DE102022200632A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Anpassung von Temperaturen von Halbleiterbauelementen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Anpassung von Temperaturen von Halbleiterbauelementen Download PDF

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Sebastian Strache
Karl Oberdieck
Manuel Riefer
Jan Homoth
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anpassung von Temperaturen von Halbleiterbauelementen (10, 20). Die Vorrichtung weist ein erstes Halbleiterbauelement (10), ein zweites Halbleiterbauelement (20) und eine Auswerteeinheit (40) auf, wobei die Auswerteeinheit (40) eingerichtet ist, eine erste Temperatur des ersten Halbleiterbauelements (10) und eine zweite Temperatur des zweiten Halbleiterbauelements (20) zu ermitteln, eine erste Temperaturabweichung, welche eine Abweichung der ersten Temperatur von einer Referenztemperatur repräsentiert und eine zweite Temperaturabweichung, welche eine Abweichung der zweiten Temperatur von der Referenztemperatur repräsentiert, zu berechnen und eine erste Gate-Spannung (Vg1) des ersten Halbleiterbauelements (10) und/oder eine zweite Gate-Spannung (Vg2) des zweiten Halbleiterbauelements (20) anzupassen, bis die erste Temperaturabweichung und die zweite Temperaturabweichung kleiner oder gleich einer vordefinierten maximal zulässigen Temperaturabweichung von der Referenztemperatur sind, wobei das Anpassen der jeweiligen Gate-Spannung (Vg1, Vg2) nur dann erfolgt, wenn ein vordefinierter zulässiger Regelbereich für die jeweilige Gate-Spannung (Vg1, Vg2) nicht überschritten wird und wenn die erste Temperatur und/oder die zweite Temperatur größer ist als die Referenztemperatur.

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anpassung von Temperaturen von Halbleiterbauelementen.
  • In Leistungshalbleitermodulen werden häufig mehrere Halbleiter parallel verschaltet. Je gleichartiger diese Halbleiter ausgenutzt werden, desto höher ist eine Leistungsfähigkeit einer Komponente, welche diese Halbleiter aufweist. Die Leistungsfähigkeit bemisst sich durch einen mittels der Halbleiter leitbaren Strom, entsprechend ist eine Grenze der Leistungsfähigkeit der Komponente bereits dann erreicht, wenn einer der Halbleiter der Komponente seine Betriebsgrenzen überschreitet. Diese Betriebsgrenze ergibt sich aus der maximalen Sperrschichttemperatur des heißesten Halbleiters. Jeweilige Temperaturen der Halbleiter werden dabei vorzugsweise individuell gemessen.
  • Abweichungen hinsichtlich der Leistungsfähigkeit bzw. von Leitverlusten einzelner Halbleiter ergeben sich zum einen aus dem Herstellungsprozess der Halbleiter. Zum anderen wirken sich auch ein jeweiliger Aufbau, eine Verbindungstechnik sowie Degradationseffekte aus. Entsprechend werden solche Toleranzen im Stand der Technik beim Design von Halbleitern berücksichtigt, was sich durch jeweilige Design-Margen direkt auf Kosten und eine Ausnutzung von Bauelementen auswirkt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Anpassung von Temperaturen von Halbleiterbauelementen vorgeschlagen.
  • In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden eine erste Temperatur eines ersten Halbleiterbauelements und eine zweite Temperatur eines zweiten Halbleiterbauelements ermittelt, wobei sich die erste Temperatur und die zweite Temperatur vorzugsweise auf jeweilige Sperrschichttemperaturen der Halbleiterbauelemente beziehen. Der hier vorliegende Schritt des Ermittelns und nachfolgend beschrieben Verfahrensschritte werden beispielsweise unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Auswerteeinheit ausgeführt, die in der Lage ist, temperaturbezogene Informationen bezüglich des ersten Halbleiterbauelements und des zweiten Halbleiterbauelements zu empfangen und/oder zu berechnen. Die erste Temperatur und die zweite Temperatur werden beispielsweise mittels Temperatursensoren erfasst, welche den jeweiligen Halbleiterbauelementen zugeordnet sind. Hierfür sind die Temperatursensoren vorzugsweise informationstechnisch mit der erfindungsgemäßen Auswerteeinheit verbunden. Das erste Halbleiterbauelement und das zweite Halbleiterbauelement sind beispielsweise jeweils Leistungshalbleiter wie SiC-MOSFETs, oder davon abweichende (Leistungs-) Halbleiter oder (Leistungs-) Halbleitermodule.
  • In einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden eine erste Temperaturabweichung, welche eine Abweichung der ersten Temperatur von einer Referenztemperatur repräsentiert und eine zweite Temperaturabweichung, welche eine Abweichung der zweiten Temperatur von der Referenztemperatur repräsentiert berechnet.
  • In einem dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine erste Gate-Spannung des ersten Halbleiterbauelements und/oder eine zweite Gate-Spannung des zweiten Halbleiterbauelements angepasst, bis die erste Temperaturabweichung und die zweite Temperaturabweichung kleiner oder gleich einer vordefinierten maximal zulässigen Temperaturabweichung von der Referenztemperatur sind, wobei das Anpassen der Gate-Spannung zu einer Änderung einer Verlustleistung der jeweiligen Halbleiterbauelemente geeignet ist. Das Anpassen der jeweiligen Gate-Spannungen erfolgt nur dann, wenn ein vordefinierter zulässiger Regelbereich für die Gate-Spannung (welcher beispielsweise aus einem Datenblatt der Halbleiterbauelemente entnommen wird) nicht überschritten wird und wenn die erste Temperatur und/oder die zweite Temperatur größer als die Referenztemperatur ist.
  • Durch das erfindungsgemäße Anpassen der jeweiligen Gate-Spannungen ist es vorteilhaft möglich, Lebensdauern von Halbeiterbauelementen, welche insbesondere durch Herstellungstoleranzen hervorgerufen werden, zu erhöhen bzw. aneinander anzugleichen. Zudem wird eine Reduzierung einer temperaturbedingten Auslegungsreserve der Halbleiterbauelemente ermöglicht, welche wiederum eine Reduzierung von Herstellungskosten bewirken kann.
  • Es sei allgemein darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch für eine höhere Anzahl von Halbleiterbauelementen einsetzbar ist und nicht auf die vorstehend stellvertretend beschriebenen beiden Halbleiterbauelemente beschränkt ist. D. h., dass das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise vorteilhaft für ein Angleichen jeweiliger Temperaturen und/oder Lebensdauern von drei, vier oder mehr Halbleiterbauelementen einsetzbar ist.
  • Zudem ist es denkbar, das erfindungsgemäße Verfahren auf parallel und/oder seriell verschaltete Halbleiterbauelemente anzuwenden.
  • Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Die Referenztemperatur ist beispielsweise eine vordefinierte absolute Temperatur, welche statisch oder dynamisch festlegbar ist. Eine statische Festlegung erfolgt beispielsweise anhand von Kenngrößen der Halbleiterbauelemente und/oder anhand eines Einsatzgebietes der Halbeitervorrichtungen und diesbezüglich zu erwartender Randbedingungen (z. B. Umgebungstemperaturbereiche). Eine dynamische Festlegung erfolgt vorzugsweise wiederkehrend und/oder unter Berücksichtigung von aktuellen Messgrößen und/oder aktuellen Einsatz- und/oder aktuellen Randbedingungen der Halbleiterbauelemente, so dass stets eine situativ angepasste und vorzugsweise situativ optimal angepasste Referenztemperatur verwendbar ist. Alternativ ist die Referenztemperatur eine auf die erste Temperatur und die zweite Temperatur bezogene relative Temperatur und insbesondere ein Mittelwert aus der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur, ohne dadurch auf eine Mittelwertbildung als ausschließliche Verrechnungsmöglichkeit der beiden Temperaturwerte eingeschränkt zu sein. Das Ermitteln der relativen Referenztemperatur erfolgt vorteilhaft jeweils nach dem Ermitteln der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur, so dass der nachfolgende Verfahrensschritt zur Berechnung der jeweiligen Temperaturabweichungen von der Referenztemperatur stets auf einer aktuell ermittelten Referenztemperatur basiert. Zur Einsparung von Mess- und/oder Berechnungsvorgängen ist es aber auch denkbar, die Referenztemperatur mit einer geringeren Häufigkeit neu zu berechnen, als das Ermitteln der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur erfolgt.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind das erste Halbleiterbauelement und das zweite Halbleiterbauelement parallelgeschaltete Halbleiterbauelemente, welche insbesondere zum Schalten hoher Leistungen verwendet werden. Die jeweiligen Halbleiterbauelemente sind beispielsweise einzelne spannungsgeführte Halbleiter wie SiC-MOSFETs oder davon abweichende Halbleiter. Alternativ sind die jeweiligen Halbleiterbauelemente als Halbleitermodule (insbesondere Leistungsmodule) ausgebildet, welche jeweils eine Vielzahl (insbesondere parallelgeschalteter) einzelner spannungsgeführter Halbleiter aufweisen. Das Angleichen der Temperaturen und/oder Lebensdauern der jeweiligen Halbleiterbauelemente lässt sich dementsprechend sowohl zwischen einzelnen Halbleitern, als auch zwischen einer Vielzahl von Halbleitermodulen anwenden.
  • Vorteilhaft werden die erste Temperatur und die zweite Temperatur jeweils mittels eines Temperatursensors und/oder temperatursensitiver Parameter und/oder eines Temperaturbeobachters ermittelt. Entscheidend ist hierbei, dass die jeweiligen Temperaturen der Halbleiterbauelemente mit einer erforderlichen Genauigkeit getrennt voneinander ermittelbar sind.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine Reihenfolge bei der Anpassung der Gate-Spannungen der jeweiligen Halbleiterbauelemente in Übereinstimmung mit einer Höhe einer jeweiligen Temperaturabweichung festgelegt, wobei die Gate-Spannung desjenigen Halbleiterbauelements mit der höchsten Temperaturabweichung jeweils zuerst angepasst wird. Alternativ oder zusätzlich entspricht nach erfolgter Anpassung der jeweiligen Gate-Spannungen wenigstens eine Gate-Spannung der Halbleiterbauelemente im Wesentlichen einer vordefinierten maximal zulässigen Gate-Spannung für die jeweiligen Halbleiterbauelemente. Dadurch wird bei gleichzeitiger Angleichung jeweiliger Temperaturabweichungen der Halbleiterbauelemente eine Minimierung einer Gesamtverlustleistung über sämtliche am erfindungsgemäßen Verfahren beteiligter Halbleiterbauelemente erzielt.
  • Vorteilhaft werden die erste Gate-Spannung des ersten Halbleiterbauelements und/oder die zweite Gate-Spannung des zweiten Halbleiterbauelements sukzessive mittels eines vordefinierten Spannungshubs (welcher jeweils ein positiver oder negativer Spanungshub bezogen auf die jeweils aktuelle Gate-Spannung sein kann) angepasst. Eine solche sukzessive Anpassung wird durch ein wiederkehrendes Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht, wobei das wiederkehrende Ausführen beispielsweise in vordefinierten und/oder dynamisch angepassten zeitlichen Abständen während eines jeweiligen Betriebszyklus' erfolgt. Alternativ oder zusätzlich erfolgt das wiederkehrende Ausführen im Ansprechen auf ein Eintreten vordefinierter Ereignisse. Alternativ oder zusätzlich werden die erste Gate-Spannung des ersten Halbleiterbauelements und/oder die zweite Gate-Spannung des zweiten Halbleiterbauelements ausgehend von einer aktuellen Gate-Spannung oder ausgehend von einer vordefinierten maximal zulässigen Gate-Spannung des jeweiligen Halbleiterbauelements angepasst.
  • Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, den jeweiligen Spannungshub in Abhängigkeit einer Höhe eines Einflusses von Gate-Spannungsänderungen auf einen jeweiligen Kanalwiderstand der Halbleiterbauelemente und/oder in Abhängigkeit einer jeweiligen Temperaturabweichung von der Referenztemperatur (z. B. bei größeren Abweichungen einen größeren Hub verwenden) festzulegen. In diesem Zusammenhang ist es auch denkbar, den vordefinierten Spannungshub in Abhängigkeit weiterer Randbedingungen anzupassen. Zudem ist es denkbar, für jedes Halbleiterbauelement einen individuell angepassten Spannungshub zu verwenden.
  • Vorteilhaft werden die Gate-Spannungen zu Beginn eines jeweiligen Betriebszyklus der jeweiligen Halbleiterbauelemente auf Basis vordefinierter Gate-Spannungswerte und/oder auf Basis einer Historie von Gate-Spannungswerten aus wenigstens einem vorangegangenen Betriebszyklus' festgelegt. Alternativ oder zusätzlich werden die jeweiligen Gate-Spannungen auf Basis einer jeweiligen Lebensdauerreserve der Halbleiterbauelemente und/oder auf Basis aktueller Randbedingungen festgelegt. Die Randbedingungen umfassen zum Beispiel eine aktuelle Temperatur der Halbeleiterbauelemente und/oder eine aktuelle Temperatur eines Kühlwassers, welches zur Kühlung der Halbleiterbauelemente verwendet wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren weiter auf: Ermitteln einer Lebensdauerreserve der jeweiligen Halbleiterbauelemente auf Basis einer Historie von Temperaturabweichungen der jeweiligen Halbleiterbauelemente und Berücksichtigen der jeweiligen Lebensdauerreserve bei der Anpassung der jeweiligen Gate-Spannungen und/oder bei einer Festlegung der Referenztemperatur und/oder bei einer Festlegung der maximal zulässigen Temperaturabweichung von der Referenztemperatur. Dadurch lassen sich beispielsweise diejenigen Halbleiterbauelemente entlasten, welche eine geringe Lebensdauerreserve aufweisen.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Anpassung von Temperaturen von Halbleiterbauelementen vorgeschlagen. Die Vorrichtung weist ein erstes Halbleiterbauelement, ein zweites Halbleiterbauelement, einen ersten Gate-Treiber, einen zweiten Gate-Treiber und eine Auswerteeinheit auf. Das erste Halbleiterbauelement und das zweite Halbleiterbauelement sind beispielsweise jeweils Leistungshalbleiter wie SiC-MOSFETs, oder davon abweichende Halbleiter oder Halbleitermodule. Die Auswerteinheit ist beispielsweise als ASIC, FPGA, Prozessor, digitaler Signalprozessor, Mikrocontroller, o. ä., ausgestaltet und eingerichtet, eine erste Temperatur des ersten Halbleiterbauelements und eine zweite Temperatur des zweiten Halbleiterbauelements zu ermitteln. Die erste Temperatur und die zweite Temperatur werden beispielweise wie vorstehend beschrieben mittels jeweiliger Temperatursensoren und/oder auf Basis temperatursensitiver Parameter und/oder auf Basis eines Temperaturbeobachters direkt und/oder indirekt ermittelt. Im Falle einer Verwendung von Temperatursensoren zum Ermitteln der jeweiligen Temperaturen der Halbleiterbauelemente, sind die Temperatursensoren beispielsweise direkt mit den jeweiligen Halbleiterbauelementen örtlich und thermisch gekoppelt. Alternativ oder zusätzlich ist es auch denkbar, die jeweiligen Temperaturen über Temperatursensoren zu ermitteln, die in einem Kühlmittelkreislauf zur Kühlung der jeweiligen Halbleiterbauelemente angeordnet sind. Die Auswerteeinheit ist weiter eingerichtet, eine erste Temperaturabweichung, welche eine Abweichung der ersten Temperatur von einer Referenztemperatur repräsentiert und eine zweite Temperaturabweichung, welche eine Abweichung der zweiten Temperatur von der Referenztemperatur repräsentiert, zu berechnen. Zudem ist die Auswerteeinheit eingerichtet, mittels des ersten Gate-Treibers eine erste Gate-Spannung des ersten Halbleiterbauelements und/oder mittels des zweiten Gate-Treibers eine zweite Gate-Spannung des zweiten Halbleiterbauelements anzupassen, bis die erste Temperaturabweichung und die zweite Temperaturabweichung kleiner oder gleich einer vordefinierten maximal zulässigen Temperaturabweichung von der Referenztemperatur sind, wobei das Anpassen der Gate-Spannung zur Änderung einer Verlustleistung der jeweiligen Halbleiterbauelemente geeignet ist. Ferner erfolgt das Anpassen der jeweiligen Gate-Spannungen nur dann, wenn ein vordefinierter zulässiger Regelbereich für die jeweilige Gate-Spannung nicht überschritten wird und die erste Temperatur und/oder die zweite Temperatur größer als die Referenztemperatur ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die Auswerteeinheit, der erste Gate-Treiber und der zweite Gate-Treiber getrennte Komponenten oder gemeinsam integrierte Komponenten sein können, welche beispielsweise auf Basis eines einzelnen ASIC ausgebildet sind. 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.
  • Figurenliste
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigen:
    • 1 ein Schaltbild einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
    • 2a ein Ergebnis einer initialen Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
    • 2b ein Ergebnis einer weiteren Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt ein Schaltbild einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung weist einen ersten MOSFET 10, einen zweiten MOSFET 20 und einen dritten MOSFET 30 auf, deren Steuereingänge (d. h., deren Gate-Anschlüsse) mit jeweils korrespondierenden Gate-Treibern 50, 52, 54 der jeweiligen MOSFETs 10, 20, 30 elektrisch verbunden sind. Die Gate-Treiber 50, 52, 54 sind informationstechnisch mit einer Auswerteeinheit 40 verbunden, welche hier als ASIC ausgebildet ist und welche mittels der Anbindung an die Gate-Treiber 50, 52, 54 eingerichtet ist, die Gate-Treiber 50, 52, 54 unabhängig voneinander anzusteuern, um jeweilige Gate-Spannungen Vg1, Vg2, Vg3 der jeweiligen MOSFETs 10, 20, 30 einzustellen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in Verbindung mit den MOSFETs 10, 20, 30 eingerichtet, einen extern bereitgestellten Laststrom i zu schalten, welcher zwischen einem ersten Anschluss 60 und einem zweiten Anschluss 65 der erfindungsgemäßen Vorrichtung fließen kann.
  • Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen ersten Temperatursensor T1, einen zweiten Temperatursensor T2 und einen dritten Temperatursensor T3 auf, welche jeweils thermisch mit ihren korrespondierenden MOSFETs 10, 20, 30 gekoppelt sind.
  • Auf Basis der vorstehenden Konfiguration ist die Auswerteeinheit 40 eingerichtet, erste, zweite und dritte Temperaturen der jeweiligen MOSFETs 10, 20, 30 zu ermitteln und eine erste Temperaturabweichung, welche eine Abweichung der ersten Temperatur von einer Referenztemperatur repräsentiert, eine zweite Temperaturabweichung, welche eine Abweichung der zweiten Temperatur von der Referenztemperatur repräsentiert und eine dritte Temperaturabweichung, welche eine Abweichung der dritten Temperatur von der Referenztemperatur repräsentiert, zu berechnen. Die Referenztemperatur wird in diesem Fall als Mittelwert aus der gemessenen ersten, zweiten und dritten Temperatur berechnet.
  • Des Weiteren ist die Auswerteeinheit 40 auf Basis der vorstehenden Konfiguration eingerichtet, eine erste Gate-Spannung Vg1 des ersten MOSFET 10 und/oder eine zweite Gate-Spannung Vg2 des zweiten MOSFET 20 und/oder eine dritte Gate-Spannung Vg3 des dritten MOSFET 30 anzupassen bis die erste Temperaturabweichung, die zweite Temperaturabweichung und die dritte Temperaturabweichung kleiner oder gleich einer vordefinierten maximal zulässigen Temperaturabweichung von der Referenztemperatur sind, wobei das Anpassen der Gate-Spannungen Vg1, Vg2, Vg3 zur Änderung einer Verlustleistung der jeweiligen MOSFETs 10, 20, 30 geeignet ist und wobei das Anpassen der jeweiligen Gate-Spannungen Vg1, Vg2, Vg3 nur dann erfolgt, wenn ein vordefinierter zulässiger Regelbereich für die Gate-Spannung Vg1, Vg2, Vg3 nicht überschritten wird und die erste Temperatur und/oder die zweite Temperatur und/oder die dritte Temperatur größer ist als die Referenztemperatur.
  • 2a zeigt ein Ergebnis einer initialen Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Die dunkel dargestellten Kreise repräsentieren jeweils ein Ergebnis eines Ermittelns jeweiliger Gate-Spannungen Vg1, Vg2, Vg3 für eine Vielzahl parallelgeschalteter MOSFETs 10, 20, 30 gemäß dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren. Die jeweiligen Gate-Spannungen Vg1, Vg2, Vg3 korrespondieren mit jeweiligen an der horizontalen Achse angegebenen MOSFETs 10, 20, 30.
  • Vor der ersten Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden sämtliche MOSFETs 10, 20, 30 mittels eines vordefinierten Standard-Gate-Spannungswertes Vgstd angesteuert, welcher zwischen einer vordefinierten maximalen Gate-Spannung Vgmax und einer vordefinierten minimalen Gate-Spannung Vgmin liegt. Dieser Wert ist - soweit sichtbar - mittels eines nicht gefüllten Kreises dargestellt. Während dieser Ansteuerung der MOSFETs 10, 20, 30 unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen unzulässig hohe Temperaturabweichungen der MOSFETs 10, 20, 30 von einer vordefinierten Referenztemperatur vor.
  • Entsprechend wird bei der ersten Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens das Gate desjenigen MOSFET 10, 20, 30 mittels der maximalen Gate-Spannung Vgmax angesteuert, dessen Temperaturwert die höchste Überschreitung der Referenztemperatur aufweist. In diesem Fall ist der erste MOSFET 10 von dieser höchsten Temperaturabweichung betroffen, weshalb die aktuelle Gate-Spannung Vg1 des ersten MOSFET 10 entsprechend zuerst angepasst wurde. Die damit einhergehende Verringerung des Kanalwiderstandes des ersten MOSFET 10 minimiert eine durch den ersten MOSFET 10 erzeugte Verlustleistung, wodurch sich die Temperaturabweichung vom Referenzwert über die Zeit verringert.
  • Jeweilige Gate-Spannungen des zweiten MOSFET 20 und des dritten MOSFET 30 werden im Zuge der ersten Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens noch nicht angepasst, da sich die Reihenfolge der Anpassung an der Höhe der jeweiligen Temperaturabweichung orientiert. Dementsprechend liegen deren Gate-Spannungen Vg2, Vg3 nach wie vor auf der vordefinierten Standard-Gate-Spannung Vgstd. Die horizontale Achse gibt neben den jeweiligen MOSFETs 10, 20, 30 auch eine zeitliche Abfolge des Anpassungsvorgangs jeweiliger Spannungswerte Vg1, Vg2, Vg3 an.
  • 2b zeigt ein Ergebnis einer weiteren Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 2b repräsentiert somit einen Zeitbereich nach dem Zeitbereich, der durch 2a repräsentiert wird. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden nachfolgend nur die Unterschiede zu 2a beschrieben.
  • Aus 2b geht hervor, dass die weitere Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens neben einer weiteren Anpassung der ersten Gate-Spannung Vg1 zusätzlich zu einer Anpassung der zweiten Gate-Spannung Vg2 und der dritten Gate-Spannung Vg3 geführt hat. Die Anpassung der Gate-Spannungen Vg1, Vg2, Vg3 erfolgt dabei jeweils schrittweise unter Berücksichtigung eines vordefinierten Spannungshubs, welcher in Abhängigkeit einer jeweiligen initialen Temperaturabweichung ermittelt wird.
  • Durch das Anpassen der ersten Gate-Spannung Vg1, der zweiten Gate-Spannung Vg2 und der dritten Gate-Spannung Vg3 wird erreicht, dass sich die Temperaturen aller MOSFETs 10, 20, 30 innerhalb der maximal zulässigen Temperaturabweichung bezüglich der Referenztemperatur befinden, während gleichzeitig eine bestmögliche Annäherung der einzelnen Temperaturen der MOSFET 10, 20, 30 zueinander vorliegt. Aufgrund der damit einhergehenden gleichmäßigen Temperaturbelastung der jeweiligen MOSFET 10, 20, 30 ist von einer ähnlichen Einzellebensdauer und damit von einer erhöhten Gesamtlebensdauer der durch die MOSFET 10, 20, 30 ausgebildeten Schaltung und einer höheren Leistungsfähigkeit dieser auszugehen.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Anpassung von Temperaturen von Halbleiterbauelementen (10, 20) aufweisend die Schritte: • Ermitteln einer ersten Temperatur eines ersten Halbleiterbauelements (10) und einer zweiten Temperatur eines zweiten Halbleiterbauelements (20), • Berechnen einer ersten Temperaturabweichung, welche eine Abweichung der ersten Temperatur von einer Referenztemperatur repräsentiert und einer zweiten Temperaturabweichung, welche eine Abweichung der zweiten Temperatur von der Referenztemperatur repräsentiert, und • Anpassen einer ersten Gate-Spannung (Vg1) des ersten Halbleiterbauelements (10) und/oder einer zweiten Gate-Spannung (Vg2) des zweiten Halbleiterbauelements (20), bis die erste Temperaturabweichung und die zweite Temperaturabweichung kleiner oder gleich einer vordefinierten maximal zulässigen Temperaturabweichung von der Referenztemperatur sind, wobei das Anpassen der Gate-Spannung (Vg1, Vg2) zur Änderung einer Verlustleistung der jeweiligen Halbleiterbauelemente (10, 20) geeignet ist, wobei das Anpassen der jeweiligen Gate-Spannung (Vg1, Vg2) nur dann erfolgt, wenn • ein vordefinierter zulässiger Regelbereich für die Gate-Spannung (Vg1, Vg2) nicht überschritten wird, und • die erste Temperatur und/oder die zweite Temperatur größer ist als die Referenztemperatur.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Referenztemperatur • eine vordefinierte absolute Temperatur ist, oder • eine auf die erste Temperatur und die zweite Temperatur bezogene relative Temperatur und insbesondere ein Mittelwert aus der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur ist.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Halbleiterbauelement (10) und das zweite Halbleiterbauelement (20) • parallelgeschaltete Halbleiterbauelemente (10, 20) sind, und/oder • einzelne spannungsgeführte Halbleiter sind oder Halbleitermodule sind, welche jeweils eine Vielzahl einzelner spannungsgeführter Halbleiter aufweisen.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Temperatur und die zweite Temperatur jeweils mittels • eines Temperatursensors (T1, T2), und/oder • temperatursensitiven Parameter, und/oder • eines Temperaturbeobachters ermittelt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei • eine Reihenfolge bei der Anpassung der Gate-Spannungen (Vg1, Vg2) der jeweiligen Halbleiterbauelemente (10, 20) in Übereinstimmung mit einer Höhe einer jeweiligen Temperaturabweichung festgelegt wird, wobei die Gate-Spannung (Vg1, Vg2) des Halbleiterbauelements (10, 20) mit der höchsten Temperaturabweichung zuerst angepasst wird, und/oder • nach erfolgter Anpassung der jeweiligen Gate-Spannungen (Vg1, Vg2) wenigstens eine Gate-Spannung (Vg1, Vg2) der Halbleiterbauelemente (10, 20) im Wesentlichen einer vordefinierten maximal zulässigen Gate-Spannung (Vgmax) für die jeweiligen Halbleiterbauelemente (10, 20) entspricht.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Gate-Spannung (Vg1) des ersten Halbleiterbauelements (10) und/oder die zweite Gate-Spannung (Vg2) des zweiten Halbleiterbauelements (20) • sukzessive mittels eines vordefinierten Spannungshubs angepasst wird, und/oder • ausgehend von einer aktuellen Gate-Spannung (Vg1, Vg2) oder ausgehend von einer vordefinierten maximal zulässigen Gate-Spannung (Vgmax) des jeweiligen Halbleiterbauelements (10, 20) angepasst wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Spannungshub in Abhängigkeit einer Höhe • eines Einflusses von Gate-Spannungsänderungen auf einen jeweiligen Kanalwiderstand der Halbleiterbauelemente (10, 20), und/oder • einer jeweiligen Temperaturabweichung von der Referenztemperatur festgelegt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Gate-Spannungen (Vg1, Vg2) zu Beginn eines jeweiligen Betriebszyklus der jeweiligen Halbleiterbauelemente (10, 20) auf Basis • vordefinierter Gate-Spannungswerte, und/oder • einer Historie von Gate-Spannungswerten aus wenigstens einem vorangegangenen Betriebszyklus', und/oder • einer jeweiligen Lebensdauerreserve der Halbleiterbauelemente (10, 20), und/oder • aktueller Randbedingungen festgelegt werden.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche weiter aufweisend • Ermitteln einer Lebensdauerreserve der jeweiligen Halbleiterbauelemente (10, 20) auf Basis einer Historie von Temperaturabweichungen der jeweiligen Halbleiterbauelemente (10, 20), und • Berücksichtigen der jeweiligen Lebensdauerreserve bei der Anpassung der jeweiligen Gate-Spannungen (Vg1, Vg2) und/oder bei einer Festlegung der Referenztemperatur und/oder bei einer Festlegung der maximal zulässigen Temperaturabweichung von der Referenztemperatur.
  10. Vorrichtung zur Anpassung von Temperaturen von Halbleiterbauelementen (10, 20) aufweisend: • ein erstes Halbleiterbauelement (10), • ein zweites Halbleiterbauelement (20), • einen ersten Gate-Treiber (50), • einen zweiten Gate-Treiber (52), und • eine Auswerteeinheit (40), wobei • die Auswerteeinheit (40) eingerichtet ist, ◯ eine erste Temperatur des ersten Halbleiterbauelements (10) und eine zweite Temperatur des zweiten Halbleiterbauelements (20) zu ermitteln, ◯ eine erste Temperaturabweichung, welche eine Abweichung der ersten Temperatur von einer Referenztemperatur repräsentiert und eine zweite Temperaturabweichung, welche eine Abweichung der zweiten Temperatur von der Referenztemperatur repräsentiert, zu berechnen, und ◯ mittels des ersten Gate-Treibers (50) eine erste Gate-Spannung (Vg1) des ersten Halbleiterbauelements (10) und/oder mittels des zweiten Gate-Treibers (52) eine zweite Gate-Spannung (Vg2) des zweiten Halbleiterbauelements (20) anzupassen, bis die erste Temperaturabweichung und die zweite Temperaturabweichung kleiner oder gleich einer vordefinierten maximal zulässigen Temperaturabweichung von der Referenztemperatur sind, wobei das Anpassen der Gate-Spannung (Vg1, Vg2) zur Änderung einer Verlustleistung der jeweiligen Halbleiterbauelemente (10, 20) geeignet ist, • wobei das Anpassen der jeweiligen Gate-Spannung (Vg1, Vg2) nur dann erfolgt, wenn ◯ ein vordefinierter zulässiger Regelbereich für die jeweilige Gate-Spannung (Vg1, Vg2) nicht überschritten wird, und ◯ die erste Temperatur und/oder die zweite Temperatur größer ist als die Referenztemperatur.
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