DE10213617A1 - Power semiconducting switch arrangement has memory containing calibrated temperature difference values for depletion layer depending on measured operating parameters and/or function - Google Patents

Power semiconducting switch arrangement has memory containing calibrated temperature difference values for depletion layer depending on measured operating parameters and/or function

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DE10213617A1
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Abstract

The power semiconducting switch has a depletion layer, a load, control electronics, a measurement device(s), a temperature sensor, a read-only memory for calibrated temperature difference values for the depletion layer depending on measured operating parameters and/or a mathematical function, a maximum depletion layer temperature and a safety temperature difference, an operating data memory and a microprocessor unit. The arrangement has a power semiconducting switch with a depletion layer (5), a load, control electronics (14), at least one measurement device(22), a temperature sensor, a read-only memory (32) containing calibrated temperature difference values for the depletion layer depending on measured operating parameters and/or a mathematical function, a maximum depletion layer temperature and a safety temperature difference, an operating data memory (30) and a microprocessor unit (34) that derives an input signal for the control electronics. AN Independent claim is also included for the following: a method of operating an inventive arrangement.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leistungshalbleiterschalteranordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben einer Leistungshalbleiterschalteranordnung, insbesondere zum Schutz eines Leistungshalbleiters vor einer thermischen Überlastung. The invention relates to a power semiconductor switch arrangement according to the Preamble of claim 1 and a method for operating a Power semiconductor switch arrangement, in particular to protect a Power semiconductor before thermal overload.

Beim Betreiben von Leistungsendstufen mit getakteten oder ungetakteten Halbleiterschaltern wird eine thermische Verlustleistung erzeugt, die von diesen über Kühlstrukturen abgeführt werden muss. Kann dieses nicht genügend sichergestellt werden, so tritt an den Sperrschichten der Leistungshalbleiterschalter ein Wärmestau auf, wobei sich diese über die maximal zulässige Sperrschichttemperatur Tsperrmax von etwa 150°C bei Siliziumbauelementen erhitzen und dabei die Halbleiterstrukturen zerstören. When operating power output stages with clocked or non-clocked semiconductor switches, a thermal power loss is generated which must be dissipated from them via cooling structures. If this cannot be ensured sufficiently, a heat build-up occurs at the barrier layers of the power semiconductor switches , which heat up above the maximum permissible barrier layer temperature T of around 150 ° C. in the case of silicon components and thereby destroy the semiconductor structures.

Zum sicheren Betreiben von Leistungshalbleiterschaltern werden diese üblicherweise mittels Temperatursensoren überwacht und beim Überschreiten einer festgelegten Grenztemperatur wird etwa die Kühlleistung erhöht, z. B. bei Verwendung von Peltierelementen, und/oder die Verlustleistung durch Absenkung der Stromstärke und/oder der Spannung im Ausgangskreis reduziert. These are used for the safe operation of power semiconductor switches Usually monitored by temperature sensors and when a temperature is exceeded specified limit temperature, the cooling capacity is increased, for. B. at Use of Peltier elements, and / or the power loss by lowering the Current and / or the voltage in the output circuit reduced.

Bei einer derartigen Anordnung besteht generell der Nachteil, dass die aktiven Strukturen der Leistungshalbleiterschalter in einem Gehäuse hermetisch gekapselt sind und somit die Sperrschichttemperatur für eine direkte Messung nicht zugänglich ist. Es kann deshalb nur eine Temperatur an der Außenwandung des Gehäuses oder an einer Kühlstruktur gemessen werden. In diese Temperatur gehen eine Anzahl von thermischen Übergangswiderständen ein, wodurch die gemessene Temperatur üblicherweise um mehrere Kelvin nach unten von der Sperrschichttemperatur abweichen kann. Weiterhin besitzt eine solche Messanordnung eine im Vergleich zur Sperrschicht große Wärmekapazität, so dass sich bei einer Änderung der Sperrschichttemperatur erst nach einer gewissen Zeit eine stationäre Temperatur einstellt. Schnelle und/oder kurzzeitige Temperaturänderungen, wie sie z. B. bei einem mittels Pulsweitenmodulation angesteuerten Motorumrichters eines elektrischen Fahrantriebes auftreten, können nur sehr begrenzt oder gar nicht nicht erfasst werden. Um einen Leistungshalbleiterschalter nicht zu gefährden, wird dieser in einem Temperaturbereich von einigen Kelvin unterhalb dessen maximaler Sperrschichttemperatur betrieben. With such an arrangement there is generally the disadvantage that the active Structures of power semiconductor switches hermetically encapsulated in a housing and therefore the junction temperature for a direct measurement is not is accessible. There can therefore only be a temperature on the outer wall of the Housing or measured on a cooling structure. In this temperature enter into a number of thermal contact resistances, which makes the measured temperature usually several Kelvin down from the Junction temperature may vary. It also has one Measuring arrangement a large heat capacity compared to the barrier layer, so that with a change in the junction temperature only after a certain time sets stationary temperature. Fast and / or temporary Changes in temperature, such as. B. in a controlled by means of pulse width modulation Motor converters of an electric travel drive can only occur to a very limited extent or not at all. To a power semiconductor switch not too at a temperature of a few Kelvin below operated its maximum junction temperature.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Leistungshalbleiterschalteranordnung und Verfahren zum Betreiben einer solchen vorzuschlagen, womit ein Leistungshalbleiterschalter sicher unterhalb, jedoch zugleich in einem Temperaturbereich unmittelbar an der maximal zulässigen Sperrschichttemperatur betrieben werden kann. The invention is therefore based on the object Propose power semiconductor switch arrangement and method for operating such, with what a power semiconductor switch safely below, but at the same time in one Temperature range directly at the maximum permissible junction temperature can be operated.

Die Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 durch eine Leistungshalbleiterschalteranordnung gelöst, wobei diese dafür umfasst:

  • - einen Festwertspeicher, in dem kalibrierte Differenztemperaturen der Sperrschicht in Abhängigkeit von den elektrischen Betriebsparametern und/oder eine mathematische Funktion, eine maximale Sperrschichttemperatur Tsperrmax und eine Sicherheitstemperaturdifferenz ΔTsich gespeichert,
  • - einen Betriebsdatenspeicher, der mit der mindestens einen Messeinrichtung zur Erfassung elektrischer Betriebsparameter und dem Temperatursensor zum Datenaustausch verbunden ist und in dem aktuelle Betriebsparameter gespeichert werden,
  • - eine Mikroprozessoreinheit, die mit dem Festwertspeicher, dem Betriebsdatenspeicher und der Steuerelektronik zum Datenaustausch in Verbindung steht und die von diesen bereitgestellte Daten gemeinsam verarbeiten und daraus ein Eingabesignal für die Steuerelektronik erzeugen kann.
The object is achieved according to the characterizing part of patent claim 1 by a power semiconductor switch arrangement, this comprising:
  • a read-only memory in which calibrated differential temperatures of the barrier layer as a function of the electrical operating parameters and / or a mathematical function, a maximum barrier layer temperature T barrier max and a safety temperature difference ΔT are stored,
  • an operating data memory, which is connected to the at least one measuring device for recording electrical operating parameters and the temperature sensor for data exchange and is stored in the current operating parameters,
  • - A microprocessor unit which is connected to the read-only memory, the operating data memory and the control electronics for data exchange and which can process the data provided by them and generate an input signal for the control electronics from them.

Die eingangs gestellte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. The task set at the outset is continued by a method according to Claim 3 solved. Advantageous embodiments of the invention are in the Subclaims specified.

Im folgenden werden die erfindungsgemäße Anordnung und das Verfahren anhand eines mittels Pulsweitenmodulation angesteuerten Motorumrichters einer elektrischen Drehfeldmaschine beispielhaft erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Leistungshalbleiterschalteranordnung in schematischer Darstellung. The following is the arrangement and method according to the invention on the basis of a motor converter controlled by means of pulse width modulation electrical induction machine explained as an example. The only figure shows one Power semiconductor switch arrangement in a schematic representation.

In der Figur umfasst die Leistungshalbleiterschalteranordnung 1 einen Motorumrichter 10 mit mehreren Leistungshalbleiterschaltern 12, von denen aus Übersichtsgründen nur ein einzelner mit dessen Sperrschicht 5 dargestellt ist. Die Leistungshalbleiterschalter 12 werden eingangsseitig mit einer im Wesentlichen konstanten Gleichspannung U0 gespeist und deren Ausgang wird nach einem von einer Steuerelektronik 14 vorgegebenen Taktmuster mit Statorspulen 16, von denen ebenfalls nur eine zeichnerisch dargestellt ist, einer elektrischen Maschine 18 verbunden. Damit kann innerhalb der elektrischen Maschine 18 ein Spannungssystem Ueff(t) einer gewünschten Frequenz und einer zeitabhängigen Amplitude eingestellt werden. Der dadurch in den Statorspulen 16 fließende zeitabhängige Strom Ieff(t) wird im Wesentlichen durch die Induktivität der Anordnung bestimmt. Eine kontinuierliche Verstellung der Spannung wird hierbei durch mehrfaches Ein- und Ausschalten der Leistungshalbleiterschalter 12, innerhalb einer elektrischen Periode erreicht. Die Steuerelektronik 14 hält dabei die Pulsfrequenz f konstant und variiert durch die Ein- und Ausschaltdauer das Tastverhältnis tV. Im Ausgangskreis 20 befindet sich eine Messeinrichtung zur Strom- und Spannungsmessung 22. Die Leistungshalbleiterschalter 12 sind gemeinsam mit einem in deren unmittelbarer Nähe befindlichen Temperatursensor 24 auf einem Kühlkörper 26 angeordnet. Der Kühlkörper 26 umfasst mindestens einen Kühlkanal 28, der an einen Kühlkreislauf angeschlossen ist und von einem Kühlmittel mit der Temperatur TL durchströmt wird. Die Anordnung kann alternativ dazu auch aktiv mit einem Kühler oder passiv luftgekühlt sein. In the figure, the power semiconductor switch arrangement 1 comprises a motor converter 10 with a plurality of power semiconductor switches 12 , of which only one is shown with its barrier layer 5 for reasons of clarity. The power semiconductor switches 12 are fed on the input side with a substantially constant DC voltage U 0 and their output is connected to stator coils 16 , of which only one is shown in the drawing, of an electrical machine 18 according to a clock pattern specified by control electronics 14 . A voltage system U eff (t) of a desired frequency and a time-dependent amplitude can thus be set within the electrical machine 18 . The time-dependent current I eff (t) flowing thereby in the stator coils 16 is essentially determined by the inductance of the arrangement. A continuous adjustment of the voltage is achieved here by switching the power semiconductor switches 12 on and off repeatedly within one electrical period. The control electronics 14 keep the pulse frequency f constant and vary the duty cycle t V by the on and off duration. In the output circuit 20 there is a measuring device for current and voltage measurement 22 . The power semiconductor switches 12 are arranged together with a temperature sensor 24 in their immediate vicinity on a heat sink 26 . The heat sink 26 comprises at least one cooling channel 28 which is connected to a cooling circuit and through which a coolant with the temperature T L flows. Alternatively, the arrangement can also be actively air-cooled with a cooler or passively.

Die Leistungshalbleiterschalteranordnung 1 umfasst weiterhin einen Betriebsdatenspeicher 30, in dem aktuelle Betriebsdaten von dem Temperatursensor 24 und der Messeinrichtung 22 eingelesen und für eine bestimmte Dauer gespeichert werden. Zusätzlich ist ein Festwertspeicher 32 vorgesehen, in dem, wie noch erläutert wird, anordnungsspezifische Daten eingelesen und gespeichert werden. Es kann jedoch auch alternativ oder zusätzlich ein das thermische Verhalten des Leistungshalbleiterschalters 12 zumindest näherungsweise beschreibender mathematisch-funktionaler Zusammenhang darin abgelegt sein. Die Verarbeitung der anfallenden Daten wird von einer Mikroprozessoreinheit 34 vorgenommen, die mit dem Festwertspeicher 32, dem Betriebsdatenspeicher 30 und der Steuerelektronik 14 zum Datenaustausch in Verbindung steht. The power semiconductor switch arrangement 1 further comprises an operating data memory 30 , in which current operating data are read in by the temperature sensor 24 and the measuring device 22 and stored for a specific duration. In addition, a read-only memory 32 is provided, in which, as will be explained, arrangement-specific data are read in and stored. However, alternatively or additionally, a mathematical-functional relationship that at least approximately describes the thermal behavior of the power semiconductor switch 12 can also be stored therein. The processing of the resulting data is carried out by a microprocessor unit 34 , which is connected to the read-only memory 32 , the operating data memory 30 and the control electronics 14 for data exchange.

Eine Voraussetzung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Kenntnis der Temperaturerhöhung der Sperrschicht 5 in Abhängigkeit von elektrischen Betriebsparametern, bspw. der effektiven Stromstärke Ieff, der effektiven Spannung Ueff, der Pulsfrequenz f und dem Tastverhältnis tV der Leistungshalbleiterschalter 12 bei der vorliegenden Anordnung. Dazu wird bei einem zu diesem Zweck geöffneten Gehäuse eines Leistungshalbleiterschalters 12 die aktuelle Temperatur der Sperrschicht 5 Tsperr(Ieff, Ueff, f, tV) bei einer fest eingestellten Kühlmittelvorlauftemperatur TL z. B. mittels einer Infrarotkamera in Abhängigkeit von den genannten Betriebsparametern gemessen und diese Abhängigkeiten tabellarisch als Parametersatz oder als Kalibrierfunktion erfasst und im Festwertspeicher 32 abgelegt. Alternativ können auch temperaturabhängige elektrische Parameter des Leistungshalbleiterschalters 12, z. B. Übergangswiderstände zwischen dessen Anschlüssen, gemessen und die Temperatur auf diese Weise indirekt bestimmt werden. Eine Erfassung des Kennfeldes mit einer Kalibriermessung ist, sofern sich die thermischen Eigenschaften später nicht verändern, nur einmal notwendig. A prerequisite for using the method according to the invention is knowledge of the temperature increase in the barrier layer 5 as a function of electrical operating parameters, for example the effective current I eff , the effective voltage U eff , the pulse frequency f and the pulse duty factor t V of the power semiconductor switches 12 in the present arrangement , For this purpose, with a housing of a power semiconductor switch 12 opened for this purpose, the current temperature of the barrier layer 5 T is blocked (I eff , U eff , f, t V ) at a fixed coolant flow temperature T L z. B. measured by means of an infrared camera as a function of the operating parameters mentioned and these dependencies are tabulated as a parameter set or as a calibration function and stored in the read-only memory 32 . Alternatively, temperature-dependent electrical parameters of the power semiconductor switch 12 , for. B. contact resistance between its connections, measured and the temperature can be determined indirectly in this way. As long as the thermal properties do not change later, it is only necessary to record the map with a calibration measurement once.

Beim Betreiben der elektrischen Maschine 18 wird das Kühlmittel des Motorumrichters 10 wiederum mit der Vorlauftemperatur TL beaufschlagt. Der momentane Temperaturwert TK und die von der Messeinrichtung 22 detektierten Werte von Strom Ieff, Spannung Ueff, der Taktfrequenz f und des Tastverhältnisses tV werden an den Betriebsdatenspeicher 30 geleitet und von diesem eingelesen. Auf der Grundlage dieser Betriebsdaten wird mittels der im Festwertspeicher 32 abgelegten Kalibrierdaten eine zugeordnete Differenztemperatur ΔTPara(Ieff, Ueff, f, tV) ermittelt, welche den betriebsparameterbedingten Temperaturanstieg darstellt. In einem weiteren Schritt wird von der Mikroprozessoreinheit 34 mit Hilfe vorheriger Messwerte von TK, die im Betriebsdatenspeicher 30 gespeichert sind, der Differentialquotient dTK(t)/dt berechnet, welcher mit einem Faktor k skaliert und TK überlagert wird. Die Werte von k können mittels der Kalibriermessung ermittelt und ebenfalls im Festwertspeicher 32 abgelegt werden. Durch diese Operation kann die thermische Trägheit der Messanordnung kompensiert und eine zeitnahe Sperrschichttemperatur erhalten werden. Der Wert von ΔTPara wird gemeinsam mit dem Temperaturwert TK an die Mikroprozessoreinheit 34 geleitet und der momentanen Sperrschichttemperatur Tsperr summiert. Somit ergibt sich für die berechnete Sperrschichttemperatur:


When the electrical machine 18 is operated, the coolant of the motor converter 10 is again subjected to the flow temperature T L. The instantaneous temperature value T K and the values of current I eff , voltage U eff , the clock frequency f and the pulse duty factor t V detected by the measuring device 22 are passed to the operating data memory 30 and read in by the latter. On the basis of this operating data, an assigned differential temperature ΔT Para (I eff , U eff , f, t V ) is determined by means of the calibration data stored in the read-only memory 32 , which represents the temperature rise caused by the operating parameters. In a further step, the microprocessor unit 34 calculates the differential quotient dT K (t) / dt with the aid of previous measured values of T K , which are stored in the operating data memory 30 , which is scaled by a factor k and superimposed on T K. The values of k can be determined using the calibration measurement and can also be stored in the read-only memory 32 . With this operation, the thermal inertia of the measuring arrangement can be compensated and a timely junction temperature can be obtained. The value of ΔT Para is passed together with the temperature value T K to the microprocessor unit 34 and the current junction temperature T is added up. This results in the calculated junction temperature:


In einem weiteren Schritt wird die berechnete Sperrschichttemperatur von der Mikroprozessoreinheit 34 mit der maximal zulässigen Sperrschichttemperatur Tsperr, die noch um eine Sicherheitstemperaturdifferenz ΔTSich reduziert sein kann, verglichen. Ist Tsperr kleiner oder gleich Tsperrmax - ΔTSich, so befindet sich die Temperatur der Sperrschicht 5 innerhalb des vom Anwender zugelassenen Temperaturbereiches. Das heißt, dass die eingestellten Betriebsparameter Ueff, Ieff, f und tV, beibehalten werden können und der Datenerfassungs- und -auswertezyklus mit dem Einlesen eines weiteren Satzes von Betriebsparametern von vorn beginnend fortgesetzt wird. Ergibt sich bei der Berechnung jedoch, dass TSperr größer als Tsperrmax - ΔTSich ist, so erzeugt die Mikroprozessoreinheit 34 ein von der Größe der Temperaturüberschreitung ΔTÜber = TSperr - Tsperrmax + ΔTSich abhängiges Signal, welches als Eingabesignal der Steuerelektronik 14 zugeführt wird und diese als Antwort den Betrag des im Ausgangskreis 20 des Leistungshalbleiterschalters 12 und durch die Sperrschicht fließenden Stroms Ieff durch eine Reduzierung des Tastverhältnisses tV des Leistungshalbleiterschalters 12 soweit reduziert, bis die Sperrschichttemperatur Tsperr < Tsperrmax - ΔTSich ist und ein thermisch sicherer Betriebszustand des Leistungshalbleiterschalters 12 erreicht ist. In a further step, the calculated junction temperature is compared by the microprocessor unit 34 with the maximum permissible junction temperature T, which can still be reduced by a safety temperature difference ΔT Sich . If T lock is less than or equal to T lock max - ΔT Sich , the temperature of the barrier layer 5 is within the temperature range permitted by the user. This means that the set operating parameters U eff , I eff , f and t V can be maintained and the data acquisition and evaluation cycle is continued from the beginning with the reading in of a further set of operating parameters. However, if the calculation reveals that T lock is greater than T lock max - ΔT Sich , the microprocessor unit 34 generates a signal which is dependent on the magnitude of the temperature overshoot ΔT Über = T lock - T lock max + ΔT Sich , which is used as an input signal of the control electronics 14 is supplied and this in response reduces the amount of the current I eff flowing in the output circuit 20 of the power semiconductor switch 12 and through the junction by reducing the pulse duty factor t V of the power semiconductor switch 12 until the junction temperature T lock <T lock max - ΔT Sich and ein thermally safe operating state of the power semiconductor switch 12 is reached.

Es bietet sich auch an, nicht nur einen, sondern eine Mehrzahl i von Temperatursensoren 24, z. B. einen pro Leistungshalbleiterschalter 12, an dem Kühlkörper 26 anzuordnen und damit die Temperaturen TK,i zu erfassen. Diese können von der Mikroprozessoreinheit 34 bspw. zu einem Mittelwert verarbeitet werden oder vorab von diesem verglichen werden, wobei nur die höchste Temperatur dem Auswertezyklus zugeführt wird. It is also possible to use not just one, but a plurality i of temperature sensors 24 , e.g. B. one per power semiconductor switch 12 to be arranged on the heat sink 26 and thus to detect the temperatures T K, i . These can be processed by the microprocessor unit 34, for example, into an average value or compared in advance by this, only the highest temperature being fed to the evaluation cycle.

Eine besonders kritische Betriebssituation tritt für den Motorumrichter 10 ein, wenn die Motordrehzahl n gegen Null strebt. Hierbei können sich die effektiven Ströme Ieff in den einzelnen Leistungshalbleiterschaltern 12 innerhalb sehr kurzer Zeit verdoppeln, was die sofortige Zerstörung der Sperrschichten 5 bewirken würde. Um diesen Betriebszustand zu erkennen ist der Messeinrichtung 22 eine direkt mit der Steuereinrichtung 14 in Verbindung stehende Überwachungseinrichtung 36 zugeordnet, welche bei Feststellung einer kritischen Drehzahl nkrit, insbesondere dem Wert Null oder einen anderen festgelegten Wert, bspw. von 50 rpm, die Steuerelektronik 14 anweist, das Tastverhältnis tV so zu reduzieren, dass sich der Effektivstrom Ieff mindestens um die Hälfte, allgemein um einen vorgegebenen Betrag p.Ieff, mit 0,5 ≤ p ≤ 1, verringert. Damit ergibt sich als neuer Wert für den Effektivstrom Ieff(neu) = Ieff.(1-p). A particularly critical operating situation occurs for the motor converter 10 when the motor speed n tends towards zero. Here, the effective currents I eff in the individual power semiconductor switches 12 can double within a very short time, which would cause the barrier layers 5 to be destroyed immediately. In order to recognize this operating state, the measuring device 22 is assigned a monitoring device 36 which is directly connected to the control device 14 and which, when a critical speed n crit is determined , in particular the value zero or another specified value, for example of 50 rpm, the control electronics 14 instructs to reduce the pulse duty factor t V in such a way that the effective current I eff is reduced by at least half, generally by a predetermined amount pI eff , with 0.5 ≤ p ≤ 1. This results in a new value for the effective current I eff (new) = I eff . (1-p).

Mit dem beschriebenen Verfahren wird somit in Abhängigkeit von der berechneten Sperrschichttemperatur Tsperr eine gezielte und begrenzte Reduzierung des Effektivstroms Ieff erreicht. Ein Leistungshalbleiterschalter 12 kann somit bei Bedarf sicher an dessen Belastungsgrenze betrieben werden. With the described method, a targeted and limited reduction of the effective current I eff is achieved depending on the calculated junction temperature T lock . A power semiconductor switch 12 can thus be operated safely at its load limit if required.

Claims (7)

1. Leistungshalbleiterschalteranordnung, umfassend:
einen Leistungshalbleiterschalter mit einer Sperrschicht;
einen elektrischen Verbraucher, der im Ausgangskreis des Leistungshalbleiterschalters angeordnet ist;
eine Steuerelektronik zur Ansteuerung des Leistungshalbleiterschalters;
mindestens eine dem Leistungshalbleiterschalter zugeordnete Messeinrichtung, die elektrische Betriebsparameter detektiert, welche die Verlustleistung an der Sperrschicht bestimmen;
einen Temperatursensor, der sich mit dem Leistungshalbleiterschalter im thermischen Kontakt befindet,
dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungshalbleiterschalteranordnung weiterhin umfasst:
einen Festwertspeicher (32), in dem kalibrierte Differenztemperaturen der Sperrschicht (5) in Abhängigkeit von den elektrischen Betriebsparametern und/oder eine mathematische Funktion, eine maximale Sperrschichttemperatur Tsperrmax und eine Sicherheitstemperaturdifferenz ΔTsich gespeichert sind,
einen Betriebsdatenspeicher (30), der mit der mindestens einen Messeinrichtung (22) zur Erfassung elektrischer Betriebsparameter und dem Temperatursensor (24) zum Datenaustausch verbunden ist und in dem aktuelle Betriebsparameter gespeichert werden,
eine Mikroprozessoreinheit (34), die mit dem Festwertspeicher (32), dem Betriebsdatenspeicher (30) und der Steuerelektronik (14) zum Datenaustausch in Verbindung steht und die von diesen bereitgestellte Daten gemeinsam verarbeiten und daraus ein Eingabesignal für die Steuerelektronik (14) erzeugen kann. 1. A power semiconductor switch assembly comprising:
a power semiconductor switch with a junction;
an electrical consumer, which is arranged in the output circuit of the power semiconductor switch;
control electronics for controlling the power semiconductor switch;
at least one measuring device assigned to the power semiconductor switch which detects electrical operating parameters which determine the power loss at the junction;
a temperature sensor that is in thermal contact with the power semiconductor switch,
characterized in that the power semiconductor switch assembly further comprises:
a read-only memory ( 32 ) in which calibrated differential temperatures of the barrier layer ( 5 ) are stored as a function of the electrical operating parameters and / or a mathematical function, a maximum barrier layer temperature T barrier max and a safety temperature difference ΔT are stored,
an operating data memory ( 30 ) which is connected to the at least one measuring device ( 22 ) for detecting electrical operating parameters and the temperature sensor ( 24 ) for data exchange and in which current operating parameters are stored,
a microprocessor unit ( 34 ) which is connected to the read-only memory ( 32 ), the operating data memory ( 30 ) and the control electronics ( 14 ) for data exchange and which can process the data provided by them and generate an input signal for the control electronics ( 14 ) , 2. Leistungshalbleiterschalteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Verbraucher (16) eine rotierende elektrische Maschine darstellt und die Leistungshalbleiterschalteranordnung (1) eine direkt mit der Steuerelektronik 14 verbundene Überwachungseinrichtung (36) zur Erfassung der Drehzahl n der elektrischen Maschine aufweist. 2. Power semiconductor switch arrangement according to claim 1, characterized in that the electrical consumer ( 16 ) is a rotating electrical machine and the power semiconductor switch arrangement ( 1 ) has a directly connected to the control electronics 14 monitoring device ( 36 ) for detecting the speed n of the electrical machine. 3. Verfahren zum Betreiben einer Leistungshalbleiterschalteranordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende zyklischen Schritte: a) Einlesen eines Temperaturwertes TK des Temperatursensors (24) und der elektrischen Betriebsparameter in den Betriebsdatenspeicher (30); b) Ermittlung der zu den elektrischen Betriebsparametern zugeordneten Differenztemperatur ΔTPara durch den Festwertspeicher (32); c) Weitergabe des Temperaturwertes TK und der in b) ermittelten Differenztemperatur an die Mikroprozessoreinheit (34); d) Berechnung der momentanen Temperatur der Sperrschicht (5) Tsperr des Leistungshalbleiterschalters (12), wobei Tsperr = TK + ΔTPara ist; e) Vergleich der momentanen Sperrschichttemperatur Tsperr mit der um die Sicherheitstemperaturdifferenz ΔTSich reduzierten maximal zulässigen Sperrschichttemperatur Tsperrmax; f) wobei, wenn Tsperr > Tsperrmax - ΔTSich ist, die Mikroprozessoreinheit (34) ein von der Größe der Temperaturüberschreitung abhängiges Eingabesignal für die Steuerelektronik (14) erzeugt und diese den Betrag mindestens eines als Stellgröße wirkenden Betriebsparameters reduziert. 3. Method for operating a power semiconductor switch arrangement according to claim 2, characterized by the following cyclical steps: a) reading a temperature value T K of the temperature sensor ( 24 ) and the electrical operating parameters into the operating data memory ( 30 ); b) determination of the differential temperature ΔT Para assigned to the electrical operating parameters by the read-only memory ( 32 ); c) passing on the temperature value T K and the differential temperature determined in b) to the microprocessor unit ( 34 ); d) calculation of the current temperature of the junction ( 5 ) T lock of the power semiconductor switch ( 12 ), where T lock = T K + ΔT Para ; e) comparing the current blocking junction temperature T sperrmax with the safety temperature difference .DELTA.T were reduced maximum allowable junction temperature T; f) where, if T lock > T lock max - ΔT Sich , the microprocessor unit ( 34 ) generates an input signal for the control electronics ( 14 ) which is dependent on the size of the temperature overshoot , and this reduces the amount of at least one operating parameter acting as a manipulated variable. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Betriebsparameter die Taktfrequenz f und das Tastverhältnis tV des Leistungshalbleiterschalters (12), der effektive Strom Ieff und die effektive Spannung Ueff im Ausgangskreis (20) sind. 4. The method according to claim 3, characterized in that the electrical operating parameters are the clock frequency f and the pulse duty factor t V of the power semiconductor switch ( 12 ), the effective current I eff and the effective voltage U eff in the output circuit ( 20 ). 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße der im Ausgangskreis (20) fließende effektive Strom Ieff ist. 5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the manipulated variable is the effective current I eff flowing in the output circuit ( 20 ). 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung der Sperrschichttemperatur der Temperaturwert TK mit einem Vielfachen des Differentialquotienten TK(t)/dt, wobei t die Zeit darstellt, überlagert wird. 6. The method according to any one of claims 2 to 5, characterized in that for the calculation of the junction temperature of the temperature value T K at a multiple of the differential quotient T K (t) / dt, where t represents the time, is superimposed. 7. Verfahren zum Betreiben einer Leistungshalbleiterschalteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (36) bei Feststellung einer kritischen Drehzahl nkrit der elektrischen Maschine, die Steuerelektronik (14) anweist, das Tastverhältnis tV so zu reduzieren, dass sich der Effektivstrom Ieff um einen vorgegebenen Betrag p.Ieff mit 0,5 ≤ p ≤ 1, verringert. 7. The method for operating a power semiconductor switch arrangement according to claim 2, characterized in that the monitoring device ( 36 ), upon detection of a critical speed n crit of the electrical machine, instructs the control electronics ( 14 ) to reduce the pulse duty factor t V so that the effective current I eff reduced by a predetermined amount pI eff with 0.5 ≤ p ≤ 1.
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