DE102019132183B4

DE102019132183B4 - Leistungshalbleitereinrichtung mit einer Halbbrückenschaltung

Info

Publication number: DE102019132183B4
Application number: DE102019132183.2A
Authority: DE
Inventors: Johannes Klier
Original assignee: Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Current assignee: Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Priority date: 2019-11-27
Filing date: 2019-11-27
Publication date: 2021-10-14
Anticipated expiration: 2039-11-28
Also published as: DE102019132183A1

Abstract

Leistungshalbleitereinrichtung mit einer Halbbrückenschaltung (12), die einen ersten und einen zweiten Leistungshalbleiterschalter (T1,T2) aufweist, wobei die Halbbrückenschaltung (12) dazu ausgebildet ist, dass über ihr im Betrieb der Leistungshalbleitereinrichtung (1) eine Zwischenkreisspannung (Udc) anliegt, wobei der jeweilige Leistungshalbleiterschalter (T1,T2) einen ersten und einen zweiten Laststromanschluss (C,E) und einen Steueranschluss (G) aufweist, wobei im Betrieb der Halbbrückenschaltung (12) zwischen dem ersten und zweiten Laststromanschluss (C,E) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) eine Lastspannung (Uce) anliegt,mit einer Ansteuereinrichtung (2), die dazu ausgebildet ist am Steueranschluss (G) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) eine erste Ansteuerspannung (Ua1) in Abhängigkeit eines ersten Steuersignals (A1) zum Ein- und Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) zu erzeugen,und mit einer Lastspannungsänderungsermittlungseinrichtung (4), die einen Kondensator (C1) dessen erster Kondensatoranschluss mit dem ersten Laststromanschluss (C) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) elektrisch leitend verbunden ist und dessen zweiter Kondensatoranschluss mit dem zweiten Laststromanschluss (E) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) elektrisch leitend verbunden ist und eine Lastspannungsänderungsermittlungseinheit (5) aufweist, die dazu ausgebildet ist, anhand des durch den Kondensator (C1) fließenden Stroms (Ic) ein zur zeitlichen Ableitung der Lastspannung (Uce) proportionales Lastspannungsänderungssignal (Uce') zu ermitteln, wobei die Stromsignalermittlungseinrichtung (3,3') dazu ausgebildet ist anhand eines durch den ersten Leistungshalbleiterschalter (T1) fließenden Laststroms (I) ein zu dem Laststrom (I) proportionales Laststrommesssignal (Im) zu ermitteln,mit einer Zwischenkreisspannungsermittlungseinrichtung (13), die dazu ausgebildet ist anhand der Zwischenkreisspannung (Udc) ein zur Zwischenkreisspannung (Udc) proportionales Zwischenkreisspannungsmesssignal (Udcm) zu ermitteln,und mit einer Temperaturermittlungseinheit (14), die dazu ausgebildet ist, anhand des Laststrommesssignals (Im), des Lastspannungsänderungssignals (Uce') und des Zwischenkreisspannungsmesssignals (Udcm) eine Leistungshalbleiterschaltertemperatur (Tm) des erstenLeistungshalbleiterschalters (T1) zu ermitteln, wobei die Temperaturermittlungseinheit (14) die Leistungshalbleiterschaltertemperatur (Tm) ermittelt, indem sie bei einem Ausschaltvorgang des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) einen Laststrommesssignalbezugswert, der einem Laststrommesssignalwert (Im(t0)) des Laststrommesssignals (Im) zum Zeitpunkt (t0) des Beginns des Ausschaltvorgangs des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) oder zu einem Zeitpunkt vor diesem entspricht, ermittelt, und indem sie bei einem Ausschaltvorgang des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) den während des Ausschaltvorgangs des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) auftretenden maximalen Lastspannungsänderungssignalwert (Uce'max1,Uce'max2) des Lastspannungsänderungssignals (Uce') ermittelt, und indem sie anhand des Laststrommesssignalbezugswerts, des maximalen Lastspannungsänderungssignalwerts (Uce'max1,Uce'max2) und eines Zwischenkreisspannungsmesssignalwerts der Zwischenkreisspannungsmesssignals (Udcm) die Leistungshalbleiterschaltertemperatur (Tm) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leistungshalbleitereinrichtung mit einer Halbbrückenschaltung.
Aus der EP 2 615 467 B1 ist eine Leistungshalbleitereinrichtung mit einer Halbbrückenschaltung bekannt, bei der eine Ermittlung der Temperaturen der IGBTs der Halbbrückenschaltung beim Ausschaltvorgang der IGBTs anhand einer Auswertung des Verlaufs der Gate-Emitter-Spannung des jeweiligen IGBTs erfolgt.
Aus der DE 0 2014 219 470 A1 ist ein Verfahren zur temperaturabhängigen Auswahl von Abschaltgeschwindigkeiten für Abschaltvorgänge in Leistungshalbleitern bekannt, welche an einem Gleichspannungszwischenkreis eines Umrichters angeordnet sind, wobei eine Gleichspannung des Gleichspannungszwischenkreises erfasst und mit einer Referenzgleichspannung verglichen wird, eine Temperatur, insbesondere eine Sperrschichttemperatur, des Leistungshalbleiter (5) erfasst und mit einer Referenztemperatur verglichen wird und, in Abhängigkeit von Kombinationsmöglichkeiten der verglichenen Temperaturen mit den verglichenen Gleichspannungen, die Auswahl einer Abschaltgeschwindigkeit aus einer Anzahl von Abschaltgeschwindigkeiten getroffen sowie eine neu ermittelte Abschaltgeschwindigkeit bereitgestellt wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Leistungshalbleitereinrichtung mit einer Leistungshalbleiterschalter aufweisenden Halbbrückenschaltung zu schaffen, bei der die zeitliche Änderung einer zwischen den Laststromanschlüssen mindestens einer der Leistungshalbleiterschalter anliegenden Lastspannung zuverlässig ermittelt wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Leistungshalbleitereinrichtung mit einer Halbbrückenschaltung, die einen ersten und einen zweiten Leistungshalbleiterschalter aufweist, wobei die Halbbrückenschaltung, dazu ausgebildet ist, dass über ihr im Betrieb der Leistungshalbleitereinrichtung eine Zwischenkreisspannung anliegt, wobei der jeweilige Leistungshalbleiterschalter einen ersten und einen zweiten Laststromanschluss und einen Steueranschluss aufweist, wobei im Betrieb der Halbbrückenschaltung zwischen dem ersten und zweiten Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters eine Lastspannung anliegt,
mit einer Ansteuereinrichtung, die dazu ausgebildet ist am Steueranschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters eine erste Ansteuerspannung in Abhängigkeit eines ersten Steuersignals zum Ein- und Ausschalten des ersten
Leistungshalbleiterschalters zu erzeugen,
und mit einer Lastspannungsänderungsermittlungseinrichtung, die einen Kondensator dessen erster Kondensatoranschluss mit dem ersten Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalter elektrisch leitend verbunden ist und dessen zweiter Kondensatoranschluss mit dem zweiten Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalter elektrisch leitend verbunden ist und eine Lastspannungsänderungsermittlungseinheit aufweist, die dazu ausgebildet ist, anhand des durch den Kondensator fließenden Stroms ein zur zeitlichen Ableitung der Lastspannung proportionales Lastspannungsänderungssignal zu ermitteln, wobei die Leistungshalbleitereinrichtung eine Stromsignalermittlungseinrichtung aufweist, die
dazu ausgebildet ist anhand eines durch den ersten Leistungshalbleiterschalter fließenden Laststroms ein zu dem Laststrom proportionales Laststrommesssignal zu ermitteln, und
eine Zwischenkreisspannungsermittlungseinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist anhand der Zwischenkreisspannung ein zur Zwischenkreisspannung proportionales Zwischenkreisspannungsmesssignal zu ermitteln, und eine Temperaturermittlungseinheit aufweist, die dazu ausgebildet ist, anhand des Laststrommesssignals, des Lastspannungsänderungssignal und des Zwischenkreisspannungsmesssignals eine Leistungshalbleiterschaltertemperatur des ersten Leistungshalbleiterschalters zu ermitteln, wobei die
Temperaturermittlungseinheit die Leistungshalbleiterschaltertemperatur ermittelt, indem sie bei einem Ausschaltvorgang des ersten Leistungshalbleiterschalters einen Laststrommesssignalbezugswert, der einem Laststrommesssignalwert des Laststrommesssignals zum Zeitpunkt des Beginns des Ausschaltvorgangs des ersten Leistungshalbleiterschalters oder zu einem Zeitpunkt vor diesem entspricht, ermittelt, und indem sie bei einem Ausschaltvorgang des ersten Leistungshalbleiterschalters den während des Ausschaltvorgangs des ersten Leistungshalbleiterschalters auftretenden maximalen Lastspannungsänderungssignalwert des Lastspannungsänderungssignals ermittelt, und indem sie anhand des Laststrommesssignalbezugswerts, des maximalen
Lastspannungsänderungssignalwerts und eines
Zwischenkreisspannungsmesssignalwerts der Zwischenkreisspannungsmesssignals die Leistungshalbleiterschaltertemperatur des ersten Leistungshalbleiterschalters ermittelt.
Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst, durch eine Leistungshalbleitereinrichtung mit einer Halbbrückenschaltung, die einen ersten und einen zweiten Leistungshalbleiterschalter aufweist, wobei die Halbbrückenschaltung, dazu ausgebildet ist, dass über ihr im Betrieb der Leistungshalbleitereinrichtung eine Zwischenkreisspannung anliegt, wobei der jeweilige Leistungshalbleiterschalter einen ersten und einen zweiten Laststromanschluss und einen Steueranschluss aufweist, wobei im Betrieb der Halbbrückenschaltung zwischen dem ersten und zweiten Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters eine Lastspannung anliegt,
mit einer Ansteuereinrichtung, die dazu ausgebildet ist am Steueranschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters eine erste Ansteuerspannung in Abhängigkeit eines
ersten Steuersignals zum Ein- und Ausschalten des ersten
Leistungshalbleiterschalters zu erzeugen,
und mit einer Lastspannungsänderungsermittlungseinrichtung, die einen Kondensator dessen erster Kondensatoranschluss mit dem ersten Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalter elektrisch leitend verbunden ist und dessen zweiter Kondensatoranschluss mit dem zweiten Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalter elektrisch leitend verbunden ist und eine Lastspannungsänderungsermittlungseinheit aufweist, die dazu ausgebildet ist, anhand des durch den Kondensator fließenden Stroms ein zur zeitlichen Ableitung der Lastspannung proportionales Lastspannungsänderungssignal zu ermitteln, wobei die Leistungshalbleitereinrichtung eine Stromsignalermittlungseinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist anhand eines durch den ersten Leistungshalbleiterschalter fließenden Laststroms ein zu dem Laststrom proportionales Laststrommesssignal zu ermitteln, und
eine Zwischenkreisspannungsermittlungseinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist anhand der Zwischenkreisspannung ein zur Zwischenkreisspannung proportionales Zwischenkreisspannungsmesssignal zu ermitteln, und
eine Temperaturermittlungseinheit aufweist, die dazu ausgebildet ist, anhand des Laststrommesssignals, des Lastspannungsänderungssignal und des Zwischenkreisspannungsmesssignals eine Leistungshalbleiterschaltertemperatur des ersten Leistungshalbleiterschalters zu ermitteln, wobei die
Temperaturermittlungseinheit die Leistungshalbleiterschaltertemperatur ermittelt, indem sie bei einem Einschaltvorgang des ersten Leistungshalbleiterschalters einen Laststrommesssignalbezugswert, der einem Laststrommesssignalwert des Laststrommesssignals zum Zeitpunkt des Endes des Einschaltvorgangs des ersten Leistungshalbleiterschalters oder zu einem Zeitpunkt nach diesem entspricht, ermittelt, und indem sie bei einem Einschaltvorgang des ersten Leistungshalbleiterschalters den während des Einschaltvorgangs des ersten Leistungshalbleiterschalters auftretenden Lastspannungsänderungssignalwert des Lastspannungsänderungssignals ermittelt, und indem sie anhand des Laststrommesssignalbezugswerts, des maximalen Lastspannungsänderungssignalwerts und eines Zwischenkreisspannungsmesssignalwerts der Zwischenkreisspannungsmesssignals die Leistungshalbleiterschaltertemperatur des ersten Leistungshalbleiterschalters ermittelt. Hierdurch kann die Leistungshalbleiterschaltertemperatur des ersten Leistungshalbleiterschalters bei jedem Einschaltvorgang des ersten Leistungshalbleiterschalters zuverlässig ermittelt werden.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Temperaturermittlungseinheit eine Funktionalität aufweist, in der zu hinterlegten Laststrommesssignalbezugsnennwerten, hinterlegten maximalen Lastspannungsänderungssignalnennwerten und hinterlegten Zwischenkreisspannungsmesssignalnennwerten zugehörige Leistungshalbleiterschaltertemperaturnennwerte hinterlegt sind, wobei die Temperaturermittlungseinheit mittels dieser Funktionalität anhand des Laststrommesssignalbezugswerts, des maximalen
Lastspannungsänderungssignalwerts und des
Zwischenkreisspannungsmesssignalwerts die Leistungshalbleiterschaltertemperatur des ersten Leistungshalbleiterschalters ermittelt. Hierdurch kann auf einfache Art und Weise die Leistungshalbleiterschaltertemperatur des ersten
Leistungshalbleiterschalters ermittelt werden.
In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Temperaturermittlungseinheit dem jeweiligen Laststrommesssignalbezugswert einen jeweilig hinterlegten Laststrommesssignalbezugsnennwert, dem jeweiligen maximalen Lastspannungsänderungssignalwert einen jeweilig hinterlegten maximalen Lastspannungsänderungssignalnennwert und dem jeweiligen Zwischenkreisspannungsmesssignalwert einen jeweilig hinterlegten Zwischenkreisspannungsmesssignalnennwert zuordnet und den zu diesen hinterlegten Nennwerten zugeordneten hinterlegten
Leistungshalbleiterschaltertemperaturnennwert als
Leistungshalbleiterschaltertemperatur des ersten Leistungshalbleiterschalters ermittelt. Hierdurch kann auf einfache Art und Weise die Leistungshalbleiterschaltertemperatur des ersten Leistungshalbleiterschalters ermittelt werden.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Temperaturermittlungseinheit das Verhältnis von Zwischenkreisspannungsmesssignalwert zu maximalen Lastspannungsänderungssignalwert oder von maximalen Lastspannungsänderungssignalwert zu Zwischenkreisspannungsmesssignalwert ermittelt, wobei die Temperaturermittlungseinheit eine Funktionalität aufweist, in der zu hinterlegten Nennverhältnissen und hinterlegten
Laststrommesssignalnennbezugswerten zugehörige
Leistungshalbleiterschaltertemperaturnennwerte hinterlegt sind, wobei die Temperaturermittlungseinheit mittels dieser Funktionalität anhand des Verhältnisses und des Laststrommesssignalbezugswerts die Leistungshalbleiterschaltertemperatur des ersten Leistungshalbleiterschalters ermittelt. Hierdurch kann auf besonders einfache Art und Weise die Leistungshalbleiterschaltertemperatur des ersten Leistungshalbleiterschalters ermittelt werden.
In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Temperaturermittlungseinheit dem jeweiligen Verhältnis ein jeweilig hinterlegtes Nennverhältnis und dem jeweiligen Laststrommesssignalbezugswert einen jeweilig hinterlegten Laststrommesssignalnennbezugswert zuordnet und den zu diesem hinterlegten Nennverhältnis und diesem hinterlegten
Laststrommesssignalnennbezugswert zugeordneten hinterlegten Leistungshalbleiterschaltertemperaturnennwert als
Leistungshalbleiterschaltertemperatur des ersten Leistungshalbleiterschalters ermittelt. Hierdurch kann auf besonders einfache Art und Weise die Leistungshalbleiterschaltertemperatur des ersten Leistungshalbleiterschalters ermittelt werden.
Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch eine Leistungshalbleitereinrichtung mit einer Halbbrückenschaltung, die einen ersten und einen zweiten Leistungshalbleiterschalter aufweist, wobei die Halbbrückenschaltung, dazu ausgebildet ist, dass über ihr im Betrieb der Leistungshalbleitereinrichtung eine Zwischenkreisspannung anliegt, wobei der jeweilige Leistungshalbleiterschalter einen ersten und einen zweiten Laststromanschluss und einen Steueranschluss aufweist, wobei im Betrieb der Halbbrückenschaltung zwischen dem ersten und zweiten Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters eine Lastspannung anliegt,
mit einer Ansteuereinrichtung, die dazu ausgebildet ist am Steueranschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters eine erste Ansteuerspannung in Abhängigkeit eines ersten Steuersignals zum Ein- und Ausschalten des ersten
Leistungshalbleiterschalters zu erzeugen,
und mit einer Lastspannungsänderungsermittlungseinrichtung, die einen Kondensator dessen erster Kondensatoranschluss mit dem ersten Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalter elektrisch leitend verbunden ist und dessen zweiter Kondensatoranschluss mit dem zweiten Laststromanschluss des ersten
Leistungshalbleiterschalter elektrisch leitend verbunden ist und eine Lastspannungsänderungsermittlungseinheit aufweist, die dazu ausgebildet ist, anhand des durch den Kondensator fließenden Stroms ein zur zeitlichen Ableitung der Lastspannung proportionales Lastspannungsänderungssignal zu ermitteln., wobei die Ansteuereinrichtung dazu ausgebildet ist beim Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters am Steueranschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters die erste Ansteuerspannung in Abhängigkeit eines ersten Lastspannungsänderungssignalsollwerts derart zu erzeugen, dass beim Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters der maximale
Lastspannungsänderungssignalwert dem ersten
Lastspannungsänderungssignalsollwert entspricht. Hierdurch wir eine Regelung der Lastspannung auf Einhalten eines maximalen Lastspannungsänderungssignalwerts, der beim Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters dem ersten Lastspannungsänderungssignalsollwert entsprechen soll, erzielt. Hierdurch wird beim Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters eine unzulässig hohe zeitliche Änderung der Lastspannung zuverlässig vermieden. Hierdurch können elektrische Schaltverluste der Halbbrückenschaltung reduziert werden, da der erste Leistungshalbleiterschalter bei entsprechender Wahl des ersten Lastspannungsänderungssignalsollwerts mit maximal möglicher hoher Ausschaltgeschwindigkeit betrieben werden kann, ohne das eine unzulässig hohe zeitliche Änderung der Lastspannung auftritt. Weiterhin kann beim Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters das Auftreten einer unzulässig hohen Lastspannung am ersten Leistungshalbleiterschalter zuverlässig vermieden werden, da eine hohe zeitliche Änderung der Lastspannungen mit dem Auftreten einer hohen Lastspannung einhergeht. Hierdurch kann die Leistungshalbleiterschaltertemperatur bei jedem Ausschaltvorgang des ersten Leistungshalbleiterschalters zuverlässig ermittelt werden.
Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch eine Leistungshalbleitereinrichtung mit einer Halbbrückenschaltung, die einen ersten und einen zweiten Leistungshalbleiterschalter aufweist, wobei die Halbbrückenschaltung, dazu ausgebildet ist, dass über ihr im Betrieb der Leistungshalbleitereinrichtung eine Zwischenkreisspannung anliegt, wobei der jeweilige Leistungshalbleiterschalter einen ersten und einen zweiten Laststromanschluss und einen Steueranschluss aufweist, wobei im Betrieb der Halbbrückenschaltung zwischen dem ersten und zweiten Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters eine Lastspannung anliegt,
mit einer Ansteuereinrichtung, die dazu ausgebildet ist am Steueranschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters eine erste Ansteuerspannung in Abhängigkeit eines ersten Steuersignals zum Ein- und Ausschalten des ersten
Leistungshalbleiterschalters zu erzeugen,
und mit einer Lastspannungsänderungsermittlungseinrichtung, die einen Kondensator dessen erster Kondensatoranschluss mit dem ersten Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalter elektrisch leitend verbunden ist und dessen zweiter Kondensatoranschluss mit dem zweiten Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalter elektrisch leitend verbunden ist und eine Lastspannungsänderungsermittlungseinheit aufweist, die dazu ausgebildet ist, anhand des durch den Kondensator fließenden Stroms ein zur zeitlichen Ableitung der Lastspannung proportionales Lastspannungsänderungssignal zu ermitteln, wobei die Ansteuereinrichtung dazu ausgebildet ist beim Einschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters am Steueranschluss des ersten
Leistungshalbleiterschalters die erste Ansteuerspannung in Abhängigkeit eines zweiten Lastspannungsänderungssignalsollwerts derart zu erzeugen, dass beim Einschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters der maximale Lastspannungsänderungssignalwert dem zweiten Lastspannungsänderungssignalsollwert entspricht. Hierdurch wir eine Regelung der Lastspannung auf Einhalten eines maximalen Lastspannungsänderungssignalwerts, der beim Einschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters dem zweiten Lastspannungsänderungssignalsollwert entsprechen soll, erzielt. Hierdurch wird beim Einschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters eine unzulässig hohe zeitliche Änderung der Lastspannung zuverlässig vermieden. Hierdurch können elektrischen Schaltverluste der Halbbrückenschaltung reduziert werden, da der erste Leistungshalbleiterschalter bei entsprechender Wahl des zweiten Lastspannungsänderungssignalsollwerts mit maximal möglicher hoher Einschaltgeschwindigkeit betrieben werden kann, ohne das eine unzulässig hohe zeitliche Änderung der Lastspannung auftritt.
Weiterhin können hohe zeitliche Änderungen der Eingangsspannung eines an die Halbbrücke elektrisch angeschlossen Elektromotors zu Beschädigungen der Motorwicklungen oder von Lagern der Rotorwelle des Elektromotors führen. Durch entsprechende Wahl des ersten und/oder zweiten Lastspannungsänderungssignalsollwerts können solche Beschädigungen zuverlässig vermieden werden.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Ansteuereinrichtung dazu ausgebildet ist, dass, wenn beim Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters der maximale Lastspannungsänderungssignalwert einen ersten Grenzwert überschreitet, die Geschwindigkeit mit der die erste Ansteuerspannung zum Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters von der Ansteuereinrichtung abgesenkt wird, von der Ansteuereinrichtung reduziert wird. Hierdurch kann beim Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters eine unzulässig hohe zeitliche Änderung der Lastspannung vermieden werden. Weiterhin kann beim Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters das Auftreten einer unzulässig hohen Lastspannung am ersten Leistungshalbleiterschalter zuverlässig vermieden werden, da eine hohe zeitliche Änderung der Lastspannungen mit dem Auftreten einer hohen Lastspannung einhergeht.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Ansteuereinrichtung dazu ausgebildet ist, dass, wenn beim Einschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters der maximale Lastspannungsänderungssignalwert einen zweiten Grenzwert überschreitet, die Geschwindigkeit mit der die erste Ansteuerspannung zum Einschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters von der Ansteuereinrichtung erhöht wird, von der Ansteuereinrichtung reduziert wird. Hierdurch kann beim Einschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters eine unzulässig hohe zeitliche Änderung der Lastspannung vermieden werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die unten stehenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Leistungshalbleitereinrichtung und
2 schematisierte zeitliche Verläufe von in der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung auftretenden Signalen.

Die erfindungsgemäße Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist eine Halbbrückenschaltung 12, hier eine 2-Levelhalbbrückenschaltung, auf. Die Halbbrückenschaltung 12 weist bei dem Ausführungsbeispiel einen ersten und einen zweiten Leistungshalbleiterschalter T1 und T2 auf. Der jeweilige Leistungshalbleiterschalter T1 bzw. T2 weist einen ersten und einen zweiten Laststromanschluss C und E und einen Steueranschluss G auf. Der zweite Laststromanschluss E des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 ist mit dem ersten Laststromanschluss C des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 elektrisch leitend verbunden. Die Halbbrückenschaltung 12 weist weiterhin vorzugsweise einen Positivpotentialanschluss DC+, der mit dem ersten Laststromanschluss C des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 elektrisch leitend verbunden ist, einen Negativpotentialanschluss DC-, der mit dem zweiten Laststromanschluss E des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 elektrisch leitend verbunden ist und einen Wechselpotentialanschluss AC, der mit dem zweiten Laststromanschluss E des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 elektrisch leitenden verbunden ist, auf. Es sei angemerkt, dass die Halbbrückenschaltung 12 der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung 1 auch als Multilevelhalbbrückenschaltung, insbesondere als 3-Level-Halbbrückenschaltung, ausgebildet sein kann. Die Halbbrückenschaltung 12 braucht somit nicht notwendiger Weise die dargestellte 2-Levelhalbbrückenschaltungstopologie aufweisen, sondern kann auch eine andere Halbbrückenschaltungstopologie aufweisen. Die Halbbrückenschaltung 12 kann noch mehr als die beiden dargestellten Leistungshalbleiterschalter T1 und T2 aufweisen.
Dem jeweiligen Leistungshalbleiterschalter T1 bzw. T2 ist vorzugsweise jeweilig eine Diode D1 bzw. D2 antiparallel geschaltet. Die Halbbrückenschaltung 12 ist dazu ausgebildet, dass über ihr im Betrieb der Leistungshalbleitereinrichtung 1 eine Zwischenkreisspannung Udc anliegt. Mittels Halbbrückenschaltungen kann aus der Zwischenkreisspannung Udc eine 1-phasige oder mehrphasige Wechselspannung erzeugt werden oder aus einer 1-phasigen oder mehrphasigen Wechselspannung die Zwischenkreisspannung Udc erzeugt werden. Die Zwischenkreisspannung Udc ist als Gleichspannung ausgebildet. Bei dem Ausführungsbeispiel liegt zwischen dem Positivpotentialanschluss DC+ und dem Negativpotentialanschluss DC- die Zwischenkreisspannung Udc an. Der jeweilige Leistungshalbleiterschalter T1 bzw. T2 liegt im Allgemeinen in Form eines Transistors, wie z.B. eines IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) vor. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass bei dem Ausführungsbeispiel der jeweilige Leistungshalbleiterschalter T1 bzw. T2 in Form eines IGBTs vorliegt und der erste Laststromanschluss C in Form des Kollektors des IGBTs und der zweite Laststromanschluss E in Form des Emitters des IGBTs und der Steueranschluss G in Form des Gates des IGBTs vorliegt.
Im Betrieb der Halbbrückenschaltung 12 liegt zwischen dem ersten und zweiten Laststromanschluss C und E des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 eine Lastspannung Uce an.
Die Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist weiterhin eine Ansteuereinrichtung 2 auf, die dazu ausgebildet ist am Steueranschluss G des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 eine erste Ansteuerspannung Ua1 in Abhängigkeit eines ersten Steuersignals A1 zum Ein- und Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 zu erzeugen. Die Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist weiterhin eine weitere Ansteuereinrichtung 2' auf, die dazu ausgebildet ist am Steueranschluss G des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 eine zweite Ansteuerspannung Ua2 in Abhängigkeit eines zweiten Steuersignals A2 zum Ein- und Ausschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters T1 zu erzeugen. Das jeweilige Steuersignal A1 bzw. A2 wird bei dem Ausführungsbeispiel von einer in 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten übergeordneten Steuerung derart erzeugt, dass der erste und zweite Leistungshalbleiterschalter T1 und T2 im Betrieb der Leistungshalbleitereinrichtung 1 zueinander alternierend ein- und ausschaltet werden. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels nimmt die jeweilige Ansteuerspannung Ua1 bzw. Ua2 einen positiven Spannungswert zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalters T1 bzw. T2 und einen negativen Spannungswert zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters T1 bzw. T2 an. Das jeweilige Steuersignal A1 bzw. A2 liegt in Form eines Einschaltbefehls (z.B. in Form einer am Eingang der jeweiligen Ansteuereinrichtung 2 bzw. 2' anstehenden logischen „1“) vor, der der jeweiligen Ansteuereinrichtung 2 bzw. 2' signalisiert, dass der jeweilige Leistungshalbleiterschalters T1 bzw. T2 eingeschaltet werden soll, oder in Form eines Ausschaltbefehls (z.B. in Form einer am Eingang der jeweiligen Ansteuereinrichtung 2 bzw. 2' anstehenden logischen „0“) vor, der der jeweiligen Ansteuereinrichtung 2 bzw. 2' signalisiert, dass der jeweilige Leistungshalbleiterschalter T1 bzw. T2 ausgeschaltet werden soll.
Die Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist weiterhin eine Lastspannungsänderungsermittlungseinrichtung 4 auf, die einen Kondensator C1 und eine Lastspannungsänderungsermittlungseinheit 5 aufweist. Der Kondensator C1 weist einen ersten Kondensatoranschluss, der mit dem ersten Laststromanschluss C des ersten Leistungshalbleiterschalter T1 elektrisch leitend verbunden ist und einen zweiten Kondensatoranschluss, der mit dem zweiten Laststromanschluss E des ersten Leistungshalbleiterschalter T1 elektrisch leitend verbunden ist, auf. Der durch den Kondensator C1 fließende Strom Ic ergibt sich zu $Uce'=v \cdot Rw \cdot Ic=v \cdot Rw \cdot C \cdot dUce/dt$
wobei C die Kapazität des Kondensators C1 und t die Zeit ist. Das heißt, der durch den Kondensator C1 fließende Strom Ic ist proportional zur zeitlichen Ableitung der Lastspannung Uce. Die Lastspannungsänderungsermittlungseinheit 5 ist dazu ausgebildet, anhand des durch den Kondensator C1 fließenden Stroms Ic ein zur zeitlichen Ableitung der Lastspannung Uce proportionales
Lastspannungsänderungssignal Uce' zu ermitteln. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels weist die Lastspannungsänderungsermittlungseinheit 5 einen zum Kondensator C1 elektrisch in Reihe geschalteten elektrischen Widerstand R (Shunt) auf durch den der durch den Kondensator C1 fließende Strom Ic fliest. Der Strom Ic erzeugt über dem Widerstand R einen Spannungsabfall, der von einem Verstärker V der Lastspannungsänderungsermittlungseinheit 5 mit einer Verstärkung v verstärkt wird. Das Lastspannungsänderungssignal Uce' ergibt sich somit am Ausgang der Lastspannungsänderungsermittlungseinheit 5 zu $Uce'=v \cdot Rw \cdot Ic=v \cdot Rw \cdot C \cdot dUce/dt$
wobei Rw der ohmsche Widerstandswert des Widerstands R ist.
Mittels der Lastspannungsänderungsermittlungseinrichtung 4 kann das zur zeitlichen Ableitung der Lastspannung Uce proportionale Lastspannungsänderungssignal Uce' somit zuverlässig ermittelt werden. Der Kondensator C1 kann z.B. eine Kapazität C von 50pF bis 200pF und der Widerstand R kann z.B. einen ohmschen Widerstandswert Rw von 0,01Ω bis 1Ω, insbesondere von 0,1Ω bis 1Ω, aufweisen.
Die Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist weiterhin vorzugsweise eine Stromsignalermittlungseinrichtung 3 bzw. alternativ 3' auf, die dazu ausgebildet ist, anhand eines durch den ersten Leistungshalbleiterschalter T1 fließenden Laststroms I ein zu dem Laststrom I proportionales Laststrommesssignal Im zu ermitteln. Die Stromsignalermittlungseinrichtung 3 nutzt hierzu den Umstand aus, dass wenn der erste Leistungshalbleiterschalter T1 eingeschaltet ist, der zweite Leistungshalbleiterschalter T2 ausgeschaltet ist und somit in diesem Schaltzustand der zum Wechselpotentialanschluss AC fließende Strom dem Laststroms I entspricht.
Alternativ kann der Laststroms I auch mittels der elektrisch in Reihe zum ersten Leistungshalbleiterschalter T1 geschalteten Stromsignalermittlungseinrichtung 3' ermittelt werden.
Die Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist weiterhin vorzugsweise eine Zwischenkreisspannungsermittlungseinrichtung 13 auf, die dazu ausgebildet ist anhand der Zwischenkreisspannung Udc ein zur Zwischenkreisspannung Udc proportionales Zwischenkreisspannungsmesssignal Udcm zu ermitteln und eine Temperaturermittlungseinheit 14, die dazu ausgebildet ist, anhand des Laststrommesssignals Im, des Lastspannungsänderungssignal Uce' und des Zwischenkreisspannungsmesssignals Udcm die Leistungshalbleiterschaltertemperatur Tm des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 zu ermitteln. Die Zwischenkreisspannungsermittlungseinrichtung 13 liegt beim Ausführungsbeispiel in Form einer Gleichspannungsmesseinrichtung vor.
Solchermaßen wird eine sehr zuverlässige Ermittlung der Leistungshalbleiterschaltertemperatur Tm des ersten Leistungshalbleiterschalters T1, d.h. hier der Sperrschichttemperatur des ersten Leistungshalbleiterschalters T1, erzielt. Die Temperaturermittlungseinheit 14 gibt vorzugsweise die Leistungshalbleiterschaltertemperatur Tm an die übergeordnete Steuerung aus, die vorzugsweise bei einer zu hohen Leistungshalbleiterschaltertemperatur Tm eine Abschaltung aller Leistungshalbleiterschalter der Halbbrückenschaltung bewirkt.
In 2 sind die schematisierten zeitlichen Verläufe von in der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung 1 auftretenden Signalen bei einem Ausschaltvorgang des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 schematisiert dargestellt. Die Ansteuereinrichtung 2 erniedrigt, bei Empfang eines Ausschaltbefehls, ab dem Zeitpunkt t0 die Ansteuerspannung Ua1 von einem positiven Spannungswert, bei dem der erste Leistungshalbleiterschalters T1 eingeschaltet ist, auf einem negativen Spannungswert, bei dem der erste Leistungshalbleiterschalters T1 ausgeschaltet ist, so dass der Ausschaltvorgang des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 ab dem Zeitpunkt t0 beginnt. Da die Gate-Emitter-Kapazität des bei dem Ausführungsbeispiel als IGBT ausgebildeten ersten Leistungshalbleiterschalters T1 von der Ansteuereinrichtung 2 umgeladen werden muss, dauert es eine gewisse Zeitdauer bis nach dem Zeitpunkt t0 der Laststrom I bzw. das Laststrommesssignal Im sinkt und die Lastspannung Uce steigt. In 2 sind die zeitlichen Verläufe der Lastspannung Uce und des Lastspannungsänderungssignal Uce' dargestellt, die sich im Ausführungsbeispiel bei einer Leistungshalbleiterschaltertemperatur Tm des ersten Leistungshalbleiterschalters von 150°C, einer Zwischenkreisspannung Udc von 660V und bei einen Laststrommesssignalbezugswert, der dem Laststrommesssignalwert Im(t0) des Laststrommesssignals Im zum Zeitpunkt t0 des Beginns des Ausschaltvorgangs, hier proportional einem Laststrom I von 400A, einspricht, ergeben.
Der sich bei einem Ausschaltvorgang des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 ergebende maximale Lastspannungsänderungssignalwert Uce'max1 bzw. Uce'max2 des Lastspannungsänderungssignals Uce' ist abhängig von der Leistungshalbleiterschaltertemperatur Tm und steigt mit abnehmender Leistungshalbleiterschaltertemperatur Tm an, was durch zwei Pfeile 16 dargestellt ist. Der sich bei einem Ausschaltvorgang des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 ergebende maximale Lastspannungsänderungssignalwert Uce'max1 bzw. Uce'max2 ist somit ein Maß für die Leistungshalbleiterschaltertemperatur Tm des ersten Leistungshalbleiterschalters T1, anhand sich dessen die Leistungshalbleiterschaltertemperatur Tm des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 ermittelt werden kann. Es sei angemerkt, dass im Sinne der Erfindung unter dem maximalen Lastspannungsänderungssignalwert der maximale Lastspannungsänderungssignalwert Uce'max1, der im ansteigenden Anschnitt des Lastspannungsänderungssignal Uce' auftritt oder der maximale Lastspannungsänderungssignalwert Uce'max2 in negativer Richtung, der im absteigenden Anschnitt des Lastspannungsänderungssignals Uce' auftritt, verstanden wird. Für die Ermittlung der Leistungshalbleiterschaltertemperatur Tm des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 kann somit der maximale
Lastspannungsänderungssignalwert Uce'max1 oder Uce'max2 verwendet werden.
Der maximale Lastspannungsänderungssignalwert Uce'max1 bzw. Uce'max2 hängt jedoch nicht nur von der Leistungshalbleiterschaltertemperatur Tm des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 ab, sondern auch von der Höhe des Zwischenkreisspannungsmesssignals Udcm beim Ausschaltvorgang des ersten Leistungshalbleiterschalters T1, d.h. von der Höhe der Zwischenkreisspannung Udc, und von der Höhe des Laststrommesssignalbezugswerts, d.h. von der Höhe des Laststrommesssignalwerts Im(t0) des Laststrommesssignals zum Zeitpunkt t0 des Beginns des Ausschaltvorgangs des ersten Leistungshalbleiterschalters T1. Mit zunehmenden Zwischenkreisspannungsmesssignal Udcm, d.h. mit zunehmender Zwischenkreisspannung Udc, erhöht sich der maximale
Lastspannungsänderungssignalwert Uce'max1 bzw. Uce'max2. Mit zunehmenden Laststrommesssignalbezugswert, d.h. mit zunehmenden Laststrommesssignalwert Im(t0) des Laststrommesssignals zum Zeitpunkt t0 des Beginns des Ausschaltvorgangs des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 erhöht sich der maximale Lastspannungsänderungssignalwert Uce'max1 bzw. Uce'max2.
Die Temperaturermittlungseinheit 14 kann die Leistungshalbleiterschaltertemperatur Tm ermitteln, indem sie bei einem Ausschaltvorgang des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 einen Laststrommesssignalbezugswert, der dem Laststrommesssignalwert Im(t0) des Laststrommesssignals Im zum Zeitpunkt t0 des Beginns des Ausschaltvorgangs des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 oder zu einem Zeitpunkt, insbesondere kurz, vor diesem entspricht, ermittelt, und indem sie bei einem Ausschaltvorgang des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 den während des Ausschaltvorgangs des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 auftretenden maximalen Lastspannungsänderungssignalwert Uce'max1 bzw. Uce'max2 des Lastspannungsänderungssignals Uce' ermittelt, und indem sie anhand des Laststrommesssignalbezugswerts, des maximalen Lastspannungsänderungssignalwerts Uce'max1 bzw. Uce'max2 und eines Zwischenkreisspannungsmesssignalwerts der Zwischenkreisspannungsmesssignals Udcm die Leistungshalbleiterschaltertemperatur Tm ermittelt. Der Ausschaltvorgang ist beendet, wenn der Laststrom I einen Wert von annähernd Null erreicht hat.
Alternativ oder zusätzlich kann, was in 2 nicht dargestellt ist, die Temperaturermittlungseinheit 14 die Leistungshalbleiterschaltertemperatur Tm ermittelt, indem sie bei einem Einschaltvorgang des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 einen Laststrommesssignalbezugswert, der einem Laststrommesssignalwert des Laststrommesssignals Im zum Zeitpunkt des Endes des Einschaltvorgangs des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 oder zu einem Zeitpunkt, insbesondere kurz, nach diesem entspricht, ermittelt, und indem sie bei einem Einschaltvorgang des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 den während des Einschaltvorgangs des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 auftretenden Lastspannungsänderungssignalwert Uce'max1 bzw. Uce'max2 des Lastspannungsänderungssignals Uce' ermittelt, und indem sie anhand des Laststrommesssignalbezugswerts, des maximalen
Lastspannungsänderungssignalwerts Uce'max1 bzw. Uce'max2 und eines Zwischenkreisspannungsmesssignalwerts der Zwischenkreisspannungsmesssignals Udcm die Leistungshalbleiterschaltertemperatur Tm ermittelt.
Die Ansteuereinrichtung 2 sendet hierzu bei dem Ausführungsbeispiel ein Schaltsignal S an die Temperaturermittlungseinheit 14, dass den Beginn und das Ende eines Ein- oder Ausschaltvorgangs des ersten Leistungshalbleiterschalter T1 anzeigt.
Die Temperaturermittlungseinheit 14 kann eine Funktionalität aufweisen, in der zu hinterlegten Laststrommesssignalbezugsnennwerten, hinterlegten maximalen Lastspannungsänderungssignalnennwerten und hinterlegten Zwischenkreisspannungsmesssignalnennwerten zugehörige Leistungshalbleiterschaltertemperaturnennwerte hinterlegt sind, wobei die Temperaturermittlungseinheit 14 mittels dieser Funktionalität anhand des Laststrommesssignalbezugswerts, des maximalen Lastspannungsänderungssignalwerts Uce'max1 bzw. Uce'max2 und des Zwischenkreisspannungsmesssignalwerts die Leistungshalbleiterschaltertemperatur Tm des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 ermittelt. Die hinterlegten Laststrommesssignalbezugsnennwerte, hinterlegten maximalen Lastspannungsänderungssignalnennwerten, hinterlegten Zwischenkreisspannungsmesssignalnennwerte und die zugehörigen hinterlegten Leistungshalbleiterschaltertemperaturnennwerte werden hierzu im Vorfeld empirisch ermittelt und vorzugsweise in der Temperaturermittlungseinheit 14, z.B. in Form einer Tabelle, abgespeichert. Jeder hinterlegten Kombination aus den hinterlegten Laststrommesssignalbezugsnennwerten, den hinterlegten maximalen Lastspannungsänderungssignalnennwerten und den Zwischenkreisspannungsmesssignalnennwerten ist jeweilig ein hinterlegter Leistungshalbleiterschaltertemperaturnennwert zugeordnet.
Die Temperaturermittlungseinheit 14 kann dem jeweiligen Laststrommesssignalbezugswert einen jeweilig hinterlegten Laststrommesssignalbezugsnennwert, dem jeweiligen maximalen Lastspannungsänderungssignalwerts Uce'max1 bzw. Uce'max2 einen jeweilig hinterlegten maximalen Lastspannungsänderungssignalnennwert und dem jeweiligen Zwischenkreisspannungsmesssignalwert einen jeweilig hinterlegten Zwischenkreisspannungsmesssignalnennwert zuordnen und den zu diesen hinterlegten Nennwerten zugeordneten hinterlegten Leistungshalbleiterschaltertemperaturnennwert als Leistungshalbleiterschaltertemperatur Tm des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 ermitteln.
Alternativ kann die Temperaturermittlungseinheit 14 das Verhältnis von Zwischenkreisspannungsmesssignalwert zu maximalen Lastspannungsänderungssignalwert Uce'max1 bzw. Uce'max2 oder von maximalen Lastspannungsänderungssignalwert Uce'max1 Uce'max2 zu Zwischenkreisspannungsmesssignalwert ermitteln, wobei die Temperaturermittlungseinheit 14 eine Funktionalität aufweist, in der zu hinterlegten Nennverhältnissen und hinterlegten Laststrommesssignalnennbezugswerten zugehörige Leistungshalbleiterschaltertemperaturnennwerte hinterlegt sind, wobei die Temperaturermittlungseinheit 14 mittels dieser Funktionalität anhand des Verhältnisses und des Laststrommesssignalbezugswerts die Leistungshalbleiterschaltertemperatur Tm des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 ermittelt.
Die Temperaturermittlungseinheit 14 ordnet vorzugsweise dem jeweiligen Verhältnis ein jeweilig hinterlegtes Nennverhältnis und dem jeweiligen Laststrommesssignalbezugswert einen jeweilig hinterlegten Laststrommesssignalnennbezugswert zu und ermittelt den zu diesem hinterlegten Nennverhältnis und diesem hinterlegten Laststrommesssignalnennbezugswert zugeordneten hinterlegten Leistungshalbleiterschaltertemperaturnennwert als Leistungshalbleiterschaltertemperatur Tm des ersten Leistungshalbleiterschalters T1. Die hinterlegten Nennverhältnisse, die hinterlegten Laststrommesssignalnennbezugswerte und die zugehörigen hinterlegten Leistungshalbleiterschaltertemperaturnennwerte werden hierzu im Vorfeld empirisch ermittelt und vorzugsweise in der Temperaturermittlungseinheit 14, z.B. in Form einer Tabelle, abgespeichert.
Es sei angemerkt, dass, falls notwendig, die Lastspannungsänderungsermittlungseinheit 5 auch Mittel zur Potentialtrennung des Lastspannungsänderungssignals Uce' von dem durch den Kondensator C1 fließenden Strom Ic und/oder Mittel zur Pegelanpassung des Lastspannungsänderungssignals Uce' an einen Eingangspegel der Temperaturermittlungseinheit 14 aufweisen kann.
Die Ansteuereinrichtung 2 kann dazu ausgebildet sein, beim Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 am Steueranschluss G des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 die erste Ansteuerspannung Ua1 in Abhängigkeit eines ersten Lastspannungsänderungssignalsollwerts Uce'soll1 derart zu erzeugen, dass beim Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 der maximale Lastspannungsänderungssignalwert Uce'max1 bzw. Uce'max2 dem ersten Lastspannungsänderungssignalsollwert Uce'soll1 entspricht. Die Ansteuereinrichtung 2 kann weiterhin dazu ausgebildet sein, beim Einschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 am Steueranschluss G des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 die erste Ansteuerspannung Ua1 in Abhängigkeit eines zweiten Lastspannungsänderungssignalsollwerts Uce'soll2 derart zu erzeugen, dass beim Einschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 der maximale Lastspannungsänderungssignalwert Uce'max1 bzw. Uce'max2 dem zweiten Lastspannungsänderungssignalsollwert Uce'soll2 entspricht. Hierdurch wir eine Regelung der Lastspannung Uce auf Erzielen eines maximalen Lastspannungsänderungssignalwerts Uce'max1 bzw. Uce'max2, der beim Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 dem ersten Lastspannungsänderungssignalsollwert Uce'soll1 und/oder beim Einschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 dem zweiten
Lastspannungsänderungssignalsollwert Uce'soll2 entspricht, erreicht.
Alternativ zu oben beschriebener Regelung kann die Ansteuereinrichtung 2 dazu ausgebildet sein, dass, wenn beim Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 der maximale Lastspannungsänderungssignalwert Uce'max1 bzw. Uce'max2 einen ersten Grenzwert G1 überschreitet, die Geschwindigkeit mit der die erste Ansteuerspannung Ua1 zum Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 von der Ansteuereinrichtung 2 abgesenkt wird, von der Ansteuereinrichtung 2 reduziert wird. Weiterhin kann alternativ zu oben beschriebener Regelung die Ansteuereinrichtung 2 dazu ausgebildet sein, dass, wenn beim Einschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 der maximale Lastspannungsänderungssignalwert Uce'max1 bzw. Uce'max2 einen zweiten Grenzwert G2 überschreitet, die Geschwindigkeit mit der die erste Ansteuerspannung Ua1 zum Einschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 von der Ansteuereinrichtung 2 erhöht wird, von der Ansteuereinrichtung 2 reduziert wird.
Zur Realisierung der oben beschriebenen Regelung bzw. der oben beschriebenen Reduzierung der Geschwindigkeit mit der die erste Ansteuerspannung Ua1 zum Einschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 von der Ansteuereinrichtung 2 erhöht wird oder zum Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 von der Ansteuereinrichtung 2 abgesenkt wird, weist die Ansteuereinrichtung 2 vorzugsweise, was der Übersichtlichkeit in 1 nicht dargestellt ist, ein mehrere miteinander elektrisch verschaltete Widerstände aufweisendes erstes Widerstandsnetzwerk auf, das zwischen einer zu- und abschaltbaren, eine positive Spannung erzeugenden, ersten Spannungsquelle und dem Steueranschluss G des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 elektrisch geschaltet ist und ein mehrere miteinander elektrisch verschaltete Widerstände aufweisendes zweites Widerstandsnetzwerk auf, das zwischen einer zu- und abschaltbaren eine negative Spannung erzeugenden zweiten Spannungsquelle und dem Steueranschluss G des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 elektrisch geschaltet ist. Der erste Leistungshalbleiterschalter T1 wird mittels der ersten Spannungsquelle über das erste Widerstandsnetzwerk eingeschaltet und mittels der zweiten Spannungsquelle über das erste Widerstandsnetzwerk ausgeschaltet, wobei immer nur eine der beiden Spannungsquelle zugeschaltet ist. Mindestens ein Widerstand des jeweiligen Widerstandsnetzwerks ist mittels eines Halbleiterschalters überbrückbar, wobei hierduch der ohmsche Widerstandswert des jeweiligen Widerstandsnetzwerks von der Ansteuereinrichtung 2 verändert werden kann und somit die Geschwindigkeit mit der der erste Leistungshalbleiterschalter T1 ein- und ausschaltet von der Ansteuereinrichtung 2 gesteuert werden kann.
Es sei angemerkt, dass die weitere Ansteuereinrichtung 2' in identischer Weise wie die Ansteuereinrichtung 2 ausgebildet sein kann und für den zweiten Leistungshalbleiterschalter T2 eine identisch wie die Lastspannungsänderungsermittlungseinrichtung 4 ausgebildete weitere Lastspannungsänderungsermittlungseinrichtung und eine identisch wie die Temperaturermittlungseinheit 14 ausgebildete weitere Temperaturermittlungseinheit und eine identisch wie die Stromsignalermittlungseinrichtung 3' ausgebildete weitere Stromsignalermittlungseinrichtung vorhanden sein kann und diese Komponenten in analoger Weise wie in 1 bezüglich des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 dargestellt, entsprechend für zweiten Leistungshalbleiterschalter T2 miteinander elektrisch miteinander verschaltet sein können. Die Erfindung kann somit auch in analoger Weise für den zweiten Leistungshalbleiterschalter T2 anwendet werden und hierdurch dessen Leistungshalbleiterschaltertemperatur ermittelt werden bzw. der zweite Leistungshalbleiterschalter T2 optimiert betrieben bzw. geschützt werden.

Claims

Leistungshalbleitereinrichtung mit einer Halbbrückenschaltung (12), die einen ersten und einen zweiten Leistungshalbleiterschalter (T1,T2) aufweist, wobei die Halbbrückenschaltung (12) dazu ausgebildet ist, dass über ihr im Betrieb der Leistungshalbleitereinrichtung (1) eine Zwischenkreisspannung (Udc) anliegt, wobei der jeweilige Leistungshalbleiterschalter (T1,T2) einen ersten und einen zweiten Laststromanschluss (C,E) und einen Steueranschluss (G) aufweist, wobei im Betrieb der Halbbrückenschaltung (12) zwischen dem ersten und zweiten Laststromanschluss (C,E) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) eine Lastspannung (Uce) anliegt, mit einer Ansteuereinrichtung (2), die dazu ausgebildet ist am Steueranschluss (G) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) eine erste Ansteuerspannung (Ua1) in Abhängigkeit eines ersten Steuersignals (A1) zum Ein- und Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) zu erzeugen, und mit einer Lastspannungsänderungsermittlungseinrichtung (4), die einen Kondensator (C1) dessen erster Kondensatoranschluss mit dem ersten Laststromanschluss (C) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) elektrisch leitend verbunden ist und dessen zweiter Kondensatoranschluss mit dem zweiten Laststromanschluss (E) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) elektrisch leitend verbunden ist und eine Lastspannungsänderungsermittlungseinheit (5) aufweist, die dazu ausgebildet ist, anhand des durch den Kondensator (C1) fließenden Stroms (Ic) ein zur zeitlichen Ableitung der Lastspannung (Uce) proportionales Lastspannungsänderungssignal (Uce') zu ermitteln, wobei die Stromsignalermittlungseinrichtung (3,3') dazu ausgebildet ist anhand eines durch den ersten Leistungshalbleiterschalter (T1) fließenden Laststroms (I) ein zu dem Laststrom (I) proportionales Laststrommesssignal (Im) zu ermitteln, mit einer Zwischenkreisspannungsermittlungseinrichtung (13), die dazu ausgebildet ist anhand der Zwischenkreisspannung (Udc) ein zur Zwischenkreisspannung (Udc) proportionales Zwischenkreisspannungsmesssignal (Udcm) zu ermitteln, und mit einer Temperaturermittlungseinheit (14), die dazu ausgebildet ist, anhand des Laststrommesssignals (Im), des Lastspannungsänderungssignals (Uce') und des Zwischenkreisspannungsmesssignals (Udcm) eine Leistungshalbleiterschaltertemperatur (Tm) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) zu ermitteln, wobei die Temperaturermittlungseinheit (14) die Leistungshalbleiterschaltertemperatur (Tm) ermittelt, indem sie bei einem Ausschaltvorgang des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) einen Laststrommesssignalbezugswert, der einem Laststrommesssignalwert (Im(t0)) des Laststrommesssignals (Im) zum Zeitpunkt (t0) des Beginns des Ausschaltvorgangs des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) oder zu einem Zeitpunkt vor diesem entspricht, ermittelt, und indem sie bei einem Ausschaltvorgang des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) den während des Ausschaltvorgangs des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) auftretenden maximalen Lastspannungsänderungssignalwert (Uce'max1,Uce'max2) des Lastspannungsänderungssignals (Uce') ermittelt, und indem sie anhand des Laststrommesssignalbezugswerts, des maximalen Lastspannungsänderungssignalwerts (Uce'max1,Uce'max2) und eines Zwischenkreisspannungsmesssignalwerts der Zwischenkreisspannungsmesssignals (Udcm) die Leistungshalbleiterschaltertemperatur (Tm) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) ermittelt.
Leistungshalbleitereinrichtung mit einer Halbbrückenschaltung (12), die einen ersten und einen zweiten Leistungshalbleiterschalter (T1,T2) aufweist, wobei die Halbbrückenschaltung (12) dazu ausgebildet ist, dass über ihr im Betrieb der Leistungshalbleitereinrichtung (1) eine Zwischenkreisspannung (Udc) anliegt, wobei der jeweilige Leistungshalbleiterschalter (T1,T2) einen ersten und einen zweiten Laststromanschluss (C,E) und einen Steueranschluss (G) aufweist, wobei im Betrieb der Halbbrückenschaltung (12) zwischen dem ersten und zweiten Laststromanschluss (C,E) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) eine Lastspannung (Uce) anliegt, mit einer Ansteuereinrichtung (2), die dazu ausgebildet ist am Steueranschluss (G) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) eine erste Ansteuerspannung (Ua1) in Abhängigkeit eines ersten Steuersignals (A1) zum Ein- und Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) zu erzeugen, und mit einer Lastspannungsänderungsermittlungseinrichtung (4), die einen Kondensator (C1) dessen erster Kondensatoranschluss mit dem ersten Laststromanschluss (C) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) elektrisch leitend verbunden ist und dessen zweiter Kondensatoranschluss mit dem zweiten Laststromanschluss (E) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) elektrisch leitend verbunden ist und eine Lastspannungsänderungsermittlungseinheit (5) aufweist, die dazu ausgebildet ist, anhand des durch den Kondensator (C1) fließenden Stroms (Ic) ein zur zeitlichen Ableitung der Lastspannung (Uce) proportionales Lastspannungsänderungssignal (Uce') zu ermitteln, wobei die Stromsignalermittlungseinrichtung (3,3') dazu ausgebildet ist anhand eines durch den ersten Leistungshalbleiterschalter (T1) fließenden Laststroms (I) ein zu dem Laststrom (I) proportionales Laststrommesssignal (Im) zu ermitteln, mit einer Zwischenkreisspannungsermittlungseinrichtung (13), die dazu ausgebildet ist anhand der Zwischenkreisspannung (Udc) ein zur Zwischenkreisspannung (Udc) proportionales Zwischenkreisspannungsmesssignal (Udcm) zu ermitteln, und mit einer Temperaturermittlungseinheit (14), die dazu ausgebildet ist, anhand des Laststrommesssignals (Im), des Lastspannungsänderungssignals (Uce') und des Zwischenkreisspannungsmesssignals (Udcm) eine Leistungshalbleiterschaltertemperatur (Tm) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) zu ermitteln, wobei die Temperaturermittlungseinheit (14) die Leistungshalbleiterschaltertemperatur (Tm) ermittelt, indem sie bei einem Einschaltvorgang des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) einen Laststrommesssignalbezugswert, der einem Laststrommesssignalwert des Laststrommesssignals (Im) zum Zeitpunkt des Endes des Einschaltvorgangs des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) oder zu einem Zeitpunkt nach diesem entspricht, ermittelt, und indem sie bei einem Einschaltvorgang des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) den während des Einschaltvorgangs des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) auftretenden Lastspannungsänderungssignalwert (Uce'max1,Uce'max2) des Lastspannungsänderungssignals (Uce') ermittelt, und indem sie anhand des Laststrommesssignalbezugswerts, des maximalen Lastspannungsänderungssignalwerts (Uce'max1,Uce'max2) und eines Zwischenkreisspannungsmesssignalwerts der Zwischenkreisspannungsmesssignals (Udcm) die Leistungshalbleiterschaltertemperatur (Tm) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) ermittelt.
Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturermittlungseinheit (14) eine Funktionalität aufweist, in der zu hinterlegten Laststrommesssignalbezugsnennwerten, hinterlegten maximalen Lastspannungsänderungssignalnennwerten und hinterlegten Zwischenkreisspannungsmesssignalnennwerten zugehörige Leistungshalbleiterschaltertemperaturnennwerte hinterlegt sind, wobei die Temperaturermittlungseinheit (14) mittels dieser Funktionalität anhand des Laststrommesssignalbezugswerts, des maximalen Lastspannungsänderungssignalwerts (Uce'max1,Uce'max2) und des Zwischenkreisspannungsmesssignalwerts die Leistungshalbleiterschaltertemperatur (Tm) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) ermittelt.
Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturermittlungseinheit (14) dem jeweiligen Laststrommesssignalbezugswert einen jeweilig hinterlegten Laststrommesssignalbezugsnennwert, dem jeweiligen maximalen Lastspannungsänderungssignalwert (Uce'max1, Uce'max2) einen jeweilig hinterlegten maximalen Lastspannungsänderungssignalnennwert und dem jeweiligen Zwischenkreisspannungsmesssignalwert einen jeweilig hinterlegten Zwischenkreisspannungsmesssignalnennwert zuordnet und den zu diesen hinterlegten Nennwerten zugeordneten hinterlegten Leistungshalbleiterschaltertemperaturnennwert als Leistungshalbleiterschaltertemperatur (Tm) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) ermittelt.
Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturermittlungseinheit (14) das Verhältnis von Zwischenkreisspannungsmesssignalwert zu maximalen Lastspannungsänderungssignalwert (Uce'max1,Uce'max2) oder von maximalen Lastspannungsänderungssignalwert (Uce'max1,Uce'max2) zu Zwischenkreisspannungsmesssignalwert ermittelt, wobei die Temperaturermittlungseinheit (14) eine Funktionalität aufweist, in der zu hinterlegten Nennverhältnissen und hinterlegten Laststrommesssignalnennbezugswerten zugehörige Leistungshalbleiterschaltertemperaturnennwerte hinterlegt sind, wobei die Temperaturermittlungseinheit (14) mittels dieser Funktionalität anhand des Verhältnisses und des Laststrommesssignalbezugswerts die Leistungshalbleiterschaltertemperatur (Tm) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) ermittelt.
Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturermittlungseinheit (14) dem jeweiligen Verhältnis ein jeweilig hinterlegtes Nennverhältnis und dem jeweiligen Laststrommesssignalbezugswert einen jeweilig hinterlegten Laststrommesssignalnennbezugswert zuordnet und den zu diesem hinterlegten Nennverhältnis und diesem hinterlegten Laststrommesssignalnennbezugswert zugeordneten hinterlegten Leistungshalbleiterschaltertemperaturnennwert als Leistungshalbleiterschaltertemperatur (Tm) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) ermittelt.
Leistungshalbleitereinrichtung mit einer Halbbrückenschaltung (12), die einen ersten und einen zweiten Leistungshalbleiterschalter (T1,T2) aufweist, wobei die Halbbrückenschaltung (12) dazu ausgebildet ist, dass über ihr im Betrieb der Leistungshalbleitereinrichtung (1) eine Zwischenkreisspannung (Udc) anliegt, wobei der jeweilige Leistungshalbleiterschalter (T1,T2) einen ersten und einen zweiten Laststromanschluss (C,E) und einen Steueranschluss (G) aufweist, wobei im Betrieb der Halbbrückenschaltung (12) zwischen dem ersten und zweiten Laststromanschluss (C,E) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) eine Lastspannung (Uce) anliegt, mit einer Ansteuereinrichtung (2), die dazu ausgebildet ist am Steueranschluss (G) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) eine erste Ansteuerspannung (Ua1) in Abhängigkeit eines ersten Steuersignals (A1) zum Ein- und Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) zu erzeugen, und mit einer Lastspannungsänderungsermittlungseinrichtung (4), die einen Kondensator (C1) dessen erster Kondensatoranschluss mit dem ersten Laststromanschluss (C) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) elektrisch leitend verbunden ist und dessen zweiter Kondensatoranschluss mit dem zweiten Laststromanschluss (E) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) elektrisch leitend verbunden ist und eine Lastspannungsänderungsermittlungseinheit (5) aufweist, die dazu ausgebildet ist, anhand des durch den Kondensator (C1) fließenden Stroms (Ic) ein zur zeitlichen Ableitung der Lastspannung (Uce) proportionales Lastspannungsänderungssignal (Uce') zu ermitteln, wobei die Ansteuereinrichtung (2) dazu ausgebildet ist beim Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) am Steueranschluss (G) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) die erste Ansteuerspannung (Ua1) in Abhängigkeit eines ersten Lastspannungsänderungssignalsollwerts (Uce'soll1) derart zu erzeugen, dass beim Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) der maximale Lastspannungsänderungssignalwert (Uce'max1,Uce'max2) dem ersten Lastspannungsänderungssignalsollwert (Uce'soll1) entspricht.
Leistungshalbleitereinrichtung mit einer Halbbrückenschaltung (12), die einen ersten und einen zweiten Leistungshalbleiterschalter (T1,T2) aufweist, wobei die Halbbrückenschaltung (12) dazu ausgebildet ist, dass über ihr im Betrieb der Leistungshalbleitereinrichtung (1) eine Zwischenkreisspannung (Udc) anliegt, wobei der jeweilige Leistungshalbleiterschalter (T1,T2) einen ersten und einen zweiten Laststromanschluss (C,E) und einen Steueranschluss (G) aufweist, wobei im Betrieb der Halbbrückenschaltung (12) zwischen dem ersten und zweiten Laststromanschluss (C,E) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) eine Lastspannung (Uce) anliegt, mit einer Ansteuereinrichtung (2), die dazu ausgebildet ist am Steueranschluss (G) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) eine erste Ansteuerspannung (Ua1) in Abhängigkeit eines ersten Steuersignals (A1) zum Ein- und Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) zu erzeugen, und mit einer Lastspannungsänderungsermittlungseinrichtung (4), die einen Kondensator (C1) dessen erster Kondensatoranschluss mit dem ersten Laststromanschluss (C) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) elektrisch leitend verbunden ist und dessen zweiter Kondensatoranschluss mit dem zweiten Laststromanschluss (E) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) elektrisch leitend verbunden ist und eine Lastspannungsänderungsermittlungseinheit (5) aufweist, die dazu ausgebildet ist, anhand des durch den Kondensator (C1) fließenden Stroms (Ic) ein zur zeitlichen Ableitung der Lastspannung (Uce) proportionales Lastspannungsänderungssignal (Uce') zu ermitteln, wobei die Ansteuereinrichtung (2) dazu ausgebildet ist beim Einschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) am Steueranschluss (G) des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) die erste Ansteuerspannung (Ua1) in Abhängigkeit eines zweiten Lastspannungsänderungssignalsollwerts (Uce'soll2) derart zu erzeugen, dass beim Einschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) der maximale Lastspannungsänderungssignalwert (Uce'max1,Uce'max2) dem zweiten Lastspannungsänderungssignalsollwert (Uce'soll2) entspricht.
Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinrichtung (2) dazu ausgebildet ist, dass, wenn beim Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) der maximale Lastspannungsänderungssignalwert (Uce'max1,Uce'max2) einen ersten Grenzwert (G1) überschreitet, die Geschwindigkeit mit der die erste Ansteuerspannung (Ua1) zum Ausschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) von der Ansteuereinrichtung (2) abgesenkt wird, von der Ansteuereinrichtung (2) reduziert wird.
Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinrichtung (2) dazu ausgebildet ist, dass, wenn beim Einschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) der maximale Lastspannungsänderungssignalwert (Uce'max1,Uce'max2) einen zweiten Grenzwert (G2) überschreitet, die Geschwindigkeit mit der die erste Ansteuerspannung (Ua1) zum Einschalten des ersten Leistungshalbleiterschalters (T1) von der Ansteuereinrichtung (2) erhöht wird, von der Ansteuereinrichtung (2) reduziert wird.