DE102017204052A1 - Method and control device for determining a voltage drop of an electronic component - Google Patents
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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. 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.
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.
- 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.
- 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.
-
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.
Die Messeinrichtung
In einem Ausführungsbeispiel ist der Gateanschluss G des Leistungshalbleiters T1 100 über einen Gatewiderstand RG mit einer Treiberendstufe
Die Schaltung
Mit anderen Worten zeigt
Die Schaltung
Die vorgestellte UCE(on)-Messschaltung 102 ermöglicht eine sehr genaue Messung beziehungsweise Auskopplung der Kollektor-Emitter-Spannung UCE(on) 104 eines periodisch eingeschalteten Leistungshalbleiters
Im eingeschalteten Zustand des Leistungshalbleiters
Durch die Auskopplung der UCE(on)-Spannung 104 in einem Wechselrichter kann beispielsweise ein Überstromschutz des Leistungshalbleiters
Die UCE(on)-Spannung 104 während des Wechselrichterbetriebs kann alternativ unter Verwendung einer „Abkoppel-Diode“ erfasst werden, welche am Kollektor
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)
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
Mit anderen Worten zeigt
Der erste Signalverlauf bildet das Schaltsignal
Der zweite Signalverlauf bildet das Steuersignal
Das Steuersignal
Hier sind zwei unterschiedliche Betriebsarten
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
Wie in
In
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,
Zuletzt zeigt
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)
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