DE102020122783B3

DE102020122783B3 - Verfahren zur Übertragung eines Einschaltsignals und eines Ausschaltsignals von einer Primärseite und zu einer Sekundärseite eines Treibers zum Ansteuern eines Leistungshalbleiterschalters und Treiber

Info

Publication number: DE102020122783B3
Application number: DE102020122783.3A
Authority: DE
Inventors: Oliver Behr; Gunter Königsmann; Jan Lehmann; Matthias Rossberg
Original assignee: Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Current assignee: Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Priority date: 2020-09-01
Filing date: 2020-09-01
Publication date: 2021-08-26
Anticipated expiration: 2040-09-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung eines Einschaltsignals und eines Ausschaltsignals von einer Primärseite zu einer Sekundärseite eines Treibers zum Ansteuern eines Leistungshalbleiterschalters, wobei die Sekundärseite des Treibers vorgesehen ist mit dem Leistungshalbleiterschalter elektrisch leitend verbunden zu werden, wobei- wenn der Leistungshalbleiterschalter von der Sekundärseite eingeschaltet werden soll, von der Primärseite ein Einschaltsignal zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalters solange an die Sekundärseite gesendet wird, bis die Primärseite von der Sekundärseite ein Quittierungssignal (Q) empfängt, wobei- wenn der Leistungshalbleiterschalter von der Sekundärseite ausgeschaltet werden soll, von der Primärseite ein Ausschaltsignal zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters solange an die Sekundärseite gesendet wird, bis die Primärseite von der Sekundärseite ein Quittierungssignal empfängt. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Treiber zum Ansteuern eines Leistungshalbleiterschalters.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung eines Einschaltsignals und eines Ausschaltsignals von einer Primärseite und zu einer Sekundärseite eines Treibers zum Ansteuern eines Leistungshalbleiterschalters und einen Treiber zum Ansteuern eines Leistungshalbleiterschalters.
Aus der DE 10 2010 028 817 A1 ist ein Verfahren zur repetitiven Übertragung eines einen binären Wert repräsentierenden Signals über eine Übertragungsstrecke eines Treibers zur Ansteuerung eines Leistungshalbleiterschalters bekannt.
Aus der DE 10 2005 023 653 B3 ist eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Leistungshalbleiterschaltern in Brückentopologie, bestehend aus einer Primärseite und jeweils einer Sekundärseite für den TOP- und den BOT-Schalter der Brückenschaltung, wobei die Primärseite mindestens eine Signalverarbeitung und mindestens einen Levelshifter zur potentialfreien Ansteuerung mindestens einer Sekundärseite aufweist und diese Sekundärseite mindestens eine Signalverarbeitung sowie mindestens eine Treiberstufe für den jeweiligen Schalter aufweist, bekannt.
Aus der DE 10 2008 005 051 A1 ist eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Ansteuersignals für einen Transistor bekannt, die eine Steuerschaltung mit einem Eingang zur Zuführung eines Schaltsignals und mit wenigstens einem Ausgang, eine Treiberschaltung mit wenigstens einem Eingang und mit einem Ausgang zur Bereitstellung des Ansteuersignals, und wenigstens einen Übertragungskanal, der zwischen den wenigstens einen Ausgang der Steuerschaltung und den wenigstens einen Eingang der Treiberschaltung geschaltet ist, aufweist.
Aus der EP 3 624 317 A1 ist eine Steuereinrichtung zur Steuerung einer Leistungshalbleitereinrichtung bekannt, wobei die Steuereinrichtung eine Primärseitensteuereinheit zum Empfang eines Steuersignals von einer übergeordneten Steuerung und zur Erzeugung eines binären Primärseitenschaltsignals für die Leistungshalbleitereinrichtung, eine Sekundärseitensteuereinheit zur Erzeugung eines Steuersignals für die Leistungshalbleitereinrichtung und einen Transformator zur Übertragung von elektrischer Energie von der Primärseitensteuereinheit zur Sekundärseitensteuereinheit und zur Übertragung des Primärseitenschaltsignals von der Primärseitensteuereinheit zur Sekundärseitensteuereinheit, aufweist.
Aus der DE 102 43 197 A1 ist ein digitales Signalübertragungsverfahren bekannt bei dem ein Bereitstellen eines ersten Übertragungskanals und eines zweiten Übertragungskanals, ein Übertragen eines wenigstens einen Impuls umfassenden Ankündigungssignals über den ersten Übertragungskanal, und ein Übertragen eines Datensignals innerhalb eines Datensignal-Zeitfensters einer vorgegebenen Zeitdauer nach dem Ankündigungssignal über den zweiten Übertragungskanal, erfolgt.
Aus der DE 102 41 564 ist ein Verfahren zur Fehlererkennung in der Datenübertragung zu einer Treiberschaltung für Leistungshalbleiterschalter bekannt, wobei die Leistungshalbleiterschalter in einer Halbbrückenschaltung oder einer daraus aufgebauten Schaltung angeordnet sind, wobei für jeden Leistungshalbleiterschalter ein Ansteuersignal von einem Kontrollrechner zur Treiberschaltung übertragen wird.
Um Fehler, aufgrund von Störungen (z.B. EMV-Störungen) bei der Signalübertragung der Schaltsignale von der Primärseite und zu der Sekundärseite des Treibers, die zu einem fehlerhaften Ein- oder Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters führen können, schnell berichtigen zu können, werden techniküblich die Einschaltsignale und die Ausschaltsignale permanent oder in sehr kurzen Abständen ständig widerholt gesendet, so dass ein von der Sekundärseite nicht oder fehlerhaft empfangenes Ein- oder Ausschaltsignal vom nächsten von der Primärseite gesendeten Ein- oder Ausschaltsignal korrigiert wird. Nachteilig dabei ist, dass der Treiber hierdurch einen hohen Energiebedarf aufweist und selber in nicht unerheblichem Maße elektromagnetische Störstrahlung aussendet, die andere elektronische Bauelemente stören kann.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine zuverlässige und energiesparende Übertragung eines Einschaltsignals und eines Ausschaltsignals von einer Primärseite und zu einer Sekundärseite eines Treibers zum Ansteuern eines Leistungshalbleiterschalters zu erzielen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Übertragung eines Einschaltsignals und eines Ausschaltsignals von einer Primärseite und zu einer Sekundärseite eines Treibers zum Ansteuern eines Leistungshalbleiterschalters, wobei die Sekundärseite des Treibers vorgesehen ist mit dem Leistungshalbleiterschalter elektrisch leitend verbunden zu werden, wobei

- wenn der Leistungshalbleiterschalter von der Sekundärseite eingeschaltet werden soll, von der Primärseite ein Einschaltsignal zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalters solange an die Sekundärseite gesendet wird, bis die Primärseite von der Sekundärseite ein Quittierungssignal empfängt, wobei
- wenn der Leistungshalbleiterschalter von der Sekundärseite ausgeschaltet werden soll, von der Primärseite ein Ausschaltsignal zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters solange an die Sekundärseite gesendet wird, bis die Primärseite von der Sekundärseite ein Quittierungssignal empfängt.

Es erweist sich als vorteilhaft, dass wenn nach Ablauf einer ersten Zeitdauer nach Beginn des Sendens des Einschaltsignals von der Primärseite kein Quittierungssignal empfangen wird, das Senden des Einschaltsignals gestoppt wird, wobei wenn nach Ablauf einer zweiten Zeitdauer nach Beginn des Sendens des Ausschaltsignals von der Primärseite kein Quittierungssignal empfangen wird, das Senden des Ausschaltsignals gestoppt wird, wobei von der Primärseite nach Ablauf einer dritten Zeitdauer nach Ablauf der ersten Zeitdauer ein Einschaltsignal zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalters an die Sekundärseite gesendet wird, wobei wenn nach einer bestimmten ersten Anzahl von Wiederholungsversuchen des Sendens von Einschaltsignalen von der Primärseite kein Quittierungssignal empfangen wird, von der Primärseite ein Fehlersignal erzeugt wird, wobei von der Primärseite nach Ablauf einer vierten Zeitdauer nach Ablauf der zweiten Zeitdauer ein Ausschaltsignal zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters an die Sekundärseite gesendet wird, wobei wenn nach einer bestimmten zweiten Anzahl von Wiederholungsversuchen des Sendens von Ausschaltsignalen von der Primärseite kein Quittierungssignal empfangen wird, von der Primärseite ein Fehlersignal erzeugt wird. Hierdurch wird eine länger andauernde Störung der Übertragung des Ein- und Ausschaltsignals zuverlässig erkannt.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, dass wenn die Primärseite von der Sekundärseite das Quittierungssignal aufgrund des Sendens eines Einschaltsignals empfängt, das Einschaltsignal nach einer fünften Zeitdauer seit Beginn des Sendens des Einschaltsignals oder seit Empfang des Quittierungssignals erneut von der Primärseite an die Sekundärseite gesendet wird, wobei wenn die Primärseite von der Sekundärseite das Quittierungssignal aufgrund des Sendens eines Ausschaltsignals empfängt, das Ausschaltsignal nach einer sechsten Zeitdauer seit Beginn des Sendens des Einschaltsignals oder seit Empfang des Quittierungssignals von der Primärseite an die Sekundärseite gesendet wird. Falls aufgrund eines Störsignals die Sekundärseite ein fehlerhaftes Ein- bzw. Ausschaltsignal empfängt bzw. das Störsignal als Ein- oder Ausschaltsignal fehlerhaft interpretiert, wird mit dem Senden des nächsten ordnungsgemäßen Ein- oder Ausschaltsignals der Fehler automatisch korrigiert.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, dass wenn von der Primärseite ein Quittierungssignal empfangen wird, ohne dass zu dem Zeitpunkt des Empfangs des Quittierungssignals von der Primärseite ein Einschaltsignal oder Ausschaltsignal an die Sekundärseite gesendet wird, von der Primärseite, wenn zuletzt ein Einschaltsignal an die Sekundärseite versendet wurde, ein Einschaltsignal an die Sekundärseite gesendet wird und wenn zuletzt ein Ausschaltsignal an die Sekundärseite versendet wurde, ein Ausschaltsignal an die Sekundärseite gesendet wird. Wenn von der Primärseite ein Quittierungssignal empfangen wird, ohne dass zu dem Zeitpunkt des Empfangs des Quittierungssignals von der Primärseite ein Einschaltsignal oder Ausschaltsignal an die Sekundärseite gesendet wird, ist dies Indiz dafür, dass die Sekundärseite z.B. aufgrund eines Störsignals fälschlicherweise ein Ein- bzw. Ausschaltsignal erkannt hat. Die Primärseite sendet deshalb, wenn zuletzt ein Einschaltsignal an die Sekundärseite versendet wurde, ein Einschaltsignal an die Sekundärseite und wenn zuletzt ein Ausschaltsignal an die Sekundärseite versendet wurde, ein Ausschaltsignal an die Sekundärseite. Hierdurch wird ein eventuell fälschlicherweise von der Sekundärseite erkanntes Ein- bzw. Ausschaltsignal sehr schnell korrigiert.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Einschaltsignal und/oder das Ausschaltsignal als Impulsfolge oder als ein Einzelimpuls ausgebildet ist. Hierdurch kann der zeitliche Verlauf des Einschaltsignals und/oder des Ausschaltsignals sehr flexibel ausgebildet sein.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Übertragen des Einschaltsignals, des Ausschaltsignals und des Quittierungssignals zwischen der Primärseite und der Sekundärseite des Treibers über einen dem jeweiligen Signal zugeordneten physikalisch getrennten Übertragungskanal erfolgt. Hierdurch wird eine hohe Zuverlässigkeit der Signalübertragung erzielt.
Diese Aufgabe wird weiterhin gelöst durch einen Treiber zum Ansteuern eines Leistungshalbleiterschalters mit einer Primärseite und einer Sekundärseite, wobei die Sekundärseite des Treibers zum elektrisch leitenden Verbinden mit dem Leistungshalbleiterschalter vorgesehen ist, wobei der Treiber zur Übertragung eines Ein- und eines Ausschaltsignals von der Primärseite zur Sekundärseite ausgebildet ist, wobei der Treiber dazu ausgebildet ist, dass wenn der Leistungshalbleiterschalter von der Sekundärseite eingeschaltet werden soll, von der Primärseite ein Einschaltsignal zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalters solange an die Sekundärseite gesendet wird, bis die Primärseite von der Sekundärseite ein Quittierungssignal empfängt, wobei der Treiber dazu ausgebildet ist, dass wenn der Leistungshalbleiterschalter von der Sekundärseite ausgeschaltet werden soll, von der Primärseite ein Ausschaltsignal zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters solange an die Sekundärseite gesendet wird, bis die Primärseite von der Sekundärseite ein Quittierungssignal empfängt.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn der Treiber dazu ausgebildet ist, dass wenn nach Ablauf einer ersten Zeitdauer nach Beginn des Sendens des Einschaltsignals von der Primärseite kein Quittierungssignal empfangen wird, das Senden des Einschaltsignals gestoppt wird und dass wenn nach Ablauf einer zweiten Zeitdauer nach Beginn des Sendens des Ausschaltsignals von der Primärseite kein Quittierungssignal empfangen wird, das Senden des Ausschaltsignals gestoppt wird, wobei der Treiber dazu ausgebildet ist, dass von der Primärseite nach Ablauf einer dritten Zeitdauer nach Ablauf der ersten Zeitdauer ein Einschaltsignal zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalters an die Sekundärseite gesendet wird, wobei wenn nach einer bestimmten ersten Anzahl von Wiederholungsversuchen des Sendens von Einschaltsignalen von der Primärseite kein Quittierungssignal empfangen wird, von der Primärseite ein Fehlersignal erzeugt wird, wobei der Treiber dazu ausgebildet ist, dass von der Primärseite nach Ablauf einer vierten Zeitdauer nach Ablauf der zweiten Zeitdauer ein Ausschaltsignal zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters an die Sekundärseite gesendet wird, wobei wenn nach einer bestimmten zweiten Anzahl von Wiederholungsversuchen des Sendens von Ausschaltsignalen von der Primärseite kein Quittierungssignal empfangen wird, von der Primärseite ein Fehlersignal erzeugt wird. Hierdurch wird eine länger andauernde Störung der Übertragung des Ein- und Ausschaltsignals zuverlässig erkannt.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Treiber dazu ausgebildet ist, dass wenn die Primärseite von der Sekundärseite das Quittierungssignal aufgrund des Sendens eines Einschaltsignals empfängt, das Einschaltsignal nach einer fünften Zeitdauer seit Beginn des Sendens des Einschaltsignals oder seit Empfang des Quittierungssignals erneut von der Primärseite an die Sekundärseite gesendet wird und dass wenn die Primärseite von der Sekundärseite das Quittierungssignal aufgrund des Sendens eines Ausschaltsignals empfängt, das Ausschaltsignal nach einer sechsten Zeitdauer seit Beginn des Sendens des Einschaltsignals oder seit Empfang des Quittierungssignals erneut von der Primärseite an die Sekundärseite gesendet wird. Falls aufgrund eines Störsignals, die Sekundärseite ein fehlerhaftes Ein- bzw. Ausschaltsignal empfängt bzw. das Störsignal als Ein- oder Ausschaltsignal fehlerhaft interpretiert, wird mit dem Senden des nächsten ordnungsgemäßen Ein- oder Ausschaltsignals der Fehler automatisch korrigiert.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Treiber dazu ausgebildet ist, dass wenn von der Primärseite ein Quittierungssignal empfangen wird, ohne dass zu dem Zeitpunkt des Empfangs des Quittierungssignals von der Primärseite ein Einschaltsignal oder Ausschaltsignal an die Sekundärseite gesendet wird, von der Primärseite, wenn zuletzt ein Einschaltsignal an die Sekundärseite versendet wurde, ein Einschaltsignal an die Sekundärseite gesendet wird und wenn zuletzt ein Ausschaltsignal an die Sekundärseite versendet wurde, ein Ausschaltsignal an die Sekundärseite gesendet wird. Wenn von der Primärseite ein Quittierungssignal empfangen wird ohne dass zu dem Zeitpunkt des Empfangs des Quittierungssignals von der Primärseite ein Einschaltsignal oder Ausschaltsignal an die Sekundärseite gesendet wird, ist dies ein Indiz dafür, dass die Sekundärseite aufgrund eines Störsignals fälschlicherweise ein Ein- bzw. Ausschaltsignal erkannt hat. Die Primärseite sendet deshalb, wenn zuletzt ein Einschaltsignal an die Sekundärseite versendet wurde, ein Einschaltsignal an die Sekundärseite und wenn zuletzt ein Ausschaltsignal an die Sekundärseite versendet wurde, ein Ausschaltsignal an die Sekundärseite. Hierdurch wird ein eventuell fälschlicherweise von der Sekundärseite erkanntes ein Ein- bzw. Ausschaltsignal sehr schnell korrigiert.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Primärseite und die Sekundärseite des Treibers voneinander galvanisch oder hochohmig getrennt sind. Hierdurch wird das Ausbilden von elektrischen Strömen zwischen der Sekundärseite und der Primärseite, falls die Sekundärseite auf einem anderen elektrischen Potential liegt wie die Primärseite vermieden bzw. deren Stromstärken stark reduziert.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Treiber monolithisch integriert ausgebildet ist. Hierdurch ist der Treiber besonders platzsparend ausgebildet.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Übertragen des Einschaltsignals, des Ausschaltsignals und des Quittierungssignals zwischen der Primärseite und der Sekundärseite des Treibers über einen dem jeweiligen Signal zugeordneten physikalisch getrennten Übertragungskanal erfolgt. Hierdurch wird eine hohe Zuverlässigkeit der Signalübertragung erzielt.
Weiterhin erweist sich eine Leistungshalbleiterschalteranordnung mit einem erfindungsgemäßen Treiber und mit einem mit der Sekundärseite des Treibers elektrisch leitend verbundenen Leistungshalbleiterschalter als vorteilhaft.
Vorteilhafte Ausbildungen des Treibers ergeben sich in analoger Weise zu vorteilhaften Ausbildungen des Verfahrens und umgekehrt.
Es sei angemerkt, dass bei der Erfindung und in den Figuren, insbesondere aufgrund von Signallaufzeiten und Signalverarbeitungszeiten, vorhandene Zeitverzögerungen der zwischen der Primärseite und der Sekundärseite des Treibers gesendeten Signale vernachlässigt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die unten stehenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:

1 eine Leistungshalbleiterschalteranordnung mit einem erfindungsgemäßen Treiber und mit einem mit einer Sekundärseite des Treibers elektrisch leitend verbundenen Leistungshalbleiterschalter und
2 bis 5 bei der Übertragung eines Einschaltsignals oder Ausschaltsignals von einer Primärseite und zu einer Sekundärseite des Treibers sich ausbildende Signalverläufe.

In 1 ist eine Leistungshalbleiterschalteranordnung 3 mit einem erfindungsgemäßen Treiber 1 und mit einem mit einer Sekundärseite S des Treibers 1 elektrisch leitend verbundenen Leistungshalbleiterschalter T dargestellt. In 2 bis 5 sind die bei der Übertragung eines Einschaltsignals E oder Ausschaltsignals A von einer Primärseite P und zu einer Sekundärseite S des Treibers 1 sich ausbildenden Signalverläufe dargestellt. Es sei angemerkt, dass in 2 bis 5, aufgrund von Signallaufzeiten und Signalverarbeitungszeiten, vorhandene Zeitverzögerungen der zwischen der Primärseite P und der Sekundärseite S übermittelten Signale nicht dargestellt sind.
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 des Ausführungsbeispiels liegt der Leistungshalbleiterschalter T in Form eines IGBTs vor, wobei ein erster Laststromanschluss C des Leistungshalbleiterschalters T in Form des Kollektoranschlusses des IGBTs und ein zweiter Laststromanschluss M des Leistungshalbleiterschalters T in Form des Emitteranschlusses des IGBTs und ein Steueranschluss G des Leistungshalbleiterschalters T in Form des Gateanschlusses G des IGBTs vorliegt.
Der erfindungsgemäße Treiber 1 dient zur Ansteuerung des Leistungshalbleiterschalters T und weist eine Primärseite P und eine zum elektrisch leitenden Verbinden mit dem Leistungshalbleiterschalter T vorgesehene Sekundärseite S auf. Die Sekundärseite S ist, vorzugsweise über einen elektrischen Widerstand Rv, mit dem Steueranschluss G des Leistungshalbleiterschalters T elektrisch leitend verbunden und ist mit dem zweiten Laststromanschluss E des Leistungshalbleiterschalters T, vorzugsweise wie beim Ausführungsbeispiel, direkt, elektrisch leitend verbunden.
Der Treiber 1 ist dazu ausgebildet an seiner Sekundärseite S als Ausgangsignal eine Ansteuerspannung Ua zum Ein- und Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters T in Abhängigkeit eines an einem Eingang der Primärseite P empfangenen Ansteuersignals AS zu erzeugen. Beim Ausführungsbeispiel erzeugt die Sekundärseite S, in Abhängigkeit des Ansteuersignals AS, eine Ansteuerspannung Ua mit einem ersten Spannungswert, z.B. 15V, zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalters T und ein in Bezug auf den ersten Spannungswert niedrigen zweiten Spannungswert, z.B. -8V, zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters T. Das Ansteuersignal AS wird vorzugsweise von einer übergeordneten Steuerung erzeugt.
Die Primärseite P und die Sekundärseite S des Treibers 1 liegen im Betrieb im Allgemeinen auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen. Die Primärseite P und die Sekundärseite S des Treibers 1 sind vorzugsweise voneinander galvanisch, z.B. mittels induktiver Übertrager, kapazitiver Übertrager und/oder Optokoppler, getrennt. Alternativ können die Primärseite und die Sekundärseite auch z.B. nur hochohmig voneinander getrennt sein.
Der Treiber 1 ist vorzugsweise monolithisch integriert ausgebildet, d.h. die elektrische Schaltung des Treibers 1 ist auf mindestens einem, insbesondere auf einem einzelnen Chip ausgebildet. Der mindestens eine Chip ist vorzugsweise in einem gemoldeten IC-Gehäuse 2 angeordnet.
Der Treiber 1 ist zur Übertragung eines Ein- und eines Ausschaltsignals E und A von der Primärseite P zur Sekundärseite S ausgebildet. Der Treiber 1 ist dazu ausgebildet, dass wenn der Leistungshalbleiterschalter T von der Sekundärseite eingeschaltet werden soll, von der Primärseite P ein Einschaltsignal E zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalters T solange an die Sekundärseite S gesendet wird, bis die Primärseite P von der Sekundärseite S ein Quittierungssignal Q empfängt. Der Treiber 1 ist weiterhin dazu ausgebildet, dass wenn der Leistungshalbleiterschalter T von der Sekundärseite S ausgeschaltet werden soll, von der Primärseite P ein Ausschaltsignal A zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters T solange an die Sekundärseite S gesendet wird, bis die Primärseite P von der Sekundärseite S ein Quittierungssignal Q empfängt. In 2 sind die entsprechenden Signalverläufe des Ein- und eines Ausschaltsignals E und A und des Quittierungssignal Q, sowie eines Schaltzustandssignals S, das den Schaltzustand des Leistungshalbleiterschalters T angibt, dargestellt. Wenn das Schaltzustandssignal S einen HIGH-Pegel aufweist, ist der Leistungshalbleiterschalter T eingeschaltet, wenn das Schaltzustandssignal S einen LOW-Pegel aufweist, ist der Leistungshalbleiterschalter T ausgeschaltet. Das Einschaltsignal E und das Ausschaltsignal A können wie beim Ausführungsbeispiel als Impulsfolge PF, d.h. als eine Hintereinanderreihung von Impulsen Pu, oder als ein Einzelimpuls ausgebildet sein. Beim Ausführungsbeispiel weisen die Impulse Pu eine einheitliche Impulsdauer Td von z.B. 5 ns auf. Ob ein Einschaltsignal E oder ein Ausschaltsignal A von der Primärseite P an die Sekundärseite gesendet wird, geschieht in Abhängigkeit des Ansteuersignals AS.
Zum Zeitpunkt Te empfängt die Primärseite P ein Ansteuersignals AS zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalters T und beginnt das hier als Impulsfolge PF ausgebildete Einschaltsignal E an die Sekundärseite S zu senden. Die Sekundärseite S wertet vorzugsweise jede ansteigende Flanke jedes Impulses Pu des Einschaltsignals E aus. Aufgrund von Störungen (z.B. EMV-Störungen), welche bei der Signalübertragung von der Primärseite P zur Sekundärseite S auftreten, erkennt die Sekundärseite S in 2 erst zum Zeitpunkt T1, d.h. hier nach der dritten ansteigenden Flanke des Einschaltsignals E das Einschaltsignal E und sendet ein Quittierungssignal Q, das anzeigt, dass sie das Einschaltsignal erkannt hat, an die Primärseite P. Wenn die Primärseite P das Quittierungssignal Q empfängt, wird von ihr das Senden des Einschaltsignals E gestoppt. Wenn die Sekundärseite S das Einschaltsignal E erkennt, wird von ihr eine Ansteuerspannung Ua zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalters T erzeugt, woraufhin nach einer kurzen Zeitverzögerung aufgrund der Aufladedauer der Gate-Emitter-Kapazität des Leistungshalbleiterschalters T der Leistungshalbleiterschalters T eingeschaltet wird, was am Schaltzustandssignal S zu erkennen ist.
Zum Zeitpunkt Ta empfängt die Primärseite P ein Ansteuersignal AS zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters T und beginnt das hier als Impulsfolge PF ausgebildete Ausschaltsignal A an die Sekundärseite S zu senden. Die Sekundärseite S wertet vorzugsweise jede ansteigende Flanke jedes Impulses Pu des Ausschaltsignals A aus. Aufgrund von Störungen (z.B. EMV-Störungen), welche bei der Signalübertragung von der Primärseite P zur Sekundärseite S auftreten, erkennt die Sekundärseite S in 2 erst zum Zeitpunkt T2, d.h. hier nach der vierten ansteigenden Flanke des Ausschaltsignals A das Ausschaltsignal A und sendet ein Quittierungssignal Q, das anzeigt, dass sie das Ausschaltsignal erkannt hat, an die Primärseite P. Wenn die Primärseite P das Quittierungssignal Q empfängt, wird von ihr das Senden des Ausschaltsignals E gestoppt. Wenn die Sekundärseite S, das Ausschaltsignal A erkennt, wird von ihr eine Ansteuerspannung Ua zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters T erzeugt, woraufhin nach einer kurzen Zeitverszögerung aufgrund der Entladedauer der Gate-Emitter-Kapazität des Leistungshalbleiterschalters T der Leistungshalbleiterschalter T ausgeschaltet wird, was am Schaltzustandssignal S zu erkennen ist.
Dadurch, dass das Ein- bzw. Ausschaltsignal E bzw. A, wenn die Sekundärseite S das Ein- bzw. Ausschaltsignal E bzw. A erkannt hat, durch das Quittierungssignal Q gestoppt wird, wird eine zuverlässige und energiesparende Übertragung des Einschalt- und Ausschaltsignals E und A von der Primärseite P und zu der Sekundärseite S des Treibers 1 zum Ansteuern eines Leistungshalbleiterschalters T erzielt. Weiterhin wird das Aussenden von elektromagnetischer Störstrahlung, welche bei der Übertragung des Einschaltsignals E und des Ausschaltsignals A entsteht, reduziert.
Das Übertragen des Einschaltsignals E, des Ausschaltsignals A und des Quittierungssignals Q zwischen der Primärseite P und der Sekundärseite S des Treibers 1, erfolgt vorzugsweise, wie beispielhaft in 1 dargestellt, über einen dem jeweiligen Signal E, A bzw. Q zugeordneten physikalisch getrennten Übertragungskanal K. Der Treiber 1 weist vorzugsweise Übertrager U auf, die z.B. als induktiver Übertrager, kapazitiver Übertrager oder Optokoppler ausgebildet sein können, mittels denen das Einschaltsignal E, das Ausschaltsignal A und das Quittierungssignal Q zwischen der Primärseite P und der Sekundärseite S des Treibers 1 galvanisch getrennt übertragen werden. Jedem Übertragungskanal K ist vorzugsweise ein Übertrager U zugeordnet.
Der Treiber 1 ist weiterhin vorzugsweise dazu ausgebildet, dass wenn nach Ablauf einer ersten Zeitdauer Td1 (siehe 3) nach Beginn des Sendens des Einschaltsignals E von der Primärseite P kein Quittierungssignal Q empfangen wird, das Senden des Einschaltsignals E gestoppt wird und dass wenn nach Ablauf einer zweiten Zeitdauer Td2 nach Beginn des Sendens des Ausschaltsignals A von der Primärseite P kein Quittierungssignal Q empfangen wird, das Senden des Ausschaltsignals A gestoppt wird. Von der Primärseite P wird nach Ablauf einer dritten Zeitdauer Td3 nach Ablauf der ersten Zeitdauer Td1 ein Einschaltsignal E zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalters T an die Sekundärseite S gesendet.
Wenn nach einer bestimmten ersten Anzahl von Wiederholungsversuchen des Sendens von Einschaltsignalen E von der Primärseite P kein Quittierungssignal Q empfangen wird, wird von der Primärseite P ein Fehlersignal F erzeugt. In analoger Weise wird von der Primärseite P nach Ablauf einer vierten Zeitdauer Td4 nach Ablauf der zweiten Zeitdauer Td2 ein Ausschaltsignal A zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters T an die Sekundärseite S gesendet. Wenn nach einer bestimmten zweiten Anzahl von Wiederholungsversuchen des Sendens von Ausschaltsignalen A von der Primärseite kein Quittierungssignal Q empfangen wird, wird von der Primärseite P ein Fehlersignal F erzeugt.
Die erste und zweite Anzahl von Wiederholungsversuchen betragen beim Ausführungsbeispiel z.B. zwei, so dass, wie in 3 dargestellt, am Ende des dritten Einschaltsignals E bzw. Ausschaltsignals A zum Zeitpunkt T3 das Fehlersignal F von der Primärseite P erzeugt wird. Die erste und zweite Anzahl von Wiederholungsversuchen kann auch unterschiedlich sein.
Die erste und zweite Zeitdauer Td1 und Td2 betragen beim Ausführungsbeispiel z.B. 100 ns. Die erste und zweite Zeitdauer Td1 und Td2 können auch unterschiedlich sein. Die dritte und vierte Zeitdauer Td3 und Td4 betragen beim Ausführungsbeispiel z.B. 500 ns. Die dritte und vierte Zeitdauer Td3 und Td4 können auch unterschiedlich sein.
Das Fehlersignal F wird vorzugsweise an eine übergeordnete Steuerung gesendet, die vorzugsweise als Reaktion, falls der Treiber 1 z.B. Bestandteil eines Stromrichters mit mehreren Treibern 1 und Leistungshalbleiterschaltern T ist, an alle Treiber 1 ein Ansteuersignal AS zum Ausschalten der Leistungshalbleiterschalter T sendet. Der Treiber 1 kann auch mehrere Sekundärseiten S aufweisen, wobei die jeweilige Sekundärseite S des Treibers 1 vorgesehen ist mit einem ihr jeweilig zugeordneten Leistungshalbleiterschalter T elektrisch leitend verbunden zu werden. Als Reaktion auf das Fehlersignal F, kann der Treiber 1 intern ein Ausschaltsignal A von der Primärseite des Treibers 1 an alle Sekundärseiten des Treibers 1 senden.
Der Treiber 1 ist weiterhin vorzugsweise dazu ausgebildet (siehe 4), dass wenn die Primärseite P von der Sekundärseite S das Quittierungssignal Q aufgrund des Sendens eines Einschaltsignals E empfängt, das Einschaltsignal E nach einer fünften Zeitdauer Td5,Td5' seit Beginn des Sendens des Einschaltsignals oder seit Empfang des Quittierungssignals Q erneut von der Primärseite P an die Sekundärseite S gesendet wird und dass wenn die Primärseite P von der Sekundärseite S das Quittierungssignal Q aufgrund des Sendens eines Ausschaltsignals A empfängt, das Ausschaltsignal A nach einer sechsten Zeitdauer Td6,Td6' seit Beginn des Sendens des Einschaltsignals oder seit Empfang des Quittierungssignals Q erneut von der Primärseite P an die Sekundärseite S gesendet wird. Falls aufgrund eines Störsignals die Sekundärseite S ein fehlerhaftes Ein- bzw. Ausschaltsignal E bzw. A empfängt bzw. das Störsignal als Ein- bzw. Ausschaltsignal E bzw. A fehlerhaft interpretiert wird, wird mit dem Senden des nächsten ordnungsgemäßen Ein- bzw. Ausschaltsignals E bzw. A der Fehler automatisch korrigiert. Beim Ausführungsbeispiel beträgt die fünfte und sechste Zeitdauer Td5, Td5' und Td6, Td6' z.B. 1000ns. Die fünfte Zeitdauer Td5, Td5` und sechste Zeitdauer Td6, Td6' können auch unterschiedlich sein. In 4 wird das Einschaltsignal E bzw. Ausschaltsignal A zum Zeitpunkt T4 von der Sekundärseite erkannt und zum Zeitpunkt T5 erneut von der Primärseite P an die Sekundärseite S gesendet. In 4 und 5 ist der jeweilige Signalverlauf des Schaltzustandssignals S bei einem Einschaltsignal E mit durchgezogener Linie und bei einem Ausschaltsignal A mit gestrichelter Line dargestellt.
Der Treiber 1 ist weiterhin vorzugsweise dazu ausgebildet (siehe 5), dass wenn von der Primärseite P ein Quittierungssignal Q empfangen wird, ohne dass zu dem Zeitpunkt des Empfangs des Quittierungssignals Q von der Primärseite P ein Einschaltsignal E bzw. Ausschaltsignal A an die Sekundärseite S gesendet wird, von der Primärseite P, wenn zuletzt ein Einschaltsignal E an die Sekundärseite S versendet wurde, ein Einschaltsignal E an die Sekundärseite S gesendet wird und wenn zuletzt ein Ausschaltsignal A an die Sekundärseite S versendet wurde, ein Ausschaltsignal A an die Sekundärseite S gesendet wird. In 5 wird das Ein- bzw. Ausschaltsignal E bzw. A zum Zeitpunkt T6 von der Sekundärseite S erkannt und ein Quittierungssignal Q an die Primärseite versendet. Zum Zeitpunkt T7 wird von der Primärseite P ein Quittierungssignal Q empfangen, ohne dass ein Ein- bzw. Ausschaltsignal E bzw. A zu dem Zeitpunkt T7 von ihr versendet wird. Dies ist ein Indiz dafür, dass die Sekundärseite S aufgrund eines Störsignals fälschlicherweise ein Ein- bzw. Ausschaltsignal E bzw. A erkannt hat. Die Primärseite P sendet deshalb zum Zeitpunkt T7, wenn zuletzt ein Einschaltsignal E an die Sekundärseite S versendet wurde, ein Einschaltsignal E an die Sekundärseite S und, wenn zuletzt ein Ausschaltsignal A an die Sekundärseite S versendet wurde, ein Ausschaltsignal A an die Sekundärseite S. Dieses Einschaltsignal E bzw. Ausschaltsignal A wird von der Sekundärseite S zum Zeitpunkt T8 erkannt, so dass zum Zeitpunkt T8 ein Quittierungssignal Q von der Sekundärseite S an die Primärseite S gesendet wird.

Claims

Verfahren zur Übertragung eines Einschaltsignals (E) und eines Ausschaltsignals (A) von einer Primärseite (P) zu einer Sekundärseite (S) eines Treibers (1) zum Ansteuern eines Leistungshalbleiterschalters (T), wobei die Sekundärseite (S) des Treibers (1) vorgesehen ist mit dem Leistungshalbleiterschalter (T) elektrisch leitend verbunden zu werden, wobei - wenn der Leistungshalbleiterschalter (T) von der Sekundärseite (S) eingeschaltet werden soll, von der Primärseite (P) ein Einschaltsignal (E) zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalters (T) solange an die Sekundärseite (S) gesendet wird, bis die Primärseite (P) von der Sekundärseite (S) ein Quittierungssignal (Q) empfängt, wobei - wenn der Leistungshalbleiterschalter (T) von der Sekundärseite (S) ausgeschaltet werden soll, von der Primärseite (P) ein Ausschaltsignal (A) zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters (T) solange an die Sekundärseite (S) gesendet wird, bis die Primärseite (P) von der Sekundärseite (S) ein Quittierungssignal (Q) empfängt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei wenn nach Ablauf einer ersten Zeitdauer (Td1) nach Beginn des Sendens des Einschaltsignals (E) von der Primärseite (P) kein Quittierungssignal (Q) empfangen wird, das Senden des Einschaltsignals (E) gestoppt wird, wobei wenn nach Ablauf einer zweiten Zeitdauer (Td2) nach Beginn des Sendens des Ausschaltsignals (A) von der Primärseite (P) kein Quittierungssignal (Q) empfangen wird, das Senden des Ausschaltsignals (A) gestoppt wird, wobei von der Primärseite (P) nach Ablauf einer dritten Zeitdauer (Td3) nach Ablauf der ersten Zeitdauer (Td1) ein Einschaltsignal (E) zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalters (T) an die Sekundärseite (S) gesendet wird, wobei wenn nach einer bestimmten ersten Anzahl von Wiederholungsversuchen des Sendens von Einschaltsignalen (E) von der Primärseite (P) kein Quittierungssignal (Q) empfangen wird, von der Primärseite (P) ein Fehlersignal (F) erzeugt wird, wobei von der Primärseite (P) nach Ablauf einer vierten Zeitdauer (Td4) nach Ablauf der zweiten Zeitdauer (Td2) ein Ausschaltsignal (A) zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters (T) an die Sekundärseite (S) gesendet wird, wobei wenn nach einer bestimmten zweiten Anzahl von Wiederholungsversuchen des Sendens von Ausschaltsignalen (A) von der Primärseite (P) kein Quittierungssignal (Q) empfangen wird, von der Primärseite (P) ein Fehlersignal (F) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenn die Primärseite (P) von der Sekundärseite (S) das Quittierungssignal (Q) aufgrund des Sendens eines Einschaltsignals (E) empfängt, das Einschaltsignal (E) nach einer fünften Zeitdauer (Td5,Td5') seit Beginn des Sendens des Einschaltsignals oder seit Empfang des Quittierungssignals (Q) erneut von der Primärseite (P) an die Sekundärseite (S) gesendet wird, wobei wenn die Primärseite (P) von der Sekundärseite (S) das Quittierungssignal (Q) aufgrund des Sendens eines Ausschaltsignals (A) empfängt, das Ausschaltsignal (A) nach einer sechsten Zeitdauer (Td6,Td6') seit Beginn des Sendens des Einschaltsignals oder seit Empfang des Quittierungssignals (Q) von der Primärseite (P) an die Sekundärseite (S) gesendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenn von der Primärseite (P) ein Quittierungssignal (Q) empfangen wird, ohne dass zu dem Zeitpunkt des Empfangs des Quittierungssignals (Q) von der Primärseite ein Einschaltsignal (E) oder Ausschaltsignal (A) an die Sekundärseite (S) gesendet wird, von der Primärseite (P), wenn zuletzt ein Einschaltsignal (E) an die Sekundärseite versendet wurde, ein Einschaltsignal (E) an die Sekundärseite (S) gesendet wird und wenn zuletzt ein Ausschaltsignal (A) an die Sekundärseite (S) versendet wurde, ein Ausschaltsignal (A) an die Sekundärseite (S) gesendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einschaltsignal (E) und/oder das Ausschaltsignal als Impulsfolge (PF) oder als ein Einzelimpuls ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Übertragen des Einschaltsignals (E), des Ausschaltsignals (A) und des Quittierungssignals (Q) zwischen der Primärseite (P) und der Sekundärseite (S) des Treibers (T) über einen dem jeweiligen Signal (E,A,Q) zugeordneten physikalisch getrennten Übertragungskanal (K) erfolgt.
Treiber zum Ansteuern eines Leistungshalbleiterschalters (T) mit einer Primärseite (P) und einer Sekundärseite (S), wobei die Sekundärseite (S) des Treibers (1) zum elektrisch leitenden Verbinden mit dem Leistungshalbleiterschalter (T) vorgesehen ist, wobei der Treiber (1) zur Übertragung eines Ein- und eines Ausschaltsignals (E,A) von der Primärseite (P) zur Sekundärseite (S) ausgebildet ist, wobei der Treiber (1) dazu ausgebildet ist, dass wenn der Leistungshalbleiterschalter (T) von der Sekundärseite (S) eingeschaltet werden soll, von der Primärseite (P) ein Einschaltsignal (E) zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalters (T) solange an die Sekundärseite (S) gesendet wird, bis die Primärseite (P) von der Sekundärseite (S) ein Quittierungssignal (Q) empfängt, wobei der Treiber (1) dazu ausgebildet ist, dass wenn der Leistungshalbleiterschalter (T) von der Sekundärseite (S) ausgeschaltet werden soll, von der Primärseite (P) ein Ausschaltsignal (A) zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters (T) solange an die Sekundärseite (S) gesendet wird, bis die Primärseite (P) von der Sekundärseite (S) ein Quittierungssignal (Q) empfängt.
Treiber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Treiber (1) dazu ausgebildet ist, dass wenn nach Ablauf einer ersten Zeitdauer (Td1) nach Beginn des Sendens des Einschaltsignals (E) von der Primärseite (P) kein Quittierungssignal (Q) empfangen wird, das Senden des Einschaltsignals (E) gestoppt wird und dass wenn nach Ablauf einer zweiten Zeitdauer (Td2) nach Beginn des Sendens des Ausschaltsignals (A) von der Primärseite (P) kein Quittierungssignal (Q) empfangen wird, das Senden des Ausschaltsignals (A) gestoppt wird, wobei der Treiber (1) dazu ausgebildet ist, dass von der Primärseite (P) nach Ablauf einer dritten Zeitdauer (Td3) nach Ablauf der ersten Zeitdauer (Td1) ein Einschaltsignal (E) zum Einschalten des Leistungshalbleiterschalters (T) an die Sekundärseite (S) gesendet wird, wobei wenn nach einer bestimmten ersten Anzahl von Wiederholungsversuchen des Sendens von Einschaltsignalen (E) von der Primärseite (P) kein Quittierungssignal (Q) empfangen wird, von der Primärseite (P) ein Fehlersignal (F) erzeugt wird, wobei der Treiber (1) dazu ausgebildet ist, dass von der Primärseite (P) nach Ablauf einer vierten Zeitdauer (Td4) nach Ablauf der zweiten Zeitdauer (Td2) ein Ausschaltsignal (A) zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters (T) an die Sekundärseite (S) gesendet wird, wobei wenn nach einer bestimmten zweiten Anzahl von Wiederholungsversuchen des Sendens von Ausschaltsignalen (A) von der Primärseite kein Quittierungssignal (Q) empfangen wird, von der Primärseite (P) ein Fehlersignal (F) erzeugt wird.
Treiber nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Treiber (1) dazu ausgebildet ist, dass wenn die Primärseite (P) von der Sekundärseite (S) das Quittierungssignal (Q) aufgrund des Sendens eines Einschaltsignals (E) empfängt, das Einschaltsignal (E) nach einer fünften Zeitdauer (Td5,Td5') seit Beginn des Sendens des Einschaltsignals oder seit Empfang des Quittierungssignals (Q) erneut von der Primärseite (P) an die Sekundärseite (S) gesendet wird und dass wenn die Primärseite (P) von der Sekundärseite (S) das Quittierungssignal (Q) aufgrund des Sendens eines Ausschaltsignals (A) empfängt, das Ausschaltsignal (A) nach einer sechsten Zeitdauer (Td6,Td6') seit Beginn des Sendens des Einschaltsignals oder seit Empfang des Quittierungssignals (Q) erneut von der Primärseite (P) an die Sekundärseite (S) gesendet wird.
Treiber nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Treiber (1) dazu ausgebildet ist, dass wenn von der Primärseite (P) ein Quittierungssignal (Q) empfangen wird, ohne dass zu dem Zeitpunkt des Empfangs des Quittierungssignals (Q) von der Primärseite (P) ein Einschaltsignal (E) oder Ausschaltsignal (A) an die Sekundärseite (S) gesendet wird, von der Primärseite (P), wenn zuletzt ein Einschaltsignal (E) an die Sekundärseite (S) versendet wurde, ein Einschaltsignal (E) an die Sekundärseite (S) gesendet wird und wenn zuletzt ein Ausschaltsignal (A) an die Sekundärseite (S) versendet wurde, ein Ausschaltsignal (A) an die Sekundärseite (S) gesendet wird.
Treiber nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass, die Primärseite (P) und die Sekundärseite (S) des Treibers (1) voneinander galvanisch oder hochohmig getrennt sind.
Treiber nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Treiber (1) monolithisch integriert ausgebildet ist.
Treiber nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragen des Einschaltsignals (E), des Ausschaltsignals (A) und des Quittierungssignals (Q) zwischen der Primärseite (P) und der Sekundärseite (S) des Treibers (1) über einen dem jeweiligen Signal (E,A,Q) zugeordneten physikalisch getrennten Übertragungskanal (K) erfolgt.
Leistungshalbleiterschalteranordnung mit einem Treiber (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 13 und mit einem mit der Sekundärseite (S) des Treibers (1) elektrisch leitend verbundenen Leistungshalbleiterschalter (T).