DE102014110768B3

DE102014110768B3 - Power semiconductor circuit

Info

Publication number: DE102014110768B3
Application number: DE102014110768.3A
Authority: DE
Inventors: Gunter Königsmann
Original assignee: Semikron GmbH and Co KG; Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Current assignee: Semikron GmbH and Co KG; Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Priority date: 2014-07-30
Filing date: 2014-07-30
Publication date: 2015-06-11
Anticipated expiration: 2034-07-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leistungshalbleiterschaltung mit einem Leistungshalbleiterschalter, einer Ansteuereinrichtung und einer Überstromdetektionsschaltung, wobei die Überstromdetektionsschaltung eine Grenzwertüberwachungseinheit und einen ersten und einen zweiten Kondensator aufweist, wobei ein erster Eingang der Grenzwertüberwachungseinheit, ein erster Anschluss des ersten Kondensators und ein erster Anschluss des zweiten Kondensators mit einem ersten elektrischen Schaltungsknoten elektrisch verbunden sind, wobei ein zweiter Anschluss des zweiten Kondensators mit dem ersten Laststromanschluss des Leistungshalbleiterschalters elektrisch verbunden ist, wobei ein zweiter Anschluss des ersten Kondensators mit dem zweiten Laststromanschluss des Leistungshalbleiterschalters elektrisch verbunden ist, wobei die Grenzwertüberwachungseinheit ein Überstromdetektionssignal erzeugt, wenn die elektrische Spannung am ersten Eingang der Grenzwertüberwachungseinheit eine am zweiten Eingang der Grenzwertüberwachungseinheit anliegende Referenzspannung übersteigt, wobei die Ansteuereinrichtung, wenn der Leistungshalbleiterschalter eingeschaltet ist, bei Empfang des Überstromdetektionssignals den Leistungshalbleiterschalter ausschaltet. Die Erfindung schafft eine Leistungshalbleiterschaltung, die im Falle eines durch den Leistungshalbleiterschalter der Leistungshalbleiterschaltung fließenden Überstroms, ein schnelles Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters erzielt. The invention relates to a power semiconductor circuit having a power semiconductor switch, a drive device and an overcurrent detection circuit, wherein the overcurrent detection circuit comprises a limit value monitoring unit and a first and a second capacitor, wherein a first input of the limit value monitoring unit, a first terminal of the first capacitor and a first terminal of the second capacitor a second terminal of the second capacitor is electrically connected to the first load current terminal of the power semiconductor switch, wherein a second terminal of the first capacitor is electrically connected to the second load current terminal of the power semiconductor switch, wherein the limit value monitoring unit generates an overcurrent detection signal when the electrical voltage at the first input of the limit monitoring unit on the second input g the limit value monitoring unit exceeds applied reference voltage, wherein the drive means, when the power semiconductor switch is turned on, upon receipt of the overcurrent detection signal, the power semiconductor switch turns off. The invention provides a power semiconductor circuit which achieves rapid turn-off of the power semiconductor switch in the event of overcurrent flowing through the power semiconductor switch of the power semiconductor circuit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leistungshalbleiterschaltung. The invention relates to a power semiconductor circuit.

Bei aus dem Stand der Technik bekannten Leistungshalbleitereinrichtungen sind im Allgemeinen auf einem Substrat Leistungshalbleiterbauelemente, wie z.B. Leistungshalbleiterschalter und Dioden angeordnet und mittels einer Leiterschicht des Substrats, sowie Bonddrähten und/oder einem Folienverbund miteinander elektrisch leitend verbunden. Die Leistungshalbleiterschalter liegen dabei im Allgemeinen in Form von Transistoren, wie z.B. IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) vor. In power semiconductor devices known in the art, power semiconductor devices, such as a semiconductor device, are generally mounted on a substrate. Power semiconductor switches and diodes arranged and electrically conductively connected to each other by means of a conductor layer of the substrate, and bonding wires and / or a film composite. The power semiconductor switches are generally in the form of transistors, e.g. IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) or MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).

Die auf dem Substrat angeordneten Leistungshalbleiterbauelemente sind dabei häufig elektrisch zu einer einzelnen oder mehreren sogenannten Halbbrückenschaltungen verschalten, die z.B. zum Gleich- und Wechselrichten von elektrischen Spannungen und Strömen verwendet werden. In this case, the power semiconductor components arranged on the substrate are frequently electrically connected to form a single or a plurality of so-called half-bridge circuits, which are e.g. be used for Gleich- and inverting electrical voltages and currents.

In 1 ist, wie firmenintern bekannt, eine technikübliche Leistungshalbleitereinrichtung 1 dargestellt, die beispielhaft in Form von drei elektrisch parallel geschalteten Halbbrückenschaltungen ausgebildet ist. Die Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist im Rahmen des Ausführungsbeispiels sechs Leistungshalbleiterschalter T1 auf. Den Leistungshalbleiterschalten T1 ist im Allgemeinen jeweilig eine Freilaufdiode D2 elektrisch antiparallel geschaltet, wobei zu jedem Leistungshalbleiterschalter T1 auch mehrere Freilaufdioden elektrisch antiparallel geschaltet sein können. Wenn die Leistungshalbleiterschalter T1 in Form von MOSFETs vorliegen, dann ist die Freilaufdiode D2 im Allgemeinen integraler Bestandteil des jeweiligen MOSFET und liegt nicht als diskretes Bauteil vor. Im Rahmen des dargestellten Ausführungsbeispiels erzeugt die Leistungshalbleitereinrichtung 1 aus einer zwischen den Gleichspannungsanschlüssen DC+ und DC– eingespeisten Gleichspannung am Wechselspannungsanschluss AC eine 3-phasige Wechselspannung. In 1 is, as known in-house, a technology standard power semiconductor device 1 illustrated, which is exemplified in the form of three electrically connected in parallel half-bridge circuits. The power semiconductor device 1 has in the embodiment on six power semiconductor switch T1. The power semiconductor switching T1 is generally a respective freewheeling diode D2 electrically connected in anti-parallel, with each power semiconductor switch T1 and several free-wheeling diodes can be electrically connected in anti-parallel. If the power semiconductor switches T1 are in the form of MOSFETs, then the freewheeling diode D2 is generally an integral part of the respective MOSFET and is not present as a discrete component. In the context of the illustrated embodiment, the power semiconductor device generates 1 from a DC voltage between the DC voltage terminals DC + and DC- fed AC voltage terminal AC a 3-phase AC voltage.

Die Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist pro Halbbrücke zwei technikübliche Leistungshalbleiterschaltungen 4' auf, deren Aufbau im Detail, wie firmenintern bekannt, in 2 dargestellt ist. The power semiconductor device 1 has two half-bridge technology standard power semiconductor circuits 4 ' on, whose structure in detail, known as in-house, in 2 is shown.

Die Leistungshalbleiterschaltung 4' weist einen Leistungshalbleiterschalter T1, der einen ersten und einen zweiten Laststromanschluss C und E und einen Steueranschluss G aufweist, auf. Weiterhin weist die Leistungshalbleiterschaltung 4' eine Steuereinrichtung 3', die eine Ansteuereinrichtung 2 und eine Überstromdetektionsschaltung 5' aufweist, auf. Die Ansteuereinrichtung 2 ist zur Ansteuerung des Leistungshalbleiterschalters T1 ausgebildet und ist mit dem Steueranschluss G des Leistungshalbleiterschalters T1 elektrisch verbunden. Die Ansteuereinrichtung 2 erzeugt hierzu in Abhängigkeit von einem Steuersignal A, welches z.B. von einer übergeordneten Steuerung (nicht dargestellt) erzeugt wird, eine Ansteuerspannung Ua am Steueranschluss G des Leistungshalbleiterschalters T1. Der Leistungshalbleiterschalter T1 wird in Abhängigkeit von der Höhe der Ansteuerspannung Ua ein- und ausgeschaltet. Die Überstromdetektionsschaltung 5' weist eine Grenzwertüberwachungseinheit 6, einen ersten Kondensator C1, eine erste Diode D1 und einen ersten elektrischen Widerstand R1 auf, wobei ein erster Eingang der Grenzwertüberwachungseinheit 6, ein erster Anschluss des ersten Kondensators C1, die Anode der ersten Diode D1 und der erste Anschluss des Widerstands R1 mit einem ersten elektrischen Schaltungsknoten 7 elektrisch verbunden sind. Die Kathode der ersten Diode D1 ist mit dem ersten Laststromanschluss C des Leistungshalbleiterschalters T1 elektrisch verbunden, wobei ein zweiter Anschluss des ersten Kondensators C1 mit dem zweiten Laststromanschluss E des Leistungshalbleiterschalters T1 elektrisch verbunden ist. Die Grenzwertüberwachungseinheit 6 erzeugt ein Überstromdetektionssignal F, wenn die elektrische Spannung U2 am ersten Eingang der Grenzwertüberwachungseinheit 6 eine am zweiten Eingang der Grenzwertüberwachungseinheit 6 anliegende Referenzspannung Ur übersteigt, wobei die Ansteuereinrichtung 2, wenn der Leistungshalbleiterschalter T1 eingeschaltet ist, bei Empfang des Überstromdetektionssignals F den Leistungshalbleiterschalter T1 ausschaltet. The power semiconductor circuit 4 ' has a power semiconductor switch T1, which has a first and a second load current connection C and E and a control terminal G on. Furthermore, the power semiconductor circuit 4 ' a control device 3 ' that a driving device 2 and an overcurrent detection circuit 5 ' has, on. The drive device 2 is designed to drive the power semiconductor switch T1 and is electrically connected to the control terminal G of the power semiconductor switch T1. The drive device 2 generates for this purpose in response to a control signal A, which is generated for example by a higher-level control (not shown), a drive voltage Ua at the control terminal G of the power semiconductor switch T1. The power semiconductor switch T1 is turned on and off in response to the magnitude of the drive voltage Ua. The overcurrent detection circuit 5 ' has a limit monitoring unit 6 , a first capacitor C1, a first diode D1 and a first electrical resistor R1, wherein a first input of the limit value monitoring unit 6 , a first terminal of the first capacitor C1, the anode of the first diode D1, and the first terminal of the resistor R1 having a first electrical circuit node 7 are electrically connected. The cathode of the first diode D1 is electrically connected to the first load current terminal C of the power semiconductor switch T1, wherein a second terminal of the first capacitor C1 is electrically connected to the second load current terminal E of the power semiconductor switch T1. The limit monitoring unit 6 generates an overcurrent detection signal F when the voltage U2 at the first input of the limit monitoring unit 6 one at the second input of the limit monitoring unit 6 applied reference voltage exceeds Ur, wherein the drive means 2 when the power semiconductor switch T1 is turned on, upon receiving the overcurrent detection signal F, the power semiconductor switch T1 turns off.

Falls der durch den Leistungshalbleiterschalter T1 fließende Strom I1 im eingeschalteten Zustand des Leistungshalbleiterschalters T1, z.B. bei einem Kurzschluss, sehr groß wird, steigt die zwischen dem ersten und zweiten Laststromanschluss C und E des Leistungshalbleiterschalters T1 anliegende Spannung U1 stark an, was zu einem Spannungsanstieg an der Anode der ersten Diode D1 führt, so dass der erste Kondensator C1 aufgeladen wird und die elektrische Spannung U2 steigt. Wenn die elektrische Spannung U2 am ersten Eingang der Grenzwertüberwachungseinheit 6 die am zweiten Eingang der Grenzwertüberwachungseinheit 6 anliegende Referenzspannung Ur übersteigt, wird von der Grenzwertüberwachungseinheit 6 das Überstromdetektionssignal F erzeugt und der Ansteuereinrichtung 2 als Eingangssignal zugeführt. Die Ansteuereinrichtung 2 schaltet bei Empfang des Überstromdetektionssignals F den Leistungshalbleiterschalter T1 aus und schützt solchermaßen den Leistungshalbleiterschalter T1 vor dem durch ihn fließenden Überstrom. Mit Hilfe der am zweiten Anschluss des Widerstands R1 anliegenden Ladespannung Uv und der Referenzspannung Ur kann der Arbeitspunkt bzw. das Detektions-/Ansprechverhalten der Überstromdetektionsschaltung 5' festgelegt werden. If the current flowing through the power semiconductor switch T1 current I1 in the on state of the power semiconductor switch T1, for example, in a short circuit, is very large, the applied between the first and second load current connection C and E of the power semiconductor switch T1 voltage U1 increases sharply, resulting in a voltage increase the anode of the first diode D1 leads, so that the first capacitor C1 is charged and the electrical voltage U2 increases. When the electrical voltage U2 at the first input of the limit monitoring unit 6 at the second input of the limit monitoring unit 6 applied reference voltage exceeds Ur, is from the limit value monitoring unit 6 generates the overcurrent detection signal F and the drive device 2 supplied as input signal. The drive device 2 on receipt of the overcurrent detection signal F turns off the power semiconductor switch T1 and thus protects the power semiconductor switch T1 from the overcurrent flowing through it. With the aid of the charging voltage Uv applied to the second terminal of the resistor R1 and the reference voltage Ur, the operating point or the detection / response behavior of the overcurrent detection circuit can be determined 5 ' be determined.

Die Diode D1 blockiert die im ausgeschalteten Zustand des Leistungshalbleiterschalters T1 auftretende, zwischen dem ersten und zweiten Laststromanschluss C und E anliegende, hohe Spannung U1 gegenüber dem ersten elektrischen Schaltungsknoten 7 ab, d.h. über der ersten Diode D1 fällt im ausgeschalteten Zustand des Leistungshalbleiterschalters T1 in Sperrrichtung nahezu die gesamte hohe Spannung U1 ab. Als erste Diode D1 muss deshalb eine Hochspannungsdiode (Diode mit hoher Sperrspannung) verwendet werden, die jedoch den Nachteil aufweist, dass sie je nach Bauart entweder relativ langsam vom Sperr- zum Durchlasszustand oder umgekehrt wechseln kann, oder einen relativ hohen Sperrstrom aufweist. Sowohl eine langsame Reaktionszeit der ersten Diode D1 als auch ein hoher Sperrstrom beeinflussen das Detektions-/Ansprechverhalten der Überstromdetektionsschaltung negativ, so dass diese langsamer auf einen durch den Leistungshalbleiterschalters T1 fließenden Überstrom I1 reagiert, was zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Leistungshalbleiterschalters T1 führen kann. The diode D1 blocks the high voltage U1 occurring in the switched-off state of the power semiconductor switch T1 between the first and second load current connections C and E with respect to the first electrical circuit node 7 from, ie, over the first diode D1 falls in the off state of the power semiconductor switch T1 in the reverse direction almost the entire high voltage U1. As the first diode D1, therefore, a high voltage diode (diode with high reverse voltage) must be used, but has the disadvantage that they can either relatively slowly change from blocking to on state or vice versa, depending on the design, or has a relatively high reverse current. Both a slow response time of the first diode D1 and a high reverse current affect negatively the detection / response of the overcurrent detection circuit, so that it reacts more slowly to an overcurrent I1 flowing through the power semiconductor switch T1, which can lead to damage or destruction of the power semiconductor switch T1.

Aus der DE 3202319 A1 ist eine Schutzschaltung für einen bipolaren Leistungstransistor mit einer parallel zu einer Steuerstrecke des Leistungstransistors angeordneten Schutzschalter und einer parallel zu einer Schaltstrecke des Leistungstransistors angeordneten Überwachungsschaltung bekannt, wobei zwischen einem Transistoranschluss des Leistungstransistors und einem Steueranschluss des Schutzschalters ein Kondensator angeordnet ist. From the DE 3202319 A1 is a protection circuit for a bipolar power transistor with a arranged parallel to a control path of the power transistor protection switch and arranged parallel to a switching path of the power transistor monitoring circuit, wherein between a transistor terminal of the power transistor and a control terminal of the circuit breaker, a capacitor is arranged.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Leistungshalbleiterschaltung zu schaffen, die im Falle eines durch den Leistungshalbleiterschalter der Leistungshalbleiterschaltung fließenden Überstroms, ein schnelles Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters erzielt. It is an object of the invention to provide a power semiconductor circuit which, in the case of an overcurrent flowing through the power semiconductor switch of the power semiconductor circuit, achieves rapid turn-off of the power semiconductor switch.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Leistungshalbleiterschaltung mit einem Leistungshalbleiterschalter, der einen ersten und einen zweiten Laststromanschluss und einen Steueranschluss aufweist, und mit einer Steuereinrichtung, die eine Ansteuereinrichtung und eine Überstromdetektionsschaltung aufweist, wobei die Ansteuereinrichtung zur Ansteuerung des Leistungshalbleiterschalters ausgebildet ist und mit dem Steueranschluss des Leistungshalbleiterschalters elektrisch verbunden ist, wobei die Überstromdetektionsschaltung eine Grenzwertüberwachungseinheit und einen ersten und einen zweiten Kondensator aufweist, wobei ein erster Eingang der Grenzwertüberwachungseinheit, ein erster Anschluss des ersten Kondensators und ein erster Anschluss des zweiten Kondensators mit einem ersten elektrischen Schaltungsknoten elektrisch verbunden sind, wobei ein zweiter Anschluss des zweiten Kondensators mit dem ersten Laststromanschluss des Leistungshalbleiterschalters elektrisch verbunden ist, wobei ein zweiter Anschluss des ersten Kondensators mit dem zweiten Laststromanschluss des Leistungshalbleiterschalters elektrisch verbunden ist, wobei die Grenzwertüberwachungseinheit ein Überstromdetektionssignal erzeugt, wenn die elektrische Spannung am ersten Eingang der Grenzwertüberwachungseinheit eine am zweiten Eingang der Grenzwertüberwachungseinheit anliegende Referenzspannung übersteigt, wobei die Ansteuereinrichtung, wenn der Leistungshalbleiterschalter eingeschaltet ist, bei Empfang des Überstromdetektionssignals den Leistungshalbleiterschalter ausschaltet, wobei der erste elektrische Schaltungsknoten mit einem ersten Anschluss eines ersten elektrischen Widerstands elektrisch verbunden ist und an einem zweiten Anschluss des ersten elektrischen Widerstands eine Ladespannung anliegt oder der zweite Anschluss des ersten elektrischen Widerstands mit dem zweiten Anschluss des ersten Kondensators elektrisch verbunden ist. This object is achieved by a power semiconductor circuit having a power semiconductor switch, which has a first and a second load current connection and a control connection, and having a control device, which has a drive device and an overcurrent detection circuit, wherein the drive device is designed to control the power semiconductor switch and connected to the control terminal of Power semiconductor switch is electrically connected, wherein the overcurrent detection circuit comprises a limit value monitoring unit and a first and a second capacitor, wherein a first input of the limit value monitoring unit, a first terminal of the first capacitor and a first terminal of the second capacitor are electrically connected to a first electrical circuit node, wherein a second terminal of the second capacitor is electrically connected to the first load current terminal of the power semiconductor switch, wobe a second terminal of the first capacitor is electrically connected to the second load current terminal of the power semiconductor switch, wherein the limit value monitoring unit generates an overcurrent detection signal when the voltage at the first input of the limit value monitoring unit exceeds a reference voltage applied to the second input of the limit value monitoring unit, wherein the drive means, when the power semiconductor switch is turned on, upon receipt of the overcurrent detection signal, the power semiconductor switch turns off, wherein the first electrical circuit node is electrically connected to a first terminal of a first electrical resistance and at a second terminal of the first electrical resistor, a charging voltage applied or the second terminal of the first electrical resistance with the second Connection of the first capacitor is electrically connected.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Es erweist sich als vorteilhaft, wenn der erste Anschluss des zweiten Kondensators mit dem ersten elektrischen Schaltungsknoten über einen zweiten elektrischen Widerstand elektrisch verbunden ist. Über die Wahl der Höhe des zweiten Widerstands kann das Ansprechverhalten der Überstromdetektionsschaltung angepasst werden. It proves to be advantageous if the first terminal of the second capacitor is electrically connected to the first electrical circuit node via a second electrical resistance. By choosing the level of the second resistor, the response of the overcurrent detection circuit can be adjusted.

Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der erste Anschluss des zweiten Kondensators mit dem ersten elektrischen Schaltungsknoten über einen zweiten elektrischen Widerstand elektrisch verbunden ist. Über die Wahl der Höhe des dritten Widerstands kann das Ansprechverhalten der Überstromdetektionsschaltung abgepasst werden. Furthermore, it proves to be advantageous if the first terminal of the second capacitor is electrically connected to the first electrical circuit node via a second electrical resistance. By choosing the height of the third resistor, the response of the overcurrent detection circuit can be adjusted.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei zeigen: Embodiments of the invention are illustrated in the figures and are explained in more detail below. Showing:

1 eine technikübliche Leistungshalbleitereinrichtung, 1 a technically customary power semiconductor device,

2 eine technikübliche Leistungshalbleiterschaltung, 2 a technology-standard power semiconductor circuit,

3 eine erfindungsgemäße Leistungshalbleiterschaltung, 3 a power semiconductor circuit according to the invention,

4 eine weitere Ausbildung einer erfindungsgemäßen Leistungshalbleiterschaltung, 4 a further embodiment of a power semiconductor circuit according to the invention,

5 eine weitere Ausbildung einer erfindungsgemäßen Leistungshalbleiterschaltung und 5 a further embodiment of a power semiconductor circuit according to the invention and

6 eine weitere Ausbildung einer erfindungsgemäßen Leistungshalbleiterschaltung. 6 a further embodiment of a power semiconductor circuit according to the invention.

In 3 ist eine erfindungsgemäße Leistungshalbleiterschaltung 4 dargestellt. Die Leistungshalbleiterschaltung 4 unterscheidet sich von der in 2 dargestellten techniküblichen Leistungshalbleiterschaltung 4' dadurch, dass die erste Diode D1 durch einen zweiten Kondensator C2 ersetzt wurde. In 3 is a power semiconductor circuit according to the invention 4 shown. The power semiconductor circuit 4 is different from the one in 2 illustrated technology standard power semiconductor circuit 4 ' in that the first diode D1 has been replaced by a second capacitor C2.

Die Leistungshalbleiterschaltung 4 weist einen Leistungshalbleiterschalter T1, der einen ersten und einen zweiten Laststromanschluss C und E und einen Steueranschluss G aufweist, auf. Der Leistungshalbleiterunterschalter T1 liegt vorzugsweise in Form eines Transistors, wie z.B. eines IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder eines MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) vor. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels liegt der Leistungshalbleiterschalter T1 in Form eines IGBTs vor, wobei der erste Laststromanschluss C in Form des Kollektors des IGBT, der zweite Laststromanschluss E in Form des Emitters des IGBT und der Steueranschluss G in Form des Gate des IGBT vorliegt. The power semiconductor circuit 4 has a power semiconductor switch T1, which has a first and a second load current connection C and E and a control terminal G on. The power semiconductor sub-switch T1 is preferably in the form of a transistor such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). In the context of the exemplary embodiment, the power semiconductor switch T1 is in the form of an IGBT, the first load current connection C in the form of the collector of the IGBT, the second load current connection E in the form of the emitter of the IGBT and the control connection G in the form of the gate of the IGBT.

Weiterhin weist die Leistungshalbleiterschaltung 4 eine Steuereinrichtung 3, die eine Ansteuereinrichtung 2 und eine Überstromdetektionsschaltung 5 aufweist, auf. Die Ansteuereinrichtung 2 ist zur Ansteuerung des Leistungshalbleiterschalters T1 ausgebildet und ist mit dem Steueranschluss G des Leistungshalbleiterschalters T1 elektrisch verbunden. Die Ansteuereinrichtung 2 erzeugt hierzu in Abhängigkeit von einem Steuersignal A, welches z.B. von einer übergeordneten Steuerung (nicht dargestellt) erzeugt wird, eine Ansteuerspannung Ua am Steueranschluss G des Leistungshalbleiterschalters T1. Der Leistungshalbleiterschalters T1 schaltet sich in Abhängigkeit von der Höhe der Ansteuerspannung Ua ein und aus. Die Überstromdetektionsschaltung 5 weist eine Grenzwertüberwachungseinheit 6, einen ersten Kondensator C1 und den zweiten Kondensator C2 auf, wobei ein erster Eingang der Grenzwertüberwachungseinheit 6, ein erster Anschluss des ersten Kondensators C1 und ein erster Anschluss des zweiten Kondensators C2 mit einem ersten elektrischen Schaltungsknoten 7 elektrisch verbunden sind. Der zweite Anschluss des zweiten Kondensators C2 ist mit dem ersten Laststromanschluss C des Leistungshalbleiterschalters T1 elektrisch verbunden. Ein zweiter Anschluss des ersten Kondensators C1 ist mit dem zweiten Laststromanschluss E des Leistungshalbleiterschalters T1 elektrisch verbunden. Die Grenzwertüberwachungseinheit 6 erzeugt ein Überstromdetektionssignal F, wenn die elektrische Spannung U2 am ersten Eingang der Grenzwertüberwachungseinheit 6 eine am zweiten Eingang der Grenzwertüberwachungseinheit 6 anliegende Referenzspannung Ur übersteigt. Das Überstromdetektionssignal F wird der Ansteuereinrichtung 2 als Eingangssignal zugeführt. Die Ansteuereinrichtung 2 schaltet, wenn der Leistungshalbleiterschalter T1 eingeschaltet ist, bei Empfang des Überstromdetektionssignals F den Leistungshalbleiterschalter T1 aus. Furthermore, the power semiconductor circuit 4 a control device 3 that a driving device 2 and an overcurrent detection circuit 5 has, on. The drive device 2 is designed to drive the power semiconductor switch T1 and is electrically connected to the control terminal G of the power semiconductor switch T1. The drive device 2 generates for this purpose in response to a control signal A, which is generated for example by a higher-level control (not shown), a drive voltage Ua at the control terminal G of the power semiconductor switch T1. The power semiconductor switch T1 turns on and off depending on the magnitude of the drive voltage Ua. The overcurrent detection circuit 5 has a limit monitoring unit 6 , a first capacitor C1 and the second capacitor C2, wherein a first input of the limit value monitoring unit 6 , a first terminal of the first capacitor C1, and a first terminal of the second capacitor C2 having a first electrical circuit node 7 are electrically connected. The second terminal of the second capacitor C2 is electrically connected to the first load current terminal C of the power semiconductor switch T1. A second terminal of the first capacitor C1 is electrically connected to the second load current terminal E of the power semiconductor switch T1. The limit monitoring unit 6 generates an overcurrent detection signal F when the voltage U2 at the first input of the limit monitoring unit 6 one at the second input of the limit monitoring unit 6 applied reference voltage exceeds Ur. The overcurrent detection signal F becomes the drive device 2 supplied as input signal. The drive device 2 When the power semiconductor switch T1 is turned on, upon receiving the overcurrent detection signal F, the power semiconductor switch T1 turns off.

Falls der durch den Leistungshalbleiterschalter T1 fließende Strom I1 im eingeschalteten Zustand des Leistungshalbleiterschalter T1, z.B. bei einem Kurzschluss, sehr groß wird, steigt die zwischen dem ersten und zweiten Laststromanschluss C und E anliegende Spannung U1 stark an, was zu einem durch den zweiten Kondensator C1 hindurch verlaufenden kurzzeitigen transienten Stromfluss führt, wodurch der erste Kondensator C1 aufgeladen wird und die elektrische Spannung U2 steigt. Wenn die elektrische Spannung U2 am ersten Eingang der Grenzwertüberwachungseinheit 6 die am zweiten Eingang der Grenzwertüberwachungseinheit 6 anliegende Referenzspannung Ur übersteigt, wird von der Grenzwertüberwachungseinheit 6 das Überstromdetektionssignal F erzeugt und der Ansteuereinrichtung 2 als Eingangssignal zugeführt. Die Ansteuereinrichtung 2 schaltet bei Empfang des Überstromdetektionssignals F den Leistungshalbleiterschalter T1 aus und schützt solchermaßen den Leistungshalbleiterschalter T1 vor dem durch ihn fließenden Überstrom. If the current I1 flowing through the power semiconductor switch T1 becomes very large in the switched-on state of the power semiconductor switch T1, eg in the event of a short circuit, the voltage U1 applied between the first and second load current connections C and E rises sharply, resulting in a current flowing through the second capacitor C1 passing through transient current flow, whereby the first capacitor C1 is charged and the electrical voltage U2 increases. When the electrical voltage U2 at the first input of the limit monitoring unit 6 at the second input of the limit monitoring unit 6 applied reference voltage exceeds Ur, is from the limit value monitoring unit 6 generates the overcurrent detection signal F and the drive device 2 supplied as input signal. The drive device 2 on receipt of the overcurrent detection signal F turns off the power semiconductor switch T1 and thus protects the power semiconductor switch T1 from the overcurrent flowing through it.

Der zweite Kondensator C2 blockiert die im ausgeschalteten Zustand des Leistungshalbleiterschalters T1 auftretende, zwischen dem ersten und zweiten Laststromanschluss C und E anliegende, hohe Spannung U1 gegenüber dem ersten elektrischen Schaltungsknoten 7 ab, d.h. über dem zweiten Kondensator fällt im ausgeschalteten Zustand des Leistungshalbleiterschalters T1 nahezu die gesamte hohe Spannung U1 ab. Der zweite Kondensator C2 bzw. ein Kondensator im Allgemeinen weist gegenüber der techniküblich verwendeten ersten Diode D1 bzw. einer Hochspannungsdiode eine schnellere Reaktionszeit und im stationären Zustand einen nur sehr geringen Leckstrom auf. Die Überstromdetektionsschaltung 5 der Leistungshalbleiterschaltung 4 weist daher, gegenüber der techniküblichen Überstromdetektionsschaltung 5' der Leistungshalbleiterschaltung 4', eine deutlich schnellere Reaktionszeit auf. Die erfindungsgemäße Leistungshalbleiterschaltung 4 schaltet somit im Falle eines durch den Leistungshalbleiterschalters T1 fließenden Überstroms den Leistungshalbleiterschalters T1 deutlich schneller aus als die technikübliche Leistungshalbleiterschaltung 4'. The second capacitor C2 blocks the high voltage U1 occurring in the switched-off state of the power semiconductor switch T1 between the first and second load current connections C and E with respect to the first electrical circuit node 7 from, ie, over the second capacitor falls in the off state of the power semiconductor switch T1 almost the entire high voltage U1. The second capacitor C2 or a capacitor generally has a faster reaction time compared to the first diode D1 or a high-voltage diode used in the prior art, and only a very small leakage current in the stationary state. The overcurrent detection circuit 5 the power semiconductor circuit 4 indicates, therefore, compared to the technology usual overcurrent detection circuit 5 ' the power semiconductor circuit 4 ' , a significantly faster response time. The power semiconductor circuit according to the invention 4 Thus, in the case of an overcurrent flowing through the power semiconductor switch T1, the power semiconductor switch T1 turns off significantly faster than the technology-usual power semiconductor circuit 4 ' ,

Wie beispielhaft in 3 dargestellt, weist die Leistungshalbleiterschaltung 4 einen ersten elektrischen Widerstand R1 auf, wobei der erste elektrische Schaltungsknoten 7 mit einem ersten Anschluss des ersten elektrischen Widerstands R1 elektrisch verbunden ist und an einem zweiten Anschluss des ersten elektrischen Widerstands R2 eine Ladespannung Uv anliegt. Mit Hilfe einer am zweiten Anschluss des Widerstands R1 anliegenden Ladespannung Uv und der Referenzspannung Ur kann der Arbeitspunkt bzw. das Detektions-/Ansprechverhalten der Überstromdetektionsschaltung 5 festgelegt werden. Mittels der Einstellung der Höhe der Ladespannung Uv wird eine genaue Einstellung des Ansprechverhalten der Überstromdetektionsschaltung 5 ermöglicht. As exemplified in 3 shown, the power semiconductor circuit 4 a first electrical resistance R1, wherein the first electrical circuit node 7 is electrically connected to a first terminal of the first electrical resistance R1 and to a second terminal of the first electrical resistance R2, a charging voltage Uv is applied. By means of a voltage applied to the second terminal of the resistor R1 charging voltage Uv and the reference voltage Ur, the operating point or the detection / response of the overcurrent detection circuit 5 be determined. By adjusting the level of the charging voltage Uv, an accurate adjustment of the response of the overcurrent detection circuit 5 allows.

Die Ladespannung Uv und die Referenzspannung Ur wird im Rahmen des Ausführungsbeispiels von der Leistungshalbleiterschaltung 4 erzeugt, was der Übersichtlichkeit halber und da zum Verständnis der Erfindung unwesentlich in den Figuren nicht dargestellt ist. The charging voltage Uv and the reference voltage Ur is in the embodiment of the power semiconductor circuit 4 produced, which for the sake of clarity and because of the understanding of the invention is not shown insignificantly in the figures.

Wie beispielhaft in 4 dargestellt, ist alternativ der zweite Anschluss des ersten elektrischen Widerstands R1 mit dem zweiten Anschluss des ersten Kondensators C1 elektrisch verbunden. Hierdurch wird eine besonders einfacher Aufbau der Leistungshalbleiterschaltung 4 ermöglicht. Über die Wahl der Höhe des ersten Widerstands R1 kann dabei das Ansprechverhalten der Überstromdetektionsschaltung 5 angepasst werden. As exemplified in 4 As an alternative, the second terminal of the first electrical resistor R1 is electrically connected to the second terminal of the first capacitor C1. As a result, a particularly simple structure of the power semiconductor circuit 4 allows. By choosing the height of the first resistor R1, the response of the overcurrent detection circuit 5 be adjusted.

Wie beispielhaft in 5 dargestellt, kann der erste Anschluss des zweiten Kondensators C2 mit dem ersten elektrischen Schaltungsknoten 7 über einen zweiten elektrischen Widerstand R2 elektrisch verbunden sein. Über die Wahl der Höhe des zweiten Widerstands R2 kann dabei das Ansprechverhalten der Überstromdetektionsschaltung 5 angepasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann, wie beispielhaft in 6 dargestellt, der zweite Anschluss des zweiten Kondensators C2 mit dem ersten Laststromanschluss C des Leistungshalbleiterschalters T1 über einen dritten elektrischen Widerstand R3 elektrisch verbunden sein. Über die Wahl der Höhe des dritten Widerstands R3 bzw. über die Wahl der Höhe des zweiten und dritten elektrischen Widerstands R2 und R2, kann dabei das Ansprechverhalten der Überstromdetektionsschaltung 5 angepasst werden. As exemplified in 5 1, the first terminal of the second capacitor C2 may be connected to the first electrical circuit node 7 be electrically connected via a second electrical resistance R2. By choosing the height of the second resistor R2, the response of the overcurrent detection circuit 5 be adjusted. Alternatively or additionally, as exemplified in 6 illustrated, the second terminal of the second capacitor C2 to be electrically connected to the first load current terminal C of the power semiconductor switch T1 via a third electrical resistance R3. By choosing the height of the third resistor R3 and the choice of the height of the second and third electrical resistance R2 and R2, while the response of the overcurrent detection circuit 5 be adjusted.

Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass selbstverständlich Merkmale von verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, sofern sich die Merkmale nicht gegenseitig ausschließen, beliebig miteinander kombiniert werden können. Insbesondere können z.B. die Ausführungsbeispiele der Erfindung gemäß 5 und 6 mit dem Ausführungsbeispielen der Erfindung gemäß 3 und 4 kombiniert werden. It should be noted at this point that, of course, features of different embodiments of the invention, as long as the features are not mutually exclusive, can be combined as desired. In particular, for example, the embodiments of the invention according to 5 and 6 with the embodiments of the invention according to 3 and 4 be combined.

Es sei weiterhin angemerkt, dass der erste und zweite Kondensator C1 und C2, zusammen, gegebenenfalls in Verbindung mit dem zweiten und/oder dritten elektrischen Widerstand R2 bzw. R3, als sogenannte Subber-Schaltung wirken können, die am Leistungshalbleiterschalter T1 auftretende transiente Überspannungen, welche zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Leistungshalbleiterschalters T1 führen können, entgegenwirkt. Eine bei bestimmten Anwendungsfällen eventuell notwendige zusätzliche Beschaltung des Leistungshalbleiterschalters T1 mit einer zusätzlichen Subber-Schaltung kann somit in vielen Fällen durch die Erfindung entfallen. It should further be noted that the first and second capacitors C1 and C2, together, if appropriate in conjunction with the second and / or third electrical resistance R2 or R3, can act as a so-called subber circuit, the transient overvoltages occurring at the power semiconductor switch T1, which can lead to damage or destruction of the power semiconductor switch T1, counteracts. A possibly necessary in certain applications, additional circuitry of the power semiconductor switch T1 with an additional Subber circuit can thus be omitted in many cases by the invention.

Die Ansteuereinrichtung 2 kann z.B. in Form einer einzelnen integrierten Schaltung oder mehrerer integrierter Schaltungen, wobei gegebenenfalls zusätzlich diskrete elektrische Bauelemente vorhanden sein können, vorliegen. The drive device 2 For example, it may be in the form of a single integrated circuit or a plurality of integrated circuits, optionally additional discrete electrical components may be present.

Weiterhin sei angemerkt, dass durch den Ersatz der ersten Diode D1 durch den zweiten Kondensator C2 auf einfache Art und Weise, falls eine vollständige oder überwiegend monolithisch integrierte Ausbildung der Überstromdetektionsschaltung 5 erwünscht ist, eine vollständige oder überwiegend monolithisch integrierte Ausbildung der Überstromdetektionsschaltung 5 bzw. der Steuereinrichtung 3 realisierbar ist. Furthermore, it should be noted that by the replacement of the first diode D1 by the second capacitor C2 in a simple manner, if a complete or predominantly monolithically integrated design of the overcurrent detection circuit 5 is desired, a complete or predominantly monolithic integrated design of the overcurrent detection circuit 5 or the control device 3 is feasible.

Claims

Power semiconductor circuit having a power semiconductor switch (T1), which has a first and a second load current connection (C, E) and a control connection (G), and with a control device ( 3 ), which has a control device ( 2 ) and an overcurrent detection circuit ( 5 ), wherein the drive device ( 2 ) for driving the power semiconductor switch (T1) and is electrically connected to the control terminal (G) of the power semiconductor switch (T1), wherein the overcurrent detection circuit ( 5 ) a limit monitoring unit ( 6 ) and a first and a second capacitor (C1, C2), wherein a first input of the limit value monitoring unit ( 6 ), a first terminal of the first capacitor (C1) and a first terminal of the second capacitor (C2) with a first electrical circuit node ( 7 ), wherein a second terminal of the second capacitor (C2) is electrically connected to the first load current terminal (C) of the power semiconductor switch (T1), wherein a second terminal of the first capacitor (C1) to the second load current terminal (E) of the power semiconductor switch (T1) is electrically connected, wherein the limit monitoring unit ( 6 ) generates an overcurrent detection signal (F) when the voltage at the first input of the limit monitoring unit ( 6 ) one at the second input of the limit monitoring unit ( 6 ) exceeds applied reference voltage (Ur), wherein the drive device ( 2 ) when the power semiconductor switch (T1) is turned on, upon receipt of the overcurrent detection signal (F) turns off the power semiconductor switch (T1), the first electrical circuit node ( 7 ) is electrically connected to a first terminal of a first electrical resistance (R1) and to a second terminal of the first electrical resistance (R1) a charging voltage (Uv) is applied or the second terminal of the first electrical resistance (R1) to the second terminal of the first Condenser (C1) is electrically connected.

Power semiconductor circuit according to claim 1, characterized in that the first terminal of the second capacitor (C2) with the first circuit node ( 7 ) is electrically connected via a second electrical resistance (R2).

Power semiconductor circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the second terminal of the second capacitor (C2) with the first load current terminal (C) of the power semiconductor switch (T1) via a third electrical resistance (R3) is electrically connected.