses entstehenden großen Stromstärken den Leistungshalbleiter zerstören können. Derartige Kurzschlüsse können dabei an einer Überhöhung der Durchlassspannung des Leistungshalbleiters erkannt werden.From particular interest in monitoring of power semiconductors is a detection of short circuits in the load circuit of the power semiconductor, as a result of the short circuit arising large currents destroy the power semiconductor can. Such short circuits can do it at an elevation of Forward voltage of the power semiconductor can be detected.

Es ist daher vorgesehen, dass die Vorrichtung zum Überwachen des Leistungshalbleiters neben der anhand der 3 dargestellten Schaltungsanordnung eine Komparatorschaltung enthält, mittels derer die Spannung umess2 mit einer Referenzspannung URef verglichen wird.It is therefore provided that the device for monitoring the power semiconductor in addition to the basis of the 3 illustrated circuitry includes a comparator circuit, by means of which the voltage u mess2 is compared with a reference voltage U Ref .

Ein Schaltbild einer Ausführungsform dieser Komparatorschaltung ist in der 4 dargestellt. Die Referenzspannung URef wird bei dieser Schaltungsanordnung durch einen über ein Potentiometer einstellbaren aus den Widerständen R401, R402 und R403 bestehenden Spannungsteiler mit einem nachgeschalteten Kondensator C401 zur Verfügung gestellt, wobei über dem Spannungsteiler eine Eingangsspannung Ue anliegt.A circuit diagram of one embodiment of this comparator circuit is shown in FIG 4 shown. The reference voltage U Ref is provided in this circuit arrangement by means of a potentiometer adjustable from the resistors R 401 , R 402 and R 403 existing voltage divider with a downstream capacitor C 401 , wherein above the voltage divider an input voltage U e is applied.

Die Spannungen URef und umess2 bilden die Eingangsspannungen für einen Komparator IC402, bei dem es sich beispielsweise um einen schnellen Komparator des Typs LM319 handelt. Insbesondere liegt dabei die Spannung umess2 am invertierenden Eingang – und die Spannung URef am nicht invertierenden Eingang + des Operationsverstärkers IC401 an. Um ein mögliches Schwingen des Operationsverstärkers IC401 zu vermeiden, wird dabei ein Mitkoppelwiderstand R406 zwischen den nicht invertierenden Eingang + des Operationsverstärkers IC401 und seinen Ausgang geschaltet. Der eine Schalthysterese bewirkende Widerstand R406 hat beispielsweise einen Wert von 100 kΩ. Die Eingangswiderstände R405 und R406 sind gleich groß und haben beispielsweise einen Wert von 10 kΩ.The voltages U Ref and u mess2 form the input voltages for a comparator IC 402 , which is for example a fast comparator of the type LM319. In particular, the voltage u mess2 at the inverting input - and the voltage U Ref at the non-inverting input + of the operational amplifier IC 401 are applied . In order to avoid possible oscillation of the operational amplifier IC 401 , a positive feedback resistor R 406 is connected between the noninverting input + of the operational amplifier IC 401 and its output. The resistance R 406 causing a switching hysteresis has, for example, a value of 100 kΩ. The input resistors R 405 and R 406 are the same size and have, for example, a value of 10 kΩ.

Als Ausgangspannung des Operationsverstärkers IC401 ergibt sich die Spannung uKomp, welche bei der vorbeschriebenen Beschaltung einer Differenz der Eingangsspannungen entspricht.As the output voltage of the operational amplifier IC 401 results in the voltage u Komp , which corresponds to a difference of the input voltages in the above-described wiring.

In Verbindung mit der Komparatorschaltung eignet sich die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung vor allem für eine Verwendung innerhalb einer Treiberstufe zur Steuerung eines Leistungshalbleiters. Zum Schutz des Leistungshalbleiters kann es dabei insbesondere vorgesehen sein, dass dieser abgeschaltet wird, wenn die Ausgangsspannung uKomp des Operationsverstärkers IC401 betragsmäßig einen vorgegeben Schwellenwert überschreitet.In connection with the comparator circuit, the circuit arrangement according to the invention is suitable especially for use within a driver stage for controlling a power semiconductor. To protect the power semiconductor, it can be provided in particular that this is turned off when the output voltage u comp of the operational amplifier IC 401 amount exceeds a predetermined threshold.

00
MasseDimensions
++
nicht invertierender Eingang eines OperationsverstärkersNot inverting input of an operational amplifier
-
invertierender Eingang eines Operationsverstärkersinverting Input of an operational amplifier
Ck C k
Kondensator mit Kapazität Ck (k = 301, 302, 303, 401)Capacitor with capacitance C k (k = 301, 302, 303, 401)
Dl D l
Diode (l = 101, 102, 301, 302, ..., 310)diode (l = 101, 102, 301, 302, ..., 310)
DUTDUT
Messobjekt (Device Under Test)measurement object (Device Under Test)
ICn IC n
Operationsverstärker (n = 101, 301, 401)Operational amplifier (n = 101, 301, 401)
Rm R m
Widerstand (m = 101, 102, ..., 105, 301, 302, ..., 315, 401,resistance (m = 101, 102, ..., 105, 301, 302, ..., 315, 401,
402, ..., 406)402 406)
S101 S 101
MOSFETMOSFET
S301 S 301
MOSFETMOSFET
tt
ZeitTime
tq t q
Zeitpunkt (t = 1, ..., 4)time (t = 1, ..., 4)
U1 U 1
Spannungsquelle mit Klemmenspannung U1 Voltage source with terminal voltage U 1
U2 U 2
Spannungsquelle mit Klemmenspannung U2 Voltage source with terminal voltage U 2
U301 U 301
WechselspannungsquelleAC voltage source
u302 u 302
Versorgungsspannungsupply voltage
uAK u AK
über einer Laststrecke abfallende Spannungover one Load path decreasing voltage
uD u d
Drainspannungdrain voltage
uD1 u D1
Flussspannung der Diode D1 Forward voltage of the diode D 1
uD2 u D2
Flussspannung der Diode D2 Forward voltage of diode D 2
Ue U e
Eingangsspannunginput voltage
UGate U gate
Gatespannunggate voltage
uGS u GS
Spannung zwischen einem Gate- und einem Sourceanschlusstension between a gate and a source
UGS,th U GS, th
Schwellenwert für die Spannung uGS Threshold for the voltage u GS
uKomp u comp
Ausgangsspannung eines Operationsverstärkersoutput voltage an operational amplifier
umess u mess
Ausgangsspannung eines Operationsverstärkersoutput voltage an operational amplifier
umess2 u mess2
gefilterte Ausgangsspannung eines Operationsverstärkersfiltered Output voltage of an operational amplifier
URef U ref
Referenzspannungreference voltage
uS u s
Sourcespannungsource voltage

Claims (14)

Schaltungsanordnung zum Messen einer Spannung (uAK) über einer einen veränderlichen Widerstand aufweisenden Laststrecke (DUT) mit einem eine Laststrecke und einen Steueranschluss aufweisenden Transistor (S101, S301), dessen Steueranschluss mit einer ersten Spannungsquelle (U2, UGate) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reihenschaltung mit einer zweiten Spannungsquelle (U1, U301), einem ersten Stromventil (D101, D310), der den veränderlichen Widerstand aufweisenden Laststrecke (DUT) und einem zweiten Stromventil (D102, D306) enthalten ist, dass ein erster Anschluss der Laststrecke des Transistors (S101, S301) über das erste Stromventil (D101, D310) mit der Laststrecke (DUT) mit dem veränderlichen Widerstand verbunden ist, und dass ein zweiter Anschluss der Laststrecke des Transistors (S101, S301) und ein mit der zweiten Spannungsquelle (U1, U301) verbundener Anschluss des zweiten Stromventils (D102, D306) mit einem spannungsgesteuerten Eingang einer Addiererschaltung (IC101, IC301) verbunden sind, deren Ausgangsspannung (umess) erfassbar ist .Circuit arrangement for measuring a voltage (u AK ) via a load resistor (DUT) having a variable resistance with a transistor (S 101 , S 301 ) having a load path and a control terminal, whose control terminal is connected to a first voltage source (U 2 , U gate ) characterized in that a series connection with a second voltage source (U 1 , U 301 ), a first flow control valve (D 101 , D 310 ), the variable resistance load line (DUT) and a second flow control valve (D 102 , D 306 ) is included, that a first terminal of the load path of the transistor (S 101 , S 301 ) via the first flow control valve (D 101 , D 310 ) to the load path (DUT) is connected to the variable resistor, and that a second terminal of the load path of the transistor (S 101 , S 301 ) and connected to the second voltage source (U 1 , U 301 ) connection of the second flow control valve (D 102 , D 306 ) with a spannungsge controlled input of an adder circuit (IC 101 , IC 301 ) are connected, whose output voltage (u mess ) can be detected. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stromventil (D101, D310) und das zweite Stromventil (D102, D306) baugleich sind.Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the first flow control valve (D 101 , D 310 ) and the second flow control valve (D 102 , D 306 ) are identical. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Stromventilen (D101, D102. D306, D310) um Dioden handelt.Circuit arrangement according to one of Claims 1 and 2, characterized in that the current valves (D 101 , D 102, D 306 , D 310 ) are diodes. Schaltungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Transistor (S101, S301) um einen Feldeffekttransistor handelt.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that it is the transistor (S 101 , S 301 ) is a field effect transistor. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Transistor (S101, S301) um einen Bipolartransistor handelt.Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that it is the transistor (S 101 , S 301 ) is a bipolar transistor. Schaltungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zener-Diode (D309) zwischen den Steueranschluss des Transistors (S301) und einen der Anschlüsse seiner Laststrecke geschaltet ist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a Zener diode (D 309 ) is connected between the control terminal of the transistor (S 301 ) and one of the terminals of its load path. Schaltungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereingang des Transistors über einen Widerstand (R308) mit der Spannungsquelle (UGate) verbunden ist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the control input of the transistor via a resistor (R 308 ) to the voltage source (U gate ) is connected. Schaltungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Diode (D308) parallel zu dem Widerstand (R308) zwischen dem Steueranschluss und der ersten Spannungsquelle (UGate) geschaltet ist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a diode (D 308 ) is connected in parallel with the resistor (R 308 ) between the control terminal and the first voltage source (U gate ). Schaltungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Addiererschaltung als ein als Umkehrverstärker beschalteter Operationsverstärker (IC101, IC301) ausgeführt ist, dessen invertierender Eingang (–) über jeweils einen widerstand (R103, R311, R104, R312) mit der Laststrecke des Transistors (S101, S301) und mit dem zweiten Stromventil (D101, D306) verbunden ist, und dessen nicht invertierender Eingang (+) mit einer Masse (0) verbunden ist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the adder circuit as an operational amplifier connected as a reverse amplifier (IC 101 , IC 301 ) is executed, whose inverting input (-) via a respective resistor (R 103 , R 311 , R 104 , R 312 ) with the load path of the transistor (S 101 , S 301 ) and with the second flow control valve (D 101 , D 306 ), and whose non-inverting input (+) is connected to a ground (0). Schaltungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Laststrecke (DUT) mit veränderlichem Widerstand um die Laststrecke eines Leistungshalbleiters, beispielsweise eines IGBTs oder eines GTOs, handelt.Circuit arrangement according to one of the preceding claims characterized in that it is in the load path (DUT) with variable Resistor around the load path of a power semiconductor, for example an IGBT or a GTO. Schaltungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannung (umess) der Addiererschaltung (IC301) durch ein Tiefpassfilter (R315, C303) gefiltert wird.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the output voltage (u mess ) of the adder circuit (IC 301 ) by a low-pass filter (R 315 , C 303 ) is filtered. Vorrichtung zum Überwachen eines steuerbaren Leistungshalbleiters (DUT), dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche enthalten ist.Device for monitoring a controllable power semiconductor (DUT), characterized in that a circuit arrangement according to one of the preceding claims is. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Komparatorschaltung (IC401) zum Vergleichen der Ausgangsspannung (umess) der Addiererschaltung mit einer Referenzspannung (URef) enthalten ist.Apparatus according to claim 12, characterized in that a comparator circuit (IC 401 ) for comparing the output voltage (u mess ) of the adder circuit with a reference voltage (U Ref ) is included. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerungsmittel zum Steuern des Leistungshalblei ters (DUT) enthalten ist, mit dem der Leistungshableiter (DUT) abschaltbar ist, wenn die Ausgangsspannung (umess) der Addiererschaltung (IC101, IC301) die Referenzspannung (URef) übersteigt.Device according to one of claims 12 and 13, characterized in that a control means for controlling the Leistungshalblei ester (DUT) is included, with which the Leistungshableiter (DUT) is switched off when the output voltage (u mess ) of the adder circuit (IC 101 , IC 301 ) exceeds the reference voltage (U Ref ).
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5166549A (en) * 1991-08-07 1992-11-24 General Electric Company Zero-voltage crossing detector for soft-switching devices

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5166549A (en) * 1991-08-07 1992-11-24 General Electric Company Zero-voltage crossing detector for soft-switching devices

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011103330A1 (en) 2011-05-27 2012-11-29 Rwth Aachen Device for determining state of e.g. gate commutated thyristor used in direct current to direct current converter for wind power plant, has control unit evaluating signal sequence for determining control signal and/or operating mode
DE102012203165A1 (en) 2012-02-29 2013-08-29 Beuth Hochschule Für Technik Berlin Arrangement for monitoring electrical objects e.g. thyristors, in wind-power plant, has protective device operated in block direction and blocking current flow through power source, if voltage of source is larger than voltage at terminal

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