DE102015220268A1

DE102015220268A1 - Device and method for detecting a malfunction in a semiconductor switching module

Info

Publication number: DE102015220268A1
Application number: DE102015220268.2A
Authority: DE
Inventors: Jiahang Jin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-10-19
Filing date: 2015-10-19
Publication date: 2017-04-20

Abstract

Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Detektion von Fehlfunktionen in einem Halbleiterschaltmodul mit einer Mehrzahl von parallel geschalteten Halbleiter-Schaltelementen. Hierzu wird basierend auf einer bekannten Anzahl von parallel geschalteten Halbleiter-Schaltelementen ein zu erwartender Sollwert durch eines der Halbleiter-Schaltelemente berechnet. Dieser berechnete Sollwert für den elektrischen Strom durch eines der Halbleiter-Schaltelemente wird mit einem entsprechenden Messwert für den elektrischen Strom in einem Halbleiter-Schaltelement verglichen. Basierend auf einer Abweichung zwischen dem gemessenen Strom durch ein Halbleiter-Schaltelement und dem berechneten Sollwert kann eine Fehlfunktion in den vorhandenen Halbleiter-Schaltelementen des Halbleiterschaltmoduls detektiert werden.In summary, the present invention relates to a detection of malfunctions in a semiconductor switching module having a plurality of parallel-connected semiconductor switching elements. For this purpose, based on a known number of semiconductor switching elements connected in parallel, an expected setpoint is calculated by one of the semiconductor switching elements. This calculated set value for the electric current through one of the semiconductor switching elements is compared with a corresponding measured value for the electric current in a semiconductor switching element. Based on a deviation between the measured current through a semiconductor switching element and the calculated target value, a malfunction in the existing semiconductor switching elements of the semiconductor switching module can be detected.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erkennen einer Fehlfunktion in einem Halbleiterschaltmodul. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung das Erkennen einer Fehlfunktion in einem Halbleiterschaltmodul mit einer Mehrzahl von parallel angeordneten Halbleiter-Schaltelementen. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Stromrichtervorrichtung mit einer Fehlfunktionsdetektion. The present invention relates to an apparatus and a method for detecting a malfunction in a semiconductor switching module. More particularly, the present invention relates to detecting a malfunction in a semiconductor switching module having a plurality of semiconductor switching elements arranged in parallel. Moreover, the present invention relates to a power conversion device having a malfunction detection.

Stand der TechnikState of the art

In elektrischen Antriebssystemen mit einer Drehstrommaschine werden beispielsweise Wechselrichter eingesetzt, um einen von einer Gleichspannungsquelle bereitgestellten Gleichstrom in einem Drehstrom zu konvertieren. Die dabei in dem Wechselrichter verwendeten Schaltelemente umfassen beispielsweise Halbleiter-Schaltelemente, wie zum Beispiel bipolare Transistoren mit einem isolierten Gate (IGBT). Für das Schalten großer Leistungen können dabei mehrere Einzel-IGBT zu einem so genannten IGBT-Modul zusammengefasst werden. In electric drive systems with a three-phase machine, for example, inverters are used to convert a direct current provided by a DC voltage source in a three-phase current. The switching elements used in the inverter include, for example, semiconductor switching elements such as insulated gate bipolar transistors (IGBTs). For switching large powers, several individual IGBTs can be combined to form a so-called IGBT module.

Derartige IGBT-Module können mit einem Temperatursensor versehen werden. Durch Überwachung der Temperatur eines IGBT-Moduls kann eine Überlast oder ein Überhitzen des IGBT-Moduls detektiert werden. Such IGBT modules can be provided with a temperature sensor. By monitoring the temperature of an IGBT module, an overload or overheating of the IGBT module can be detected.

Die deutsche Patentanmeldung DE 19918966 A1 offenbart ein Verfahren zur Überstromabschaltung eines IGBT. Der IGBT wird mittels einer Gateelektrodentreiberstufe angesteuert, die zwischen Gateelektrode und Kathode eine Gate-Kathodenspannung anlegt. Diese Gate-Kathodenspannung wird auf einen einstellbaren Schwellwert hin überwacht. Bei Überschreiten des Schwellwerts wird die Gate-Kathodenspannung auf einen einstellbaren Wert reduziert. The German patent application DE 19918966 A1 discloses a method for overcurrent shutdown of an IGBT. The IGBT is driven by means of a gate electrode driver stage which applies a gate cathode voltage between gate electrode and cathode. This gate-cathode voltage is monitored for an adjustable threshold. When the threshold value is exceeded, the gate cathode voltage is reduced to an adjustable value.

Da eine Überlastung bzw. Überhitzung von Halbleiterschaltern, wie zum Beispiel eines IGBT, ein nicht zu vernachlässigendes Gefahrenpotential darstellt, besteht ein Bedarf nach einer zuverlässigen Detektion von Fehlfunktionen in einem Halbleiterschaltmodul. Insbesondere besteht ein Bedarf für das Erkennen einer Fehlfunktion in einem Halbleiterschaltmodul mit einer Mehrzahl von parallel geschalteten Halbleiter-Schaltelementen.Since overloading or overheating of semiconductor switches, such as an IGBT, represents a non-negligible hazard potential, there is a need for reliable detection of malfunctions in a semiconductor switching module. In particular, there is a need for detecting a malfunction in a semiconductor switching module having a plurality of semiconductor switching elements connected in parallel.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Gemäß einem ersten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion in einem Halbleiterschaltmodul mit einer Mehrzahl von parallel geschalteten Halbleiter-Schaltelementen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1.According to a first aspect, the present invention provides a device for detecting a malfunction in a semiconductor switching module having a plurality of parallel-connected semiconductor switching elements according to independent claim 1.

Die vorliegende Erfindung schafft hierzu eine Vorrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion in einem Halbleiterschaltmodul mit einer Mehrzahl von parallel geschalteten Halbleiter-Schaltelementen. Dabei sind mindestens zwei Halbleiter-Schaltelemente parallel geschaltet. Die Vorrichtung umfasst einen Summenstromdetektor, einen Einzelstromdetektor sowie eine Rechenvorrichtung. Der Summenstromdetektor ist dazu ausgelegt, ein zu einem von dem Halbleiterschaltmodul ausgegebenen elektrischen Strom korrespondierendes erstes Ausgangssignal bereitzustellen. Der Einzelstromdetektor ist dazu ausgelegt, ein Eingangssignal zu empfangen, das zu einem Strom durch eines der Halbleiter-Schaltelemente des Halbleiterschaltmoduls korrespondiert. Basierend auf diesem empfangenen Eingangssignal ist der Einzelstromdetektor ferner dazu ausgelegt, ein zu dem empfangenen Eingangssignal proportionales zweites Ausgangssignal bereitzustellen. Die Rechenvorrichtung ist dazu ausgelegt, das von dem Summenstromdetektor bereitgestellte erste Ausgangssignal und das von dem Einzelstromdetektor bereitgestellte zweite Ausgangssignal zu empfangen. Ferner ist die Rechenvorrichtung dazu ausgelegt, basierend auf dem empfangenen ersten Ausgangssignal von dem Summenstromdetektor einen Einzelstrom-Sollwert zu berechnen. Wenn das empfangene zweite Ausgangssignal von dem Einzelstromdetektor um mehr als einen vorbestimmten Schwellwert von dem berechneten Einzelstrom-Sollwert abweicht, wird daraufhin eine Fehlfunktion in dem Halbleiterschaltmodul detektiert. The present invention provides a device for detecting a malfunction in a semiconductor switching module having a plurality of parallel-connected semiconductor switching elements. At least two semiconductor switching elements are connected in parallel. The device comprises a summation current detector, a single-current detector and a computing device. The summation current detector is designed to provide a first output signal corresponding to an electrical current output by the semiconductor switching module. The single-current detector is configured to receive an input signal corresponding to a current through one of the semiconductor switching elements of the semiconductor switching module. Based on this received input signal, the single-stream detector is further configured to provide a second output signal proportional to the received input signal. The computing device is configured to receive the first output signal provided by the summation current detector and the second output signal provided by the single-current detector. Further, the computing device is configured to calculate an individual current setpoint based on the received first output signal from the summation current detector. If the received second output signal from the single-current detector deviates by more than a predetermined threshold value from the calculated single-current reference value, then a malfunction in the semiconductor switching module is detected.

Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erkennen einer Fehlfunktion in einem Halbleiterschaltmodul mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 8. According to a further aspect, the present invention provides a method for detecting a malfunction in a semiconductor switching module having the features of independent patent claim 8.

Gemäß diesem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erkennen einer Fehlfunktion in einem Halbleiterschaltmodul mit einer Mehrzahl von parallel geschalteten Halbleiter-Schaltelementen. Dabei sind mindestens zwei Halbleiter-Schaltelemente parallel geschaltet. Das Verfahren umfasst die Schritte des Detektierens eines von dem gesamten Halbleiterschaltmodul ausgegebenen elektrischen Summenstroms; und des Erfassens eines Einzelstromwerts, wobei der Einzelstromwert zu einem elektrischen Strom korrespondiert, der durch eines der Halbleiter-Schaltelemente des Halbleiterschaltmoduls fließt. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Berechnens eines Einzelstrom-Sollwerts basierend auf dem detektierten Summenstrom; und des Bestimmens einer Fehlfunktion in dem Halbleiterschaltmodul, wenn der erfasste Einzelstromwert von dem berechneten Einzelstrom-Sollwert um mehr als einen vorbestimmten Schwellwert abweicht. In accordance with this further aspect, the present invention provides a method for detecting a malfunction in a semiconductor switching module having a plurality of semiconductor switching elements connected in parallel. At least two semiconductor switching elements are connected in parallel. The method comprises the steps of detecting an electrical total current output from the entire semiconductor switching module; and detecting a single current value, wherein the single current value corresponds to an electric current flowing through one of the semiconductor switching elements of the semiconductor switching module. Furthermore, the method comprises a step of calculating a single-current set value based on the detected sum current; and determining a malfunction in the semiconductor switching module when the detected single current value is different from the calculated single current Setpoint deviates by more than a predetermined threshold.

Vorteile der Erfindung Advantages of the invention

Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, bei einer bekannten Anzahl von Halbleiter-Schaltelementen in einem Halbleiterschaltmodul einen theoretischen Sollwert für den Strom durch jedes der Halbleiter-Schaltelemente zu berechnen und diesen theoretischen Sollwert mit dem ermittelten tatsächlichen Stromwert durch eines der Halbleiter-Schaltelemente zu vergleichen. Bei einem vollfunktionsfähigen Halbleiterschaltmodul wird sich dabei der Strom durch jedes der Halbleiter-Schaltelemente in dem Halbleiterschaltmodul zumindest annähernd gleich verteilen. Liegt dagegen eine Fehlfunktion innerhalb des Halbleiterschaltmoduls vor, so wird sich der elektrische Strom nicht gleichmäßig auf alle Halbleiter-Schaltelemente verteilen. In diesem Fall, also bei einer Fehlfunktion, weicht der tatsächliche Strom auch durch das Halbleiter-Schaltelement ab, dessen Strom überwacht wird. Kann beispielsweise kein elektrischer Strom durch eines der nicht überwachten Halbleiter-Schaltelemente fließen, so muss sich dieser elektrische Strom auf die verbleibenden Halbleiter-Schaltelemente verteilen. In diesem Fall wird folglich auch der elektrische Strom durch das überwachte Halbleiter-Schaltelement ansteigen. Liegt dagegen eine Fehlfunktion in dem überwachten Halbleiter-Schaltelement vor, so kann unmittelbar eine Änderung des elektrischen Stroms in diesem Halbleiter-Schaltelement detektiert werden. Somit kann anhand des Vergleichs von dem ermittelten Einzelstrom durch das überwachte Halbleiter-Schaltelement mit dem berechneten theoretischen Sollwert eine mögliche Fehlfunktion innerhalb des Halbleiter-Schaltelements zuverlässig detektiert werden.The present invention is based on the idea of calculating a theoretical nominal value for the current through each of the semiconductor switching elements in a known number of semiconductor switching elements in a semiconductor switching module and to compare this theoretical target value with the determined actual current value by one of the semiconductor switching elements , In the case of a fully functional semiconductor switching module, the current through each of the semiconductor switching elements in the semiconductor switching module will be distributed at least approximately the same. On the other hand, if there is a malfunction within the semiconductor switching module, the electric current will not be distributed evenly across all the semiconductor switching elements. In this case, ie in case of a malfunction, the actual current also deviates through the semiconductor switching element whose current is monitored. If, for example, no electrical current can flow through one of the unsupervised semiconductor switching elements, this electrical current must be distributed among the remaining semiconductor switching elements. In this case, therefore, the electric current through the monitored semiconductor switching element will increase. On the other hand, if there is a malfunction in the monitored semiconductor switching element, then a change in the electric current in this semiconductor switching element can be detected directly. Thus, based on the comparison of the determined individual current through the monitored semiconductor switching element with the calculated theoretical desired value, a possible malfunction within the semiconductor switching element can be reliably detected.

Eine derartige Fehlfunktionsdetektion durch den Vergleich von tatsächlichem Strom durch eines der Halbleiter-Schaltelemente mit einem ermittelten Sollwert ermöglicht dabei eine schnelle und zuverlässige Detektion von Fehlfunktionen, ohne hierbei alle Halbleiter-Schaltelemente einzeln überwachen zu müssen. Im Vergleich zu einer Überwachung eines Halbleiterschaltmoduls mit einem Temperatursensor kann durch die erfindungsgemäße Überwachung eine Fehlfunktion unmittelbar nach Auftreten eines Fehlers in dem Halbleiterschaltmodul erkannt werden, also bereits bevor die Temperatur in dem Halbleiterschaltmodul ansteigt und es zu einer Überhitzung des Halbleiterschaltmoduls kommt. Auf diese Weise können weitere Beschädigungen aufgrund von Überhitzung oder ähnlichem vermieden werden.Such a malfunction detection by the comparison of actual current through one of the semiconductor switching elements with a determined setpoint allows a quick and reliable detection of malfunctions, without having to monitor each semiconductor switching elements individually. Compared to monitoring a semiconductor switching module with a temperature sensor, a malfunction can be detected immediately after the occurrence of a fault in the semiconductor switching module by the inventive monitoring, ie even before the temperature rises in the semiconductor switching module and there is an overheating of the semiconductor switching module. In this way, further damage due to overheating or the like can be avoided.

Darüber hinaus kann durch den Vergleich von elektrischem Strom in einem Halbleiter-Schaltelement mit einem ermittelten Sollwert auch dann eine Fehlfunktion zuverlässig detektiert werden, wenn aufgrund von einer starken Kühlung des Halbleiterschaltmoduls die Temperatur nicht oder nur sehr langsam ansteigen würde.In addition, by comparing electric current in a semiconductor switching element with a determined setpoint, a malfunction can be reliably detected even if, due to a strong cooling of the semiconductor switching module, the temperature would not increase or only very slowly.

Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Detektion von Fehlfunktionen auch nicht abhängig von individuellen Parametern eines Temperatursensors, die gegebenenfalls je nach Positionierung des Temperatursensors und dessen Kalibrierung zu einer verzögerten oder gegebenenfalls auch zu einer zu frühen Abschaltung des Systems führen könnten. In addition, the detection of malfunctions according to the invention is not dependent on individual parameters of a temperature sensor, which could possibly lead to a delayed or possibly too early shutdown of the system, depending on the positioning of the temperature sensor and its calibration.

Da in der Regel der Ausgangsstrom des Halbleiterschaltmoduls für weitere Steuer- oder Regelzwecke bereits erfasst wird, ist die erfindungsgemäße Detektion einer Fehlfunktion in dem Halbleiter-Schaltelement auch ohne großen Aufwand und besonders kostengünstig realisierbar.Since, as a rule, the output current of the semiconductor switching module is already detected for further control or regulation purposes, the detection according to the invention of a malfunction in the semiconductor switching element can also be realized without great expense and particularly cost-effectively.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Einzelstromdetektor einen Widerstand und einen Spannungssensor. Der Spannungssensor des Einzelstromdetektors ist dazu ausgelegt, einen Spannungsabfall über dem Widerstand zu erfassen. Insbesondere kann der Spannungssensor dazu ausgelegt sein, den Spannungsabfall über dem Widerstand beispielsweise periodisch in vorbestimmten Zeitintervallen zu erfassen. Auf diese Weise ist eine einfache und effiziente Erfassung des Einzelstroms durch eines der Halbleiter-Schaltelemente möglich. Insbesondere kann die Abtastung des Spannungsabfalls über dem Widerstand basierend auf den Betriebsbedingungen des Halbleiterschaltmoduls angepasst werden. Beispielsweise ist eine Anpassung der Abtastrate in Abhängigkeit des detektierten Gesamtstroms oder auch weiterer Parameter, wie zum Beispiel eine Abhängigkeit von einem Steuersignal an dem Halbleiter-Schaltelement möglich.According to a further embodiment, the single-current detector comprises a resistor and a voltage sensor. The voltage sensor of the single-current detector is designed to detect a voltage drop across the resistor. In particular, the voltage sensor may be designed to detect the voltage drop across the resistor, for example, periodically at predetermined time intervals. In this way, a simple and efficient detection of the individual current through one of the semiconductor switching elements is possible. In particular, the sampling of the voltage drop across the resistor can be adjusted based on the operating conditions of the semiconductor switching module. For example, an adaptation of the sampling rate as a function of the detected total current or other parameters, such as a dependence on a control signal to the semiconductor switching element is possible.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Rechenvorrichtung dazu ausgelegt, nur eine Detektion für eine Fehlfunktion auszuführen, wenn das von dem Summenstromdetektor bereitgestellte erste Ausgangssignal größer ist als ein vorgegebener unterer Summenstromgrenzwert. Liegt der von dem gesamten Halbleiterschaltmodul ausgegebene Gesamtstrom unterhalb eines vorgegebenen Summenstromgrenzwerts, so kann dagegen davon ausgegangen werden, dass dieser geringe Gesamtstrom grundsätzlich nicht zu einer Überlastung des Halbleiterschaltmoduls führen kann und somit ein gefährlicher Betriebszustand ausgeschlossen ist. Auf diese Weise kann die Verfügbarkeit eines solchen Systems weiter gesteigert werden, da eine Abschaltung bei geringen Gesamtströmen von vorne herein ausgeschlossen werden.According to a further embodiment, the computing device is configured to execute only a detection for a malfunction if the first output signal provided by the summation current detector is greater than a predetermined lower summation current limit value. If the total current output by the entire semiconductor switching module is below a predetermined total current limit value, it can be assumed, on the other hand, that this low overall current can not in principle lead to overloading of the semiconductor switching module and thus precludes a dangerous operating state. In this way, the availability of such a system can be further increased because a shutdown at low total currents are excluded from the outset.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Rechenvorrichtung dazu ausgelegt, einen ersten Fehler zu detektieren, wenn das empfangene zweite Ausgangssignal von dem Einzelstromdetektor um mehr als einen oberen Sollwert größer ist als der berechnete Einzelstrom-Sollwert. Überschreitet das zweite Ausgangssignal von dem Einzelstromdetektor diesen ersten Sollwert, so fließt durch das überwachte Halbleiter-Schaltelement ein Strom, der größer ist als der zu erwartende Einzelstrom durch ein Halbleiter-Schaltelement. Somit kann zum Beispiel davon ausgegangen werden, dass eines der nicht überwachten Halbleiter-Schaltelemente fehlerhaft ist und kein oder ein nur unzureichender elektrischer Strom durch das entsprechende Schaltelement fließt. According to a further embodiment, the computing device is configured to detect a first error when the received second output signal from the single-flow detector by more than an upper setpoint value is greater than the calculated single-current setpoint. If the second output signal from the single-current detector exceeds this first desired value, a current which is greater than the expected single current through a semiconductor switching element flows through the monitored semiconductor switching element. Thus, it can be assumed, for example, that one of the unmonitored semiconductor switching elements is faulty and no or insufficient electric current flows through the corresponding switching element.

Weiterhin kann die Rechenvorrichtung dazu ausgelegt sein, einen zweiten Fehler zu detektieren, wenn das empfangene zweite Ausgangssignal von dem Einzelstromdetektor um mehr als einen zweiten Sollwert kleiner ist als der berechnete Einzelstrom-Sollwert. In diesem Fall fließt über mindestens eines der weiteren Halbleiter-Schaltelemente ein elektrischer Strom, der größer ist als der zu erwartende Einzelstrom durch jedes der Halbleiter-Schaltelemente. Daher kann durch eine derartige Detektion ein entsprechender Fehler diagnostiziert werden.Furthermore, the computing device may be configured to detect a second error if the received second output signal from the single-current detector is smaller by more than a second setpoint value than the calculated single-current setpoint value. In this case, over at least one of the further semiconductor switching elements flows an electric current which is greater than the expected single current through each of the semiconductor switching elements. Therefore, such a detection can diagnose a corresponding error.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Erkennen einer Fehlfunktion in einem Halbleiterschaltmodul wird der Einzelstrom-Sollwert basierend auf einer Anzahl der parallel geschalteten Halbleiter-Schaltelemente berechnet. Ferner kann der Einzelstrom-Sollwert auch basierend auf einer Übertragungsfunktion für das Erfassen der Einzelstromwerte berechnet werden. Diese Übertragungsfunktion spezifiziert den Zusammenhang zwischen dem elektrischen Strom durch das zu überwachende Halbleiter-Schaltelement und dem dazu korrespondierenden Signal, das als Eingangssignal von dem Einzelstromdetektor empfangen wird. Im Falle eines Transistors mit einem Sense-Anschluss spezifiziert diese Übertragungsfunktion beispielsweise das Übertragungsverhältnis zwischen Emitterstrom und Sense-Strom. Im einfachsten Fall ist die Übertragungsfunkton zwischen Sense-Strom und Emitter-Strom zumindest annähernd eine Konstante.According to a further embodiment of the method for detecting a malfunction in a semiconductor switching module, the single-current desired value is calculated based on a number of the semiconductor switching elements connected in parallel. Furthermore, the single current setpoint may also be calculated based on a transfer function for detecting the single current values. This transfer function specifies the relationship between the electrical current through the semiconductor switching element to be monitored and the signal corresponding thereto, which is received as an input signal from the single-current detector. For example, in the case of a transistor having a sense terminal, this transfer function specifies the transmission ratio between the emitter current and the sense current. In the simplest case, the transfer function between the sense current and the emitter current is at least approximately a constant.

Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Stromrichtervorrichtung mit einem Halbleiterschaltmodul und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion in dem Halbleiterschaltmodul. Das Halbleiterschaltmodul kann dabei eine Mehrzahl von parallel geschalteten Halbleiter-Schaltelementen umfassen. Insbesondere umfasst ein solches Halbleiterschaltmodul mindestens zwei parallel geschaltete Halbleiter-Schaltelemente.According to a further aspect, the present invention provides a power conversion device having a semiconductor switching module and a device according to the invention for detecting a malfunction in the semiconductor switching module. The semiconductor switching module may comprise a plurality of parallel-connected semiconductor switching elements. In particular, such a semiconductor switching module comprises at least two parallel-connected semiconductor switching elements.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Halbleiterschaltmodul eine Mehrzahl parallel geschalteter Elemente mit bipolaren Transistoren mit einem isolierten Gate (IGBT-Elemente).According to a further embodiment, the semiconductor switching module comprises a plurality of parallel-connected elements with bipolar transistors with an insulated gate (IGBT elements).

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst mindestens eines der Halbleiter-Schaltelemente einen IGBT mit einem Sense-Anschluss. Der Sense-Anschluss dieses IGBT ist dabei mit dem Einzelstromdetektor gekoppelt. Auf diese Weise kann der Ausgangsstrom des Sense-Anschluss des IGBT als Eingangssignal dem Einzelstromdetektor zur Verfügung gestellt werden. According to another embodiment, at least one of the semiconductor switching elements comprises an IGBT with a sense terminal. The sense connection of this IGBT is coupled to the single-current detector. In this way, the output current of the sense terminal of the IGBT can be provided as an input signal to the single-current detector.

Weitere Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further embodiments and advantages of the present invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Dabei zeigen:Showing:

1: eine schematische Darstellung eines Schaltbilds einer Stromrichtervorrichtung mit einer Vorrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion in einem Halbleiterschaltmodul; 1 a schematic representation of a circuit diagram of a power conversion device with a device for detecting a malfunction in a semiconductor switching module;

2: eine schematische Darstellung einer Stromrichtervorrichtung mit einer Vorrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion gemäß einer weiteren Ausführungsform; und 2 FIG. 2 shows a schematic representation of a power conversion device with a device for detecting a malfunction according to a further embodiment; FIG. and

3: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms wie es einem Verfahren zum Erkennen einer Fehlfunktion in einem Halbleiter-Schaltelement zugrunde liegt. 3 : A schematic representation of a flow chart as it is based on a method for detecting a malfunction in a semiconductor switching element.

Beschreibung von Ausführungsformen Description of embodiments

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schaltbilds einer Stromrichtervorrichtung mit einer Vorrichtung 2 zum Erkennen einer Fehlfunktion in einem Halbleiterschaltmodul 1. Das Halbleiterschaltmodul 1 umfasst mehrere parallel geschaltete Halbleiter-Schaltelemente 11, 12. Die hier gewählte Anzahl von zwei Halbleiter-Schaltelementen 11, 12 dient dabei nur dem besseren Verständnis und stellt keine Beschränkung der Erfindung dar. Darüber hinaus können auch mehr als zwei Halbleiter-Schaltelemente 11, 12 parallel geschaltet werden. Beispielsweise können drei, vier, fünf oder auch mehr Halbleiter-Schaltelemente parallel geschaltet werden. Unter einer Parallelschaltung ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass die Eingänge 11b und 12b der Halbleiter-Schaltelemente 11 und 12 mit einem gemeinsamen Knotenpunkt gekoppelt sind, und darüber hinaus auch die Ausgänge 11c und 12c der Halbleiter-Schaltelemente 11 und 12 mit einem weiteren Knotenpunkt elektrisch gekoppelt sind. Die Steueranschlüsse 11d und 12d der Halbleiter-Schaltelemente 11 und 12 können darüber hinaus auch von einem gemeinsamen Steuersignal angesteuert werden. Mindestens ein Halbleiter-Schaltelement 11 weist darüber hinaus einen Detektoranschluss 11a auf. An diesem Detektoranschluss 11a kann von dem Halbleiter-Schaltelement 11 ein Detektorsignal bereitgestellt werden, das zu dem elektrischen Strom an Ausgangsanschluss 11c des Halbleiter-Schaltelements 11 korrespondiert. 1 shows a schematic representation of a circuit diagram of a power conversion device with a device 2 for detecting a malfunction in a semiconductor switching module 1 , The semiconductor switching module 1 includes a plurality of semiconductor switching elements connected in parallel 11 . 12 , The number of two semiconductor switching elements selected here 11 . 12 serves only for better understanding and does not constitute a limitation of the invention. In addition, more than two semiconductor switching elements 11 . 12 be switched in parallel. For example, three, four, five or even more semiconductor switching elements can be connected in parallel. Under a parallel connection is to be understood in this context that the inputs 11b and 12b the semiconductor switching elements 11 and 12 are coupled to a common node, and beyond the outputs 11c and 12c the semiconductor switching elements 11 and 12 are electrically coupled to another node. The control connections 11d and 12d the semiconductor switching elements 11 and 12 In addition, they can also be controlled by a common control signal. At least one semiconductor switching element 11 also has a detector port 11a on. At this detector connection 11a can from the semiconductor switching element 11 be provided to the electrical current to output terminal 11c of the semiconductor switching element 11 corresponds.

Beispielsweise kann es sich bei den Halbleiter-Schaltelementen 11 und 12 um bipolare Transistoren mit einem isolierten Gate (IGBT) handeln. Ein Halbleiterschaltmodul 1 kann in diesem Fall mehrere solche IGBT-Chips umfassen. Derartige IGBT-Chips werden über ein Steuersignal an einem Gateanschluss angesteuert. Basierend auf diesem Steuersignal an dem Gateanschluss leitet oder sperrt der IGBT-Chip die elektrische Verbindung zwischen einem Kollektor und einem Emitter. Zur Überwachung des elektrischen Stroms zwischen dem Kollektor und dem Emitter kann der IGBT-Chip in diesem Fall beispielsweise einen sogenannten Sense-Anschluss umfassen. An diesem Sense-Anschluss kann der IGBT-Chip einen elektrischen Strom bereitstellen, dessen Größe zu dem elektrischen Strom am Emitteranschluss korrespondiert. Der elektrische Strom am Sense-Anschluss ist dabei jedoch deutlich geringer als der elektrische Strom am Emitteranschluss. Bei einem bekannten Übertragungsverhältnis zwischen Emitterstrom und resultierendem Sense-Strom kann somit aus dem Sense-Strom auf den Emitterstrom geschlossen werden. For example, it may be in the semiconductor switching elements 11 and 12 to act bipolar transistors with an insulated gate (IGBT). A semiconductor switching module 1 may include several such IGBT chips in this case. Such IGBT chips are driven via a control signal at a gate terminal. Based on this control signal at the gate terminal, the IGBT chip conducts or blocks the electrical connection between a collector and an emitter. In this case, for monitoring the electric current between the collector and the emitter, the IGBT chip may comprise, for example, a so-called sense connection. At this sense terminal, the IGBT chip can provide an electric current whose magnitude corresponds to the electric current at the emitter terminal. However, the electrical current at the sense terminal is significantly lower than the electrical current at the emitter terminal. With a known transmission ratio between the emitter current and the resulting sense current, it is thus possible to deduce the emitter current from the sense current.

Die Ausgänge 11c und 12c der Halbleiter-Schaltelemente 11 und 12 sind, wie bereits oben beschrieben, elektrisch miteinander gekoppelt. Somit wird am Ausgang 13 des Halbleiterschaltmoduls 1 die Summe aller elektrischen Ströme durch die einzelnen Halbleiter-Schaltelemente 11, 12 ausgegeben. Dieser elektrische Strom am Ausgang 13 des Halbleiterschaltmoduls 1 kann durch einen Summenstromdetektor 22 überwacht werden. Der Summenstromdetektor 22 erfasst dabei den gesamten elektrischen Strom am Ausgang 13 des Halbleiterschaltmoduls und stellt daraufhin ein Ausgangssignal bereit, dessen Wert zu dem erfassten Strom am Ausgang 13 des Halbleiterschaltmoduls 1 korrespondiert. Dabei ist grundsätzlich jede Form eines Ausgangssignals möglich, das dazu geeignet ist, eine korrespondierende Größe zu dem Strom am Ausgang 13 des Halbleiterschaltmoduls 1 bereitzustellen. Beispielsweise kann es sich um einen elektrischen Strom handeln, dessen Größe zu dem detektierten elektrischen Strom korrespondiert. Alternativ kann es sich auch um einen analogen Spannungswert handeln, dessen Größe zu dem detektierten Stromwert korrespondiert. Ferner ist es auch möglich, eine weitere analoge oder digitale Größe bereitzustellen, die zu dem erfassten elektrischen Strom am Ausgang 13 des Halbleiterschaltmoduls 1 korrespondiert. Das Ausgangssignal des Summenstromdetektors 22 wird daraufhin an einer Rechenvorrichtung 23 bereitgestellt. The exits 11c and 12c the semiconductor switching elements 11 and 12 are, as already described above, electrically coupled together. Thus, at the exit 13 of the semiconductor switching module 1 the sum of all electrical currents through the individual semiconductor switching elements 11 . 12 output. This electrical current at the output 13 of the semiconductor switching module 1 can by a summation current detector 22 be monitored. The summation current detector 22 captures the entire electrical current at the output 13 the semiconductor switching module and then provides an output signal whose value to the detected current at the output 13 of the semiconductor switching module 1 corresponds. In this case, basically any form of output signal is possible which is suitable, a corresponding size to the current at the output 13 of the semiconductor switching module 1 provide. For example, it may be an electric current whose magnitude corresponds to the detected electric current. Alternatively, it may also be an analog voltage value whose magnitude corresponds to the detected current value. Furthermore, it is also possible to provide a further analog or digital quantity corresponding to the detected electrical current at the output 13 of the semiconductor switching module 1 corresponds. The output signal of the summation current detector 22 is then on a computing device 23 provided.

Das Halbleiterschaltmodul 1 umfasst mindestens ein Halbleiter-Schaltelement 11, dessen elektrischer Strom am Ausgangsanschluss 11c des Halbleiter-Schaltelements 11 überwacht werden kann. Beispielsweise kann es sich dabei um ein zuvor beschriebenes IGBT-Schaltelement mit einem Sense-Anschluss handeln. Darüber hinaus sind jedoch auch beliebige weitere Schaltelemente möglich, die es ermöglichen, ein Ausgangssignal bereitzustellen, dessen Größe zu dem elektrischen Strom am Ausgangsanschluss 11c korrespondiert.The semiconductor switching module 1 comprises at least one semiconductor switching element 11 , whose electrical current at the output terminal 11c of the semiconductor switching element 11 can be monitored. For example, this may be a previously described IGBT switching element with a sense connection. In addition, however, any other switching elements are possible, which make it possible to provide an output signal whose size to the electric current at the output terminal 11c corresponds.

Das von dem Halbleiter-Schaltelement 11 ausgegebene Signal, dessen Größe zu dem elektrischen Strom am Ausgangsanschluss 11c des Halbleiter-Schaltelements 11 korrespondiert, wird daraufhin einem Summenstromdetektor 21 zugeführt. Der Summenstromdetektor 21 wertet das von dem Halbleiter-Schaltelement 11 bereitgestellte Signal aus und stellt daraufhin ein Ausgangssignal bereit, dessen Größe zu dem elektrischen Strom korrespondiert, der von dem entsprechenden Halbleiter-Schaltelement 11 in dem Halbleiterschaltmodul 1 ausgegeben wird. Beispielsweise kann der Einzelstromdetektor 21 hierzu ein analoges oder digitales Signal bereitstellen, dessen Wert zu dem elektrischen Strom am Ausgangsanschluss 11c des Halbleiter-Schaltelements 11 korrespondiert. Wird am Detektoranschluss 11a des Halbleiter-Schaltelements 11 ein elektrischer Strom ausgegeben, dessen Wert zu dem elektrischen Strom am Ausgangsanschluss 11c des Halbleiter-Schaltelements 11 korrespondiert, so kann dieser Strom beispielsweise mittels eines Spannungsabfalls über einem ohmschen Widerstand ausgewertet werden. Dieser Spannungsabfall kann entweder als analoger oder digitalisierter Wert der Rechenvorrichtung 23 bereitgestellt werden. Darüber hinaus sind auch beliebige weitere Verfahren Erfassung des bereitgestellten Signals möglich.That of the semiconductor switching element 11 output signal whose magnitude is the electric current at the output terminal 11c of the semiconductor switching element 11 corresponds, is then a summation current detector 21 fed. The summation current detector 21 evaluates that of the semiconductor switching element 11 provided signal and then provides an output signal whose size corresponds to the electric current supplied by the corresponding semiconductor switching element 11 in the semiconductor switching module 1 is issued. For example, the single-flow detector 21 provide an analog or digital signal whose value is related to the electrical current at the output terminal 11c of the semiconductor switching element 11 corresponds. Is at the detector port 11a of the semiconductor switching element 11 an electric current whose value is related to the electric current at the output terminal 11c of the semiconductor switching element 11 corresponds, so this stream can be evaluated for example by means of a voltage drop across a resistor. This voltage drop can be either as an analog or digitized value of the computing device 23 to be provided. In addition, any other method detection of the signal provided are possible.

Die Rechenvorrichtung 23 wertet daraufhin die Ausgangssignale von dem Einzelstromdetektor 21 und dem Summenstromdetektor 22 aus, um gegebenenfalls eine Fehlfunktion in dem Halbleiterschaltmodul 1 zu erkennen. Hierzu ermittelt die Rechenvorrichtung 23 zunächst den zu erwartenden Stromwert des elektrischen Stroms, der durch jedes der Halbleiter-Schaltelemente 11, 12 des Halbleiterschaltmoduls 1 fließen sollte. Bei annähernd identisch aufgebauten Halbleiter-Schaltelementen 11, 12 sollte dabei zumindest annähernd auch der gleiche Strom durch jedes der Halbleiter-Schaltelemente 11, 12 fließen. Wird am Ausgang 13 des Halbleiterschaltmoduls 1 ein elektrischer Summenstrom I_Modul detektiert, so fließt bei einer Anzahl von n Halbleiter-Schaltelementen 11, 12 durch jedes der Halbleiter-Schaltelemente 11, 12 ein elektrischer Strom I_E = I_Modul:n. The computing device 23 then evaluates the output signals from the single-stream detector 21 and the summation current detector 22 to possibly malfunction in the semiconductor switching module 1 to recognize. The computing device determines this 23 First, the expected current value of the electric current flowing through each of the semiconductor switching elements 11 . 12 of the semiconductor switching module 1 should flow. For almost identically constructed semiconductor switching elements 11 . 12 should at least approximately the same current through each of the semiconductor switching elements 11 . 12 flow. Will be at the exit 13 of the semiconductor switching module 1 detects an electric sum current I _module , so flows in a number of n semiconductor switching elements 11 . 12 through each of the semiconductor switching elements 11 . 12 an electric current I _E = I _module : n.

Ist darüber hinaus auch ein Verstärkungsfaktor K bekannt, der angibt, um welchen Faktor ein elektrischer Strom am Ausgangsanschluss 11c des Halbleiter-Schaltelements 11 größer ist als ein elektrischer Strom am Detektoranschluss 11a, so kann daraus ein theoretischer Sollwert für den elektrischen Strom I_Sense,Soll berechnet werden, der von dem Einzelstromdetektor 21 detektiert wird: I_Sense,Soll = I_E:K.In addition, a gain factor K is also known, which indicates by what factor electric current at the output terminal 11c of the semiconductor switching element 11 is greater than an electrical current at the detector terminal 11a , it can be calculated from a theoretical setpoint value for the electric current I _{sense, desired} , that of the single-flow detector 21 is detected: I _{sense, set} = I _E : K.

Somit sollte durch den Einzelstromdetektor ein zu erwartender ein Einzelstrom-Sollwert von I_Sense,Soll = I_Modul:(n × K) ergeben. Thus, by the single current detector, an expected single current setpoint of I _{sense, setpoint} = I _{modulus should result} (n × K).

Die Rechenvorrichtung 23 kann daraufhin den so berechneten Einzelstrom-Sollwert I_Sense,Soll mit dem tatsächlichen, durch den Einzelstromdetektor 21 gemessenen, Messwert vergleichen. Entspricht der tatsächlich durch den Einzelstromdetektor 21 gemessene Wert zumindest annähernd dem theoretischen Sollwert I_Sense,Soll, das heißt ist der Betrag der Differenz zwischen gemessenem und berechnetem Wert kleiner als ein vorgegebener Schwellwert, so liegt keine durch die Vorrichtung 2 detektierbare Fehlfunktion des Halbleiterschaltmoduls 1 vor. Unterschreitet der von dem Einzelstromdetektor 21 gemessene Wert den berechneten Sollwert I_Sense,Soll, so fließt durch das entsprechende Halbleiterschaltmodul 1 ein ungewöhnlich kleiner elektrischer Strom. Dies kann beispielsweise daher kommen, dass in dem Strompfad des Halbleiter-Schaltelements 11, dessen Ausgangsstrom detektiert wird, ein schlechter elektrischer Kontakt vorhanden ist. Alternativ ist es auch denkbar, dass aufgrund eines elektrischen Durchschlags oder ähnlichem eines der weiteren Halbleiter-Schaltelemente 12 einen überdurchschnittlich großen Anteil des Stromes leitet. Wird durch die Rechenvorrichtung 23 erkannt, dass der von dem Einzelstromdetektor 21 gemessene elektrische Strom um mehr als einen unteren Sollwert kleiner ist als der berechnete Einzelstrom-Sollwert I_Sense,Soll, so kann die Rechenvorrichtung 23 einen entsprechenden Fehler in dem Halbleiterschaltmodul 1 detektieren. The computing device 23 can then the so calculated single current setpoint I _{sense, target} with the actual, by the single-flow detector 21 measured, measured value compare. This actually corresponds to the single-flow detector 21 measured value at least approximately the theoretical set point I _{sense, target} , that is, the amount of difference between the measured and calculated value is less than a predetermined threshold, so there is no through the device 2 detectable malfunction of the semiconductor switching module 1 in front. Below that of the single-flow detector 21 measured value the calculated setpoint value I _{sense, setpoint} , so flows through the corresponding semiconductor switching module 1 an unusually small electric current. This may, for example, come from that in the current path of the semiconductor switching element 11 , whose output current is detected, a poor electrical contact is present. Alternatively, it is also conceivable that due to an electrical breakdown or the like of the other semiconductor switching elements 12 a larger than average proportion of the current passes. Is by the computing device 23 Recognized that of the single-flow detector 21 measured electric current by more than a lower setpoint is less than the calculated single-current setpoint I _{sense, desired} , so can the computing device 23 a corresponding error in the semiconductor switching module 1 detect.

Wird durch die Rechenvorrichtung 23 detektiert, dass der Einzelstromdetektor 21 einen Wert detektiert, der signifikant größer ist als der berechnete theoretische Einzelstrom-Sollwert I_Sense,Soll, so kann alternativ festgestellt werden, dass beispielsweise in einem der weiteren Halbleiter-Schaltelemente 12 ein ungewöhnlich geringer oder gegebenenfalls gar kein elektrischer Strom fließt. Alternativ wäre es auch denkbar, dass aufgrund eines Durchschlags in dem Halbleiter-Schaltelement 11 dieses Halbleiter-Schaltelement 11 einen zu hohen Strom führt. Wird daher durch die Rechenvorrichtung 23 detektiert, dass der Einzelstromdetektor 21 einen Strom detektiert, der um mehr als einen oberen Sollwert größer ist als der berechnete Einzelstrom-Sollwert, so kann ein entsprechender Fehler in dem Halbleiterschaltmodul 1 detektiert werden.Is by the computing device 23 detects that the single-flow detector 21 detected a value that is significantly greater than the calculated theoretical single-current setpoint I _{sense, target} , it can alternatively be determined that, for example, in one of the other semiconductor switching elements 12 an unusually low or possibly no electric current flows. Alternatively, it would also be conceivable that due to a breakdown in the semiconductor switching element 11 this semiconductor switching element 11 leads to a high current. Is therefore due to the computing device 23 detects that the single-flow detector 21 detected a current which is greater than the calculated single-current setpoint by more than an upper setpoint, so a corresponding error in the semiconductor switching module 1 be detected.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Stromrichtervorrichtung mit einer Vorrichtung 1 zum Erkennen einer Fehlfunktion in einem Halbleiterschaltmodul 1. Die Vorrichtung 1 zum Erkennen der Fehlfunktion in dem Halbleiterschaltmodul 1 entspricht dabei weitestgehend der zuvor beschriebenen Vorrichtung 1. Der Einzelstromdetektor 21 wertet dabei den zu detektierenden Strom am Detektoranschluss 11a mittels einer Spannungsmessung über einem Widerstand aus. Dieser Spannungsabfall kann beispielsweise mittels eines Analog-zu-Digital-Wandlers 211 periodisch mit einer vorgegebenen Abtastrate abgetastet und digitalisiert werden. Zwischen den beiden Eingängen des Analog-zu-Digital-Wandlers 211 kann dabei ein Kondensator 212 angeordnet sein, der gegebenenfalls mögliche Störungen aufgrund von Einschwingvorgängen oder ähnlichem kompensiert. 2 shows a schematic representation of a power conversion device with a device 1 for detecting a malfunction in a semiconductor switching module 1 , The device 1 for detecting the malfunction in the semiconductor switching module 1 corresponds largely to the device described above 1 , The single flow detector 21 evaluates the current to be detected at the detector terminal 11a by means of a voltage measurement over a resistor. This voltage drop can, for example, by means of an analog-to-digital converter 211 periodically sampled and digitized at a predetermined sampling rate. Between the two inputs of the analog-to-digital converter 211 can be a capacitor 212 be arranged, which optionally compensates for possible disturbances due to transients or the like.

Darüber hinaus ist es auch möglich, die Messung durch den Einzelstromdetektor 21 auch gezielt zu steuern bzw. zu verzögern. Ist beispielsweise das Steuersignal am Steuereingang (Gate) 11d des Halbleiterschalters 11 bekannt, so kann auch erst nach einer vorgegebenen zeitlichen Verzögerung mit der Messung durch den Einzelstromdetektor 21 begonnen werden. Darüber hinaus kann zur Unterdrückung von Störungen aus kurzen Peak-Strömen oder ähnlichem auch der von dem Summenstromdetektor 22 gemessene Summenstrom durch einen Tiefpass 220 gefiltert werden.In addition, it is also possible to measure by the single-flow detector 21 also to control or delay specifically. For example, is the control signal at the control input (gate) 11d of the semiconductor switch 11 As is known, it is only after a predetermined time delay with the measurement by the single-flow detector 21 to be started. In addition, for the suppression of disturbances from short peak currents or the like, that of the summation current detector 22 measured total current through a low pass 220 be filtered.

Unterschreitet der von dem Summenstromdetektor 22 gemessene Summenstrom am Ausgang 13 des Halbleiterschaltmoduls 1 einen vorgegebenen Mindeststrom, so kann gegebenenfalls auch die Detektion einer Fehlfunktion durch die Vorrichtung 1 zum Erkennen der Fehlfunktion deaktiviert werden. Die vorgegebene Schwelle für den Mindeststrom kann dabei beispielsweise so gewählt werden, dass auch beim Ausfall eines oder mehrerer Halbleiter-Schaltelemente 11, 12 es zu keiner Überlastung der verbleibenden Halbleiter-Schaltelemente 11, 12 kommen wird, die beispielsweise eine thermische Zerstörung der verbleibenden Halbleiter-Schaltelemente 11, 12 zur Folge hätten.Below that of the summation current detector 22 measured total current at the output 13 of the semiconductor switching module 1 a predetermined minimum current, it may also be the detection of a malfunction by the device 1 be disabled to detect the malfunction. The predetermined threshold for the minimum current can be chosen, for example, so that even if one or more semiconductor switching elements fails 11 . 12 it does not overload the remaining semiconductor switching elements 11 . 12 will come, for example, a thermal destruction of the remaining semiconductor switching elements 11 . 12 would result.

Werden die Halbleiter-Schaltelemente 11 und 12 in der Stromrichtervorrichtung mit einem vorgegebenen Tastverhältnis angesteuert, so kann in diesem Fall beispielsweise auch auf eine Detektion einer Fehlfunktion verzichtet werden, wenn das Tastverhältnis für die Ansteuerung der Halbleiter-Schaltelemente 11, 12 ein vorgegebenes Mindesttastverhältnis unterschreitet. Dieses Mindesttastverhältnis kann beispielsweise so gewählt werden, dass selbst bei einer Fehlfunktion von einem oder mehreren Halbleiter-Schaltelementen 11 und 12 es zu keiner Überlastung der verbleibenden Halbleiter-Schaltelemente 11, 12 kommen würde.Be the semiconductor switching elements 11 and 12 triggered in the power conversion device with a predetermined duty cycle, so in this case, for example, to dispense with a detection of a malfunction when the duty cycle for the control of the semiconductor switching elements 11 . 12 falls below a predetermined minimum duty cycle. This minimum duty cycle can be chosen, for example, so that even with a malfunction of one or more semiconductor switching elements 11 and 12 it does not overload the remaining semiconductor switching elements 11 . 12 would come.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zum Erkennen einer Fehlfunktion in einem Halbleiterschaltmodul zugrunde liegt. Bei dem Halbleiterschaltmodul gemäß diesem Verfahren handelt es sich beispielsweise um ein zuvor beschriebenes Halbleiterschaltmodul mit einer Mehrzahl parallel geschalteter Halbleiter-Schaltelemente. 3 shows a schematic representation of a flow chart, as it is based on a method for detecting a malfunction in a semiconductor switching module. The semiconductor switching module according to this method is, for example, a previously described semiconductor switching module having a plurality of parallel-connected semiconductor switching elements.

In Schritt S1 wird zunächst ein von dem gesamten Halbleiterschaltmodul 1 ausgegebener elektrischer Summenstrom detektiert. Anschließend wird in Schritt S2 ein Einzelstromwert erfasst, der zu einem elektrischen Strom durch eines der Halbleiter-Schaltelemente 11 des Halbleiterschaltmoduls 1 korrespondiert. In Schritt S3 wird ein Einzelstrom-Sollwert I_Sense,Soll basierend auf dem detektierten Summenstrom I_Modul berechnet. Die Berechnung erfolgt dabei beispielsweise auf die oben beschriebene Weise: I_Sense,Soll = I_Modul:(n × K).In step S1, first, one of the entire semiconductor switching module 1 output electrical total current detected. Subsequently, in step S2, a single current value is detected which results in an electric current through one of the semiconductor switching elements 11 of the semiconductor switching module 1 corresponds. In step S3, a single-current setpoint I _{sense, target is} calculated based on the detected sum current I _module . The calculation is carried out, for example, in the manner described above: I _{sense, setpoint} = I _modulus : (n × K).

In Schritt S4 kann daraufhin eine Fehlfunktion in dem Halbleiterschaltmodul 1 detektiert werden, wenn der erfasste Einzelstromwert von dem berechneten Einzelstrom-Sollwert um mehr als einen vorbestimmten Schwellwert abweicht.In step S4, there may then be a malfunction in the semiconductor switching module 1 are detected when the detected single current value deviates from the calculated single current setpoint by more than a predetermined threshold value.

Wie zuvor bereits beschrieben, erfolgt die Berechnung des Einzelstrom-Sollwerts dabei basierend auf der bekannten Anzahl n von parallel geschalteten Halbleiter-Schaltelementen in dem Halbleiterschaltmodul 1. Darüber hinaus wird ein Verstärkungsfaktor K bzw. gegebenenfalls auch eine Übertragungsfunktion berücksichtigt, die den Zusammenhang zwischen dem am Detektorausgang 11a bereitgestellten Signal und dem am Ausgangsanschluss 11c des Halbleiterschalters ausgegebenen elektrischen Stroms beschreibt.As already described above, the calculation of the single-current setpoint value is based on the known number n of parallel-connected semiconductor switching elements in the semiconductor switching module 1 , In addition, an amplification factor K or possibly also a transfer function is taken into account, which determines the relationship between that at the detector output 11a provided signal and that at the output terminal 11c describes the output of the semiconductor switch output electric power.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19918966 A1 [0004]

Claims

Contraption ( 2 ) for detecting a malfunction in a semiconductor switch module ( 1 ) with a plurality of semiconductor switching elements connected in parallel ( 11 . 12 ), the device ( 2 ) comprises: a summation current detector ( 22 ), which is designed to be connected to one of the semiconductor switching module ( 1 ) to provide output electrical current corresponding to the first output signal; a single-flow detector ( 21 ) which is adapted to receive an input signal which is a current through one of the semiconductor switching elements ( 11 ) of the semiconductor switch module ( 1 ) and to provide a second output signal proportional to the received input signal; a computing device ( 23 ) which is adapted to receive the information from the summation current detector ( 22 ) and the first output signal provided by the single-current detector ( 21 ) to receive a second output signal, to calculate a single current reference value based on the received first output signal, and a malfunction in the semiconductor switching module ( 1 ) when the received first output signal deviates from the calculated single current setpoint by more than a predetermined threshold.

Contraption ( 2 ) according to claim 1, wherein the single-flow detector ( 21 ) comprises an ohmic resistance and a voltage sensor, and the voltage sensor is adapted to detect a voltage drop across the ohmic resistance.

Contraption ( 2 ) according to claim 1 or 2, wherein the computing device ( 23 ) is further adapted to perform a detection for a malfunction only when the signal from the summation current detector ( 229 provided first output signal is greater than a predetermined total current limit.

Contraption ( 2 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the computing device ( 23 ) is further configured to detect a first fault if the received first output signal is greater than the calculated single current setpoint by more than an upper setpoint, and to detect a second fault if the received first output signal is more than a lower setpoint is less than the calculated single-current setpoint.

A power conversion device, comprising: a semiconductor switch module ( 1 ) with a plurality of semiconductor switching elements connected in parallel ( 11 . 12 ); and a device ( 2 ) for detecting a malfunction according to any one of claims 1 to 4.

A power conversion device according to claim 5, wherein the semiconductor switching module ( 1 ) comprises a plurality of IGBT elements connected in parallel.

A power conversion device according to claim 5 or 6, wherein at least one IGBT element comprises a transistor with a sense connection connected to the single-current detector ( 21 ) is coupled.

Method for detecting a malfunction in a semiconductor switch module ( 1 ) with a plurality of semiconductor switching elements connected in parallel ( 11 . 12 ), comprising the following steps: detecting (S1) a total electrical current flowing from the entire semiconductor switching module ( 1 ) is issued; Detecting (S2) a single current value resulting in an electric current through one of the semiconductor switching elements ( 11 ) of the semiconductor switch module ( 1 ) flows; Calculating (S3) a single current setpoint based on the detected sum current; Determining (S4) a malfunction in the semiconductor switching module ( 1 ) when the detected single current value deviates from the calculated single current desired value by more than a predetermined threshold value.

The method of claim 8, wherein the single current set point is based on a number of the parallel connected semiconductor switching elements ( 11 . 12 ) and a transfer function for detecting the individual current values is calculated.

Method according to claim 8 or 9, wherein the step (S4) for determining a malfunction determines a malfunction only if the summation current exceeds a predetermined summation current limit value.