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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Schaltungsanordnungen zum Ermitteln einer Sperrschichttemperatur eines Halbleiterbauelements mit isoliertem Gate.
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Aus dem Stand der Technik sind spannungsgeführte Gate-Treiber für Halbleiterbauelemente bekannt, welche zum Beispiel in Leistungsvorrichtungen wie Invertern usw. eingesetzt werden.
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Ferner sind Halbleiterbauelemente mit breiter Bandlücke bekannt, welche aufgrund vorteilhafter elektrischer und thermischer Eigenschaften (z. B. deutlich schnellere Schaltgeschwindigkeiten) eine zunehmende Verbreitung im Bereich der Leistungselektronik finden. Im Zusammenhang mit solchen Halbleiterbauelementen ist zu beachten, dass durch solche schnelleren Schaltgeschwindigkeiten unerwünschte Nebeneffekte wie ein unbeabsichtigtes parasitäres Einschalten und/oder hohe erzeugte Spannungen aufgrund von Kommutierungsinduktivitäten usw. auftreten können.
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Um solche unerwünschten Nebeneffekte zu vermeiden, werden Schaltvorgänge solcher Halbleiterbauelemente beispielsweise mittels eines stromgeführten Gate-Treibers durchgeführt, welcher in der Lage ist, an jeweilige Schaltphasen der Halbleiterbauelemente angepasste Stromwerte für eine Ansteuerung der Halbleiterbauelemente zu erzeugen.
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Zudem sind Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung von Temperaturen solcher Halbleiterbauelemente auf Basis temperaturabhängiger Widerstände und/oder temperatursensitiver Parameter bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ermitteln einer Sperrschichttemperatur eines Halbleiterbauelements mit isoliertem Gate vorgeschlagen, wobei das Verfahren während eines Einschaltvorgangs des Halbleiterbauelements eingesetzt wird. Das Halbleiterbauelement ist beispielsweise ein Si-MOSFET, ein SiC-MOSFET, ein IGBT oder ein davon abweichendes Halbleiterbauelement mit isoliertem Gate. Das Halbleiterbauelement wird beispielsweise in einer Leistungsvorrichtung wie einem Inverter oder einer davon abweichenden Vorrichtung eingesetzt.
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In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Gate des Halbleiterbauelements mittels eines vordefinierten Einschaltstroms zu einem ersten Einschaltphasenzeitpunkt durch einen stromgeführten Gate-Treiber angesteuert, um einen Einschaltvorgang des Halbleiterbauelements zu beginnen.
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In einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Einschaltphasenzeitmessung zum ersten Einschaltphasenzeitpunkt gestartet. Die Zeitmessung wird beispielsweise mittels einer erfindungsgemäßen Auswerteeinheit ausgeführt, welche z. B. ein Bestandteil des Gate-Treibers selbst oder eine eigenständige Komponente ist. Mittels einer informationstechnischen Anbindung einer solchen Auswerteeinheit an den Gate-Treiber ist es daher möglich, den Beginn des Einschaltvorgangs an die Auswerteeinheit zu übermitteln oder alternativ den Beginn des Einschaltvorgangs durch die Auswerteeinheit zu initiieren.
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In einem dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein zweiter Einschaltphasenzeitpunkt ermittelt, welcher ein Erreichen einer Schwellenspannung des Halbleiterbauelements repräsentiert, anhand einer Detektion einer steigenden Stromflanke in einem Lastpfad des Halbleiterbauelements. Das Erreichen der Schwellenspannung des Halbleiterbauelements entspricht einem Übergang zwischen einer Vorladephase einer Eingangskapazität des Halbleiterbauelements und einem Beginn einer Stromkommutierungsphase (di/dt-Phase) des Halbleiterbauelements. Der zweite Einschaltphasenzeitpunkt wird beispielsweise mittels einer später beschriebenen Erfassungsschaltung ermittelt, welche informationstechnisch an die Auswerteeinheit angebunden sein kann, sodass die Auswerteeinheit in der Lage ist, auf Basis der Erfassungsschaltung den zweiten Einschaltphasenzeitpunkt zu registrieren.
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In einem vierten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine aktuelle Sperrschichttemperatur des Halbleiterbauelements auf Basis einer Zeitdifferenz zwischen dem zweiten Einschaltphasenzeitpunkt und dem ersten Einschaltphasenzeitpunkt ermittelt. Hierfür ist es denkbar, dass die Auswerteeinheit den ersten Einschaltphasenzeitpunkt und den zweiten Einschaltphasenzeitpunkt in einer an die Auswerteeinheit angebundenen Speichereinheit ablegt, um anschließend auf Basis der gespeicherten Werte die Zeitdifferenz zu ermitteln.
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Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt die Tatsache, dass eine Dauer der Vorladephase von der aktuellen Sperrschichttemperatur des Halbleiterbauelements abhängt. Auf Basis einer vordefinierten Zuordnung zwischen einer jeweiligen Dauer der Vorladephase und jeweiligen zugehörigen Sperrschichttemperaturwerten, welche beispielsweise in einer durch die Auswerteeinheit abrufbaren Nachschlagetabelle abgelegt sind, ist es dementsprechend möglich, jeweilige Sperrschichttemperaturen mit hoher Sensitivität zur Laufzeit zu ermitteln. Somit erhält man mit besonders geringer Reaktionszeit genaue Messwerte hinsichtlich einer aktuellen Belastung des Halbleiterbauelements.
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Vorzugsweise erfolgt vor einer erstmaligen Verwendung und/oder zu Zeitpunkten, welche der erstmaligen Verwendung nachfolgen, eine Kalibrierung der Zeit-Temperaturzusammenhänge des Halbleiterbauelements, um eine erforderliche Genauigkeit einer erfindungsgemäßen Sperrschichttemperaturbestimmung zu gewährleisten.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ermitteln einer Sperrschichttemperatur eines Halbleiterbauelements mit isoliertem Gate vorgeschlagen, wobei das Verfahren während eines Ausschaltvorgangs des Halbleiterbauelements eingesetzt wird. Das Halbleiterbauelement ist beispielsweise, wie oben beschrieben, ein Si-MOSFET, ein SiC-MOSFET, ein IGBT oder ein davon abweichendes Halbleiterbauelement mit isoliertem Gate. Das Halbleiterbauelement wird beispielsweise ebenfalls in einer Leistungsvorrichtung wie einem Inverter oder einer davon abweichenden Vorrichtung eingesetzt.
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In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Gate des Halbleiterbauelements mittels eines vordefinierten Ausschaltstroms zu einem ersten Ausschaltphasenzeitpunkt durch einen stromgeführten Gate-Treiber angesteuert, um einen Ausschaltvorgang des Halbleiterbauelements zu beginnen.
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In einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Ausschaltphasenzeitmessung zum ersten Ausschaltphasenzeitpunkt gestartet. Die Zeitmessung wird beispielsweise mittels einer erfindungsgemäßen Auswerteeinheit ausgeführt, welche beispielsweise ein Bestandteil des Gate-Treibers oder eine eigenständige Komponente ist. Mittels einer informationstechnischen Anbindung einer solchen Auswerteeinheit an den Gate-Treiber ist es daher möglich, den Beginn des Ausschaltvorgangs an die Auswerteeinheit zu übermitteln oder alternativ den Beginn des Ausschaltvorgangs durch die Auswerteeinheit zu initiieren.
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In einem dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein zweiter Ausschaltphasenzeitpunkt ermittelt, welcher ein Erreichen einer Plateau-Spannung des Halbleiterbauelements repräsentiert, anhand einer Detektion einer fallenden Spannungsflanke in einem Lastpfad des Halbleiterbauelements. Das Erreichen der Plateau-Spannung des Halbleiterbauelements entspricht einem Übergang zwischen einer Vorentladeladephase einer Eingangskapazität des Halbleiterbauelements und einem Beginn einer Spannungskommutierungsphase (du/dt-Phase) des Halbleiterbauelements. Der zweite Ausschaltphasenzeitpunkt wird beispielsweise mittels einer später beschriebenen Erfassungsschaltung ermittelt, welche informationstechnisch an die Auswerteeinheit angebunden ist, sodass die Auswerteeinheit in der Lage ist, auf Basis der Erfassungsschaltung den zweiten Ausschaltphasenzeitpunkt zu registrieren.
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In einem vierten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine aktuelle Sperrschichttemperatur des Halbleiterbauelements auf Basis einer Zeitdifferenz zwischen dem zweiten Ausschaltphasenzeitpunkt und dem ersten Ausschaltphasenzeitpunkt und auf Basis eines aktuellen Laststroms des Halbleiterbauelements ermittelt.
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Die sich hieraus ergebenden Vorteile und hiermit im Zusammenhang stehende Realisierungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens gelten analog wie im Zusammenhang mit dem oben beschriebenen Ermitteln der Sperrschichttemperatur während des Einschaltvorgangs beschrieben, weshalb diesbezüglich zur Vermeidung von Wiederholungen auf obige Ausführungen verwiesen wird.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorteilhaft wird in Abhängigkeit der ermittelten Sperrschichttemperatur ein Stromprofil ermittelt, welches durch den stromgeführten Gate-Treiber während des aktuellen Schaltvorgangs (d. h. während eines Einschaltvorgangs und/oder eines Ausschaltvorgangs) und/oder während eines nachfolgenden Schaltvorgangs zur Ansteuerung des Gates des Halbleiterbauelements verwendet wird. Ein solches Stromprofil definiert vorzugsweise zeitliche Abfolgen jeweiliger durch den stromgeführten Gate-Treiber anzuwendender Stromwerte. Dies bietet den Vorteil, dass jeweilige durch das Stromprofil definierte Umschaltzeitpunkte von Gate-Strömen und/oder Höhen der jeweiligen Gate-Ströme stets optimal an die aktuelle Sperrschichttemperatur des Halbleiterbauelements anpassbar sind. Es sei darauf hingewiesen, dass unabhängige Stromprofile für Einschalt- und Ausschaltvorgänge vordefiniert und eingesetzt werden können. Zudem ist es möglich, das in Abhängigkeit der Sperrschichttemperatur zu ermittelnde Stromprofil aus einer Vielzahl vordefinierter Stromprofile auszuwählen, welche beispielsweise in Form eines oder mehrerer Kennfelder vorliegen (z. B. in einer Speichereinheit). Alternativ oder zusätzlich ist es darüber hinaus möglich, das in Abhängigkeit der Sperrschichttemperatur zu ermittelnde Stromprofil zur Laufzeit dynamisch zu ermitteln.
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Vorzugsweise wird der vordefinierte Einschaltstrom und/oder der vordefinierte Ausschaltstrom in Abhängigkeit einer erforderlichen Genauigkeit der Zeitmessung festgelegt. Mit anderen Worten kann es sinnvoll bzw. erforderlich sein, in Abhängigkeit einer verwendeten Zeitmessmethode, einer damit verbundenen maximal möglichen Zeitauflösung, einer Erfassungsgenauigkeit von Start- und Endzeitpunkten der Zeitmessung usw., den Einschaltstrom und/oder den Ausschaltstrom geringer zu wählen, als in einem Fall, in dem keine Sperrschichttemperaturmessung auf Basis des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt das Ermitteln der Sperrschichttemperatur des Halbleiterbauelements nur während vordefinierter Betriebsphasen des Halbleiterbauelements (z. B. bei hohen vorliegenden Lastströmen, welche zu hohen Erwärmungen des Halbleiterbauelements führen können) und/oder während jedes Einschaltvorgangs und/oder jedes Ausschaltvorgangs des Halbleiterbauelements und/oder alternierend mit wenigstens einem weiteren Halbleiterbauelement.
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Besonders vorteilhaft wird eine Sperrschichttemperatur des Halbleiterbauelements sowohl während eines wie oben beschriebenen Einschaltvorgangs, als auch während eines wie oben beschriebenen Ausschaltvorgangs des Halbleiterbauelements ausgeführt, sodass z. B. in beiden Schaltvorgängen jeweils optimal an die jeweilige Sperrschichttemperatur angepasste Stromprofile eingesetzt werden können.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schaltungsanordnung zum Ermitteln einer Sperrschichttemperatur eines Halbleiterbauelements mit isoliertem Gate vorgeschlagen welche aufweist: ein Halbleiterbauelement mit isoliertem Gate, einen stromgeführten Gate-Treiber, eine erste Erfassungsschaltung und eine erste Auswerteeinheit. Der Gate-Treiber ist beispielsweise ein in einen ASIC integrierter Gate-Treiber oder ein davon abweichend ausgebildeter Gate-Treiber. Die erste Auswerteeinheit ist beispielsweise als ASIC, FPGA, Prozessor, digitaler Signalprozessor, Mikrocontroller, analoge Schaltung o. ä., ausgestaltet und kann ein Bestandteil des Gate-Treibers selbst oder eine eigenständige Komponente sein. Der stromgeführte Gate-Treiber ist eingerichtet, ein Gate des Halbleiterbauelements mittels eines vordefinierten Einschaltstroms zu einem ersten Einschaltphasenzeitpunkt anzusteuern, um einen Einschaltvorgang des Halbleiterbauelements zu beginnen. Die erste Auswerteeinheit ist eingerichtet, eine Einschaltphasenzeitmessung zum ersten Einschaltphasenzeitpunkt zu starten. Die erste Erfassungsschaltung ist eingerichtet, ein Erreichen einer Schwellenspannung des Halbleiterbauelements anhand einer Detektion einer steigenden Stromflanke in einem Lastpfad des Halbleiterbauelements zu erfassen und im Ansprechen auf das Erreichen der Schwellenspannung eine erste Signalisierung an die erste Auswerteeinheit auszugeben. Die Stromflanke wird beispielsweise auf Basis einer parasitären Induktivität einer Anschlussleitung eines Halbleitermoduls ermittelt, welches das Halbleiterbauelement enthält, ohne dadurch eine Einschränkung auf diese Art der Ermittlung der Stromflanke vorzunehmen. Die erste Auswerteeinheit ist weiter eingerichtet, im Ansprechen auf die empfangene erste Signalisierung der ersten Erfassungsschaltung einen zweiten Einschaltphasenzeitpunkt zu registrieren und eine aktuelle Sperrschichttemperatur des Halbleiterbauelements auf Basis einer Zeitdifferenz zwischen dem zweiten Einschaltphasenzeitpunkt und dem ersten Einschaltphasenzeitpunkt zu ermitteln. Die Merkmale, Merkmalskombinationen sowie die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechen den in Verbindung mit dem erstgenannten Erfindungsaspekt ausgeführten derart ersichtlich, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
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Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schaltungsanordnung zum Ermitteln einer Sperrschichttemperatur eines Halbleiterbauelements mit isoliertem Gate vorgeschlagen, welche aufweist: ein Halbleiterbauelement mit isoliertem Gate, einen stromgeführten Gate-Treiber, eine zweite Erfassungsschaltung und eine zweite Auswerteeinheit. Der Gate-Treiber ist beispielsweise ein in einen ASIC integrierter Gate-Treiber oder ein davon abweichend ausgebildeter Gate-Treiber. Die zweite Auswerteeinheit ist beispielsweise als ASIC, FPGA, Prozessor, digitaler Signalprozessor, Mikrocontroller, analoge Schaltung o. ä., ausgestaltet und kann ein Bestandteil des Gate-Treibers selbst oder eine eigenständige Komponente sein. Der stromgeführte Gate-Treiber ist eingerichtet, ein Gate des Halbleiterbauelements mittels eines vordefinierten Ausschaltstroms zu einem ersten Ausschaltphasenzeitpunkt anzusteuern, um einen Ausschaltvorgang des Halbleiterbauelements zu beginnen. Die zweite Auswerteeinheit ist eingerichtet, eine Ausschaltphasenzeitmessung zum ersten Ausschaltphasenzeitpunkt zu starten. Die zweite Erfassungsschaltung ist eingerichtet, ein Erreichen einer Plateau-Spannung des Halbleiterbauelements anhand einer Detektion einer fallenden Spannungsflanke in einem Lastpfad des Halbleiterbauelements zu erfassen und im Ansprechen auf das Erreichen der Plateau-Spannung eine zweite Signalisierung an die zweite Auswerteeinheit auszugeben Die zweite Auswerteeinheit ist weiter eingerichtet, im Ansprechen auf die empfangene zweite Signalisierung der zweiten Erfassungsschaltung einen zweiten Ausschaltphasenzeitpunkt zu registrieren und eine aktuelle Sperrschichttemperatur des Halbleiterbauelements auf Basis einer Zeitdifferenz zwischen dem zweiten Ausschaltphasenzeitpunkt und dem ersten Ausschaltphasenzeitpunkt und auf Basis eines aktuellen Laststroms zu ermitteln.
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Besonders vorteilhaft weist die Schaltungsanordnung zum Ermitteln einer Sperrschichttemperatur eines Halbleiterbauelements mit isoliertem Gate eine wie vorstehend beschriebene Schaltungsanordnung zum Ermitteln einer Sperrschichttemperatur während eines Einschaltvorgangs des Halbleiterbauelements und eine wie vorstehend beschriebene Schaltungsanordnung zum Ermitteln einer Sperrschichttemperatur während eines Ausschaltvorgangs des Halbleiterbauelements auf. In einem solchen Fall sind die erste Auswerteeinheit und die zweite Auswerteeinheit vorzugsweise ein und dieselbe Auswerteeinheit, ohne darauf beschränkt zu sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Halbleiterbauelement ein erstes Halbleiterbauelement. Zudem weist die Schaltungsanordnung wenigstens ein zweites Halbleiterbauelement auf, welches derart angeordnet ist, dass es einen gemeinsamen topologischen (oder auch logischen) Schalter mit dem ersten Halbleiterbauelement in einer Reihenschaltung oder in einer Parallelschaltung ausbildet. Zudem ist es denkbar, dass weitere Halbleiterbauelemente in einer Reihenschaltung und/oder Parallelschaltung zum ersten Halbleiterbauelement und zum zweiten Halbleiterbauelement angeordnet sind und insgesamt einen einzelnen topologischen Schalter ausbilden. Die Schaltungsanordnung ist zudem eingerichtet eine Sperrschichttemperatur des zweiten Halbleiterbauelements aus der ermittelten Sperrschichttemperatur des ersten Halbleiterbauelements abzuleiten oder eine Sperrschichttemperatur des zweiten Halbleiterbauelements in korrespondierender Weise zum Ermitteln der Sperrschichttemperatur des ersten Halbleiterbauelements separat zu ermitteln. Dies gilt jeweils analog auch für ggf. weitere parallel und/oder in Reihe geschaltete Halbleiterbauelemente des topologischen Schalters.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigen:
- 1 ein beispielhaftes Gate-Stromprofil und einen damit korrespondierenden Gate-Spannungsverlauf zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln einer Sperrschichttemperatur eines Halbleiterbauelements mit isoliertem Gate;
- 2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Ermitteln einer Sperrschichttemperatur eines Halbleiterbauelements mit isoliertem Gate während eines Einschaltvorgangs; und
- 3 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Ermitteln einer Sperrschichttemperatur eines Halbleiterbauelements mit isoliertem Gate während eines Ausschaltvorgangs.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein beispielhaftes Gate-Stromprofil (das obere Diagramm, welches IG über t zeigt) und einen damit korrespondierenden Gate-Spannungsverlauf (das untere Diagramm, welches VG über t zeigt) zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln einer Sperrschichttemperatur eines hier als SiC-MOSFET 10 ausgebildeten Halbleiterbauelements, welcher nachfolgend verkürzt als MOSFET 10 bezeichnet wird.
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Das Gate-Stromprofil ist beispielsweise in einer Speichereinheit eines ASIC abgelegt, welcher hier als stromgeführter Gate-Treiber 20 zur Ansteuerung des MOSFET 10 fungiert.
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Der MOSFET 10 befindet sich zunächst in einem ausgeschalteten Zustand und wird zu Beginn eines auszuführenden Einschaltvorgangs PE zu einem ersten Einschaltphasenzeitpunkt TE1 durch den Gate-Treiber 20 mit einem ersten Einschaltstrom IE1 angesteuert, um den Einschaltvorgang PE des Halbleiterbauelements zu beginnen.
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Zudem wird zum ersten Einschaltphasenzeitpunkt TE1 eine Einschaltphasenzeitmessung gestartet.
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Anschließend wird ein zweiter Einschaltphasenzeitpunkt TE2 ermittelt, welcher ein Erreichen einer Schwellenspannung VGS des Halbleiterbauelements 10 repräsentiert, anhand einer Detektion einer steigenden Stromflanke in einem Lastpfad des Halbleiterbauelements 10. Ab dem zweiten Einschaltzeitpunkt TE2 wird der Einschaltvorgang in Übereinstimmung mit einem vordefinierten Einschaltstromprofil mit einem zweiten Einschaltstrom IE2 fortgeführt, welcher in nachfolgenden (nicht näher beschrieben) Einschaltphasen weiter angepasst wird.
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Weiterhin wird eine aktuelle Sperrschichttemperatur des Halbleiterbauelements 10 auf Basis einer Zeitdifferenz zwischen dem zweiten Einschaltphasenzeitpunkt TE2 und dem ersten Einschaltphasenzeitpunkt TE1 ermittelt.
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In Abhängigkeit einer Höhe der auf diese Weise ermittelten Sperrschichttemperatur wird ein vordefiniertes Ausschaltstromprofil aus einer Vielzahl vordefinierter Ausschaltstromprofile ausgewählt.
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Nach Beendigung des Einschaltvorgangs PE befindet sich der MOSFET 10 in einem eingeschalteten Zustand. In einer nachfolgenden Ausschaltphase PA wird die Sperrschichttemperatur des MOSFET 10 anschließend erneut ermittelt. Hierfür wird das während der Einschaltphase PE ermittelte Ausschaltstromprofil verwendet, um das Gate des MOSFET 10 durch den Gate-Treiber zu Beginn der Ausschaltphase PA in Übereinstimmung mit dem Ausschaltstromprofil mittels eines ersten Ausschaltphasenstroms IA1 anzusteuern. Der Beginn der Ausschaltphase PA entspricht einem ersten Ausschaltphasenzeitpunkt TA1.
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Zudem wird zum ersten Ausschaltphasenzeitpunkt TA1 eine Ausschaltphasenzeitmessung gestartet.
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Anschließend wird ein zweiter Ausschaltphasenzeitpunkt TA2 ermittelt, welcher ein Erreichen einer Plateau-Spannung VGP des Halbleiterbauelements 10 repräsentiert, anhand einer Detektion einer fallenden Spannungsflanke im Lastpfad des Halbleiterbauelements 10. Ab dem zweiten Ausschaltzeitpunkt TA2 wird der Ausschaltvorgang in Übereinstimmung mit dem Ausschaltstromprofil mit einem zweiten Ausschaltstrom IA2 fortgeführt, welcher in nachfolgenden (nicht näher beschriebenen) Ausschaltphasen weiter angepasst wird.
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Weiterhin wird eine aktuelle Sperrschichttemperatur des Halbleiterbauelements 10 auf Basis einer Zeitdifferenz zwischen dem zweiten Ausschaltphasenzeitpunkt TA2 und dem ersten Ausschaltphasenzeitpunkt TA1 ermittelt.
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In Abhängigkeit einer Höhe der auf diese Weise ermittelten Sperrschichttemperatur wird ein vordefiniertes Einschaltstromprofil aus einer Vielzahl vordefinierter Einschaltstromprofile für einen nachfolgenden Einschaltvorgang ausgewählt.
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Es sei darauf hingewiesen, dass eine Höhe des ersten Einschaltstroms IE1 und eine Höhe des ersten Ausschaltstroms IA1 jeweils geringer festgelegt ist, als es ein zuverlässiger Einschaltvorgang bzw. Ausschaltvorgang erlauben würde, um eine Genauigkeit einer jeweiligen Zeitmessung zwischen den Einschaltphasenzeitpunkten TE1, TE2 und zwischen den Ausschaltphasenzeitpunkten TA1, TA2 zu erhöhen, um dadurch die jeweiligen Sperrschichttemperaturen des MOSFET 10 präziser bestimmen zu können.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Ermitteln einer Sperrschichttemperatur eines als SiC-MOSFET 10 (nachfolgend verkürzt MOSFET genannt) ausgebildeten Halbleiterbauelements während eines Einschaltvorgangs des MOSFET 10. Die Schaltungsanordnung weist einen Gate-Treiber 20 mit einer ersten Auswerteeinheit 50, einen MOSFET 10 und eine erste Erfassungsschaltung 30 auf, welche sich aus einer parasitären Induktivität 32 einer Anschlussleitung eines Halbleitermoduls, welches den MOSFET 10 beinhaltet und einem ersten Komparator 34 zusammensetzt.
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Sobald ein Stromfluss im Lastpfad des MOSFET 10 während eines Einschaltvorgangs PE des MOSFET 10 beginnt, fällt über der Induktivität 32 eine Spannung ab, welche durch den ersten Komparator 34 mit einer ersten Referenzspannung VREF1 verglichen wird. Sobald die erste Referenzspannung VREF 1 erreicht ist, gibt der erste Komparator 34 ein erstes Signal S1 an die erste Auswerteeinheit 50 des Gate-Treibers 20 aus, welche auf Basis des ersten Signals S1 eine zu Beginn des Einschaltvorgangs gestartete Zeitmessung beendet und auf Basis dieser Zeitmessung eine Sperrschichttemperatur des MOSFET 10 ermittelt.
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Es sei darauf hingewiesen, dass auch hiervon abweichende Ausgestaltungen der ersten Erfassungsschaltung eingesetzt werden können.
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3 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Ermitteln einer Sperrschichttemperatur eines als SiC-MOSFET 10 (nachfolgend verkürzt MOSFET genannt) ausgebildeten Halbleiterbauelements während eines Ausschaltvorgangs des MOSFET 10. Die Schaltungsanordnung weist einen Gate-Treiber 20 mit einer zweiten Auswerteeinheit 55, einen MOSFET 10 und eine zweite Erfassungsschaltung 40 auf, welche sich aus einem zweiten Komparator 44 und einem Spannungsteiler aus einem Kondensator 42 und einem Widerstand 46 zusammensetzt.
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Sobald in einem Ausschaltvorgang PA des MOSFET 10 eine Spannung über dem Widerstand 46 abfällt, die größer ist, als eine zweite Referenzspannung VREF2, wird durch den zweiten Komparator 44, welcher diese beiden Spannungen vergleicht, ein zweites Signal S2 an die zweite Auswerteeinheit 55 des Gate-Treibers 20 ausgeben, welche anschließend auf Basis des zweiten Signals S2 eine zu Beginn des Ausschaltvorgangs gestartete Zeitmessung beendet und auf Basis dieser Zeitmessung eine Sperrschichttemperatur des MOSFET 10 ermittelt.
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Es sei darauf hingewiesen, dass auch hiervon abweichende Ausgestaltungen der zweiten Erfassungsschaltung eingesetzt werden können.
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Es sei zusätzlich darauf hingewiesen, dass die in 2 beschriebene Schaltungsanordnung und die in 3 beschriebene Schaltungsanordnung als gemeinsame Schaltungsanordnung ausgebildet sein können, welche dementsprechend in der Lage ist, eine Sperrschichttemperatur sowohl in einem Einschaltvorgang PE, als auch in einem Ausschaltvorgang PA des MOSFET 10 durchzuführen. In einem solchen Fall sind die erste Auswerteeinheit 50 und die hier beschriebene zweite Auswerteeinheit 55 vorzugsweise als ein und dieselbe Auswerteeinheit ausgebildet.
