JP2009517642A - 電力トランジスタの機能検査のための回路装置および電力トランジスタの機能検査方法 - Google Patents
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Abstract
Description
車両における大きな電流、殊にモータないし調整装置、電磁弁および熱的な負荷をスイッチングするためにMOSFETおよびIGBTがますます使用されてきている。これらのトランジスタはその絶縁されたゲートに基づき、例えば1012Ohmのオーダの比較的高い入力抵抗を有する。外部から(MOSFETの場合には)ゲートとソースとの間に電圧が印加され、もしくは(IGBTの場合には)ゲートとエミッタとの間に電圧が印加され、続いて電圧源との接続が遮断されると、高い入力抵抗に基づき比較的長い時間、例えば数秒にわたりゲート電位は維持される。
本発明が基礎とする着想は、電力トランジスタの機能ないしゲートのコンタクトが、絶縁されたゲートとアースに接続されている第2の電力電極、すなわちMOSFETのソースもしくはIGBTのエミッタとの間のゲートキャパシタンスが検査されることによって、制御装置により検査されることである。絶縁されたゲートに基づき、この種の電力トランジスタは例えば100pF〜10nFのオーダのゲートキャパシタンスを有し、これは問題のないコンタクトにおいて測定できるものである。ゲートと制御装置の信号出力側との間のゲート端子コンタクトが破損した場合、もしくは剥がれた場合、コンタクトの分離された端部によってさらにキャパシタンスが形成されるので、ゲート端子コンタクトと第2の電力電極の端子コンタクトとの間において測定されるキャパシタンスが著しく低下することが予期される。
以下では本発明を添付の図面に基づき幾つかの実施形態を説明する。ここで、
図1は、MOS−FETとして構成されている電力トランジスタの機能検査のための電力回路と制御装置とを備えた本発明による回路装置のブロック回路図を示す。
図2は、電力トランジスタとしてのIGBTを備えた、図1に相当するブロック回路図を示す。
図3から図8は、ゲートキャパシタンスが取り入れられた発振器を用いるゲートキャパシタンスの測定部を備えた実施形態を示す。
図3は、クラップ発振器(または直列同調型のコルピッツ発振器)が例示的に示されている図1のブロック回路図の実施形態の回路図を示す。
図4は、より低い周波数のベースバンドまたは中間周波数帯域に混合するためのミクサと発振器とを備えた別の実施形態による回路装置のブロック回路図を示す。
図5は、本発明による回路装置において使用されるマイスナー発振器を備えた回路図を示す。
図6は、本発明による回路装置において使用されるアームストロング発振器の回路図を示す。
図7は、本発明による回路装置において使用される並列同調型のコルピッツ発振器の回路図を示す。
図8は、本発明による回路装置において使用されるハートレイ発振器の回路図を示す。
図9は、MOSFETと、平滑化および/または時間遅延のためにゲート端子の上流側に設けられている付加的なRC素子とを備えた図1に相当する回路装置を示す。
図10は、電力トランジスタとしてのIGBTを備えた図2に相当する回路装置を示し、この回路装置においては図16に応じてRC素子がゲート端子/ゲート端子コンタクトの上流側に設けられている。
図11から図18は、ゲートキャパシタンスの直接的な測定部を備えた実施形態を示す。
図11は、ゲートキャパシタンスに交流電圧が印加され、平衡シフトがブリッジ回路において測定され表示される回路を示す。
図12は、電力測定部の代わりに差動増幅器を備えた図11に相当する実施形態を示す。
図13は、図12の回路の第1の実現形態を示す。
図14は、図12の回路の第2の実現形態を示す。
図15は、ウィンドウ比較器を備えた別の実現形態を示す。
図16は、充電時間検出部を備えた別の実現形態を示す。
図17は、本発明による第1の方法のフローチャートを示す。
図18は、本発明による第2の方法のフローチャートを示す。
第1の測定方式:
同時に直流分離に使用される別のコンデンサC40を介して、ゲートキャパシタンスCgに交流電圧Uwが印加される。平衡シフトがブリッジ回路において測定され表示される。
第2の測定方式:
抵抗R40を介してゲートキャパシタンスCに交流電圧Uwが印加される。平衡シフトがブリッジ回路において測定され表示される。
第3の測定方式:
抵抗R40を介してゲートキャパシタンスCgに直流電圧Up、例えばパルス制御される直流電圧が印加される。コンデンサCgが充電され、所定の閾値Uschwi1に達するまでに要する時間が測定される。代替的に、充電されたキャパシタンスが所定の値Uschw2に放電されるまでに要する時間を検出することもできる。
Claims (21)
- 電力トランジスタ(3,9)の機能検査のための回路装置において、
絶縁されたゲート(G)と、ドレイン(D)またはコレクタ(C)として構成されている第1の電力電極(D,C)と、ソース(S)またはエミッタ(E)として構成されている第2の電力電極(S,E)とを備えた電力トランジスタ(3,9)を有し、
前記第1の電力電極(D,C)および前記第2の電力電極(S,E)は第1の電力電極端子コンタクト(3d,9c)および第2の電力電極端子コンタクト(3s,9e)を介して、直流電圧源(5)および電気的な直流電流負荷(4)を備えた電力回路に接続されており、
ゲート端子コンタクト(3g,9g)を介して前記ゲート(G)と接続されている信号出力側(2a)を備えた制御装置(2)を有し、
前記ゲート端子コンタクト(3g,9g)と前記第2の電力電極端子コンタクト(3s,9e)との間のゲート端子キャパシタンス(Cin)を測定するためのキャパシタンス測定装置(6)を有し、
前記キャパシタンス測定装置(6)によって測定された前記ゲート端子キャパシタンス(Cin)をゲートキャパシタンス(Cg)と比較し、該比較に依存してエラー信号(F)を出力する評価装置(8)を有することを特徴とする、回路装置。 - 前記制御装置(2)のアース端子(2b)および前記第2の電力電極(S,E)は共に前記直流電圧源(5)の負極と接続されている、請求項1記載の回路装置。
- 前記キャパシタンス測定装置(6)は発振器(14)を有し、測定すべき前記ゲートキャパシタンス(Cg)は前記発振器(14)の一部として接続されており、
前記評価装置(8)は前記発振器(14)の固有周波数または該固有周波数に依存する前記発振器(14)の測定量を求め、比較値と比較し、該比較に依存して前記エラー信号(F)を出力する、請求項1または2記載の回路装置。 - 前記発振器(14)は前記ゲート端子コンタクト(3g)と接続されている結合コンデンサ(C3)を有し、前記発振器(14)内には少なくとも前記ゲートキャパシタンス(Cg)と前記結合コンデンサ(C3)とからなる直列回路が構成されている、請求項3記載の回路装置。
- 前記発振器(14)は直列同調型のコルピッツ発振器であり、前記ゲートキャパシタンス(Cg)は一方においてアースと接続されているキャパシタンスとして接続されている、請求項3または4記載の回路装置。
- 前記発振器(14)はマイスナー発振器、アームストロング発振器、並列同調型のコルピッツ発振器およびハートレイ発振器を有するグループから選択されており、前記結合コンデンサ(C3)によって、前記ゲートキャパシタンス(Cg)と前記発振器(14)の別の素子との間に直流電圧分離部が形成されている、請求項3または4記載の回路装置。
- ミクサ(15)を有し、該ミクサ(15)は前記発振器(14)によって発生される振動(f1)を基準発振器(16)の基準振動(f2)によりベースバンド(BB)または中間周波数帯域(ZF)へと混合し、混合信号(M)を前記評価装置(8)に出力し、該評価装置(8)は前記ベースバンド(BB)または前記中間周波数帯域(ZF)における評価を実施し、該評価に依存して前記エラー信号(F)を出力する、請求項3から6までのいずれか1項記載の回路装置。
- 前記ゲート端子コンタクト(3g,9g)には電圧(Up,Uw)が印加されており、該印加されている電圧(Up,Uw)および前記ゲート端子キャパシタンス(Cin)から生じる出力量が求められる、請求項1または2記載の回路装置。
- 前記ゲート端子キャパシタンス(Cin)には交流電圧(Uw)が印加されており、平衡シフトが前記ゲート端子キャパシタンス(Cin)に依存して測定される、請求項8記載の回路装置。
- 前記平衡シフトがブリッジ回路(Z30,R20,C20,Z40,Rs,Cg)において測定される、請求項9記載の回路装置。
- 前記ブリッジ回路の平衡シフトが複素抵抗または実際の抵抗(Z50)における電流測定によって、または差動増幅器(31)または比較器(32)またはウィンドウ比較器として使用される比較器(32)を用いて読み出される、請求項10記載の回路装置。
- 前記ゲート端子キャパシタンス(Cin)には直流電圧(Up)が印加されており、上側の閾値電圧(Uschw1)に達するまでの充電時間(τ)または下側の閾値(Uschw2)に達するまでの放電時間(τ)が測定される、請求項8記載の回路装置。
- 印加されている前記直流電圧(Up)はパルス制御されている、請求項12記載の回路装置。
- RC素子(R6,C6)が前記制御装置(2)の信号出力側(2a)と前記ゲート端子コンタクト(3g,9g)との間に接続されており、前記キャパシタンス測定装置(6)は前記RC素子(R6,C6)と前記ゲート端子コンタクト(3g,9g)との間に接続されている、請求項1から13までのいずれか1項記載の回路装置。
- 第1の電力電極端子コンタクト(3d,9c)および第2の電力電極端子コンタクト(3s,9e)を介して、直流電圧源(5)および電気的な直流電流負荷(4)を備えた電力回路と接続されている、電力トランジスタ(3,9)の機能検査方法において、少なくとも、
ゲート端子コンタクト(3g,9g)と前記電力トランジスタ(3,9)の第2の電力電極端子コンタクト(3s,9e)との間の電圧(Ua,Up,Uw)を出力するステップ(S2,S7)と、
前記ゲート端子コンタクト(3g,9g)と前記第2の電力電極端子コンタクト(3s,9e)との間のゲート端子キャパシタンス(Cin)に依存する測定値(f,Um,τ)を求めるステップ(S2,S3,S4;S7,S8)と、
前記測定値(f,Um,τ)が既知の比較値の許容範囲内にあるか否かを求めるステップ(S5,S9)と、
前記測定値(f,Um,τ)が前記許容範囲外にある場合にエラー信号(F)を出力するステップとを有することを特徴とする、機能検査方法。 - 前記ゲート端子キャパシタンス(Cin)を発振器(14)に取り入れ、固有周波数または該固有周波数に依存する測定量を比較値と比較する、請求項15記載の方法。
- 前記ゲート端子コンタクト(3g,9g)に電圧(Up,Uw)を印加し、該印加されている電圧(Up,Uw)および前記ゲート端子キャパシタンス(Cin)から生じる出力量を求める、請求項15記載の方法。
- 直流電圧(Up)を印加し、前記ゲート端子キャパシタンス(Cin)の充電時間または放電時間(τ)を求め、比較値と比較する、請求項17記載の方法。
- 交流電圧(Uw)を印加し、ブリッジ回路の平衡シフトを前記ゲート端子キャパシタンス(Cin)によって求める、請求項17記載の方法。
- 接続されている直流電流負荷(4)の動作休止中に前記制御装置(2)から、前記電力トランジスタ(6,7)の制御に必要とされるスイッチング電圧に比べて低減された振幅(Ub1)を有するテスト制御信号を出力し、前記電力トランジスタ(6,7)をスイッチングすることなく測定を実施する、請求項15から19までのいずれか1項記載の方法。
- 前記測定値(f,Um,τ)が前記許容範囲外にある場合には量的な評価により、ゲート端子コンタクト(3g,9g)のコンタクトの欠陥、第2の電力電極端子コンタクト(3s,9e)とアースとのコンタクトの欠陥、電極(G,D,S;C,E)間の短絡のうちの1つまたは複数が存在するか否かを評価する、請求項15から20までのいずれか1項記載の方法。
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