DE102017204052A1 - Method and control device for determining a voltage drop of an electronic component - Google Patents

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Marco Denk
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Spannungsabfalls (104) eines elektronischen Bauelements (100), wobei das Verfahren einen Schritt des Ansteuerns eines Schalters (108) unter Verwendung eines Schaltsignals (106) für das Bauelement (100) und einen Schritt des Messens des Spannungsabfalls (104) unter Verwendung einer Messeinrichtung (110) aufweist, wobei der Schalter (108) zwischen einem ersten Anschluss (114) des Bauelements (100) und der mit einem zweiten Anschluss (116) des Bauelements (100) verbundenen Messeinrichtung (110) angeordnet ist, wobei der Schalter (108) leitend geschaltet wird, nachdem das Bauelement (100) durch das Schaltsignal (106) leitend geschaltet worden ist, und der Schalter (108) sperrend geschaltet wird, bevor das Bauelement (100) durch das Schaltsignal (106) sperrend geschaltet wird, und wobei der Spannungsabfall (104) gemessen wird, wenn der Schalter (108) leitend geschaltet ist.

Figure DE102017204052A1_0000
The invention relates to a method for determining a voltage drop (104) of an electronic component (100), the method comprising a step of driving a switch (108) using a switching signal (106) for the component (100) and a step of measuring the Voltage drop (104) using a measuring device (110), the switch (108) being connected between a first terminal (114) of the component (100) and the measuring device (110) connected to a second terminal (116) of the component (100). is arranged, wherein the switch (108) is turned on, after the device (100) by the switching signal (106) has been turned on, and the switch (108) is turned off before the device (100) by the switching signal ( 106) is turned off, and wherein the voltage drop (104) is measured when the switch (108) is turned on.
Figure DE102017204052A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Steuergerät zum Bestimmen eines Spannungsabfalls eines elektronischen Bauelements.The present invention relates to a method and a controller for determining a voltage drop of an electronic component.

Ein Stromfluss durch ein Bauelement verursacht aufgrund des Innenwiderstands des Bauelements einen Spannungsabfall. Der Spannungsabfall ist im Allgemeinen gering gegenüber einer Betriebsspannung des Bauelements.A current flow through a device causes a voltage drop due to the internal resistance of the device. The voltage drop is generally small compared to an operating voltage of the device.

Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Bestimmen eines Spannungsabfalls eines elektronischen Bauelements, ein entsprechendes Steuergerät, eine Vorrichtung mit dem Steuergerät, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, the present invention provides an improved method for determining a voltage drop of an electronic component, a corresponding control device, a device with the control device, and finally a corresponding computer program product according to the main claims. Advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims and the description below.

Eine Messeinrichtung zum hochauflösenden Messen eines Spannungsabfalls an einem elektronischen Bauteil ist empfindlich gegenüber der Betriebsspannung des Bauteils. Vor der Messeinrichtung kann ein sperrendes Bauteil geschaltet werden, das die Betriebsspannung von der Messeinrichtung abhält. Das sperrende Bauteil kann ein Schalter sein, der dann leitend geschaltet wird, wenn der Spannungsabfall auftritt und dann sperrend geschaltet wird, wenn die Betriebsspannung an dem Bauteil anliegt.A measuring device for the high-resolution measurement of a voltage drop across an electronic component is sensitive to the operating voltage of the component. Before the measuring device, a blocking component can be switched, which prevents the operating voltage from the measuring device. The blocking component may be a switch, which is then turned on when the voltage drop occurs and then turned off when the operating voltage is applied to the component.

Es wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Spannungsabfalls eines elektronischen Bauelements vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

  • Ansteuern eines Schalters unter Verwendung eines Schaltsignals für das Bauelement, wobei der Schalter zwischen einem ersten Anschluss des Bauelements und einer mit einem zweiten Anschluss des Bauelements verbundenen Messeinrichtung angeordnet ist, wobei der Schalter leitend geschaltet wird, nachdem das Bauelement durch das Schaltsignal leitend geschaltet worden ist, und der Schalter sperrend geschaltet wird, bevor das Bauelement durch das Schaltsignal sperrend geschaltet wird; und
  • Messen des Spannungsabfalls unter Verwendung der Messeinrichtung, wobei der Spannungsabfall gemessen wird, wenn der Schalter leitend geschaltet ist.
A method for determining a voltage drop of an electronic component is presented, the method comprising the following steps:
  • Driving a switch using a switching signal for the device, wherein the switch between a first terminal of the device and a measuring device connected to a second terminal of the device is arranged, wherein the switch is turned on after the device has been turned on by the switching signal and the switch is turned off before the device is turned off by the switching signal; and
  • Measuring the voltage drop using the measuring device, wherein the voltage drop is measured when the switch is turned on.

Unter einem elektronischen Bauelement kann ein elektrisch ansteuerbarer Schalter, wie beispielsweise ein Relais oder ein Transistor verstanden werden. Das Bauelement kann leitend oder sperrend geschaltet werden. Ein Schalter kann ebenfalls elektrisch ansteuerbarer Schalter, wie beispielsweise ein Relais oder ein Transistor sein. Der Schalter hält die Betriebsspannung von der Messeinrichtung ab, wenn die Betriebsspannung durch das Bauteil gesperrt wird. Wenn das Bauelement leitend geschaltet ist, schaltet der Schalter die Messeinrichtung parallel zu dem Bauelement.An electronic component can be understood as meaning an electrically controllable switch, such as a relay or a transistor. The component can be switched to conductive or blocking. A switch may also be an electrically controllable switch, such as a relay or a transistor. The switch keeps the operating voltage from the measuring device when the operating voltage is blocked by the component. When the device is turned on, the switch switches the measuring device parallel to the device.

Der Schalter kann um eine Wartezeitdauer später leitend geschaltet werden, als das Bauelement. Durch die Verzögerung durch die Wartezeit wird die Messeinrichtung nicht durch störende Einkopplungen aufgrund des Schaltvorgangs belastetThe switch may be turned on later by a waiting period later than the device. Due to the delay caused by the waiting time, the measuring device is not burdened by disturbing couplings due to the switching operation

Der Spannungsabfall kann um eine Stabilisierungsdauer später gemessen werden, als der Schalter leitend geschaltet wird. Durch die Stabilisierungsdauer kann ein Stromfluss durch die Messeinrichtung einen stabilen Zustand erreichen. Nach der Stabilisierungsdauer wird ein näherungsweise statischer Zustand erfasst werden.The voltage drop can be measured later by a stabilization period, as the switch is turned on. Due to the stabilization period, a current flow through the measuring device can reach a stable state. After the stabilization period, an approximately static state will be detected.

Der Schalter kann nach einer Schaltzeitdauer sperrend geschaltet werden. Die Messeinrichtung wird nur kurzzeitig parallel zu dem Bauelement geschaltet.The switch can be switched off after a switching period. The measuring device is only briefly connected in parallel to the component.

Die Schritte des Verfahrens können wiederholt werden, während das Bauelement leitend geschaltet ist. So kann ein Verlauf des Spannungsabfalls erfasst werden und/oder eine höhere Messgenauigkeit erreicht werden.The steps of the method may be repeated while the device is turned on. Thus, a course of the voltage drop can be detected and / or a higher measurement accuracy can be achieved.

Der Schalter kann sperrend gehalten werden, während das das Bauelement durch das Schaltsignal sperrend geschaltet ist. Durch das Blockieren des Schalters während die Betriebsspannung am Bauteil anliegt, wird die Messeinrichtung vor der Betriebsspannung geschützt.The switch can be kept blocking while the device is switched off by the switching signal. By blocking the switch while the operating voltage is applied to the component, the measuring device is protected from the operating voltage.

Weiterhin wird ein Steuergerät vorgestellt, das dazu ausgebildet ist, die Schritte des Verfahrens gemäß dem hier vorgestellten Ansatz unter Verwendung des Schaltsignals anzusteuern.Furthermore, a control unit is presented, which is designed to control the steps of the method according to the approach presented here using the switching signal.

Ein Steuergerät kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen des Steuergeräts umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.A controller may be an electrical device that processes electrical signals, such as sensor signals, and outputs control signals in response thereto. The control unit may have one or more suitable interfaces, which may be formed in hardware and / or software. In the case of a hardware-based design, the interfaces can be part of an integrated circuit, for example, in which functions of the control unit are implemented. The interfaces may also be their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules, for example a microcontroller in addition to other software modules are available.

Eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Spannungsabfalls eines elektronischen Bauelements weist die folgenden Merkmale auf:

  • einen mit einem ersten Anschluss des Bauelements verbindbaren Schalter;
  • eine mit dem Schalter verbundene Messeinrichtung zum Messen des Spannungsabfalls, wobei die Messeinrichtung mit einem zweiten Anschluss des Bauelements verbindbar ist; und
  • ein Steuergerät gemäß dem hier vorgestellten Ansatz.
An apparatus for determining a voltage drop of an electronic component has the following features:
  • a switch connectable to a first terminal of the device;
  • a measuring device connected to the switch for measuring the voltage drop, wherein the measuring device is connectable to a second terminal of the device; and
  • a controller according to the approach presented here.

Die Vorrichtung kann eine Treiberendstufe zum Wandeln des Schaltsignals aufweisen, wobei die Treiberendstufe mit einem Steueranschluss des Bauelements verbindbar ist. Das Bauelement kann zum Wechseln zwischen dem leitenden und dem sperrenden Zustand mehr elektrische Energie benötigen, als über eine Datenleitung bereitstellbar ist. Die Energie wird durch die Treiberendstufe bereitgestellt.The device may have a driver output stage for converting the switching signal, wherein the driver output stage is connectable to a control terminal of the component. The device may require more electrical power to switch between the conductive and the off-state than can be provided via a data line. The energy is provided by the driver output stage.

Der Schalter kann ein ansteuerbares Halbleiterbauelement sein. Insbesondere kann der Schalter ein MOSFET sein. Ein Halbleiterbauteil kann sehr schnell und mit einem geringen Energieaufwand geschaltet werden.The switch can be a controllable semiconductor component. In particular, the switch may be a MOSFET. A semiconductor device can be switched very quickly and with a low energy consumption.

Ferner wird ein elektronisches Bauelement mit einer Vorrichtung gemäß dem hier vorgestellten Ansatz vorgestellt, wobei das Bauelement ein Halbleiterbauelement mit einem Kollektoranschluss, einem Gateanschluss und einem Emitteranschluss ist, wobei der Schalter zwischen dem Kollektoranschluss und der mit dem Emitteranschluss verbundenen Messeinrichtung angeordnet ist, und das Steuergerät mit einer Steuerleitung des Gateanschlusses verbunden ist. Das Bauelement und die Vorrichtung können in einer integrierten Schaltung integriert sein.Furthermore, an electronic component is presented with a device according to the approach presented here, the device being a semiconductor component having a collector terminal, a gate terminal and an emitter terminal, the switch being arranged between the collector terminal and the measuring device connected to the emitter terminal, and the control unit is connected to a control line of the gate terminal. The device and the device may be integrated in an integrated circuit.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.A computer program product with program code which can be stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the method according to one of the embodiments described above if the program is installed on a computer or a device is also of advantage is performed.

Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

  • 1 ein Blockschaltbild eines elektronischen Bauelements mit einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Spannungsabfalls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine Darstellung einer elektrischen Schaltung zum Bestimmen eines Spannungsabfalls an einem Halbleiterbauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine Darstellung von Signalverläufen zum Ansteuern eines Halbleiterbauelements und eines Schalters und eines Spannungsverlaufs an einer Messeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 4 eine Darstellung von Spannungsverläufen an einem Halbleiterbauelement und einer Messeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 5 eine Darstellung eines über einen Zeitraum erfassten Spannungsabfalls an einem elektronischen Bauteil gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
  • 6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen eines Spannungsabfalls an einem Bauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Embodiments of the approach presented here are shown in the drawings and explained in more detail in the following description. It shows:
  • 1 a block diagram of an electronic device with a device for determining a voltage drop according to an embodiment of the present invention;
  • 2 a representation of an electrical circuit for determining a voltage drop across a semiconductor device according to an embodiment of the present invention;
  • 3 a representation of signal waveforms for driving a semiconductor device and a switch and a voltage waveform at a measuring device according to an embodiment of the present invention;
  • 4 a representation of voltage waveforms on a semiconductor device and a measuring device according to an embodiment of the present invention;
  • 5 a representation of a detected over a period of voltage drop across an electronic component according to an embodiment of the present invention; and
  • 6 a flowchart of a method for determining a voltage drop across a device according to an embodiment of the present invention.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of preferred embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similarly acting, wherein a repeated description of these elements is omitted.

1 zeigt ein Blockschaltbild eines elektronischen Bauelements 100 mit einer Vorrichtung 102 zum Bestimmen eines Spannungsabfalls 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Bauelement 100 ist hier ein steuerbarer Schalter 100, der durch ein Schaltsignal 106 zwischen einem elektrisch leitenden Zustand und einem elektrisch sperrenden Zustand schaltbar ist. Beispielsweise ist das Bauelement 100 ein Schalter einer Wechselrichterschaltung. Der Spannungsabfall 104 wird dabei im elektrisch leitenden Zustand erfasst. Dazu ist die Vorrichtung 102 parallel zu dem Bauelement 100 geschaltet. Die Vorrichtung 102 weist einen Schalter 108, eine Messeinrichtung 110 und ein Steuergerät 112 auf. Der Schalter ist mit einem ersten Anschluss 114 des Bauelements 100 verbunden. Die Messeinrichtung 110 ist zwischen dem Schalter 108 und einem zweiten Anschluss 116 des Bauelements angeordnet. Das Steuergerät 112 steuert den Schalter 108 und die Messeinrichtung 110 unter Verwendung des Schaltsignals 106 mit einem Steuersignal 118 und einem Messsignal 120 an. Ansprechend auf das Steuersignal 118 schaltet der Schalter 108 zwischen einem elektrisch leitenden Zustand und einem elektrisch sperrenden Zustand. Ansprechend auf das Messsignal 120 erfasst die Messeinrichtung 110 einen den Spannungsabfall 104 repräsentierenden Spannungswert 122. Nachdem das Schaltsignal 106 das Bauelement 100 leitend schaltet wird der Schalter 108 durch das Steuersignal 118 elektrisch leitend geschaltet. Wenn der Schalter 108 elektrisch leitend geschaltet ist, wird durch das Messsignal 120 eine Messung des Spannungswerts 122 ausgelöst. Anschließend wird der Schalter 108 durch das Steuersignal 118 wieder elektrisch sperrend geschaltet. Das Sperren des Schalters 108 erfolgt dabei bevor das Bauelement 100 durch das Schaltsignal 106 sperrend geschaltet wird. 1 shows a block diagram of an electronic component 100 with a device 102 for determining a voltage drop 104 according to an embodiment of the present invention. The component 100 Here is a controllable switch 100 that by a switching signal 106 between an electrically conductive state and an electrically blocking state is switchable. For example, the device 100 a switch of an inverter circuit. The voltage drop 104 is detected in the electrically conductive state. This is the device 102 parallel to the component 100 connected. The device 102 has a switch 108 , a measuring device 110 and a controller 112 on. The switch is with a first connection 114 of the component 100 connected. The measuring device 110 is between the switch 108 and a second port 116 arranged of the component. The control unit 112 controls the switch 108 and the measuring device 110 using the switching signal 106 with a control signal 118 and a measurement signal 120 at. In response to the control signal 118 turns the switch 108 between an electrically conductive state and an electrically blocking state. In response to the measurement signal 120 captures the measuring device 110 one the voltage drop 104 representing voltage value 122 , After the switching signal 106 the component 100 the switch is turned on 108 through the control signal 118 switched electrically conductive. When the switch 108 is switched electrically conductive, by the measuring signal 120 a measurement of the voltage value 122 triggered. Subsequently, the switch 108 through the control signal 118 switched again electrically blocking. Locking the switch 108 takes place before the device 100 through the switching signal 106 is switched off.

2 zeigt eine Darstellung einer elektrischen Schaltung 102 zum Bestimmen eines Spannungsabfalls UCE 104 an einem Halbleiterbauelement T1 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Halbleiterbauelement T1 100 und die Schaltung 102 entsprechen dabei im Wesentlichen dem Bauelement und der Vorrichtung in 1. Hier ist das Halbleiterbauelement 100 ein Leistungshalbleiter T1 für hohe Spannungen, beispielsweise bis 1000 Volt. Das Halbleiterbauelement T1 100 weist einen Kollektoranschluss C 114, einen Gateanschluss G und einen Emitteranschluss E 116 auf. Der Emitteranschluss E 116 ist mit Masse verbunden. Der Schalter 108 ist mit dem Kollektoranschluss C 114 verbunden. Der Schalter 108 ist ein Transistor T2, insbesondere ein MOSFET und kann als Abkoppel-MOSFET bezeichnet werden. Das Steuergerät 112 steuert durch das Steuersignal 118 die Gateelektrode des Transistors T2 108 an, um diesen leitend oder sperrend zu schalten. 2 shows a representation of an electrical circuit 102 for determining a voltage drop UCE 104 to a semiconductor device T1 100 according to an embodiment of the present invention. The semiconductor device T1 100 and the circuit 102 correspond essentially to the device and the device in 1 , Here is the semiconductor device 100 a power semiconductor T1 for high voltages, for example up to 1000 volts. The semiconductor device T1 100 has a collector terminal C 114, a gate terminal G and an emitter terminal E 116. The emitter terminal E 116 is connected to ground. The desk 108 is connected to the collector terminal C 114. The desk 108 is a transistor T2, in particular a MOSFET and can be referred to as decoupling MOSFET. The control unit 112 controls by the control signal 118 the gate electrode of the transistor T2 108 to turn this conductive or blocking.

Die Messeinrichtung 110 ist hier teilweise in das Steuergerät 112 integriert und weist einen Messwiderstand RM 200 auf. Der Messwiderstand RM 200 ist zwischen dem Transistor T2 108 und Masse geschaltet. Über den Messwiderstand RM 200 fällt eine Messspannung UCE,S 202 ab. Die Messspannung UCE,S 202 wird beim Auslösen des Messvorgangs durch einen Analog-digital-Wandler der Messeinrichtung 110 abgetastet und als der Spannungswert 122 ausgegeben.The measuring device 110 is here partly in the control unit 112 integrated and has a measuring resistor RM 200 on. The measuring resistor RM 200 is connected between the transistor T2 108 and ground. About the measuring resistor RM 200 falls a measurement voltage UCE, S 202 from. The measurement voltage UCE, S 202 is triggered by the measurement process by an analog-to-digital converter of the measuring device 110 sampled and as the voltage value 122 output.

In einem Ausführungsbeispiel ist der Gateanschluss G des Leistungshalbleiters T1 100 über einen Gatewiderstand RG mit einer Treiberendstufe 204 verbunden. Die Treiberendstufe 204 wandelt das Schaltsignal 106 in ein Steuersignal für den Leistungshalbleiter T1 100. Das Steuergerät 112 greift das Schaltsignal 106 über einen parallelen Abgriff ab.In one embodiment, the gate terminal G of the power semiconductor T1 is 100 via a gate resistor RG with a driver output stage 204 connected. The driver output stage 204 converts the switching signal 106 in a control signal for the power semiconductor T1 100. The control unit 112 picks up the switching signal 106 via a parallel tap.

Die Schaltung 102 ist über eine Schnittstelle 206 mit einer Datenleitung 208 verbunden. Über die Datenleitung 208 wird das Schaltsignal 106 als Pulsweitenmodulationssignal empfangen und der Spannungswert 122 als Datensignal bereitgestellt.The circuit 102 is via an interface 206 with a data line 208 connected. Via the data line 208 becomes the switching signal 106 received as pulse width modulation signal and the voltage value 122 provided as a data signal.

Mit anderen Worten zeigt 2 eine UCE(on)-Messschaltung 102 für Leistungshalbleiter 100. Die hier vorgestellte Schaltung 102 ist für eine betriebliche Messung der Kollektor-Emitter-Spannung 104 mit einem deutlich reduzierten Sensoraufwand ausgelegt.In other words shows 2 a UCE (on) measurement circuit 102 for power semiconductors 100 , The circuit presented here 102 is for an operational measurement of the collector-emitter voltage 104 designed with a significantly reduced sensor effort.

Die Schaltung 102 kann beispielsweise bei leistungselektronischen Systemen, wie im Bereich der E-Mobility oder Windenergie als Messschaltung 102, beispielsweise zur Berechnung der Leitverluste oder des Phasenstroms während des Wechselrichterbetriebs verwendet werden. Die Schaltung kann auch zur Alterungsüberwachung des Leistungshalbleiters 100 verwendet werden.The circuit 102 can, for example, be used in power electronic systems, such as in the field of e-mobility or wind energy as a measuring circuit 102 For example, to calculate the conduction losses or the phase current during inverter operation. The circuit can also be used for monitoring the aging of the power semiconductor 100 be used.

Die vorgestellte UCE(on)-Messschaltung 102 ermöglicht eine sehr genaue Messung beziehungsweise Auskopplung der Kollektor-Emitter-Spannung UCE(on) 104 eines periodisch eingeschalteten Leistungshalbleiters 100 während dessen regulären Schaltbetriebs in einem leistungselektronischen System, wie beispielsweise einem Pulswechselrichter oder einem DC-DC-Wandler. Dabei erfüllt die Messschaltung 102 folgende Aufgaben.The presented UCE (on) measuring circuit 102 enables a very accurate measurement or decoupling of the collector-emitter voltage UCE (on) 104 of a periodically switched on power semiconductor 100 during its regular switching operation in a power electronic system, such as a pulse-controlled inverter or a DC-DC converter. At the same time the measuring circuit fulfills 102 the following tasks.

Im eingeschalteten Zustand des Leistungshalbleiters 100 wird die geringe Kollektor-Emitter-Spannung UCE(on) 104 mit null bis fünf Volt mit einer hohen Messgenauigkeit von bis zu einem Millivolt gemessen. Im ausgeschalteten Zustand des Leistungshalbleiters 100 wird die hohe Kollektor-Emitter-Spannung UCE(off) mit null bis UDC Volt geblockt. Dabei ist die Zwischenkreisspannung UDC wesentlich größer als UCE(on) 104.In the switched-on state of the power semiconductor 100 For example, the low collector-emitter voltage UCE (on) 104 is measured at zero to five volts with a high measurement accuracy of up to one millivolt. In the off state of the power semiconductor 100 The high collector-emitter voltage UCE (off) is blocked with zero to UDC volts. In this case, the intermediate circuit voltage UDC is substantially greater than UCE (on) 104.

Durch die Auskopplung der UCE(on)-Spannung 104 in einem Wechselrichter kann beispielsweise ein Überstromschutz des Leistungshalbleiters 100 beispielsweise für einen Kurzschlussschutz umgesetzt werden. Ebenso kann der Kollektorstrom Ic = f(UCE(off), Tj) ohne zusätzliche Stromsensoren gemessen werden. Weiterhin kann eine Alterungsüberwachung der Bondverbindungen des Leistungshalbleiters 100 durchgeführt werden.By decoupling the UCE (on) voltage 104 in an inverter, for example, an overcurrent protection of the power semiconductor 100 For example, be implemented for a short-circuit protection. Likewise, the collector current Ic = f (UCE (off), Tj) can be measured without additional current sensors. Furthermore, an aging monitoring of the bond connections of the power semiconductor 100 be performed.

Die UCE(on)-Spannung 104 während des Wechselrichterbetriebs kann alternativ unter Verwendung einer „Abkoppel-Diode“ erfasst werden, welche am Kollektor 114 des Leistungshalbleiters 100 angebracht ist und von einem geringen Messstrom durchflossen wird. Abhängig von dem Schaltzustand des Leistungshalbleiters 100 ermöglicht dies eine Messung der geringen UCE(on)-Spannung 104 und das Blocken der hohen UCE(off)-Spannung. Die mit diesen Schaltungen erzielbare UCE(on)-Messgenauigkeit ist für den Kurzschlussschutz des Leistungshalbleiters 100 ausreichend.The UCE (on) voltage 104 during inverter operation may alternatively be detected using a "decoupling diode" connected to the collector 114 of the power semiconductor 100 is attached and flows through a small measuring current. Depending on the switching state of the power semiconductor 100 this allows for measurement of the low UCE (on) voltage 104 and blocking of the high UCE (off) voltage. The achievable with these circuits UCE (on) - Measuring accuracy is for the short-circuit protection of the power semiconductor 100 sufficient.

Soll jedoch die UCE(on)-Spannung 104 mit einer hohen Genauigkeit gemessen werden, beispielsweise zur Phasenstrommessung oder Alterungsüberwachung, so stellt die temperaturabhängige Vorwärtsspannung der „Abkoppel-Diode“ mit üblicherweise -2 mV/K ein nicht zu vernachlässigendes Genauigkeitsproblem dar. Der Temperaturabhängigkeit der „Abkoppel-Diode“ kann mit einer zusätzlichen Temperaturkompensation begegnet werden. Dies erhöht den Schaltungs- und Bauteileaufwand stark.However, if the UCE (on) voltage 104 is to be measured with high accuracy, for example for phase current measurement or aging monitoring, then the temperature-dependent forward voltage of the "decoupling diode", typically -2 mV / K, represents a non-negligible accuracy problem the "decoupling diode" can be countered with an additional temperature compensation. This greatly increases the circuit and component costs.

Zur Vermeidung des Temperaturkompensationsaufwands bei bekannten „Abkoppel-Dioden“ wird bei in der hier vorgestellten UCE(on)-Messschaltung 102 ein „Abkoppel-MOSFET“ 108 verwendet. Wie in 2 dargestellt, ist dessen Drain-Anschluss an dem Kollektor 114 des Leistungshalbleiters 100 angebunden. Am Source-Anschluss befindet sich ein Messwiderstand RM 200, über welchem die Messspannung UCE,S mit einem AD-Wandler abgetastet wird. Der Messwiderstand 200 wird hierbei deutlich größer, als der Drain-Source Widerstand RDS(on) des Abkoppel-MOSFET 108 gewählt (RM >> RDS(on)), sodass dessen Temperaturcharakteristik zu einem vernachlässigbar geringen Messfehler führt. Eine aufwendige Temperaturkompensation ist somit nicht erforderlich. Das an der Treiberschaltung 204 anliegende PWM-Signal 106 wird parallel abgegriffen und einer Steuerung 112 zugeführt. Nach dem Einschalten des IGBT-Leistungshalbleiters T1 100 wird auf der Steuerung 112 ein Timer mit der vordefinierten Wartezeit tw gestartet. Nach dessen Ablauf, schaltet die Steuerung 112 den Abkoppel-MOSFET T2 108 ein, sodass über den Widerstand RM 200 ein geringer Messstrom fließt und die Messspannung UCE,S 202 annähernd der Kollektor-Emitter-Spannung UCE(on) 104 entspricht. Die vernachlässigbar geringe Abweichung von UCE,S 202 ≈ UCE(on) 104 resultiert aus dem Spannungsteiler aus RM wesentlich größer RDS(on) und kann bei Bedarf in der Steuerung 112 rechnerisch korrigiert werden. Damit ermöglicht der Abkoppel-MOSFET 108 eine genaue und sehr einfach zu realisierende UCE(on)-Messung. Nachdem die Messspannung UCE,S 202 gemessen, also beispielsweise von einem AD-Wandler abgetastet wurde, wird der Abkoppel-MOSFET T2 108 von der Steuerung 112 ausgeschaltet. Dieses Ausschalten des Transistors T2 108 erfolgt vor dem Ausschalten des Leistungshalbleiters T1 100. Obgleich dies aufgrund der sehr kurzen Zeitdauer der UCE-Messung unproblematisch ist, ist in einem Ausführungsbeispiel eine zusätzliche Verriegelung des Einschaltens von des Leistungshalbleiters T1 100 durch eine Statusmeldung der UCE-Messschaltung 110 an die Treiberschaltung 202 realisiert.To avoid the Temperaturkompensationsaufwands in known "decoupling diodes" in the presented here UCE (on) -Messschaltung 102, a "decoupling MOSFET" 108 is used. As in 2 is shown, its drain terminal to the collector 114 of the power semiconductor 100 tethered. At the source connection there is a measuring resistor RM 200 over which the measuring voltage UCE, S is sampled with an AD converter. The measuring resistor 200 In this case, the drain-source resistance RDS (on) of the decoupling MOSFET 108 is chosen to be significantly larger (RM >> RDS (on)), so that its temperature characteristic leads to a negligibly small measurement error. A complex temperature compensation is not required. That at the driver circuit 204 applied PWM signal 106 is tapped in parallel and a controller 112 fed. After switching on the IGBT power semiconductor T1 100 is on the controller 112 a timer is started with the predefined waiting time tw. After its expiration, the controller switches 112 the decoupling MOSFET T2 108, so that via the resistor RM 200 a small measuring current flows and the measuring voltage UCE, S 202 approximately corresponds to the collector-emitter voltage UCE (on) 104. The negligible deviation from UCE, S 202 ≈ UCE (on) 104 results from the voltage divider made of RM much larger RDS (on) and can in the control if required 112 be corrected mathematically. This allows the decoupling MOSFET 108 an accurate and very easy-to-implement UCE (on) measurement. After the measuring voltage UCE, S 202 is measured, that is, for example, was sampled by an AD converter, the decoupling MOSFET T2 108 from the controller 112 switched off. Although this is unproblematic due to the very short time duration of the UCE measurement, in one embodiment an additional latching of the turn-on of the power semiconductor T1 100 is provided by a status message from the UCE measurement circuit 110 to the driver circuit 202 realized.

Mit anderen Worten zeigt 2 eine UCE-Messschaltung 102 mit „Abkoppel-MOSFET“ 108 und integrierter Steuerung 112 sowie deren Einbettung in eine Treiberschaltung 102 zur Ansteuerung eines IGBT-Leistungshalbleiters 100.In other words shows 2 a UCE measurement circuit 102 with "decoupling MOSFET" 108 and integrated control 112 and their embedding in a driver circuit 102 for controlling an IGBT power semiconductor 100 ,

3 zeigt eine Darstellung von Signalverläufen zum Ansteuern eines Halbleiterbauelements T1 und eines Schalters T2 sowie eine Darstellung eines Spannungsverlaufs an einer Messeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Beispielsweise können unter Verwendung der Signalverläufe das Bauelement und der Schalter in 1 oder der der Leistungshalbleiter T1 und der Transistor T2 in 2 angesteuert werden. Der Spannungsverlauf kann beispielsweise an der Messeinrichtung beziehungsweise dem Messwiderstand abfallen. Die Signalverläufe und der Spannungsverlauf sind in zeitlicher Korrelation zueinander dargestellt. 3 shows a representation of signal waveforms for driving a semiconductor device T1 and a switch T2 and a representation of a voltage waveform at a measuring device according to an embodiment of the present invention. For example, using the waveforms, the device and the switch in FIG 1 or the power semiconductor T1 and the transistor T2 in 2 be controlled. The voltage curve can drop, for example, at the measuring device or the measuring resistor. The waveforms and the voltage curve are shown in temporal correlation to each other.

Der erste Signalverlauf bildet das Schaltsignal 106 ab. Das Schaltsignal 106 ist ein Pulsweitenmodulationssignal und definiert einen Schaltzustand des Leistungshalbleiters T1. Dabei ist der Leistungshalbleiter T1 entweder eingeschaltet beziehungsweise leitend geschaltet oder ausgeschaltet beziehungsweise sperrend geschaltet.The first signal waveform forms the switching signal 106 from. The switching signal 106 is a pulse width modulation signal and defines a switching state of the power semiconductor T1. In this case, the power semiconductor T1 is either turned on or turned on or turned off or turned off.

Der zweite Signalverlauf bildet das Steuersignal 118 ab. Das Steuersignal 118 definiert einen Schaltzustand des Abkoppeltransistors T2. Dabei ist der Abkoppeltransistor T2 entweder eingeschaltet beziehungsweise leitend geschaltet oder ausgeschaltet beziehungsweise sperrend geschaltet.The second signal waveform forms the control signal 118 from. The control signal 118 defines a switching state of the decoupling transistor T2. In this case, the Abkoppeltransistor T2 is either turned on or turned on or turned off or turned off.

Das Steuersignal 118 ist abhängig von dem Schaltsignal 106. Wenn das Schaltsignal 106 zu einem Zeitpunkt t1 den Leistungshalbleiter T1 für einen Puls leitend schaltet, wird nach Ablauf einer Wartezeit tW an einem Zeitpunkt t2 der Abkoppeltransistor T2 durch das Steuersignal 118 leitend geschaltet. Während der Abkoppeltransistor T2 leitend geschaltet ist, fällt am Messwiderstand die Messspannung UCE,Mess 202 ab. Nach einer Einschaltdauer wird der Transistor T2 zu einem Zeitpunkt t3 wieder sperrend geschaltet. Zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 liegt ein Abtastzeitpunkt tA, zu dem die Messspannung UCE,Mess 202 abgetastet wird. An einem nach dem Zeitpunkt t3 liegenden Zeitpunkt t4 wird auch der Leistungshalbleiter T1 wieder sperrend geschaltet.The control signal 118 is dependent on the switching signal 106 , When the switching signal 106 at a time t1 turns on the power semiconductor T1 for a pulse, after a latency time tW at a time t2, the decoupling transistor T2 by the control signal 118 switched on. While the decoupling transistor T2 is turned on, the measuring voltage UCE, measuring 202 drops at the measuring resistor. After a switch-on period, the transistor T2 is switched off again at a time t3. Between the times t2 and t3 is a sampling time tA, at which the measuring voltage UCE, measuring 202 is sampled. At a time t4 lying after the time t3, the power semiconductor T1 is also switched off again.

Hier sind zwei unterschiedliche Betriebsarten 300, 302 des Abkoppeltransistors T2 in zwei aufeinanderfolgenden Schaltzyklen des Leistungshalbleiters T1 dargestellt. In der ersten Betriebsart 300 wird der Abkoppeltransistor T2 während eines Pulses für eine Einfachabtastung einmal leitend geschaltet, die Messspannung UCE,Mess 202 abgetastet und anschließend für den Rest des Pulses wieder sperrend geschaltet. In der zweiten Betriebsart 302 wird der Abkoppeltransistor T2 für eine Mehrfachabtastung während eines Pulses mehrmals hintereinander kurz leitend geschaltet und jeweils die Messspannung 202 abgetastet.Here are two different modes 300 . 302 of Abkoppeltransistors T2 shown in two successive switching cycles of the power semiconductor T1. In the first mode 300 If the decoupling transistor T2 is turned on once during a pulse for a single scan, the measuring voltage UCE, measured 202 and then scanned for the rest of the pulse again switched off. In the second mode 302 For a multiple sampling during a pulse, the decoupling transistor T2 is briefly turned on several times in succession and in each case the measuring voltage 202 sampled.

Zwischen den Pulsen des Leistungshalbleiters T1 liegt am Abkoppeltransistor T2 die Sperrspannung UCE,off des Leistungstransistors T1 an. Da der Abkoppeltransistor T2 sperrend geschaltet ist, wird die Sperrspannung durch den Abkoppeltransistor T2 geblockt.Between the pulses of the power semiconductor T1 is located on the decoupling transistor T2, the reverse voltage UCE, off of the power transistor T1. Since the Abkoppeltransistor T2 is turned off, the reverse voltage is blocked by the Abkoppeltransistor T2.

Mit anderen Worten ist in 3 das Timing der UCE-Messschaltung in Fig. 2 während der pulsweitenmodulierten Ansteuerung des IGBT-Leistungshalbleiters T1 skizziert. Bei t0 = 0 befindet sich T1 im sperrenden Zustand und über der Kollektor-Emitter Strecke liegt eine hohe Sperrspannung von exemplarisch UCE(off) = 600V. Der Abkoppel-MOSFET T2 ist deaktiviert und trennt die Messschaltung von der Hochspannungsseite, was als Blocken von UCE(off) bezeichnet werden kann. Zum Zeitpunkt t1 wird der IGBT-Leistungshalbleiter T1 von der Treiberendstufe eingeschaltet, wodurch sich die Kollektor-Emitter Spannung auf die Vorwärtsspannung UCE(on) des Leistungshalbleiters von 0 bis 5 V reduziert. Gleichzeitig wird der tw-Timer der UCE-Messschaltung gestartet. Nach dem Ablaufen der vordefinierten Wartezeit tw schaltet die Steuerung den Abkoppel-MOSFET T2 ein und für die Messspannung 202 gilt UCE,S ≈ UCE(on). Zum Zeitpunkt t3 wird diese Messspannung 202 von einem AD-Wandler abgetastet und der Abkoppel-MOSFET T2 ausgeschaltet. Der UCE-Messvorgang ist damit abgeschlossen. Zum Zeitpunkt t4 wird der IGBT-Leistungshalbleiter T1 von der Treiberschaltung ausgeschaltet und der Abkoppel-MOSFET T2 blockt die Sperrspannung UCE(off).In other words, in 3 2 outlines the timing of the UCE measurement circuit in FIG. 2 during the pulse-width-modulated actuation of the IGBT power semiconductor T1. At t0 = 0, T1 is in the blocking state and across the collector-emitter path there is a high blocking voltage of, for example, UCE (off) = 600V. The decoupling MOSFET T2 is deactivated and disconnects the measuring circuit from the high voltage side, which may be referred to as blocking UCE (off). At time t1, the IGBT power semiconductor T1 is turned on by the driver output stage, reducing the collector-emitter voltage to the forward voltage UCE (on) of the power semiconductor from 0 to 5V. At the same time the tw-timer of the UCE measuring circuit is started. After the expiry of the predefined waiting time tw, the controller switches on the decoupling MOSFET T2 and for the measuring voltage 202 UCE, S ≈ UCE (on). At time t3, this measurement voltage becomes 202 sampled by an AD converter and the decoupling MOSFET T2 off. The UCE measurement is complete. At time t4, the IGBT power semiconductor T1 is turned off by the driver circuit and the decoupling MOSFET T2 blocks the reverse voltage UCE (off).

Wie in 3 dargestellt, ist bei einer ausreichend langen Ausschaltdauer von T2 eine Mehrfachabtastung der Kollektor-Emitter Spannung UCE(on) möglich. Die Mittelung der Abtastwerte erhöht die Störfestigkeit der UCE-Messschaltung ohne zusätzlichen Filteraufwand. Die Eliminierung dieser bei konventionellen Abkoppeldioden erforderlichen Tiefpassfilter erhöht wiederum die Dynamik der UCE-Messung und stellt einen weiteren Vorteil des entwickelten Abkoppel-MOSFETs dar.As in 3 shown, with a sufficiently long off period of T2, a multiple sampling of the collector-emitter voltage UCE (on) is possible. The averaging of the samples increases the immunity of the UCE measurement circuit without additional filter effort. The elimination of these low pass filters required in conventional decoupling diodes in turn increases the dynamics of the UCE measurement and represents another advantage of the developed decoupling MOSFETs.

4 zeigt eine Darstellung von Spannungsverläufen 400, 402 an einem Halbleiterbauelement und einer Messeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Spannungsverläufe 400, 402 sind dabei an einer realen Schaltung, wie sie beispielsweise in 2 dargestellt ist, erfasst worden. Der erste Spannungsverlauf 400 repräsentiert die Spannung UCE am elektronischen Bauelement. Die Spannung UCE beträgt hier 500 Volt, wenn das Bauteil sperrend geschaltet ist. Wenn das Bauteil leitend geschaltet ist, ist die Spannung UCE nur so hoch, wie der Spannungsabfall 104. Der Spannungsabfall 104 wird dabei durch den Innenwiderstand des Bauteils bestimmt und beträgt hier etwa zwei Volt. Der zweite Spannungsverlauf 402 repräsentiert die Spannung UCE,S 202, die in der Messeinrichtung abfällt. Bis auf Störeinkopplungen 404 beim Schalten des Leistungsbauteils ist die Spannung UCE,S 202 so lange näherungsweise null Volt, bis der Schalter von dem sperrenden Zustand in den leitenden Zustand geschaltet wird. Der Schalter wird dabei um die Wartezeit tW nach dem Bauteil leitend geschaltet, Dann liegt die Spannung UCE,S 202 an der Messeinrichtung an. Die Spannung UCE,S 202 entspricht hier im Wesentlichen dem Spannungsabfall 104 und beträgt ebenfalls etwa zwei Volt. Damit sich die Spannung UCE,S 202 stabilisiert, wird nach dem Leitendschalten des Schalters eine Stabilisierungsdauer tW2 gewartet, bis zum Zeitpunkt tA die Spannung UCE,S 202 abgetastet wird. Kurz nach dem Abtasten wird der Schalter wieder sperrend geschaltet und es liegt wieder im Wesentlichen keine Spannung mehr an. 4 shows a representation of voltage curves 400 . 402 to a semiconductor device and a measuring device according to an embodiment of the present invention. The voltage curves 400 . 402 are doing a real circuit, such as in 2 has been recorded. The first voltage curve 400 represents the voltage UCE on the electronic component. The voltage UCE is here 500 volts when the component is switched off. When the component is turned on, the voltage UCE is only as high as the voltage drop 104 , The voltage drop 104 is determined by the internal resistance of the component and is here about two volts. The second voltage curve 402 represents the voltage UCE, S 202, which drops in the measuring device. Except for sturgeon couplings 404 When switching the power device, the voltage UCE, S 202 is approximately zero volts until the switch is switched from the off state to the on state. The switch is switched to the waiting time tW after the component conductive, then the voltage UCE, S 202 is applied to the measuring device. The voltage UCE, S 202 essentially corresponds here to the voltage drop 104 and is also about two volts. In order for the voltage UCE, S 202 to stabilize, a stabilization period tW2 is waited after the switch is turned on, until the voltage UCE, S 202 is sampled at the instant tA. Shortly after the scan, the switch is again turned off and there is again essentially no voltage on.

In 4 ist die gemessene Kollektor-Emitter Spannung UCE 104 und der Kollektorstrom Ic eines FF225R12ME4 IGBT-Leistungsmoduls während eines Schaltvorgangs dargestellt. Die Zwischenkreisspannung beträgt hierbei UDC = UCE(off) = 500V. Nach einer Wartezeit von tw = 4 µs wird der Abkoppel-MOSFET eingeschaltet und über einem Messwiderstand von RM = 470 Ω die Messspannung UCE,S 202 ≈ UCE(on) 104 abgegriffen. Nach Ablauf einer weiteren Wartezeit tw2 = 16 µs wird die Spannung UCE,S 202 zum Zeitpunkt tA von einem AD-Wandler abgetastet. Die Wartezeit tw2 dient hierbei der Sicherstellung eines stationären Zustands. Sie ist auf tw2 kleiner 1 µs reduzierbar.In 4 is the measured collector-emitter voltage UCE 104 and the collector current Ic of an FF225R12ME4 IGBT power module during a switching operation. The DC link voltage is UDC = UCE (off) = 500V. After a waiting time of tw = 4 μs, the decoupling MOSFET is switched on and the measurement voltage UCE, S 202 ≈ UCE (on) 104 is tapped off via a measuring resistor of RM = 470 Ω. After another waiting time tw2 = 16 μs, the voltage UCE, S 202 is sampled by an AD converter at time tA. The waiting time tw2 serves to ensure a steady state. It can be reduced to tw2 smaller than 1 μs.

Mit anderen Worten wird die Kollektor-Emitter Spannung UCE,S 202 nach dem Einschalten des IGBTs durch Einschalten des Schalters ausgekoppelt und zur Zeit tA mit einem AD-Wandler abgetastet.In other words, the collector-emitter voltage UCE, S 202 is coupled out after switching on the IGBT by switching on the switch and sampled at time tA with an AD converter.

5 zeigt eine Darstellung eines über einen Zeitraum abgetasteten Spannungsabfalls an einem elektronischen Bauteil gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 4 ist der Spannungsabfall hier durch die in der Messeinrichtung abfallende Spannung UCE,S 202 repräsentiert. Der Spannungsabfall wird dabei über eine Vielzahl an Punkten abgetastet. Im hier dargestellten Beispiel wird die Spannung UCE,S 202 auch abgetastet, während der Schalter sperrend geschaltet ist. Die Punkte ergeben einen Verlauf des Spannungsabfalls über die Zeit. Dabei steigt der Spannungsabfall in Abhängigkeit des Stromflusses durch das Bauteil innerhalb jedes Schaltzyklus bis auf einen Maximalwert um die 2 Volt und fällt anschließend wieder bis auf näherungsweise null Volt ab. Während das Bauteil sperrend geschaltet ist, ist der Spannungsabfall konstant bei näherungsweise null Volt. 5 FIG. 12 is an illustration of a voltage drop sensed over a period of time on an electronic component according to one embodiment of the present invention. FIG. As in 4 is the voltage drop here represented by the voltage dropping in the measuring device UCE, S 202. The voltage drop is scanned over a variety of points. In the example shown here, the voltage UCE, S 202 is also sampled while the switch is turned off. The points show a course of the voltage drop over time. In this case, the voltage drop increases depending on the current flow through the component within each switching cycle up to a maximum value by 2 volts and then drops again to approximately zero volts. While the component is switched off, the voltage drop is constant at approximately zero volts.

Zuletzt zeigt 5 die Auskopplung der Messspannung UCE,S 202 während des Schaltbetriebs eines IGBT-Leistungshalbleiters innerhalb eines Pulswechselrichters bei einem niederfrequenten Wechselrichterausgangsstrom mit fel = 1 Hz und IAC = 200A. Die beschriebene UCE-Messschaltung eignet sich somit zur UCE(on)-Messung während des regulären Wechselrichterbetriebs und fungiert damit als Wegbereiter für Treiberschaltungen mit erweitertem Funktionsumfang.Last shows 5 the decoupling of the measuring voltage UCE, S 202 during the switching operation of an IGBT power semiconductor within a pulse-controlled inverter with a low-frequency inverter output current with fel = 1 Hz and IAC = 200A. The described UCE measurement circuit is therefore suitable for UCE (on) measurement during regular inverter operation and thus acts as a precursor for driver circuits with extended functionality.

6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen eines Spannungsabfalls an einem Bauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren kann auf einer Vorrichtung, wie sie beispielsweise in 1 dargestellt ist, ausgeführt werden. Das Verfahren weist einen Schritt 600 des Ansteuerns und einen Schritt 602 des Messens auf. Im Schritt 600 des Ansteuerns wird ein zwischen einem ersten Anschluss des Bauelements und einer mit einem zweiten Anschluss des Bauelements verbundenen Messeinrichtung angeordneter Schalter unter Verwendung eines Schaltsignals für das Bauelement angesteuert, wobei der Schalter leitend geschaltet wird, nachdem das Bauelement durch das Schaltsignal leitend geschaltet worden ist, und der Schalter sperrend geschaltet wird, bevor das Bauelement durch das Schaltsignal sperrend geschaltet wird. Im Schritt 602 des Messens wird der Spannungsabfall unter Verwendung der Messeinrichtung gemessen, wobei der Spannungsabfall gemessen wird, wenn der Schalter leitend geschaltet ist. 6 FIG. 12 shows a flow chart of a method for determining a voltage drop across a device according to an embodiment of the present invention. The method can be used on a device such as those in 1 is shown executed. The method has one step 600 of driving and one step 602 of measuring. In step 600 the driving means a switch arranged between a first terminal of the device and a measuring device connected to a second terminal of the device is driven using a switching signal for the device, the switch being turned on after the device has been turned on by the switching signal, and the switch is turned off, before the device is turned off by the switching signal. In step 602 measuring the voltage drop is measured using the measuring device, wherein the voltage drop is measured when the switch is turned on.

Kennzeichen des hier vorgestellten Ansatzes ist der Abgriff der Kollektor-Emitter Spannung eines Leistungshalbleiters, wie eines IGBTs oder MOSFETs mit einem Schalter, wie einem „Abkoppel-MOSFET“, dessen Drain-Anschluss mit dem Kollektor-Anschluss des Leistungshalbleiters verbunden ist. Der Source-Anschluss wird über einen Messwiderstand zum Emitter-Anschluss des Leistungshalbleiters geführt. Das Ein- und Ausschalten des Abkoppel-MOSFETs wird aus dem PWM-Signal zur Steuerung des Leistungshalbleiters abgeleitet. Realisiert werden kann dies durch eine Steuerung oder direkt aus dem Treibersignal.Characteristics of the approach presented here is the tapping of the collector-emitter voltage of a power semiconductor, such as an IGBT or MOSFETs with a switch, such as a "decoupling MOSFET" whose drain terminal is connected to the collector terminal of the power semiconductor. The source terminal is led via a measuring resistor to the emitter terminal of the power semiconductor. The switching on and off of the decoupling MOSFET is derived from the PWM signal for controlling the power semiconductor. This can be realized by a controller or directly from the driver signal.

Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.The embodiments described and shown in the figures are chosen only by way of example. Different embodiments may be combined together or in relation to individual features. Also, an embodiment can be supplemented by features of another embodiment.

Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.Furthermore, method steps according to the invention can be repeated as well as carried out in a sequence other than that described.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, this can be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment, either only the first Feature or only the second feature.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
elektronisches Bauteil, Leistungshalbleiterelectronic component, power semiconductor
102102
Vorrichtung, MessschaltungDevice, measuring circuit
104104
Spannungsabfall, VorwärtsspannungVoltage drop, forward voltage
106106
Schaltsignal, PWM SignalSwitching signal, PWM signal
108108
Schalter, Abkoppel-MOSFETSwitch, decoupling MOSFET
110110
Messeinrichtungmeasuring device
112112
Steuergerätcontrol unit
114114
erster Anschluss, Kollektoranschlussfirst connection, collector connection
116116
zweiter Anschluss, Emitteranschlusssecond connection, emitter connection
118118
Steuersignalcontrol signal
120120
Messsignalmeasuring signal
122122
Spannungswertvoltage value
200200
Messwiderstandmeasuring resistor
202202
Messspannungmeasuring voltage
204204
Treiberendstufedriver amplifier
206206
Schnittstelleinterface
208208
Datenleitungdata line
300300
erste Betriebsartfirst operating mode
302302
zweite Betriebsartsecond mode
400400
erster Spannungsverlauffirst voltage curve
402402
zweiter Spannungsverlaufsecond voltage curve
404404
StöreinkopplungInterference injection
600600
Schritt des AnsteuernsStep of driving
602602
Schritt des MessensStep of measuring

Claims (13)

Verfahren zum Bestimmen eines Spannungsabfalls (104) eines elektronischen Bauelements (100), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Ansteuern (600) eines Schalters (108) unter Verwendung eines Schaltsignals (106) für das Bauelement (100), wobei der Schalter (108) zwischen einem ersten Anschluss (114) des Bauelements (100) und einer mit einem zweiten Anschluss (116) des Bauelements (100) verbundenen Messeinrichtung (110) angeordnet ist, wobei der Schalter (108) leitend geschaltet wird, nachdem das Bauelement (100) durch das Schaltsignal (106) leitend geschaltet worden ist, und der Schalter (108) sperrend geschaltet wird, bevor das Bauelement (100) durch das Schaltsignal (106) sperrend geschaltet wird; und Messen (602) des Spannungsabfalls (104) unter Verwendung der Messeinrichtung (110), wobei der Spannungsabfall (104) gemessen wird, wenn der Schalter (108) leitend geschaltet ist.A method of determining a voltage drop (104) of an electronic device (100), the method comprising the steps of: driving (600) a switch (108) using a switching signal (106) for the device (100), the switch ( 108) between a first terminal (114) of the component (100) and a measuring device (110) connected to a second terminal (116) of the component (100), the switch (108) being turned on after the component (100) has passed through Switching signal (106) has been turned on, and the switch (108) is turned off before the device (100) by the switching signal (106) is turned off; and measuring (602) the voltage drop (104) using the measuring device (110), wherein the voltage drop (104) is measured when the switch (108) is turned on. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem im Schritt (600) des Ansteuerns der Schalter (108) um eine Wartezeitdauer später leitend geschaltet wird, als das Bauelement (100).Method according to Claim 1 in which, in step (600) of the driving, the switch (108) is turned on by a waiting period later than the device (100). Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (602) des Messens der Spannungsabfall (104) um eine Stabilisierungsdauer später gemessen wird, als der Schalter (108) leitend geschaltet wird.The method of any one of the preceding claims, wherein in step (602) of measuring, the voltage drop (104) is measured by a stabilization time later than the switch (108) is turned on. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (600) des Ansteuerns der Schalter (108) nach einer Schaltzeitdauer sperrend geschaltet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein in the step (600) of driving, the switch (108) is turned off after a switching period. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Schritte (600, 602) des Verfahrens wiederholt werden, während das Bauelement (100) leitend geschaltet ist.Method according to one of the preceding claims, in which the steps (600, 602) of the method are repeated while the component (100) is turned on. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (600) des Ansteuerns der Schalter (108) sperrend gehalten wird, während das das Bauelement (100) durch das Schaltsignal (106) sperrend geschaltet ist.A method according to any one of the preceding claims, wherein in the step (600) of driving, the switch (108) is held off while the device (100) is turned off by the switching signal (106). Steuergerät (112), das dazu ausgebildet ist, die Schritte des Verfahrens gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche unter Verwendung des Schaltsignals (106) anzusteuern.A controller (112) adapted to drive the steps of the method of any one of the preceding claims using the switching signal (106). Vorrichtung (102) zum Bestimmen eines Spannungsabfalls (104) eines elektronischen Bauelements (100), wobei die Vorrichtung (102) die folgenden Merkmale aufweist: einen mit einem ersten Anschluss (114) des Bauelements (100) verbindbaren Schalter (108); eine mit dem Schalter (108) verbundene Messeinrichtung (110) zum Messen des Spannungsabfalls (104), wobei die Messeinrichtung (110) mit einem zweiten Anschluss (116) des Bauelements (100) verbindbar ist; und einem Steuergerät (112) gemäß Anspruch 7.An apparatus (102) for determining a voltage drop (104) of an electronic component (100), the apparatus (102) comprising: a switch (108) connectable to a first terminal (114) of the device (100); a measuring device (110) connected to the switch (108) for measuring the voltage drop (104), wherein the measuring device (110) can be connected to a second connection (116) of the component (100); and a controller (112) according to Claim 7 , Vorrichtung (102) gemäß Anspruch 8, mit einer Treiberendstufe (204) zum Wandeln des Schaltsignals (106), wobei die Treiberendstufe (204) mit einem Steueranschluss des Bauelements (100) verbindbar ist.Device (102) according to Claim 8 , with a driver output stage (204) for converting the switching signal (106), wherein the driver output stage (204) is connectable to a control terminal of the component (100). Vorrichtung (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der der Schalter (108) ein ansteuerbares Halbleiterbauelement (108) ist.Device (102) according to one of the preceding claims, in which the switch (108) is a drivable semiconductor component (108). Bauelement (100) mit einer Vorrichtung (102) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Bauelement (100) ein Halbleiterbauelement mit einem Kollektoranschluss (114), einem Gateanschluss und einem Emitteranschluss (116) ist, wobei der Schalter (108) zwischen dem Kollektoranschluss (114) und der mit dem Emitteranschluss (116) verbundenen Messeinrichtung (110) angeordnet ist, und das Steuergerät (112) mit einer Steuerleitung des Gateanschlusses verbunden ist.Device (100) with a device (102) according to one of Claims 8 to 10 wherein the device (100) is a semiconductor device having a collector terminal (114), a gate terminal, and an emitter terminal (116), the switch (108) connected between the collector terminal (114) and the measuring device (110) connected to the emitter terminal (116) ), and the controller (112) is connected to a control line of the gate terminal. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen.Computer program adapted to carry out the method according to one of the preceding claims. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 12 gespeichert ist.Machine-readable storage medium on which the computer program is based Claim 12 is stored.
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