EP4035268A1 - Circuit arrangement for controlling a plurality of semiconductor switches connected in parallel - Google Patents

Circuit arrangement for controlling a plurality of semiconductor switches connected in parallel

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Publication number
EP4035268A1
EP4035268A1 EP20764369.3A EP20764369A EP4035268A1 EP 4035268 A1 EP4035268 A1 EP 4035268A1 EP 20764369 A EP20764369 A EP 20764369A EP 4035268 A1 EP4035268 A1 EP 4035268A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
connection
control
switch
circuit
arrangement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20764369.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Calin Purcarea
Tobias Richter
Matthias Boesing
Tim Bruckhaus
Daniel Schweiker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4035268A1 publication Critical patent/EP4035268A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/081Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/0812Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit
    • H03K17/08122Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit in field-effect transistor switches
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/12Modifications for increasing the maximum permissible switched current
    • H03K17/122Modifications for increasing the maximum permissible switched current in field-effect transistor switches
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0027Measuring means of, e.g. currents through or voltages across the switch

Definitions

  • the present invention relates to a circuit arrangement for controlling a plurality of semiconductor switches connected in parallel, an arrangement with several semiconductor switches connected in parallel and such a circuit arrangement and a use of such a circuit arrangement.
  • gate driver ICs integrated circuits
  • a so-called booster unit can be used as part of the gate driver IC or in addition to generate such high control currents.
  • converters connected in parallel for example in the form of bridge circuits (e.g. so-called B6 bridge), can be used to convert either an AC voltage generated by the electrical machine into a DC voltage or a DC voltage for operation to convert an electrical machine into an alternating voltage. Then the converter is referred to as a rectifier or an inverter.
  • the converters include also, for example, frequency converters to convert an alternating voltage into an alternating voltage with a different frequency.
  • the serially connected semiconductor switch in the half-bridge should be disconnected and a safe state, e.g. an active short circuit, in which all semiconductor switches on one side (low side or high side, expediently the side with the defective semiconductor switch) should be are closed or switched to conduct.
  • a safe state e.g. an active short circuit, in which all semiconductor switches on one side (low side or high side, expediently the side with the defective semiconductor switch) should be are closed or switched to conduct.
  • a voltage supply e.g. via the booster unit, can be short-circuited in such a circuit arrangement.
  • this also couples to the gate driver supply of a semiconductor switch on the same side of the bridge circuit, i.e. high side or low side, and also short-circuits it, which prevents the active short circuit from being set.
  • the invention relates to a circuit arrangement for controlling several, ie two or more parallel-connected semiconductor switches, in particular power semiconductors such as MOSFETs or IGBTs.
  • the circuit arrangement has a switch-on connection and a switch-off connection, as well as a plurality of control connections which are each provided for connection to a control connection, in particular a gate connection or a gate, of one of the several semiconductor switches.
  • the switch-on connection is understood to mean a connection for a potential which switches the semiconductor switch to the conductive state
  • the switch-off connection is understood to be a connection with a potential that switches the semiconductor switch to a blocking state.
  • the switch-on connection and the switch-off connection are typically connected to a so-called gate driver, possibly with a suitable booster unit interposed, which make the mentioned potentials available.
  • the switch-on connection and the switch-off connection are each connected to each of the multiple control connections, i.e. the corresponding control connections are connected in parallel and the corresponding semiconductor switches or their gates can be controlled in parallel.
  • a path between the switch-on connection and the control connection this is typically referred to as a switch-on path
  • a switch-off path in the case of a path between the switch-off connection and the control connection.
  • an isolating switch is now also provided between the switch-on connection and at least one of the plurality of control connections.
  • a circuit breaker is provided between the switching connection and each of the control connections.
  • the circuit arrangement has at least one detection and control arrangement which is set up to detect a current flow into or out of the at least one of the control connections - for example via a voltage drop across a resistor in the control path - and if a short circuit is detected or . can be closed to a short circuit - to trigger the disconnector to open it.
  • a short circuit On the basis of the current flow in the control path, a short circuit can in particular be detected when the current flow exceeds a predetermined threshold value for at least a predetermined period of time. It should be noted here that a high current can flow into or out of the control connection even during regular operation, but then only for a short time. A longer lasting, high current, however, suggests a short circuit. This can be implemented, for example, by using a low-pass filter in front of a comparator, by means of which short-term high currents are masked out.
  • the current flow only has to exceed or fall below a threshold value, based on the input differential voltage of the comparator.
  • the at least one detection and control arrangement has a detection unit and a control unit, the detection unit being set up to detect the flow of current into or out of the corresponding control connection, and the control unit being set up to control the to control the corresponding isolating switch to open it when a short circuit at the control connection has been detected (possibly by means of the detection unit). In the case of several detection and control arrangements, this applies accordingly to each of them.
  • a diode is preferably also provided between the switch-off connection and the at least one of the drive connections, the direction of which is in the direction of the switch-off connection. It is also useful here if between see the switch-off connection and each of the control connections such a diode is provided. In this way, the multiple control connections or the gates of the corresponding semiconductor switches can be locked against one another.
  • the invention also relates to an arrangement with a plurality of semiconductor switches connected in parallel and with a circuit arrangement according to the invention, the control terminals of the circuit arrangement being each connected to a control terminal of one of the plurality of semiconductor switches.
  • the plurality of semiconductor switches connected in parallel are preferably designed to be at least part of a converter, for example a bridge circuit.
  • Such an arrangement can, for example, be part of power electronics for controlling an electrical machine.
  • the subject of the inven tion is also power electronics with such an arrangement, for example a bridge circuit, a power converter, an inverter, etc.
  • the invention furthermore relates to the use of a circuit arrangement according to the invention for controlling a plurality of semiconductor switches connected in parallel, with the detection and control arrangement being used to detect a current flow into or out of the at least one of the control connections and, if the current flow exceeds a predetermined threshold value, the disconnector is triggered to open.
  • Figure 1 shows schematically an arrangement according to the invention in a preferred embodiment for controlling an electrical machine.
  • Figure 2 shows schematically part of a circuit arrangement according to the invention in a preferred embodiment.
  • Figure 3 shows schematically part of a circuit arrangement according to the invention in a further preferred embodiment.
  • Figure 4 shows schematically a further part of a circuit arrangement according to the invention in a preferred embodiment.
  • Figure 5 shows schematically a further part of a circuit arrangement according to the invention in a preferred embodiment.
  • FIG. 1 an arrangement according to the invention in a preferred embodiment for controlling an electrical machine 100 is shown schematically.
  • the arrangement here comprises a circuit arrangement 200, which is only indicated here and is explained in more detail with reference to the following figures, as well as a power converter 110 embodied as a so-called B6 bridge by way of example.
  • the converter 110 has two DC voltage connections 131, 132, which are connected in the usual way, in addition to a capacitor, with, for example, six semiconductor switches 120, for example MOSFETs. A phase of the electrical machine 100 is connected between each two of the semiconductor switches 120.
  • Each of the semiconductor switches 120 has a drain connection 121, a source connection 122 and a control connection or gate connection 123.
  • the semiconductor switches 120 are each constructed in the same way.
  • the individual semiconductor switches 120 are now controlled in a suitable manner for opening or closing.
  • the circuit arrangement 200 is used, which is connected to the corresponding Control connections 123 is connected.
  • one switch is always closed and the other is open for each branch, for example.
  • part of a circuit arrangement 200 is shown schematically in a preferred embodiment for controlling several, here two, semiconductor switches connected in parallel.
  • the circuit arrangement 200 has a switch-on connection 213 and a switch-off connection 214 for connection to suitable switching potentials, which are provided here, for example, by a booster unit 210, which in turn has a positive supply connection 211 and a negative supply connection 212 for connection to a gate driver.
  • the booster unit 210 can be part of the gate driver, or the booster unit 210 is preceded by the gate driver.
  • the switch-on connection 213 and the switch-off connection 214 are each connected to two control connections 220, for example.
  • Each of the control connections 220 is provided to be connected to a corresponding connection or gate connection 123 of a semiconductor switch, such as a semiconductor switch 120 according to FIG. 1.
  • the semiconductor switches are controlled in parallel in this way, for example to control two B6 bridges in parallel.
  • connection between the switch-on terminal 213 and an Anticianan circuit 220 defines a switch-on path, ie the gate of the semiconductor switch can thus be placed on a potential that turns the semiconductor switch on, and the connection between the switch-off terminal 214 and the drive terminal 220 defines a Switch-off path, ie the gate of the semiconductor switch can thus be placed on a potential which switches the semiconductor switch to a blocking state.
  • a switch-on resistor R on is provided in the switch-on path or between switch-on connection 213 and control connection 220
  • a switch- off resistor R 0ff is provided in the switch-off path or between switch-off connection 214 and control connection 220.
  • a disconnection switch 230 for example a MOSFET, is provided in each switch-on path, ie between switch-on connection 213 and control connection 220, by means of which control connection 220 can be disconnected from switch-on connection 213.
  • Each isolating switch 230 has a control connection or gate connection 231 to which a control unit 260 is connected, which is only indicated schematically here.
  • This control unit 260 is in turn connected to a detection unit 280, which is used to detect a short circuit and is also only indicated schematically.
  • control unit 260 and the detection unit 280 which together form a detection and control unit, are explained in more detail with reference to the following figures.
  • FIG. 3 a part of a circuit arrangement 200 'according to the invention is shown schematically in a further preferred embodiment.
  • the basic principle of the circuit arrangement 200 ' corresponds to the circuit arrangement 200 according to FIG. 2, so that in this respect reference can also be made to the description there.
  • only one control connection 220 is shown as an example, a capacitor 232 being provided between the switch-on connection 213 and a control connection 231 of the isolating switch 230. This prevents the isolating switch 230 from being inadvertently switched off in the event of a pulsed operation of the booster unit 210 during an off phase.
  • a plurality of such circuit arrangements 200 ′ must accordingly be connected to the switch-on connection 213 and the switch-off connection 214.
  • the resistor connected in parallel to the capacitor 232 ensures a defined potential at the gate of the isolating switch 230 when the circuit is started up, as well as a safe blocking state.
  • the isolating switch 230 is installed in series with the switch- on resistor R on (here several resistors are connected in parallel to increase the current-carrying capacity), by means of which a defective semiconductor switch can be disconnected in the event of a fault.
  • a so-called charge pump can be generated with a diode 262 (see FIG. 4) in the control unit, which enables voltages at the control connection 231 below the negative supply voltage (see connection 212) and thus the channel of the isolating switch 230 in cyclic operation even when the supply voltage is negative Keeps voltage at control connection 220 closed.
  • the gate of the semiconductor switch to be decoupled is discharged via the switch-off resistor R 0f r (here several resistors are connected in parallel to increase the current-carrying capacity) and the diode 235.
  • the diode 235 also serves to transfer a cross current from a still functioning semiconductor switch to the parallel, but to prevent a defective semiconductor switch or its gate path via the switch-off resistors.
  • FIG. 4 a further part of a circuit arrangement according to the invention is shown schematically in a preferred embodiment, namely a control unit 260, as can be used, for example, in the circuit arrangement 200 according to FIG. 2 or the circuit arrangement 200 'according to FIG.
  • the input of the control unit (connection to detection unit 280) is at low potential, and thus semiconductor switch 261, for example a MOSFET, is permanently switched on or conductive.
  • ground potential is applied to the gate or control connection 231 of the isolating switch, which is why this is activated when the booster unit is switched on.
  • the diode 262 prevents a capacitance of the control connection 231 from being discharged via the control unit or the control circuit when the booster unit is switched on and off cyclically in the cyclic operation.
  • the input of the control unit is at high potential and the semiconductor switch 261 is switched off and the semiconductor switch 263 264, for example transistors, are switched on or conductive.
  • the control connection 231 or the gate of the isolating switch is quickly charged to the potential of the switch-on output 213 of the booster unit.
  • the isolating switch 230 is thus opened and the defective semiconductor switch is decoupled.
  • FIG. 5 a further part of a circuit arrangement according to the invention is shown schematically in a preferred embodiment, namely a detection unit 280, as it is, for example, in the circuit arrangement 200 according to FIG. 2, the circuit arrangement 200 'according to FIG. 3 or with the control unit 260 according to FIG 4 can be used.
  • a current flow into or out of the gate is monitored, here by means of a voltage drop across the switch- on resistor R on (see FIGS. 2 and 3) via the connections 216 and 220 compared with a reference value or threshold value.
  • Targeted switching operations of the semiconductor switch can be masked out by means of a low-pass filter, ie a (with under high) current flow during a (regular) switching operation is not taken into account or not recognized as a short circuit in order to prevent false tripping.
  • a recognized error state i.e. when the voltage drop exceeds the reference value or threshold value at the comparator, can be locked ("spawned” or so-called “latch function") by feeding back the output signal of the comparator via the diode 282 and the resistor 283, ie the control unit 260 can permanently receive a corresponding signal or a corresponding voltage level in order to open the circuit breaker.
  • the reference value or threshold value can be selected in such a way that when it is exceeded it can be assumed that a short circuit is present.
  • Each semiconductor switch preferably has a separate detection unit for its switch-on resistance.
  • the two resistors at the left connection 211 and the connection 212 are used, for example, to set a response threshold based on a differential voltage at the input of the comparator 281.
  • the transistor 284 with the two upstream resistors is used to amplify the output power of the comparator 281.

Abstract

The invention relates to a circuit arrangement (200) for controlling a plurality of semiconductor switches connected in parallel, having an activation connection (213) and a deactivation connection (214), and having a plurality of control connections (220), each provided for connection to a control connection (123) of one of the plurality of semiconductor switches, wherein the activation connection (213) and the deactivation connection (214) are each connected to each of the plurality of control connections (220), and wherein a circuit breaker (230) is provided between the activation connection (213) and at least one of the control connections (220), furthermore having at least one detection and control arrangement which is designed to detect a current flow in the at least one of the control connections (220) and, if a short-circuit is detected on the basis of the current flow, to control the circuit breaker (230) to open.

Description

Beschreibung description
Titel title
Schaltungsanordnung zum Ansteuern von mehreren parallel geschalteten Halb leiterschaltern Circuit arrangement for controlling several semiconductor switches connected in parallel
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern von mehreren parallel geschalteten Halbleiterschaltern, eine Anordnung mit mehre ren, parallel geschalteten Halbleiterschaltern und einer solchen Schaltungsan ordnung sowie eine Verwendung einer solchen Schaltungsanordnung. The present invention relates to a circuit arrangement for controlling a plurality of semiconductor switches connected in parallel, an arrangement with several semiconductor switches connected in parallel and such a circuit arrangement and a use of such a circuit arrangement.
Stand der Technik State of the art
Zum Ansteuern (bzw. Ein- und Ausschalten) von Halbleiterschaltern können spe zielle Schaltungsanordnungen, sog. Gate-Treiber-ICs (integrierte Schaltungen) eingesetzt werden. Abhängig von der Leistungsfähigkeit der anzusteuernden Halbleiterschalter sind teilweise auch große Ansteuerströme, beispielsweise im zweistelligen Ampere-Bereich, nötig. Zur Erzeugung solch hoher Ansteuerströme kann beispielsweise eine sog. Boostereinheit als Teil des Gate-Treiber-ICs oder zusätzlich eingesetzt werden. Special circuit arrangements, so-called gate driver ICs (integrated circuits) can be used to control (or switch on and off) semiconductor switches. Depending on the performance of the semiconductor switches to be controlled, large control currents, for example in the double-digit ampere range, are sometimes necessary. A so-called booster unit, for example, can be used as part of the gate driver IC or in addition to generate such high control currents.
Bei Hochleistungsanwendungen müssen teilweise auch mehrere Halbleiterschal ter parallel geschaltet werden, um die geforderte Stromtragfähigkeit bereitzustel len. Beispielsweise bei einem Betrieb von elektrischen Maschinen können paral lel geschaltete Stromrichter, beispielsweise in Form von Brückenschaltungen (z.B. sog. B6-Brücke), verwendet werden, um entweder eine von der elektrischen Maschine erzeugte Wechselspannung in eine Gleichspannung zu wandeln oder eine Gleichspannung für den Betrieb einer elektrischen Maschine in eine Wech selspannung zu wandeln. Dann wird bei dem Stromrichter von einem Gleichrich ter bzw. von einem Wechselrichter gesprochen. Zu den Stromrichtern gehören ebenso beispielsweise Frequenzumrichter, um eine Wechselspannung in eine Wechselspannung mit anderer Frequenz zu wandeln. In high-performance applications, several semiconductor switches sometimes have to be connected in parallel in order to provide the required current-carrying capacity. For example, when operating electrical machines, converters connected in parallel, for example in the form of bridge circuits (e.g. so-called B6 bridge), can be used to convert either an AC voltage generated by the electrical machine into a DC voltage or a DC voltage for operation to convert an electrical machine into an alternating voltage. Then the converter is referred to as a rectifier or an inverter. The converters include also, for example, frequency converters to convert an alternating voltage into an alternating voltage with a different frequency.
Hier kann es nun Vorkommen, dass ein einzelner Halbleiterschalter einen Ausfall erleidet, was typischerweise mit einem Kurzschluss in der Halbbrücke einher geht, wenn der seriell verschaltete Halbleiterschalter in der Halbbrücke leitend geschalt ist oder wird. Dies kann, in letzter Konsequenz, zu einem Brand in einer entsprechenden Leistungselektronik oder zum Stellen eines ungewünschten Moments einer elektrischen Maschine führen. Here it can happen that a single semiconductor switch suffers a failure, which is typically associated with a short circuit in the half-bridge when the series-connected semiconductor switch in the half-bridge is or is switched to be conductive. Ultimately, this can lead to a fire in the corresponding power electronics or to an undesired torque setting in an electrical machine.
Um dies zu vermeiden, sollte der seriell verschaltete Halbleiterschalter in der Halbbrücke aufgetrennt werden und es sollte ein sicherer Zustand, z.B. ein akti ver Kurzschluss, bei dem alle Halbleiterschalter einer Seite (low side oder high side, zweckmäßigerweise der Seite mit dem defekten Halleiterschalter) ge schlossen bzw. leitend geschaltet werden, hergestellt werden. To avoid this, the serially connected semiconductor switch in the half-bridge should be disconnected and a safe state, e.g. an active short circuit, in which all semiconductor switches on one side (low side or high side, expediently the side with the defective semiconductor switch) should be are closed or switched to conduct.
Tritt dabei auch ein Kurzschluss am Gate des defekten Halbleiterschalters auf, so kann jedoch in einer solchen Schaltungsanordnung eine Spannungsversor gung z.B. über die Booster-Einheit kurzgeschlossen werden. Je nach Versor gungskonzept koppelt dies auch auf die Gatetreiberversorgung eines Halbleiter schalters auf der gleichen Seite der Brückenschaltung, also high side oder low side, über und schließt auch diesen kurz, was ein Stellen des aktiven Kurz schlusses verhindert. If a short circuit also occurs at the gate of the defective semiconductor switch, however, a voltage supply, e.g. via the booster unit, can be short-circuited in such a circuit arrangement. Depending on the supply concept, this also couples to the gate driver supply of a semiconductor switch on the same side of the bridge circuit, i.e. high side or low side, and also short-circuits it, which prevents the active short circuit from being set.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Erfindungsgemäß werden eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern von mehre ren parallel geschalteten Halbleiterschaltern, eine Anordnung mit mehreren, pa rallel geschalteten Halbleiterschaltern und mit einer solchen Schaltungsanord nung sowie eine Verwendung einer solchen Schaltungsanordnung zum Ansteu ern mehrerer parallel geschalteter Halbleiterschalter mit den Merkmalen der un abhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern von mehreren, d.h. zwei oder mehr parallel geschalteten Halbleiterschaltern, insbesondere Leis tungs-Halbleiter wie beispielsweise MOSFETs oder IGBTs. Die Schaltungsan ordnung weist einen Einschaltanschluss und einen Ausschaltanschluss auf, so wie mehrere Ansteueranschlüsse, die jeweils zum Anschluss an einen Ansteuer anschluss, insbesondere einen Gateanschluss bzw. ein Gate, eines der mehre ren Halbleiterschalter vorgesehen sind. Unter dem Einschaltanschluss wird dabei ein Anschluss für ein Potential, welches den Halbleiterschalter leitend schaltet, und unter dem Ausschaltanschluss ein Anschluss mit einem Potential, welches den Halbleiterschalter sperrend schaltet, verstanden. Der Einschaltanschluss und der Ausschaltanschluss werden bei Verwendung typischerweise an einen sog. Gate-Treiber- ggf. unter Zwischenschaltung einer geeigneten Boostereinheit - angeschlossen, die die erwähnten Potentiale zur Verfügung stellen. According to the invention, a circuit arrangement for controlling several semiconductor switches connected in parallel, an arrangement with several semiconductor switches connected in parallel and with such a circuit arrangement and the use of such a circuit arrangement for controlling several semiconductor switches connected in parallel are proposed with the features of the independent claims. Advantageous refinements are the subject matter of the subclaims and the description below. The invention relates to a circuit arrangement for controlling several, ie two or more parallel-connected semiconductor switches, in particular power semiconductors such as MOSFETs or IGBTs. The circuit arrangement has a switch-on connection and a switch-off connection, as well as a plurality of control connections which are each provided for connection to a control connection, in particular a gate connection or a gate, of one of the several semiconductor switches. The switch-on connection is understood to mean a connection for a potential which switches the semiconductor switch to the conductive state, and the switch-off connection is understood to be a connection with a potential that switches the semiconductor switch to a blocking state. When used, the switch-on connection and the switch-off connection are typically connected to a so-called gate driver, possibly with a suitable booster unit interposed, which make the mentioned potentials available.
Der Einschaltanschluss und der Ausschaltanschluss sind dabei jeweils mit jedem der mehreren Ansteueranschlüsse verbunden, d.h. die entsprechenden Ansteu eranschlüsse sind parallel geschaltet und die entsprechenden Halbleiterschalter bzw. deren Gates können parallel angesteuert werden. Bei einem Pfad zwischen Einschaltanschluss und Ansteueranschluss wird dabei typischerweise von einem Einschaltpfad, und bei einem Pfad zwischen Ausschaltanschluss und Ansteuer anschluss von einem Ausschaltpfad gesprochen. The switch-on connection and the switch-off connection are each connected to each of the multiple control connections, i.e. the corresponding control connections are connected in parallel and the corresponding semiconductor switches or their gates can be controlled in parallel. In the case of a path between the switch-on connection and the control connection, this is typically referred to as a switch-on path, and in the case of a path between the switch-off connection and the control connection, a switch-off path.
Bei der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung ist nun weiterhin zwischen dem Einschaltanschluss und wenigstens einem der mehreren Ansteueranschlüsse ein Trennschalter vorgesehen. Bevorzugt ist dabei aber, wenn zwischen dem Ein schaltanschluss und jedem der Ansteueranschlüsse jeweils ein Trennschalter vorgesehen ist. Zudem weist die Schaltungsanordnung wenigstens eine Detekti- ons- und Ansteueranordnung auf, die dazu eingerichtet ist, einen Stromfluss in bzw. aus dem wenigstens einen der Ansteueranschlüsse - beispielsweise über einen Spannungsabfall an einem Widerstand im Ansteuerpfad - zu erfassen und wenn ein Kurzschluss erkannt wird bzw. auf einen Kurzschluss geschlossen werden kann - den Trennschalter zum Öffnen anzusteuern. Auch hier ist es vor teilhaft, im Falle mehrere solcher Trennschalter für jeden Trennschalter eine sol che Detektions- und Ansteueranordnung vorzusehen. Anhand des Stromflusses im Ansteuerpfad kann insbesondere dann ein Kurz schluss erkannt werden, wenn der Stromfluss für wenigstens eine vorgegebene Zeitdauer einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Hierbei ist nämlich zu beachten, dass in den oder aus dem Ansteueranschluss auch bei regulärem Be trieb ein hoher Strom fließen kann, dann aber nur kurzzeitig. Ein länger andau ernder, hoher Strom hingegen lässt auf einen Kurschluss schließen. Dies kann beispielsweise durch Verwendung eines Tiefpassfilters vor einem Komparator umgesetzt werden, durch den kurzzeitige hohe Ströme ausgeblendet werden.In the proposed circuit arrangement, an isolating switch is now also provided between the switch-on connection and at least one of the plurality of control connections. In this case, however, it is preferred if a circuit breaker is provided between the switching connection and each of the control connections. In addition, the circuit arrangement has at least one detection and control arrangement which is set up to detect a current flow into or out of the at least one of the control connections - for example via a voltage drop across a resistor in the control path - and if a short circuit is detected or . can be closed to a short circuit - to trigger the disconnector to open it. Here, too, it is advantageous to provide such a detection and control arrangement for each circuit breaker in the case of several such disconnectors. On the basis of the current flow in the control path, a short circuit can in particular be detected when the current flow exceeds a predetermined threshold value for at least a predetermined period of time. It should be noted here that a high current can flow into or out of the control connection even during regular operation, but then only for a short time. A longer lasting, high current, however, suggests a short circuit. This can be implemented, for example, by using a low-pass filter in front of a comparator, by means of which short-term high currents are masked out.
Am Komparator selbst muss dann nur durch den Stromfluss ein Schwellwert, be zogen auf die Eingangsdifferenzspannung des Komparators, über- oder unter schritten werden. At the comparator itself, the current flow only has to exceed or fall below a threshold value, based on the input differential voltage of the comparator.
Zweckmäßig ist es hierbei, wenn die wenigstens eine Detektions- und Ansteuer anordnung eine Detektionseinheit und eine Ansteuereinheit aufweist, wobei die Detektionseinheit dazu eingerichtet ist, den Stromfluss in bzw. aus dem entspre chenden Ansteueranschluss zu erfassen, und wobei die Ansteuereinheit dazu eingerichtet ist, den entsprechenden Trennschalter zum Öffnen anzusteuern, wenn (ggf. mittels der Detektionseinheit) ein Kurzschluss am Ansteueranschluss erkannt worden ist. Im Falle mehrere Detektions- und Ansteueranordnungen gilt dies entsprechend für jede davon. It is useful here if the at least one detection and control arrangement has a detection unit and a control unit, the detection unit being set up to detect the flow of current into or out of the corresponding control connection, and the control unit being set up to control the to control the corresponding isolating switch to open it when a short circuit at the control connection has been detected (possibly by means of the detection unit). In the case of several detection and control arrangements, this applies accordingly to each of them.
Auf diese Weise wird eine Möglichkeit bereitgestellt, den defekten Halbleiter schalter bzw. einen entsprechenden Chip oder ein entsprechendes Modul (je nach Art der Aufteilung der Gatesignale) abzukoppeln. So wird ein Übersprechen auf einen benachbarten Halbleiterschalter verhindert, und nach wie vor intakte Halbleiterschalter können weiterhin angesteuert werden, um einen aufgrund des aktiven Kurzschlusses fließenden Strom zu verteilen und die Belastung der Auf bau- und Verbindungstechnik, insbesondere der Bonddrähte, weitestgehend zu minimieren und einen Brand o.ä. zu verhindern. In this way, a possibility is provided to decouple the defective semiconductor switch or a corresponding chip or a corresponding module (depending on the type of division of the gate signals). This prevents crosstalk to an adjacent semiconductor switch, and semiconductor switches that are still intact can continue to be controlled in order to distribute a current flowing due to the active short circuit and to minimize the load on the construction and connection technology, in particular the bonding wires, as far as possible and a To prevent fire or the like.
Vorzugsweise ist auch zwischen dem Ausschaltanschluss und dem wenigstens einen der Ansteueranschlüsse eine Diode vorgesehen, deren Durchlassrichtung in Richtung des Ausschaltanschlusses ist. Zweckmäßig ist auch hier, wenn zwi- sehen dem Ausschaltanschluss und jedem der Ansteueranschlüsse jeweils eine solche Diode vorgesehen ist. Damit können die mehreren Ansteueranschlüsse bzw. die Gates der entsprechenden Halbleiterschalter gegeneinander verriegelt werden. A diode is preferably also provided between the switch-off connection and the at least one of the drive connections, the direction of which is in the direction of the switch-off connection. It is also useful here if between see the switch-off connection and each of the control connections such a diode is provided. In this way, the multiple control connections or the gates of the corresponding semiconductor switches can be locked against one another.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Anordnung mit mehreren parallel geschalteten Halbleiterschaltern und mit einer erfindungsgemäßen Schaltungs anordnung, wobei die Ansteueranschlüsse der Schaltungsanordnung jeweils mit einem Ansteueranschluss eines der mehreren Halbleiterschalter verbunden sind. Die mehreren parallel geschalteten Halbleiterschalter sind dabei bevorzugt zu mindest als Teil eines Stromrichters ausgebildet, beispielsweise einer Brücken schaltung. Eine solche Anordnung kann beispielsweise Teil einer Leistungselekt ronik zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine sein. Gegenstand der Erfin dung ist weiterhin eine Leistungselektronik mit einer solchen Anordnung, bei spielsweise eine Brückenschaltung, ein Stromrichter, ein Inverter usw. The invention also relates to an arrangement with a plurality of semiconductor switches connected in parallel and with a circuit arrangement according to the invention, the control terminals of the circuit arrangement being each connected to a control terminal of one of the plurality of semiconductor switches. The plurality of semiconductor switches connected in parallel are preferably designed to be at least part of a converter, for example a bridge circuit. Such an arrangement can, for example, be part of power electronics for controlling an electrical machine. The subject of the inven tion is also power electronics with such an arrangement, for example a bridge circuit, a power converter, an inverter, etc.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Verwendung einer erfindungsgemä ßen Schaltungsanordnung zum Ansteuern mehrerer parallel geschalteter Halb leiterschalter, wobei mittels der Detektions- und Ansteueranordnung ein Strom fluss in bzw. aus dem wenigstens einen der Ansteueranschlüsse erfasst wird und, wenn der Stromfluss einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, der Trennschalter zum Öffnen angesteuert wird. The invention furthermore relates to the use of a circuit arrangement according to the invention for controlling a plurality of semiconductor switches connected in parallel, with the detection and control arrangement being used to detect a current flow into or out of the at least one of the control connections and, if the current flow exceeds a predetermined threshold value, the disconnector is triggered to open.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Be schreibung und der beiliegenden Zeichnung. Further advantages and embodiments of the invention emerge from the description and the accompanying drawings.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schema tisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. The invention is illustrated schematically using an exemplary embodiment in the drawing and is described below with reference to the drawing.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Figur 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung in einer bevorzug ten Ausführungsform zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine. Figur 2 zeigt schematisch einen Teil einer erfindungsgemäßen Schaltungsan ordnung in einer bevorzugten Ausführungsform. Figure 1 shows schematically an arrangement according to the invention in a preferred embodiment for controlling an electrical machine. Figure 2 shows schematically part of a circuit arrangement according to the invention in a preferred embodiment.
Figur 3 zeigt schematisch einen Teil einer erfindungsgemäßen Schaltungsan ordnung in einerweiteren bevorzugten Ausführungsform. Figure 3 shows schematically part of a circuit arrangement according to the invention in a further preferred embodiment.
Figur 4 zeigt schematisch einen weiteren Teil einer erfindungsgemäßen Schal tungsanordnung in einer bevorzugten Ausführungsform. Figure 4 shows schematically a further part of a circuit arrangement according to the invention in a preferred embodiment.
Figur 5 zeigt schematisch einen weiteren Teil einer erfindungsgemäßen Schal tungsanordnung in einer bevorzugten Ausführungsform. Figure 5 shows schematically a further part of a circuit arrangement according to the invention in a preferred embodiment.
Ausführungsform(en) der Erfindung Embodiment (s) of the invention
In Figur 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung in einer bevorzug ten Ausführungsform zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine 100 darge stellt. Die Anordnung umfasst hierbei eine Schaltungsanordnung 200, die hier nur angedeutet ist und in Bezug auf die nachfolgenden Figuren näher erläutert wird, sowie einen beispielhaft als sog. B6-Brücke ausgebildeten Stromrichter 110. In Figure 1, an arrangement according to the invention in a preferred embodiment for controlling an electrical machine 100 is shown schematically. The arrangement here comprises a circuit arrangement 200, which is only indicated here and is explained in more detail with reference to the following figures, as well as a power converter 110 embodied as a so-called B6 bridge by way of example.
Der Stromrichter 110 weist zwei Gleichspannungsanschlüsse 131, 132 auf, die auf übliche Weise, neben einem Kondensator, mit beispielhaft sechs Halbleiter schaltern 120, beispielsweise MOSFETs, verbunden sind. Zwischen jeweils zwei der Halbleiterschalter 120 ist eine Phase der elektrischen Maschine 100 ange bunden. The converter 110 has two DC voltage connections 131, 132, which are connected in the usual way, in addition to a capacitor, with, for example, six semiconductor switches 120, for example MOSFETs. A phase of the electrical machine 100 is connected between each two of the semiconductor switches 120.
Jeder der Halbleiterschalter 120 weist einen Drain-Anschluss 121, einen Source- Anschluss 122 sowie einen Ansteueranschluss bzw. Gateanschluss 123 auf. Die Halbleiterschalter 120 sind dabei jeweils gleichartig aufgebaut. Each of the semiconductor switches 120 has a drain connection 121, a source connection 122 and a control connection or gate connection 123. The semiconductor switches 120 are each constructed in the same way.
Während eines Betriebs des Stromrichters 110 werden die einzelnen Halbleiter schalter 120 nun auf geeignete Weise zum Öffnen bzw. Schließen angesteuert. Hierzu wird die Schaltungsanordnung 200 verwendet, die an die entsprechenden Ansteueranschlüsse 123 angebunden ist. Bei einer üblichen Ansteuerung ist bei spielsweise immer je Zweig ein Schalter geschlossen und der andere geöffnet. During operation of the converter 110, the individual semiconductor switches 120 are now controlled in a suitable manner for opening or closing. For this purpose, the circuit arrangement 200 is used, which is connected to the corresponding Control connections 123 is connected. In the case of a conventional control, one switch is always closed and the other is open for each branch, for example.
In Figur 2 ist schematisch ein Teil einer erfindungsgemäßen Schaltungsanord nung 200 in einer bevorzugten Ausführungsform zur Ansteuerung von mehreren, hier zwei parallel geschalteten Halbleiterschaltern gezeigt. Die Schaltungsanord nung 200 weist einen Einschaltanschluss 213 und einen Ausschaltanschluss 214 zur Verbindung mit geeigneten Schaltpotentialen auf, die hier beispielsweise von einer Boostereinheit 210 bereitgestellt werden, die wiederum einen positiven Versorgungsanschluss 211 und einen negativen Versorgungsanschluss 212 zur Verbindung mit einem Gate-Treiber aufweist. Die Boostereinheit 210 kann Teil des Gate-Treibers sein, oder der Boostereinheit 210 ist der Gate-Treiber vorge schaltet. In FIG. 2, part of a circuit arrangement 200 according to the invention is shown schematically in a preferred embodiment for controlling several, here two, semiconductor switches connected in parallel. The circuit arrangement 200 has a switch-on connection 213 and a switch-off connection 214 for connection to suitable switching potentials, which are provided here, for example, by a booster unit 210, which in turn has a positive supply connection 211 and a negative supply connection 212 for connection to a gate driver. The booster unit 210 can be part of the gate driver, or the booster unit 210 is preceded by the gate driver.
Der Einschaltanschluss 213 und der Ausschaltanschluss 214 sind dabei jeweils mit beispielhaft zwei Ansteueranschlüssen 220 verbunden. Jeder der Ansteuer anschlüsse 220 ist dabei dazu vorgesehen, mit einem entsprechenden An schluss bzw. Gateanschluss 123 eines Halbleiterschalters, wie beispielsweise eines Halbleiterschalters 120 gemäß Figur 1 verbunden zu werden. Die Halb leiterschalter werden auf diese Weise parallel angesteuert, beispielsweise zum parallelen Ansteuern von zwei B6-Brücken. The switch-on connection 213 and the switch-off connection 214 are each connected to two control connections 220, for example. Each of the control connections 220 is provided to be connected to a corresponding connection or gate connection 123 of a semiconductor switch, such as a semiconductor switch 120 according to FIG. 1. The semiconductor switches are controlled in parallel in this way, for example to control two B6 bridges in parallel.
Die Verbindung zwischen dem Einschaltanschluss 213 und einem Ansteueran schluss 220 definiert dabei einen Einschaltpfad, d.h. das Gate des Halbleiter schalters kann damit auf ein Potential gelegt werden, welches den Halbleiter schalter leitend schaltet, und die Verbindung zwischen dem Ausschaltanschluss 214 und dem Ansteueranschluss 220 definiert einen Ausschaltpfad, d.h. das Ga te des Halbleiterschalters kann damit auf ein Potential gelegt werden, welches den Halbleiterschalter sperrend schaltet. The connection between the switch-on terminal 213 and an Ansteueran circuit 220 defines a switch-on path, ie the gate of the semiconductor switch can thus be placed on a potential that turns the semiconductor switch on, and the connection between the switch-off terminal 214 and the drive terminal 220 defines a Switch-off path, ie the gate of the semiconductor switch can thus be placed on a potential which switches the semiconductor switch to a blocking state.
Im Einschaltpfad bzw. zwischen Einschaltanschluss 213 und Ansteueranschluss 220 ist zudem ein Einschaltwiderstand Ron vorgesehen, im Ausschaltpfad bzw. zwischen Ausschaltanschluss 214 und Ansteueranschluss 220 ist ein Ausschalt widerstand R0ff vorgesehen. Weiterhin ist in jedem Einschaltpfad, d.h. zwischen Einschaltanschluss 213 und Ansteueranschluss 220, ein Trennschalter 230, beispielsweise ein MOSFET, vorgesehen, mittels dessen der Ansteueranschluss 220 vom Einschaltanschluss 213 getrennt werden kann. Jeder Trennschalter 230 weist dabei einen Ansteuer anschluss bzw. Gateanschluss 231 auf, an den eine Ansteuereinheit 260 ange bunden ist, die hier nur schematisch angedeutet ist. Diese Ansteuereinheit 260 wiederum ist mit einer Detektionseinheit 280 verbunden, die zum Erkennen eines Kurzschlusses dient und ebenfalls nur schematisch angedeutet ist. In addition, a switch-on resistor R on is provided in the switch-on path or between switch-on connection 213 and control connection 220, and a switch- off resistor R 0ff is provided in the switch-off path or between switch-off connection 214 and control connection 220. Furthermore, a disconnection switch 230, for example a MOSFET, is provided in each switch-on path, ie between switch-on connection 213 and control connection 220, by means of which control connection 220 can be disconnected from switch-on connection 213. Each isolating switch 230 has a control connection or gate connection 231 to which a control unit 260 is connected, which is only indicated schematically here. This control unit 260 is in turn connected to a detection unit 280, which is used to detect a short circuit and is also only indicated schematically.
Die Ansteuereinheit 260 und die Detektionseinheit 280, die zusammen eine De- tektions- und Ansteuereinheit bilden, werden in Bezug auf die nachfolgenden Fi guren noch näher erläutert. The control unit 260 and the detection unit 280, which together form a detection and control unit, are explained in more detail with reference to the following figures.
In Figur 3 ist schematisch ein Teil einer erfindungsgemäßen Schaltungsanord nung 200' in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Die Schal tungsanordnung 200' entspricht vom Grundprinzip her der Schaltungsanordnung 200 gemäß Figur 2, sodass insofern auch auf die dortige Beschreibung verwie sen werden kann. Hier ist jedoch beispielhaft nur ein Ansteueranschluss 220 ge zeigt, wobei zwischen dem Einschaltanschluss 213 und einem Ansteueran schluss 231 des Trennschalters 230 ein Kondensator 232 vorgesehen ist. Dieser verhindert, dass der Trennschalter 230 im Falle eines taktenden Betriebs der Booster-Einheit 210 während einer Aus-Phase unabsichtlich ausgeschaltet wird. Zur Ansteuerung mehrere Halbleiterschalter sind dementsprechend mehrere sol cher Schaltungsanordnungen 200' mit dem Einschaltanschluss 213 und dem Ausschaltanschluss 214 zu verbinden. Der zum Kondensator 232 parallel ge schaltete Widerstand gewährleistet hierbei ein definiertes Potential am Gate des Trennschalters 230 beim Startup (Aufstarten) der Schaltung sowie einen siche ren Sperrzustand. In Figure 3, a part of a circuit arrangement 200 'according to the invention is shown schematically in a further preferred embodiment. The basic principle of the circuit arrangement 200 'corresponds to the circuit arrangement 200 according to FIG. 2, so that in this respect reference can also be made to the description there. Here, however, only one control connection 220 is shown as an example, a capacitor 232 being provided between the switch-on connection 213 and a control connection 231 of the isolating switch 230. This prevents the isolating switch 230 from being inadvertently switched off in the event of a pulsed operation of the booster unit 210 during an off phase. To control a plurality of semiconductor switches, a plurality of such circuit arrangements 200 ′ must accordingly be connected to the switch-on connection 213 and the switch-off connection 214. The resistor connected in parallel to the capacitor 232 ensures a defined potential at the gate of the isolating switch 230 when the circuit is started up, as well as a safe blocking state.
Im Betrieb ist in Reihe zum Einschaltwiderstand Ron (hier sind zur Erhöhung der Strombelastbarkeit mehrere Widerstände parallel geschaltet) der Trennschalter 230 eingebracht, mittels dessen ein defekter Halbleiterschalter im Fehlerfall ab koppelt werden kann. Mit einer Diode 262 (siehe Figur 4) in der Ansteuereinheit kann ein sog. Charge pump generiert werden, der Spannungen am Ansteueranschluss 231 unterhalb der negativen Versorgungsspannung (vgl. Anschluss 212) ermöglicht und somit den Kanal des Trennschalters 230 im taktenden Betrieb auch bei negativer Spannung am Ansteueranschluss 220 geschlossen hält. During operation, the isolating switch 230 is installed in series with the switch- on resistor R on (here several resistors are connected in parallel to increase the current-carrying capacity), by means of which a defective semiconductor switch can be disconnected in the event of a fault. A so-called charge pump can be generated with a diode 262 (see FIG. 4) in the control unit, which enables voltages at the control connection 231 below the negative supply voltage (see connection 212) and thus the channel of the isolating switch 230 in cyclic operation even when the supply voltage is negative Keeps voltage at control connection 220 closed.
Eine Entladung des Gates des abzukoppelnden Halbleiterschalters erfolgt über den Ausschaltwiderstand R0fr (hier sind zur Erhöhung der Strombelastbarkeit mehrere Widerstände parallel geschaltet) und die Diode 235. Die Diode 235 dient zudem dazu, einen Querstrom von einem noch funktionierenden Halbleiterschal ter in den parallelen, aber defekten Halbleiterschalter bzw. dessen Gatepfad über die Ausschaltwiderstände zu verhindern. The gate of the semiconductor switch to be decoupled is discharged via the switch-off resistor R 0f r (here several resistors are connected in parallel to increase the current-carrying capacity) and the diode 235. The diode 235 also serves to transfer a cross current from a still functioning semiconductor switch to the parallel, but to prevent a defective semiconductor switch or its gate path via the switch-off resistors.
In Figur 4 ist schematisch ein weiter Teil einer erfindungsgemäßen Schaltungs anordnung in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt, nämlich eine An steuereinheit 260, wie sie beispielsweise in der Schaltungsanordnung 200 ge mäß Figur 2 oder der Schaltungsanordnung 200' gemäß Figur 3 verwendet wer den kann. In Figure 4, a further part of a circuit arrangement according to the invention is shown schematically in a preferred embodiment, namely a control unit 260, as can be used, for example, in the circuit arrangement 200 according to FIG. 2 or the circuit arrangement 200 'according to FIG.
Liegt bei dem betreffenden, zu überwachenden Halbleiterschalter kein Fehlerzu stand vor, liegt der Eingang der Ansteuereinheit (Anschluss zur Detektionseinheit 280) auf Low- Potential, und somit ist der Halbleiterschalter 261 , beispielsweise ein MOSFET, dauerhaft eingeschaltet bzw. leitend. If the relevant semiconductor switch to be monitored is not in a fault condition, the input of the control unit (connection to detection unit 280) is at low potential, and thus semiconductor switch 261, for example a MOSFET, is permanently switched on or conductive.
Dadurch liegt am Gate bzw. Ansteueranschluss 231 des Trennschalters Masse- Potential an, weshalb dieser bei eingeschalteter Boostereinheit angesteuert wird. Die Diode 262 verhindert ein Entladen einer Kapazität des Ansteueranschlusses 231 über die Ansteuereinheit bzw. den Ansteuerkreis, wenn die Boostereinheit im taktenden Betrieb zyklisch an- und ausgeschaltet wird. As a result, ground potential is applied to the gate or control connection 231 of the isolating switch, which is why this is activated when the booster unit is switched on. The diode 262 prevents a capacitance of the control connection 231 from being discharged via the control unit or the control circuit when the booster unit is switched on and off cyclically in the cyclic operation.
Im Fehlerfall, d.h. wenn z.B. ein Kurzschluss an dem betreffenden Halbleiter schalter erkannt wird, liegt der Eingang der Ansteuereinheit auf High-Potential und der Halbleiterschalter 261 wird ausgeschaltet und die Halbleiterschalter 263, 264, beispielsweise Transistoren, werden ein- bzw. leitend geschaltet. Auf diese Weise wird der Ansteueranschluss 231 bzw. das Gate des Trennschalters schnell auf das Potential des Einschaltausgangs 213 der Boostereinheit aufgela den. Somit wird der Trennschalter 230 geöffnet und der defekte Halbleiterschal ter wird entkoppelt. In the event of a fault, ie if, for example, a short circuit is detected on the relevant semiconductor switch, the input of the control unit is at high potential and the semiconductor switch 261 is switched off and the semiconductor switch 263 264, for example transistors, are switched on or conductive. In this way, the control connection 231 or the gate of the isolating switch is quickly charged to the potential of the switch-on output 213 of the booster unit. The isolating switch 230 is thus opened and the defective semiconductor switch is decoupled.
In Figur 5 ist schematisch ein weiterer Teil einer erfindungsgemäßen Schal tungsanordnung in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt, nämlich eine Detektionseinheit 280, wie sie beispielsweise in der Schaltungsanordnung 200 gemäß Figur 2, der Schaltungsanordnung 200' gemäß Figur 3 bzw. mit der An steuereinheit 260 gemäß Figur 4 verwendet werden kann. In Figure 5, a further part of a circuit arrangement according to the invention is shown schematically in a preferred embodiment, namely a detection unit 280, as it is, for example, in the circuit arrangement 200 according to FIG. 2, the circuit arrangement 200 'according to FIG. 3 or with the control unit 260 according to FIG 4 can be used.
Im Betrieb erfolgt eine Überwachung eines Stromflusses in bzw. aus dem Gate (Ansteueranschluss 220), hier mittels eines Spannungsabfalls über den Ein schaltwiderstand Ron (vgl. Figuren 2 und 3) über die Anschlüsse 216 und 220. Dieser Spannungsabfall wird mittels eines Komparators 281 mit einem Refe renzwert bzw. Schwellwert verglichen. Gezielte Schaltvorgänge des Halbleiter schalters können mittels eines Tiefpassfilters ausgeblendet werden, d.h. ein (mit unter hoher) Stromfluss während eines (regulären) Schaltvorgangs wird nicht be rücksichtigt bzw. nicht als Kurzschluss erkannt, um Fehlauslösungen zu verhin dern. During operation, a current flow into or out of the gate (control connection 220) is monitored, here by means of a voltage drop across the switch- on resistor R on (see FIGS. 2 and 3) via the connections 216 and 220 compared with a reference value or threshold value. Targeted switching operations of the semiconductor switch can be masked out by means of a low-pass filter, ie a (with under high) current flow during a (regular) switching operation is not taken into account or not recognized as a short circuit in order to prevent false tripping.
Ein erkannter Fehlerzustand, also wenn der Spannungsabfall den Referenzwert bzw. Schwellwert am Komparator überschreitet, kann mittels Rückführung des Ausgangssignals des Komparators über die Diode 282 und den Widerstand 283 verriegelt ("gelaicht" bzw. sog. "Latch-Funktion") werden, d.h. die Ansteuereinheit 260 kann dauerhaft ein entsprechendes Signal bzw. einen entsprechenden Spannungspegel erhalten, um den Trennschalter zu öffnen. Dabei kann der Re ferenzwert bzw. Schwellwert derart gewählt werden, dass bei Überschreiten des selben davon ausgegangen werden kann, dass ein Kurzschluss vorliegt. Jeder Halbleiterschalter erhält dabei vorzugsweise eine separate Detektionseinheit für seinen Einschaltwiderstand. An dieser Stelle sei angemerkt, dass weitere, in den Schaltungen der Figuren 3 bis 5 eingezeichnete Komponenten Standardkomponenten sind und daher teils nicht näher bezeichnet oder erläutert sind. Beispielsweise dienen die beiden Wi derstände an den Anschlüssen 216, 220 sowie die Kapazität an den Eingängen des Komparators 281 als der schon erwähnte Tiefpassfilter vor dem Komparator.A recognized error state, i.e. when the voltage drop exceeds the reference value or threshold value at the comparator, can be locked ("spawned" or so-called "latch function") by feeding back the output signal of the comparator via the diode 282 and the resistor 283, ie the control unit 260 can permanently receive a corresponding signal or a corresponding voltage level in order to open the circuit breaker. The reference value or threshold value can be selected in such a way that when it is exceeded it can be assumed that a short circuit is present. Each semiconductor switch preferably has a separate detection unit for its switch-on resistance. At this point it should be noted that further components shown in the circuits of FIGS. 3 to 5 are standard components and are therefore in some cases not designated or explained in more detail. For example, the two resistors at the connections 216, 220 and the capacitance at the inputs of the comparator 281 serve as the already mentioned low-pass filter upstream of the comparator.
Die beiden Widerstände an dem linken Anschluss 211 sowie dem Anschluss 212 dienen beispielsweise einer Einstellung einer Ansprechschwelle bezogen auf ei nen Differenzspannung am Eingang des Komparators 281. Der Transistor 284 mit den beiden vorgeschalteten Widerständen dient einer Verstärkung der Aus- gangsleistung des Komparators 281. The two resistors at the left connection 211 and the connection 212 are used, for example, to set a response threshold based on a differential voltage at the input of the comparator 281. The transistor 284 with the two upstream resistors is used to amplify the output power of the comparator 281.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Schaltungsanordnung (200, 200') zum Ansteuern von mehreren parallel ge schalteten Halbleiterschaltern (120), mit einem Einschaltanschluss (213) und einem Ausschaltanschluss (214), und mit mehreren Ansteueranschlüssen (220), die jeweils zum Anschluss an einen Ansteueranschluss (123) eines der mehreren Halbleiterschalter (120) vorgesehen sind, wobei der Einschaltanschluss (213) und der Ausschaltanschluss (214) jeweils mit jedem der mehreren Ansteueranschlüsse (220) verbunden sind, und wobei zwischen dem Einschaltanschluss (213) und wenigstens einem der Ansteueranschlüsse (220) ein Trennschalter (230) vorgesehen ist, weiterhin mit wenigstens einer Detektions- und Ansteueranordnung (260, 280), die dazu eingerichtet ist, einen Stromfluss in den wenigstens ei nen der Ansteueranschlüsse (220) zu erfassen und, wenn anhand des Stromflusses ein Kurzschluss erkannt wird, den Trennschalter (230) zum Öffnen anzusteuern. 1.Circuit arrangement (200, 200 ') for controlling several semiconductor switches (120) connected in parallel, with a switch-on connection (213) and a switch-off connection (214), and with several control connections (220), each for connection to a control connection ( 123) one of the plurality of semiconductor switches (120) are provided, wherein the switch-on connection (213) and the switch-off connection (214) are each connected to each of the plurality of control connections (220), and wherein between the switch-on connection (213) and at least one of the control connections ( 220) an isolating switch (230) is provided, furthermore with at least one detection and control arrangement (260, 280) which is set up to detect a current flow in the at least one of the control connections (220) and, if based on the current flow, a Short-circuit is detected, trigger the disconnector (230) to open.
2. Schaltungsanordnung (200, 200') nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Detektions- und Ansteueranordnung (260, 280) dazu eingerichtet ist, anhand des Stromflusses einen Kurzschluss zu erkennen, wenn der Strom fluss für wenigstens eine vorgegebene Zeitdauer einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. 2. Circuit arrangement (200, 200 ') according to claim 1, wherein the at least one detection and control arrangement (260, 280) is set up to use the current flow to detect a short circuit when the current flow exceeds a predetermined threshold value for at least a predetermined period of time exceeds.
3. Schaltungsanordnung (200, 200') nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen dem Ausschaltanschluss (214) und dem wenigstens einen der Ansteueran schlüsse (220) eine Diode (235) vorgesehen ist, deren Durchlassrichtung in Richtung des Ausschaltanschlusses (214) ist. 3. Circuit arrangement (200, 200 ') according to claim 1 or 2, wherein between the switch-off connection (214) and the at least one of the Ansteueran connections (220) a diode (235) is provided, the forward direction of which is in the direction of the switch-off connection (214) .
4. Schaltungsanordnung (200, 200') nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Einschaltanschluss (213) und jedem der Ansteueran schlüsse (220) jeweils ein Trennschalter (230) vorgesehen ist. 4. Circuit arrangement (200, 200 ') according to one of the preceding claims, wherein between the switch-on connection (213) and each of the Ansteueran connections (220) each have a circuit breaker (230) is provided.
5. Schaltungsanordnung (200, 200') nach Anspruch 4, mit mehreren Detekti- ons- und Ansteueranordnungen (260,280), die jeweils dazu eingerichtet sind, den Stromfluss in den entsprechenden der Ansteueranschlüsse (220) zu er fassen und, wenn anhand des Stromflusses in den entsprechenden Ansteu eranschluss (220) ein Kurzschluss erkannt wird, den entsprechenden Trenn schalter (230) zum Öffnen anzusteuern. 5. Circuit arrangement (200, 200 ') according to claim 4, with a plurality of detection and control arrangements (260, 280), each of which is set up to record the current flow in the corresponding one of the control connections (220) and, if based on the current flow A short circuit is detected in the corresponding control connection (220), the corresponding disconnection switch (230) must be activated to open it.
6. Schaltungsanordnung (200, 200') nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Detektions- und Ansteueranordnung eine Detek tionseinheit (280) und eine Ansteuereinheit (260) aufweist, wobei die Detek tionseinheit (280) dazu eingerichtet ist, den Stromfluss in den entsprechen den Ansteueranschluss (220) zu erfassen und anhand des Stromflusses ei nen Kurzschluss zu erkennen, und wobei die Ansteuereinheit (260) dazu eingerichtet ist, wenn ein Kurzschluss erkannt worden ist, den entsprechen den Trennschalter (230) zum Öffnen anzusteuern. 6. Circuit arrangement (200, 200 ') according to one of the preceding claims, wherein the at least one detection and control arrangement has a detection unit (280) and a control unit (260), the detection unit (280) being set up to control the flow of current to detect the corresponding control connection (220) in the and to detect a short circuit based on the current flow, and wherein the control unit (260) is set up to open the corresponding disconnector (230) when a short circuit has been detected.
7. Schaltungsanordnung (200, 200') nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Einschaltanschluss (213) und einem Ansteueran schluss (231) des Trennschalters (230) ein Kondensator (232) vorgesehen ist. 7. Circuit arrangement (200, 200 ') according to one of the preceding claims, wherein a capacitor (232) is provided between the switch-on connection (213) and an Ansteueran circuit (231) of the isolating switch (230).
8. Anordnung mit mehreren parallel geschalteten Halbleiterschaltern (120) und mit einer Schaltungsanordnung (200, 200') nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ansteueranschlüsse (220) der Schaltungsanordnung (200, 200') jeweils mit einem Ansteueranschluss (123) eines der mehreren Halbleiterschalter (120) verbunden sind. 8. Arrangement with a plurality of semiconductor switches (120) connected in parallel and with a circuit arrangement (200, 200 ') according to one of the preceding claims, wherein the control connections (220) of the circuit arrangement (200, 200') each have a control connection (123) of one of the a plurality of semiconductor switches (120) are connected.
9. Anordnung nach Anspruch 8, wobei die mehreren parallel geschalteten Halbleiterschalter (120) zumindest als Teil eines Stromrichters ausgebildet sind. 9. The arrangement according to claim 8, wherein the plurality of semiconductor switches (120) connected in parallel are designed at least as part of a power converter.
10. Verwendung einer Schaltungsanordnung (200, 200') nach einem der An sprüche 1 bis 7 zum Ansteuern mehrerer parallel geschalteter Halbleiter schalter (120), wobei mittels der Detektions- und Ansteueranordnung (260, 280) ein Stromfluss in den wenigstens einen der Ansteueranschlüsse (220) erfasst wird und, wenn anhand des Stromflusses einen ein Kurzschluss er kanntwird, der Trennschalter (230) zum Öffnen angesteuert wird. 10. Use of a circuit arrangement (200, 200 ') according to one of claims 1 to 7 for controlling a plurality of semiconductor switches (120) connected in parallel, with a current flow in the at least one of the control connections by means of the detection and control arrangement (260, 280) (220) is detected and, if a short circuit is detected on the basis of the current flow, the isolating switch (230) is triggered to open.
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