EP4070456A1 - Method and drive circuit for driving at least one power transistor to be switched - Google Patents

Method and drive circuit for driving at least one power transistor to be switched

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EP4070456A1
EP4070456A1 EP20817289.0A EP20817289A EP4070456A1 EP 4070456 A1 EP4070456 A1 EP 4070456A1 EP 20817289 A EP20817289 A EP 20817289A EP 4070456 A1 EP4070456 A1 EP 4070456A1
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EP
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power transistor
gate
transistor
switching
control
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Pending
Application number
EP20817289.0A
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Inventor
Ricardo Erckert
Alexander Barner
Thoralf Rosahl
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
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Publication date
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Abstract

A method for driving at least one power transistor (T1, T2) to be switched is provided. The method comprises applying a supply voltage (Vsup) to a first power transistor (T1); charging the first power transistor (T1) with a gate charging current (Ig); determining a switching-relevant transistor parameter of the first power transistor (T1) in response to the gate charging current (Ig); adapting a drive profile for switching the first power transistor (T1) on the basis of the determined transistor parameter of the first power transistor (T1), and driving the first power transistor (T1) according to the adapted drive profile. A drive circuit for driving at least one power transistor (T1, T2) to be switched is also provided.

Description

Beschreibung description
Titel title
Verfahren und Ansteuerschaltung zum Ansteuern von mindestens einem zu schaltenden Leistungstransistor Method and control circuit for controlling at least one power transistor to be switched
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern von mindestens einem zu schaltenden Leistungstransistor sowie eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern von mindestens einem zu schaltenden Leistungstransistor. The present invention relates to a method for controlling at least one power transistor to be switched and a control circuit for controlling at least one power transistor to be switched.
Stand der Technik State of the art
Werden zwei Leistungstransistoren beispielsweise in einer Halbbrückenkonfiguration betrieben und zyklisch gegenläufig ein- und ausgeschaltet, so fallen in Abhängigkeit von der Richtung des fließenden Stroms in einem der beiden Transistoren Schaltverluste an. Diese können zusätzlich zu den Leitverlusten, den ohmschen Verlusten im durchgeschalteten Zustand, einen signifikanten Beitrag zur Gesamtverlustleistung haben. If two power transistors are operated, for example, in a half-bridge configuration and cyclically switched on and off in opposite directions, switching losses occur in one of the two transistors as a function of the direction of the current flowing. In addition to the conduction losses, the ohmic losses in the connected state, these can make a significant contribution to the total power loss.
Zur Minimierung der Schaltverluste von Leistungstransistoren versucht man die Transistoren so schnell wie möglich zu schalten, das heißt mit hohem du/dt ein- und auszuschalten. Die nutzbare Schaltgeschwindigkeit hängt von einer Mehrzahl von Transistorparametern ab wie beispielsweise das Verhältnis von Vdsmax zur Versorgungsspannung, parasitären Induktivitäten des Aufbaus sowie intrinsischen Eigenschaften des Leistungstransistors. Ferner kann die nutzbare Schaltgeschwindigkeit auch von Eigenschaften der Ansteuerschaltung selbst abhängen. To minimize the switching losses of power transistors, an attempt is made to switch the transistors as quickly as possible, i.e. to switch them on and off with a high du / dt. The usable switching speed depends on a number of transistor parameters such as the ratio of Vdsmax to the supply voltage, parasitic inductances of the structure and intrinsic properties of the power transistor. Furthermore, the usable switching speed can also depend on properties of the control circuit itself.
Viele in Produktion befindliche Ansteuerschaltungen, auch als Treiberschaltung oder Gate-Treiberschaltung bezeichnet, arbeiten als geschaltete Spannungsquellen und stellen den Gate-Ladestrom durch externe Widerstände ein. Häufig werden dazu auch zwei getrennte Widerstände für den Ladestrom beziehungsweise den Entladestrom bereitgestellt. Many control circuits in production, also known as driver circuits or gate driver circuits, work as switched voltage sources and provide the gate charging current through external resistors a. Often, two separate resistors are also provided for the charging current and the discharging current.
Ansteuerschaltungen der neueren Generation des Standes der Technik bieten die Möglichkeit, den Gate-Ladestrom durch interne, programmierbare Stromquellen einzustellen. In Abhängigkeit von der Anzahl der programmierbaren Stromquellen und der Timer-gesteuerten Phasen können die Gate-Ströme für das Erreichen von Vth, di/dt, du/dt sowie das Laden auf Vgsmax unabhängig voneinander eingestellt werden. Dadurch ist ein sogenanntes Gate- shaping möglich, wonach durch eine Anpassung der Ansteuerparamater ein den jeweils vorliegenden Randbedingungen wie beispielsweise der Temperatur, Ladestrom, Transistorparameter ein verbessertes Schaltverhalten zur Reduzierung der Schaltverluste ermöglicht wird. Control circuits of the newer generation of the prior art offer the possibility of setting the gate charging current by means of internal, programmable current sources. Depending on the number of programmable current sources and the timer-controlled phases, the gate currents for reaching Vth, di / dt, du / dt and charging to Vgsmax can be set independently of one another. This enables what is known as gate shaping, according to which an improved switching behavior to reduce switching losses is made possible by adapting the control parameters to the respective boundary conditions such as temperature, charging current, transistor parameters.
Die Wderstände bei Verwendung der bestehenden Spannungsquellentreiber müssen für den worst case der Leistungstransistoren, zum Beispiel kalte Temperatur, fast corner, maximaler Ladestrom, so gewählt werden, dass in keinem Betriebspunkt Vdsmax von durch parasitäre Leitungsinduktivitäten verursachten dynamischen Spannungsspitzen überschritten wird. Für alle anderen Arbeitspunkte muss man dadurch deutlich höhere Schaltverluste in Kauf nehmen. The resistance when using the existing voltage source drivers must be selected for the worst case of the power transistors, e.g. cold temperature, fast corner, maximum charging current, so that at no operating point Vdsmax is exceeded by dynamic voltage peaks caused by parasitic line inductances. This means that significantly higher switching losses have to be accepted for all other operating points.
Bei Verwendung von Stromquellen-Treibern besteht zwar die Möglichkeit, das Stromprofil der Ansteuerung an die jeweilige Temperatur und den Laststrom anzupassen, aber die Transistorstreuung der Transistorparamater ist in der Applikation vollkommen unbekannt. Das bedeutet, man muss die Schaltung für die jeweilige Temperatur auf die „fast corner“ auslegen und nimmt für nominale oder langsame Transistoren trotz Temperaturanpassung einen schlechteren Wrkungsgrad als notwendig in Kauf. Gegenüber dem durch Widerstände angepassten Treiber erreicht man jedoch bereits eine Verbesserung, weil eine Kompensation des Temperatur- und Laststromverhaltens grundsätzlich erfolgen kann. Offenbarung der Erfindung When using current source drivers it is possible to adapt the current profile of the control to the respective temperature and the load current, but the transistor spread of the transistor parameters is completely unknown in the application. This means that you have to design the circuit for the respective temperature on the "fast corner" and accept a lower degree of efficiency than necessary for nominal or slow transistors despite temperature adjustment. Compared to the driver adapted by means of resistors, however, an improvement is already achieved because the temperature and load current behavior can in principle be compensated for. Disclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ansteuern von mindestens einem zu schaltenden Leistungstransistor umfasst grundsätzlich die folgenden Schritte: In einem Schritt a) erfolgt das Anlegen einer Versorgungsspannung an einen ersten Leistungstransistor. In einem weiteren Schritt b) erfolgt das Laden des ersten Leistungstransistors mit einem Gate-Ladestrom. In einem weiteren Schritt c) erfolgt das Ermitteln eines schaltrelevanten Transistorparameters des ersten Leistungstransistors in Antwort auf den Gate-Ladestrom. In einem weiteren Schritt d) erfolgt das Anpassen eines Ansteuerprofils zum Schalten des ersten Leistungstransistors in Abhängigkeit des ermittelten Transistorparameters des ersten Leistungstransistors. In einem weiteren Schritt e) erfolgt das Ansteuern des ersten Leistungstransistors gemäß dem angepassten Ansteuerprofil. The method according to the invention for controlling at least one power transistor to be switched basically comprises the following steps: In a step a), a supply voltage is applied to a first power transistor. In a further step b), the first power transistor is charged with a gate charging current. In a further step c), a switching-relevant transistor parameter of the first power transistor is determined in response to the gate charging current. In a further step d), a control profile for switching the first power transistor is adapted as a function of the determined transistor parameter of the first power transistor. In a further step e) the control of the first power transistor takes place according to the adapted control profile.
Ein Leistungstransistor ist bevorzugt ein IGBT-Transistor oder SiC-Transistor, wobei die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Ein Ansteuerprofil kann beispielsweise ein Gate-Ladestrom-Zeit-Diagramm sein. Ein solches Diagramm kann beispielsweise analog sein oder aber eine Abfolge von zeitdiskreten Gate- Stromwerten als Funktion der Zeit sein. Ein solches Ansteuerprofil ist variabel in den Zeitintervallen einstellbar und kann auf Basis des jeweils gemessenen Transistorparameters angepasst werden. Ein schaltrelevanter Transistorparameter ist beispielsweise eine Threshold-Spannung, die Steilheit gm=di/dt, die Kapazitäten Cgd, Cgs, Cds oder die entsprechenden Gate- Ladungen, wobei die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist. A power transistor is preferably an IGBT transistor or SiC transistor, the invention not being restricted thereto. A control profile can be, for example, a gate charge current-time diagram. Such a diagram can be analog, for example, or it can be a sequence of time-discrete gate current values as a function of time. Such a control profile can be set variably in the time intervals and can be adapted on the basis of the transistor parameter measured in each case. A transistor parameter relevant to switching is, for example, a threshold voltage, the slope gm = di / dt, the capacitances Cgd, Cgs, Cds or the corresponding gate charges, the invention not being restricted thereto.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass eine Selbsterkennung der individuellen Transistorparameter bereitgestellt wird. Der Erfindung liegt ferner die Erkenntnis zugrunde, dass die Streuung insbesondere der oben genannten Transistorparameter, also Threshold-Spannung Vth, die Steilheit gm=di/dt, sowie die Kapazitäten Cgd, Cgs, Cds durch Anpassung des Ansteuerprofils der Ansteuerschaltung kompensiert werden kann. Auf dieser Basis kann dann ein passendes, korrigiertes Ansteuerprofil erzeugt werden, welches den individuellen, gemessenen Transistorparametern gerecht wird. Die Korrektur der Ansteuerung kann für den Leistungstransistor individuell errechnet werden. Dadurch können Schaltverluste verringert werden, auch für nominelle oder langsame Transistoren, sogenannte slow corner. Beispielsweise kann der erste Leistungstransistor an ein gewünschtes Referenzschaltverhalten durch das angepasste Ansteuerprofil angeglichen werden. Bei zyklischem Schalten mit anderen Leistungstransistoren können Schaltverluste dadurch minimiert werden, dass jeder einzelne Leistungstransistor dem gewünschten Referenzschaltverhalten angeglichen wird. Dadurch wird das Schaltverhalten synchronisiert und Schaltverluste in einem solchen parallelen Betrieb reduziert. The method according to the invention has the advantage that self-recognition of the individual transistor parameters is provided. The invention is also based on the knowledge that the scatter in particular of the above-mentioned transistor parameters, i.e. the threshold voltage Vth, the slope gm = di / dt, and the capacitances Cgd, Cgs, Cds can be compensated for by adapting the control profile of the control circuit. On this basis, a suitable, corrected control profile can then be generated, which does justice to the individual, measured transistor parameters. The correction of the control can be calculated individually for the power transistor. As a result, switching losses can be reduced, even for nominal or slow transistors, so-called slow corners. For example, the first power transistor can be matched to a desired reference switching behavior by the adapted control profile. In the case of cyclical switching with other power transistors, switching losses can be minimized by adapting each individual power transistor to the desired reference switching behavior. This synchronizes the switching behavior and reduces switching losses in such parallel operation.
Bevorzugt wird vor dem Schritt e) das Wiederholen der Schritte a) bis c) für einen zweiten Leistungstransistor durchgeführt, welcher elektrisch mit dem ersten Leistungstransistor parallel oder in Serie geschaltet ist. Dabei umfasst der Schritt d) das Anpassen eines Ansteuerprofils des ersten Leistungstransistors und des zweiten Leistungstransistors in Anhängigkeit der ermittelten Transistorparameter des ersten und des zweiten Leistungstransistors und der Schritt e) das Ansteuern auch des zweiten Leistungstransistors gemäß dem dafür angepassten Ansteuerprofil. Dadurch können beispielsweise zwei zyklisch, synchronisiert beziehungsweise parallel zu schaltende Leistungstransistoren wie beispielsweise zwei gegenläufig zu schaltende Leistungstransistoren in ihrem Schaltverhalten angeglichen werden. Dies kann hier insbesondere ohne ein Referenzschaltverhalten erfolgen, sondern direkt gegeneinander, da das Anpassen des Ansteuerprofils auf Basis beider Transistorparameter erfolgt. Hierdurch können ebenfalls Schaltverluste reduziert und der Parallelbetrieb von Leistungstransistoren synchronisiert werden. Insbesondere ist vor allem die sequentielle Durchführung für parallel geschaltete (Drain und Source), aber getrennt ansteuerbare Gate-Transistoren für deren Schaltsymmetrierung von Bedeutung. Before step e), steps a) to c) are preferably repeated for a second power transistor which is electrically connected in parallel or in series with the first power transistor. Step d) comprises adapting a control profile of the first power transistor and the second power transistor as a function of the determined transistor parameters of the first and second power transistor, and step e) also activates the second power transistor in accordance with the control profile adapted for it. As a result, for example, two power transistors to be switched cyclically, synchronized or in parallel, such as, for example, two power transistors to be switched in opposite directions, can be matched in terms of their switching behavior. This can take place here in particular without a reference switching behavior, but directly against one another, since the control profile is adapted on the basis of both transistor parameters. This can also reduce switching losses and synchronize the parallel operation of power transistors. In particular, the sequential implementation for parallel-connected (drain and source), but separately controllable gate transistors for their switching symmetry is important.
In einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die in Serie oder parallel geschalteten Leistungstransistoren an die Versorgungsspannung angeschlossen sind, dass der Schritt a) das Einschalten des zweiten Leistungstransistors und daraufhin das Ausschalten des zweiten Leistungstransistors umfasst, derart dass die Versorgungsspannung am ersten Leistungstransistor anliegt, und ferner vor dem Wiederholen der Schritte a) bis d) für den zweiten Leistungstransistor der erste Leistungstransistor ausgeschaltet wird, derart dass die Versorgungsspannung am zweiten Leistungstransistor anliegt. Dadurch kann jeweils eine definierte Versorgungsspannung an den ersten und zweiten Leistungstransistor gelegt werden. Nach diesem Prinzip können die einzelnen Leistungstransistoren sukzessive vermessen werden unter gleichen Bedingungen, sodass die Transistorparameter berechtigt verglichen werden können. In a particular embodiment it is provided that the series or parallel connected power transistors are connected to the supply voltage, that step a) comprises switching on the second power transistor and then switching off the second power transistor, so that the supply voltage is applied to the first power transistor, and furthermore, before repeating steps a) to d) for the second power transistor, the first power transistor is switched off such that the supply voltage is applied to the second power transistor. As a result, a defined supply voltage can be applied to the first and second power transistor are placed. According to this principle, the individual power transistors can be measured successively under the same conditions, so that the transistor parameters can be compared with justification.
Bevorzugt umfasst das Ermitteln des schaltrelevanten Transistorparameters das Bestimmen eines ersten Zeitpunkts, bei welchem der Leistungstransistor vollständig eingeschaltet ist, und ferner das Ermitteln der Gate-Einschaltladung auf Basis des Gate-Ladestroms und des ersten Zeitpunktes. Die Gate- Einschaltladung ist dabei ein besonders signifikanter Transistorparameter, welcher relevante Rückschlüsse auf das zu verwendende Ansteuerprofil zulässt. The determination of the switching-relevant transistor parameter preferably comprises the determination of a first point in time at which the power transistor is completely switched on, and furthermore the determination of the gate switch-on charge on the basis of the gate charging current and the first point in time. The gate switch-on charge is a particularly significant transistor parameter, which allows relevant conclusions to be drawn about the control profile to be used.
In einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Ermitteln des schaltrelevanten Transistorparameters das Bestimmen eines zweiten Zeitpunkts umfasst, bei welchem eine Gate-Source-Spannung ein Maximum im Einschaltvorgang erreicht, sowie ferner das Ermitteln der dazugehörigen Gate- Ladung auf Basis des Gate-Ladestroms und des zweiten bestimmten Zeitpunkts. Auch diese Gate-Ladung bis zum vollständigen Aufbau der Gate-Spannung jenseits des Miller-Plateaus ist ein sensitiver Parameter und lässt Rückschlüsse auf das zu verwendende Ansteuerprofil zu. In a particular embodiment, it is provided that determining the switching-relevant transistor parameter includes determining a second point in time at which a gate-source voltage reaches a maximum in the switch-on process, and also determining the associated gate charge based on the gate charge current and of the second specific point in time. This gate charge up to the complete build-up of the gate voltage beyond the Miller plateau is also a sensitive parameter and allows conclusions to be drawn about the control profile to be used.
Bevorzugt umfasst das Verfahren das Ermitteln des schaltrelevanten Transistorparameters das Abtasten der Gate-Spannung des Leistungstransistors zum ersten Zeitpunkt, bei welchem der Leistungstransistor vollständig eingeschaltet ist, wobei das Verfahren weiterhin das Ermitteln der Threshold- Spannung aus der abgetasteten Gate-Spannung umfasst. Die Threshold- spannung ist ein weiterer sehr wichtiger T ransistorparameter beziehungsweise Kenngröße zur Bestimmung eines optimalen Ansteuerprofils. The method preferably comprises determining the switching-relevant transistor parameter, sampling the gate voltage of the power transistor at the first point in time at which the power transistor is completely switched on, the method further comprising determining the threshold voltage from the sampled gate voltage. The threshold voltage is another very important transistor parameter or parameter for determining an optimal control profile.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Ermitteln der Threshold-Spannung in einem ersten Gate-Ladezyklus, und wobei in einem zweiten Gate-Ladezyklus, in welchem die Schritte a) bis d) wiederholt werden, das Ermitteln eines schaltrelevanten Transistorparameters des ersten Leistungstransistors in Antwort auf den Gate-Ladestrom das Ermitteln der Gate- Source-Ladung und/oder der Gate-Drain-Ladung auf Basis der im ersten Gate- Ladezyklus ermittelten Threshold-Spannung erfolgt. Aus den Ladungen können ferner auch die korrespondierenden Kapazitäten aus dem bekannten Gate- Ladestrom bestimmt werden, welche ein weiterer besonderer Transistorparameter für das Bestimmen des Ansteuerstroms darstellt. Hierbei können zwei Komparatoren mit Schwellenspannungen leicht unterhalb und leicht oberhalb der bestimmten Threshold-Spannung verwendet werden, sodass Zeitpunkte für den Anfang und das Ende des Miller-Plateaus bestimmt werden können. In a particular embodiment of the invention, the threshold voltage is determined in a first gate charging cycle, and a switching-relevant transistor parameter of the first power transistor is determined in a second gate charging cycle in which steps a) to d) are repeated Response to the gate charging current determining the gate-source charge and / or the gate-drain charge on the basis of the values in the first gate Charge cycle determined threshold voltage takes place. From the charges, the corresponding capacitances can also be determined from the known gate charging current, which represents a further special transistor parameter for determining the drive current. Here, two comparators can be used with threshold voltages slightly below and slightly above the specific threshold voltage, so that points in time for the beginning and the end of the Miller plateau can be determined.
In einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Ermitteln der schaltrelevanten Transistorparameter in bestimmten zeitlichen Abständen durchgeführt wird, ferner umfassend das Anpassen des Ansteuerprofils nach jeder Ermittlung. Dadurch kann das Ansteuerprofil zeitlich angepasst werden. Beispielsweise kann sich ein Leistungstransistor über die Zeit verändern und auch unterschiedlich schnell verändern. Ein zyklisches Bestimmen ermöglicht somit ein zeitabhängiges, flexibles Anpassen und berücksichtigt die Transistorparameterdrift einzelner Transistorparameter zum Beispiel in Abhängigkeit der Threshold-Spannung von der Temperatur, der Abhängigkeit des Miller-Plateau-Levels vom Drainstrom. In a particular embodiment it is provided that the determination of the switching-relevant transistor parameters is carried out at certain time intervals, furthermore including the adaptation of the control profile after each determination. This allows the control profile to be adjusted over time. For example, a power transistor can change over time and also change at different speeds. A cyclical determination thus enables a time-dependent, flexible adaptation and takes into account the transistor parameter drift of individual transistor parameters, for example as a function of the threshold voltage on the temperature, the dependence of the Miller plateau level on the drain current.
Weiterhin wird ein Computerprogrammprodukt zur Verfügung gestellt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach den obigen Ausführungsformen auszuführen. Durch ein solches Programm kann die Parametermessung und die Ablaufsteuerung auf einem Microcontroller implementiert werden. Der Microcontroller könnte in einem solchen Fall die Hardware der Ansteuerschaltung wie die steuerbare Gate-Stromquelle, Messungseinheiten etc. nutzen. Es besteht auch die Möglichkeit, die für Anpassung des Ansteuerprofils notwendigen Berechnungen auf demselben Chip durchzuführen. Furthermore, a computer program product is provided, comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the computer to execute the method according to the above embodiments. With such a program, the parameter measurement and the sequence control can be implemented on a microcontroller. In such a case, the microcontroller could use the hardware of the control circuit such as the controllable gate current source, measurement units, etc. It is also possible to carry out the calculations necessary for adapting the control profile on the same chip.
Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern von zumindest einem zu schaltenden Leistungstransistor zur Verfügung gestellt. Die Ansteuerschaltung umfasst dabei eine Versorgungsspannung, welche an einem ersten Leistungstransistor angelegt ist. Ferner umfasst die Ansteuerschaltung eine erste steuerbare Stromquelle, welche dazu eingerichtet ist, den ersten Leistungstransistor mit einem Gate-Ladestrom zu laden. Ferner umfasst die Ansteuerschaltung eine erste Messeinheit, welche dazu eingerichtet ist, einen schaltrelevanten Transistorparameter des ersten Leistungstransistors in Antwort auf den Gate-Ladestrom zu ermitteln. Ferner umfasst die Ansteuerschaltung eine Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist, ein Ansteuerprofil zum Schalten des ersten Leistungstransistors in Abhängigkeit des ermittelten Transistorparameters anzupassen. Ferner ist die erste steuerbare Stromquelle dazu eingerichtet, den ersten Leistungstransistor gemäß dem angepassten Ansteuerprofil anzusteuern. Die Vorteile der Ansteuerschaltung sind den obigen Ausführungen zum Verfahren zu entnehmen. According to the invention, a control circuit for controlling at least one power transistor to be switched is also provided. The control circuit comprises a supply voltage which is applied to a first power transistor. Furthermore, the control circuit comprises a first controllable current source, which is set up to be the first To charge the power transistor with a gate charging current. Furthermore, the control circuit comprises a first measuring unit, which is set up to determine a switching-relevant transistor parameter of the first power transistor in response to the gate charging current. Furthermore, the control circuit comprises a control unit which is set up to adapt a control profile for switching the first power transistor as a function of the transistor parameter determined. Furthermore, the first controllable current source is set up to control the first power transistor in accordance with the adapted control profile. The advantages of the control circuit can be found in the above explanations on the method.
In einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Versorgungsspannung der Ansteuerschaltung an dem ersten Leistungstransistor und einem zweiten Leistungstransistor, welcher mit dem ersten Leistungstransistor parallel oder in Serie geschaltet ist, angelegt ist. Ferner umfasst die Ansteuerschaltung eine zweite steuerbare Stromquelle, welche dazu eingerichtet ist, den zweiten Leistungstransistor mit einem Gate-Ladestrom zu laden. Ferner umfasst in dieser Ausführungsform die Ansteuerschaltung eine zweite Messeinheit, welche dazu eingerichtet ist, einen schaltrelevanten Transistorparameter des zweiten Leistungstransistors in Antwort auf den Gate- Ladestrom zu ermitteln. Ferner ist eine Steuereinheit umfasst, welche dazu eingerichtet ist, ein Ansteuerprofil zum Schalten des ersten und des zweiten Leistungstransistors in Abhängigkeit der ermittelten Transistorparameter des ersten und des zweiten Leistungstransistors anzupassen. Weiterhin ist die zweite steuerbare Stromquelle derart eingerichtet, den zweiten Leistungstransistor gemäß dem angepassten Ansteuerprofil anzusteuern. In a particular embodiment it is provided that the supply voltage of the control circuit is applied to the first power transistor and a second power transistor, which is connected in parallel or in series with the first power transistor. Furthermore, the control circuit comprises a second controllable current source, which is set up to charge the second power transistor with a gate charging current. Furthermore, in this embodiment, the control circuit comprises a second measuring unit, which is set up to determine a switching-relevant transistor parameter of the second power transistor in response to the gate charging current. Furthermore, a control unit is included which is set up to adapt a control profile for switching the first and the second power transistor as a function of the determined transistor parameters of the first and the second power transistor. Furthermore, the second controllable current source is set up to control the second power transistor in accordance with the adapted control profile.
Bevorzugt ist die Messeinheit dazu eingerichtet, einen ersten Zeitpunkt zu bestimmen, bei welchem der Leistungstransistor vollständig eingeschaltet ist, und wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Gate-Einschaltladung auf Basis des Gate-Ladestroms und den bestimmten ersten Zeitpunkt zu ermitteln. Die Messeinheit kann einen ersten Komparator umfassen, dessen erster Eingang mit einem Drain-Anschluss des Leistungstransistors verbunden ist und an dessen zweitem Eingang eine erste Schwellenspannung anliegt, und ferner dazu eingerichtet sein, ein erstes Zeitsignal indikativ für einen ersten Zeitpunkt zu erzeugen, bei welchem die Drain-Source-Spannung unter die erste Schwellenspannung fällt, und das erste Zeitsignal an die Steuereinheit zu senden, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Gate-Einschaltladung auf Basis des Gate-Ladestroms und des ersten Zeitpunkts zu ermitteln. The measuring unit is preferably set up to determine a first point in time at which the power transistor is completely switched on, and the control unit is set up to determine the gate switch-on charge on the basis of the gate charging current and the determined first point in time. The measuring unit can comprise a first comparator, the first input of which is connected to a drain connection of the power transistor and a first threshold voltage is applied to the second input, and can also be configured to provide a first time signal indicative of a first point in time at which the drain-source voltage falls below the first threshold voltage, and to send the first time signal to the control unit, the control unit being configured to determine the gate switch-on charge on the basis of the gate charge current and the first point in time.
In bevorzugter Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Messeinheit dazu eingerichtet ist, einen zweiten Zeitpunkt zu bestimmen, bei welchem die Gate- Source-Spannung ein Maximum erreicht, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Gate-Ladung auf Basis des Gate-Ladestroms und des zweiten Zeitpunkts zu ermitteln. Die Messeinheit kann dazu einen zweiten Komparator umfassen, dessen erster Eingang mit einem Gate-Anschluss des Leistungstransistors verbunden ist und an dessen zweitem Eingang eine zweite Schwellenspannung anliegt, und ferner dazu eingerichtet ist, ein zweites Zeitsignal indikativ für einen Zeitpunkt zu erzeugen, bei welchem die Gate- Source-Spannung über die zweite Schwellenspannung angestiegen ist, wobei die zweite Schwellenspannung oberhalb der Threshold-Spannung liegt, und das zweite Zeitsignal an die Steuereinheit zu senden, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Gate-Ladung auf Basis des Gate-Ladestroms und des zweiten Zeitpunkts zu ermitteln. In a preferred embodiment it is provided that the measuring unit is set up to determine a second point in time at which the gate-source voltage reaches a maximum, the control unit being set up to calculate the gate charge on the basis of the gate charge current and the to determine the second point in time. To this end, the measuring unit can comprise a second comparator, the first input of which is connected to a gate connection of the power transistor and a second threshold voltage is applied to the second input, and is also set up to generate a second time signal indicative of a point in time at which the Gate-source voltage has risen above the second threshold voltage, wherein the second threshold voltage is above the threshold voltage, and to send the second time signal to the control unit, the control unit being configured to charge the gate based on the gate charge current and to determine the second point in time.
Bevorzugt ist die Messeinheit dazu eingerichtet, die Gate-Spannung des Leistungstransistors zum ersten Zeitpunkt, bei welchem der Leistungstransistor vollständig eingeschaltet ist, abzutasten, und wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Threshold-Spannung aus der abgetasteten Gate-Spannung zu ermitteln. Die Messeinheit umfasst eine Abtastschaltung, welche mit dem Gate-Anschluss des Leistungstransistors und der Steuereinheit verbunden ist, und ferner dazu eingerichtet ist, die Gate-Spannung des Leistungstransistors zum ersten Zeitpunkt, bei welchem der Leistungstransistor vollständig eingeschaltet ist, abzutasten und ein Zustandssignal indikativ für den abgetasteten Spannungswert an die Steuereinheit zu senden, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Threshold-Spannung aus der abgetasteten Gate-Spannung zu ermitteln. The measuring unit is preferably set up to sample the gate voltage of the power transistor at the first point in time at which the power transistor is completely switched on, and the control unit is set up to determine the threshold voltage from the sampled gate voltage. The measuring unit comprises a sampling circuit which is connected to the gate connection of the power transistor and the control unit, and is further configured to sample the gate voltage of the power transistor at the first point in time at which the power transistor is completely switched on and to provide a status signal indicative of to send the sampled voltage value to the control unit, wherein the control unit is set up to determine the threshold voltage from the sampled gate voltage.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben. Zeichnungen Advantageous developments of the invention are given in the subclaims and described in the description. drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings and the following description. Show it:
Figur 1 eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern von mindestens einem Leistungstransistor nach einer Ausführungsform der Erfindung, FIG. 1 shows a control circuit for controlling at least one power transistor according to an embodiment of the invention,
Figur 2 ein schematisch dargestelltes Verfahren zum Ansteuern von mindestens einem Leistungstransistor nach einer Ausführungsform der Erfindung, FIG. 2 shows a schematically illustrated method for controlling at least one power transistor according to an embodiment of the invention,
Figur 3 ein schematischer Spannungs-Zeit-Verlauf eines mit Spannung versorgten Leistungstransistors in Antwort auf einen Gate- Ladestrom zur Illustration der Erfindung, FIG. 3 shows a schematic voltage-time curve of a power transistor supplied with voltage in response to a gate charging current to illustrate the invention,
Figur 4 ein beispielhaftes Ansteuerprofil für einen Leistungstransistor als Gate- Strom-Zeit-Diagramm, FIG. 4 shows an exemplary control profile for a power transistor as a gate current-time diagram,
Figur 5 Simulationsergebnisse unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für verschiedene Leistungstransistoren, FIG. 5 simulation results using the method according to the invention for various power transistors,
Figur 6 eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern von mindestens einem Leistungstransistor nach einerweiteren Ausführungsform der Erfindung, FIG. 6 shows a control circuit for controlling at least one power transistor according to a further embodiment of the invention,
Figur 7 eine Ansteuerschaltung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und FIG. 7 shows a control circuit according to a further embodiment of the invention, and
Figur 8 ein schematischer Spannungs-Zeit-Verlauf eines mit Spannung versorgten Leistungstransistors in Antwort auf einen Gate-Ladestrom zur Illustration der Erfindung bei einem ersten Gate-Ladezyklus und einem zweiten Gate- Ladezyklus. FIG. 8 shows a schematic voltage-time curve of a power transistor supplied with voltage in response to a gate charging current to illustrate the invention in the case of a first gate charging cycle and a second gate charging cycle.
Ausführungsformen der Erfindung In der Figur 1 ist eine Ansteuerschaltung 10 zum Ansteuern von mindestens einem Leistungstransistor T1 , T2 nach einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. In der Figur 2 ist das korrespondierende Verfahren zum Ansteuern von mindestens einem Leistungstransistor T1, T2 nach einer Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt. In der Figur 3 ist ferner ein Spannungs-Zeit- Verlauf eines Leistungstransistors T1, T2 in Antwort auf einen Gate-Ladestrom zur Illustration der Erfindung hinsichtlich der hier offenbarten Messungen gezeigt. Im Folgenden werden diese drei Figuren zur besseren Illustration gemeinsam beschrieben. Embodiments of the invention FIG. 1 shows a control circuit 10 for controlling at least one power transistor T1, T2 according to an embodiment of the invention. The corresponding method for controlling at least one power transistor T1, T2 according to an embodiment of the invention is shown schematically in FIG. FIG. 3 also shows a voltage-time curve of a power transistor T1, T2 in response to a gate charging current to illustrate the invention with regard to the measurements disclosed here. In the following, these three figures are described together for better illustration.
Figur 1 zeigt eine Ansteuerschaltung 10 nach einer Ausführungsform der Erfindung. In dem vorliegenden Beispiel sind zwei Leistungstransistoren T1, T2 vorgesehen, wobei die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Ein Leistungstransistor T1 , T2 ist dabei bevorzugt ein IGBT. Die Ansteuerschaltung 10 in dieser beispielhaften Ausführungsform umfasst dabei eine erste Ansteuerteilschaltung, welche mit dem ersten Leistungstransistor T 1 verbunden ist und eine zweite Ansteuerteilschaltung, welche mit dem zweiten Leistungstransistor T2 verbunden ist. Erste und zweite Ansteuerteilschaltung sind grundsätzlich identisch aufgebaut. In einerweiteren, einfachen Ausführungsform der Erfindung, welche hier nicht ausdrücklich gezeigt ist, umfasst die Ansteuerschaltung 10 nur die erste Ansteuerteilschaltung, welche mit dem ersten Leistungstransistor T 1 verbunden ist ohne einen zweiten Leistungstransistor T2. Figure 1 shows a control circuit 10 according to an embodiment of the invention. In the present example, two power transistors T1, T2 are provided, the invention not being restricted thereto. A power transistor T1, T2 is preferably an IGBT. The control circuit 10 in this exemplary embodiment comprises a first control subcircuit which is connected to the first power transistor T 1 and a second control subcircuit which is connected to the second power transistor T2. The first and second control subcircuits are basically constructed identically. In a further, simple embodiment of the invention, which is not expressly shown here, the control circuit 10 comprises only the first control subcircuit, which is connected to the first power transistor T 1 without a second power transistor T2.
Die Ansteuerschaltung 10 umfasst eine Versorgungsspannung Vsup. Wenn der zweite Leistungstransistor T2 durchgeschaltet ist, so liegt am Lastknoten N1,The control circuit 10 comprises a supply voltage Vsup. When the second power transistor T2 is switched on, the load node N1
Last ist hier nicht explizit dargestellt, zwischen den Leistungstransistoren T1, T2 die Versorgungsspannung Vsup. Dadurch wird eine definierte Spannung Vsup an dem Lastknoten N1 geladen. Dann liegt die Versorgungsspannung Vsup am Drain-Anschluss des ersten Leistungstransistors T1. The load is not explicitly shown here, the supply voltage Vsup between the power transistors T1, T2. As a result, a defined voltage Vsup is charged at the load node N1. The supply voltage Vsup is then applied to the drain connection of the first power transistor T1.
In der weiteren Ausführungsform der Erfindung, welche hier nicht ausdrücklich gezeigt ist, bei der kein zweiter Leistungstransistor T2 vorgesehen ist, kann die Versorgungsspannung Vsup direkt am Drain-Anschluss des ersten Leistungstransistors T1 liegen, ohne dass es auf ein Vorschalten ankommt. Der Source-Anschluss ist hier und im Folgenden bevorzugt auf Erde gelegt. Das Anlegen beziehungsweise das Bereitstellen der Versorgungsspannung Vsup an den ersten Leistungstransistor T 1 entspricht dem Schritt a in Figur 2. Vsup kann beispielsweise 200 V sein, wobei die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. In the further embodiment of the invention, which is not expressly shown here, in which no second power transistor T2 is provided, the supply voltage Vsup can be directly at the drain connection of the first power transistor T1 without a series connection being important. The source connection is preferably connected to earth here and in the following. The application or the provision of the supply voltage Vsup the first power transistor T 1 corresponds to step a in FIG. 2. Vsup can be, for example, 200 V, the invention not being restricted to this.
Weiterhin ist eine erste steuerbare Stromquelle 11 bereitgestellt. Diese steuerbare Stromquelle 11 ist dazu eingerichtet, den ersten Leistungstransistor T1 mit einem Gate-Ladestrom lg zu laden. Hierbei wird bevorzugt ein konstanter Gate-Ladestrom 11 verwendet, beispielsweise 10 mA, wobei die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Das Laden des ersten Leistungstransistors T 1 mit dem Gate-Ladestrom lg entspricht dem Schritt b in Figur 2. In Antwort auf den Ladevorgang ergibt sich in Reaktion auf den Gate- Ladestrom lg ein charakteristischer Spannungsverlauf für den ersten Leistungstransistor T 1 , welcher in Figur 3 beispielhaft dargestellt ist. Furthermore, a first controllable current source 11 is provided. This controllable current source 11 is set up to charge the first power transistor T1 with a gate charging current Ig. In this case, a constant gate charging current 11 is preferably used, for example 10 mA, the invention not being restricted to this. The charging of the first power transistor T 1 with the gate charging current Ig corresponds to step b in FIG. 2. In response to the charging process, a characteristic voltage curve for the first power transistor T 1 results in response to the gate charging current Ig, which is shown in FIG is shown by way of example.
Ferner umfasst die Ansteuerschaltung 10 eine erste Messeinheit, welche dazu eingerichtet ist, einen schaltrelevanten Transistorparameter des ersten Leistungstransistors T1 in Antwort auf den Gate-Ladestrom lg zu ermitteln. Die hier in bevorzugter Ausführung ausgeführten Messeinheiten werden in der weiteren Beschreibung und im Zusammenhang mit der Figur 3 näher beschrieben. Ein schaltrelevanter Transistorparameter kann hierbei beispielsweise eine Threshold-Spannung Vth, eine Gate-Ladung Qg1 oder eine Steilheit gm= di/dt sein, wobei die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Das Ermitteln des schaltrelevanten Transistorparameters des ersten Leistungstransistors T 1 entspricht dabei dem Schritt c in Figur 2. The control circuit 10 further comprises a first measuring unit, which is set up to determine a switching-relevant transistor parameter of the first power transistor T1 in response to the gate charging current Ig. The measuring units implemented here in a preferred embodiment are described in more detail in the further description and in connection with FIG. A transistor parameter relevant to switching can be, for example, a threshold voltage Vth, a gate charge Qg1 or a slope gm = di / dt, the invention not being restricted to this. The determination of the switching-relevant transistor parameter of the first power transistor T 1 corresponds to step c in FIG. 2.
Des Weiteren ist eine Steuereinheit 21 vorgesehen, welche dazu eingerichtet ist, ein Ansteuerprofil zum Schalten des ersten Leistungstransistors T1 in Abhängigkeit des ermittelten Transistorparameters anzupassen. Das Anpassen des Ansteuerprofils zum Schalten des ersten Leistungstransistors T1 in Abhängigkeit des ermittelten Transistorparameters des ersten Leistungstransistors T 1 entspricht dem Schritt d in Figur 2. Das Anpassen des Ansteuerprofils kann dabei das erstmalige Erstellen eines Ansteuerprofils zum Schalten des ersten Leistungstransistors T 1 umfassen oder das Korrigieren eines vorherigen Ansteuerprofils. Das Ansteuerprofil ist dabei bevorzugt ein Gate-Strom-Zeit-Diagramm, das heißt ein individuelles Ansteuerprofil der Gate- Stromstärke lg als Funktion der Zeit, siehe auch Figur 4 für eine beispielhafte Ausführung der Erfindung. Ferner ist die erste steuerbare Stromquelle 11 dazu eingerichtet, den ersten Leistungstransistor T1 gemäß dem angepassten Ansteuerprofil anzusteuern. Dazu kann beispielsweise die Steuereinheit 21 ein Steuersignal 23 an die steuerbare Stromquelle 11 senden, welche wiederum in Antwort einen entsprechenden Gate-Strom zum Schalten des ersten Leistungstransistors T 1 erzeugen. Das Ansteuern des ersten Leistungstransistors T1 zum Schalten des ersten Leistungstransistors T 1 gemäß dem angepassten Leistungstransistor T 1 entspricht dabei dem Schritt e in Figur 2. Bis zu diesem Punkt stellt die bisherige Beschreibung eine eigene Ausführungsform der Erfindung dar. Die Anpassung des Ansteuerprofils kann dabei beispielsweise gegen einen Referenzleistungstransistor erfolgen, sodass der erste Leistungstransistor T1 ein gewünschtes Schaltverhalten durch das angepasste Ansteuerprofil erhält. Durch diese Selbsterkennung der individuellen Transistorparameter kann ein passendes, korrigiertes Ansteuerprofil erzeugt werden, welches den individuellen, gemessenen Transistorparametern gerecht wird. Dadurch kann ein paralleler, synchronisierter Betrieb von Leistungstransistoren verbessert werden. Typische Anwendungen hier und im Folgenden sind beispielsweise Inverter oder Brückenschaltungen wie Halbbrücken oder Vollbrücken. Furthermore, a control unit 21 is provided which is set up to adapt a control profile for switching the first power transistor T1 as a function of the transistor parameter determined. The adaptation of the control profile for switching the first power transistor T1 as a function of the determined transistor parameter of the first power transistor T 1 corresponds to step d in Figure 2. The adaptation of the control profile can include the initial creation of a control profile for switching the first power transistor T 1 or the correction of a previous control profile. The control profile is preferably a gate current-time diagram, that is to say an individual control profile of the gate current strength Ig as a function of time, see also FIG. 4 for an exemplary embodiment of the invention. Furthermore, the first controllable current source 11 is set up to control the first power transistor T1 in accordance with the adapted control profile. For this purpose, for example, the control unit 21 can send a control signal 23 to the controllable current source 11, which in turn generates a corresponding gate current for switching the first power transistor T 1 in response. The control of the first power transistor T1 for switching the first power transistor T 1 according to the adapted power transistor T 1 corresponds to step e in FIG. 2. Up to this point, the previous description represents a separate embodiment of the invention take place against a reference power transistor, so that the first power transistor T1 receives a desired switching behavior through the adapted control profile. Through this self-recognition of the individual transistor parameters, a suitable, corrected control profile can be generated which does justice to the individual, measured transistor parameters. As a result, a parallel, synchronized operation of power transistors can be improved. Typical applications here and below are, for example, inverters or bridge circuits such as half bridges or full bridges.
Die Ansteuerschaltung 10 umfasst ferner in dieser beispielhaften Ausführungsform, dass die Versorgungsspannung Vsup parallel an den ersten Leistungstransistor T 1 und einen zweiten Leistungstransistor T2, welcher mit dem ersten Leistungstransistor T1 in Serie geschaltet ist, angelegt ist. In anderen Ausführungsformen können die Leistungstransistoren parallel geschaltet sein. Zwischen dem ersten und zweiten Leistungstransistor T1 , T2 kann dabei ein Lastknoten N1 vorgesehen sein, an welchen eine Last, hier nicht gezeigt, verbunden sein kann. In this exemplary embodiment, the control circuit 10 further includes that the supply voltage Vsup is applied in parallel to the first power transistor T 1 and a second power transistor T2, which is connected in series with the first power transistor T1. In other embodiments, the power transistors can be connected in parallel. A load node N1, to which a load, not shown here, can be connected, can be provided between the first and second power transistors T1, T2.
In dieser Ausführungsform umfasst die Ansteuerschaltung 10 ferner eine zweite steuerbare Stromquelle I2, welche dazu eingerichtet ist, den zweiten Leistungstransistor T2 mit einem Gate-Ladestrom lg zu laden. Ferner ist eine zweite Messeinheit vorgesehen, welche dazu eingerichtet ist, einen schaltrelevanten Transistorparameter des zweiten Leistungstransistors T2 in Antwort auf den Gate-Ladestrom lg zu ermitteln. Ferner umfasst die Ansteuerschaltung 10 eine Steuereinheit 21, 22, welche dazu eingerichtet ist, ein Ansteuerprofil zum Schalten des ersten und des zweiten Leistungstransistors T1, T2 in Abhängigkeit der ermittelten Transistorparameter des ersten und des zweiten Leistungstransistors T1 , T2 anzupassen. Hierzu können beispielsweise die Steuereinheiten 21, 22 die erfassten Transistorparameterwerte durch Austauschsignale 25 austauschen. Auch kann eine gemeinsame Steuereinheit statt zwei separaten Steuereinheiten verwendet werden, welche somit die Information beider ermittelter Transistorparameter erhält. Die vorliegende Ausführungsform ermöglicht somit ein gegenseitiges Abgleichen des Schaltverhaltens der Leistungstransistoren T1 und T2. Dadurch können in einem synchronen beziehungsweise parallelen Betrieb der beiden Leistungstransistoren T1 , T2 Schaltverluste gemindert werden. Der Parallelbetrieb von Leistungstransistoren T1 , T2 wird dadurch synchronisiert. Dies kann hier insbesondere ohne ein Referenzschaltverhalten erfolgen, sondern direkt gegeneinander, da das Anpassen des Ansteuerprofils auf Basis beider Transistorparameter erfolgt. In this embodiment, the control circuit 10 further comprises a second controllable current source I2, which is set up to charge the second power transistor T2 with a gate charging current Ig. Furthermore, a second measuring unit is provided, which is set up to determine a switching-relevant transistor parameter of the second power transistor T2 in response to the gate charging current Ig. Furthermore, the control circuit 10 comprises a control unit 21, 22, which is set up to include a Adjust control profile for switching the first and the second power transistor T1, T2 as a function of the determined transistor parameters of the first and the second power transistor T1, T2. For this purpose, for example, the control units 21, 22 can exchange the detected transistor parameter values with exchange signals 25. A common control unit can also be used instead of two separate control units, which thus receives the information from both transistor parameters determined. The present embodiment thus enables a mutual adjustment of the switching behavior of the power transistors T1 and T2. As a result, switching losses can be reduced in a synchronous or parallel operation of the two power transistors T1, T2. The parallel operation of power transistors T1, T2 is thereby synchronized. This can take place here in particular without a reference switching behavior, but directly against one another, since the control profile is adapted on the basis of both transistor parameters.
Die zweite steuerbare Stromquelle I2 kann entsprechend eingerichtet sein, den zweiten Leistungstransistor T2 gemäß dem angepassten Ansteuerprofil anzusteuern. Die Erfindung schließt die Möglichkeiten ein, dass nur das Ansteuerprofil eines der beiden Leistungstransistoren T1, T2 angepasst wird. In einem anderen Fall können auch beide Ansteuerprofile angepasst werden. In einem weiteren Fall, wenn die Transistorparameter identisch oder nahezu identisch sind, kann auch keine Anpassung erfolgen, da ein synchroner Betrieb bereits hinreichend möglich ist. The second controllable current source I2 can be set up accordingly to control the second power transistor T2 in accordance with the adapted control profile. The invention includes the possibility that only the control profile of one of the two power transistors T1, T2 is adapted. In another case, both control profiles can also be adapted. In a further case, when the transistor parameters are identical or almost identical, no adaptation can take place either, since synchronous operation is already sufficiently possible.
Hinsichtlich des Verfahrens entspricht dies vor dem Schritt e dem Wiederholen der Schritte a bis c für einen zweiten Leistungstransistor T2, welcher elektrisch mit dem ersten Leistungstransistor T1 in Serie geschaltet ist, wobei der Schritt d) das Anpassen eines Ansteuerprofils des ersten Leistungstransistors T1 und des zweiten Leistungstransistors T2 in Anhängigkeit der ermittelten Transistorparameter des ersten und des zweiten Leistungstransistors T1 , T2 umfasst. Ferner kann dann der Schritt e) auch für den zweiten Leistungstransistor durchgeführt werden, nämlich das Ansteuern des zweiten Leistungstransistors T2 gemäß dem dafür angepassten Ansteuerprofil. Um das jeweilige Messen bei gleicher definierter Versorgungsspannung Vsup durchzuführen, wird vor dem Schritt a) das Einschalten des zweiten Leistungstransistors T2 und daraufhin das Ausschalten des zweiten Leistungstransistors T2 durchgeführt, derart dass die Versorgungsspannung Vsup am ersten Leistungstransistor T 1 anliegt. Vor dem Wiederholen der Schritte a) bis d) für den zweiten Leistungstransistor T2 wird der erste Leistungstransistor T1 ausgeschaltet, derart dass die Versorgungsspannung Vsup am nun zu messenden zweiten Leistungstransistor T2 anliegt. Durch das vorherige Einschalten von T1 wurde der Lastknoten N1 auf Erde gezogen. With regard to the method, before step e this corresponds to repeating steps a to c for a second power transistor T2, which is electrically connected in series with the first power transistor T1, with step d) adapting a control profile of the first power transistor T1 and the second Power transistor T2 as a function of the determined transistor parameters of the first and the second power transistor T1, T2 includes. Furthermore, step e) can then also be carried out for the second power transistor, namely the control of the second power transistor T2 in accordance with the control profile adapted for it. In order to carry out the respective measurement with the same defined supply voltage Vsup, the second Power transistor T2 and then the switching off of the second power transistor T2 carried out such that the supply voltage Vsup is applied to the first power transistor T 1. Before repeating steps a) to d) for the second power transistor T2, the first power transistor T1 is switched off so that the supply voltage Vsup is applied to the second power transistor T2 that is now to be measured. The previous switch-on of T1 pulled the load node N1 to earth.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Messeinheit am Beispiel der vorliegenden Ansteuerschaltung 10 näher beschrieben. In the following, preferred embodiments of the measuring unit are described in more detail using the example of the present control circuit 10.
Die Messeinheit kann dazu eingerichtet sein, einen ersten Zeitpunkt t1 zu bestimmen, bei welchem der Leistungstransistor T1, T2 vollständig eingeschaltet ist. In der Figur 3 entspricht einem vollständigen Einschalten, wenn die Drain- Source-Spannung Vds hinreichend abgefallen ist. The measuring unit can be set up to determine a first point in time t1 at which the power transistor T1, T2 is completely switched on. In FIG. 3, a complete switch-on corresponds to when the drain-source voltage Vds has dropped sufficiently.
Zunächst wird beim Laden mit dem Gate-Ladestrom lg nahezu ausschließlich die Gate-Drain-Kapazität Cgd geladen, bis die Gate-Source-Spannung Vgs die Threshold-Spannung Vth erreicht hat. Ab Erreichen der Threshold-Spannung Vth bleibt die Gate-Source-Spannung Vgs weitestgehend, das heißt näherungsweise, konstant, was auch als Miller-Plateau bezeichnet wird. In diesem zeitlichen Regime wird die Kapazität Cgd umgeladen, siehe dazu Figur 3. Initially, when charging with the gate charging current Ig, the gate-drain capacitance Cgd is almost exclusively charged until the gate-source voltage Vgs has reached the threshold voltage Vth. Once the threshold voltage Vth is reached, the gate-source voltage Vgs remains largely, that is to say approximately, constant, which is also referred to as the Miller plateau. In this time regime, the capacity Cgd is reloaded, see also FIG. 3.
Zum Bestimmen des ersten Zeitpunktes t1 kann die Messeinheit bevorzugt einen ersten Komparator K1 umfassen. Ein erster positiver Eingang kann dabei, wie in Figur 1 gezeigt, mit einem Drain-Anschluss des Leistungstransistors T1 , T2 verbunden werden, hinsichtlich des ersten Leistungstransistors entspricht das dem Lastknoten N1. An einem negativen Eingang liegt eine erste Schwellenspannung V1 an. To determine the first point in time t1, the measuring unit can preferably include a first comparator K1. As shown in FIG. 1, a first positive input can be connected to a drain connection of the power transistor T1, T2; with regard to the first power transistor, this corresponds to the load node N1. A first threshold voltage V1 is applied to a negative input.
Der erste Komparator K1 kann ferner ausgangsseitig mit einer Steuereinheit 21, 22 verbunden sein. Ferner kann der erste Komparator K1 dazu eingerichtet sein, ein erstes Zeitsignal st1 indikativ für einen ersten Zeitpunkt t1 zu erzeugen, bei welchem die Drain-Source-Spannung Vds unter die erste Schwellenspannung V1 fällt, siehe dazu auch Figur 3. Das erste Zeitsignal st1 wird dabei entsprechend an die Steuereinheit 21 , 22 gesendet, sodass diese den Zeitpunkt t1 erhält. Der erste Komparator K1 und die Spannungsquelle V1 können dabei Teil einer DESAT-Schaltung, auch Entsättigungs-Schaltung genannt, zum Schutz vor Kurzschlüssen des eingeschalteten Leistungstransistors, sein, welche ohnehin als Schutzschaltung in vielen Ansteuerschaltungen bereits vorintegriert sind. Dadurch kann vorteilhaft bestehende Schaltungsarchitektur verwendet werden.The first comparator K1 can also be connected on the output side to a control unit 21, 22. Furthermore, the first comparator K1 can be set up to generate a first time signal st1 indicative of a first point in time t1 at which the drain-source voltage Vds falls below the first threshold voltage V1, see also FIG sent accordingly to the control unit 21, 22 so that it receives the time t1. The first comparator K1 and the voltage source V1 can be part of a DESAT circuit, also called a desaturation circuit, to protect against short circuits in the switched-on power transistor, which are already pre-integrated as a protective circuit in many control circuits. As a result, existing circuit architecture can advantageously be used.
In der vorliegenden Ausführungsform sind ferner beispielhaft eine Stromquelle I und eine Schutzdiode D1 vorgesehen, welche den ersten Komparator K1 vor hohen Strömen schützt. In the present embodiment, a current source I and a protective diode D1 are also provided, by way of example, which protect the first comparator K1 from high currents.
Die Steuereinheit 21,22 ist ferner dazu eingerichtet, die Gate-Einschaltladung Qg1=Qgs+Qgd auf Basis des Gate-Ladestroms lg und des ersten Zeitpunkts t1 zu ermitteln, siehe dazu auch veranschaulichend die Figur 3. Die Gate- Einschaltladung Qg1 kann mittels der Gleichung Qg1=lg*t1 von der Steuereinheit 21, 22 errechnet werden. Somit kann diese Größe zur Anpassung des Ansteuerprofils zur Verfügung gestellt werden. The control unit 21, 22 is also set up to determine the gate switch-on charge Qg1 = Qgs + Qgd on the basis of the gate charging current Ig and the first point in time t1, see also FIG Equation Qg1 = Ig * t1 can be calculated by the control unit 21, 22. This size can thus be made available for adapting the control profile.
Die Messeinheit kann ferner dazu eingerichtet sein, einen zweiten Zeitpunkt t2 zu bestimmen, bei welchem die Gate-Source-Spannung Vgs ein Maximum Vgsmax erreicht, siehe dazu den Bereich in Figur 3, in welchem die Spannung Vgs vom Miller-Plateau bis zur maximalen Gate-Source-Spannung Vgsmax ansteigt. The measuring unit can also be set up to determine a second point in time t2 at which the gate-source voltage Vgs reaches a maximum Vgsmax, see the area in FIG. 3 in which the voltage Vgs from the Miller plateau to the maximum gate -Source voltage Vgsmax increases.
Die Messeinheit kann dazu einen zweiten Komparator K2 umfassen. Der erste Eingang des zweiten Komparators K2 kann dazu mit einem Gate-Anschluss des Leistungstransistors T1, T2 verbunden sein. An dem zweiten Eingang kann, wie in dem Ausführungsbeispiel gezeigt, eine zweite Schwellenspannung V2 angelegt sein. For this purpose, the measuring unit can comprise a second comparator K2. For this purpose, the first input of the second comparator K2 can be connected to a gate connection of the power transistor T1, T2. As shown in the exemplary embodiment, a second threshold voltage V2 can be applied to the second input.
Ferner ist, wie in Figur 1 beispielhaft zu sehen, der zweite Komparator K2 ausgangsseitig mit der Steuereinheit 21 , 22 verbunden. Der zweite Komparator K2 ist dabei ferner dazu eingerichtet, ein zweites Zeitsignal st2 indikativ für einen Zeitpunkt t2 zu erzeugen, bei welchem die Gate-Source-Spannung Vgs über die zweite Schwellenspannung V2 angestiegen ist, siehe dazu auch die Figur 3. Die zweite Schwellenspannung V2 liegt dabei oberhalb der Threshold-Spannung Vth. Der zweite Komparator K2 ist ferner dazu eingerichtet, das zweite Zeitsignal st2 an die Steuereinheit 21 , 22 zu senden. Die Steuereinheit 21 , 22a ist ferner dazu eingerichtet, die entsprechende Gate-Ladung Qg2 auf Basis des Gate- Ladestroms lg und dem zweiten Zeitpunkt t2 zu ermitteln. Dies kann wiederum gemäß der Gleichung Qg2=lg*t2 erfolgen. Furthermore, as can be seen by way of example in FIG. 1, the second comparator K2 is connected on the output side to the control unit 21, 22. The second comparator K2 is also set up to generate a second time signal st2 indicative of a point in time t2 at which the gate-source voltage Vgs has risen above the second threshold voltage V2, see also FIG. 3. The second threshold voltage V2 is above the threshold voltage Vth. The second comparator K2 is also set up to send the second time signal st2 to the control unit 21, 22. The control unit 21, 22a is also set up to determine the corresponding gate charge Qg2 on the basis of the gate charging current Ig and the second point in time t2. Again, this can be done according to the equation Qg2 = Ig * t2.
Die Messeinheit kann ferner eine Abtastschaltung 30 umfassen. Die Abtastschaltung 30 kann dabei dazu eingerichtet sein, die Gate-Spannung des Leistungstransistors T1, T2 zum ersten Zeitpunkt t1, bei welchem der Leistungstransistor T1 , T2 vollständig eingeschaltet ist, abzutasten. Die Abtastschaltung 30 kann dazu mit dem Gate-Anschluss des Leistungstransistors T1 , T2 und mit der Steuereinheit 21 , 22 verbunden sein, also mit anderen Worten ausgedrückt zwischengeschaltet sein zwischen Gate-Anschluss und Steuereinheit 21, 22. Das Abtasten der Gate-Spannung kann bevorzugt mit einer Sample & Hold-Schaltung 34 erfolgen. Ferner kann ein A/D-Wandler 36 von der Abtastschaltung umfasst sein, welcher das abgetastete analoge Signal in ein diskretes Signal umwandelt. Die Abtastschaltung 30 kann dann ein Zustandssignal 32, welches indikativ für den abgetasteten Spannungswert ist, an die Steuereinheit 21, 22 senden. Die Steuereinheit 21, 22 wiederum kann dazu eingerichtet sein, die Threshold-Spannung Vth aus der abgetasteten Gate- Spannung zu ermitteln. Somit steht vorteilhaft der Steuereinheit 21 , 22 auch dieser T ransistorparamater zur Anpassung des Ansteuerprofils zur Verfügung. The measuring unit can further comprise a sampling circuit 30. The sampling circuit 30 can be set up to sample the gate voltage of the power transistor T1, T2 at the first point in time t1, at which the power transistor T1, T2 is completely switched on. For this purpose, the sampling circuit 30 can be connected to the gate connection of the power transistor T1, T2 and to the control unit 21, 22, that is to say, in other words, interconnected between the gate connection and the control unit 21, 22. The sampling of the gate voltage can be preferred with a sample & hold circuit 34. Furthermore, an A / D converter 36 can be included in the sampling circuit, which converts the sampled analog signal into a discrete signal. The sampling circuit 30 can then send a status signal 32, which is indicative of the sampled voltage value, to the control unit 21, 22. The control unit 21, 22 in turn can be set up to determine the threshold voltage Vth from the sampled gate voltage. This transistor parameter is therefore advantageously also available to the control unit 21, 22 for adapting the control profile.
Die gemessenen Transistorparameter können in einem mehrdimensionalen Kennfeld inklusive Größen wie zum Beispiel Temperatur und Gate-Ladestrom abgelegt werden und die Ansteuerschaltung kann dann auf die ermittelten Parameter zugreifen. The measured transistor parameters can be stored in a multi-dimensional map including variables such as temperature and gate charging current, and the control circuit can then access the parameters determined.
Das Ermitteln der schaltrelevanten Transistorparameter kann in bestimmten zeitlichen Abständen durchgeführt werden. Dies umfasst ferner das Anpassen des Ansteuerprofils nach jeder Ermittlung. Dadurch kann eine Parameterdrift der Transistorparameter festgestellt werden und somit einer Anpassung des Ansteuerprofils adäquat Rechnung getragen werden. The determination of the switching-relevant transistor parameters can be carried out at certain time intervals. This also includes the adaptation of the control profile after each determination. In this way, a parameter drift of the transistor parameters can be determined and an adaptation of the control profile can thus be adequately taken into account.
Bevorzugt sollte während der Parameterbestimmung die am Lastknoten N1 anliegende Last nicht bestromt werden, das heißt, sie muss sich, wie beispielsweise in einer Volbrückenkonfiguration möglich, auf der Lastseite hochohmig schalten lassen. Dies legt zum Beispiel nahe, das beschriebene Verfahren während des Hochlaufs vor Aktivierung der Last oder während einer Nachlaufphase des Systems nach Lastabschaltung durchzuführen. The load present at the load node N1 should preferably not be energized during the parameter determination, that is, it must be how possible in a full bridge configuration, for example, with high-resistance switching on the load side. This suggests, for example, that the described method should be carried out during run-up before activation of the load or during a run-down phase of the system after load shutdown.
In der Figur 4 ist ein beispielhaftes Ansteuerprofil eines Leistungstransistors 21 , 22 gezeigt. Das Ansteuerprofil entspricht einem Gate-Strom-Zeit-Diagramm mit zeitdiskreten Stromwerten. In diesem Beispiel wird nach einem Durchschalten des Gate-Stroms lg in einem ersten Zeitintervall in einem zweiten Zeitintervall der Gate-Strom abgesenkt und dann stufenweise wieder hochgestellt. Ab dem vierten Zeitintervall wird dann der maximale Gate-Strom bereitgestellt. An exemplary control profile of a power transistor 21, 22 is shown in FIG. The control profile corresponds to a gate current-time diagram with time-discrete current values. In this example, after the gate current Ig has been switched through in a first time interval, the gate current is reduced in a second time interval and then increased again in stages. The maximum gate current is then provided from the fourth time interval.
Die Stromwerte sind entsprechend einstellbar und können individuell für jeden Leistungstransistor T1, T2 gemäß den vorherigen Beschreibungen angepasst werden. Mittels der diskreten Werte kann besonders geeignet eine Anpassung erfolgen. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Grundsätzlich sind auch analoge, das heißt zeitkontinuierliche, Gate-Strom-Zeit-Diagramme als Ansteuerprofile von der Erfindung umfasst. The current values can be adjusted accordingly and can be adapted individually for each power transistor T1, T2 in accordance with the previous descriptions. Adaptation can take place particularly suitably by means of the discrete values. However, the invention is not limited to this. In principle, analog, that is to say time-continuous, gate current-time diagrams are also included as control profiles by the invention.
In der Figur 5 sind Simulationsergebnisse für das elektrische Antwortverhalten auf einen Gate-Strom unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und für drei verschiedene Leistungstransistoren T1, T2, T3 gezeigt. Hierbei ist der Zeitverlauf der Gate-Source-Spannung Vgs und der Drain-Source-Spannung Vds beim Laden des Gate-Anschlusses des jeweiligen Leistungstransistors T1, T2,FIG. 5 shows simulation results for the electrical response behavior to a gate current using the method according to the invention and for three different power transistors T1, T2, T3. Here, the time course of the gate-source voltage Vgs and the drain-source voltage Vds when charging the gate connection of the respective power transistor T1, T2,
T3 gezeigt. T3 shown.
In der vorliegenden Beispielsimulation wurde der Gate-Ladestrom lg auf 10 mA eingestellt. Als ein Drain-Pullup-Widerstand der jeweiligen Leistungstransistoren wurde ein Widerstand von 100 kQ nach 800 V Versorgungsspannung Vsup verwendet. In the present example simulation, the gate charging current Ig was set to 10 mA. A resistance of 100 kΩ after 800 V supply voltage Vsup was used as a drain pull-up resistance of the respective power transistors.
Der erste Zeitpunkt t1 wird mit dem ersten Komparator K1 gemessen, wie oben beschrieben. Der erste Komparator K1 kann, wie oben beschrieben, der Komparator einer DESAT-Schaltung sein. In dem vorliegenden Beispiel wurde eine erste Schwellenspannung V1 auf 8 V festgelegt. Die Schnittpunkte der jeweils in Antwort auf den Gate-Ladestrom fallenden Drain-Source-Spannungen Vds1 ,Vds2, Vds3, siehe auch Figur 3, mit dem ersten Schwellenwert V1 definieren die von dem ersten Komparator K1 bestimmten Zeitpunkte t1-1, t1-2, t1-3, welche erkennbar unterschiedlich sind. The first point in time t1 is measured with the first comparator K1, as described above. As described above, the first comparator K1 can be the comparator of a DESAT circuit. In the present example, a first threshold voltage V1 was set to 8V. The intersections of the drain-source voltages falling in response to the gate charging current Vds1, Vds2, Vds3, see also FIG. 3, with the first threshold value V1 define the times t1-1, t1-2, t1-3 determined by the first comparator K1, which are recognizably different.
Zu diesen Zeitpunkten t1-1, t1-2, t1 -3 werden dann auch die Threshold- Spannungen Vth1, Vth2, Vth3 der jeweiligen Leistungstransistoren, in dieser Figur als die Plateau-Spannungen der Gate-Source Spannungen Vgs1, Vgs2, Vgs3 erkennbar, von der Abtastschaltung 30, insbesondere der Sample & Hold- Schaltung 32 wie oben beschrieben, ermittelt und mittels eines AD-Wandlers gewandelt. Auch die Threshold-Spannungen Vth1, Vth2, Vth3 sind von Leistungstransistor zu Leistungstransistor signifikant verschieden. At these times t1-1, t1-2, t1 -3, the threshold voltages Vth1, Vth2, Vth3 of the respective power transistors can be seen in this figure as the plateau voltages of the gate-source voltages Vgs1, Vgs2, Vgs3, determined by the sampling circuit 30, in particular the sample & hold circuit 32 as described above, and converted by means of an AD converter. The threshold voltages Vth1, Vth2, Vth3 are also significantly different from power transistor to power transistor.
Ferner ist auch deutlich, dass die Zeitpunkte t2-1, t2-2, t2-3, welche anzeigen, wann die Gate-Source-Spannung das Miller-Plateau verlassen hat beziehungsweise ihr Maximum Vgsmax erreichen, sich ebenfalls signifikant unterschieden, was mittels des zweiten Komparators K2 bestimmt werden kann, siehe die obige Beschreibung dazu. It is also clear that the times t2-1, t2-2, t2-3, which indicate when the gate-source voltage has left the Miller plateau or when it reaches its maximum Vgsmax, also differ significantly, which is achieved by means of the second comparator K2 can be determined, see the description above.
Der Leistungstransistor T 1 ist offenkundig ein schneller Schalttransistor, hier ein SiC-Transistor. Der Leistungstransistor T2 ist ein nominaler Schalttransistor. Der Leistungstransistor T3 stellt offenkundig einen langsamen Schalttransistor dar. Der erste Leistungstransistor T1 umfasst die ermittelten Transistorparameter Qg1-1=Qgs+Qgd=10mA*4,56 ps=45.6 nAs und Vth1=5,53V, der zweite Leistungstransistor T2 umfasst die Transistorparameter Qg1-2= Qgs+Qgd=10mA*6,05 ps=60,5 nAs und Vth2=5,31V, der dritte Leistungstransistor umfasst die ermittelten Transistorparamater Qg1-3= Qgs+Qgd=10mA*7,80 ps=78,0 nAs und Vth3=6,06V. Diese Transistorparameter sind sichtbar signifikant für das unterschiedliche Einschaltverhalten und können direkt zur Bestimmung des Ansteuerprofils jedes Leistungstransistors T1 , T2, T3 benutzt werden. The power transistor T 1 is obviously a fast switching transistor, here a SiC transistor. The power transistor T2 is a nominal switching transistor. The power transistor T3 obviously represents a slow switching transistor. The first power transistor T1 comprises the determined transistor parameters Qg1-1 = Qgs + Qgd = 10mA * 4.56 ps = 45.6 nAs and Vth1 = 5.53V, the second power transistor T2 comprises the transistor parameters Qg1 -2 = Qgs + Qgd = 10mA * 6.05 ps = 60.5 nAs and Vth2 = 5.31V, the third power transistor comprises the determined transistor parameters Qg1-3 = Qgs + Qgd = 10mA * 7.80 ps = 78.0 nAs and Vth3 = 6.06V. These transistor parameters are visibly significant for the different switch-on behavior and can be used directly to determine the control profile of each power transistor T1, T2, T3.
In der Figur 6 wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt. In dieser Ausführungsform ist eine gegenüber der Figur 1 komplexere Schaltungstopologie ausgebildet, welche sechs Leistungstransistoren T1, T2, T3, T4, T5, T6 umfasst. Die beispielhafte Schaltungstopologie entspricht einer B6-Brückenschaltung. Die Ansteuerschaltung umfasst dabei sechs Leistungstransistoren T1, T2, T3,Another embodiment of the invention is shown in FIG. In this embodiment, a circuit topology that is more complex than that in FIG. 1 is formed, which includes six power transistors T1, T2, T3, T4, T5, T6. The exemplary circuit topology corresponds to a B6 bridge circuit. The control circuit comprises six power transistors T1, T2, T3,
T4, T5, T6. Erster und zweiter Transistor T1, T2 bilden ein erstes Paar und sind parallel zu einer Versorgungsspannung Vsup geschaltet. Dies entspricht im Wesentlichen dem, was auch in Figur 1 gezeigt ist. Ferner sind jedoch auch der dritte und vierte Leistungstransistor T3, T4 mit der Versorgungsspannung Vsup und einer Kapazität C parallel geschaltet sowie fünfter und sechster Leistungstransistor T5, T6. Zwischen den gepaarten Leistungstransistoren ist jeweils beispielhaft ein Lastknoten N1 beziehungsweise N2 beziehungsweise N3 positioniert, an welchen jeweils eine induktive Last L1 , L2, L3 elektrisch verbunden ist. Ausgangsseitig ist jede Last L1, L2, L3 über den gemeinsamen Ausgangsknoten Nx miteinander verbunden. T4, T5, T6. First and second transistors T1, T2 form a first pair and are connected in parallel to a supply voltage Vsup. This essentially corresponds to what is also shown in FIG. However, the third and fourth power transistors T3, T4 are also connected in parallel with the supply voltage Vsup and a capacitance C, as are the fifth and sixth power transistors T5, T6. A load node N1 or N2 or N3, to which an inductive load L1, L2, L3 is electrically connected, is positioned between the paired power transistors. On the output side, each load L1, L2, L3 is connected to one another via the common output node Nx.
Zunächst sind alle Leistungstransistoren T1, T2, T3, T4, T5, T6 abgeschaltet, entsprechend auch der zweite Leistungstransistor T2. Alle Lastknoten N1, N2,First of all, all power transistors T1, T2, T3, T4, T5, T6 are switched off, and accordingly also the second power transistor T2. All load nodes N1, N2,
N3 werden durch kurzzeitiges Einschalten der einen Brückenhälfte T2, T4, T6 vorgeladen. Der beziehungsweise die Leistungstransistoren T2, T4, T6 dieser Brückenhälfte werden daraufhin wieder abgeschaltet. Der oben beschriebene Verfahrensablauf, Schritte a bis d, zur Ermittlung der Transistorparameter wird auf einen Leistungstransistor, zum Beispiel T1, angewendet. Der gemessene Leistungstransistor T 1 wird wieder ausgeschaltet. Wiederholung der Schritte a bis d erfolgt, bis alle Leistungstransistoren T1, T2, T3, T4, T5, T6 der B6-Brücke vermessen sind. Die Ansteuerschaltung 10 ist hierbei lediglich symbolisch durch die steuerbaren Stromquellen 11, I2, I3, I4, I5, I6 dargestellt, welche auf Basis der vermessenen Transistorparameter den jeweiligen Leistungstransistor zum Schalten ansteuern gemäß der vorigen Beschreibung. Für deren detaillierte Beschaltung wird auf Figur 1 und die dazugehörige Beschreibung hingewiesen. N3 are precharged by briefly switching on one half of the bridge T2, T4, T6. The power transistor (s) T2, T4, T6 of this bridge half are then switched off again. The method sequence described above, steps a to d, for determining the transistor parameters is applied to a power transistor, for example T1. The measured power transistor T 1 is switched off again. Steps a to d are repeated until all power transistors T1, T2, T3, T4, T5, T6 of the B6 bridge have been measured. The control circuit 10 is shown here only symbolically by the controllable current sources 11, I2, I3, I4, I5, I6, which control the respective power transistor for switching on the basis of the measured transistor parameters according to the previous description. For their detailed wiring, reference is made to FIG. 1 and the associated description.
Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf bestimmte Topologien beschränkt. Auch für Schaltnetze höherer Leistungsklasse, zum Beispiel bei Vollbrückentopologie, kann die Transistorparameterbestimmung angewandt werden. In principle, the invention is not restricted to specific topologies. The transistor parameter determination can also be used for switching networks of a higher performance class, for example with a full bridge topology.
Figur 7 und Figur 8 zeigen eine Ansteuerschaltung 10 nach einerweiteren Ausführungsform der Erfindung und einen schematischen Spannungs-Zeit- Verlauf eines mit Spannung versorgten Leistungstransistors in Antwort auf einen Gate-Ladestrom zur Illustration der Erfindung bei einem ersten Gate-Ladezyklus und einem zweiten Gate-Ladezyklus. In dieser Ausführungsform der Ansteuerschaltung 10 erfolgt das Ermitteln der Threshold-Spannung Vth in einem ersten Gade-Ladezyklus, siehe dazu auch die Figur 8, linker Teil. Dies erfolgt wie in der Ansteuerschaltung 10 von Figur 1 beschrieben. FIG. 7 and FIG. 8 show a control circuit 10 according to a further embodiment of the invention and a schematic voltage-time curve of a power transistor supplied with voltage in response to a gate charging current to illustrate the invention in a first gate charging cycle and a second gate charging cycle . In this embodiment of the control circuit 10, the threshold voltage Vth is determined in a first Gade charging cycle, see also FIG. 8, left-hand part. This takes place as described in the control circuit 10 of FIG.
In einem zweiten Gate-Ladezyklus, siehe rechter Teil der Figur 8, werden die Schritte a) bis d) wiederholt. Das Ermitteln eines schaltrelevanten Transistorparameters des ersten Leistungstransistors T1 in Antwort auf den Gate-Ladestrom lg umfasst hierbei das Ermitteln der Gate-Source-Ladung Qgs und/oder der Gate-Drain-Ladung Qgd auf Basis der im ersten Gate-Ladezyklus ermittelten Threshold-Spannung Vth. Dazu umfasst die Ansteuerschaltung 10 zusätzlich zu der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform einen dritten Komparator K3 und einen vierter Komparator K4, welche mit dem Gate-Anschluss des ersten Leistungstransistors T1 verbunden sind. Der dritte Komparator K3 weist dabei eine Schwellenspannung von leicht oberhalb der im ersten Gate-Ladezyklus bestimmten Threshold-Spannung Vth auf, zum Beispiel Vth+0,5 V, und der vierte Komparator K4 weist dabei eine Schwellenspannung von leicht unterhalb der im ersten Gate-Ladezyklus bestimmten Threshold-Spannung Vth auf, zum Beispiel Vth-0,5 V. Der vierte Komparator K4 erzeugt ausgangsseitig somit ein viertes Zeitsignal st 4 indikativ für einen Zeitpunkt t3a des Erreichens des Miller- Plateaus, siehe Figur 8, rechter Teil. Der dritte Komparator K3 erzeugt somit ein drittes Zeitsignal st 3 indikativ für den Zeitpunkt t3b des Verlassens des Miller- Plateaus, siehe Figur 8, rechter Teil. Diese Zeitsignale st3, st4 werden der Steuereinheit 21 übermittelt. Die Threshold-Spannungen Vth beziehungsweise die davon abweichenden Schwellenwerte können beispielsweise über einen Digital-Analog-Wandler 38 den Komparatoren K3, K4 als Analogsignal übermittelt werden. Aus diesen Zeitpunkten t3a und t3b, und damit in Abhängigkeit der Threshold-Spannung Vth, können nun die Gate-Source-Ladung Qgs bestimmt werden Qgs«lg*t3a, die Gate-Drain-Ladung Qgd«lg (t3b-t3a), die Ladung Qon«lg*(t2-t3b) sowie Cgs«Qgs/Vth alles bei bekanntem Gate-Ladestrom Igs.In a second gate charging cycle, see right-hand part of FIG. 8, steps a) to d) are repeated. The determination of a switching-relevant transistor parameter of the first power transistor T1 in response to the gate charging current Ig includes determining the gate-source charge Qgs and / or the gate-drain charge Qgd on the basis of the threshold voltage determined in the first gate charging cycle Vth. For this purpose, the control circuit 10 comprises, in addition to the embodiment shown in FIG. 1, a third comparator K3 and a fourth comparator K4, which are connected to the gate connection of the first power transistor T1. The third comparator K3 has a threshold voltage of slightly above the threshold voltage Vth determined in the first gate charging cycle, for example Vth + 0.5 V, and the fourth comparator K4 has a threshold voltage of slightly below that in the first gate Charge cycle determined threshold voltage Vth, for example Vth-0.5 V. The fourth comparator K4 thus generates a fourth time signal st 4 on the output side indicative of a point in time t3a of reaching the Miller plateau, see FIG. 8, right part. The third comparator K3 thus generates a third time signal st 3 indicative of the point in time t3b of leaving the Miller plateau, see FIG. 8, right-hand part. These time signals st3, st4 are transmitted to the control unit 21. The threshold voltages Vth or the threshold values deviating therefrom can be transmitted as an analog signal to the comparators K3, K4, for example via a digital-to-analog converter 38. From these times t3a and t3b, and thus as a function of the threshold voltage Vth, the gate-source charge Qgs can now be determined Qgs «lg * t3a, the gate-drain charge Qgd« lg (t3b-t3a), the Charge Qon «lg * (t2-t3b) and Cgs« Qgs / Vth all with a known gate charge current Igs.
Der Zeitpunkt t2 entspricht dabei einem Zeitpunkt, bei welchem Vgs=Vgsmax- 0,5V liegt, also leicht unterhalb dem Maximum. Dies kann mit Hilfe des in Figur 1 gezeigten zweiten Komparator K2 mit entsprechender Schwellenspannung erfasst werden. Der Vorteil dieser Ausführung ist, dass die zusätzlichen Ladeparameter des Leistungstransistors bestimmt werden können. The point in time t2 corresponds to a point in time at which Vgs = Vgsmax-0.5V, that is to say slightly below the maximum. This can be detected with the aid of the second comparator K2 shown in FIG. 1 with a corresponding threshold voltage. The advantage of this design is that the additional charging parameters of the power transistor can be determined.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zum Ansteuern von mindestens einem zu schaltenden Leistungstransistor, umfassend die Schritte: a) Anlegen einer Versorgungsspannung (Vsup) an einen ersten Leistungstransistor (T1); b) Laden des ersten Leistungstransistors (T1) mit einem Gate-Ladestrom1. A method for controlling at least one power transistor to be switched, comprising the steps of: a) applying a supply voltage (Vsup) to a first power transistor (T1); b) Charging the first power transistor (T1) with a gate charging current
(lg); c) Ermitteln eines schaltrelevanten Transistorparameters des ersten Leistungstransistors (T1) in Antwort auf den Gate-Ladestrom (lg); d) Anpassen eines Ansteuerprofils zum Schalten des ersten Leistungstransistors (T1) in Abhängigkeit des ermittelten Transistorparameters des ersten Leistungstransistors (T1); e) Ansteuern des ersten Leistungstransistors (T1) gemäß dem angepassten Ansteuerprofil. (lg); c) determining a switching-relevant transistor parameter of the first power transistor (T1) in response to the gate charging current (Ig); d) adapting a control profile for switching the first power transistor (T1) as a function of the determined transistor parameter of the first power transistor (T1); e) controlling the first power transistor (T1) according to the adapted control profile.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei vor dem Schritt e) das Wiederholen der Schritte a) bis c) für einen zweiten Leistungstransistor (T2) erfolgt, welcher elektrisch mit dem ersten Leistungstransistor (T1) parallel oder in Serie geschaltet ist, wobei der Schritt d) das Anpassen eines Ansteuerprofils des ersten Leistungstransistors (T1) und des zweiten Leistungstransistors (T2) in Anhängigkeit der ermittelten Transistorparameter des ersten und des zweiten Leistungstransistors (T 1 , T2) umfasst, und der Schritt e) das Ansteuern auch des zweiten Leistungstransistors (T2) gemäß dem dafür angepassten Ansteuerprofil umfasst. 2. The method according to claim 1, wherein, before step e), steps a) to c) are repeated for a second power transistor (T2) which is electrically connected in parallel or in series with the first power transistor (T1), the step d) the adaptation of a control profile of the first power transistor (T1) and the second power transistor (T2) as a function of the determined transistor parameters of the first and the second power transistor (T 1, T2) comprises, and step e) also the control of the second power transistor ( T2) in accordance with the control profile adapted for this.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die parallel oder in Serie geschalteten Leistungstransistoren (T 1 , T2) an die Versorgungsspannung (Vsup) angeschlossen sind, wobei ferner der Schritt a) das Einschalten des zweiten Leistungstransistors (T2) und daraufhin das Ausschalten des zweiten Leistungstransistors (T2) umfasst, derart dass die Versorgungsspannung (Vsup) am ersten Leistungstransistor (T1) anliegt, und ferner vor dem Wiederholen der Schritte a) bis d) für den zweiten Leistungstransistor (T2) der erste Leistungstransistor (T1) ausgeschaltet wird, derart dass die Versorgungsspannung (Vsup) am zweiten Leistungstransistor (T2) anliegt. 3. The method according to claim 2, wherein the parallel or series-connected power transistors (T 1, T2) are connected to the supply voltage (Vsup), further step a) switching on the second power transistor (T2) and then switching off the second Power transistor (T2) comprises such that the supply voltage (Vsup) is applied to the first power transistor (T1), and further before Repeating steps a) to d) for the second power transistor (T2), the first power transistor (T1) is switched off such that the supply voltage (Vsup) is applied to the second power transistor (T2).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Ermitteln des schaltrelevanten Transistorparameters das Bestimmen eines ersten Zeitpunkts (t1) umfasst, bei welchem der Leistungstransistor (T1, T2) vollständig eingeschaltet ist, und ferner das Ermitteln der Gate- Einschaltladung (Qg1) auf Basis des Gate-Ladestroms (lg) und des ersten Zeitpunktes (t1) umfasst. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein determining the switching-relevant transistor parameter comprises determining a first point in time (t1) at which the power transistor (T1, T2) is completely switched on, and furthermore determining the gate switch-on charge (Qg1 ) on the basis of the gate charging current (lg) and the first point in time (t1).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Ermitteln des schaltrelevanten Transistorparameters das Bestimmen eines zweiten Zeitpunkts (t2) umfasst, bei welcher eine Gate-Source-Spannung (Vgs) ein Maximum (Vgsmax) im Einschaltvorgang erreicht, sowie ferner das Ermitteln der dazugehörigen Gate-Ladung (Qg2) auf Basis des Gate-Ladestroms (lg) und des zweiten Zeitpunkts (t2). 5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein determining the switching-relevant transistor parameter comprises determining a second point in time (t2) at which a gate-source voltage (Vgs) reaches a maximum (Vgsmax) in the switch-on process, and also that Determination of the associated gate charge (Qg2) on the basis of the gate charge current (lg) and the second point in time (t2).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Ermitteln des schaltrelevanten Transistorparameters das Abtasten der Gate-Spannung des Leistungstransistors (T1, T2) zum ersten Zeitpunkt (t1) umfasst, bei welcher der Leistungstransistor (T1, T2) vollständig eingeschaltet ist, wobei das Verfahren weiterhin das Ermitteln der Threshold-Spannung (Vth) aus der abgetasteten Gate-Spannung umfasst. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the determination of the switching-relevant transistor parameter comprises the sampling of the gate voltage of the power transistor (T1, T2) at the first point in time (t1) at which the power transistor (T1, T2) is completely switched on wherein the method further comprises determining the threshold voltage (Vth) from the sampled gate voltage.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Ermitteln der Threshold-Spannung (Vth) in einem ersten Gate-Ladezyklus erfolgt, und wobei in einem zweiten Gate-Ladezyklus, in welchem die Schritte a) bis d) wiederholt werden, das Ermitteln eines schaltrelevanten Transistorparameters des ersten Leistungstransistors (T1) in Antwort auf den Gate-Ladestrom (lg) das Ermitteln der Gate-Source-Ladung (Qgs) und/oder der Gate-Drain-Ladung (Qgd) auf Basis der im ersten Gate-Ladezyklus ermittelten Threshold- Spannung (Vth) erfolgt. 7. The method of claim 6, wherein the threshold voltage (Vth) is determined in a first gate charging cycle, and wherein in a second gate charging cycle in which steps a) to d) are repeated, the determination of a switch-relevant one Transistor parameters of the first power transistor (T1) in response to the gate charging current (lg) determining the gate-source charge (Qgs) and / or the gate-drain charge (Qgd) on the basis of the threshold determined in the first gate charging cycle - Voltage (Vth) is done.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Ermitteln der schaltrelevanten Transistorparameter in bestimmten zeitlichen Abständen durchgeführt wird, ferner umfassend das Anpassen des Ansteuerprofils nach jeder Ermittlung. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the determination of the switching-relevant transistor parameters at certain time intervals is carried out, further comprising adapting the control profile after each determination.
9. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen. 9. Computer program product, comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the latter to carry out the method according to any one of claims 1 to 8.
10. Ansteuerschaltung (10) zum Ansteuern von mindestens einem zu schaltenden Leistungstransistor (T1, T2), eine Versorgungsspannung (Vsup), welche an einem ersten Leistungstransistor (T1) angelegt ist; eine erste steuerbare Stromquelle (11), welche dazu eingerichtet ist, den ersten Leistungstransistor (T1) mit einem Gate-Ladestrom (lg) zu laden; eine erste Messeinheit, welche dazu eingerichtet ist, einen schaltrelevanten Transistorparameter des ersten Leistungstransistors (T1) in Antwort auf den Gate-Ladestrom (lg) zu ermitteln; eine Steuereinheit (21), welche dazu eingerichtet ist, ein Ansteuerprofil zum Schalten des ersten Leistungstransistors (T1) in Abhängigkeit des ermittelten Transistorparameters anzupassen; und wobei die erste steuerbare Stromquelle (11) ferner dazu eingerichtet ist, den ersten Leistungstransistor (T1) gemäß dem angepassten Ansteuerprofil anzusteuern. 10. Control circuit (10) for controlling at least one power transistor (T1, T2) to be switched, a supply voltage (Vsup) which is applied to a first power transistor (T1); a first controllable current source (11) which is set up to charge the first power transistor (T1) with a gate charging current (Ig); a first measuring unit which is set up to determine a switching-relevant transistor parameter of the first power transistor (T1) in response to the gate charging current (Ig); a control unit (21) which is set up to adapt a control profile for switching the first power transistor (T1) as a function of the transistor parameter determined; and wherein the first controllable current source (11) is further set up to control the first power transistor (T1) in accordance with the adapted control profile.
11. Ansteuerschaltung (10) nach Anspruch 10, wobei ferner die Versorgungsspannung (Vsup) an den ersten Leistungstransistor (T1) und einem zweiten Leistungstransistor (T2), welcher mit dem ersten Leistungstransistor (T1) parallel oder in Serie geschaltet ist, angelegt ist, ferner umfassend: eine zweite steuerbare Stromquelle (I2), welche dazu eingerichtet ist, den zweiten Leistungstransistor (T2) mit einem Gate-Ladestrom (lg) zu laden; eine zweite Messeinheit, welche dazu eingerichtet ist, einen schaltrelevanten Transistorparameter des zweiten Leistungstransistors (T2) in Antwort auf den Gate-Ladestrom (lg) zu ermitteln; eine Steuereinheit (21, 22), welche dazu eingerichtet ist, ein Ansteuerprofil zum Schalten des ersten und des zweiten Leistungstransistors (T 1 , T2) in Abhängigkeit der ermittelten Transistorparameter des ersten und des zweiten Leistungstransistors (T1, T2) anzupassen; und wobei die zweite steuerbare Stromquelle (I2) derart eingerichtet ist, den zweiten Leistungstransistor (T2) gemäß dem angepassten Ansteuerprofil anzusteuern. 11. Control circuit (10) according to claim 10, wherein furthermore the supply voltage (Vsup) is applied to the first power transistor (T1) and a second power transistor (T2) which is connected in parallel or in series with the first power transistor (T1), further comprising: a second controllable current source (I2) which is set up to charge the second power transistor (T2) with a gate charging current (Ig); a second measuring unit which is set up to determine a switching-relevant transistor parameter of the second power transistor (T2) in response to the gate charging current (Ig); a control unit (21, 22) which is set up to generate a control profile for switching the first and second Adapting the power transistor (T 1, T2) as a function of the determined transistor parameters of the first and the second power transistor (T1, T2); and wherein the second controllable current source (I2) is set up to control the second power transistor (T2) in accordance with the adapted control profile.
12. Ansteuerschaltung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei die Messeinheit dazu eingerichtet ist, einen ersten Zeitpunkt (t1) zu bestimmen, bei welchem der Leistungstransistor (T 1 , T2) vollständig eingeschaltet ist; und wobei die Steuereinheit (21,22) dazu eingerichtet ist, die Gate- Einschaltladung (Qg1) auf Basis des Gate-Ladestroms (lg) und des bestimmten ersten Zeitpunkts (t1) zu ermitteln. 12. Control circuit (10) according to one of claims 10 to 11, wherein the measuring unit is set up to determine a first point in time (t1) at which the power transistor (T 1, T2) is completely switched on; and wherein the control unit (21, 22) is set up to determine the gate switch-on charge (Qg1) on the basis of the gate charging current (Ig) and the determined first point in time (t1).
13. Ansteuerschaltung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Messeinheit dazu eingerichtet ist, einen zweiten Zeitpunkt (t2) zu bestimmen, bei welchem die Gate-Source-Spannung (Vgs) ein Maximum (Vgsmax) erreicht, wobei die Steuereinheit (21, 22) dazu eingerichtet ist, die Gate-Ladung (Qg2) auf Basis des Gate-Ladestroms (lg) und des zweiten Zeitpunkts (t2) zu ermitteln. 13. Control circuit (10) according to one of claims 10 to 12, wherein the measuring unit is set up to determine a second point in time (t2) at which the gate-source voltage (Vgs) reaches a maximum (Vgsmax), the Control unit (21, 22) is set up to determine the gate charge (Qg2) on the basis of the gate charge current (Ig) and the second point in time (t2).
14. Ansteuerschaltung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Messeinheit dazu eingerichtet ist, die Gate-Spannung des Leistungstransistors (T1, T2) zum ersten Zeitpunkt (t1), bei welcher der Leistungstransistor (T1, T2) vollständig eingeschaltet ist, abzutasten, und wobei die Steuereinheit (21, 22) dazu eingerichtet ist, die Threshold- Spannung (Vth) aus der abgetasteten Gate-Spannung zu ermitteln. 14. Control circuit (10) according to one of claims 10 to 13, wherein the measuring unit is set up to measure the gate voltage of the power transistor (T1, T2) at the first point in time (t1) at which the power transistor (T1, T2) is completely switched on is to be sampled, and wherein the control unit (21, 22) is set up to determine the threshold voltage (Vth) from the sampled gate voltage.
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