DE4301605C1 - Verfahren und Anordnung zum Überwachen des Ein- und Ausschaltens eines steuerbaren Leistungshalbleiterbauelements in einer leistungselektronischen Schaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zum Überwachen des Ein- und Ausschaltens eines steuerbaren Leistungshalbleiterbauelements in einer leistungselektronischen Schaltung, wobei Steuersignale dem Leistungshalbleiterbauelement galvanisch entkoppelt zugeführt werden.

Gesteuerte Leistungshalbleiterbauelemente werden in energieumformenden und energiesteuernden Schaltungen eingesetzt. Als elektronische Ventile finden sich steuerbare Leistungshalbleiterbauelemente vielfach in Leistungsstellgliedern. Besonders wichtig ist die Verwendung von steuerbaren Halbleiterbauelementen in der Stromrichtertechnik, einem Teilgebiet der Leistungselektronik, als Stromrichterventile, die den elektrischen Strom nur in einer Richtung leiten und abwechselnd in den elektrisch leitenden und nichtleitenden Zustand versetzt werden. Bei gesteuerten Leistungshalbleiterbauelementen wird durch ein Steuersignal der Beginn und/oder das Ende der Leitfähigkeit bestimmt. Zu den gesteuerten Leistungshalbleiterbauelementen gehören Stromrichterventile, die über einen Steueranschluß ein- und ausschaltbar sind, wie bipolare Leistungstransistoren, MOS-Feldeffekt-Leistungstransistoren, bipolare Leistungstransistoren mit integrierter MOSFET-Ansteuerung (IGBT) und/oder abschaltbare Thyristoren (GTO-Thyristoren, SI-Thyristoren, F.C.-Thyristoren).

In Stromrichtern sind zumeist noch Steuer- und Regelfunktionen auszuführen, für die elektronische Bauelemente verwendet werden, die mit relativ niedrigen Betriebsspannungen arbeiten.

Die von diesen Bauelementen für die Leistungshalbleiterbauelemente erzeugten Steuersignale werden den Stromrichterventilen galvanisch getrennt zugeführt.

Bei Leistungshalbleiterbauelementen höherer Leistung werden die Steuersignale über Optokoppler auf Impulsverstärker übertragen, an die jeweils eine Gate-Elektrode eines Leistungshalbleiterbauelements in einem Stromrichter angeschlossen ist.

Bei einer Anordnung zur Feststellung von Lichtimpulsen ist es bekannt, einem steuerbaren Phototransistor Lichtimpulse zuzuführen, der im Emitterkreis eines bipolaren Transistors angeordnet ist, der in einem Zweig einer Stromspiegelschaltung liegt und zusätzlich mit dem Kollektor an den Eingang eines Komparators angeschlossen ist. Der Komparator ist ausgangsseitig mit einem Zähler verbunden, in dem die Anzahl der Lichtimpulse aufsummiert werden. Die Anordnung ist Bestandteil eines photoelektrischen Codiergeräts (US 4 740 687).

Bekannt ist auch ein Verfahren zum Überwachen des Schaltstatus eines Leistungstransistors in einer leistungselektronischen Schaltung, wobei der Steuerelektrode des Leistungstransistors galvanisch gekoppelt Ansteuersignale zugeführt werden, um die Energieversorgung einer Last zu steuern. Aus den Pegelwechseln der Ansteuersignale und den Pegelwechseln an einer Ausgangselektrode beim Umschalten des Leistungstransistors werden Schaltsignale für eine Überwachungsschaltung gebildet, die ein Statussignal an einen Mikroprozessor abgibt (EP 0 413 938 A1).

Für manche Stromrichteranwendungsfälle ist es wichtig, daß Defekte in den Leistungshalbleiterbauelementen einschließlich der vorgeschalteten Ansteuerkreise, denen die Steuersignale galvanisch entkoppelt zugeführt werden, in möglichst kurzer Zeit erkannt werden, um Schutzmaßnahmen auszulösen. Fehler oder Störungen der Leistungshalbleiterbauelemente können durch Messung der Schaltverzugszeit und Vergleich mit der Schalt­ sollzeit einwandfrei arbeitender Leistungshalbleiterbauelemente festge­ stellt werden. Hierfür ist aber ein relativ großer Aufwand notwendig.

Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, ein einfach ausführbares Verfahren und eine wenig aufwendige Anordnung zum selbsttätigen Überwachen einer im Schaltbetrieb arbeitenden Anordnung mit wenigstens einem gesteuerten Leistungshalbleiterbauelement und einer diesem vorgeschalteten und mit diesem galvanisch verbundenen Treiberstufe zu entwickeln, der Steuersignale galvanisch entkoppelt zugeführt werden.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Ansteuersignal zur Einschaltung des steuerbaren Leistungshalbleiterbauelements aus den Pegelwechseln des die Gate-Elektrode beaufschlagenden Signals und den Pegelwechseln an einer Ausgangselektrode beim Umschalten des Leistungshalbleiterbauelements Zählsignale gebildet werden, die in einem ersten Zähler aufsummiert und mit einem der einwandfreien Arbeitsweise des Leistungshalbleiterbauelements zugeordneten vorgegebenen Zählwert verglichen werden und daß bei einem Unterschied zwischen der Summe der Zählsignale und dem vorgegebenen Zählwert ein Fehler gemeldet wird. Das Verfahren arbeitet digital, d. h. es sind keine analogen Verzögerungszeiten mehr zu überwachen. Daher ist das Verfahren genau und zuverlässig.

Die Anzahl der einer einwandfreien Umschaltung des Leistungshalbleiterbauelements vom leitenden in den nichtleitenden Zustand und umgekehrt zugeordneten Zählsignale liegt fest. Auch eine getrennte Überprüfung des Einschalt- und Ausschaltvorgangs mit jeweils für diese typischen Zählwerten ist möglich. Die Leistungshalbleiterbauelemente können strom- oder spannungsgesteuert sein.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden bei einem Ansteuersignal ein dem Pegelwechsel an der Ausgangselektrode des Leistungshalbleiterbauelements beim Übergang vom nichtleitenden in den leitenden Zustand entsprechendes Zählsignal, ein dem Pegelwechsel am Ende des einschaltenden Ansteuersignals an der Gate-Elektrode entsprechendes Zählsignal und ein dem Pegelwechsel an der Ausgangselektrode des Leistungshalbleiterbauelements beim Übergang vom leitenden in den nichtleitenden Zustand entsprechendes Zählsignal aufsummiert und mit dem Zählwert drei verglichen, wobei eine den Wert drei unterschreitende Summe die Meldung auslöst.

Besonders vorteilhaft ist bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren, daß ein Zählstand, der kleiner als drei ist, jeweils eine Beziehung zu einem typischen Fehler hat. Ein Zählstand von 1 nach einem Ansteuervorgang zeigt an, daß entweder die Treiberstufe defekt ist oder die Verbindung zur Treiberstufe unterbrochen ist. Ein Zählstand von zwei nach einem Ansteuervorgang zeigt an, daß das Leistungshalbleiterbauelement defekt ist. Hierdurch ist eine gezielte Reparatur bzw. ein gezielter Austausch von Bauelementen möglich. Es ist also bei einer Störung nicht mehr erforderlich, die Bauelemente jeweils für sich zu prüfen. Die Beseitigung des Fehlers kann daher in sehr viel kürzerer Zeit erfolgen.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform werden Zählsignale von gleichbleibender Frequenz in einem Zähler aufsummiert, wobei die Zeit zwischen dem Beginn und dem Ende des Zählstands zwei gemessen und jeweils mit vorgegebenen Zeitwerten verglichen wird, denen jeweils Werte für einen Überstrom, eine Übertemperatur und Teildefekte im Leistungshalbleiterbauelement zugeordnet sind.

Durch Auswertung der Schaltdauer des Leistungshalbleiterbauelements lassen sich eine Reihe von Informationen gewinnen, die Rückschlüsse auf den Betriebszustand des Halbleiterbauelements erlauben. Anhand dieser Informationen können rechtzeitig vor einer Betriebsstörung, d. h vor einer Schädigung, durch Zerstörung des Leistungshalbleiterbauelements Maßnahmen zur Beseitigung der Ursachen der Störung ergriffen werden.

Für die Vorrichtung wird das Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine EXKLUSIV-NOR-Schaltung eingangsseitig einerseits mit einem Ausgang eines Steuersignale für die Gate-Elektrode des Leistungshalb­ leiterbauelements ausgebenden Impulsverstärkers und andererseits über eine Diode mit der Ausgangselektrode des Leistungshalbleiterbauelements verbunden ist, daß der Ausgang des EXKLUSIV-NOR-Glieds galvanisch getrennt mit einem Eingang eines EXKLUSIV-ODER-Glieds verbunden ist, dessen anderer Eingang mit dem Eingang einer galvanischen Trennstufe vor dem Impulsverstärker verbunden und dessen Ausgang an den Zählereingang eines ersten Zählers angeschlossen ist, der durch ein von der Steuerung ausgegebenes Steuersignal zurücksetzbar ist, und daß die Ausgänge des Zählers über einen Zwischenspeicher mit einem Vergleicher verbunden sind. Bei dieser Anordnung ist der Aufwand an Hilfsmitteln zur Potentialtrennung gering. Die Signallaufzeiten in den Hilfsmitteln zur Potentialtrennung haben keinen Einfluß auf das Prüfungsergebnis. Eine Zeitmessung ist für die Erkennung eines Fehlers nicht notwendig.

Vorzugsweise ist der Zähler ein auf ansteigende oder abfallende Signal­ flanken entsprechender Zweibitzähler. Die Kapazität dieses Zählers reicht aus, um anhand des Zahlstands sowohl Fehler als auch die einwandfreie Funktion des Leistungshalbleiterbauelements feststellen zu können. Bei einem Zählerstand von drei arbeitet das Leistungshalbleiterbauelement einwandfrei. Ein Zählerstand von eins nach dem Ende eines Ein-, Ausschaltvorgangs zeigt an, daß der Impulsverstärker defekt oder die Verbindung zum Impulsverstärker unterbrochen ist. Ein Zählerstand von zwei nach dem Ende eines Ein-, Ausschaltvorgangs des Leistungshalblei­ terbauelements gibt an, daß das Leistungshalbleiterbauelement defekt ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Ausgänge des Zählers an ein zusätzlich von einer Zählimpulsfolge von gleichbleibender Frequenz beaufschlagtes UND-Glied angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Zähleingang eines weiteren Zählers verbunden ist, der durch das von der Steuerung erzeugte Signal zurücksetzbar und ausgangsseitig an einen Zwischenspeicher angeschlossen ist. Der Zählstand des weiteren Zählers ist ein Maß für die Dauer der Einschaltung des Leistungshalbleiterbauelements.

Aus der Dauer der Einschaltung können einige wichtige Rückschlüsse auf Eigenschaften des Leistungshalbleiterbauelements bzw. die Arbeitsbedingungen des Stromrichters geschlossen werden.

An der Einschaltdauer kann die Baugröße des bei bekanntem Strom des Leistungshalbleiterbauelements erkannt werden. Ferner zeigt die Dauer der Einschaltung an, ob im Leistungshalbleiterbauelement ein Überstrom fließt oder ob das Leistungshalbleiterbauelement Übertemperatur hat. Weiterhin lassen sich Teildefekte im Leistungshalbleiterbauelement feststellen.

Die Frequenz der Zählimpulsfolge ist dabei an die Einschaltdauer des Leistungshalbleiterbauelements anzupassen, indem während der vorgegebenen Dauer des Ansteuersignals eine gewisse Anzahl von Zahlimpulsfolgen vorkommen müssen. Es reicht aus, wenn diese Zahl kleiner als vierundsechzig ist, da dann eine hinreichend genaue Auflösung stattfindet. Der weitere Zähler ist deshalb vorzugsweise ein Sechsbitzähler. Das Leistungshalbleiterbauelement ist insbesondere ein bipolarer Leistungstransistor mit integrierter MOSFET-Ansteuerung (IGBT) oder ein MOS-Leistungsfeldeffekttransistor (MOS-FET).

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Anordnung zum Überwachen der Arbeits­ weise eines steuerbaren Leistungshalbleiterbauelements;

Fig. 2 ein Zeitdiagramm mit in der Anordnung gem. Fig. 1 bei ord­ nungsgemäßer Arbeitsweise auftretenden Signalen;

Fig. 2a ein Zeitdiagramm mit in der Anordnung gem. Fig. 1 bei einem Fehler erster Art des Leistungshalbleiterbauelements auf­ tretenden Signalen;

Fig. 2b ein Zeitdiagramm mit in der Anordnung gem. Fig. 1 bei einem Fehler zweiter Art des Leistungshalbleiterbauelements auf­ tretenden Signalen;

Fig. 2c ein Zeitdiagramm mit in der Anordnung gem. Fig. 1 bei einem Fehler erster Art der Treiberstufe auftretenden Signalen und

Fig. 2d ein Zeitdiagramm mit in der Anordnung gem. Fig. 1 bei einem Fehler zweiter Art in der Treiberstufe auftretenden Signalen.

Als spannungsgesteuertes Leistungshalbleiterbauelement ist ein bipolarer Leistungstransistor mit integrierter MOSFET-Ansteuerung, im folgenden IGBT 1 genannt, in einer nicht näher dargestellten Stromrichterschaltung als Stromventil angeordnet. Der Gate-Anschluß 2 des IGBT 1 ist über einen Gatewiderstand 2 an den Ausgang eines Impulsverstärkers 3 angeschlossen, dessen Eingang mit einem Optokoppler 4 verbunden ist, der als galvanische Trennstufe wirkt. Dem Eingang des Optokopplers 4 werden über eine Leitung 5 Steuersignale für den IGBT zugeführt. Die Leitung 5 wird von einer Steuerschaltung 6 gespeist, die mit den bei logischen Schaltungen üblichen niedrigen Spannungspegeln arbeitet. Der IGBT 1 befindet sich im Leistungsteil eines Stromrichters und führt hohe Ströme bzw. muß hohen Spannungen standhalten. Der Optokoppler 4 trennt den Leistungsteil galvanisch vom Steuerungsteil des Stromrichters. Der Ausgang des Impulsverstärkers 3 ist mit einem Eingang eines Exklusiv-Nor-Glieds 7 verbunden. Der Kollektor des IGBT 1 ist an die Kathode einer Diode 8 angeschlossen, deren Anode über einen Widerstand 9 dem positiven Pol 10 einer Betriebsspannungsquelle verbunden ist. Weiterhin steht die Anode der Diode 8 mit dem zweiten Eingang des Exklusiv-Nor-Glieds 7 in Verbindung. Der Ausgang des Exklusiv-Nor-Glieds 7, im folgenden auch als EXNOR bezeichnet, steht mit dem Eingang eines Optokopplers 11 in Verbindung, dessen Ausgang an einen Eingang eines Exklusiver-Glieds 12 angeschlossen ist, das im folgenden auch als EXOR bezeichnet ist.

Der zweite Eingang des EXOR 12 ist mit der Leitung 5 verbunden. Der Ausgang des EXOR 12 speist den Zähleingang eines Zweibitzählers 13, der zwei Ausgänge Q0, Q1 hat.

Der Rücksetzeingang des Zweibitzählers 13 ist an den Ausgang eines Impulsformers 14 angeschlossen, der eingangsseitig an die Leitung 5 gelegt ist.

Den Ausgängen Q0, Q1 ist ein Zwischenspeicher 15 nachgeschaltet, der z. B. D-Flipflops aufweisen kann. Der Takteingang des Zwischenspeichers 15 ist an den Ausgang des Impulsformers 14 angeschlossen. Mit den Ausgängen des Zwischenspeichers 15 ist ein Vergleicher 16 in Form eines UND-Glieds verbunden. Den Ausgängen Q0, Q1 des Zweibitzählers 13 sind weiterhin Eingänge eines UND-Glieds 17 nachgeschaltet, wobei ein Eingang 18 des UND-Glieds 17 invertierend ist bzw. über ein Invertierglied mit dem Ausgang Q0 in Verbindung steht. Ein weiterer Eingang des UND-Glieds 17 ist mit einem Taktgeber 19 für eine Zählimpulsfolge verbunden.

Der Ausgang des UND-Glieds 17 speist den Zähleingang eines Sechsbitzählers Q0, dem ein Zwischenspeicher 21 nachgeschaltet ist, der nach Art von Flipflops arbeitet. Der Rücksetzeingang des Zählers 21 und der Takteingang des Speichers 21 sind mit dem Ausgang des Impulsformers 14 verbunden.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung arbeitet wie folgt:

Die Steuerschaltung 6 erzeugt die für das Ein- und Ausschalten des IGBT 1 notwendigen Steuersignale, die in der Zeichnung mit A bezeichnet sind, auf der Leitung 5, wobei zum Zeitpunkt t1 das Signal auf einen hohen Pegel übergeht. Die Steuersignale werden über den Gatekoppler 4 in den Impulsverstärker 3 eingespeist, der ein Steuersignal, das in der Zeichnung mit B bezeichnet ist, dem Gatewiderstand 2 zuführt. Der Optokoppler 4 und der Impulsverstärker 3 rufen infolge innerer Laufzeiten eine Signalverzögerung hervor. Das Steuersignal B ist daher, wie in Fig. 2 dargestellt, zeitverzögert gegenüber dem Signal A und nimmt zum Zeitpunkt t2 einen hohen Pegel an. Das Steuersignal B, das an die Gate-Elektrode des IGBT 1 angelegt wird, schaltet den IGBT 1 vom nichtleitenden in den leitenden Zustand um. Die Umschaltung erfolgt aufgrund der Signallaufzeiten im IGBT 1 zeitverzögert. Diese Zeitverzögerung läßt sich aus Fig. 2 anhand des mit C bezeichneten Signals erkennen, das von der Anode der Diode 8 abgegriffen wird.

Im nichtleitenden Zustand des IGBT 1 hat das Signal C den Pegel des Pols 10. Wenn der IGBT 11 zum Zeitpunkt t2 in den leitenden Zustand übergeht, sinkt das Kollektorpotential ab, so daß das Signal C einen niedrigen Pegel annimmt. Am Ausgang des EXNOR 7 steigt das mit D in der Zeichnung gekennzeichnete Signal zum Zeitpunkt t2 auf einen hohen Pegel an und fällt zum Zeitpunkt t4 wieder auf einen niedrigen Pegel ab.

Am Ausgang des Optokopplers 11 tritt das in der Zeichnung mit E bezeichnete Signal auf, das gegen das Signal D zeitverzögert ist und zum Zeitpunkt t3 einen hohen Pegel annimmt.

Das am Ausgang des EXOR 12 auftretende und in der Zeichnung mit F bezeichnete Signal geht zum Zeitpunkt t1 mit dem Signal A auf einen hohen Pegel über und fällt zum Zeitpunkt t3 mit dem Ansteigen des Signals E auf einen niedrigen Pegel zurück. Zum Zeitpunkt t5 geht das Signal E zeitverzögert gegenüber dem Signal D auf einen niedrigen Pegel zurück, wodurch das Signal F wieder einen hohen Pegel annimmt.

Das Ansteuersignal A fällt zum Zeitpunkt t6 auf einen niedrigen Pegel ab, wobei auch das Signal F auf einen niedrigen Pegel zurückgeht. Zum Zeitpunkt t7 fällt zeitverzögert das Signal B auf einen niedrigen Pegel ab, wodurch das Signal D auf einen hohen Pegel ansteigt. Zum Zeitpunkt t9 wird der IGBT 1 nichtleitend. Dies bewirkt den Abfall des Signals D auf einen niedrigen Pegel. Das Signal E nimmt zum Zeitpunkt t8 zeitverzögert zum Signal D einen hohen Pegel an. Entsprechend steigt das Signal F zum Zeitpunkt t8 auf einen hohen Pegel an. Zum Zeitpunkt t10 gehen beide Signale E, F auf einen niedrigen Pegel zurück.

Der Zweibitzähler 13 wird mit dem Übergang des Signals A auf einen hohen Pegel auf dem Zählstand null zurückgesetzt und spricht auf ins Negative verlaufende Signalflanken des Signals F an. Zu den Zeitpunkten t3, t6 und t10 wird deshalb der Zählstand des Zählers 13 jeweils um eine Zähleinheit erhöht. Wenn das Ein- und Ausschalten des IGBT 1 einwandfrei abgelaufen ist, weist der Zähler 13 einen Zählstand von drei auf, der in den Zwischenspeicher 15 übernommen wird. Der Vergleicher 16 stellt fest, ob der Zwischenspeicher die Zahl drei enthält.

Ist dies nicht der Fall, dann gibt der Vergleicher 16 eine Fehlermeldung aus, die z. B. eine optische oder akustische Meldung erzeugt und gegebenenfalls die Abschaltung des Stromrichters auslöst. Wenn der Ausgang des Zweibitzählers 13 Signale, die dem Zählinhalt zwei entsprechen, ausgibt, gelangen über das UND-Glied 17 Zählsignale in den Zähler 20. Steigt der Zählerinhalt des Zweibitzählers 13 von zwei auf drei an, blockiert das UND-Glied 17 die Weiterleitung der Zählsignale zum Zähler 20. Der Zahlstand des Zahlers 20 sowie der Inhalt des Speichers 21, der den Zahlstand übernimmt, ist ein Maß für die Dauer des Verharrens des Zählers im Zählstand zwei.

Die Fig. 2a zeigt den Signalverlauf der Signale A bis F für den Fall, daß der IGBT 1 zerstört und zwar dauernd nichtleitend ist. Ebenso wie in Fig. 2 ist in Abszissenrichtung von Fig. 2a die Zeit t eingetragen. Zu den Zeitpunkten t1, t2 gehen die Signale A und B auf hohe Pegel über. Das Signal C bleibt ständig auf hohem Pegel. Das Signal D geht zum Zeitpunkt t2 auf einen hohen Pegel über. Das Signal F steigt ebenso wie das Signal A zum Zeitpunkt t1 auf einen hohen Pegel an. Zum Zeitpunkt t3 geht das Signal E zeitverzögert zu dem Signal D auf einen hohen Pegel über, wodurch das Signal F auf den niedrigen Pegel zurückgeht. Mit dem Abfall des Signals A bei t6 auf einen niedrigen Pegel steigt das Signal F wieder auf einen hohen Pegel an und fällt zusammen mit dem Signal E zum Zeitpunkt t8 wieder auf einen niedrigen Pegel zurück. Nach dem Ende einer Ein- und Ausschaltphase weist der Zähler 13 daher den Stand zwei auf. Dieser Zählstand gelangt in den Zwischenspeicher 15 und wird vom Vergleicher 16 erkannt, der eine Fehlermeldung ausgibt.

Die Fig. 2b zeigt ein Zeitdiagramm der Signale A bis F für den Fall, daß der IGBT 1 einen Kurzschluß hat. In diesem Fall weist das Signal C ständig einen niedrigen Pegel auf. Die Signale A und B haben den gleichen Verlauf wie bei dem in Fig. 2 und 2a dargestellten Vorgang. Das Signal D hat bezüglich seiner Pegel den umgekehrten Verlauf wie in Fig. 2a. Infolgedessen geht das Signal F zum Zeitpunkt t1 auf einen niedrigen Pegel zurück und steigt zum Zeitpunkt t3 mit dem Abfall des Signals E wieder auf einen hohen Pegel an. Zum Zeitpunkt t6 fallen beide Signale A, F auf einen niedrigen Pegel ab.

Zwar steigt das Signal F zusammen mit dem Signal E zum Zeitpunkt t8 wieder auf einen hohen Pegel an, jedoch entsteht im Zweibitzähler 13 ein Zählerstand von zwei, der vom Vergleicher 16 festgestellt wird und eine Fehlermeldung auslöst, die auf eine Störung des IGBT 1 hinweist.

Die Fig. 2c zeigt den Verlauf der Signale A bis F für den Fall, daß der Impulsverstärker 3 defekt ist und an seinem Ausgang ständig das Signal B mit niedrigem Pegel abgibt. Das Signal A hat den gleichen Verlauf wie bei den in Fig. 2, 2a und 2b dargestellten Vorgängen. Das Signal C verharrt ständig auf einem hohen Pegel. Die Signale D und E weisen ständig niedrige Pegel auf.

Das Signal F folgt dem Signal A, was im Zweibitzähler 13 den Zählstand eins hervorruft, der vom Vergleicher 16 erfaßt wird, wodurch eine Fehlermeldung hervorgerufen wird.

In Fig. 2d ist der Verlauf der Signale A bis F für den Fall dargestellt, daß der Impulsverstärker 3 infolge eines Defekts ständig das Signal B mit hohem Pegel ausgibt. Auch in diesem Fall folgt das Signal F in seinem Pegel dem Signal A, wodurch im Zweibitzähler 13 der Zählstand eins entsteht. Dies wird vom Vergleicher 16 erkannt und als Fehler gemeldet. Am Zählstand läßt sich bei einem Fehler erkennen, ob eine Störung am IGBT 1 oder am Impulsverstärker 3 vorliegt. Daher kann der Zählstand bei einer Störung zweckmäßigerweise auf einem nicht gezeichneten Display angezeigt werden.

Der Zählstand des Zählers 20 wird zweckmäßigerweise ebenfalls angezeigt und/oder ausgewertet, da er Hinweise auf Eigenschaften des IGBT 1 und Betriebszustände des Stromrichters gibt. Die Zeitdauer des Zählstands zwei hängt von der Schaltdauer ab, die wiederum bei IGBTs unterschiedlich lang ist. Der Wert für die Schaltzeit ist (bei bekanntem Strom) daher ein Hinweis auf die Baugröße des IGBT. Wird die vorgegebene Schaltzeit überschritten, dann deutet dies auf Fehler wie Überströme, Übertemperaturen oder Teildefekte des IGBT 1 hin.

Mit der oben beschriebenen Vorrichtung lassen sich folgende Vorteile erzielen:

• - Es wird kein weiteres Hilfsmittel zur Potentialtrennung benötigt.
• - Es muß keine Zeitmessung durchgeführt werden, da nur Impulsflanken ausgewertet werden müssen.
• - Die Laufzeiten der Hilfsmittel zur Potentialtrennung haben keinen Einfluß auf das Testergebnis.
• - Es kann zwischen mehreren Fehlerarten unterschieden werden (Teiberstufe defekt, IGBT defekt).
• - Ohne Einfluß von Laufzeiten kann eine Identifikation des IGBTs durchgeführt werden.

Der Zweibitzähler reicht für die Fehlerfeststellung aus, wenn bei einem Einschaltsignal für den IGBT ein dem Pegelwechsel oder -sprung am Kollektor des IGBT beim Übergang vom nichtleitenden in den leitenden Zustand entsprechendes Zählsignal, ein dem Pegelwechsel bzw. -sprung am Ende des Einschaltsignals an der Gate-Elektrode entsprechendes Zählsignal und ein dem Pegelwechsel am Kollektor des IGBT beim Übergang vom leitenden in den nichtleitenden Zustand entsprechendes Signal aufsummiert werden.

Die oben beschriebene Schaltung kann auch bei anderen gesteuerten Leistungshalbleiterbauelementen verwendet werden. An Stelle des IGBT kann ein MOS-Leistungsfeldeffekttransistor vorgesehen sein, dessen Drain-Elektrode an die Diode 8 angeschlossen ist, während die Steuerelektrode mit dem Widerstand 2 verbunden wird. Weiterhin ist es möglich, einen bipolaren Leistungstransistor mit der Schaltung zu überwachen, in dem der Kollektor an die Diode 8 und die Basis an den Widerstand 2 gelegt wird. Auch abschaltbare Thyristoren können mit der oben beschriebenen Anordnung überwacht werden. Derartige Thyristoren werden jeweils mit dem Gate an den Widerstand 2 und mit der Anode an die Diode 8 angeschlossen.

Claims (9)

1. Verfahren zum Überwachen des Ein- und Ausschaltens eines steuerbaren Leistungshalbleiterbauelements in einer leistungselektronischen Schaltung, wobei Steuersignale einer Gate-Elektrode galvanisch entkoppelt zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Ansteuerungssignal zur Einschaltung des Leistungshalbleiterbauelements aus Pegelwechseln des die Gate- Elektrode beaufschlagenden Signals (B) und den Pegelwechseln an einer Ausgangselektrode beim Umschalten des Leistungshalbleiterbauelements Zählsignale gebildet werden, die in einem ersten Zähler aufsummiert und mit einem der einwandfreien Arbeitsweise des Leistungshalbleiterbauelements zugeordneten, vorgegebenen Zählwert verglichen werden und daß bei einem Unterschied zwischen der Summe der Zählsignale und dem vorgegebenen Zählwert ein Fehler gemeldet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Ansteuersignal (A) ein dem Pegelwechsel an der Ausgangselektrode des Leistungshalbleiterbauelements vom nichtleitenden in den leitenden Zustand entsprechendes Zählsignal, ein dem Regelwechsel am Ende des einschaltenden Ansteuersignals an der Gate-Elektrode entsprechendes Zählsignal und ein dem Pegelwechsel an der Ausgangselektrode des Leistungshalbleiterbauelements beim Übergang vom leitenden in den nichtleitenden Zustand entsprechendes Zählsignal aufsummiert und mit dem Zählwert drei verglichen werden, wobei eine den Wert drei unterschreitende Summe die Fehlermeldung auslöst.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählstand nach dem Ende der Einschaltzeit des Leistungshalbleiterbauelements bei einem Zählstand eins oder zwei angezeigt und/oder als Hinweis auf einen Defekt des Impulsverstarkers oder des Leistungshalbleiterbauelements ausgewertet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Zählsignale von gleichbleibender Frequenz in einem weiteren Zähler während des Zählstands zwei im ersten Zähler aufsummiert werden und daß der Zählstand des weiteren Zählers mit vorgegebenen Werten für die Baugröße des jeweiligen Leistungshalbleiterbauelements und mit Werten, die Störungen zugeordnet sind, verglichen werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Exklusiv-Nor-Schaltung (7) eingangsseitig einerseits mit einem Ausgang eines Steuersignale für die Gate-Elektrode ausgebenden Impulsverstärkers (3) und andererseits über eine Diode (8) mit der Ausgangselektrode des Leistungshalbleiterbauelements verbunden ist, daß der Ausgang des Exklusiv-Nor-Glieds (7) galvanisch getrennt mit einem Eingang eines Exklusiv-Glieds (12) verbunden ist, dessen anderer Eingang mit einer Steuerung (6) verbunden ist, die Steuersignale galvanisch getrennt in den Impulsverstärker (3) einspeist und dessen Ausgang an den Zähleingang eines ersten Zählers (13) angeschlossen ist, der durch das von der Steuerung (6) ausgegebene Steuersignal zurücksetzbar ist, und daß die Ausgänge des Zählers über einen Zwischenspeicher (15) mit einem Vergleicher verbunden sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge (Q0, Q1) des Zählers (13) an ein zusätzlich von einer Zählimpulsfolge von gleichbleibender Frequenz beaufschlagtes UND-Glied (17) angeschlossen sind, dessen Ausgang mit dem Zähleingang eines weiteren Zählers (20) verbunden ist, der von dem durch die Steuerung (6) erzeugten Signal zurücksetzbar und ausgangsseitig an einen Zwischenspeicher (21) angeschlossen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Steuerung (6) erzeugte Signal (A) für den Impulsverstärker (3) zusätzlich einem Impulsformer (14) zuführbar ist, dessen Ausgang mit den Rücksetzeingängen des als Zweibitzähler ausgebildeten ersten Zählers (13) und des weiteren Zählers (20) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das gesteuerte Leistungshalbleiterbauelement ein bipolarer Leistungstransistor mit integrierter MOSFET-Ansteuerung ist und daß die Ausgangselektrode der Kollektor des Leistungstransistors ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungshalbleiterbauelement ein MOS- Leistungsfeldeffekttransistor ist, und daß die Ausgangselektrode die Drain-Elektrode des Leistungsfeldeffekttransistors ist.