DE102019118420A1

DE102019118420A1 - Control device for controlling a power semiconductor switch

Info

Publication number: DE102019118420A1
Application number: DE102019118420.7A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Herzer; Bastian Vogler
Original assignee: Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Current assignee: Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Priority date: 2019-07-08
Filing date: 2019-07-08
Publication date: 2021-01-14
Also published as: CN112202431A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ansteuereinrichtung zur Ansteuerung eines Leistungshalbleiterschalters, mit einer Ansteuerschaltung, die eine monolithisch integriert ausgebildete Treiberschaltung und eine monolithisch integriert ausgebildete Steuerschaltung aufweist, mit einem mit der Treiberschaltung elektrisch leitend verbundenen Ausgangsansteueranschluss, wobei die Ansteuereinrichtung genau diesen einen Ausgangsansteueranschluss zur Ansteuerung dieses Leistungshalbleiterschalters aufweist, wobei die Treiberschaltung dazu ausgebildet ist am Ausgangsansteueranschluss eine Ansteuerspannung zum Ein- und Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters zu erzeugen, wobei die Ansteuerspannung einen zweiten Spannungswert zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalters und ein in Bezug auf den zweiten Spannungswert niedrigen ersten Spannungswert zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters aufweist, wobei die Steuerschaltung, wenn der Ausgangsansteueranschluss über den Strompfad mit dem Steueranschluss des Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist, dazu ausgebildet ist, bei Empfang eines Ausschaltbefehls die Treiberschaltung derart anzusteuern, dass diese die Ansteuerspannung vom zweiten Spannungswert auf den ersten Spannungswert reduziert, wobei dabei die Steuerschaltung die Treiberschaltung derart ansteuert, dass die Zeitdauer bis die Ansteuerspannung auf den ersten Spannungswert reduziert ist, von dem mindestens einen Betriebszustandssignal abhängig ist.The invention relates to a control device for controlling a power semiconductor switch, with a control circuit which has a monolithically integrated driver circuit and a monolithically integrated control circuit, with an output control connection electrically conductively connected to the driver circuit, the control device having precisely this one output control connection for controlling this power semiconductor switch , wherein the driver circuit is designed to generate a control voltage at the output control connection for switching the power semiconductor switch on and off, the control voltage having a second voltage value for switching on the power semiconductor switch and a first voltage value, which is low in relation to the second voltage value, for switching off the power semiconductor switch, the Control circuit when the output drive connection through the current path with the control connection of the power semiconductor switch is electrically conductively connected, is designed to control the driver circuit upon receipt of a switch-off command in such a way that it reduces the control voltage from the second voltage value to the first voltage value, the control circuit controlling the driver circuit in such a way that the period of time until the control voltage increases the first voltage value is reduced, on which at least one operating state signal is dependent.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ansteuereinrichtung zur Ansteuerung eines Leistungshalbleiterschalters.The invention relates to a control device for controlling a power semiconductor switch.

Aus der DE 10 2010 018 997 A1 ist eine Ansteuereinrichtung zur Ansteuerung eines Leistungshalbleiterschalters, mit einer monolithisch integriert ausgebildeten Ansteuerschaltung, die den Leistungshalbleiterschalter ansteuert, bekannt. Nachteilig dabei ist, dass im Falle einer gewünschten Abschaltung des Leistungshalbleiterschalters der zeitliche Verlauf des Abschaltvorgangs des Leistungshalbleiterschalters von der Ansteuereinrichtung nicht beinflussbar bzw. steuerbar ist und immer einheitlich abläuft.From the DE 10 2010 018 997 A1 a control device for controlling a power semiconductor switch, with a monolithically integrated control circuit which controls the power semiconductor switch, is known. The disadvantage here is that in the event of a desired disconnection of the power semiconductor switch, the time course of the disconnection process of the power semiconductor switch cannot be influenced or controlled by the control device and always takes place uniformly.

Als interner Stand der Technik ist eine in 1 dargestellte Ansteuereinrichtung 1' zur Ansteuerung eines Leistungshalbleiterschalters T mit einer in einem Chip 3 monolithisch integriert ausgebildeten Ansteuerschaltung 2 bekannt. Der Chip 3 ist in einem IC-Gehäuse 4 angeordnet. Die Ansteuerschaltung 2 weist zur Ansteuerung dieses Leistungshalbleiterschalters T drei Treiberschaltungen TR1, TR2 und TR3 und eine Steuerschaltung ST auf, die die drei Treiberschaltungen TR1, TR2 und TR3 ansteuert. Die drei Treiberschaltungen TR1, TR2 und TR3 sind jeweils mit einem ihnen zugeordneten elektrisch leitenden Ausgangsansteueranschluss AS1, AS2, AS3 zur Ansteuerung des Leistungshalbleiterschalters T elektrisch leitend verbunden. Die drei Ausgangsansteueranschlüsse AS1, AS2, AS3 sind über einen jeweilig zugeordneten Strompfad SP1, SP2, SP3 mit dem Steueranschluss G des Leistungshalbleiterschalters T elektrisch leitend verbunden. Der jeweilige Strompfad SP1, SP2 bzw. SP3 weist einen in den jeweiligen Strompfad SP1, SP2 bzw. SP3 elektrisch geschalteten elektrischen Steueranschlussvorwiderstand RV1, RV2 bzw. RV3 auf. Die Treiberschaltung TR1 ist dazu ausgebildet am Ausgangsansteueranschluss AS1 eine Ansteuerspannung Ua1 mit einem zweiten Spannungswert zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalters T zu erzeugen. Die jeweilige Treiberschaltungen TR2 bzw.TR3 ist dazu ausgebildet an dem Ausgangsansteueranschluss AS2 bzw. AS3 eine Ansteuerspannung Ua2 bzw. Ua3 mit einem einheitlichen ersten Spannungswert, der niedriger ist als der zweite Spannungswert, zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters T zu erzeugen.An in 1 control device shown 1' for controlling a power semiconductor switch T with one in a chip 3 monolithically integrated control circuit 2 known. The chip 3 is in an IC package 4th arranged. The control circuit 2 has to control this power semiconductor switch T three driver circuits TR1, TR2 and TR3 and a control circuit ST which controls the three driver circuits TR1, TR2 and TR3. The three driver circuits TR1, TR2 and TR3 are each connected in an electrically conductive manner to an electrically conductive output control connection AS1, AS2, AS3 assigned to them for controlling the power semiconductor switch T. The three output control connections AS1, AS2, AS3 are via a respective assigned current path SP1 , SP2 , SP3 electrically connected to the control connection G of the power semiconductor switch T. The respective current path SP1 , SP2 or. SP3 assigns one to the respective current path SP1 , SP2 or. SP3 electrically switched electrical control connection series resistor RV1, RV2 or RV3. The driver circuit TR1 is designed to generate a control voltage Ua1 with a second voltage value for switching on the power semiconductor switch T at the output control connection AS1. The respective driver circuits TR2 or TR3 are designed to generate a control voltage Ua2 or Ua3 with a uniform first voltage value, which is lower than the second voltage value, to switch off the power semiconductor switch T at the output control connection AS2 or AS3.

Die Ansteuereinrichtung 1' weist weiterhin zum Empfang eines Einschaltbefehls EB zum Einschalten dieses Leistungshalbleiterschalters T und zum Empfang eines Ausschaltbefehls AB zum Ausschalten dieses Leistungshalbleiterschalters T einen mit der Steuerschaltung ST elektrisch leitend verbundenen Schaltsignaleingangsanschluss SE auf. Die Ansteuereinrichtung 1' weist weiterhin zum Empfang mindestens eines Betriebszustandssignals, wie z.B. eine zwischen den Laststromanschlüssen C und E des Leistungshalbleiterschalters T anliegende Leistungshalbleiterschalterlastspannung Uce, eine Zwischenkreisspannung Udc einer Stromrichterhalbbrücke in die der Leistungshalbleiterschalter T elektrisch geschaltet ist (in 1 nicht dargestellt), einen durch den Leistungshalbleiterschalter T fließenden Laststrom I und/oder eine Temperatur TS des Leistungshalbleiterschalters T, einen mit der Steuerschaltung SE elektrisch leitend verbundenen mindestens einen Betriebszustandseingangsanschluss BS auf. Die Steuerschaltung ST ist, wenn die Ausgangsansteueranschlüsse AS2 und AS3 über die Strompfad SP2 und SP3 mit dem Steueranschluss G des Leistungshalbleiterschalters T elektrisch leitend verbunden sind, dazu ausgebildet, bei Empfang eines Ausschaltbefehls AB die Treiberschaltung TR1, TR2 und TR3 derart anzusteuern, dass von der Treiberschaltung TR1 keine Ansteuerspannung Ua1 mehr erzeugt wird und in Abhängigkeit von dem mindestens einen Betriebszustandssignal Uce, Udc, I, TS entweder von der Treiberschaltung TR2 die Ansteuerspannung Ua2 erzeugt wird oder von der Treiberschaltung TR3 die Ansteuerspannung Ua3 erzeugt wird. Der Widerstandwert des Steueranschlussvorwiderstands Rv3 ist größer als der Widerstandswert des Steueranschlussvorwiderstands Rv2, so dass, z.B. wenn der Strom I durch den Leistungshalbleiterschalter T einen Grenzwert überschreitet, von der Treiberschaltung TR3 die Ansteuerspannung Ua3 erzeugt wird, so dass der Leistungshalbleiterschalter T langsam ausgeschaltet um die beim Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters T, infolge von parasitären Induktivitäten der elektrischen Leitungen, auftretenden Spannungsspitzen in der Leistungshalbleiterschalterlastspannung Uce zu reduzieren und somit die Spannungsbelastung des Leistungshalbleiterschalter T zu reduzieren. Wenn der Strom I durch den Leistungshalbleiterschalter T den Grenzwert nicht überschreitet, wird von der Treiberschaltung TR2 die Ansteuerspannung Ua2 erzeugt, so dass der Leistungshalbleiterschalter T schnell ausschaltet um bei Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters T auftretende Schaltverluste zu minimieren. Hierdurch wird es ermöglicht den Leistungshalbleiterschalter T in Abhängigkeit von dem mindestens einen Betriebszustandssignal optimiert auszuschalten. Der zeitliche Verlauf des Abschaltvorgangs des Leistungshalbleiterschalters T ist somit von der Ansteuereinrichtung 1' beinflussbar bzw. steuerbar. Nachteilig dabei ist, dass die Ansteuereinrichtung 1' zur Ansteuerung des Leistungshalbleiterschalters T drei Ausgangsansteueranschlüsse AS1, AS2, AS3 benötigt, was ein relativ großes IC-Gehäuse 4 erfordert aus denen die diesbezüglichen drei Pins, die die Ausgangsansteueranschlüsse AS1, AS2, AS3 ausbilden, herausragen. Weiterhin werden zur Realisierung einer Leistungshalbleiterschalteranordnung 6' drei Steueranschlussvorwiderstände Rv1, Rv2, Rv3 benötigt, was einen hohen Platzbedarf der Leistungshalbleiterschalteranordnung 6', die die Ansteuereinrichtung 1', die drei Steueranschlussvorwiderstände Rv1, Rv2, Rv3 und den Leistungshalbleiterschalters T aufweist, erfordert.The control device 1' furthermore has, for receiving a switch-on command EB for switching on this power semiconductor switch T and for receiving a switch-off command AB for switching off this power semiconductor switch T, a switching signal input terminal electrically connected to the control circuit ST SE on. The control device 1' furthermore has, for receiving at least one operating state signal, such as a power semiconductor switch load voltage Uce present between the load current connections C and E of the power semiconductor switch T, an intermediate circuit voltage Udc of a converter half-bridge into which the power semiconductor switch T is electrically connected (in 1 not shown), a load current I flowing through the power semiconductor switch T and / or a temperature TS of the power semiconductor switch T, an at least one operating state input terminal BS electrically connected to the control circuit SE. If the output control connections AS2 and AS3 are electrically conductively connected to the control connection G of the power semiconductor switch T via the current paths SP2 and SP3, the control circuit ST is designed to control the driver circuit TR1, TR2 and TR3 upon receipt of a switch-off command AB in such a way that the Driver circuit TR1 no more control voltage Ua1 is generated and, depending on the at least one operating state signal Uce, Udc, I, TS either the control voltage Ua2 is generated by the driver circuit TR2 or the control voltage Ua3 is generated by the driver circuit TR3. The resistance value of the control connection series resistor Rv3 is greater than the resistance value of the control connection series resistor Rv2, so that, for example, if the current I through the power semiconductor switch T exceeds a limit value, the drive circuit TR3 generates the control voltage Ua3 so that the power semiconductor switch T is slowly switched off by the Switching off the power semiconductor switch T, as a result of parasitic inductances of the electrical lines, to reduce voltage peaks occurring in the power semiconductor switch load voltage Uce and thus to reduce the voltage load on the power semiconductor switch T. If the current I through the power semiconductor switch T does not exceed the limit value, the control voltage Ua2 is generated by the driver circuit TR2 so that the power semiconductor switch T switches off quickly in order to minimize switching losses that occur when the power semiconductor switch T is switched off. This makes it possible to switch off the power semiconductor switch T in an optimized manner as a function of the at least one operating state signal. The time course of the shutdown process of the power semiconductor switch T is thus from the control device 1' influenceable or controllable. The disadvantage here is that the control device 1' to control the power semiconductor switch T three output control connections AS1, AS2, AS3 are required, which is a relatively large IC housing 4th requires from which the relevant three pins that form the output control connections AS1, AS2, AS3 protrude. Furthermore, to implement a power semiconductor switch arrangement 6 ' three control connection series resistors Rv1, Rv2, Rv3 required, which is a high space requirement of the power semiconductor switch arrangement 6 ' that the control device 1' , which has three control terminal series resistors Rv1, Rv2, Rv3 and the power semiconductor switch T, requires.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine platzsparende Ansteuereinrichtung zur Ansteuerung eines Leistungshalbleiterschalters zu schaffen von der die Zeitdauer des Ausschaltvorgangs des Leistungshalbleiterschalters steuerbar ist.The object of the invention is to create a space-saving control device for controlling a power semiconductor switch, of which the duration of the switch-off process of the power semiconductor switch can be controlled.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ansteuereinrichtung zur Ansteuerung eines Leistungshalbleiterschalters, mit einer Ansteuerschaltung, die eine monolithisch integriert ausgebildete Treiberschaltung und eine monolithisch integriert ausgebildete Steuerschaltung, die die Treiberschaltung ansteuert, aufweist, mit einem mit der Treiberschaltung elektrisch leitend verbundenen Ausgangsansteueranschluss zur Ansteuerung des Leistungshalbleiterschalters, wobei der Ausgangsansteueranschluss über einen Strompfad zur elektrisch leitenden Verbindung mit einem Steueranschluss des Leistungshalbleiterschalters vorgesehen ist, wobei die Ansteuereinrichtung genau diesen einen Ausgangsansteueranschluss zur Ansteuerung dieses Leistungshalbleiterschalters aufweist, wobei die Treiberschaltung dazu ausgebildet ist am Ausgangsansteueranschluss eine Ansteuerspannung zum Ein- und Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters zu erzeugen, wobei die Ansteuerspannung einen zweiten Spannungswert zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalters und ein in Bezug auf den zweiten Spannungswert niedrigen ersten Spannungswert zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters aufweist, mit einem zum Empfang eines Einschaltbefehls zum Einschalten dieses Leistungshalbleiterschalters und zum Empfang eines Ausschaltbefehls zum Ausschalten dieses Leistungshalbleiterschalters mit der Steuerschaltung elektrisch leitend verbundenen Schaltsignaleingangsanschluss, und mit einem zum Empfang mindestens eines Betriebszustandssignals mit der Steuerschaltung elektrisch leitend verbundenen mindestens einen Betriebszustandseingangsanschluss, wobei die Steuerschaltung, wenn der Ausgangsansteueranschluss über den Strompfad mit dem Steueranschluss des Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist, dazu ausgebildet ist, bei Empfang eines Ausschaltbefehls die Treiberschaltung derart anzusteuern, dass diese die Ansteuerspannung vom zweiten Spannungswert auf den ersten Spannungswert reduziert, wobei dabei die Steuerschaltung die Treiberschaltung derart ansteuert, dass die Zeitdauer bis die Ansteuerspannung auf den ersten Spannungswert reduziert ist, von dem mindestens einen Betriebszustandssignal abhängig ist.This object is achieved by a control device for controlling a power semiconductor switch, with a control circuit which has a monolithically integrated driver circuit and a monolithically integrated control circuit which controls the driver circuit, with an output control connection electrically conductively connected to the driver circuit for controlling the power semiconductor switch, wherein the output control connection is provided via a current path for the electrically conductive connection to a control connection of the power semiconductor switch, the control device having precisely this one output control connection for controlling this power semiconductor switch, the driver circuit being designed to generate a control voltage at the output control connection for switching the power semiconductor switch on and off , wherein the control voltage has a second voltage value for switching on de s has power semiconductor switch and a first voltage value for switching off the power semiconductor switch, which is low in relation to the second voltage value, with one for receiving a switch-on command for switching on this power semiconductor switch and for receiving a switch-off command for switching off this power semiconductor switch with the control circuit electrically conductively connected switching signal input terminal, and with a switching signal input terminal for Receipt of at least one operating state signal with at least one operating state input connection electrically conductively connected to the control circuit, the control circuit, when the output control connection is electrically conductively connected to the control connection of the power semiconductor switch via the current path, is designed to control the driver circuit upon receipt of a switch-off command in such a way that it drives the Control voltage reduced from the second voltage value to the first voltage value, the Control circuit controls the driver circuit in such a way that the period of time until the control voltage is reduced to the first voltage value is dependent on the at least one operating state signal.

Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Treiberschaltung zum Reduzieren der Ansteuerspannung vom zweiten Spannungswert auf den ersten Spannungswert eine erste Spannungsquelle, einen ersten und zweiten Halbleiterschalter und einen Ausschaltwiderstand aufweist, wobei die erste Spannungsquelle mit einem ersten Lastanschluss des ersten Halbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist und ein zweiter Lastanschluss des ersten Halbleiterschalters über den Ausschaltwiderstand mit dem Ausgangsansteueranschluss elektrisch leitend verbunden ist, wobei der zweite Halbleiterschalter elektrisch parallel zum Ausschaltwiderstand geschaltet ist, wobei die Steuerschaltung ausgebildet ist bei einem Ausschaltvorgang des Leistungshalbleiterschalters den zweiten Halbleiterschalter in Abhängigkeit des mindestens einen Betriebszustandssignals ein- oder auszuschalten. Hierdurch wird von der Treiberschaltung eine zuverlässige Reduzierung der Ansteuerspannung vom zweiten Spannungswert auf den ersten Spannungswert erzielt.It has proven to be advantageous if the driver circuit for reducing the control voltage from the second voltage value to the first voltage value has a first voltage source, a first and a second semiconductor switch and a switch-off resistor, the first voltage source being electrically conductively connected to a first load terminal of the first semiconductor switch and a second load terminal of the first semiconductor switch is connected in an electrically conductive manner to the output control terminal via the switch-off resistor, the second semiconductor switch being connected electrically in parallel with the switch-off resistor, the control circuit being configured to switch the second semiconductor switch on or off depending on the at least one operating state signal when the power semiconductor switch is switched off turn off. As a result, the driver circuit achieves a reliable reduction in the control voltage from the second voltage value to the first voltage value.

Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Treiberschaltung zum Reduzieren der Ansteuerspannung vom zweiten Spannungswert auf den ersten Spannungswert eine erste und eine zweite Stromquelle, die zueinander elektrisch parallel geschaltet und mit dem Ausgangsansteueranschluss elektrisch leitend verbunden sind, aufweist, wobei die Steuerschaltung ausgebildet ist bei einem Ausschaltvorgang des Leistungshalbleiterschalters die erste und/oder die zweite Stromquelle in Abhängigkeit des mindestens einen Betriebszustandssignals ein- oder auszuschalten. Hierdurch wird von der Treiberschaltung eine zuverlässige Reduzierung der Ansteuerspannung vom zweiten Spannungswert auf den ersten Spannungswert erzielt.Furthermore, it proves to be advantageous if the driver circuit for reducing the control voltage from the second voltage value to the first voltage value has a first and a second current source, which are connected electrically in parallel with one another and are electrically conductively connected to the output control connection, the control circuit being formed at a switch-off operation of the power semiconductor switch to switch the first and / or the second current source on or off as a function of the at least one operating state signal. As a result, the driver circuit achieves a reliable reduction in the control voltage from the second voltage value to the first voltage value.

In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn die erste Stromquelle ausgebildet ist einen höheren Strom zu erzeugen als die zweite Stromquelle. Hierdurch können auf einfache Art und Weise stark unterschiedliche Zeitdauern bis die Ansteuerspannung auf den ersten Spannungswert reduziert ist, realisiert werden.In this context, it has proven to be advantageous if the first current source is designed to generate a higher current than the second current source. In this way, very different time periods until the control voltage is reduced to the first voltage value can be implemented in a simple manner.

Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Treiberschaltung zum Reduzieren der Ansteuerspannung vom zweiten Spannungswert auf den ersten Spannungswert eine erste Spannungsquelle und einen ersten und einen zweiten MOSFET aufweist, wobei erste Laststromanschlüsse des ersten und zweiten MOSFET mit der ersten Spannungsquelle elektrisch leitend verbunden sind und zweite Laststromanschlüsse des ersten und zweiten MOSFET mit dem Ausgangsansteueranschluss elektrisch leitend verbunden sind, wobei die Steuerschaltung ausgebildet ist bei einem Ausschaltvorgang des Leistungshalbleiterschalters den ersten und/oder den zweiten MOSFET in Abhängigkeit des mindestens einen Betriebszustandssignals ein- oder auszuschalten. Hierdurch wird eine Treiberschaltung geschaffen, deren monolithisch integrierte Ausbildung besonders einfach und zuverlässig realisiert werden kann.It also proves to be advantageous if the driver circuit for reducing the control voltage from the second voltage value to the first voltage value has a first voltage source and a first and a second MOSFET, first load current connections of the first and second MOSFETs being electrically conductively connected to the first voltage source and second load current connections of the first and second MOSFET are electrically conductively connected to the output control connection, wherein the control circuit is formed when the power semiconductor switch is switched off, the first and / or the second MOSFET depending on the at least to switch an operating status signal on or off. This creates a driver circuit whose monolithically integrated design can be implemented in a particularly simple and reliable manner.

In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Steilheit des zweiten MOSFET kleiner ist als die Steilheit des ersten MOSFET. Damit ist bei gleicher Ansteuerspannung das Stromvermögen des zweiten MOSFET zur Umladung der Eingangskapazität des Leistungshalbleiterschalters geringer als das Stromvermögen des ersten MOSFET zur Umladung der Eingangskapazität des Leistungshalbleiterschalters. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Transistorweite des zweiten MOSFET kürzer ausgebildet wird als die Transistorweite des ersten MOSFET. Hierdurch können auf einfache Art und Weise stark unterschiedliche Zeitdauern bis die Ansteuerspannung auf den ersten Spannungswert reduziert ist, realisiert werden.In this context it proves to be advantageous if the slope of the second MOSFET is smaller than the slope of the first MOSFET. With the same control voltage, the current capacity of the second MOSFET for recharging the input capacitance of the power semiconductor switch is therefore lower than the current capability of the first MOSFET for recharging the input capacitance of the power semiconductor switch. This can be implemented, for example, in that the transistor width of the second MOSFET is made shorter than the transistor width of the first MOSFET. In this way, very different time periods until the control voltage is reduced to the first voltage value can be implemented in a simple manner.

Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Steuerschaltung, wenn der Ausgangsansteueranschluss über den Strompfad mit dem Steueranschluss des Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist, dazu ausgebildet ist, bei Empfang eines Einschaltbefehls die Treiberschaltung derart anzusteuern, dass diese die Ansteuerspannung vom ersten Spannungswert auf den zweiten Spannungswert erhöht, wobei dabei die Steuerschaltung die Treiberschaltung derart ansteuert, dass die Zeitdauer bis die Ansteuerspannung auf den zweiten Spannungswert erhöht ist, von dem mindestens einen Betriebszustandssignal abhängig ist. Hierdurch kann zusätzlich auch die Zeitdauer des Einschaltvorgangs des Leistungshalbleiterschalters und somit die Einschaltgeschwindigkeit mit der der Leistungshalbleiterschalter einschaltet gezielt an den aktuellen Betriebszustand angepasst werden.It also proves to be advantageous if the control circuit, when the output control connection is electrically conductively connected to the control connection of the power semiconductor switch via the current path, is designed to control the driver circuit upon receipt of a switch-on command in such a way that it increases the control voltage from the first voltage value to the second Voltage value increased, the control circuit activating the driver circuit in such a way that the time until the activation voltage is increased to the second voltage value is dependent on the at least one operating state signal. As a result, the duration of the switch-on process of the power semiconductor switch and thus the switch-on speed at which the power semiconductor switch switches on can also be specifically adapted to the current operating state.

Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Treiberschaltung zum Erhöhen der Ansteuerspannung vom ersten Spannungswert auf den zweiten Spannungswert eine zweite Spannungsquelle, einen dritten und vierten Halbleiterschalter und einen Einschaltwiderstand aufweist, wobei die zweite Spannungsquelle mit einem ersten Lastanschluss des dritten Halbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist und ein zweiter Lastanschluss des dritten Halbleiterschalters über den Einschaltwiderstand mit dem Ausgangsansteueranschluss elektrisch leitend verbunden ist, wobei der vierte Halbleiterschalter elektrisch parallel zum Einschaltwiderstand geschaltet ist, wobei die Steuerschaltung ausgebildet ist bei einem Einschaltvorgang des Leistungshalbleiterschalters den vierten Halbleiterschalter in Abhängigkeit des mindestens einen Betriebszustandssignals ein- oder auszuschalten. Hierdurch wird von der Treiberschaltung eine zuverlässige Erhöhung der Ansteuerspannung vom ersten Spannungswert auf den zweiten Spannungswert erzielt.It also proves to be advantageous if the driver circuit has a second voltage source, a third and fourth semiconductor switch and an on-resistance to increase the control voltage from the first voltage value to the second voltage value, the second voltage source being electrically conductively connected to a first load terminal of the third semiconductor switch and a second load connection of the third semiconductor switch is electrically conductively connected to the output control connection via the switch-on resistor, the fourth semiconductor switch being connected electrically in parallel with the switch-on resistor, the control circuit being formed when the power semiconductor switch is switched on, the fourth semiconductor switch on depending on the at least one operating state signal. or turn it off. As a result, the driver circuit achieves a reliable increase in the control voltage from the first voltage value to the second voltage value.

Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Treiberschaltung zum Erhöhen der Ansteuerspannung vom ersten Spannungswert auf den zweiten Spannungswert eine dritte und eine vierte Stromquelle, die zueinander elektrisch parallel geschaltet und mit dem Ausgangsansteueranschluss elektrisch leitend verbunden sind, aufweist, wobei die Steuerschaltung ausgebildet ist bei einem Einschaltvorgang des Leistungshalbleiterschalters die dritte und/oder die vierte Stromquelle in Abhängigkeit des mindestens einen Betriebszustandssignals ein- oder auszuschalten. Hierdurch wird von der Treiberschaltung eine zuverlässige Erhöhung der Ansteuerspannung vom ersten Spannungswert auf den zweiten Spannungswert erzielt.It also proves to be advantageous if the driver circuit for increasing the control voltage from the first voltage value to the second voltage value has a third and a fourth current source, which are connected electrically parallel to one another and are electrically conductively connected to the output control connection, the control circuit being formed at a switch-on operation of the power semiconductor switch to switch the third and / or the fourth current source on or off as a function of the at least one operating state signal. As a result, the driver circuit achieves a reliable increase in the control voltage from the first voltage value to the second voltage value.

In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn die dritte Stromquelle ausgebildet ist einen höheren Strom zu erzeugen als die vierte Stromquelle. Hierdurch können auf einfache Art und Weise stark unterschiedliche Zeitdauern bis die Ansteuerspannung auf den zweiten Spannungswert erhöht ist, realisiert werden.In this context, it has proven to be advantageous if the third current source is designed to generate a higher current than the fourth current source. In this way, very different time periods until the control voltage is increased to the second voltage value can be implemented in a simple manner.

Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Treiberschaltung zum Erhöhen der Ansteuerspannung vom ersten Spannungswert auf den zweiten Spannungswert eine zweite Spannungsquelle und einen dritten und einen vierten MOSFET aufweist, wobei erste Laststromanschlüsse des dritten und vierten MOSFET mit der zweiten Spannungsquelle elektrisch leitend verbunden sind und zweite Laststromanschlüsse des dritten und vierten MOSFET mit dem Ausgangsansteueranschluss elektrisch leitend verbunden sind, wobei die Steuerschaltung ausgebildet ist bei einem Einschaltvorgang des Leistungshalbleiterschalters den dritten und/oder den vierten MOSFET in Abhängigkeit des mindestens einen Betriebszustandssignals ein- oder auszuschalten. Hierdurch wird eine Treiberschaltung geschaffen, deren monolithisch integrierte Ausbildung besonders einfach und zuverlässig realisiert werden kann.It also proves to be advantageous if the driver circuit has a second voltage source and a third and a fourth MOSFET for increasing the control voltage from the first voltage value to the second voltage value, the first load current connections of the third and fourth MOSFETs being electrically conductively connected to the second voltage source and second load current connections of the third and fourth MOSFET are electrically conductively connected to the output control connection, the control circuit being designed to switch the third and / or fourth MOSFET on or off depending on the at least one operating state signal when the power semiconductor switch is switched on. This creates a driver circuit whose monolithically integrated design can be implemented in a particularly simple and reliable manner.

In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Steilheit des vierten MOSFET kleiner ist als die Steilheit des dritten MOSFET. Damit ist bei gleicher Ansteuerspannung das Stromvermögen des vierten MOSFET zur Umladung der Eingangskapazität des Leistungshalbleiterschalters geringer als das Stromvermögen des dritten MOSFET zur Umladung der Eingangskapazität des Leistungshalbleiterschalters. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Transistorweite des vierten MOSFET kürzer ausgebildet wird als die Transistorweite des dritten MOSFET. Hierdurch können auf einfache Art und Weise stark unterschiedliche Zeitdauern bis die Ansteuerspannung auf den ersten Spannungswert reduziert ist, realisiert werden.In this context, it is found to be advantageous if the slope of the fourth MOSFET is smaller than the slope of the third MOSFET. With the same control voltage, the current capacity of the fourth MOSFET for recharging the input capacitance of the power semiconductor switch is lower than the current capability of the third MOSFET for recharging the input capacitance of the power semiconductor switch. This can be implemented, for example, in that the transistor width of the fourth MOSFET is made shorter than the transistor width of the third MOSFET. This allows you to be strong in a simple way different time periods until the control voltage is reduced to the first voltage value can be realized.

Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Steuerschaltung und die Treiberschaltung in einem gemeinsamen Chip monolithisch integriert ausgebildet sind. Hierdurch wird eine besonders platzsparende Ansteuereinrichtung zur Ansteuerung eines Leistungshalbleiterschalters geschaffen.It also proves to be advantageous if the control circuit and the driver circuit are designed to be monolithically integrated in a common chip. This creates a particularly space-saving control device for controlling a power semiconductor switch.

Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die die Steuerschaltung und die Treiberschaltung in einem gemeinsamen IC-Gehäuse angeordnet sind, und der Ausgangsansteueranschluss, der mindestens eine Betriebszustandseingangsanschluss und der Schaltsignaleingangsanschluss in Form von aus dem IC-Gehäuse herausragenden elektrisch leitenden Pins oder Bumps vorliegen. Hierdurch wird eine besonders platzsparende Ansteuereinrichtung zur Ansteuerung eines Leistungshalbleiterschalters geschaffen.It also proves to be advantageous if the control circuit and the driver circuit are arranged in a common IC housing, and the output control connection, the at least one operating state input connection and the switching signal input connection are in the form of electrically conductive pins or bumps protruding from the IC housing. This creates a particularly space-saving control device for controlling a power semiconductor switch.

Weiterhin erweist sich eine Leistungshalbleiterschalteranordnung mit einer erfindungsgemäßen Ansteuereinrichtung, mit einem Strompfad und mit einem Leistungshalbleiterschalter als vorteilhaft, wobei der genau eine Ausgangsansteueranschluss der Ansteuereinrichtung zur Ansteuerung dieses Leistungshalbleiterschalter über den Strompfad mit dem Steueranschluss des Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist. Hierdurch wird eine platzsparende Leistungshalbleiterschalteranordnung mit einer Ansteuereinrichtung zur Ansteuerung eines Leistungshalbleiterschalters von der die Zeitdauer des Ausschaltvorgangs des Leistungshalbleiterschalters steuerbar ist, geschaffen.Furthermore, a power semiconductor switch arrangement with a control device according to the invention, with a current path and with a power semiconductor switch proves to be advantageous, with precisely one output control connection of the control device for controlling this power semiconductor switch being electrically conductively connected to the control connection of the power semiconductor switch via the current path. This creates a space-saving power semiconductor switch arrangement with a control device for controlling a power semiconductor switch, by which the duration of the switch-off process of the power semiconductor switch can be controlled.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die unten stehenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:

1 wie oben bereits beschrieben, eine bekannte Leistungshalbleiterschalteranordnung mit einer bekannten Ansteuereinrichtung, mit drei elektrischen Steueranschlussvorwiderständen und mit einem Leistungshalbleiterschalter, wobei die Ansteuereinrichtung über die drei Steueranschlussvorwiderstände mit einem Steueranschluss des Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist.

2 eine Leistungshalbleiterschalteranordnung mit einer erfindungsgemäßen Ausbildung einer Ansteuereinrichtung, mit einem elektrischen Steueranschlussvorwiderstand und mit einem Leistungshalbleiterschalter, wobei die Ansteuereinrichtung über den Steueranschlussvorwiderstand mit einem Steueranschluss des Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist.
3 eine Leistungshalbleiterschalteranordnung mit einer weiteren erfindungsgemäßen Ausbildung einer Ansteuereinrichtung, mit einem elektrischen Steueranschlussvorwiderstand und mit einem Leistungshalbleiterschalter, wobei die Ansteuereinrichtung über den Steueranschlussvorwiderstand mit einem Steueranschluss des Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist.
4 eine Leistungshalbleiterschalteranordnung mit einer weiteren erfindungsgemäßen Ausbildung einer Ansteuereinrichtung, mit einem elektrischen Steueranschlussvorwiderstand und mit einem Leistungshalbleiterschalter, wobei die Ansteuereinrichtung über den Steueranschlussvorwiderstand mit einem Steueranschluss des Leistungshalbleiterschalters elektrisch leitend verbunden ist und
5 zwei zeitliche Verläufe der Ansteuerspannung bei einem Ausschaltvorgang des Leistungshalbleiterschalters.

Exemplary embodiments of the invention are explained below with reference to the figures below. Show:

1 As already described above, a known power semiconductor switch arrangement with a known control device, with three electrical control connection series resistors and with a power semiconductor switch, the control device being electrically conductively connected to a control connection of the power semiconductor switch via the three control connection series resistors.

2 a power semiconductor switch arrangement with an inventive design of a control device, with an electrical control connection series resistor and with a power semiconductor switch, the control device being electrically conductively connected to a control connection of the power semiconductor switch via the control connection series resistor.
3 a power semiconductor switch arrangement with a further embodiment of a control device according to the invention, with an electrical control connection series resistor and with a power semiconductor switch, the control device being electrically conductively connected to a control connection of the power semiconductor switch via the control connection series resistor.
4th a power semiconductor switch arrangement with a further embodiment according to the invention of a control device, with an electrical control connection series resistor and with a power semiconductor switch, the control device being electrically conductively connected to a control connection of the power semiconductor switch via the control connection series resistor and
5 two time curves of the control voltage when the power semiconductor switch is switched off.

In den 2 bis 4 ist eine Leistungshalbleiterschalteranordnung 6 mit einer jeweiligen erfindungsgemäßen Ansteuereinrichtung 1, mit einem elektrischen Steueranschlussvorwiderstand Rv und mit einem Leistungshalbleiterschalter T dargestellt. Der Leistungshalbleiterschalter T liegt vorzugsweise in Form eines Transistors, wie z.B. eines IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder eines MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) vor. Im Rahmen der Ausführungsbeispiele liegt der Leistungshalbleiterschalter T in Form eines IGBTs vor, wobei der erste Laststromanschluss C des Leistungshalbleiterschalters T in Form des Kollektoranschlusses des IGBTs und der zweite Laststromanschluss E des Leistungshalbleiterschalters T in Form des Emitteranschlusses des IGBTs und der Steueranschluss G des Leistungshalbleiterschalters T in Form des Gateanschlusses des IGBTs vorliegt.In the 2 to 4th is a power semiconductor switch arrangement 6th with a respective control device according to the invention 1 , with an electrical control connection series resistor Rv and with a power semiconductor switch T. The power semiconductor switch T is preferably in the form of a transistor, such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). In the context of the exemplary embodiments, the power semiconductor switch T is in the form of an IGBT, the first load current connection C of the power semiconductor switch T in the form of the collector connection of the IGBT and the second load current connection E of the power semiconductor switch T in the form of the emitter connection of the IGBT and the control connection G of the power semiconductor switch T in Form of the gate connection of the IGBT is present.

Die Ansteuereinrichtung 1 dient zur Ansteuerung des Leistungshalbleiterschalters T und weist eine Ansteuerschaltung 2 auf, die eine monolithisch integriert ausgebildete Treiberschaltung TR und eine monolithisch integriert ausgebildete Steuerschaltung ST, die die Treiberschaltung TR ansteuert, aufweist. Die Steuerschaltung ST und die Treiberschaltung TR sind vorzugsweise in einem gemeinsamen Chip 3 monolithisch integriert ausgebildet.The control device 1 is used to control the power semiconductor switch T and has a control circuit 2 which has a monolithically integrated driver circuit TR and a monolithically integrated control circuit ST which controls the driver circuit TR. The control circuit ST and the driver circuit TR are preferably in a common chip 3 monolithically integrated.

Die Ansteuereinrichtung 1 weist weiterhin einen mit der Treiberschaltung TR elektrisch leitend verbundenen Ausgangsansteueranschluss AS zur Ansteuerung des Leistungshalbleiterschalters T auf, wobei der Ausgangsansteueranschluss AS über einen Strompfad SP zur elektrisch leitenden Verbindung mit dem Steueranschluss G des Leistungshalbleiterschalters T vorgesehen ist. Die Ansteuereinrichtung 1 weist genau diesen einen Ausgangsansteueranschluss AS zur Ansteuerung dieses Leistungshalbleiterschalters T auf. Im Unterschied zur bekannten Ansteuereinrichtung 1' gemäß 1 weist die erfindungsgemäße Ansteuereinrichtung 1 somit außer diesem Ausgangsansteueranschluss AS keinen weiteren Ausgangsansteueranschluss zur Ansteuerung dieses Leistungshalbleiterschalters T, der über einen weiteren Strompfad zur elektrisch leitenden Verbindung mit dem Steueranschluss G dieses Leistungshalbleiterschalters T vorgesehen ist, auf. Der Strompfad SP weist vorzugsweise einen zwischen den Ausgangsansteueranschluss AS und den Steueranschluss G des Leistungshalbleiterschalters T elektrisch geschalteten Steueranschlussvorwiderstand Rv auf. Der Strompfad SP kann auch ausschließlich in Form einer elektrischen Leitung vorliegen, die den Ausgangsansteueranschluss AS mit dem Steueranschluss G des Leistungshalbleiterschalters T direkt elektrisch leitend verbindet.The control device 1 furthermore has an output control connection AS which is electrically conductively connected to the driver circuit TR for controlling the power semiconductor switch T, the output control connection AS being provided via a current path SP for an electrically conductive connection to the control connection G of the power semiconductor switch T. The Control device 1 has precisely this one output control connection AS for controlling this power semiconductor switch T. In contrast to the known control device 1' according to 1 has the control device according to the invention 1 thus, apart from this output control connection AS, no further output control connection for controlling this power semiconductor switch T, which is provided via a further current path for the electrically conductive connection to the control connection G of this power semiconductor switch T. The current path SP preferably has a control connection series resistor Rv connected electrically between the output control connection AS and the control connection G of the power semiconductor switch T. The current path SP can also be present exclusively in the form of an electrical line which connects the output control connection AS to the control connection G of the power semiconductor switch T in a directly electrically conductive manner.

Die Treiberschaltung TR ist dazu ausgebildet am Ausgangsansteueranschluss AS eine Ansteuerspannung Ua zum Ein- und Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters T zu erzeugen, wobei die Ansteuerspannung Ua, wie beispielhaft in 5 dargestellt, einen zweiten Spannungswert Uv2, hier 15V, zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalters T und ein in Bezug auf den zweiten Spannungswert Uv2 niedrigen ersten Spannungswert Uv1, hier -8V, zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters T aufweist.The driver circuit TR is designed to generate a control voltage Ua at the output control connection AS for switching the power semiconductor switch T on and off, the control voltage Ua, as exemplified in FIG 5 shown, a second voltage value Uv2, here 15V, for switching on the power semiconductor switch T and a low in relation to the second voltage value Uv2 first voltage value Uv1, here -8V, for switching off the power semiconductor switch T.

Die Ansteuereinrichtung 1 weist weiterhin einen zum Empfang eines Einschaltbefehls EB zum Einschalten dieses Leistungshalbleiterschalters T und zum Empfang eines Ausschaltbefehls AB zum Ausschalten dieses Leistungshalbleiterschalters T mit der Steuerschaltung ST elektrisch leitend verbundenen Schaltsignaleingangsanschluss SE auf. Der Einschaltbefehl EB kann z.B. in Form einer logischen „1“ und der Ausschaltbefehl AB in Form einer logischen „0“ vorliegen.The control device 1 furthermore has a switching signal input terminal SE which is electrically conductively connected to the control circuit ST for receiving a switch-on command EB for switching on this power semiconductor switch T and for receiving a switch-off command AB for switching off this power semiconductor switch T. The switch-on command EB can, for example, be in the form of a logical "1" and the switch-off command AB in the form of a logical "0".

Die Ansteuereinrichtung 1 weist weiterhin einem zum Empfang mindestens eines Betriebszustandssignals Uce, Udc, I, TS, wie z.B. eine zwischen dem ersten und zweiten Laststromanschluss C und E des Leistungshalbleiterschalters T anliegende Leistungshalbleiterschalterlastspannung Uce, eine Zwischenkreisspannung Udc einer Stromrichterhalbbrücke in die der Leistungshalbleiterschalter T elektrisch geschaltet ist (in den Figuren nicht dargestellt), einen durch den Leistungshalbleiterschalter T fließenden Laststrom I und/oder eine Temperatur TS des Leistungshalbleiterschalters T, einen mit der Steuerschaltung SE elektrisch leitend verbundenen mindestens einen Betriebszustandseingangsanschluss BS auf. Bei den Ausführungsbeispielen empfängt die Ansteuereinrichtung 1 die vier Betriebszustandssignale Uce, Udc, I, TS wobei jedem Betriebszustandssignal Uce, Udc, I, TS ein Betriebszustandseingangsanschluss BS zugeordnet ist. Die Ansteuereinrichtung 1 weist weiterhin zur elektrischen Potentialanbindung der Ansteuerschaltung 2 einen mit der Ansteuerschaltung 2 elektrisch leitend verbunden Masseanschluss MS auf. Der Masseanschluss MS ist zur elektrisch leitenden Verbindung mit dem zweiten Laststromanschluss E des Leistungshalbleiterschalters T vorgesehen. Die Betriebszustandssignale Udc, I und TS werden von in den Figuren der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten entsprechenden Sensoren erzeugt.The control device 1 furthermore has a power semiconductor switch load voltage Uce applied between the first and second load current connections C and E of the power semiconductor switch T, an intermediate circuit voltage Udc of a converter half-bridge into which the power semiconductor switch T is electrically connected (in not shown in the figures), a load current I flowing through the power semiconductor switch T and / or a temperature TS of the power semiconductor switch T, an at least one operating state input terminal BS electrically connected to the control circuit SE. In the exemplary embodiments, the control device receives 1 the four operating state signals Uce, Udc, I, TS, each operating state signal Uce, Udc, I, TS being assigned an operating state input connection BS. The control device 1 further points to the electrical potential connection of the control circuit 2 one with the control circuit 2 electrically connected to ground connection MS. The ground connection MS is provided for the electrically conductive connection to the second load current connection E of the power semiconductor switch T. The operating state signals Udc, I and TS are generated by corresponding sensors, which are not shown in the figures for the sake of clarity.

Die Steuerschaltung ST und die Treiberschaltung TR sind vorzugsweise in einem gemeinsamen IC-Gehäuse 4 angeordnet, und der Ausgangsansteueranschluss AS, der mindestens eine Betriebszustandseingangsanschluss BS und der Schaltsignaleingangsanschluss SE liegen vorzugsweise in Form von aus dem IC-Gehäuse 4 herausragenden elektrisch leitenden Pins oder Bumps vor. Weiterhin liegt auch der Masseanschluss MS vorzugsweise in Form von einem aus dem IC-Gehäuse 4 herausragenden elektrisch leitenden Pin oder Bump vor.The control circuit ST and the driver circuit TR are preferably in a common IC housing 4th arranged, and the output control connection AS, the at least one operating state input connection BS and the switching signal input connection SE are preferably in the form of from the IC housing 4th protruding electrically conductive pins or bumps. Furthermore, the ground connection MS is also preferably in the form of one from the IC housing 4th protruding electrically conductive pin or bump.

Die Steuerschaltung ST ist, wenn der Ausgangsansteueranschluss AS über den Strompfad SP mit dem Steueranschluss G des Leistungshalbleiterschalters T elektrisch leitend verbunden ist, dazu ausgebildet, bei Empfang eines Ausschaltbefehls AB die Treiberschaltung TR derart anzusteuern, dass diese die Ansteuerspannung Ua vom zweiten Spannungswert Uv2 auf den ersten Spannungswert Uv1 reduziert, wobei dabei die Steuerschaltung ST die Treiberschaltung TR derart mittels Steuersignalen S ansteuert, dass die Zeitdauer bis die Ansteuerspannung Ua auf den ersten Spannungswert Uv1 reduziert ist, von dem mindestens einen Betriebszustandssignal Uce, Udc, I, TS abhängig ist. Die Steuerschaltung ST kann die Treiberschaltung TR z.B. derart ansteuern, dass die Zeitdauer bis die Ansteuerspannung Ua auf den ersten Spannungswert Uv1 reduziert ist, lang ist (z.B. Zeitdauer T2 in 5), wenn im eingeschalteten Zustand des Leistungshalbleiterschalters T die Leistungshalbleiterschalterlastspannung Uce einen Grenzwert überschreitet und/oder wenn die Zwischenkreisspannung Udc eine Grenzwert überschreitet und/oder wenn der durch den Leistungshalbleiterschalter T fließende Laststrom I einen Grenzwert überschreitet und/oder wenn die Temperatur TS des Leistungshalbleiterschalters T einen Grenzwert unterschreitet, und ansonsten kurz sein (z.B. Zeitdauer T1 in 5). Somit kann die Zeitdauer des Ausschaltvorgangs des Leistungshalbleiterschalters T von der Ansteuereinrichtung 1 betriebszustandsabhängig gesteuert werden.The control circuit ST is when the output control connection AS via the current path SP is electrically conductively connected to the control connection G of the power semiconductor switch T, designed to control the driver circuit TR upon receipt of a switch-off command AB in such a way that it reduces the control voltage Ua from the second voltage value Uv2 to the first voltage value Uv1, the control circuit ST, the driver circuit TR controls by means of control signals S in such a way that the period of time until the control voltage Ua is reduced to the first voltage value Uv1 is dependent on the at least one operating state signal Uce, Udc, I, TS. The control circuit ST can control the driver circuit TR, for example, in such a way that the time period until the control voltage Ua is reduced to the first voltage value Uv1 is long (for example time period T2 in 5 ) if, when the power semiconductor switch T is switched on, the power semiconductor switch load voltage Uce exceeds a limit value and / or if the intermediate circuit voltage Udc exceeds a limit value and / or if the load current I flowing through the power semiconductor switch T exceeds a limit value and / or if the temperature TS of the power semiconductor switch T falls below a limit value, and otherwise be short (e.g. duration T1 in 5 ). Thus, the duration of the switch-off process of the power semiconductor switch T by the control device 1 be controlled depending on the operating state.

Bei kritischen Betriebszuständen bei denen beim Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters T eine hohe Spannungsbelastung des Leistungshalbleiterschalters T auftritt oder zu erwarten ist, wird die Zeitdauer des Ausschaltvorgangs des Leistungshalbleiterschalters T vorzugsweise relativ lang (z.B. Zeitdauer T2) gewählt um, infolge von parasitären Induktivitäten der elektrischen Leitungen beim Ausschaltvorgang des Leistungshalbleiterschalters T, auftretende Spannungsspitzen der Leistungshalbleiterschalterlastspannung Uce zu reduzieren, und somit die Spannungsbelastung des Leistungshalbleiterschalter T zu reduzieren. Bei normalen Betriebszuständen bei denen beim Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters T keine hohe Spannungsbelastung des Leistungshalbleiterschalters T auftritt oder zu erwarten ist, wird die Zeitdauer des Ausschaltvorgangs des Leistungshalbleiterschalters T vorzugsweise relativ kurz (z.B. Zeitdauer T1) gewählt, um die elektrischen Schaltverluste des Leistungshalbleiterschalters T zu reduzieren.In critical operating states when turning off the power semiconductor switch T a high voltage load of the power semiconductor switch T occurs or is to be expected, the duration of the switch-off process of the power semiconductor switch T is preferably selected to be relatively long (e.g. duration T2) in order to avoid voltage peaks of the power semiconductor switch load voltage Uce due to parasitic inductances of the electrical lines during the switch-off process of the power semiconductor switch T to reduce, and thus to reduce the voltage load on the power semiconductor switch T. In normal operating conditions in which when the power semiconductor switch T is switched off, no high voltage load on the power semiconductor switch T occurs or is to be expected, the duration of the switch-off process of the power semiconductor switch T is preferably selected to be relatively short (e.g. duration T1) in order to reduce the electrical switching losses of the power semiconductor switch T.

Da die Ansteuereinrichtung 1 nur genau einen Ausgangsansteueranschluss AS zur Ansteuerung dieses Leistungshalbleiterschalters T aufweist, und keine drei Ausgangsansteueranschlüsse AS1, AS2 und AS3 wie beim Stand der Technik gemäß 1, ist die Ansteuereinrichtung 1 sehr platzsparend ausgebildet. Das IC-Gehäuse 4 kann wesentlich kleiner ausgebildet sein als beim Stand der Technik, da zwei für die Ausbildung der Ausgangsansteueranschlüsse notwenigen Pins oder Bumps entfallen.Since the control device 1 has exactly one output control connection AS for controlling this power semiconductor switch T, and no three output control connections AS1, AS2 and AS3 as in the prior art 1 , is the control device 1 very space-saving. The IC package 4th can be made much smaller than in the prior art, since two pins or bumps necessary for the formation of the output control connections are omitted.

Die Steuerschaltung ST ist vorzugsweise, wenn der Ausgangsansteueranschluss AS über den Strompfad SP mit dem Steueranschluss G des Leistungshalbleiterschalters T elektrisch leitend verbunden ist, dazu ausgebildet, bei Empfang eines Einschaltbefehls EB die Treiberschaltung TR mittels Steuersignale S derart anzusteuern, dass diese die Ansteuerspannung Ua vom ersten Spannungswert Uv1 auf den zweiten Spannungswert Uv2 erhöht, wobei dabei die Steuerschaltung ST die Treiberschaltung TR derart ansteuert, dass die Zeitdauer bis die Ansteuerspannung Ua auf den zweiten Spannungswert Uv2 erhöht ist, von dem mindestens einen Betriebszustandssignal Uce, Udc ,I, TS abhängig ist. Hierdurch kann, in analoger Weise wie oben beim Ausschaltvorgang des Leistungshalbleiterschalters T beschrieben, auch die Zeitdauer des Einschaltvorgangs des Leistungshalbleiterschalters T von der Ansteuereinrichtung 1 betriebszustandsabhängig gesteuert werden. Bei kritischen Betriebszuständen bei denen beim Einschalten des Leistungshalbleiterschalters T eine hohe elektrische Belastung des Leistungshalbleiterschalters T auftritt oder zu erwarten ist, wird die Zeitdauer des Einschaltvorgangs des Leistungshalbleiterschalters T vorzugsweise relativ lang gewählt und bei normalen Betriebszuständen bei denen beim Einschalten des Leistungshalbleiterschalters T keine hohe elektrische Belastung des Leistungshalbleiterschalters T auftritt oder zu erwarten ist, wird die Zeitdauer des Einschaltvorgangs des Leistungshalbleiterschalters T vorzugsweise relativ kurz gewählt um die elektrischen Schaltverluste des Leistungshalbleiterschalters T zu reduzieren.If the output control connection AS is electrically conductively connected to the control connection G of the power semiconductor switch T via the current path SP, the control circuit ST is preferably designed to control the driver circuit TR by means of control signals S upon receipt of a switch-on command EB in such a way that it receives the control voltage Ua from the first Voltage value Uv1 increased to the second voltage value Uv2, the control circuit ST controlling the driver circuit TR in such a way that the time until the control voltage Ua is increased to the second voltage value Uv2 is dependent on the at least one operating state signal Uce, Udc, I, TS. As a result, in a manner analogous to that described above for the switch-off process of the power semiconductor switch T, the duration of the switch-on process for the power semiconductor switch T can also be determined by the control device 1 be controlled depending on the operating state. In critical operating states in which a high electrical load on the power semiconductor switch T occurs or is to be expected when the power semiconductor switch T is switched on, the duration of the switch-on process of the power semiconductor switch T is preferably selected to be relatively long and in normal operating states in which there is no high electrical load when the power semiconductor switch T is switched on of the power semiconductor switch T occurs or is to be expected, the duration of the switch-on process of the power semiconductor switch T is preferably selected to be relatively short in order to reduce the electrical switching losses of the power semiconductor switch T.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 weist die Treiberschaltung TR zum Reduzieren der Ansteuerspannung Ua vom zweiten Spannungswert Uv2 auf den ersten Spannungswert Uv1 eine erste Spannungsquelle Q1, einen ersten und zweiten Halbleiterschalter T1 und T2 und einen Ausschaltwiderstand Ra auf. Die erste Spannungsquelle Q1 ist mit einem ersten Lastanschluss des ersten Halbleiterschalters T1 elektrisch leitend verbunden ist und ein zweiter Lastanschluss des ersten Halbleiterschalters T1 ist über den Ausschaltwiderstand Ra mit dem Ausgangsansteueranschluss AS elektrisch leitend verbunden. Der zweite Halbleiterschalter T2 ist elektrisch parallel zum Ausschaltwiderstand Ra geschaltet. Die Steuerschaltung ST ist ausgebildet bei einem Ausschaltvorgang des Leistungshalbleiterschalters T den zweiten Halbleiterschalter T2 in Abhängigkeit des mindestens einen Betriebszustandssignals Uce, Udc, I, TS ein- oder auszuschalten. Weiterhin ist die Steuerschaltung ST dazu ausgebildet, bei Empfang eines Ausschaltbefehls AB den dritten Halbleiterschalter T3 auszuschalten und den ersten Halbleiterschalter T1 einzuschalten.In the embodiment according to 2 the driver circuit TR has a first voltage source for reducing the control voltage Ua from the second voltage value Uv2 to the first voltage value Uv1 Q1 , a first and a second semiconductor switch T1 and T2 and a turn-off resistance Ra. The first voltage source Q1 is connected to a first load terminal of the first semiconductor switch T1 is electrically connected and a second load connection of the first semiconductor switch T1 is electrically conductively connected to the output control connection AS via the switch-off resistor Ra. The second semiconductor switch T2 is electrically connected in parallel to the switch-off resistor Ra. The control circuit ST is formed when the power semiconductor switch T is switched off, the second semiconductor switch T2 switch on or off depending on the at least one operating state signal Uce, Udc, I, TS. Furthermore, the control circuit ST is designed to switch the third semiconductor switch upon receipt of a switch-off command AB T3 turn off and the first semiconductor switch T1 turn on.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 weist die Treiberschaltung TR zum Erhöhen der Ansteuerspannung Ua vom ersten Spannungswert Uv1 auf den zweiten Spannungswert Uv2 eine zweite Spannungsquelle Q2, einen dritten und vierten Halbleiterschalter T3 und T4 und einen Einschaltwiderstand Re auf. Die zweite Spannungsquelle Q2 ist mit einem ersten Lastanschluss des dritten Halbleiterschalters T3 elektrisch leitend verbunden und ein zweiter Lastanschluss des dritten Halbleiterschalters T3 ist über den Einschaltwiderstand Re mit dem Ausgangsansteueranschluss AS elektrisch leitend verbunden. Der vierte Halbleiterschalter T4 ist elektrisch parallel zum Einschaltwiderstand Re geschaltet. Die Steuerschaltung ST ist ausgebildet bei einem Einschaltvorgang des Leistungshalbleiterschalters T den vierten Halbleiterschalter T4 in Abhängigkeit des mindestens einen Betriebszustandssignals Uce, Udc, I, TS ein- oder auszuschalten. Weiterhin ist die Steuerschaltung ST dazu ausgebildet, bei Empfang eines Einschaltbefehls EB den ersten Halbleiterschalter T1 auszuschalten und den dritten Halbleiterschalter T3 einzuschalten.In the embodiment according to 2 the driver circuit TR has a second voltage source for increasing the control voltage Ua from the first voltage value Uv1 to the second voltage value Uv2 Q2 , a third and fourth semiconductor switch T3 and T4 and an on-resistance Re. The second voltage source Q2 is connected to a first load connection of the third semiconductor switch T3 electrically connected and a second load connection of the third semiconductor switch T3 is electrically connected to the output control connection AS via the switch-on resistor Re. The fourth semiconductor switch T4 is electrically connected in parallel to the switch-on resistor Re. The control circuit ST is formed when the power semiconductor switch T is switched on, the fourth semiconductor switch T4 switch on or off depending on the at least one operating state signal Uce, Udc, I, TS. Furthermore, the control circuit ST is designed to switch the first semiconductor switch upon receipt of a switch-on command EB T1 turn off and the third semiconductor switch T3 turn on.

Das Ein- und Ausschalten der Halbleiterschalter T1, T2, T3 und T4 wird dabei von der Steuerschaltung ST mittels Steuersignale S gesteuert.Switching the semiconductor switches on and off T1 , T2 , T3 and T4 is controlled by the control circuit ST by means of control signals S.

In 5 sind zwei zeitliche Verläufe der Ansteuerspannung Ua bei einem Ausschaltvorgang des Leistungshalbleiterschalters T im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß 2 dargestellt. Bis zum Zeitpunkt t1 weist die Ansteuerspannung Ua den zweiten Spannungswert Uv2, hier 15V auf, so dass der Leistungshalbleiterschalter T eingeschalten ist. Der erste Halbleiterschalter T1 ist hierzu ausgeschaltet und der dritte und vierte Halbleiterschalter T3 und T4 sind eingeschaltet. Zum Zeitpunkt t1 empfängt die Steuerschaltung ST einen Ausschaltbefehl AB zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters T. Infolge hiervon wird zum Zeitpunkt t1 von der Steuerschaltung ST der dritte Halbleiterschalter T3 ausgeschaltet und im Falle eines normalen Betriebszustands der erste und zweite Halbleiterschalter T1 und T2 eingeschaltet, so dass die Gate-Emitter-Kapazität des Leistungshalbleiterschalters T schnell entladen wird, da als interne Widerstände der Treiberschaltung TR im Wesentlichen lediglich die Einschaltwiderstände des ersten und zweiten Halbleiterschalters T1 und T2 wirksam sind. Es ergibt sich der in 5 dargestellte durchgezogene Verlauf der Ansteuerspannung Ua. Zum Zeitpunkt t2 weist die Ansteuerspannung Ua den ersten Spannungswert Uv1, hier -8V, auf. Es ergibt sich die Zeitdauer T1 bis die Ansteuerspannung Ua auf den ersten Spannungswert Uv1 reduziert ist. Im Falle eines kritischen Betriebszustands wird abweichend hiervon nicht der erste und der zweite Halbleiterschalter T1 und T2 eingeschaltet, sondern lediglich der erste Halbleiterschalter T1 eingeschaltet, so dass die Gate-Emitter-Kapazität des Leistungshalbleiterschalters T langsamer entladen wird, da als interne Widerstände der Treiberschaltung TR zusätzlich zum Einschaltwiderstand des ersten Halbleiterschalters T1 der im Vergleich zum Einschaltwiderstand des zweiten Halbleiterschalters T2 deutlich höhere Ausschaltwiderstand Ra wirksam ist. Es ergibt sich der in 5 dargestellte gestrichelte Verlauf der Ansteuerspannung Ua. Zum Zeitpunkt t3 weist die Ansteuerspannung Ua den ersten Spannungswert Uv1, hier -8V, auf. Es ergibt sich die im Vergleich zur Zeitdauer T1 deutlich längere Zeitdauer T2 bis die Ansteuerspannung Ua auf den ersten Spannungswert Uv1 reduziert ist. Die Ausschaltgeschwindigkeit mit der Leistungshalbleiterschalter T ausschaltet ist somit bei einem kritischen Betriebszustand niedriger als im bei einem normalen Betriebszustand.In 5 are two time courses of the control voltage Ua when the power semiconductor switch T is switched off in the case of the Embodiment according to 2 shown. Up to the point in time t1, the control voltage Ua has the second voltage value Uv2, here 15V, so that the power semiconductor switch T is switched on. The first semiconductor switch T1 is switched off for this purpose and the third and fourth semiconductor switch T3 and T4 are switched on. At time t1, the control circuit ST receives a switch-off command AB for switching off the power semiconductor switch T. As a result, at time t1, the control circuit ST switches to the third semiconductor switch T3 switched off and in the case of a normal operating state, the first and second semiconductor switch T1 and T2 switched on, so that the gate-emitter capacitance of the power semiconductor switch T is discharged quickly, since the internal resistances of the driver circuit TR are essentially only the switch-on resistances of the first and second semiconductor switches T1 and T2 are effective. The in 5 Solid curve shown for the control voltage Ua. At time t2, the control voltage Ua has the first voltage value Uv1, here -8V. The result is the duration T1 until the control voltage Ua is reduced to the first voltage value Uv1. In the event of a critical operating state, the first and second semiconductor switches are not activated T1 and T2 switched on, but only the first semiconductor switch T1 switched on, so that the gate-emitter capacitance of the power semiconductor switch T is discharged more slowly, since as internal resistances of the driver circuit TR in addition to the on-resistance of the first semiconductor switch T1 compared to the switch-on resistance of the second semiconductor switch T2 significantly higher switch-off resistance Ra is effective. The in 5 shown dashed curve of the control voltage Ua. At time t3, the control voltage Ua has the first voltage value Uv1, here -8V. The result is compared to the duration T1 significantly longer duration T2 until the control voltage Ua is reduced to the first voltage value Uv1. The switch-off speed at which the power semiconductor switch T switches off is thus lower in a critical operating state than in a normal operating state.

Im Falle eines Einschaltvorgangs des Leistungshalbleiterschalters T erfolgt das Einschalten des vierten Halbleiterschalters T4 in analoger Weise abhängig vom Betriebszustand, d.h. abhängig von dem mindestens einen Betriebszustandssignal Uce, Udc, I, TS.If the power semiconductor switch T is switched on, the fourth semiconductor switch is switched on T4 in an analogous manner depending on the operating state, ie depending on the at least one operating state signal Uce, Udc, I, TS.

Es sei angemerkt, dass die Treiberschaltung TR der Leistungshalbleiterschalteranordnung 6 gemäß 2 zum Reduzieren der Ansteuerspannung Ua selbstverständlich noch mehr Ausschaltwiderstände, denen jeweilig eine Halbleiterschalter elektrisch parallel geschaltet ist, aufweisen kann bzw. zum Erhöhen der Ansteuerspannung Ua noch mehr Einschaltwiderstände, denen jeweilig eine Halbleiterschalter elektrisch parallel geschaltet ist, aufweisen kann.It should be noted that the driver circuit TR of the power semiconductor switch arrangement 6th according to 2 to reduce the control voltage Ua, of course, can have even more switch-off resistors, each of which has a semiconductor switch connected electrically in parallel, or to increase the control voltage Ua, it can have even more switch-on resistances, to which a semiconductor switch is connected electrically in parallel.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß 3 weist die Treiberschaltung TR zum Reduzieren der Ansteuerspannung Ua vom zweiten Spannungswert Uv2 auf den ersten Spannungswert Uv1 eine erste und eine zweite Stromquelle S1 und S2, die zueinander elektrisch parallel geschaltet und mit dem Ausgangsansteueranschluss AS elektrisch leitend verbunden sind, auf. Die Steuerschaltung ST ist ausgebildet bei einem Ausschaltvorgang des Leistungshalbleiterschalters T die erste und/oder die zweite Stromquelle S1, S2 in Abhängigkeit des mindestens einen Betriebszustandssignals Uce,Udc,I,TS ein- oder auszuschalten. Die erste Stromquelle S1 ist vorzugsweise ausgebildet einen höheren Strom zu erzeugen als die zweite Stromquelle S2. Der von der ersten Stromquelle S1 erzeugte erste Strom I1 ist im Rahmen des Ausführungsbeispiels höher als der von der zweiten Stromquelle erzeugte zweite Strom 12. Die erste und zweite Stromquelle S1 und S2 sind zu ihrer Energieversorgung mit einer ersten Spannungsquelle Q1 elektrisch leitend verbunden. Im Falle eines kritischen Betriebszustands kann zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters T z.B. lediglich die zweite Stromquelle S2 von der Steuerschaltung ST eingeschaltet werden, so dass die Zeitdauer bis die Ansteuerspannung Ua auf den ersten Spannungswert Uv1 reduziert ist relativ lang ist. Im Falle eines normalen Betriebszustands kann zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalter T z.B. lediglich die erste Stromquelle S1 oder die erste und die zweite Stromquelle S1 und S2 von der Steuerschaltung ST eingeschaltet werden, so dass die Zeitdauer bis die Ansteuerspannung Ua auf den ersten Spannungswert reduziert ist kurz ist, und somit der Leistungshalbleiterschalter T mit einer hohen Ausschaltgeschwindigkeit ausschaltet wird. Die Steuerschaltung ST ist ausgebildet bei einem Ausschaltvorgang des Leistungshalbleiterschalters T zum Reduzieren der Ansteuerspannung Ua vom zweiten Spannungswert Uv2 auf den ersten Spannungswert Uv1In the embodiment according to 3 the driver circuit TR has a first and a second current source for reducing the control voltage Ua from the second voltage value Uv2 to the first voltage value Uv1 S1 and S2 which are connected electrically in parallel to one another and are connected in an electrically conductive manner to the output control connection AS. The control circuit ST is formed when the power semiconductor switch T is switched off, the first and / or the second current source S1 , S2 switch on or off depending on the at least one operating state signal Uce, Udc, I, TS. The first power source S1 is preferably designed to generate a higher current than the second current source S2 . The one from the first power source S1 generated electricity first I1 is higher in the context of the exemplary embodiment than the second current generated by the second current source 12 . The first and second power sources S1 and S2 are to their energy supply with a first voltage source Q1 electrically connected. In the case of a critical operating state, only the second current source can, for example, switch off the power semiconductor switch T S2 are switched on by the control circuit ST, so that the period of time until the control voltage Ua is reduced to the first voltage value Uv1 is relatively long. In the case of a normal operating state, only the first current source can, for example, switch off the power semiconductor switch T S1 or the first and second power sources S1 and S2 are switched on by the control circuit ST, so that the period of time until the control voltage Ua is reduced to the first voltage value is short, and thus the power semiconductor switch T is switched off at a high switch-off speed. When the power semiconductor switch T is switched off, the control circuit ST is designed to reduce the control voltage Ua from the second voltage value Uv2 to the first voltage value Uv1

Beim Ausführungsbeispiel gemäß 3 weist die Treiberschaltung TR zum Erhöhen der Ansteuerspannung Ua vom ersten Spannungswert Uv1 auf den zweiten Spannungswert Uv2 eine dritte und eine vierte Stromquelle S3 und S4, die zueinander elektrisch parallel geschaltet und mit dem Ausgangsansteueranschluss AS elektrisch leitend verbunden sind, auf. Die Steuerschaltung ST ist ausgebildet bei einem Einschaltvorgang des Leistungshalbleiterschalters T die dritte und/oder die vierte Stromquelle S3, S4 in Abhängigkeit des mindestens einen Betriebszustandssignals Uce, Udc, I, TS ein- oder auszuschalten. Die dritte Stromquelle S3 ist vorzugsweise ausgebildet einen höheren Strom zu erzeugen als die vierte Stromquelle S4.In the embodiment according to 3 the driver circuit TR has a third and a fourth current source for increasing the control voltage Ua from the first voltage value Uv1 to the second voltage value Uv2 S3 and S4 which are connected electrically in parallel to one another and are connected in an electrically conductive manner to the output control connection AS. The control circuit ST is designed when the power semiconductor switch T is switched on, the third and / or the fourth current source S3 , S4 switch on or off depending on the at least one operating state signal Uce, Udc, I, TS. The third power source S3 is preferably designed to generate a higher current than the fourth current source S4 .

Der von der dritten Stromquelle S3 erzeugte dritte Strom I3 ist im Rahmen des Ausführungsbeispiels höher als der von der vierten Stromquelle S4 erzeugte vierte Strom 14. Die dritte und vierte Stromquelle S3 und S4 sind zu ihrer Energieversorgung mit einer zweiten Spannungsquelle Q2 elektrisch leitend verbunden. Im Falle eines kritischen Betriebszustands kann zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalter T z.B. lediglich die vierte Stromquelle S4 von der Steuerschaltung ST eingeschaltet werden, so dass die Zeitdauer bis die Ansteuerspannung Ua auf den zweiten Spannungswert Uv2 erhöht ist relativ lang ist. Im Falle eines normalen Betriebszustands kann zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalter T z.B. lediglich die dritte Stromquelle S3 oder die dritte und die vierte Stromquelle S3 und S4 von der Steuerschaltung ST eingeschaltet werden, so dass die Zeitdauer bis die Ansteuerspannung Ua auf den zweiten Spannungswert Uv2 erhöht ist kurz ist und somit der Leistungshalbleiterschalter T mit einer hohen Einschaltgeschwindigkeit einschaltet wird.The one from the third power source S3 generated third electricity I3 is higher in the context of the exemplary embodiment than that of the fourth current source S4 generated fourth electricity 14th . The third and fourth power source S3 and S4 are to their energy supply with a second voltage source Q2 electrically connected. In the case of a critical operating state, only the fourth power source can be used to switch on the power semiconductor switch T, for example S4 are switched on by the control circuit ST, so that the time period until the control voltage Ua is increased to the second voltage value Uv2 is relatively long. In the case of a normal operating state, only the third current source can, for example, switch on the power semiconductor switch T S3 or the third and fourth power sources S3 and S4 are switched on by the control circuit ST, so that the time until the control voltage Ua is increased to the second voltage value Uv2 is short and thus the power semiconductor switch T is switched on at a high switch-on speed.

Weiterhin ist die Steuerschaltung ST dazu ausgebildet, bei Empfang eines Ausschaltbefehls AB die dritte und vierte Stromquelle S3 und S4 auszuschalten. Weiterhin ist die Steuerschaltung ST dazu ausgebildet, bei Empfang eines Einschaltbefehls EB die erste und zweite Stromquelle S1 und S2 auszuschalten.Furthermore, the control circuit ST is designed to generate the third and fourth current sources when a switch-off command AB is received S3 and S4 turn off. Furthermore, the control circuit ST is designed to supply the first and second current sources when a switch-on command EB is received S1 and S2 turn off.

Das Ein- und Ausschalten der Stromquellen S1, S2, S3 und S4 wird dabei von der Steuerschaltung ST mittels Steuersignale S gesteuert.Switching the power sources on and off S1 , S2 , S3 and S4 is controlled by the control circuit ST by means of control signals S.

Es sei angemerkt, dass die Treiberschaltung TR der Leistungshalbleiterschalteranordnung 6 gemäß 3 selbstverständlich noch mehr Stromquellen zum Reduzieren oder Erhöhen der Ansteuerspannung Ua aufweisen kann.It should be noted that the driver circuit TR of the power semiconductor switch arrangement 6th according to 3 can of course have even more current sources for reducing or increasing the control voltage Ua.

Es sei angemerkt, dass mit Ausnahme der geänderten Treiberschaltung TR die Leistungshalbleiterschalteranordnung 6 gemäß 3 mit der Leistungshalbleiterschalteranordnung 6 gemäß 2 einschließlich vorteilhafter Ausbildungen und Ausbildungsvarianten übereinstimmt.It should be noted that, with the exception of the modified driver circuit TR, the power semiconductor switch arrangement 6th according to 3 with the power semiconductor switch arrangement 6th according to 2 including advantageous training courses and training variants.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß 4 weist die Treiberschaltung TR zum Reduzieren der Ansteuerspannung Ua vom zweiten Spannungswert Uv2 auf den ersten Spannungswert Uv1 eine erste Spannungsquelle Q1 und einen ersten und einen zweiten MOSFET M1 und M2 auf. Die ersten Laststromanschlüsse des ersten und zweiten MOSFET M1 und M2 sind mit der ersten Spannungsquelle Q1 elektrisch leitend verbunden und die zweiten Laststromanschlüsse des ersten und zweiten MOSFET M1 undM2 sind mit dem Ausgangsansteueranschluss AS elektrisch leitend verbunden. Die Steuerschaltung ST ist ausgebildet bei einem Ausschaltvorgang des Leistungshalbleiterschalters T den ersten und/oder den zweiten MOSFET M1, M2 in Abhängigkeit des mindestens einen Betriebszustandssignals Uce, Udc, I, TS ein- oder auszuschalten. Die Steilheit (ΔDrainstrom / ΔGate-Source-Spannung eines MOSFET) des zweiten MOSFET M2 ist im Rahmen des Ausführungsbeispiels kleiner als die Steilheit des ersten MOSFET M1. Im Falle eines kritischen Betriebszustands kann zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters T z.B. lediglich der zweite MOSFET M2 von der Steuerschaltung ST eingeschaltet werden, so dass die Zeitdauer bis die Ansteuerspannung Ua auf den ersten Spannungswert Uv1 reduziert ist relativ lang ist. Im Falle eines normalen Betriebszustands kann zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters T z.B. lediglich der erste MOSFET M1 oder der erste und der zweite MOSFET M1 und M2 von der Steuerschaltung ST eingeschaltet werden, so dass die Zeitdauer bis die Ansteuerspannung Ua auf den ersten Spannungswert Uv1 reduziert ist kurz ist und somit der Leistungshalbleiterschalter T mit einer hohen Ausschaltgeschwindigkeit ausschaltet wird.In the embodiment according to 4th the driver circuit TR has a first voltage source for reducing the control voltage Ua from the second voltage value Uv2 to the first voltage value Uv1 Q1 and first and second MOSFETs M1 and M2 on. The first load current terminals of the first and second MOSFET M1 and M2 are with the first voltage source Q1 electrically connected and the second load current connections of the first and second MOSFET M1 andM2 are electrically conductively connected to the output control connection AS. The control circuit ST is formed when the power semiconductor switch T turns off the first and / or the second MOSFET M1 , M2 switch on or off depending on the at least one operating state signal Uce, Udc, I, TS. The slope (Δ drain current / Δ gate-source voltage of a MOSFET) of the second MOSFET M2 is smaller than the slope of the first MOSFET in the context of the exemplary embodiment M1 . In the case of a critical operating state, only the second MOSFET can, for example, switch off the power semiconductor switch T M2 are switched on by the control circuit ST, so that the period of time until the control voltage Ua is reduced to the first voltage value Uv1 is relatively long. In the case of a normal operating state, only the first MOSFET, for example, can be used to turn off the power semiconductor switch T M1 or the first and second MOSFETs M1 and M2 are switched on by the control circuit ST, so that the time until the control voltage Ua is reduced to the first voltage value Uv1 is short and thus the power semiconductor switch T is switched off at a high turn-off speed.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß 4 weist die Treiberschaltung TR zum Erhöhen der Ansteuerspannung Ua vom ersten Spannungswert Uv1 auf den zweiten Spannungswert Uv2 eine zweite Spannungsquelle Q2 und einen dritten und einen vierten MOSFET M3 und M4 auf. Die ersten Laststromanschlüsse des dritten und vierten MOSFET M3 und M4 sind mit der zweiten Spannungsquelle Q2 elektrisch leitend verbunden. Die zweiten Laststromanschlüsse des dritten und vierten MOSFET M3 und M4 sind mit dem Ausgangsansteueranschluss AS elektrisch leitend verbunden. Die Steuerschaltung TR ist ausgebildet bei einem Einschaltvorgang des Leistungshalbleiterschalters T den dritten und/oder den vierten MOSFET M3, M4 in Abhängigkeit des mindestens einen Betriebszustandssignals Uce, Udc, I, TS ein- oder auszuschalten. Die Steilheit des vierten MOSFET M4 ist im Rahmen des Ausführungsbeispiels kleiner als die Steilheit des dritten MOSFET M3. Im Falle eines kritischen Betriebszustands kann zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalters T z.B. lediglich der vierte MOSFET M4 von der Steuerschaltung ST eingeschaltet werden, so dass die Zeitdauer bis die Ansteuerspannung Ua auf den zweiten Spannungswert Uv2 erhöht ist relativ lang ist. Im Falle eines normalen Betriebszustands kann zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalters T z.B. lediglich der dritte MOSFET M3 oder der dritte und die vierte MOSFET M3 und M4 von der Steuerschaltung ST eingeschaltet werden, so dass die Zeitdauer bis die Ansteuerspannung Ua auf den zweiten Spannungswert Uv2 erhöht ist kurz ist und somit der Leistungshalbleiterschalter T mit einer hohen Einschaltgeschwindigkeit einschaltet wird.In the embodiment according to 4th the driver circuit TR has a second voltage source for increasing the control voltage Ua from the first voltage value Uv1 to the second voltage value Uv2 Q2 and third and fourth MOSFETs M3 and M4 on. The first load current connections of the third and fourth MOSFET M3 and M4 are with the second voltage source Q2 electrically connected. The second load current connections of the third and fourth MOSFET M3 and M4 are electrically connected to the output control connection AS. The control circuit TR is formed when the power semiconductor switch T is switched on, the third and / or the fourth MOSFET M3 , M4 switch on or off depending on the at least one operating state signal Uce, Udc, I, TS. The steepness of the fourth MOSFET M4 is smaller than the slope of the third MOSFET in the context of the exemplary embodiment M3 . In the case of a critical operating state, only the fourth MOSFET, for example, can be used to switch on the power semiconductor switch T M4 are switched on by the control circuit ST, so that the time period until the control voltage Ua is increased to the second voltage value Uv2 is relatively long. In the case of a normal operating state, only the third MOSFET, for example, can be used to switch on the power semiconductor switch T M3 or the third and fourth MOSFETs M3 and M4 are switched on by the control circuit ST, so that the period of time until the control voltage Ua is increased to the second voltage value Uv2 is short and thus the Power semiconductor switch T is turned on at a high switch-on speed.

Weiterhin ist die Steuerschaltung ST dazu ausgebildet, bei Empfang eines Ausschaltbefehls AB den dritten und vierten MOSFET M3 und M4 auszuschalten. Weiterhin ist die Steuerschaltung ST dazu ausgebildet, bei Empfang eines Einschaltbefehls EB den ersten und zweiten MOSFET M1 und M2 auszuschalten. Furthermore, the control circuit ST is designed to switch the third and fourth MOSFETs on receipt of a switch-off command AB M3 and M4 turn off. Furthermore, the control circuit ST is designed to switch the first and second MOSFETs on receipt of a switch-on command EB M1 and M2 turn off.

Das Ein- und Ausschalten der MOSFETs M1, M2, M3 und M4 wird dabei von der Steuerschaltung ST mittels Steuersignale S gesteuert.Switching the MOSFETs on and off M1 , M2 , M3 and M4 is controlled by the control circuit ST by means of control signals S.

Es sei angemerkt, dass die Treiberschaltung TR der Leistungshalbleiterschalteranordnung 6 gemäß 4 selbstverständlich noch mehr MOSFETs zum Reduzieren oder Erhöhen der Ansteuerspannung Ua aufweisen kann.It should be noted that the driver circuit TR of the power semiconductor switch arrangement 6th according to 4th can of course have even more MOSFETs for reducing or increasing the control voltage Ua.

Es sei angemerkt, dass mit Ausnahme der geänderten Treiberschaltung TR die Leistungshalbleiterschalteranordnung 6 gemäß 4 mit der Leistungshalbleiterschalteranordnung 6 gemäß 2 einschließlich vorteilhafter Ausbildungen und Ausbildungsvarianten übereinstimmt.It should be noted that, with the exception of the modified driver circuit TR, the power semiconductor switch arrangement 6th according to 4th with the power semiconductor switch arrangement 6th according to 2 including advantageous training courses and training variants.

Die Leistungshalbleiterschalteranordnung 6 weist bei allen Ausführungsbeispielen die erfindungsgemäße Ansteuereinrichtung 1, den Strompfad SP und den Leistungshalbleiterschalter T auf, wobei der genau eine Ausgangsansteueranschluss AS der Ansteuereinrichtung 1 zur Ansteuerung dieses Leistungshalbleiterschalter T, über den Strompfad SP mit dem Steueranschluss G des Leistungshalbleiterschalters T elektrisch leitend verbunden ist. Die Ansteuereinrichtung 1 weist außer diesem Ausgangsansteueranschluss AS keinen weiteren Ausgangsansteueranschluss zur Ansteuerung dieses Leistungshalbleiterschalters T, der über einen weiteren Strompfad mit dem Steueranschluss G dieses Leistungshalbleiterschalters T verbunden ist, auf.The power semiconductor switch arrangement 6th has the control device according to the invention in all exemplary embodiments 1 , the current path SP and the power semiconductor switch T, the exactly one output control connection AS of the control device 1 to control this power semiconductor switch T, via the current path SP with the control connection G of the power semiconductor switch T is electrically connected. The control device 1 apart from this output control connection AS, has no further output control connection for controlling this power semiconductor switch T, which is connected to the control connection G of this power semiconductor switch T via a further current path.

Es sei weiterhin angemerkt, dass direkt miteinander elektrisch leitend verbundene Ausgangsansteueranschlüsse, die somit das gleiche elektrische Potential aufweisen, im Sinne der Erfindung als ein Ausgangsansteueranschluss AS angesehen werden.It should also be noted that output control connections that are directly connected to one another in an electrically conductive manner, which thus have the same electrical potential, are regarded as an output control connection AS in the context of the invention.

Es sei weiterhin angemerkt, dass selbstverständlich Merkmale von verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, sofern sich die Merkmale nicht gegenseitig ausschließen, beliebig miteinander kombiniert werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.It should also be noted that features of different exemplary embodiments of the invention, provided that the features are not mutually exclusive, can of course be combined with one another as desired without departing from the scope of the invention.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102010018997 A1 [0002]

Claims

Control device for controlling a power semiconductor switch (T), with a control circuit (2) which has a monolithically integrated driver circuit (TR) and a monolithically integrated control circuit (ST) which controls the driver circuit (TR), with a driver circuit (TR) electrically conductively connected output control connection (AS) for controlling the power semiconductor switch (T), the output control connection (AS) being provided via a current path (SP) for an electrically conductive connection to a control connection (G) of the power semiconductor switch (T), the Control device (1) has precisely this one output control connection (AS) for controlling this power semiconductor switch (T), the driver circuit (TR) being designed to supply a control voltage (Ua) to the output control connection (AS) for switching the power semiconductor switch (T) on and off generate, the control voltage ung (Ua) has a second voltage value (Uv2) for switching on the power semiconductor switch (T) and a first voltage value (Uv1), which is low in relation to the second voltage value (Uv2), for switching off the power semiconductor switch (T), with one for receiving a switch-on command ( EB) to switch on this power semiconductor switch (T) and to receive a switch-off command (AB) to switch off this power semiconductor switch (T) with the control circuit (ST) electrically conductively connected switching signal input terminal (SE), and with a for receiving at least one operating state signal (Uce, Udc , I, TS) with the control circuit (SE) electrically conductively connected at least one operating state input connection (BS), the control circuit (ST), when the output control connection (AS) via the current path (SP) with the control connection (G) of the power semiconductor switch (T ) is electrically connected, is designed to receive a switch-off command s (AB) to control the driver circuit (TR) in such a way that it reduces the control voltage (Ua) from the second voltage value (Uv2) to the first voltage value (Uv1), the control circuit (ST) controlling the driver circuit (TR) in such a way that the time period (T1, T2) until the control voltage (Ua) is reduced to the first voltage value (Uv1), on which at least one operating state signal (Uce, Udc, I, TS) is dependent.

Control device according to Claim 1 , characterized in that the driver circuit (TR) for reducing the control voltage (Ua) from the second voltage value (Uv2) to the first voltage value (Uv1) has a first voltage source (Q1), a first and second semiconductor switch (T1, T2) and a switch-off resistor (Ra), the first voltage source (Q1) being electrically conductively connected to a first load terminal of the first semiconductor switch (T1) and a second load terminal of the first semiconductor switch (T1) being electrically conductively connected to the output control terminal (AS) via the switch-off resistor (Ra) is connected, the second semiconductor switch (T2) being electrically connected in parallel to the switch-off resistor (Ra), the control circuit (ST) being formed when the power semiconductor switch (T) is switched off, the second semiconductor switch (T2) depending on the at least one operating state signal (Uce) , Udc, I, TS) on or off.

Control device according to Claim 1 , characterized in that the driver circuit (TR) for reducing the control voltage (Ua) from the second voltage value (Uv2) to the first voltage value (Uv1) has a first and a second current source (S1, S2), which are connected electrically in parallel with one another and with the Output control connection (AS) are electrically connected, wherein the control circuit (ST) is formed when the power semiconductor switch (T) is switched off, the first and / or the second current source (S1, S2) depending on the at least one operating state signal (Uce, Udc , I, TS) on or off.

Control device according to Claim 3 , characterized in that the first current source (S1) is designed to generate a higher current than the second current source (S2).

Control device according to Claim 1 , characterized in that the driver circuit (TR) for reducing the control voltage (Ua) from the second voltage value (Uv2) to the first voltage value (Uv1) has a first voltage source (Q1) and a first and a second MOSFET (M1, M2), wherein first load current connections of the first and second MOSFET (M1, M2) are electrically conductively connected to the first voltage source (Q1) and second load current connections of the first and second MOSFET (M1, M2) are electrically conductively connected to the output control connection (AS), the Control circuit (ST) is designed to switch the first and / or second MOSFET (M1, M2) on or off as a function of the at least one operating state signal (Uce, Udc, I, TS) when the power semiconductor switch (T) is switched off.

Control device according to Claim 5 , characterized in that the slope of the second MOSFET (M2) is smaller than the slope of the first MOSFET (M1).

Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the control circuit (ST), if the output control connection (AS) is connected to the control connection (G) of the power semiconductor switch (T) in an electrically conductive manner via the current path (SP), is designed to connect the driver circuit (TR) when a switch-on command (EB) is received to be controlled in such a way that it increases the control voltage (Ua) from the first voltage value (Uv1) to the second voltage value (Uv2), the control circuit (ST) controlling the driver circuit (TR) in such a way that the time until the control voltage (Ua) increases the second voltage value (Uv2) is increased, on which at least one operating state signal (Uce, Udc, I, TS) is dependent.

Control device according to Claim 7 , characterized in that the driver circuit (TR) for increasing the control voltage (Ua) from the first voltage value (Uv1) to the second voltage value (Uv2) has a second voltage source (Q2), a third and fourth semiconductor switch (T3, T4) and a switch-on resistor (Re), the second voltage source (Q2) being electrically conductively connected to a first load terminal of the third semiconductor switch (T3) and a second load terminal of the third semiconductor switch (T3) being electrically conductive to the output control terminal (AS) via the switch-on resistor (Re) is connected, the fourth semiconductor switch (T4) being connected electrically in parallel with the switch-on resistor (Re), the control circuit (ST) being formed when the power semiconductor switch (T) is switched on, the fourth semiconductor switch (T4) depending on the at least one operating state signal (Uce) , Udc, I, TS) on or off.

Control device according to Claim 7 , characterized in that the driver circuit (TR) for increasing the control voltage (Ua) from the first voltage value (Uv1) to the second voltage value (Uv2) has a third and a fourth current source (S3, S4), which are connected electrically in parallel with each other and with the Output control connection (AS) are electrically conductively connected, wherein the control circuit (ST) is formed when the power semiconductor switch (T) is switched on, the third and / or fourth current source (S3, S4) depending on the at least one operating state signal (Uce, Udc , I, TS) on or off.

Control device according to Claim 9 , characterized in that the third current source (S3) is designed to generate a higher current than the fourth current source (S4).

Control device according to Claim 7 , characterized in that the driver circuit (TR) has a second voltage source (Q2) and a third and a fourth MOSFET (M3, M4) for increasing the control voltage (Ua) from the first voltage value (Uv1) to the second voltage value (Uv2), wherein first load current connections of the third and fourth MOSFET (M3, M4) are electrically conductively connected to the second voltage source (Q2) and second load current connections of the third and fourth MOSFET (M3, M4) are electrically conductively connected to the output control connection (AS), the Control circuit (TR) is designed to switch the third and / or fourth MOSFET (M3, M4) on or off depending on the at least one operating state signal (Uce, Udc, I, TS) when the power semiconductor switch (T) is switched on.

Control device according to Claim 11 , characterized in that the slope of the fourth MOSFET (M4) is smaller than the slope of the third MOSFET (M3).

Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the control circuit (ST) and the driver circuit (TR) are monolithically integrated in a common chip (3).

Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the control circuit (ST) and the driver circuit (TR) are arranged in a common IC housing (4), and the output control connection (AS), the at least one operating state input connection (BS) and the Switching signal input connection (SE) in the form of electrically conductive pins or bumps protruding from the IC housing (4).

Power semiconductor switch arrangement with a control device (1) according to one of the Claims 1 to 14th , with a current path (SP) and with a power semiconductor switch (T), the precisely one output control connection (AS) of the control device (1) for controlling this power semiconductor switch (T) via the current path (SP) with the control connection (G) of the power semiconductor switch ( T) is electrically connected.