ES2709898T3 - Convertidor para una máquina eléctrica con control de los contactos de los componentes semiconductores - Google Patents

Convertidor para una máquina eléctrica con control de los contactos de los componentes semiconductores Download PDF

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Harald Schueler
Martin Richter
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Abstract

Convertidor (100) para una máquina eléctrica (103) con un componente semiconductor (107-1) conectado con al menos un contacto (105-1) para convertir una tensión, con un dispositivo medidor de la tensión (101) para medir una caída de tensión (UDS) a través del componente semiconductor (107-1) y con una unidad de mando para controlar el componente semiconductor (107-1), estando configurada la unidad de mando para determinar un estado del contacto (105-1) con ayuda de la caída de tensión (UDS) medida, presentando el convertidor (100) un primer componente semiconductor (107-1) conectado con un primer contacto (105-1) y un segundo componente semiconductor (107-2) conectado con un segundo contacto (105-3) y estando configurado el dispositivo medidor de la tensión (101) para medir una primera caída de tensión a través del primer componente semiconductor (107-1) y una segunda caída de tensión a través del segundo componente semiconductor (107-2), estando configurada la unidad de mando para comparar la primera caída de tensión y la segunda caída de tensión.

Description

DESCRIPCION
Convertidor para una maquina electrica con control de los contactos de los componentes semiconductores
La presente invencion se refiere a un convertidor para una maquina electrica.
Estado de la tecnica
En maquinas electricas pueden generarse tensiones alternas en el modo de funcionamiento de generador. Para alimentar la red de a bordo con energfa, estas se transforman en tensiones continuas mediante conexiones de puente de la electronica de potencia. Para ello se usan habitualmente diodos.
Para poder poner a disposicion modos de funcionamiento adicionales de motor y mejorar al mismo tiempo el rendimiento del funcionamiento de generador mediante una rectificacion activa, estos diodos pueden ser sustituidos por MOSFET o IGBT. Un mando adecuado de los MOSFET o IGBT podna realizar tanto modos de funcionamiento de motor como de generador. La tecnica de montaje y conexion (en aleman: Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT)) de los transistores se degrada por ejemplo a medida que aumenta la destruccion de la soldadura o por fisuras en una conexion electrica a lo largo del tiempo de funcionamiento, por lo que representa un riesgo de fallo para el sistema global.
El documento US 2003/0076232 A1 da a conocer un convertidor para una maquina electrica con un componente semiconductor conectado con al menos un contacto para convertir una tension y con una unidad de mando para controlar el componente semiconductor, presentando el convertidor un primer componente semiconductor conectado con un primer contacto y un segundo componente semiconductor conectado con un segundo contacto.
El documento EP 1986203 A1 da a conocer un procedimiento para detectar la presencia de una capa aislante de contacto en un elemento de conmutacion provisto de un contacto mediante la medicion de la tension. En este documento se indica que la capa aislante tambien puede formarse en contactos que no sirven para la conmutacion. Descripcion de la invencion
La invencion tiene el objetivo de indicar un convertidor que reduzca el riesgo de fallo.
Este objetivo se consigue mediante las caractensticas de la reivindicacion independiente respecto al dispositivo 1 y de la reivindicacion independiente respecto al procedimiento 13 correspondiente. En las reivindicaciones dependientes estan definidas formas de realizacion ventajosas de la invencion.
La presente invencion esta basada en el conocimiento del hecho de que es ventajoso detectar el estado de un contacto de un componente electronico, para poder iniciar dado el caso contramedidas.
Ventajas de la invencion
De acuerdo con un aspecto de la invencion, el objetivo de acuerdo con la invencion se consigue mediante un convertidor para una maquina electrica con un componente semiconductor conectado con un contacto para convertir una tension, con un dispositivo medidor de la tension para medir una cafda de tension a traves del componente semiconductor y con una unidad de mando para controlar el componente semiconductor, estando configurada la unidad de mando para determinar el estado del contacto del componente semiconductor con ayuda de la cafda de tension medida. Por regla general, el convertidor puede comprender uno o varios componentes semiconductores, que estan conectados de forma termica y electrica con uno o varios contactos. Gracias a esta forma general del convertidor se consigue por ejemplo la ventaja de que puede detectarse la degradacion de una soldadura en al menos uno o varios componentes semiconductores a elegir libremente con medios tecnicos sencillos mediante una cafda de tension, de modo que pueden tomarse medidas adecuadas para evitar un fallo del convertidor.
En una forma de realizacion ventajosa, el componente semiconductor es un conmutador semiconductor. De este modo se consigue por ejemplo la ventaja tecnica de que se usan conmutadores semiconductores controlables para la conversion de la tension. Un conmutador semiconductor es un componente electronico controlable para conmutar y amplificar senales electricas, como por ejemplo un transistor.
En otra forma de realizacion ventajosa, el componente semiconductor es un transistor de efecto de campo metaloxido-semiconductor (MIOSFETJ o un transistor bipolar con electrodo de puerta aislada (IGBT). De este modo se consigue por ejemplo la ventaja tecnica de que se usan componentes especialmente adecuados para la conversion de corrientes elevadas.
En otra forma de realizacion ventajosa, el dispositivo medidor de la tension esta conectado electricamente con un terminal de drenaje y un terminal de fuente del MOSFET o el dispositivo medidor de la tension esta conectado electricamente con un colector y un emisor del IGBT. De este modo se consigue la ventaja tecnica de que pueden controlarse conexiones y contactos termicamente solicitados del convertidor.
En otra forma de realizacion ventajosa, el convertidor comprende un dispositivo medidor de la corriente para medir una corriente que fluye por el componente semiconductor. De este modo se consigue por ejemplo la ventaja tecnica de que, aparte de una cafda de tension, se determina como parametro adicional una corriente que fluye por el componente semiconductor mejorando la precision de la determinacion del estado del contacto.
En otra forma de realizacion ventajosa, el dispositivo medidor de la corriente comprende una resistencia shunt. De este modo se consigue por ejemplo la ventaja tecnica de que la corriente puede determinarse de forma especialmente adecuada y con medios tecnicos sencillos.
En otra forma de realizacion ventajosa, el convertidor comprende un dispositivo medidor de la temperatura para medir una temperatura del componente semiconductor. De este modo se consigue por ejemplo tambien la ventaja tecnica de que como parametro adicional se determina una temperatura del componente semiconductor y que mejora la precision de la determinacion del estado del contacto. Ademas, puede garantizarse que se detecte la cafda de tension a una temperatura determinada, de modo que mejora una comparabilidad de los valores determinados. En otra forma de realizacion ventajosa, el convertidor comprende un primer componente semiconductor conectado con un primer contacto y un segundo componente semiconductor conectado con un segundo contacto y el dispositivo medidor de la tension esta realizado para medir una primera cafda de tension a traves del primer componente semiconductor y una segunda cafda de tension a traves del segundo componente semiconductor. De este modo se consigue por ejemplo la ventaja tecnica de poder controlarse al mismo tiempo varios contactos.
En otra forma de realizacion ventajosa el convertidor esta realizado para comparar la primera cafda de tension y la segunda cafda de tension. De este modo se consigue por ejemplo la ventaja tecnica de que mediante una comparacion directa de dos contactos puede determinarse cual de los contactos presenta un estado cntico.
En otra forma de realizacion ventajosa, la unidad de mando esta configurada para determinar una curva de tension de la cafda de tension a traves del componente semiconductor en funcion de un tiempo de funcionamiento del componente semiconductor. De este modo se consigue por ejemplo tambien la ventaja tecnica de que mejora una precision de la determinacion del estado del componente pudiendo detectarse ademas tendencias durante el tiempo de funcionamiento.
En otra forma de realizacion ventajosa, la unidad de mando esta configurada para determinar un valor de derivacion temporal de la curva de tension. De este modo se consigue por ejemplo la ventaja tecnica de que puede determinarse una impedancia termica, que puede usarse como otro criterio de evaluacion.
En otra forma de realizacion ventajosa, la unidad de mando comprende una memoria para almacenar curvas de la tension o valores de cafda de tension en un momento determinado. De este modo se consigue por ejemplo la ventaja tecnica de que en la unidad de mando se detectan los valores durante un penodo de funcionamiento relativamente largo del convertidor, lo que hace crecer una base de datos.
En otra forma de realizacion ventajosa, la unidad de mando esta configurada para comparar curvas de tension o valores de cafdas de tension almacenados en diferentes momentos en la memoria. De este modo se consigue por ejemplo la ventaja tecnica de detectarse un desarrollo en el tiempo y una degradacion lenta de la soldadura con ayuda de la base de datos o de detectarse valores extranos de la medicion.
En otra forma de realizacion ventajosa, en la memoria esta almacenada previamente una curva de tension de referencia. De este modo se consigue por ejemplo la ventaja tecnica de que, en caso de desviaciones de una curva de cafda de tension medida de la curva de referencia puede detectarse una degradacion de la soldadura.
En otra forma de realizacion ventajosa, el convertidor comprende la posibilidad de transmitir el estado actual a una unidad de regulacion de orden superior, que reacciona correspondientemente e inicia contramedidas. De este modo se consigue por ejemplo la ventaja tecnica de que, en caso de comenzar la degradacion de una soldadura, puede reducirse la carga del componente semiconductor.
De acuerdo con otro aspecto de la invencion, el objetivo de acuerdo con la invencion se consigue mediante un procedimiento para la conversion de una tension con un convertidor para una maquina electrica con un componente semiconductor conectado con al menos un contacto, con las etapas de una medicion de una cafda de tension a traves del componente semiconductor, una determinacion del estado del contacto con ayuda de la cafda de tension medida y un control del componente semiconductor en funcion del estado determinado del contacto. De este modo se consiguen las mismas ventajas tecnicas que con el dispositivo correspondiente.
Breve descripcion de la invencion
En el dibujo estan representados unos ejemplos de realizacion de la invencion que se describiran a continuacion mas detalladamente.
Muestran:
La Figura 1 una vista esquematica de un convertidor de acuerdo con la invencion;
La Figura 2 un desarrollo de una cafda de tension durante un funcionamiento de un componente semiconductor, y La Figura 3 un desarrollo de una cafda de tension durante un funcionamiento de un componente semiconductor y el desarrollo de una tension inicial en funcion de un tiempo total de funcionamiento.
Formas de realizacion de la invencion
La Figura 1 muestra una vista esquematica de un convertidor 100 para una maquina electrica 103 trifasica con un dispositivo medidor de la tension 101 para medir una cafda de tension Uds a traves de un componente semiconductor 107-1.
El convertidor 100 convierte por ejemplo una tension de entrada alimentada desde una batena de un vehfculo en una tension alterna trifasica para la maquina electrica 103. Para este fin, el convertidor 100 comprende seis componentes semiconductores 107-1, 107-2. Estos componentes 107-1, 107-2 estan formados por ejemplo por MOSFET o IGBT, que son conmutados por una unidad de mando no mostrada de tal modo que se genera una corriente alterna trifasica. La invencion no esta limitada al convertidor mostrado, sino que puede usarse generalmente para cualquier convertidor.
Los componentes semiconductores 107-1, 107-2 estan unidos de forma electrica, mecanica y termica con el circuito restante en puntos de contacto o puntos de union 105-1, 105-2, 105-3, 105-4. La union electrica o mecanica en los puntos de contacto 105-1, 105-2, 105-3, 105-4 se realiza mediante una tecnica de montaje y conexion adecuada. Los componentes semiconductores 107-1, 107-2 estan soldados por ejemplo junto con otros componentes en una placa o en un panel de conexiones en los puntos de contacto 105-1, 105-2, 105-3, 105-4, de modo que tiene lugar un contacto electrico con el componente correspondiente. Para la union por soldadura de los componentes pueden usarse soldaduras con diferentes propiedades. La soldadura es una aleacion de metales, que segun el fin de uso esta formada por determinadas proporciones de mezcla de metales, como por ejemplo plomo, estano, cinc, plata y cobre.
No obstante, la tecnica de montaje y conexion de los componentes semiconductores puede degradarse por ejemplo por una destruccion creciente de la soldadura o fisuras en una conexion electrica a lo largo del tiempo de funcionamiento debido a variaciones termicas u otras influencias ambientales. Esta circunstancia representa un riesgo de fallo para el sistema global.
La degradacion de la tecnica de montaje y conexion a lo largo del tiempo de funcionamiento del convertidor 100 conduce a una reduccion del contacto mecanico y por lo tanto a un aumento perceptible de la impedancia termica. Puesto de debido a ello el calor del componente semiconductor 107-1, 107-2 se evacua de forma insuficiente, para el componente semiconductor 107-1, 107-2 se produce una carga termica adicional.
Esta carga termica conduce en componentes semiconductores 107-1, 107-2 con un coeficiente de temperatura positivo a un calentamiento adicional, puesto que los mismos tienen una resistencia al paso de la corriente electrica mayor a medida que aumenta la temperatura. Debido a ello sube a su vez la potencia perdida y el calor que ha de evacuarse del componente semiconductor 107-1, 107-2. Cuando el calor no se evacua, se produce un retroacoplamiento que conduce a un calentamiento cada vez mayor del componente semiconductor 107-1, 107-2. El efecto de retroacoplamiento descrito conduce a un envejecimiento rapido con fallo prematuro o destruccion del componente semiconductor; puesto que se rebasa la temperatura lfmite admisible de este. Un fallo de este tipo ocurre en muchos casos de forma repentina y no esperada.
Por esta razon es ventajoso detectar a tiempo un estado cntico de la tecnica de montaje y conexion y ralentizar el proceso de degradacion mediante medidas adecuadas. Para este fin se controla el estado de la tecnica de montaje y conexion durante el funcionamiento del convertidor 100. Se detecta cuando empeora el estado de la union o del contacto del transistor. Por regla general, se trata de un empeoramiento de la capa de soldadura. El cambio en la union puede detectarse porque el calor puede evacuarse peor del interior del semiconductor, por lo que se generan tensiones electricas mas elevadas.
El estado de la union o del contacto esta condicionado por la capacidad de la union o del contacto de poder evacuar calor. Un empeoramiento del estado puede ser causado por ejemplo por fisuras en la soldadura o por una oxidacion. En caso de que el sistema de diagnostico detecte una degradacion creciente, puede reaccionarse a este diagnostico mediante una regulacion a la baja. Pueden ser medidas clasicas de una regulacion a la baja, como p.ej. una reduccion de las potencias maximas o una reduccion de la duracion maxima de los estados de funcionamiento del motor y generador (recuperacion/boost) o una adaptacion de la estrategia de funcionamiento, que reduce las diferencias de la temperatura y por lo tanto la carga de los componentes semiconductores. De este modo puede retardarse el momento del fallo.
Una adaptacion en un sistema Idbrido puede significar usar el funcionamiento generador clasico ya en caso de un estado de carga (State of Charge, SOC) mas elevado, en espanol estado de carga mas elevado y aumentar por lo tanto por un lado el nivel de tension de la red de a bordo y limitar por otro lado el paso maximo de energfa en un evento, como por ejemplo una recuperacion. El aumento del nivel de tension conduce a corrientes mas bajas con la misma potencia y por lo tanto a una menor aportacion de potencia perdida en el chip, lo que conduce junto con la limitacion del paso maximo de energfa a una reduccion de las diferencias de temperatura y que reduce en general el potencial de CO2 menos que las estrategias clasicas de regulacion a la baja. En otra forma de realizacion de la adaptacion de la estrategia de funcionamiento puede limitarse el uso de estados de funcionamiento del motor. De la misma forma que una reduccion de una corriente de generador maxima admisible, estas adaptaciones tienen el efecto de reducir la energfa perdida aplicada y las diferencias de temperatura que se forman por la misma.
De este modo se reacciona con medidas adecuadas al empeoramiento creciente de la tecnica de montaje y conexion y se ralentiza por ejemplo el proceso de la destruccion de la soldadura.
Ademas, puede senalarse en un vehfculo una medida de reparacion pendiente, puede acortarse un intervalo de servicio y/o iniciarse un funcionamiento de emergencia (estrategia limp home).
Para determinar el estado de la tecnica de montaje y conexion, se usan sensores para la determinacion de la cafda de tension a traves de un terminal de drenaje-fuente de un MOSFET o de un terminal de colector-emisor. En una forma de realizacion ventajosa, se determina adicionalmente una corriente que fluye por el componente semiconductor 107-1, por ejemplo mediante el uso de una resistencia shunt. En otra forma de realizacion esta previsto un sensor de temperatura cerca del componente semiconductor. La medida puede depender de lo que difieren los valores de medicion determinados de los valores de referencia.
Cuando se mide en uno o varios componentes semiconductores 107-1, 107-2 una cafda de tension mas grande con la misma corriente de medicion, se aplica ad una potencia perdida mayor. Puesto que aumenta por ejemplo la resistencia de paso electrico en el componente semiconductor a medida que aumenta la destruccion de la soldadura o que aumenta la degradacion de la conexion electrica, esto permite llegar a deducciones acerca de la degradacion de la tecnica de montaje y conexion.
Para la determinacion del grado de degradacion de la tecnica de montaje y conexion de los componentes semiconductores, como por ejemplo MOSFET o IGBT, se aprovechan las fases inactivas de la maquina electrica durante un ciclo de marcha. La maquina electrica se encuentra en una fase inactiva cuando la batena de alto voltaje esta suficientemente cargada. Por razones relacionadas con la eficiencia energetica, se espera en esta situacion una posibilidad para la recuperacion de energfa de frenado, para alimentar la red de a bordo con energfa. Durante las fases inactivas, se conducen corrientes definidas por los transistores MOSFET o IGBT correspondientes de la conexion de puente y se miden y comparan entre sf las tensiones que se generan vfas drenaje y fuente o colector y emisor. En una degradacion uniforme de todos los transistores se produce una cafda de tension identica en todos los componentes.
La Figura 2 muestra un desarrollo de una cafda de tension Uds durante un funcionamiento de un componente semiconductor en un estado envejecido (drculos) y un estado nuevo, no desgastado (cruces) en funcion del tiempo de funcionamiento t. La curva del desarrollo esta formada respectivamente por una pluralidad de puntos de medicion discretos para una cafda de tension Uds a traves del componente semiconductor con un desfase temporal Ta.
Para simplificar, la magnitud ffsica Uds solo esta representada para un transistor como componente semiconductor 107-1. No obstante, por regla general, la relacion es valida para todos los componentes semiconductores 107-1 y 107-2 usados en el convertidor 100.
Un envejecimiento de la tecnica de montaje y conexion conduce a una mayor impedancia termica por una reduccion de la superficie de contacto. Esto conduce a una evacuacion de calor ralentizada y, por lo tanto, tambien a una curva de tension Uds que baja mas lentamente a traves del componente semiconductor 107-1. El descenso a lo largo del tiempo de la curva de tension es por lo tanto una medida de la impedancia termica del componente semiconductor. Un componente semiconductor 107-1 con una tecnica de montaje y conexion no envejecida presenta por lo tanto un descenso rapido de la curva de tension Uds (cruces), mientras que un componente semiconductor 107-1 con una tecnica de montaje y conexion envejecida presenta un descenso lento de la curva de tension Uds (drculos).
La Figura 3 muestra el desarrollo de una cafda de tension Uds durante un funcionamiento de un componente semiconductor 107-1 mostrado en la Figura 2 y el desarrollo de una tension inicial P1 en funcion de un tiempo total de funcionamiento.
Para determinar el envejecimiento general o el estado de la tecnica de conexion se usan valores de tension, que se determinan por ejemplo respectivamente al principio del tiempo de funcionamiento, como en una medicion de fin de cinta de la conexion de puente o en un primer funcionamiento del motor/generador en el sistema de destino. En la determinacion de estos valores de tension, la temperatura ambiente determinada mediante un sensor de temperatura debena estar en un intervalo similar que en una medicion de comparacion o de referencia.
Con la suposicion de que todos los componentes semiconductores estan expuestos a condiciones similares del entorno, pueden compensarse diferencias entre las condiciones del entorno en comparacion con las mediciones de referencia, comparandose el cambio de la cafda de tension entre los componentes semiconductores, por ejemplo, mediante una formacion de la mediana del cambio de la cafda de tension tras la aplicacion de corriente. Puede detectarse por lo tanto un desplazamiento del nivel total y evaluarse correspondientemente.
La tension inicial es aqrn el primer punto de medicion P1 del desarrollo de la tension mostrado en la Figura 3. Este valor se indica en la parte inferior a lo largo de un tiempo total de funcionamiento del componente semiconductor. Cuando el tiempo de funcionamiento total rebasa un valor cntico, aumenta la cafda de tension inicial Uds. A partir de rebasarse un valor de referencia de la tension puede iniciarse una de las contramedidas arriba descritas.
Respecto al calentamiento de las masas termicas de los componentes semiconductores 107-1 y 107-2 debena garantizarse que haya condiciones de medicion en lo posible identicas. Estas condiciones dependen de la tecnica de montaje y conexion y pueden determinarse previamente por calculo. Varias curvas de referencia almacenadas previamente en una memoria con condiciones de funcionamiento respectivamente diferentes conducen aqrn a posibilidades mas amplias de comparacion en el funcionamiento. La memoria puede ser por ejemplo una memoria de un ordenador, como por ejemplo una memoria RAM electronica, una memoria ROM, una memoria flash o tambien una memoria magnetica. La memoria puede estar prevista en una unidad de mando para controlar el componente semiconductor 107-1.
Ademas, mediante el sensor de temperatura puede fijarse una temperatura a la que se realiza la medicion de la cafda de tension.
El desarrollo temporal de la curva de tension refleja directamente la impedancia termica y el estado de la tecnica de montaje y conexion. Para no tener en cuenta valores extranos en las mediciones, puede depositarse una tendencia para el estado de la tecnica de montaje y conexion mediante almacenamiento de la curva de tension. De este modo puede mejorarse aun mas la precision de una determinacion para el estado de la tecnica de montaje y conexion.
Puede mejorarse el valor informativo acerca de un estado de la tecnica de montaje y conexion determinandose sucesivamente varios valores de tension directamente despues de la aplicacion de corriente y generandose una curva de medicion o siguiendose la tendencia a lo largo de la vida util.
De este modo puede controlarse el desarrollo de la degradacion tanto mediante la comparacion de cafdas de tension Uds entre los diferentes semiconductores 107-1 y 107-2 como en la relacion a los antecedentes del semiconductor 107-1. De este modo puede tenerse en cuenta que hay diferencias en los estados originales de los transistores por tolerancias de fabricacion.
Por regla general, para la metodologfa de medicion usada debena ser valido que no tiene lugar una estimulacion adicional de un patron de error, que no se produce ninguna formacion de momentos en la maquina electrica y que no tiene lugar una carga significante de la alimentacion de tension. Estas condiciones previas pueden cumplirse por ejemplo mediante la aplicacion de rampas de corriente cortas, definidas. Una plausibilizacion de la corriente aplicada puede tener lugar mediante un sensor de corriente previsto.
La invencion puede usarse en vetnculos en un boost-recuperation-system (BRS). Tambien es concebible un uso en motores de arranque y generadores (SG). No obstante, en principio la invencion puede aplicarse en cualquier sistema tnbrido de vetnculos y mandos de generadores y motores en los que se usan conexiones de puente.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Convertidor (100) para una maquina electrica (103) con un componente semiconductor (107-1) conectado con al menos un contacto (105-1) para convertir una tension, con un dispositivo medidor de la tension (101) para medir una cafda de tension (Uds) a traves del componente semiconductor (107-1) y con una unidad de mando para controlar el componente semiconductor (107-1), estando configurada la unidad de mando para determinar un estado del contacto (105-1) con ayuda de la cafda de tension (Uds) medida, presentando el convertidor (100) un primer componente semiconductor (107-1) conectado con un primer contacto (105-1) y un segundo componente semiconductor (107-2) conectado con un segundo contacto (105-3) y estando configurado el dispositivo medidor de la tension (101) para medir una primera cafda de tension a traves del primer componente semiconductor (107-1) y una segunda cafda de tension a traves del segundo componente semiconductor (107-2), estando configurada la unidad de mando para comparar la primera cafda de tension y la segunda cafda de tension.
2. Convertidor (100) de acuerdo con la reivindicacion 1, siendo el componente semiconductor (107-1) un conmutador semiconductor.
3. Convertidor (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, siendo el componente semiconductor (107-1) un transistor de efecto de campo metal-oxido-semiconductor (MIOSFET) o un transistor bipolar con electrodo de puerta aislada (IGBT).
4. Convertidor (100) de acuerdo con la reivindicacion 3, estando conectado el dispositivo medidor de la tension (101) electricamente con un terminal de drenaje (D) y un terminal de fuente (S) del transistor de efecto de campo semiconductor (MOSFET) o estando conectado el dispositivo medidor de la tension (101) electricamente con un colector y un emisor del transistor bipolar con electrodo de puerta aislada (IGBT).
5. Convertidor (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, presentando el convertidor (100) un dispositivo medidor de la corriente (111) para medir una corriente que fluye por el componente semiconductor (107­ 1).
6. Convertidor (100) de acuerdo con la reivindicacion 5, presentando el dispositivo medidor de la corriente (111) una resistencia shunt.
7. Convertidor (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, presentando el convertidor (100) un dispositivo medidor de la temperatura para medir una temperatura del componente semiconductor (107-1).
8. Convertidor (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, presentando el convertidor (100) un dispositivo para determinar la potencia para determinar una potencia absorbida por el componente semiconductor (107-1).
9. Convertidor (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, estando configurada la unidad de mando para determinar una curva de tension de la cafda de tension (Uds) a traves del componente semiconductor (107-1) en funcion de un tiempo de funcionamiento del componente semiconductor (107-1).
10. Convertidor (100) de acuerdo con la reivindicacion 9, estando configurada la unidad de mando para determinar un valor de derivacion temporal de la curva de tension.
11. Convertidor (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones 9 o 10, presentando la unidad de mando una memoria para almacenar curvas de tension o valores de cafdas de tension en un momento determinado.
12. Convertidor (100) de acuerdo con la reivindicacion 11, estando configurada la unidad de mando para comparar curvas de tension o valores de cafdas de tension almacenados en diferentes momentos en la memoria.
13. Procedimiento para la conversion de una tension con un convertidor (100) para una maquina electrica (103) con un primer componente semiconductor (107-1) conectado con al menos un primer contacto (105-1) y un segundo componente semiconductor (107-2) conectado con al menos un segundo contacto (105-3), con las etapas:
- medicion de una cafda de tension (Uds) a traves del primer componente semiconductor (107-1),
- medicion de una cafda de tension (Uds) a traves del segundo componente semiconductor (107-2),
- comparacion de las cafdas de tension (Uds) medidas; y
- determinacion del estado del contacto (105-1, 105-3) correspondiente en funcion de la comparacion.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014219237A1 (de) * 2014-09-24 2016-04-07 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen von Betriebsparametern von Schaltelementen eines Umrichters
DE102016207381A1 (de) * 2016-04-29 2017-11-02 Robert Bosch Gmbh Schaltelement mit einer Temperaturüberwachung und Verfahren zur Temperaturüberwachung
DE102016119822A1 (de) * 2016-10-06 2018-04-12 Lsp Innovative Automotive Systems Gmbh Hochleistungsgenerator Niedervolt mit Starter-Unterstützungsfunktion und Drehmoment-Kompensation
CN108490922B (zh) * 2018-04-27 2020-03-24 北京新能源汽车股份有限公司 一种统一诊断服务测试用例的生成方法及装置
US11171640B2 (en) 2018-05-02 2021-11-09 Texas Instruments Incorporated Temperature-sensitive transistor gate driver
DE102019107805A1 (de) * 2019-03-27 2020-10-01 Seg Automotive Germany Gmbh Verfahren zum Überwachen einer Lebensdauer einer Stromrichterschaltung einer elektrischen Maschine
EP3820031A1 (en) * 2019-11-05 2021-05-12 Hamilton Sundstrand Corporation Power device health monitoring utilising a bridge arrangement
US11435395B2 (en) * 2020-04-10 2022-09-06 Semiconductor Components Industries, Llc Circuit and method to detect defects in a power switching device

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4472666A (en) * 1982-09-21 1984-09-18 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Brushless DC motor
JP2768172B2 (ja) * 1992-09-30 1998-06-25 日本電気株式会社 半導体メモリ装置
US5514974A (en) * 1994-10-12 1996-05-07 International Business Machines Corporation Test device and method for signalling metal failure of semiconductor wafer
US5723974A (en) * 1995-11-21 1998-03-03 Elantec Semiconductor, Inc. Monolithic power converter with a power switch as a current sensing element
US6087842A (en) * 1996-04-29 2000-07-11 Agilent Technologies Integrated or intrapackage capability for testing electrical continuity between an integrated circuit and other circuitry
US5959464A (en) * 1996-09-03 1999-09-28 Motorola Inc. Loss-less load current sensing driver and method therefor
JP3526245B2 (ja) * 1999-07-30 2004-05-10 ローム株式会社 負荷駆動回路
DE10019240A1 (de) * 2000-04-18 2001-10-31 Fujitsu Siemens Computers Gmbh Schaltungsanordnung zur Messung der Stromaufnahme einer transistorgesteuerten Last
JP2002048651A (ja) * 2000-08-04 2002-02-15 Nippon Precision Circuits Inc 半導体温度検出方法およびその回路
JP3668708B2 (ja) * 2001-10-22 2005-07-06 株式会社日立製作所 故障検知システム
US7193410B2 (en) * 2004-05-04 2007-03-20 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Transistor monitor for a multiphase circuit
US7657763B2 (en) * 2005-12-29 2010-02-02 Panasonic Electric Works Co., Ltd. Systems and methods for selectively controlling electrical outlets using power profiling
US7394273B2 (en) * 2006-01-18 2008-07-01 International Business Machines Corporation On-chip electromigration monitoring system
KR101224919B1 (ko) * 2006-02-07 2013-01-22 삼성전자주식회사 온도 변화에 따라 고전압 발생 회로의 출력 전압 레벨을조절하는 반도체 메모리 장치
KR100817053B1 (ko) * 2006-05-10 2008-03-26 삼성전자주식회사 과전압 검출 로직 및 딜레이 회로를 칩 내부에 구비하는과전압 방지 제어 회로 및 과전압 방지 제어 방법
JP4843034B2 (ja) * 2006-06-09 2011-12-21 富士通株式会社 温度センサ用リングオシレータ、温度センサ回路及びこれを備える半導体装置
EP1986203A1 (de) 2007-04-26 2008-10-29 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Feststellung des Vorhandenseins einer Kontaktisolierschicht bei einem kontaktbehafteten Schaltelement sowie Schaltgerät mit einem derartigen Schaltelement
US20090021271A1 (en) * 2007-07-20 2009-01-22 Infineon Technologies Austria Ag Measuring the On-Resistance of a Transistor Load Path
US8271117B2 (en) * 2007-11-22 2012-09-18 Panasonic Corporation Fabrication system of semiconductor integrated circuit, fabrication device, fabrication method, integrated circuit and communication system
US8497694B2 (en) * 2010-02-10 2013-07-30 Qualcomm Incorporated On-chip sensor for measuring dynamic power supply noise of the semiconductor chip
JP5045799B2 (ja) * 2010-08-27 2012-10-10 株式会社デンソー 電力変換装置、駆動装置、及び、これを用いた電動パワーステアリング装置

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