DE102017211045A1 - Method and device for determining a current flow through a semiconductor shell - Google Patents

Method and device for determining a current flow through a semiconductor shell Download PDF

Info

Publication number
DE102017211045A1
DE102017211045A1 DE102017211045.7A DE102017211045A DE102017211045A1 DE 102017211045 A1 DE102017211045 A1 DE 102017211045A1 DE 102017211045 A DE102017211045 A DE 102017211045A DE 102017211045 A1 DE102017211045 A1 DE 102017211045A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
value
semiconductor switch
voltage
temperature
current flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102017211045.7A
Other languages
German (de)
Inventor
Marco Denk
Mark-Matthias Bakran
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Priority to DE102017211045.7A priority Critical patent/DE102017211045A1/en
Publication of DE102017211045A1 publication Critical patent/DE102017211045A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0828—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in composite switches
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/01—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using semiconducting elements having PN junctions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0092—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring current only
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/14—Modifications for compensating variations of physical values, e.g. of temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/32—Compensating for temperature change
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0027—Measuring means of, e.g. currents through or voltages across the switch

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren (400) zur Bestimmung eines Stromflusses (I) durch einen Halbleiterschalter (105), wobei das Verfahren (400) einen Schritt des Bereitstellens (410) eines Spannungswertes (U) und eines Temperaturwertes (T) aufweist, wobei der Spannungswert (U) eine Spannung zwischen zwei Anschlüssen (110a, 110b) des Halbleiterschalters (105) repräsentiert und der Temperaturwert (T) eine Temperatur in einer zwischen den Anschlüssen (110a, 110b) des Halbleiterschalters (105) angeordneten Sperrschicht (120) repräsentiert. Ferner umfasst das Verfahren (400) einen Schritt des Ermittelns (420) des Stromflusses (I) durch den Halbleiterschalter (105) unter Verwendung des Spannungswertes (U), des Temperaturwertes (T) und eines vordefinierten Zusammenhangs (140) zwischen dem Spannungswert(U), dem Temperaturwert (T) und dem Stromfluss (I).The present invention relates to a method (400) for determining a current flow (I) through a semiconductor switch (105), the method (400) comprising a step of providing (410) a voltage value (U) and a temperature value (T) the voltage value (U) represents a voltage between two terminals (110a, 110b) of the semiconductor switch (105) and the temperature value (T) represents a temperature in a barrier layer (120) arranged between the terminals (110a, 110b) of the semiconductor switch (105) , Furthermore, the method (400) comprises a step of determining (420) the current flow (I) through the semiconductor switch (105) using the voltage value (U), the temperature value (T) and a predefined relationship (140) between the voltage value (U ), the temperature value (T) and the current flow (I).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Stromflusses durch einen Halbleiterschalter sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung eines vordefinierten Zusammenhangs zwischen einem Spannungswert, einem Temperaturwert und einem Stromfluss durch einen Halbleiterschalter gemäß den Hauptansprüchen.The present invention relates to a method and a device for determining a current flow through a semiconductor switch, and to a method and a device for determining a predefined relationship between a voltage value, a temperature value and a current flow through a semiconductor switch according to the main claims.

In leistungselektronischen Systemen, beispielsweise in Wechselrichtern für elektrische Fahrzeugantriebe oder in Windenergieanlagen, kommt der Messung des zumeist sinusförmigen Wechselrichterausgangsstromes eine zentrale Bedeutung zu. Exemplarisch genannt seien die auf Basis des gemessenen Phasenstromes realisierte feldorientierte Regelung einer Antriebsmaschine sowie deren Schutz vor einer etwaigen Überlastung. Zur Messung des Phasenstromes werden beispielsweise zumeist kommerziell etablierte, auf dem Hall-Effekt oder dem magnetoresistiven Effekt basierende Sensorsysteme eingesetzt, deren Verwendung jedoch neben wirtschaftlichen Aspekten auch aufgrund deren großer geometrischer Abmessungen problematisch ist. Der Wunsch nach Wechselrichtern mit immer höheren Leistungsdichten führt zur Zuspitzung dieser Problematik und Hersteller leistungselektronischer Systeme fordern neue Ansätze zur Messung des Phasenstromes mit einem deutlich reduzierten Sensoraufwand (in Bezug auf Einbaumaße und/oder Kosten). Gesucht wird insbesondere eine Lösung zur Strommessung, die ohne explizit eingebaute Stromsensoren arbeitet und zudem direkt in die Ansteuer- oder Treiberschaltung des Leistungshalbleiters integriert werden kann.In power electronic systems, for example in inverters for electric vehicle drives or in wind turbines, the measurement of the usually sinusoidal inverter output current is of central importance. By way of example, the field-oriented control of a prime mover realized on the basis of the measured phase current and their protection against any overloading may be mentioned. To measure the phase current, for example, commercially established sensor systems based on the Hall effect or the magnetoresistive effect are mostly used, but their use is problematic not only because of their economic aspects but also because of their large geometric dimensions. The desire for inverters with ever higher power densities leads to the escalation of this problem and manufacturers of power electronic systems demand new approaches for measuring the phase current with a significantly reduced sensor effort (in terms of installation dimensions and / or costs). What is sought in particular is a solution for current measurement which operates without explicitly installed current sensors and can also be integrated directly into the drive or driver circuit of the power semiconductor.

Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung eines Stromflusses durch einen Halbleiterschalter, ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung eines vordefinierten Zusammenhangs zwischen einem Spannungswert, einem Temperaturwert und einem Stromfluss durch einen Halbleiterschalter sowie entsprechende Vorrichtungen 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 current flow through a semiconductor switch, an improved method for determining a predefined relationship between a voltage value, a temperature value and a current flow through a semiconductor switch and corresponding devices according to the main claims. Advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims and the description below.

Der vorgestellte Ansatz schafft ein Verfahren zur Bestimmung eines Stromflusses durch einen Halbleiterschalter, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

  • - Bereitstellen eines Spannungswertes und eines Temperaturwertes, wobei der Spannungswert eine Spannung zwischen zwei Anschlüssen des Halbleiterschalters repräsentiert und der Temperaturwert eine Temperatur in einer zwischen den Anschlüssen des Halbleiterschalters angeordneten Sperrschicht repräsentiert; und
  • - Ermitteln des Stromflusses durch den Halbleiterschalter unter Verwendung des Spannungswertes, des Temperaturwertes und eines vordefinierten Zusammenhangs zwischen dem Spannungswert, dem Temperaturwert und dem Stromfluss.
The presented approach provides a method for determining a current flow through a semiconductor switch, the method comprising the following steps:
  • Providing a voltage value and a temperature value, wherein the voltage value represents a voltage between two terminals of the semiconductor switch and the temperature value represents a temperature in a barrier layer arranged between the terminals of the semiconductor switch; and
  • - Determining the current flow through the semiconductor switch using the voltage value, the temperature value and a predefined relationship between the voltage value, the temperature value and the current flow.

Unter einem Halbleiterspeicher kann beispielsweise MOSFET-Transistor, ein Thyristor, ein Triac oder dergleichen verstanden werden, welche in der Lage sind, elektrische Leistungen zu schalten. Unter Anschlüssen eines solchen Halbleiterschalters kann beispielsweise ein Source-Anschluss oder ein Drain-Anschluss verstanden werden. Unter einer Sperrschicht des Halbleiterschalters kann beispielsweise eine (beispielsweise entsprechend dotierte) Schicht in einem Substrat des Halbleiterschalters verstanden werden, welche bei einem durchgeschalteten Halbleiterschalter leitend geschaltet ist und bei dem gesperrten Halbleiterschalter isolierend geschaltet ist. Beispielsweise kann diese Sperrschicht im Falle eines MOSFET-Transistors durch die Kanalschicht gebildet sein.A semiconductor memory can be understood, for example, as a MOSFET transistor, a thyristor, a triac or the like, which are capable of switching electrical powers. By way of example, connections of such a semiconductor switch can be understood to mean a source connection or a drain connection. A barrier layer of the semiconductor switch may, for example, be understood to be a layer (for example suitably doped) in a substrate of the semiconductor switch which is turned on when the semiconductor switch is turned on and is isolated in the case of the blocked semiconductor switch. For example, in the case of a MOSFET transistor, this barrier layer may be formed by the channel layer.

Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass der Stromfluss durch den Halbleiterschalter technisch sehr einfach und ohne zusätzliche Sensoren dadurch bestimmt werden kann, dass ein vorab erfasster temperaturabhängiger Widerstand zwischen den Anschlüssen des Halbleiterschalters berücksichtigt wird und eine zwischen diesen Anschlüssen anliegende Spannung ermittelt werden kann. Hierbei kann ein vordefinierter Zusammenhang, der beispielsweise bereits bei der Herstellung des (einzelnen) Halbleiterschalters in der Form eines Kennlinienfeldes oder einer Nachschlagetabelle ermittelt wurde, eingesetzt werden, um bei Kenntnis des aktuellen Spannungs- und Temperaturwerts aus diesem vordefinierten Zusammenhang direkt den Stromfluss durch den Halbleiterschalter auszugeben. Insofern kann das hier vorgestellte Verfahren als Messverfahren bezeichnet werden, da durch die aktuellen Messgrößen der Spannung und der Temperatur ein Stromfluss ermittelt wird. Im engeren Sinne handelt es sich bei dem hier vorgestellten Ansatz jedoch um ein Bestimmungsverfahren, da durch die Verwendung des vorbestimmten Zusammenhangs die (gemessenen) Werte lediglich verwendet werden, um aus dem vorbestimmten Zusammenhang den Stromfluss abzulesen, zu bestimmen oder anderweitig zu ermitteln, wobei zu dieser Bestimmung keine Berechnung, d. h., keine algorithmische Verknüpfung des Spannungswertes und des Temperautrwertes in eine mathematische Formel erfolgen braucht, abgesehen evtl. von einer Interpolation der im vorbestimmten Zusammenhang abgelegten Daten. Hierdurch lässt sich vorteilhaft ein für den individuellen Halbleiterschalter sehr präziser Wert des Stromflusses bestimmen, ohne dass für eine solche Bestimmung zusätzliche Sensoren benötigt werden. Auf diese Weise lässt sich einerseits Bauraum einsparen und zugleich eine robuste und dennoch genaue Bestimmung des Stromflusses durch den Halbleiterschalter sicherstellen.The approach presented here is based on the finding that the current flow through the semiconductor switch can be determined technically very simply and without additional sensors by taking into account a previously detected temperature-dependent resistance between the terminals of the semiconductor switch and a voltage applied between these terminals can be determined , In this case, a predefined relationship, which has already been determined, for example, during the production of the (single) semiconductor switch in the form of a characteristic field or a look-up table, can be used to directly know the current flow through the semiconductor switch, knowing the current voltage and temperature value from this predefined relationship issue. In this respect, the method presented here can be referred to as a measuring method, since a current flow is determined by the current measured variables of the voltage and the temperature. In the narrower sense, however, the approach presented here is a determination method, since the use of the predetermined relationship only uses the (measured) values to read, determine or otherwise determine the current flow from the predetermined relationship This determination no calculation, ie, no algorithmic linkage of the voltage value and the Temperautrwertes needs to be done in a mathematical formula, apart from possibly an interpolation of the data stored in the predetermined context. This advantageously makes it possible to obtain a very precise value for the individual semiconductor switch Determine current flow, without additional sensors are needed for such a determination. On the one hand space can be saved in this way and at the same time a robust and yet accurate determination of the current flow through the semiconductor switch can be ensured.

Gemäß einer besonders günstigen Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes kann im Schritt der Schritt des Bereitstellens als Spannungswert ein Wert eingelesen oder bereitgestellt werden, der einer Spannung entspricht, die innerhalb eines Toleranzbereichs zu einer gleichen Zeit aufgenommen wurde, zu der eine dem Temperaturwert entsprechende Temperatur aufgenommen wurde. Unter einem solchen Toleranzbereich kann beispielsweise ein Zeitfenster von 1 µs bis 1 ms verstanden werden, innerhalb dessen der Spannungswert und der Temperaturwert aufgenommen oder abgetastet werden. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes stellt sicher, dass der Spannungswert auch zu einem entsprechenden Temperaturwert korrespondiert, sodass nicht eine Erhöhung der Temperatur in der Sperrschicht nach dem Erfassen des Spannungswerts zu einer Bestimmung eines falschen Stromflusses durch den Halbleiterschalter führt.According to a particularly favorable embodiment of the approach proposed here, a value which corresponds to a voltage which has been recorded within a tolerance range at the same time at which a temperature corresponding to the temperature value was recorded can be read or provided as a voltage value in the step of providing , Such a tolerance range can be understood, for example, as a time window of 1 μs to 1 ms, within which the voltage value and the temperature value are recorded or sampled. Such an embodiment of the approach proposed here ensures that the voltage value also corresponds to a corresponding temperature value, so that an increase in the temperature in the barrier layer after the detection of the voltage value does not lead to a determination of a false current flow through the semiconductor switch.

Günstig ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der im Schritt des Bereitstellens eine Mehrzahl von Spannungswerten und Temperaturwerten eingelesen werden, wobei im Schritt des Ermittelns eine Mehrzahl von Stromflusswerten unter Verwendung der Spannungswerte, der Temperaturwerte und des vordefinierten Zusammenhangs ermittelt werden, wobei der Stromfluss durch den Halbleiterschalter durch ein Mitteln der Stromflusswerte ermittelt wird. Unter einem Mitteln kann beispielsweise die Bildung eines arithmetischen oder anderweitig gewichteten Mittelwerts verstanden werden. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil der möglichen Kompensation von (kleineren) Messwertfehlern, die sich bei einer solchen Mittelung weitgehend unterdrücken lassen.Also favorable is an embodiment of the approach proposed here, in which in the step of providing a plurality of voltage values and temperature values are read, wherein in the step of determining a plurality of current flow values are determined using the voltage values, the temperature values and the predefined relationship, wherein the Current flow through the semiconductor switch is determined by averaging the current flow values. For example, means may be taken to mean the formation of an arithmetic or otherwise weighted average. Such an embodiment of the approach proposed here offers the advantage of the possible compensation of (smaller) measured value errors, which can be largely suppressed in such an averaging.

Denkbar ist ferner eine weitere Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der im Schritt des Bereitstellens ferner ein Steueranschlussspannungswert und/oder ein Umgebungstemperaturwert eingelesen wird, wobei der Steueranschlussspannungswert eine Spannung zwischen einem Steueranschluss des Halbleiterschalters und einem der Anschlüsse des Halbleiterschalters repräsentiert und der Umgebungstemperaturwert eine Temperatur in einer Außenumgebung des Halbleiterschalters repräsentiert. Ferner kann im Schritt des Ermittelns der Stromfluss durch den Halbleiterschalter unter Verwendung des Spannungswertes, des Temperaturwertes und des Steueranschlussspannungswerts und/oder des Umgebungstemperaturwerts sowie dem vordefinierten Zusammenhang zwischen dem Spannungswert, dem Temperaturwert, dem Steueranschlussspannungswert und/oder dem Umgebungstemperaturwert und dem Stromfluss ermittelt werden. In diesem Fall ist der vorbesteimmte Zusammenhang neben der Spannung zwischen den Anschlüssen und der Sperrschichttemperatur auch noch von dem Steueranschlussspannungswert und/oder dem Umgebungstemperaturwert abhängig. Unter einem Steueranschlussspannungswert kann beispielsweise ein Wert einer Spannung verstanden werden, die an einem Steuer(spannungs)anschluss, wie beispielsweise einer Gate-Elektrode eines MOSFET-Transistors als Halbleiterschalter anliegt. Unter einer Temperatur einer Außenumgebung des Halbleiterschalters kann eine Temperatur verstanden werden, die nicht unmittelbar durch einen Stromfluss durch den Halbleiterschalter verursacht ist. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet durch die Berücksichtigung von weiteren, für den Stromfluss durch den Halbleiterschalter relevanten Größen eine Möglichkeit zur präziseren Ermittlung des durch den Halbleiterschalter fließenden Stroms.Also conceivable is a further embodiment of the approach proposed here, in which in the step of providing further a Steueranschlussspannungswert and / or an ambient temperature value is read, wherein the Steueranschlussspannungswert represents a voltage between a control terminal of the semiconductor switch and one of the terminals of the semiconductor switch and the ambient temperature value is a temperature represented in an external environment of the semiconductor switch. Furthermore, in the step of determining the current flow through the semiconductor switch can be determined using the voltage value, the temperature value and the control terminal voltage value and / or the ambient temperature value and the predefined relationship between the voltage value, the temperature value, the control terminal voltage value and / or the ambient temperature value and the current flow. In this case, the predetermined relationship, in addition to the voltage between the terminals and the junction temperature, also depends on the control terminal voltage value and / or the ambient temperature value. A control terminal voltage value may, for example, be understood to be a value of a voltage which is applied to a control (voltage) connection, such as, for example, a gate electrode of a MOSFET transistor as a semiconductor switch. A temperature of an external environment of the semiconductor switch can be understood to mean a temperature which is not directly caused by a current flow through the semiconductor switch. Such an embodiment of the approach proposed here offers a possibility for more precise determination of the current flowing through the semiconductor switch by taking into account further variables which are relevant for the current flow through the semiconductor switch.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes wird ein Verfahren zur Ermittlung eines vordefinierten Zusammenhangs zwischen einem Spannungswert, einem Temperaturwert und einem Stromfluss durch einen Halbleiterschalter vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

  • - Bereitstellen des Spannungswertes, des Temperaturwertes und des Stromwertes, wobei der Spannungswert eine Spannung zwischen zwei Anschlüssen des Halbleiterschalters repräsentiert und der Temperaturwert eine Temperatur in einer zwischen den Anschlüssen des Halbleiterschalters angeordneten Sperrschicht repräsentiert und der Stromwert den Stromfluss durch den Halbleiterschalter repräsentiert; und
  • - Ermitteln des vordefinierten Zusammenhangs unter Verwendung des Stromwerts, des Spannungswertes und des Temperaturwertes.
According to a further embodiment of the approach proposed here, a method for determining a predefined relationship between a voltage value, a temperature value and a current flow through a semiconductor switch is presented, the method comprising the following steps:
  • Providing the voltage value, the temperature value and the current value, the voltage value representing a voltage between two terminals of the semiconductor switch and the temperature value representing a temperature in a barrier layer arranged between the terminals of the semiconductor switch and the current value representing the current flow through the semiconductor switch; and
  • Determining the predefined relationship using the current value, the voltage value and the temperature value.

Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, einen (individuellen) vorbestimmten Zusammenhang zwischen dem Stromfluss durch den (jeweils aktuell betrachteten) Halbleiterschalter, dem Spannungswert und dem Temperaturwert erfassen bzw. abbilden zu können. Dieser vordefinierte Zusammenhang kann beispielsweise, wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, als Kennlinienfeld oder als Nachschlagetabelle implementiert sein, in welcher erfassten Spannungs- und Temperaturwerten je ein Wert eines Stromflusses durch den Halbleiterschalter zugeordnet wird. Auf diese Weise lassen sich die einzelnen, bei der Herstellung des jeweiligen Halbleiterschalters prozesstechnisch bedingten Charakteristika sehr präzise abbilden, sodass die Verwendung eines solchen vorbestimmten Zusammenhangs zu einer sehr genauen Ermittlung eines Stromflusses durch den Halbleiterschalter verwendet werden kann. Die Begriffe Stromfluss und Stromwert können in diesem Kontext synonym verwendet werden, da sie inhaltlich gleiche Werte bezeichnen, die jedoch einerseits bei der Sensierung des Stromflusses bei bekanntem vorbestimmten Zusammenhang und andererseits zur Ermittlung des vorbestimmten Zusammenhangs dienen.Such an embodiment of the approach proposed here has the advantage of being able to detect or map an (individual) predetermined relationship between the current flow through the (respectively currently considered) semiconductor switch, the voltage value and the temperature value. This predefined relationship can be implemented, for example, as already explained above, as a characteristic field or as a look-up table, in which detected voltage and temperature values are each assigned a value of a current flow through the semiconductor switch. In this way, the individual, at the Production of the respective semiconductor switch process-related characteristics map very precisely, so that the use of such a predetermined relationship can be used to a very accurate determination of a current flow through the semiconductor switch. The terms current flow and current value can be used interchangeably in this context, since they denote the same contents in terms of content, but on the one hand serve to sense the current flow in the case of a known predetermined relationship and on the other hand to determine the predetermined relationship.

Von Vorteil ist weiterhin eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der im Schritt des Bereitstellens ein Spannungswert bereitgestellt wird, der einer Spannung entspricht, die zu einem Zeitpunkt abgetastet wurde, der sich innerhalb eines Toleranzbereichs von einem Zeitpunkt der Abtastung der den Temperaturwert repräsentierenden Temperatur unterscheidet. Speziell wird beispielsweise der Spannungswerte zu einem anderen (beispielsweise vorausgegangenen) Zeitpunkt abgetastet, als der Temperaturwert, wobei jedoch der Spannungswert dennoch dem Temperaturwert zugeordnet wird, um als Basis für die Ermittlung des Stromflusses durch den Halbleiterschalter zu dienen. Auf diese Weise lässt sich bei der Aufzeichnung oder Erfassung des vorbestimmten Zusammenhangs eine thermische Trägheit des Halbleiterschalters berücksichtigen, die bei einer zeitgleichen Messung der Spannung zwischen den Anschlüssen des Halbleiterschalters und der Temperatur der Sperrschicht nicht hinreichend berücksichtigt werden könnte.Also of advantage is an embodiment of the approach proposed here in which, in the step of providing, a voltage value is provided which corresponds to a voltage which was sampled at a time which differs within a tolerance range from a time of sampling of the temperature representing the temperature value , Specifically, for example, the voltage value is sampled at a different (eg, previous) time than the temperature value, but the voltage value is still associated with the temperature value to serve as the basis for determining the current flow through the semiconductor switch. In this way, when recording or detecting the predetermined relationship, a thermal inertia of the semiconductor switch can be taken into account, which could not be sufficiently taken into account in a simultaneous measurement of the voltage between the terminals of the semiconductor switch and the temperature of the barrier layer.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes kann im Schritt des Bereitstellens ein Steueranschluss des Halbleiterschalters unter Verwendung eines PWM-Signals angesteuert werden, um den Spanungswert und den Temperaturwert abzutasten. Die Verwendung eines solchen PWM-Signals (PWM = Pulsweiterenmodulation) an dem Steueranschluss des Halbleiterschalters, der ein Durchschalten oder ein Öffnen dieses Halbleiterschalters steuert, ermöglicht, dass beim Ermitteln des vorbestimmten Zusammenhangs der Halbleiterschalter in regelmäßigen Abständen wieder in den ausgeschalteten Zustand zurückversetzt wird. In diesem ausgeschalteten Zustand kann die Sperrschicht beispielsweise wieder abkühlen, sodass der vorbestimmte Zusammenhang sehr präzise und störungsarm in einem sehr engen Raster von Spannungswerten und Temperaturwerten ermittelt werden kann.According to another embodiment of the approach proposed here, in the providing step, a control terminal of the semiconductor switch can be driven using a PWM signal to sample the voltage value and the temperature value. The use of such PWM signal (PWM = Pulse weitererenmodulation) signal at the control terminal of the semiconductor switch, which controls a switching on or opening of this semiconductor switch, allows that in determining the predetermined relationship, the semiconductor switches at regular intervals back to the off state. In this switched-off state, the barrier layer can, for example, cool down again so that the predetermined relationship can be determined very precisely and without interference in a very narrow grid of voltage values and temperature values.

Von Vorteil ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der im Schritt des Bereitstellens zur Ermittlung der durch den Temperaturwert repräsentierten Temperatur der Halbleiterschalter ausgeschaltet wird und ein Steueranschluss des Halbleiterschalters mit einer gegenüber einem eingeschalteten Zustand des Halbleiterschalters negativen Spannung beaufschlagt wird. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil einer technisch sehr einfachen und dennoch zuverlässigen Möglichkeit zur präzisen Bestimmung einer Temperatur der Sperrschicht des Halbleiterschalters.Another advantage is an embodiment of the approach proposed here, in which in the step of providing for determining the temperature represented by the temperature value, the semiconductor switch is turned off and a control terminal of the semiconductor switch is acted upon with respect to a switched-state of the semiconductor switch negative voltage. Such an embodiment of the approach proposed here offers the advantage of a technically very simple and yet reliable possibility for the precise determination of a temperature of the junction of the semiconductor switch.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes kann im Schritt des Ermittelns der vorbestimmte Zusammenhang unter Verwendung einer Tiefpassfilterung ermittelt wird. Insbesondere kann eine solche Tiefpassfilterung anhand von (erfassten) Spannungswerten, (erfassten) Temperaturwerten (d. h. eindimensional) und/oder einer Kombination von (erfassten) Spannungswerten und (erfassten) Temperaturwerten (d. h. auch zweidimensional) durchgeführt werden. Hierdurch kann eine Kompensation oder zumindest Verminderung des Einflusses von Messfehlern bei der Erfassung der einzelnen Spannungswerte und/oder Temperaturwerte erreicht werden, auf deren Basis dann der vorbestimmte Zusammenhang ermittelt wird. Diese Weise lässt sich die Genauigkeit des vorbestimmten Zusammenhangs in Bezug auf eine Aussagekraft bei bereitgestellten Spannungs- und Temperaturwerten zu einem Stromfluss nochmals verbessern.According to a further embodiment of the approach proposed here, the predetermined relationship can be determined using low-pass filtering in the step of determining. In particular, such low-pass filtering can be performed on the basis of (detected) voltage values, (detected) temperature values (i.e., one-dimensional), and / or a combination of (detected) voltage values and (detected) temperature values (i.e., also two-dimensional). In this way, a compensation or at least reduction of the influence of measurement errors in the detection of the individual voltage values and / or temperature values can be achieved, on the basis of which the predetermined relationship is determined. This way, the accuracy of the predetermined relationship with respect to a validity of provided voltage and temperature values to a current flow can be further improved.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes wird eine Vorrichtung vorgestellt, die eingerichtet ist, um die Schritte eines Verfahrens gemäß einer hier vorgestellten Ausführungsform in entsprechenden Einheiten auszuführen. Auch mit einer solchen Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes lassen sich die Vorteile des hier vorgestellten Ansatzes realisieren.According to a further embodiment of the approach proposed here, a device is provided which is set up to execute the steps of a method according to an embodiment presented here in corresponding units. Even with such an embodiment of the approach presented here, the advantages of the approach presented here can be realized.

Eine Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung 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 der Vorrichtung 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 device may be an electrical device that processes electrical signals, such as sensor signals, and outputs control signals in response thereto. The device may have one or more suitable interfaces, which may be formed in hardware and / or software. For example, in a hardware configuration, the interfaces may be part of an integrated circuit in which functions of the device 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 that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.

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.Also of advantage is a computer program product with program code which is stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical disk Memory may be stored and used to perform the method according to any of the embodiments described above, when the program is executed on a computer or a device.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Stromflusses durch einen Halbleiterschalter gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 2 Diagramme, in denen beispielhaft eine Kollektor-Emitter-Spannung UCE und eine Sperrschichttemperatur TJ eines IGBT-Halbleiters als Halbleiterschalter während eines Wechselrichterbetriebes mit fel = 1 Hz und IAC = 200A über die Zeit t dargestellt ist;
  • 3 ein Diagramm, in dem beispielhaft ein berechneter bzw. ermittelter Stromfluss Ic aus Messwerten U CE und TJ und dem Transferzusammenhang bzw. vordefinierten Zusammenhang während des PWM-Betriebes mit fel =1 Hz und IAC =200A über die Zeit t dargestellt ist;
  • 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung eines Stromflusses durch einen Halbleiterschalter;
  • 5 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Stromflusses durch einen Halbleiterschalter;
  • 6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Ermittlung eines vordefinierten Zusammenhangs zwischen einem Spannungswert, einem Temperaturwert und einem Stromfluss durch einen Halbleiterschalter; und
  • 7 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Ermittlung eines vordefinierten Zusammenhangs zwischen einem Spannungswert, einem Temperaturwert und einem Stromfluss durch einen Halbleiterschalter.
The invention will be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • 1 a block diagram of an apparatus for determining a current flow through a semiconductor switch according to an embodiment;
  • 2 Graphs in which, for example, a collector-emitter voltage U CE and a junction temperature T J of an IGBT semiconductor as a semiconductor switch during inverter operation with f el = 1 Hz and I AC = 200A over time t;
  • 3 a diagram in which, for example, a calculated or determined current flow Ic from measured values U CE and T J and the transference relationship or predefined relationship during PWM operation with f el = 1 Hz and I AC = 200A over time t;
  • 4 a flow diagram of a method for determining a current flow through a semiconductor switch;
  • 5 a block diagram of a device for determining a current flow through a semiconductor switch;
  • 6 a flowchart of a method for determining a predefined relationship between a voltage value, a temperature value and a current flow through a semiconductor switch; and
  • 7 a block diagram of a device for determining a predefined relationship between a voltage value, a temperature value and a current flow through a semiconductor switch.

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 einer Vorrichtung 100 zur Bestimmung eines Stromflusses IC durch einen Halbleiterschalter 105, der in diesem Ausführungsbeispiel als IGBT oder als MOSFET-Transistor ausgestaltet ist. Der Halbleiterschalter 105 weist zwei Anschlüsse 110a und 110b auf, die beispielsweise, je nach verwendetem Typ des Halbleiterschalters 105, als Kollektoranschluss bzw. Emitteranschluss oder als Drainanschluss bzw. Sourceanschluss bezeichnet werden können. Mittels einer an einem Steuer(spannungs)anschluss 115 des Halbleiterschalters 115 anzulegenden Spannung kann eine Sperrschicht 120 des Halbleiterschalters 105 zwischen den beiden Anschlüssen 110a und 110b leitend oder sperrend geschaltet werden, sodass der Halbleiterschalter 105 hierdurch geöffnet bzw. geschlossen wird. 1 shows a block diagram of a device 100 for determining a current flow IC through a semiconductor switch 105 which is designed in this embodiment as an IGBT or as a MOSFET transistor. The semiconductor switch 105 has two connections 110a and 110b on, for example, depending on the type of semiconductor switch used 105 , can be referred to as a collector terminal or emitter terminal or as a drain terminal or source terminal. By means of a at a control (voltage) connection 115 of the semiconductor switch 115 voltage to be applied can be a barrier layer 120 of the semiconductor switch 105 between the two connections 110a and 110b be turned on or off, so that the semiconductor switch 105 is thereby opened or closed.

Um nun den Stromfluss IC durch den Halbleiterschalter 105 zu erfassen, umfasst die Vorrichtung 100 eine Spannungsmesseinheit 125, die ausgebildet ist, um die zwischen den Anschlüssen 110a und 110b abfallende Spannung UCE bei einem Stromfluss IC durch den Halbleiterschalter 105 zu erfassen und einen diese Spannung repräsentierenden Spannungswert UCE bereitzustellen. Hierzu kann beispielsweise eine Spannung zwischen dem Abschluss 110a und dem auf Massepotenzial GND geschalteten Anschluss 110b erfasst werden. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 100 eine Temperaturmesseinheit 130, die ausgebildet ist, um eine Temperatur der Sperrschicht 120 des Halbleiterschalters 105 zu erfassen und einen diese Temperatur repräsentierenden Temperaturwert TJ bereitzustellen. Der Spannungswert UCE sowie der Temperaturwert TJ werden einer Ermittlungseinheit 135 zur Verfügung gestellt, welche einen Transferzusammenhang als vordefinierten Zusammenhang (beispielsweise in der Form eines Kennlinienfeldes) verwendet, um auf der Basis des Spannungswerts UCE sowie des Temperaturwerts TJ den Stromfluss IC durch den Halbleiterschalter 105 zu ermitteln. Über eine Schnittstelle 145 kann dann ein Wert des Stromflusses IC an eine externe Verarbeitungseinheit oder Steuereinheit ausgegeben werden. Optional kann beispielsweise über die Schnittstelle 145 ebenfalls noch der Temperaturwert TJ ausgegeben werden.Order now the current flow I C through the semiconductor switch 105 to capture, includes the device 100 a voltage measuring unit 125 which is designed to be between the terminals 110a and 110b falling voltage U CE at a current flow I C through the semiconductor switch 105 to detect and a voltage value representing this voltage U CE provide. For this purpose, for example, a tension between the conclusion 110a and the connection connected to ground potential GND 110b be recorded. Furthermore, the device comprises 100 a temperature measuring unit 130 which is adapted to a temperature of the barrier layer 120 of the semiconductor switch 105 to capture and a temperature value representing this temperature T J provide. The voltage value U CE as well as the temperature value T J become an investigative unit 135 which uses a transfer context as a predefined relationship (for example in the form of a characteristic field), based on the voltage value UCE and the temperature value T J the current flow I C through the semiconductor switch 105 to investigate. Via an interface 145 can then be a value of the current flow I C to an external processing unit or control unit. Optionally, for example, via the interface 145 also the temperature value T J be issued.

Um nun den vorbestimmten Zusammenhang 140 für den Halbleiterschalter 105 individuell zu bestimmen, kann bei der Herstellung des Halbleiterschalters 105 dieser (individuelle) vorbestimmte Zusammenhang 140, beispielsweise in der Form eines Kennliniefelds oder einer Nachschlagetabelle, aufgezeichnet werden. Hierzu kann Vorrichtung 100 zu einer Vorrichtung 160 zur Ermittlung eines vordefinierten Zusammenhangs zwischen dem Spannungswert, dem Temperaturwert und dem Stromfluss durch einen Halbleiterschalter ergänzt werden und beispielsweise mit einem Eingang für einen von einem separaten Stromflussensor 165 zum Erfassen des Stromflusses IC durch den Halbleiterschalter 105 bereitgestellten Stromflusswert Ic,mess versenen werden. Unter Kenntnis dieses Stromflusswerts IC,mess , des Spannungswerts UCE und des Temperaturwerts TJ kann dann in der Vorrichtung 160 der vorbestimmte Zusammenhang 140 ermittelt werden. Bei der Aufzeichnung der Spannungswerte, der Temperaturwerte und/oder der Stromflusswerte IC,mess kann beispielsweise über die Schnittstelle 145 ein PWM-Signal eingelesen und entsprechend der nachfolgend noch detaillierteren Beschreibung zur Ansteuerung einer Treiberendstufe 150 zur Beaufschlagung des Steuer(spanungs)anschlusses 115 mit einer Steueranschlussspannung UG über einen Widerstand RG verwendet werden.Now to the predetermined context 140 for the semiconductor switch 105 can be determined individually in the manufacture of the semiconductor switch 105 this (individual) predetermined relationship 140 , for example in the form of a characteristic field or a look-up table. This can be device 100 to a device 160 for determining a predefined relationship between the voltage value, the temperature value and the current flow through a semiconductor switch and, for example, with an input for one of a separate current flow sensor 165 for detecting the current flow I C through the semiconductor switch 105 provided current flow value I c, mess be lost. Knowing this current flow value I C, mess , the voltage value U CE and the temperature value T J can then in the device 160 the predetermined context 140 be determined. When recording the voltage values, the Temperature values and / or the current flow values I C, mess can, for example, via the interface 145 a PWM signal is read and according to the following more detailed description for controlling a driver output stage 150 for charging the control (spanungs) connection 115 with a control terminal voltage U G about a resistance R G be used.

Bevor der hier vorgestelle Ansatz näher beschrieben wird, wird angemerkt, dass neben den heute zumeist verwendeten magnetischen Messverfahren an dieser Stelle die ebenso als etabliert anzusehenden Strommessverfahren mittels Shunt-Widerständen oder Rogowski-Spulen genannt seien. Kennzeichen dieser Messverfahren sind speziell zum Zwecke der Strommessung in den Wechselrichter eingebaute Sensorelemente, wie etwa von Hall-Sensoren oder Shunt-Widerständen. Eine Möglichkeit zur Reduzierung des Sensoraufwandes stellt die heute in dreiphasigen Systemen etablierte Berechnung des dritten Phasenstromes auf Basis der gemessenen Phasenströme der Phasen eins und zwei dar. ES kann auch versucht werden, sämtliche Phasenströme aus dem gemessenen DC-Link-Strom mit einem Berechnungsmodell zu rekonstruieren. Erforderlich wäre damit lediglich ein Stromsensor in der Zwischenkreisverschienung. Problematisch sind hierbei insbesondere der niederinduktive Einbau des Stromsensors, die Latenzzeit des Berechnungsmodells sowie ein Blindbereich bei der Realisierung kleinerer Modulationsgrade, beispielsweise während des Anfahrens. Neben Rechenmodellen und zusätzlichen Sensoren finden sich heute speziell gefertigte Leistungshalbleiter und Leistungshalbleitermodule mit integrierten Emitter-Stromspiegeln wieder. Hierbei zweigen einige Schaltzellen des Leistungshalbleiters einen Teil des Laststromes auf einen kleinen Messwiderstand ab. Begrenzt wird die Genauigkeit der Strommessung durch die temperaturabhängige Vorwärtsspannung der thermisch an den Leistungshalbleiter gekoppelten Schaltzellen. Emitter-Stromspiegel finden daher lediglich bei der Kurzschlussüberwachung Verwendung. Bei anderen Halbleitern wird versucht, die Genauigkeit des Emitter-Stromspiegels durch zusätzliche Temperaturmessdioden zu kompensieren. Auch wenn eine derartige Integration der Strommessung auf den Chip stark reduzierte Sensor-Einbaumaße ermöglicht, so gehen mit den hierfür erforderlichen Spezialleistungshalbleitern deutlich erhöhte Modul- und Systemkosten einher. Es wird daher oftmals versucht, den Strom eines nichtmodifizierten, Standard-Leistungsmoduls durch die Integration der während des Schaltvorganges (dl/dt) über der parasitären Streuinduktivität zwischen dem Leistungsemitter und dem Hilfsemitter ersichtlichen Induktionsspannung Uind zu berechnen. Damit erfordert die Strommessung weder denEinbau eines explizit zum Zwecke der Strommessung eingebauten Sensorelementes, noch die Verwendung eines speziell angefertigten Leistungsmoduls. Größtes Problem des Messverfahrens ist die akkurate Integration des sehr kurzen Induktionsspannungsimpulses Uind über einen Integrationszeitbereich von ti<400ns. Diese schaltungstechnisch sehr schwer zu realisierende Signalaufbereitung während des Schaltvorganges (max. Störeinkopplungen) ist ein dem Strommessverfahren inhärenter Nachteil und verhindert dessen industriell implementierbare Realisierung. Erforderlich ist darüber hinaus die Kompensation parasitärer Effekte, welche das Schaltverhalten (dl/dt) des Halbleiters zusätzlich beeinflussen (Gatespannung, Temperatur). Bis dato beschränken sich die Untersuchungen des Messverfahrens auf einfache Schaltversuche im Doppelpulsexperiment. Eine Realisierung der Strommessung im Störfeld eines Wechselrichters ist nicht bekannt und nicht absehbar.Before the approach presented here is described in more detail, it is noted that, in addition to the magnetic measuring methods which are generally used today, the current measurement methods by shunt resistors or Rogowski coils, which are also to be regarded as established, are mentioned here. Characteristics of these measuring methods are especially for the purpose of current measurement in the inverter built-in sensor elements, such as Hall sensors or shunt resistors. One possibility for reducing the sensor effort is the calculation of the third phase current established today in three-phase systems on the basis of the measured phase currents of phases one and two. ES can also be attempted to reconstruct all phase currents from the measured DC link current with a calculation model , This would only require a current sensor in the DC link busbar. The problem here is in particular the low-inductive installation of the current sensor, the latency of the calculation model as well as a blind area in the realization of smaller modulation levels, for example during startup. In addition to calculation models and additional sensors, today's specially designed power semiconductors and power semiconductor modules with integrated emitter current mirrors can be found again. Here, some switching cells of the power semiconductor branch off a portion of the load current to a small measuring resistor. The accuracy of the current measurement is limited by the temperature-dependent forward voltage of the switching cells thermally coupled to the power semiconductor. Emitter current mirrors are therefore only used in short-circuit monitoring. In other semiconductors, it is attempted to compensate the accuracy of the emitter current mirror by additional temperature measuring diodes. Although such an integration of the current measurement on the chip enables greatly reduced sensor installation dimensions, the special power semiconductors required for this purpose entail significantly increased module and system costs. It is therefore often attempted to measure the current of an unmodified standard power module by integrating the induction voltage apparent during the switching process (dl / dt) above the parasitic leakage inductance between the power emitter and the auxiliary emitter U ind to calculate. Thus, the current measurement does not require the installation of a sensor element explicitly incorporated for the purpose of current measurement nor the use of a specially made power module. The biggest problem of the measurement method is the accurate integration of the very short induction voltage pulse U ind over an integration time range of t i <400ns. This signal processing, which is very difficult to implement during the switching process (maximum interference couplings), is a disadvantage inherent in the current measurement method and prevents its industrially implementable realization. It is also necessary to compensate for parasitic effects which additionally influence the switching behavior (dl / dt) of the semiconductor (gate voltage, temperature). To date, the investigations of the measuring method are limited to simple switching experiments in the double-pulse experiment. A realization of the current measurement in the interference field of an inverter is not known and not foreseeable.

Für eine spätere Abgrenzung zu der in dieser Beschreibung beschriebenen Strommessung bzw. Strombestimmung kann ein anderes Messverfahren entsprechend des darin gewählten Messzeitpunktes während dem Schalten des Leistungshalbleiters (max. dl/dt) als dynamische bezeichnet werden.For a later differentiation to the current measurement or current determination described in this description, another measurement method corresponding to the measurement time selected therein during the switching of the power semiconductor (max dl / dt) can be referred to as dynamic.

Anders als ein dynamisches Messverfahren, welches eine Induktionsspannung während des Schaltvorganges integriert, misst das hier exemplarisch beschriebene Mess- bzw. Bestimmungsverfahren beispielsweise die Kollektor- Emitter-Spannung UCE und die Sperrschichttemperatur TJ des Halbleiterschalters bzw. Leistungshalbleiters während dieser den Strom führt. Weil zu diesem Messzeitpunkt sämtliche Übergangsvorgänge des Schaltvorganges abgeklungen sind (dl/dt=0), wird das hier vorgestellte Messverfahren als stationär bezeichnet. Neben deutlich reduzierten Störeinkopplungen ermöglicht diese stationäre Messwerterfassung eine Mittelung der beiden Messgrößen UCE und TJ über einen längeren Zeitraum von z. B. tm =10µs. Eine einfache, mit geringem Bauteileaufwand realisierte Signalaufbereitung ist unter diesen Umständen in der Lage eine ausreichend robuste und störfeste Sensorausgangsstellung zu generieren, welche während des Wechselrichterbetriebes an ein übergeordnetes Steuerungssystem übertragen werden kann. Das in dieser Arbeit beschriebene Verfahren zur Strommessung eines Leistungshalbleiters zeichnet sich durch einige Merkmale bzw. Schritte aus, die im Folgenden näher spezifiziert werden:

  • • Abtastung der Kollektor-Emitter-Spannung UCE und der Sperrschichttemperatur TJ eines Leistungshalbleiters während dieser den Strom führt (eingeschalteter Zustand).
  • • Stromberechnung aus einer Transfercharakteristik der Form Ic = f(UCE, TJ).
Unlike a dynamic measuring method, which integrates an induction voltage during the switching process, the measuring or determination method described here by way of example measures, for example, the collector-emitter voltage U CE and the junction temperature T J of the semiconductor switch or power semiconductor while this leads the current. Because all transitional operations of the switching process have subsided at this time of measurement (dl / dt = 0), the measuring method presented here is referred to as stationary. In addition to significantly reduced interference injections, this stationary measured value acquisition enables an averaging of the two measured variables U CE and T J over a longer period of z. B. t m = 10us. A simple, with little component cost realized signal conditioning is under these circumstances able to generate a sufficiently robust and interference-resistant sensor output position, which can be transmitted during the inverter operation to a higher-level control system. The method of measuring the current of a power semiconductor described in this work is characterized by a few features or steps, which are specified in more detail below:
  • • Scanning the collector-emitter voltage U CE and the junction temperature T J a power semiconductor while this leads the current (switched-on state).
  • • Current calculation from a transfer characteristic of the form Ic = f (U CE , T J ).

Als Ausführungsvariante sei die Implementierung der UCE - und TJ -Messung sowie der Transfercharakteristik Ic = f(UCE, TJ) (als vordefinierter zusammenhang 140) auf der Ansteuerschaltung des Leistungshalbleiters bzw. Halbleiterschalters 105 genannt. Das hier beispielhaft beschriebene Strommessverfahren bzw. Stromermittlungsverfahren besitzt damit folgende Eigenschaften:

  • • Das Verfahren ist anwendbar für nicht modifizierte, Standard-Leistungshalbleitermodule.
  • • Das Verfahren ist mit geringem Bauteileaufwand und industriell implementierbarer Realisierung ausführbar.
  • • Das Verfahren weist eine hohe Störfestigkeit und Messgenauigkeit auf, da ein Messzeitpunkt im stationären Zustand liegt.
  • • Im Wechselrichter können die Sensoren zum Zwecke der Strommessung entfallen. Alternativ kann das Strommessverfahren auch als Redundanz integriert werden.
As a variant, the implementation of the U CE - and T J Measurement as well as the Transfer characteristic Ic = f (U CE , T J ) (as a predefined relationship 140 ) on the drive circuit of the power semiconductor or semiconductor switch 105 called. The current measurement method or current determination method described here by way of example has the following properties:
  • • The procedure is applicable to unmodified standard power semiconductor modules.
  • • The process can be carried out with low component expenditure and industrially implementable realization.
  • • The method has a high immunity to interference and measurement accuracy, since one measurement time is stationary.
  • • In the inverter, the sensors can be omitted for the purpose of current measurement. Alternatively, the current measuring method can also be integrated as a redundancy.

Nachfolgend wird die Funktion des Strommess- bzw. -ermittlungsverfahrens dargestellt. Wie aus der Blockschaltbild-Darstellung aus 1 ersichtlich, werden von dem Treiberkonzept bzw. der Vorrichtung 100 die Sperrschichttemperatur TJ und die Kollektor-EmitterSpannung UCE des eingeschalteten Leistungshalbleiters bzw. Halbletierschalters 105 gemessen, bereitgestellt oder zumindest eingelesen. Entsprechende Sensoriken bzw. Einheiten zur Erfassung dieser Messgrößen während des regulären Wechselrichterbetriebes sind in der 1 mit den Bezugszeichen 125 und 130 abgebildet und dem Fachmann geläufig. Der hier vorgestellte Ansatz sieht vor, aus den beiden Messgrößen TJ und UCE unter Verwendung eines vordefinierten Transferzusammenhanges bzw. vordefinierten Zusammenhangs 140 der Form Ic = f(UCE, TJ) den durch den Leistungshalbleiter bzw.- Halbleiterschalter 105 fließenden Kollektorstrom Ic zu bestimmen. Die Strommessung verwendet bei dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als primäre Messgröße die von dem Stromfluss Ic abhängige Kollektor-Emitter-Spannung UCE des Leistungshalbleiters 105 im eingeschalteten Zustand. Weil diese Spannung neben einer Stromempfindlichkeit von SIC ≈ 1,5 mV/A eine zusätzliche Temperaturempfindlichkeit von STJ ≈ 1,7 mV/K besitzt, erfordert die Bestimmung des Kollektorstromes Ic eine parallele Messung und Kompensation der Sperrschichttemperatur TJ des Halbleiters 105. Realisierbar ist dies mit einem Transferzusammenhang bzw. dem vordefinierten Zusammenhang 140 der Form Ic =f(UCE, TJ). Die Bestimmung des Transferzusammenhanges 140 (Kalibrierung) kann beispielsweise während des Produktionsprozesses durch eine schrittweise Erhöhung des Kollektorstromes Ic durch kurze Strompulse mit zunehmender Pulszeit und einer homogenen Erwärmung des Leistungsmoduls auf verschiedene Sperrschichttemperaturen TJ erfolgen. Vorteile des hier vorgestellten Strommessverfahrens bzw. Stromermittlungsverfahrens sind die Verwendung zweier verfügbarer Sensorgrößen (UCE , TJ ), welche mit einem geringen Sensoraufwand, kostengünstig und bauraumneutral in einen Wechselrichter gemessen werden können. Die Implementierung der Strommessung in die Ansteuerschaltung des Leistungshalbleiters (z. B. IGBT oder MOSFET) ermöglicht gegenüber bekannten Strommessverfahren eine deutliche Reduzierung des Sensoraufwandes.The function of the current measurement or determination method is shown below. As shown in the block diagram representation 1 can be seen by the driver concept and the device 100 the junction temperature T J and the collector-emitter voltage U CE the switched-on power semiconductor or half-life switch 105 measured, provided or at least read. Corresponding sensor systems or units for detecting these measured variables during regular inverter operation are in the 1 with the reference numerals 125 and 130 shown and familiar to the expert. The approach presented here envisages the two measured quantities T J and U CE using a predefined transfer context or predefined relationship 140 the form Ic = f (U CE , T J ) by the power semiconductor or semiconductor switch 105 to determine the flowing collector current Ic. The current measurement used in the in the 1 illustrated embodiment as the primary measured variable dependent on the current flow Ic collector-emitter voltage U CE of the power semiconductor 105 when switched on. Because this voltage, in addition to a current sensitivity of S IC ≈ 1.5 mV / A has an additional temperature sensitivity of S TJ ≈ 1.7 mV / K, the determination of the collector current Ic requires a parallel measurement and compensation of the junction temperature T J of the semiconductor 105 , This can be realized with a transfer context or the predefined relationship 140 of the form Ic = f (U CE , T J ). The determination of the transfer context 140 (Calibration), for example, during the production process by a gradual increase of the collector current Ic by short current pulses with increasing pulse time and a homogeneous heating of the power module to different junction temperatures T J respectively. Advantages of the current measurement method or current determination method presented here are the use of two available sensor variables ( U CE . T J ), which can be measured with a low sensor cost, cost and space neutral in an inverter. The implementation of the current measurement in the drive circuit of the power semiconductor (eg IGBT or MOSFET) allows a significant reduction of the sensor complexity compared to known current measuring methods.

Um die Funktionsfähigkeit des beschriebenen Strommessverfahrens darzustellen, zeigt 2 ein Diagramm, welches den Verlauf der Kollektor-Emitter-Spannung UCE (in Volt) und der Sperrschichttemperatur TJ (in Kelvin) während des Wechselrichterbetriebes mit einem sinusförmigen Wechselrichterausgangsstrom mit einer elektrischen Frequenz von fel =1 Hz und einer Stromamplitude von IAC =200A über die Zeit t darstellt. Die Ansteuerung des Leistungshalbleiters, d. h., des Halbleiterschalters 105, erfolgt mit einer PWM-Schaltfrequenz von fsw =8 kHz und ist gekennzeichnet durch eine Einphase (Leistungshalbleiter 105 im leitenden Zustand) und eine Ausphase (Leistungshalbleiter 105 im sperrenden Zustand). In einer Ausführungsvariante wird während der Ausphase die Sperrschichttemperatur TJ des Leistungshalbleiters durch eine kurzzeitige Überlagerung der negativen Steuerspannung UG mit einem hochfrequenten Identifikationssignal gemessen.To illustrate the functionality of the current measuring method described, shows 2 a diagram showing the course of the collector-emitter voltage U CE (in volts) and the junction temperature T J (in Kelvin) during inverter operation with a sinusoidal inverter output current having an electrical frequency of f el = 1 Hz and a current amplitude of I AC = 200A over time t. The control of the power semiconductor, ie, the semiconductor switch 105 , takes place with a PWM switching frequency of f sw = 8 kHz and is characterized by a single phase (power semiconductor 105 in the conducting state) and a phase-out (power semiconductors 105 in the blocking state). In one embodiment, during the Ausphase the junction temperature T J of the power semiconductor by a short-term superposition of the negative control voltage U G measured with a high frequency identification signal.

Während der nachfolgenden Einphase des Leistungshalbleiters erfolgt die Abtastung der Kollektor-Emitter-Spannung UCE . Entsprechende UCE -Messschaltungen sind dem Fachmann geläufig. Aufgrund der thermischen Kapazität des Leistungshalbleiters bzw. des Halbleiterschalters 105 können die Messwerte geringfügig zeitversetzt gemessenen, als zusammengehörendes Wertepaar aufgefasst und zur Berechnung des Kollektorstromes herangezogen werden. Erfolgen kann diese Berechnung auf der Ansteuerschaltung, d. h., der Vorrichtung 100 bzw. 160 (Transferzusammenhang auf Treiberschaltung implementiert) oder in einem übergeordneten Steuerungssystem (z. B. Mikrocontroller des Wechselrichters). In letzterem Fall würden die in 2 dargestellten Messwertepaare UCE und TJ an das Steuerungssystem übersandt, beispielsweise über ein alternatives Ausführungsbeispiel der Schnittstelle 145 zur Ausfgabe der Sensorwerte UCE und TJ an ein entsprechendes, in der 1 nicht dargestelltes Steuersystem.During the subsequent single phase of the power semiconductor, the sampling of the collector-emitter voltage is performed U CE , Appropriate U CE -Messschaltungen are familiar to the expert. Due to the thermal capacity of the power semiconductor or the semiconductor switch 105 For example, the measured values can be measured with a slight time lag, understood as a pair of associated values, and used to calculate the collector current. This calculation can be done on the drive circuit, ie the device 100 respectively. 160 (Transfer context implemented on driver circuit) or in a higher-level control system (eg microcontroller of the inverter). In the latter case, the in 2 represented measured value pairs U CE and T J sent to the control system, for example via an alternative embodiment of the interface 145 for the output of the sensor values U CE and T J to a corresponding, in the 1 unillustrated tax system.

Es zeigt sich eine entsprechend des Ausgangskennlinienfeldes des betrachteten IGBT-Leistungshalbleiters fluktuierende Kollektor-Emitter-Spannung von 0V ≤ UCE≤ 2,5V, welche sich zudem mit zunehmender Sperrschichttemperatur TJ vergrößert (vergleiche die erste und letzte UCE -Halbwelle des oberen Diagramms aus 2). In dem niederfrequenten Betriebspunkt zeigt der Leistungshalbleiter bzw. Halbleiterschalter 105 über eine Stromgrundwelle deutliche Temperaturzyklen mit einer Wechselamplitude von ΔTJ=40K. Weil damit der Transferzusammenhang 140 großflächig durchlaufen wird, stellt der niederfrequente Wechselrichterbetrieb eine geeignete Testumgebung für die Verifikation bzw. Aufzeichnung des vordefinierten Zusammenhangs für das beschriebene Strommessverfahren dar. It shows a fluctuating in accordance with the output characteristic field of the IGBT power semiconductor semiconductor collector-emitter voltage of 0V ≤ U CE ≤ 2.5V, which in addition with increasing junction temperature T J enlarged (compare the first and last U CE Half-wave of the upper diagram 2 ). By doing low-frequency operating point shows the power semiconductor or semiconductor switch 105 Clear temperature cycles over a current fundamental wave with an alternating amplitude of ΔT J = 40K. Because that's the transference context 140 is traversed over a large area, the low-frequency inverter operation is a suitable test environment for the verification or recording of the predefined relationship for the current measurement method described.

3 zeigt in Diagrammform den aus den Messgrößen UCE und TJ aus 2 mit einer Transfercharakteristik 140 Ic = f(UCE, TJ) berechneten Stromfluss Ic durch den Leistungshalbleiter bzw. Halbleiterschalter 105. Der Transferzusammenhang bzw. vordefinierte Zuammenhang 140 wurde messtechnisch ermittelt und als Kennlinienfeld hinterlegt. Bei einer Auflösung dieses Kennlinienfeldes mit 1A, 10mV und 1K zeigt sich in 3 eine akkurate Stromberechnung mit einem systematischen Messfehler von < 1,4%. Der zufällige Messfehler kann durch Mittelung, beispielsweise in Form eines Tiefpassfilters, reduziert und damit vernachlässigt werden. 3 shows in diagram form the from the measured variables U CE and T J out 2 with a transfer characteristic 140 Ic = f (U CE , T J ) calculated current flow Ic by the power semiconductor or semiconductor switch 105 , The transfer context or predefined context 140 was determined metrologically and stored as a characteristic field. With a resolution of this characteristic field with 1A , 10mV and 1K shows up in 3 an accurate current calculation with a systematic measurement error of <1.4%. The random measurement error can be reduced by averaging, for example in the form of a low-pass filter, and thus neglected.

Zusammenfassend belegt die Berechnung bzw. Ermittlung des Phasenstromes Ic aus den Messgrößen UCE und TJ während des niederfrequenten Wechselrichterbetriebes die Funktionsfähigkeit des Strommessverfahrens. Damit beschreibt der hier vorgestellte Ansatz ein realisierbares Strommessverfahren bzw. Stromermittlungsverfahren zur Bestimmung des Kollektorstromes IC durch einen Leistungshalbleiter bzw. Halbleiterschalter 105, beispielsweise während dessen Betriebes in einem Wechselrichter. Der hier vorgestellte Ansatz selbst ist hierbei auf weitere Leistungshalbleiter oder Halbleiterschalter sowie unterschiedliche leistungselektronische Schaltungen übertragbar.In summary, the calculation or determination of the phase current proves ic from the measured variables U CE and T J during low-frequency inverter operation, the functionality of the current measurement process. Thus, the approach presented here describes a feasible current measurement method or current determination method for determining the collector current I C by a power semiconductor or semiconductor switch 105 For example, during its operation in an inverter. The approach presented here is transferable to other power semiconductors or semiconductor switches as well as different power electronic circuits.

Weil in den 2 und 3 beispielhaft das Funktionsprinzip des Strommess- bzw. - ermittlungsverfahrens exemplarisch anhand der Messwerte des oberen Schalters (High-Side-Switch) eines dreiphasigen (U,V,W) Pulswechselrichters aufgezeigt wurde, resultiert aus den Messdaten die zugehörige positive Stromhalbwelle der Wechselrichterphase U. Die Ausstattung beispielsweise sämtlicher IGBT-Leistungshalbleiter mit dem beschriebenen Strommessverfahren bzw. Stromsermittlungsverfahren liefert einen dreiphasigen, sinusförmigen Wechselrichterausgangsstrom, wobei dieser abschnittsweise während des eingeschalteten IGBT-Leistungshalbleiters gemessen wird. Zur Messung des zwischenliegenden Freilaufstromes IF kann das Strommessverfahren analog auf die in dem Wechselrichter enthaltenen Freilaufdioden übertragen werden. Realisierbar ist dies durch einen Abgriff der Dioden-Vorwärtsspannung UF sowie der Dioden-Sperrschichttemperatur TJ,D sowie einem Transferzusammenhang vom Typ IF =f(UF, TJ,D). Alternativ sei eine Rekonstruktion des Dioden-Freilaufstromes aus den IGBT-Strommesswerten angemerkt. Als weitere Ausführungsvariante sei ein mehrdimensionaler Transferzusammenhang genannt, welcher neben der Kollektor-Emitter-Spannung und der Sperrschichttemperatur eines IGBT-Leistungshalbleiters bzw. Halbleiterschalters 105 auch dessen Gatespannung UG und die Umgebungstemperatur TA der Treiberschaltung mit in die Berechnung des Phasenstromes einbezieht.Because in the 2 and 3 By way of example, the functional principle of the current measurement or determination method has been shown on the basis of the measured values of the upper switch (high-side switch) of a three-phase (U, V, W) pulse-controlled inverter, the corresponding positive half-wave of the inverter phase U results from the measured data Equipping, for example, all IGBT power semiconductors with the described current measuring method or current determination method supplies a three-phase, sinusoidal inverter output current, this being measured in sections during the switched-on IGBT power semiconductor. For measuring the intermediate freewheeling current I F The current measurement method can be analogously transferred to the freewheeling diodes contained in the inverter. This can be realized by tapping the diode forward voltage U F and the diode junction temperature T J, D and a transfer relationship of the type I F = f (U F , T J, D ). Alternatively, a reconstruction of the diode freewheeling current from the IGBT current measurements is noted. As a further embodiment variant, a multi-dimensional transfer context is mentioned, which besides the collector-emitter voltage and the junction temperature of an IGBT power semiconductor or semiconductor switch 105 also its gate voltage U G and the ambient temperature T A the driver circuit in the calculation of the phase current includes.

4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zur Bestimmung eines Stromflusses durch einen Halbleiterschalter. Das Verfahren 400 umfasst einen Schritt 410 des Bereitstellens eines Spannungswertes und eines Temperaturwertes, wobei der Spannungswert eine Spannung zwischen zwei Anschlüssen des Halbleiterschalters repräsentiert und der Temperaturwert eine Temperatur in einer zwischen den Anschlüssen des Halbleiterschalters angeordneten Sperrschicht repräsentiert. Schließlich umfasst das Verfahren 400 einen Schritt 420 des Ermittelns des Stromflusses durch den Halbleiterschalter unter Verwendung des Spannungswertes, des Temperaturwertes und eines vordefinierten Zusammenhangs zwischen dem Spannungswert, dem Temperaturwert und dem Stromfluss. 4 shows a flowchart of a method 400 for determining a current flow through a semiconductor switch. The procedure 400 includes a step 410 providing a voltage value and a temperature value, wherein the voltage value represents a voltage between two terminals of the semiconductor switch and the temperature value represents a temperature in a barrier layer arranged between the terminals of the semiconductor switch. Finally, the process includes 400 one step 420 determining the current flow through the semiconductor switch using the voltage value, the temperature value and a predefined relationship between the voltage value, the temperature value and the current flow.

5 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 500 zur Bestimmung eines Stromflusses durch einen Halbleiterschalter, wobei die Vorrichtung 500 eine Einheit 510 zum Bereitstellen eines Spannungswertes und eines Temperaturwertes aufweist, wobei der Spannungswert eine Spannung zwischen zwei Anschlüssen des Halbleiterschalters repräsentiert und der Temperaturwert eine Temperatur in einer zwischen den Anschlüssen des Halbleiterschalters angeordneten Sperrschicht repräsentiert. Ferner umfasst die Vorrichtung 500 eine Einheit 520 zum Ermitteln des Stromflusses durch den Halbleiterschalter unter Verwendung des Spannungswertes, des Temperaturwertes und eines vordefinierten Zusammenhangs zwischen dem Spannungswert, dem Temperaturwert und dem Stromfluss. 5 shows a block diagram of a device 500 for determining a current flow through a semiconductor switch, wherein the device 500 one unity 510 for providing a voltage value and a temperature value, wherein the voltage value represents a voltage between two terminals of the semiconductor switch and the temperature value represents a temperature in a barrier layer arranged between the terminals of the semiconductor switch. Furthermore, the device comprises 500 one unity 520 for determining the current flow through the semiconductor switch using the voltage value, the temperature value and a predefined relationship between the voltage value, the temperature value and the current flow.

6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 600 zur Ermittlung eines vordefinierten Zusammenhangs zwischen einem Spannungswert, einem Temperaturwert einem dem Stromfluss durch einen Halbleiterschalter, wobei das Verfahren 600 einen Schritt 610 des Bereitstellens des Spannungswertes, des Temperaturwertes und des Stromwertes umfasst, wobei der Spannungswert eine Spannung zwischen zwei Anschlüssen des Halbleiterschalters repräsentiert und der Temperaturwert eine Temperatur in einer zwischen den Anschlüssen des Halbleiterschalters angeordneten Sperrschicht repräsentiert und der Stromwert desStromfluss durch den Halbleiterschalter repräsentiert. Weiterhin umfasst das Verfahren 600 einen Schritt 620 des Ermittelns des vordefinierten Zusammenhangs unter Verwendung des Stromwerts, des Spannungswertes und des Temperaturwertes. 6 shows a flowchart of a method 600 for determining a predefined relationship between a voltage value, a temperature value and a current flow through a semiconductor switch, wherein the method 600 one step 610 providing the voltage value, the temperature value and the current value, the voltage value representing a voltage between two terminals of the semiconductor switch and the temperature value representing a temperature in a barrier layer disposed between the terminals of the semiconductor switch and representing the current value of the current flow through the semiconductor switch. Furthermore, the method comprises 600 one step 620 determining the predefined relationship using the current value, the voltage value and the temperature value.

7 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 700 zur Ermittlung eines vordefinierten Zusammenhangs zwischen einem Spannungswert, einem Temperaturwert und einem Stromfluss durch einen Halbleiterschalter, wobei die Vorrichtung 700 eine Einheit 710 zum Bereitstellen des Spannungswertes, des Temperaturwertes und des Stromwertes aufweist, wobei der Spannungswert eine Spannung zwischen zwei Anschlüssen des Halbleiterschalters repräsentiert und der Temperaturwert eine Temperatur in einer zwischen den Anschlüssen des Halbleiterschalters angeordneten Sperrschicht repräsentiert und der Stromwert den Stromfluss durch den Halbleiterschalter repräsentiert. Schließlich umfasst die Vorrichtung 700 eine Einheit 720 zum Ermitteln des vordefinierten Zusammenhangs unter Verwendung des Stromwerts, des Spannungswertes und des Temperaturwertes. 7 shows a block diagram of a device 700 for determining a predefined relationship between a voltage value, a temperature value and a current flow through a semiconductor switch, wherein the device 700 one unity 710 for providing the voltage value, the temperature value and the current value, wherein the voltage value represents a voltage between two terminals of the semiconductor switch and the temperature value represents a temperature in a arranged between the terminals of the semiconductor switch barrier layer and the current value represents the current flow through the semiconductor switch. Finally, the device includes 700 one unity 720 for determining the predefined relationship using the current value, the voltage value and the temperature value.

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
Vorrichtung zur Bestimmung eines Stromflusses durch einen HalbleiterschalterDevice for determining a current flow through a semiconductor switch
105105
HalbleiterschalterSemiconductor switches
110a, 110b110a, 110b
Anschlüsse des HalbleiterschaltersTerminals of the semiconductor switch
115115
SteuerspannungsanschlussControl voltage terminal
120120
Sperrschichtjunction
125125
Messschaltung /Messeinheit für die Spannung zwischen den AnschlüssenMeasuring circuit / measuring unit for the voltage between the terminals
130130
Messschaltung /Messeinheit für die Temperatur der SperrschichtMeasuring circuit / measuring unit for the temperature of the barrier layer
135135
Einheit zum ErmittelnUnit for determining
140140
vorbestimmter Zusammenhang, Transferzusammenhangpredetermined context, transfer context
145145
Schnittstelleinterface
150150
TreiberschaltugTreiberschaltug
160160
Vorrichtung zur Ermittlung eines vordefinierten Zusammenhangs zwischen dem Spannungswert, dem Temperaturwert und dem Stromfluss durch einen HalbleiterschalterDevice for determining a predefined relationship between the voltage value, the temperature value and the current flow through a semiconductor switch
165165
StromflusssensorCurrent flow sensor
400400
Verfahren zur Bestimmung eines Stromflusses durch einen HalbleiterschalterMethod for determining a current flow through a semiconductor switch
410410
Schritt des BereitstellensStep of providing
420420
Schritt des ErmittelnsStep of determining
500500
Vorrichtung zur Bestimmung eines Stromflusses durch einen HalbleiterschalterDevice for determining a current flow through a semiconductor switch
510510
Einheit zum BereitstellenUnit to deploy
520520
Einheit zum ErmittelnUnit for determining
600600
Verfahren zur Ermittlung eines vordefinierten Zusammenhangs zwischen einem Spannungswert, einem Temperaturwert und einem Stromfluss durch einen HalbleiterschalterMethod for determining a predefined relationship between a voltage value, a temperature value and a current flow through a semiconductor switch
610610
Schritt des BereitstellensStep of providing
620620
Schritt des ErmittelnsStep of determining
700700
Vorrichtung zur Ermittlung eines vordefinierten Zusammenhangs zwischen einem Spannungswert, einem Temperaturwert und einem Stromfluss durch einen HalbleiterschalterDevice for determining a predefined relationship between a voltage value, a temperature value and a current flow through a semiconductor switch
710710
Einheit zum BereitstellenUnit to deploy
720720
Einheit zum ErmittelnUnit for determining

Claims (12)

Verfahren (400) zur Bestimmung eines Stromflusses (IC) durch einen Halbleiterschalter (105), wobei das Verfahren (400) die folgenden Schritte aufweist: - Bereitstellen (410) eines Spannungswertes (UCE) und eines Temperaturwertes (TJ), wobei der Spannungswert (UCE) eine Spannung zwischen zwei Anschlüssen (110a, 110b) des Halbleiterschalters (105) repräsentiert und der Temperaturwert (TJ)eine Temperatur in einer zwischen den Anschlüssen (110a, 110b)des Halbleiterschalters (105) angeordneten Sperrschicht (120) repräsentiert; und - Ermitteln (420) des Stromflusses (IC) durch den Halbleiterschalter (105) unter Verwendung des Spannungswertes (UCE), des Temperaturwertes (TJ) und eines vordefinierten Zusammenhangs (140)zwischen dem Spannungswert (UCE), dem Temperaturwert (TJ) und dem Stromfluss (IC).A method (400) for determining a current flow (I C ) through a semiconductor switch (105), the method (400) comprising the following steps: - providing (410) a voltage value (U CE ) and a temperature value (T J ), wherein the voltage value (U CE ) is a voltage between two Represents terminals (110a, 110b) of the semiconductor switch (105) and the temperature value (T J ) represents a temperature in a barrier layer (120) disposed between the terminals (110a, 110b) of the semiconductor switch (105); and - determining (420) the current flow (I C ) through the semiconductor switch (105) using the voltage value (U CE ), the temperature value (T J ) and a predefined relationship (140) between the voltage value (U CE ), the temperature value (T J ) and the current flow (I C ). Verfahren (400) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt der Schritt des Bereitstellens (410) als Spannungswert (UCE) ein Wert eingelesen wird, der einer Spannung entspricht, die innerhalb eines Toleranzbereichs zu einer gleichen Zeit aufgenommen wurde, zu der eine dem Temperaturwert (TJ) entsprechende Temperatur aufgenommen wurde.Method (400) according to Claim 1 characterized in that, in the step of providing (410), as value of voltage (U CE ) a value is read in which corresponds to a voltage which was taken within a tolerance range at the same time, to which a temperature value (T J ) corresponding temperature was recorded. Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Bereitstellens (410) eine Mehrzahl von Spannungswerten (UCE) und Temperaturwerten (TJ) eingelesen werden, wobei im Schritt des Ermittelns (420) eine Mehrzahl von Stromflusswerten unter Verwendung der Spannungswerte (UCE), der Temperaturwerte (TJ) und des vordefinierten Zusammenhangs (140) ermittelt werden, wobei der Stromfluss (IC) durch den Halbleiterschalter (105) durch ein Mitteln der Stromflusswerte (IC) ermittelt wird.Method (400) according to one of the preceding claims, characterized in that in the step of providing (410) a plurality of voltage values (U CE ) and temperature values (T J ) are read in, wherein in the step of determining (420) a plurality of current flow values using the voltage values (U CE ), the temperature values (T J ) and the predefined relationship (140), the current flow (I C ) being determined by the semiconductor switch (105) by averaging the current flow values (I C ). Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Bereitstellens (410) ferner ein Steueranschlussspannungswert (UG) und/oder ein Umgebungstemperaturwert (TA) eingelesen wird, wobei der Steueranschlussspannungswert (UG) eine Spannung zwischen einem Steueranschluss (115) des Halbleiterschalters (105) und einem der Anschlüsse (110a, 110b) des Halbleiterschalters (105) repräsentiert und der Umgebungstemperaturwert (TA) eine Temperatur in einer Außenumgebung des Halbleiterschalters (105) repräsentiert, wobei im Schritt des Ermittelns (420) der Stromfluss (IC) durch den Halbleiterschalter (105) unter Verwendung des Spannungswertes (UCE), des Temperaturwertes (TJ) und des Steueranschlussspannungswerts (UG) und/oder des Umgebungstemperaturwerts (TA) dem vordefinierten Zusammenhang (140) zwischen dem Spannungswert (UCE), dem Temperaturwert (TJ), dem Steueranschlussspannungswert (UG) und/oder dem Umgebungstemperaturwert (TA) und dem Stromfluss (IC) ermittelt wird.Method (400) according to one of the preceding claims, characterized in that, in the step of providing (410), a control terminal voltage value (U G ) and / or an ambient temperature value (T A ) are also read in, the control terminal voltage value (U G ) being a voltage between a control terminal (115) of the semiconductor switch (105) and one of the terminals (110a, 110b) of the semiconductor switch (105) and the ambient temperature value (T A ) represents a temperature in an external environment of the semiconductor switch (105), wherein in the step of determining ( 420), the current flow (I C ) through the semiconductor switch (105) using the voltage value (U CE ), the temperature value (T J ) and the control terminal voltage value (U G ) and / or the ambient temperature value (T A ) the predefined relationship (140 ) between the voltage value (U CE ), the temperature value (T J ), the control terminal voltage value (U G ) and / or the ambient temperature natural value (T A ) and the current flow (I C ) is determined. Verfahren (600) zur Ermittlung eines vordefinierten Zusammenhangs (140) zwischen einem Spannungswert (UCE), einem Temperaturwert (TJ) und einem Stromfluss (IC) durch einen Halbleiterschalter (105), wobei das Verfahren (600) die folgenden Schritte aufweist: - Bereitstellen (710) des Spannungswertes (UCE), des Temperaturwertes (TJ) und des Stromwertes (IC), wobei der Spannungswert (UCE) eine Spannung zwischen zwei Anschlüssen (110a, 110b) des Halbleiterschalters (105) repräsentiert und der Temperaturwert (TJ) eine Temperatur in einer zwischen den Anschlüssen (110a, 110b) des Halbleiterschalters (105) angeordneten Sperrschicht (120) repräsentiert und der Stromwert (IC,mess) den Stromfluss durch den Halbleiterschalter (105) repräsentiert; und - Ermitteln (720) des vordefinierten Zusammenhangs (140) unter Verwendung des Stromwerts (IC,mess), des Spannungswertes (UCE) und des Temperaturwertes (TJ).A method (600) for determining a predefined relationship (140) between a voltage value (U CE ), a temperature value (T J ), and a current flow (I C ) through a semiconductor switch (105), the method (600) comprising the following steps - providing (710) the voltage value (U CE ), the temperature value (T J ) and the current value (I C ), the voltage value (U CE ) representing a voltage between two terminals (110a, 110b) of the semiconductor switch (105) and the temperature value (T J ) represents a temperature in a barrier layer (120) disposed between the terminals (110a, 110b) of the semiconductor switch (105) and the current value (I C, mess ) represents the current flow through the semiconductor switch (105); and - determining (720) the predefined relationship (140) using the current value (I C, meas ), the voltage value (U CE ) and the temperature value (T J ). Verfahren (600) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Bereitstellens (610) ein Spannungswert (UCE) bereitgestellt wird, der einer Spannung entspricht, die zu einem Zeitpunkt abgetastet wurde, der sich innerhalb eines Toleranzbereichs von einem Zeitpunkt der Abtastung der den Temperaturwert (TJ) repräsentierenden Temperatur unterscheidet.Method (600) according to Claim 5 characterized in that said step of providing (610) provides a voltage value (U CE ) corresponding to a voltage sampled at a time within a tolerance of a time of sampling of said temperature value (T J ) distinguishing temperature. Verfahren (600) gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Bereitstellens (610) ein Steueranschluss (115) des Halbleiterschalters (105) unter Verwendung eines PWM-Signals (PWM) angesteuert wird, um den Spanungswert (UCE) und den Temperaturwert (TJ) abzutasten.Method (600) according to one of the Claims 5 or 6 characterized in that in the step of providing (610), a control terminal (115) of the semiconductor switch (105) is driven using a PWM signal (PWM) to sample the voltage value (U CE ) and the temperature value (T J ). Verfahren (600) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Bereitstellens (610) zur Ermittlung der durch den Temperaturwert (TJ) repräsentierten Temperatur der Halbleiterschalter (105) ausgeschaltet wird und ein Steueranschluss (115) des Halbleiterschalters (105) mit einer gegenüber einem eingeschalteten Zustand des Halbleiterschalters (105) negativen Spannung beaufschlagt wird.Method (600) according to one of the Claims 5 to 7 , characterized in that in the step of providing (610) for determining the temperature represented by the temperature value (T J ) temperature of the semiconductor switch (105) is turned off and a control terminal (115) of the semiconductor switch (105) with respect to an on state of the semiconductor switch (105) negative voltage is applied. Verfahren (600) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (620) des Ermittelns der vorbestimmte Zusammenhang (140) unter Verwendung einer Tiefpassfilterung ermittelt wird.Method (600) according to one of the Claims 5 to 8th characterized in that in step (620) of determining, the predetermined relationship (140) is determined using low pass filtering. Vorrichtung (100, 160, 500, 700), die eingerichtet ist, um die Schritte eines Verfahrens (400, 600) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche in entsprechenden Einheiten (125, 130, 135; 510, 520; 710, 720) auszuführen.Apparatus (100, 160, 500, 700) arranged to perform the steps of a method (400, 600) according to any one of the preceding claims in respective units (125, 130, 135; 510, 520; 710, 720). Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, ein Verfahren (400, 600) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen.A computer program adapted to perform a method (400, 600) according to any one of the preceding claims. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 11 gespeichert ist. Machine-readable storage medium on which the computer program is based Claim 11 is stored.
DE102017211045.7A 2017-06-29 2017-06-29 Method and device for determining a current flow through a semiconductor shell Pending DE102017211045A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017211045.7A DE102017211045A1 (en) 2017-06-29 2017-06-29 Method and device for determining a current flow through a semiconductor shell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017211045.7A DE102017211045A1 (en) 2017-06-29 2017-06-29 Method and device for determining a current flow through a semiconductor shell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017211045A1 true DE102017211045A1 (en) 2019-01-03

Family

ID=64661885

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017211045.7A Pending DE102017211045A1 (en) 2017-06-29 2017-06-29 Method and device for determining a current flow through a semiconductor shell

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102017211045A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10213617A1 (en) * 2002-03-27 2003-06-12 Zf Sachs Ag Power semiconducting switch arrangement has memory containing calibrated temperature difference values for depletion layer depending on measured operating parameters and/or function
DE10209021A1 (en) * 2002-03-01 2003-10-23 Infineon Technologies Ag MOS transistor load current determination method, in which the transistor temperature is measured and used to calculate a switch-on resistance, based on a reference resistance value, thus enabling load current determination
DE102009049100A1 (en) * 2008-10-15 2010-06-02 Infineon Technologies Austria Ag Driver and method for driving a device
DE102015101637A1 (en) * 2014-02-07 2015-08-13 Infineon Technologies Ag Collector emitter saturation voltage measurement in an insulated gate bipolar transistor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10209021A1 (en) * 2002-03-01 2003-10-23 Infineon Technologies Ag MOS transistor load current determination method, in which the transistor temperature is measured and used to calculate a switch-on resistance, based on a reference resistance value, thus enabling load current determination
DE10213617A1 (en) * 2002-03-27 2003-06-12 Zf Sachs Ag Power semiconducting switch arrangement has memory containing calibrated temperature difference values for depletion layer depending on measured operating parameters and/or function
DE102009049100A1 (en) * 2008-10-15 2010-06-02 Infineon Technologies Austria Ag Driver and method for driving a device
DE102015101637A1 (en) * 2014-02-07 2015-08-13 Infineon Technologies Ag Collector emitter saturation voltage measurement in an insulated gate bipolar transistor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015101637B4 (en) Collector-emitter saturation voltage measurement in a bipolar transistor with an insulated gate electrode
DE602006000132T2 (en) Method for detecting the wear of an insulating resistor and device for detecting the wear of an insulating resistor for a motor and motor drive
DE102012108912B4 (en) Diagnosis of overcurrent conditions in bipolar motor controllers
DE10255832B4 (en) Controller of a brushless 3-phase motor
EP3161496B1 (en) Method for obtaining an indication, in particular a starting indication of a possible faulty load condition of a multi-phase electric motor
DE102006004420A1 (en) Apparatus for converting electrical energy
DE102006032491A1 (en) Method and device for determining the rotor position in a brushless and sensorless electric motor
DE102016000657B4 (en) Motor driving device equipped with a function of changing a current detection mode
WO2014037465A1 (en) Method and device for checking the plausibility of a current sensor measurement result
EP3449230B1 (en) Switching element having temperature monitoring and method for temperature monitoring
DE102011089316A1 (en) Control device for semiconductor switches of an inverter and method for driving an inverter
DE3832273A1 (en) Method and arrangement for the determination of the thermal resistance of IGBT components
DE102021212704A1 (en) ENGINE CONTROL DEVICE AND METHOD
DE102016222214A1 (en) Method for determining a multi-phase motor current and electric motor drive
DE102018110291A1 (en) Method for determining the aging and for switching off or function restriction of a bipolar transistor and device with a bipolar transistor
DE102016206590A1 (en) Method for determining a temperature of a transistor, control device and switching device
DE102017211045A1 (en) Method and device for determining a current flow through a semiconductor shell
DE102007004094A1 (en) Method and device for controlling a pulse-width modulation controllable three-phase machine with a plurality of phase windings
DE102011012314A1 (en) Device for controlling phase current of i.e. three-phase, permanent magnet-energized synchronous machine, of i.e. hybrid vehicle, has evaluating device evaluating safety criterion based on amount and/or gradient of phase current
DE102020125642B4 (en) System, method and computer program product for monitoring the cooling performance for a semiconductor pulse inverter
DE102020114727A1 (en) Method and arrangement for the continuous calibration of a measuring resistor
DE102014212626B3 (en) Method for obtaining an indication, in particular an initial indication of a possible faulty load condition of a polyphase electric motor
AT516218B1 (en) Method and device for detecting the state of isolation of an alternator
DE4437750A1 (en) Measuring speed revs. of electric motor supplied with clocked drive voltage
DE102014219237A1 (en) Method and device for determining operating parameters of switching elements of an inverter

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed