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Technisches Gebiet
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Die hierin beschriebenen Ausführungsformen betreffen Chiptemperatur-Messverfahren für ein spannungsgesteuertes Halbleiterelement, das die Chiptemperatur des spannungsgesteuerten Halbleiterelements misst, und eine Treibervorrichtung für das spannungsgesteuerte Halbleiterelement, das die Funktion hat, die gemessene Chiptemperatur nach außen auszugeben.
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Stand der Technik
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Manche Halbleitervorrichtungen steuern das Schalten einzelner Lasten und führen eine Leistungswandlung durch. Solch eine Halbleitervorrichtung kann ein Halbleiterschaltelement und eine Treibervorrichtung, das dieses Halbleiterschaltelement ansteuert, umfassen. Als das Halbleiterschaltelement wird ein spannungsgesteuertes Halbleiterelement, wie z.B. ein Bipolartransistor mit isolierter Gatterelektrode (IGBT) oder ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) verwendet.
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Spannungsgesteuerte Halbleiterelemente haben eine zulässige Temperatur, die in absoluten Höchstwerten angegeben wird. Falls ein spannungsgesteuertes Halbleiterelement bei einer Temperatur betrieben wird, welche die maximal zulässige Temperatur überschreitet, kann ein Halbleiterchip durch die Hitze beschädigt werden. Um solche Hitzeschäden im Halbleiterchip zu verhindern oder zu vermeiden, wird die Chiptemperatur überwacht, und wenn die Chiptemperatur als hoch eingeschätzt wird, kann das spannungsgesteuerte Halbleiterelement mit dem Nennwert oder niedriger betrieben oder angehalten werden.
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Ein bekanntes Verfahren zum Messen der Chiptemperatur eines spannungsgesteuerten Halbleiterelements besteht darin, einen Thermistor im Inneren eines Halbleiterbauelements anzuordnen, die Temperatur im Inneren des Gehäuses zu messen und die Chiptemperatur auf Grundlage der Betriebsbedingungen zu schätzen. Ein anderes Verfahren besteht darin, eine Temperaturmessdiode auf dem Chip eines spannungsgesteuerten Halbleiterelements zu integrieren und die Chiptemperatur direkt auf Grundlage der Temperatureigenschaften der Temperaturmessdiode zu messen.
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Bei dem Verfahren zum Schätzen der Chiptemperatur mithilfe eines Thermistors ist es schwierig, einen abrupten Temperaturanstieg zu verfolgen, der durch einen Überstrom aufgrund eines Lastwechsels verursacht wird, da der Thermistor vom Halbleiterchip entfernt angeordnet ist. Bei dem Verfahren zum Messen der Chiptemperatur mit Hilfe einer Temperaturmessdiode wird die Temperaturmessdiode auf dem Halbleiterchip ausgebildet, wodurch das aktive Gebiet des Halbleiterchips verringert wird. Darüber hinaus muss auf dem Halbleiterchip eine diodenspezifische Elektrode ausgebildet werden, was das aktive Gebiet weiter verkleinert. Daher muss beim Montieren einer Temperaturmessdiode auf dem Chip eines Halbleiterschaltelements mit geringer Stromstärke die Chipgröße vergrößert werden.
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Andererseits wurden Verfahren zum Messen der Temperatur des Chips eines spannungsgesteuerten Halbleiterelements vorgeschlagen, ohne einen Thermistor oder eine Temperaturmessdiode zu verwenden (siehe z.B. PTL1 und PTL2).
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PTL1 lehrt eine Technik zum Messen der Dauer einer Miller-Plateauphase, wenn ein IGBT ausgeschaltet wird, und zum Umwandeln der Dauer der Miller-Plateauphase in eine Temperatur, wodurch die Temperatur gemessen wird. Das heißt, die Technik von PTL1 bestimmt die Übergangstemperatur des IGBT aus der Zeitverzögerung des Millar-Plateaus, wobei die Eigenschaft genutzt wird, dass die Zeitverzögerung des Miller-Plateaus und die Übergangstemperatur des IGBT voneinander abhängig sind.
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PTL2 lehrt eine Technik zum Messen einer zeitlichen Änderung einer Gatterspannung, während eines Schaltvorgangs einer Halbleitervorrichtung und zum Abschätzen der Temperatur der Halbleitervorrichtung auf Grundlage der gemessenen zeitlichen Änderung der Gatterspannung, wobei das Merkmal verwendet wird, dass die zeitliche Änderung der Gatterspannung eine Temperaturabhängigkeit von der Temperatur der Halbleitervorrichtung aufweist.
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Zitationsliste
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PATENTLITERATU R
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- PTL 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2013-142704
- PTL 2: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2020-072569
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Die in PTL1 gelehrte Technik hat jedoch das folgende Problem: es ist schwierig, einen Miller-Effekt-Zeitraum, der eine zeitliche Verzögerung des Miller-Plateaus ist, genau zu messen. Da die in PLT2 gelehrte Technik darin besteht, die Anstiegszeit einer Gatterspannung zu messen und die Temperatur der Halbleitervorrichtung entsprechend der Anstiegszeit der Gatterspannung durch Verwenden eines Mikrocomputers unter Bezugnahme auf temperaturabhängige Informationen zu berechnen, hat diese Technik das Problem, dass die Größe der Treibervorrichtung zunimmt.
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Die vorliegende Offenbarung wurde in Anbetracht der obigen Umstände gemacht und beabsichtigt, ein Temperaturmessverfahren und eine Treibervorrichtung für ein spannungsgesteuertes Halbleiterelement bereitzustellen, die in der Lage sind, die Temperatur eines Halbleiterchips mit hoher Genauigkeit zu überwachen und die Größe einer Ausgestaltung zum Messen der Temperatur des Halbleiterchips nicht erhöhen müssen.
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Lösung der Aufgabe
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Als eine Idee, um die obigen Aufgaben zu lösen, schlägt die vorliegende Offenbarung ein Temperaturmessverfahren für ein spannungsgesteuertes Halbleiterelement vor. Das Temperaturmessverfahren für das spannungsgesteuerte Halbleiterelement umfasst: Überwachen einer Gatterspannung zum Ansteuern eines Gatters des spannungsgesteuerten Halbleiterelements; Messen einer Spannung während eines Miller-Effekt-Zeitraums, der in einem Zeitraum auftritt, in dem sich die Gatterspannung übergangsweise ändert, wenn das spannungsgesteuerte Halbleiterelement eingeschaltet oder ausgeschaltet wird; und Ausgeben der Gatterspannung während dem Miller-Effekt-Zeitraum als ein Signal, das eine Temperaturabhängigkeit von einer Chiptemperatur des spannungsgesteuerten Halbleiterelements aufweist.
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Ferner stellt die vorliegende Offenbarung eine Treibervorrichtung für ein spannungsgesteuertes Halbleiterelement bereit. Die Treibervorrichtung, die das spannungsgesteuerte Halbleiterelement ansteuert umfasst: eine Treiberschaltung, die ein Gatter des spannungsgesteuerten Halbleiterelements ansteuert; ein Gatterwiderstand, der zwischen der Treiberschaltung und dem Gatter des spannungsgesteuerten Halbleiterelements angeordnet ist; eine Verzögerungsschaltung, die ein Ansteuersignal von der Treiberschaltung um einen vorgegebenen Zeitraum verzögert, bis die Gatterspannung in einen Miller-Effekt-Zeitraum eintritt, der in einem Zeitraum auftritt, in dem sich die Gatterspannung vorübergehend ändert; eine Ein-Schuss-Schaltung, die ein Pulssignal mit einer Pulsbreite ausgibt, die kürzer ist als der Miller-Effekt-Zeitraum ab einer steigenden Flanke oder fallenden Flanke des von der Verzögerungsschaltung ausgegebenen Verzögerungssignals; ein Komparator, der die Gatterspannung, die eine Temperaturabhängigkeit von einer Chiptemperatur des spannungsgesteuerten Halbleiterelements aufweist, mit einer Referenzspannung vergleicht, die einer Überhitzung-Messschwellenspannung entspricht; und eine UND-Schaltung, der das von der Ein-Schuss-Schaltung ausgegebene Pulssignal und ein Ausgangssignal des Komparators empfängt und ein Überhitzung-Messsignal in Reaktion darauf ausgibt, dass die Gatterspannung die Referenzspannung überschreitet.
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Die vorliegende Offenbarung stellt eine weitere Treibervorrichtung für ein spannungsgesteuertes Halbleiterelement bereit. Die Treibervorrichtung, die das spannungsgesteuerte Halbleiterelement ansteuert umfasst: eine Treiberschaltung, die ein Gatter des spannungsgesteuerten Halbleiterelements ansteuert; ein Gatterwiderstand, der zwischen der Treiberschaltung und dem Gatter des spannungsgesteuerten Halbleiterelements angeordnet ist; eine Verzögerungsschaltung, die ein Ansteuersignal von der Treiberschaltung um einen vorgegebenen Zeitraum verzögert, bis die Gatterspannung in einen Miller-Effekt-Zeitraum eintritt, der in einem Zeitraum auftritt, in dem sich die Gatterspannung vorübergehend ändert; eine Ein-Schuss-Schaltung, die ein Pulssignal mit einer Pulsbreite ausgibt, die kürzer ist als der Miller-Effekt-Zeitraum ab einer steigenden Flanke oder fallenden Flanke des von der Verzögerungsschaltung ausgegebenen Verzögerungssignals; und eine Abtast-Halte-Schaltung, der die Gatterspannung mit Temperaturabhängigkeit von einer Chiptemperatur des spannungsgesteuerten Halbleiterelements aufnimmt, während das Pulssignal empfangen wird, und die erhaltene Gatterspannung hält und ausgibt, wenn das Empfangen des Pulssignals endet.
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Darüber hinaus stellt die vorliegende Offenbarung noch eine weitere Treibervorrichtung für ein spannungsgesteuertes Halbleiterelement bereit. Die Treibervorrichtung, die das spannungsgesteuerte Halbleiterelement ansteuert umfasst: eine Treiberschaltung, die ein Gatter des spannungsgesteuerten Halbleiterelements ansteuert; ein Gatterwiderstand, der zwischen der Treiberschaltung und dem Gatter des spannungsgesteuerten Halbleiterelements angeordnet ist; eine Verzögerungsschaltung, die ein Ansteuersignal von der Treiberschaltung um einen vorgegebenen Zeitraum verzögert, bis die Gatterspannung in einen Miller-Effekt-Zeitraum eintritt, der in einem Zeitraum auftritt, in dem sich die Gatterspannung vorübergehend ändert; eine Ein-Schuss-Schaltung, die ein Pulssignal mit einer Pulsbreite ausgibt, die kürzer ist als der Miller-Effekt-Zeitraum ab einer steigenden Flanke oder fallenden Flanke des von der Verzögerungsschaltung ausgegebenen Verzögerungssignals; ein Komparator, der die Gatterspannung, die eine Temperaturabhängigkeit von einer Chiptemperatur des spannungsgesteuerten Halbleiterelements aufweist, mit einer Referenzspannung vergleicht, die einer Überhitzung-Messschwellenspannung entspricht; eine UND-Schaltung, die das von der Ein-Schuss-Schaltung ausgegebene Pulssignal und ein Ausgangssignal des Komparators empfängt und ein Überhitzung-Messsignal in Reaktion darauf ausgibt, dass die Gatterspannung die Referenzspannung überschreitet, und eine Abtast-Halte-Schaltung, die die Gatterspannung mit der Temperaturabhängigkeit von der Chiptemperatur des spannungsgesteuerten Halbleiterelements aufnimmt, während das Pulssignal empfangen wird, und die erhaltene Gatterspannung hält und ausgibt, wenn das Empfangen des Pulssignals endet.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Ein Temperaturmessverfahren und eine wie oben ausgeführte Treibervorrichtung für ein spannungsgesteuertes Halbleiterelement ermöglichen das direkte Überwachen der Chiptemperatur des spannungsgesteuerten Halbleiterelements in Echtzeit, so dass die Chiptemperatur mit hoher Genauigkeit überwacht werden kann. Außerdem ist es möglich, das Messen der Chiptemperatur mit einer kleinen Ausgestaltung der Schaltung zu erreichen.
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Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, die bevorzugte Ausführungsformen darstellen, ersichtlich.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel der Ausgestaltung einer Treibervorrichtung für einen Bipolartransistor mit isolierter Gatterelektrode (IGBT) gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel illustriert.
- 2 illustriert eine Beziehung zwischen einer Gatterspannung während einem Miller-Effekt-Zeitraum und einer Chiptemperatur.
- 3 ist ein Zeitdiagramm zum Beschreiben des Betriebs der Treibervorrichtung für den IGBT gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
- 4 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel der Ausgestaltung einer Treibervorrichtung für einen IGBT gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel illustriert.
- 5 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel der Ausgestaltung einer Treibervorrichtung für einen IGBT gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel illustriert.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben, wobei beispielhafte Fälle gegeben werden, in denen ein Bipolartransistor mit isolierter Gatterelektrode (IGBT) als spannungsgesteuertes Halbleiterelement verwendet wird und eine Treibervorrichtung den IGBT ansteuert. In diesem Zusammenhang werden dieselben Bezugszeichen wie in den Zeichnungen verwendet, um auf dieselben Bestandteile Bezug zu nehmen.
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1 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel der Ausgestaltung einer Treibervorrichtung für einen IGBT gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel illustriert, 2 illustriert eine Beziehung zwischen einer Gatterspannung während einem Miller-Effekt-Zeitraum und einer Chiptemperatur und 3 ist ein Zeitdiagramm zum Beschreiben des Betriebs der Treibervorrichtung für den IGBT gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
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1 illustriert einen IGBT 10, der ein Halbleiterschaltelement ist, und eine Treibervorrichtung 20, die diesen IGBT 10 ansteuert. Beispielsweise sind der IGBT 10 und die Treibervorrichtung 20 in einer Packung untergebracht, um eine Halbleitervorrichtung zu bilden, die „intelligentes Leistungsmodul“ genannt wird.
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Eine Freilaufdiode (FWD) 12, die eine Vorrichtung ist, die es der in einer induktiven Last gespeicherten Energie erlaubt, zur Stromversorgungsseite zu fließen, wenn der IGBT 10 ausgeschaltet ist, ist antiparallel mit dem IGBT 10 verbunden. Das heißt, die Anode der FWD 12 ist mit dem Emitter des IGBT 10 verbunden und die Kathode der FWD 12 ist mit dem Kollektor des IGBT 10 verbunden.
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Die Treibervorrichtung 20 umfasst einen Vortreiber 22, eine Treiberschaltung 24 und einen Gatterwiderstand 26. Der Vortreiber 22 umfasst eine Klemme IN, an die ein Pulsbreiten-Modulationssignal (PWM) von einer übergeordneten externen Vorrichtung eingegeben wird. Die Ausgangsklemme des Vortreibers 22 ist mit der Eingangsklemme der Treiberschaltung 24 verbunden. Die Ausgangsklemme der Treiberschaltung 24 ist mit einer Klemme des Gatterwiderstands 26 verbunden und die andere Klemme des Gatterwiderstands 26 ist mit einer Klemme G verbunden, die mit dem Gatter des IGBT 10 verbunden ist. Die Treiberschaltung 24 ist auch mit eine Klemme E verbunden, die mit dem Emitter des IGBT 10 verbunden ist. Das an die Klemme IN angelegte PWM-Signal wird durch den Vortreiber 22 und die Treiberschaltung 24 in ein Ansteuersignal SDRV umgewandelt und das Ansteuersignal SDRV wird durch den Gatterwiderstand 26 in eine Gatterspannung VGE umgewandelt und die Gatterspannung VGE wird an die Klemme G angelegt.
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Außerdem umfasst die Treibervorrichtung 10 eine Verzögerungsschaltung 28, eine Ein-Schuss-Schaltung 30, Widerstände 32 und 34, einen Komparator 36 und eine UND-Schaltung 38. Die Eingangsklemme der Verzögerungsschaltung 28 ist mit dem Anschlusspunkt zwischen der Ausgangsklemme der Treiberschaltung 24 und der einen Klemme des Gatterwiderstands 26 verbunden, und die Ausgangsklemme der Verzögerungsschaltung 28 ist mit der Eingangsklemme der Ein-Schuss-Schaltung 30 verbunden. Eine Klemme Widerstands 32 ist mit einer Stromversorgungsleitung verbunden und die andere Klemme des Widerstands 32 ist mit einer Klemme des Widerstands 34 verbunden. Die andere Klemme des Widerstands 34 ist mit Masse verbunden. Die Widerstände 32 und 34 bilden eine Spannungsteilerschaltung und geben eine Referenzspannung Vref aus. Die Referenzspannung Vref ist gleich einer Überhitzung-Messschwellenspannung und ist beispielsweise eine Spannung, die 175°C entspricht, was die Obergrenze eines garantierten Betriebstemperaturbereichs des IGBT 10 ist.
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Die nicht-invertierende Eingangsklemme des Komparators 36 ist mit dem Anschlusspunkt zwischen der anderen Klemme des Gatterwiderstands 26 und der Klemme G verbunden. Die invertierende Eingangsklemme des Komparators 36 ist mit dem Anschlusspunkt zwischen der anderen Klemme des Widerstands 32 und der einen Klemme des Widerstands 34 verbunden. Die Ausgangsklemme der Ein-Schuss-Schaltung 30 ist mit einer ersten Eingangsklemme der UND-Schaltung 38 verbunden und die Ausgangsklemme des Komparators 36 ist mit einer zweiten Eingangsklemme der UND-Schaltung 38 verbunden. Die Ausgangsklemme der UND-Schaltung 38 ist mit einer Alarm-Ausgangsklemme ALM verbunden, die ein Überhitzung-Messsignal an die übergeordnete externe Vorrichtung sendet.
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Im IGBT 10 hat die Gatterspannung VGE während dem Miller-Effekt-Zeitraum beim Einschalten eine Temperaturabhängigkeit von der Chiptemperatur Tvj des IGBT 10. Wie in 2 dargestellt, hat die Temperaturabhängigkeit Eigenschaften, bei denen sich die Gatterspannung VGE linear mit der Chiptemperatur Tvj ändert. Somit wird die Chiptemperatur Tvj aus der Gatterspannung VGE gemessen.
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Im Folgenden wird der Betrieb der wie oben ausgebildeten Treibervorrichtung 20 unter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm der 3 beschrieben. Das Zeitdiagramm der 3 illustriert von oben ein von der Treiberschaltung 24 ausgegebenes Ansteuersignal SDRV, eine Gatterspannung VGE zwischen der Klemme G und der Klemme E, ein von der Verzögerungsschaltung 28 ausgegebenes Verzögerungssignal, ein von der Ein-Schuss-Schaltung 30 ausgegebenes Pulssignal und ein Überhitzung-Messsignal an der Alarm-Ausgangsklemme ALM.
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Wenn ein PWM-Signal an die Klemme IN der Treibervorrichtung 20 angelegt wird, wird das PWM-Signal über den Vortreiber 22 in die Treiberschaltung 24 eingegeben und von der Treiberschaltung 24 als ein Ansteuersignal SDRV ausgegeben. Wenn dieses Ansteuersignal SDRV über den Gatterwiderstand 26 an das Gatter des IGBT 10 angelegt wird, ändert sich die Gatterspannung VGE wie in 3 dargestellt.
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Wenn das Ansteuersignal SDRV vom niedrigen (L) Pegel zum hohen (H) Pegel ansteigt, wird die Gatter-Emitter-Kapazität des IGBT 10 über den Gatterwiderstand 26 mit der Spannung des H-Pegels aufgeladen. Wenn die Gatter-Emitter-Kapazität auf eine Spannung geladen wird, die eine EIN-Schwellenspannung des IGBT 10 überschreitet, wird der IGBT 10 eingeschaltet und der Kollektor und der Emitter des IGBT 10 werden ungefähr kurzgeschlossen. Dadurch werden die Gatter-Emitter-Kapazität und die Gatter-Kollektor-Kapazität (Miller-Kapazität) mit dem Gatter des IGBT 10 verbunden und der IGBT 10 wird als Miller-Integrator betrieben. Während einem Miller-Effekt-Zeitraum Tm, während dem der IGBT 10 als Miller-Integrator betrieben wird, wird die Gatterspannung VGE konstant gehalten. Nachdem der Miller-Effekt-Zeitraum Tm endet, steigt die Gatterspannung VGE zum Potenzial des H-Pegels des Ansteuersignals SDRV, da die Ladung weiterhin ins Gatter des IGBT 10 geht.
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Nachdem das Ansteuersignal SDRV in den L-Pegel geht, ändert sich die Gatterspannung VGE in entgegengesetzter Weise zu der Art und Weise, in der sich die Gatterspannung VGE beim Einschalten des IGBT 10 ändert, so dass die Gatterspannung VGE auf das L-Pegel-Potenzial des Ansteuersignals SDRV abfällt.
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Das Ansteuersignal SDRV wird auch in die Verzögerungsschaltung 28 eingegeben. Die Verzögerungsschaltung 28 gibt ein Verzögerungssignal aus, das sich durch Verzögern des Ansteuersignals SDRV um eine Verzögerungszeit Td ergibt. Diese Verzögerungszeit Td ist ein Zeitraum von einer steigenden Flanke des Ansteuersignals SDRV bis zu einem bestimmten Zeitpunkt im Miller-Effekt-Zeitraum Tm der Gatterspannung VGE und wird auf Grundlage der Schalteigenschaften des IGBT 10 bestimmt. Das Verzögerungssignal wird in die Ein-Schuss-Schaltung 30 eingegeben, die ein Pulssignal ausgibt, das eine feste Breite von der steigenden Flanke des Verzögerungssignals aufweist. Das von der Ein-Schuss-Schaltung 30 ausgegebene Pulssignal hat eine Pulsbreite, die kürzer als der Miller-Effekt-Zeitraum Tm ist und dient zum Erhalten der Gatterspannung VGE während dem Miller-Effekt-Zeitraum Tm.
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Die Gatterspannung VGE wird auch an die nicht-invertierte Eingangsklemme des Komparators 36 angelegt. Der Komparator 36 empfängt die Referenzspannung Vref, die der Überhitzung-Messschwellenspannung an dessen invertierenden Eingangsklemme entspricht. Somit bildet der Komparator 36 eine binäre Schaltung, um zu bestimmen, ob die Gatterspannung VGE die Überhitzung-Messschwellenspannung erreicht. Falls die Gatterspannung VGE kleiner als die Referenzspannung Vref ist, welche der Überhitzung-Messschwellenspannung entspricht, gibt der Komparator 36 ein Signal mit L-Pegel aus. Falls die Gatterspannung VGE größer als oder gleich groß wie die Referenzspannung Vref ist, gibt der Komparator 36 ein Signal mit H-Pegel aus.
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Die UND-Schaltung 38 empfängt das von der Ein-Schuss-Schaltung 30 ausgegebene Pulssignal an dessen ersten Eingangsklemme und empfängt ein Ausgangssignal des Komparators 36 an dessen zweiten Eingangsklemme. Daher erlaubt die UND-Schaltung 38 dem Ausgangssignal des Komparators 36 nur während Empfangen des Pulssignals hindurchzugehen.
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Wenn die Chiptemperatur des IGBT 10 eine normale Temperatur innerhalb des garantierten Betriebstemperaturbereichs ist, ist die Gatterspannung VGE während dem Miller-Effekt-Zeitraum Tm kleiner als die Referenzspannung Vref, der Komparator 36 gibt ein Signal mit L-Pegel aus und somit gibt die UND-Schaltung 38 ein Signal mit L-Pegel aus.
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Wenn die Chiptemperatur des IGBT 10 eine hohe Temperatur ist, die den garantierten Betriebstemperaturbereich überschreitet, wird die Gatterspannung VGE während dem Miller-Effekt-Zeitraum Tm größer als oder gleich groß wie die Referenzspannung Vref. Somit gibt der Komparator 36 ein Signal mit H-Pegel aus und die UND-Schaltung 38 gibt ein Signal mit H-Pegel aus. Das Signal mit H-Pegel wird als Überhitzung-Messsignal von der Alarm-Ausgangsklemme ALM an die übergeordnete externe Vorrichtung ausgegeben.
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In diesem Zusammenhang wird in diesem Ausführungsbeispiel das Überhitzung-Messsignal von der Alarm-Ausgangsklemme ALM nach außen ausgegeben. Ersatzweise kann das Überhitzung-Messsignal in eine nicht dargestellte Überhitzung-Schutzschaltung eingegeben werden, um den IGBT 10 zum Ausschalten zu zwingen.
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4 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel der Ausgestaltung einer Treibervorrichtung für einen IGBT gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel illustriert.
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Eine Treibervorrichtung 20a für einen IGBT 10 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist konfiguriert, eine Chiptemperatur in Echtzeit zu messen und auszugeben, im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel, bei dem die Treibervorrichtung 20 eine Überhitzung im IGBT 10 misst und einen Alarm ausgibt.
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Die Treibervorrichtung 20a umfasst einen Vortreiber 22, eine Treiberschaltung 24, einen Gatterwiderstand 26, eine Verzögerungsschaltung 28 und eine Ein-Schuss-Schaltung 30. Diese sind dieselben, die in der Treibervorrichtung 20 des ersten Ausführungsbeispiels angeordnet sind und daher wird auf deren detaillierte Beschreibung verzichtet.
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Die Treibervorrichtung 20 umfasst zudem eine Abtast-Halte-Schaltung 40. Die Abtast-Halte-Schaltung40 umfasst einen Operationsverstärker 42, ein Schalterelement 44, einen Kondensator 46 und einen Operationsverstärker 48. Der Operationsverstärker 46 bildet eine Spannungsfolgeschaltung, in der dessen invertierende Eingangsklemme mit dessen Ausgangsklemme verbunden ist, und die nicht-invertierende Klemme des Operationsverstärkers 42 ist mit einer Klemme G verbunden, die mit dem Gatter des IGBT 10 verbunden ist. Die Ausgangsklemme des Operationsverstärkers 42 ist mit einer Klemme des Schalterelements 44 verbunden und die andere Klemme des Schalterelements 44 ist mit einer Klemme des Kondensators 46 und der nicht-invertierenden Eingangsklemme des Operationsverstärkers 28 verbunden. Die andere Klemme des Kondensators 46 ist mit Masse verbunden. Die Steuerklemme des Schalterelements 44 ist mit der Ausgangsklemme der Ein-Schuss-Schaltung 30 verbunden. Die Operationsverstärker 48 bildet eine Spannungsfolgeschaltung, deren invertierende Eingangsklemme mit ihrer Ausgangsklemme verbunden ist. Die Ausgangsklemme des Operationsverstärkers 48 ist mit einer Chiptemperatur-Ausgangsklemme TMP verbunden.
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Die Abtast-Halte-Schaltung 40 dieser Treibervorrichtung 20a ist so konfiguriert, dass die Gatterspannung VGE vom Operationsverstärker 42 mit einer hohen Eingangsimpedanz empfangen wird, um den Einfluss der Verbindung der Abtast-Halte-Schaltung 40 mit der Klemme G zu minimieren. Der Operationsverstärker 42 bildet eine Spannungsfolgeschaltung, so dass die an der nicht-invertierenden Eingangsklemme empfangene Gatterspannung VGE unverändert ausgegeben wird. Wenn das Schalterelement 44 ein Pulssignal mit H-Pegel von der Ein-Schuss-Schaltung 30 an dessen Steuerklemme empfängt, wird das Schalterelement 44 eingeschaltet (wird leitend), während es das Pulssignal empfängt, und legt eine Spannung (≈ Gatterspannung VGE) an den Kondensator 46 an, die vom Operationsverstärker 42 ausgegeben wird. Zu diesem Zeitpunkt folgt die Klemmenspannung des Kondensators 46 der vom Operationsverstärker 42 ausgegebenen Spannung.
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Wenn das Pulssignal, das von der Ein-Schuss-Schaltung30 ausgegeben wird, den L-Pegel annimmt, wird das Schalterelement 44 ausgeschaltet (wird nicht leitend), und die Klemmenspannung des Kondensators 46 bleibt auf der Spannung, die beim Ausschalten des Schalterelements 44 erreicht wird. Die im Kondensator 46 gehaltene Spannung wird als Chiptemperatur-Messsignal vom Operationsverstärker 48, der die Spannungsfolgeschaltung bildet, ausgegeben, und das Chiptemperatur-Messsignal wird von der Chiptemperatur-Ausgangsklemme TMP an eine externe übergeordnete Vorrichtung gegeben.
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Wenn die externe übergeordnete Vorrichtung in diesem Zusammenhang das Chiptemperatur-Messsignal von der Treibervorrichtung 20a empfängt, erhält sie eine Chiptemperatur vom Chiptemperatur-Messsignal. Das heißt, die externe übergeordnete Vorrichtung hat Daten, welche die in 2 gezeigte Beziehung zwischen der Gatterspannung VGE während dem Miller-Effekt-Zeitraum und der Temperatur Tvj definieren, und wandelt die durch das Chiptemperatur-Messsignal beschriebene Gatterspannung VGE in eine Chiptemperatur Tvj um.
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Wie oben beschrieben kann diese Treibervorrichtung 20a die Chiptemperatur des IGBT 10 direkt in Echtzeit überwachen. Das heißt, es ist möglich, die Chiptemperatur mit hoher Genauigkeit zu überwachen und das Messen der Chiptemperatur mit einer kleinen Ausgestaltung der Schaltung zu erreichen.
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5 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel der Ausgestaltung einer Treibervorrichtung für einen IGBT gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel illustriert.
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Eine Treibervorrichtung 20b für einen IGBT 10 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel umfasst die Überhitzung-Messfunktion des in der Treibervorrichtung 20 des ersten Ausführungsbeispiels angeordneten IGBT 10 und die Chiptemperatur-Messfunktion des in der Treibervorrichtung 20a des zweiten Ausführungsbeispiels angeordneten IGBT 10.
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Die Treibervorrichtung 20b umfasst einen Vortreiber 22, eine Treiberschaltung 24, einen Gatterwiderstand 26, eine Verzögerungsschaltung 28, eine Ein-Schuss-Schaltung 30, Widerstände 32 und 34, einen Komparator 36, eine UND-Schaltung und eine Abtast-Halte-Schaltung 40. Diese Bestandteile der Treibervorrichtung 20b sind dieselben wie jene, die in der Treibervorrichtung 20 des ersten Ausführungsbeispiels und in der Treibervorrichtung 20a des zweiten Ausführungsbeispiels angeordnet sind. Ein Alleinstellungsmerkmal ist, dass eine in die nicht-invertierende Eingangsklemme des Komparators 36 eingegebene Gatterspannung VGE von der Ausgangsklemme des Operationsverstärkers 42 der Abtast-Halte-Schaltung 40 erhalten wird.
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Wie oben beschrieben, hat diese Treibervorrichtung 20b dieselben Bestandteile wie die Treibervorrichtung 20 des ersten Ausführungsbeispiels und die Treibervorrichtung 20a des zweiten Ausführungsbeispiels und wird in derselben Art und Weise betrieben wie die Treibervorrichtungen 20 und 20a. Daher wird auf eine detaillierte Beschreibung der Treibervorrichtung 20b verzichtet. Diese Treibervorrichtung 20b kann sowohl die Überhitzung als auch die Temperatur messen.
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In diesem Zusammenhang wird in den obigen Ausführungsbeispielen eine Gatterspannung VGE, während einem Miller-Effekt-Zeitraum, der auftritt, wenn der IGBT 10 eingeschaltet wird, gemessen und eine Chiptemperatur, die der Gatterspannung VGE entspricht, ermittelt. Ersatzweise kann eine Gatterspannung VGE, während einem Miller-Effekt-Zeitraum, der auftritt, wenn der IGBT 10 ausgeschaltet wird, oder während Miller-Effekt-Zeiträumen, die auftreten, wenn der IGBT 10 eingeschaltet und ausgeschaltet wird, gemessen werden, und dann kann eine Chiptemperatur ermittelt werden. In diesem Fall gibt die Verzögerungsschaltung 28 ein Verzögerungssignal aus, das sich durch Verzögern der Gatterspannung VGE um einen Zeitraum von der fallenden Flanke des Ansteuersignals SDRV bis zu einem bestimmten Zeitpunkt im Miller-Effekt-Zeitraum Tm ergibt. Außerdem können die Treibervorrichtungen 20 und 20a ausgelegt sein, einen MOSFET anstelle des IGBT 10 anzusteuern.
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Bisher wurde ein Aspekt eines Temperaturmessverfahrens und einer Treibervorrichtung für ein spannungsgesteuertes Halbleiterelement anhand der Ausführungsbeispiele beschrieben. Die Ausführungsbeispiele sind lediglich Beispiele und nicht auf die obige Offenbarung beschränkt.
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Die obige Beschreibung gibt lediglich die Prinzipien der vorliegenden Ausführungen wieder. Es können vom Fachmann auch eine Vielzahl von Abwandlungen und Änderungen vorgenommen werden. Die vorliegenden Ausführungsformen sind nicht auf die genauen Ausgestaltungen und Anwendungsbeispiele beschränkt, die oben angegeben und beschrieben sind, und alle geeigneten Abwandlungen und Äquivalente werden als in den Anwendungsbereich der Ausführungsformen fallend betrachtet, wie sie durch die beigefügten Patentansprüche und ihre Äquivalente definiert sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- IGBT
- 12
- FWD
- 20, 20a, 20b
- Treibervorrichtung
- 22
- Vortreiber
- 24
- Treiberschaltung
- 26
- Gatterwiderstand
- 28
- Verzögerungsschaltung
- 30
- Ein-Schuss-Schaltung
- 32, 34
- Widerstand
- 36
- Komparator
- 38
- UND-Schaltung
- 40
- Abtast-Halte-Schaltung
- 42
- Operationsverstärker
- 44
- Schaltelement
- 46
- Kondensator
- 48
- Operationsverstärker
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2013142704 [0008]
- JP 2020072569 [0008]
