DE20022916U1 - Semiconductor component for controlling power semiconductor switches - Google Patents

Semiconductor component for controlling power semiconductor switches

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Claims (11)

1. Halbleiterbauelement zur Ansteuerung von Leistungshalbleiterschaltern, vorzugsweise MOSFET oder IGBT, in Umrichtern der Leistungsklasse dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionen
  • - Signalaufbereitung (12) der primärseitigen Eingangssignale,
  • - Inbetriebnahmelogik (22),
  • - Kurzschlussüberwachung (19),
  • - Gatetreiber (14, 16, 17, 18) zur Ansteuerung im Normalbetrieb wie auch im Kurzschlussfall,
  • - interne Betriebsspannungserzeugung (20) und -überwachung (21),
  • - Fehlererfassung und -verarbeitung (13, 14, 15, 19)
für mehrere Leistungshalbleiterschalter monolithisch integriert sind. 1. Semiconductor component for controlling power semiconductor switches, preferably MOSFET or IGBT, in inverters of the power class, characterized in that the functions
  • - signal processing ( 12 ) of the primary-side input signals,
  • - commissioning logic ( 22 ),
  • - short-circuit monitoring ( 19 ),
  • - Gate drivers ( 14 , 16 , 17 , 18 ) for control in normal operation as well as in the event of a short circuit,
  • - internal operating voltage generation ( 20 ) and monitoring ( 21 ),
  • - Error detection and processing ( 13 , 14 , 15 , 19 )
are monolithically integrated for several power semiconductor switches. 2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dessen vier integrierten identisch aufgebauten Gatetreiber (14, 16, 17, 18, 19) in einer Drei-Phasen-Brückenschaltung die drei BOTTOM-Schalter sowie einen zusätzlichen Schalter, der als Bremssteller oder zur Blindleistungsverbesserung dient, ansteuern und überwachen.2. Semiconductor component according to claim 1, characterized in that its four integrated identically constructed gate drivers ( 14 , 16 , 17 , 18 , 19 ) in a three-phase bridge circuit, the three BOTTOM switches and an additional switch, which acts as a brake actuator or Reactive power improvement serves to control and monitor. 3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalaufbereitung (12) eine Pegelwandlung der Eingangssignale auf den internen Signalpegel der integrierten Schaltung durchführt, eine Kurzimpulsunterdrückung für Störsignale beinhaltet und eine Signallaufzeitanpassung der primärseitigen Ansteuersignale für alle anzusteuernden Leistungshalbleiterschalter durchführt.3. Semiconductor component according to claim 1, characterized in that the signal conditioning ( 12 ) carries out a level conversion of the input signals to the internal signal level of the integrated circuit, includes a short pulse suppression for interference signals and performs a signal propagation time adaptation of the primary-side control signals for all power semiconductor switches to be controlled. 4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die interne Betriebsspannungsüberwachung (21) eine Unterspännungsüberwachung der intern erzeugten sowie der extern anliegenden Betriebsspannungen integriert, die im Fehlerfall zur geregelten Abschaltung aller Leistungsschalter der Drei-Phasen- Brückenschaltung führt.4. Semiconductor component according to claim 1, characterized in that the internal operating voltage monitoring ( 21 ) integrates undervoltage monitoring of the internally generated and the externally applied operating voltages, which leads to the controlled shutdown of all circuit breakers of the three-phase bridge circuit in the event of a fault. 5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Fehlererfassung (13, 14, 15) eine Kurzschlussüberwachung (19) der Halbleiterschalter durch die Überwachung der Kollektor-Emitter-Spannung (VCE) der Leistüngshalbleiterschalter vorgenommen wird.5. Semiconductor component according to claim 1, characterized in that in the fault detection ( 13 , 14 , 15 ) short-circuit monitoring ( 19 ) of the semiconductor switch is carried out by monitoring the collector-emitter voltage (VCE) of the power semiconductor switch. 6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die interne Betriebsspannungserzeugung (20) eine konstante Spannung erzeugt, deren Bezugspotential die extern anliegende variable Betriebsspannung zum Abschalten der Leistungsschalter darstellt.6. The semiconductor component according to claim 1, characterized in that the internal operating voltage generation ( 20 ) generates a constant voltage, the reference potential of which represents the externally applied variable operating voltage for switching off the circuit breaker. 7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Inbetriebnahmelogik (22) bei der Inbetriebnahme des Umrichters einen Brückenkurzschluss sicher verhindert indem erst zum Zeitpunkt des Erreichen aller Betriebsspannungsschwellen und zu diesem Zeitpunkt durchgeführtem Rücksetzen der internen Fehlerspeicher (15, 16) die Treiberschaltungen (14, 16, 17) freigeschaltet werden.7. The semiconductor component as claimed in claim 1, characterized in that the commissioning logic ( 22 ) reliably prevents a bridge short circuit when the converter is started up, only by the driver circuits ( 15 ) when the operating voltage thresholds have been reached and the internal fault memories ( 15 , 16 ) have been reset at this point in time. 14 , 16 , 17 ) can be activated. 8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlererfassung (13, 14, 15) bei der Registrierung einer Fehlfunktion eines durch das Halbleiterbauelement angesteuerten Leistungshalbleiterschalters ein in der zum jeweiligen Schalter gehörigen Treiberlogik integrierter Fehlerspeicher gesetzt wird wodurch dieser Leistungshalbleiterschalter sanft abgeschaltet wird, ein globaler Fehlerspeicher (15) gesetzt wird wodurch alle anderen durch das Halbleiterbauelement angesteuerten Leistungshalbleiterschalter ebenfalls abgeschaltet werden weiterhin wird die Fehlerinformation an die primärseitigen Ansteuerschaltungen (1, 10) zur Abschaltung der weiteren Leistungshalbleiterschalter der Drei-Phasen-Brückenschaltung weitergegeben.8. The semiconductor component as claimed in claim 1, characterized in that the error detection ( 13 , 14 , 15 ) is set in the event of a malfunction of a power semiconductor switch controlled by the semiconductor component, an error memory integrated in the driver logic associated with the respective switch is set, whereby this power semiconductor switch is gently switched off, A global error memory ( 15 ) is set, whereby all other power semiconductor switches controlled by the semiconductor component are also switched off. Furthermore, the error information is passed on to the primary-side control circuits ( 1 , 10 ) for switching off the further power semiconductor switches of the three-phase bridge circuit. 9. Halbleiterbauelement nach Ansprüch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gatetreiber (16) aus einem p-MOSFET für das "harte" Einschalten, einem n- MOSFET für das "harte" Abschälten und einem n-MOSFET für das "sanfte" Abschalten im Kurzschlussfall,, der nur einen Bruchteil des Stromvermögens verglichen mit dem Transistor (n-MOSFET) für das "harte" Abschalten besitzt, bestehen.9. A semiconductor device according to claims 1, characterized in that the gate driver ( 16 ) consists of a p-MOSFET for "hard" switching on, an n-MOSFET for "hard" switching off and an n-MOSFET for "soft" switching off in Short circuit case, which has only a fraction of the current capacity compared to the transistor (n-MOSFET) for "hard" shutdown, exist. 10. Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gatespannung während der Sanftabschaltung am Gate des Leistungsschalters überwacht wird und bei unterschreiten eines definierten Schwellenwerts der weitere Abschaltvorgang durch ein "hartes" Abschalten verkürzt wird.10. The semiconductor component according to claim 8, characterized in that the gate voltage during the soft shutdown at the gate of the circuit breaker is monitored and if the threshold falls below a defined threshold, the further Shutdown is shortened by a "hard" shutdown. 11. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Fehlfunktion und einem primärseitigen Wiedereinschaltsignal (Reset) alle Fehlerspeicher gelöscht und ein geregeltes Wiederanlaufen der Treiberschaltung ausgelöst wird, sofern kein Fehler mehr aktuell vorliegt.11. The semiconductor component according to claim 1, characterized in that after a malfunction and a primary reset signal (reset) all Fault memory deleted and a controlled restart of the driver circuit is triggered if there is no longer an error.
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