KR102649874B1 - 반도체 스위치에서 결함을 검사하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 스위치에서 결함을 검사하기 위한 방법을 제공하며, 여기서 반도체 스위치는 가변 듀티 사이클을 갖는 PWM 신호로 구동되는 것이다. 반도체 스위치 상의 결함들을 신뢰성 있고 비용 효율적으로 결정하는 것을 위해, 반도체 스위치가 100% 또는 0%의 듀티 사이클로 작동된다면, 전체 시스템의 전류 측정치가 평가되는 한편, 반도체 스위치가 0%와 100% 사이의 듀티 사이클로 작동된다면, 반도체 스위치에 걸쳐 생성된 전압 펄스들이 평가되도록 규정된다.
Description
본 발명은 반도체 스위치에서 결함을 검사하기 위한 방법에 관한 것이며, 여기서 반도체 스위치는 가변 듀티 사이클 PWM 신호로 구동되는 것이다.
반도체 스위치(이를테면, IGBT, MOSFET, 또는 바이폴라 트랜지스터)에서 결함, 이를테면, 단락 회로 또는 개방 회로를 테스트하기 위해서는, 반도체 스위치에 대해 또는 스위치가 통합되는 전체 시스템에 대해 전류 측정 또는 전압 측정이 이루어진다. 전류 측정의 경우, 반도체 스위치의 상 전류(phase current) 또는 전체 시스템의 총 전류가 모니터링된다. 전압 측정시에는, 반도체 스위치 양단의 전압 강하가 모니터링된다.
보통 다양한 환경적 변인들, 이를테면 공급 전압에 대한 부하/전력 조절을 보장하기 위해 반도체 스위치를 가변 듀티 사이클 PWM 신호로 구동하는 것이 필요하다. 가변 듀티 사이클을 갖는 PWM 신호를 사용하는 반도체 스위치에서 결함의 진단은 다음의 두 시나리오들 하에서 그 한계에 다다른다:
- 듀티 사이클이 매우 높게, 예를 들어, 98%로 설정된다면, 반도체 스위치를 통과하는 전류 및 반도체 스위치 양단의 전압에 있어서 영구적인 단락 회로와 큰 차이를 얻을 수 없다.
- 매우 낮은 듀티 사이클(예를 들어 2%)도 마찬가지이다. 그 반대의 경우에서는 영구적인 개방 회로와 큰 차이가 없다.
뿐만 아니라, 순수 전류 측정은 환경적 변인들, 이를테면 공급 전압에 크게 의존한다.
DE10 2014 214 156 A1은 제동 시스템의 적어도 하나의 밸브 코일(L)을 공급하기 위한 전기 부하 회로의 단절 경로의 제1 반도체 스위치의 기능을 검사하기 위한 방법을 개시한다. 제1 반도체 스위치는 동작 동안 도통 상태로 작동되고, 부하 회로 전류는 적어도 하나의 펄스 폭 변조된 제2 반도체 스위치에 의해 조절된다. 제1 반도체 스위치는 차량 제동 시스템의 동작 동안, 자신이 기능할 때 차단 상태로 전환되는 방식으로 구동되고, 지정된 차단 상태 기간 후에 제1 반도체 스위치는 다시 도통 상태로 전환되는 방식으로 구동된다.
DE10 2010 042 292A는 제어 유닛에 의해 점화 시간에 점화 펄스가 제어 단자에 공급되는 전기 반도체 스위치의 기능 테스트를 위한 방법을 개시하며, 여기서 반도체 스위치를 통과해 흐르는 전류 진폭이 0의 값으로부터 벗어나는 전류 흐름 시간이 검출되고, 반도체 스위치의 기능 테스트를 수행하기 위해 점화 시간과 전류 흐름 시간 사이의 시간차가 평가된다.
본 발명의 하나의 목적은 반도체 스위치 상의 결함의 존재가 신뢰성 있고 비용 효율적으로 결정될 수 있는 상술된 유형의 방법을 창작하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 제1항의 특징들에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 확장 사항들은 종속 청구항들에서 구체화된다.
따라서, 본 발명은 반도체 스위치에서 결함을 검사하기 위한 방법으로서, 반도체 스위치는 가변 듀티 사이클을 갖는 PWM 신호로 구동되는 것이며, 반도체 스위치가 100% 또는 0%의 듀티 사이클로 작동될 때에는, 전체 시스템의 전류 측정치가 평가되는 한편, 반도체 스위치가 0%와 100% 사이의 듀티 사이클로 작동될 때에는, 반도체 스위치에 걸쳐 생성된 전압 펄스들이 평가되는, 반도체 스위치에서 결함을 검사하기 위한 방법을 제공한다.
따라서, 본 발명은 반도체 스위치가 PWM 모드에서 작동될 때의 반도체 스위치의 근본적으로 신뢰성 있는 진단에 한정된다. 스위치가 영구적으로 활성 또는 비활성(100% 또는 0%의 듀티 사이클)이라면, 전체 시스템의 전류 측정치가 평가된다.
본 발명에 따른 방법은 반도체 상의 교호하는 전압 레벨들만을 평가하므로, 공급 전압 또는 부하와 같은 대부분의 환경 조건들에 독립적이다.
고저항 단락 회로와 같은 결함들도 또한 검출될 수 있다. 이러한 결함들은 순수 전압 및 전류 측정에 의해서는 검출 가능하지 않을 것이다.
본 발명에 따른 방법은 반도체 스위치 상의 교호하는 전압 레벨들만을 평가하므로, 대부분의 주변 조건들, 이를테면 공급 전압 또는 부하에 독립적이다. 본 발명에 따른 방법을 사용하여 고저항 단락 회로와 같은 결함들이 또한 검출될 수 있고 이로 인해, 순수 전압 및 전류 측정에 의해 검출될 수 없는 결함들이 검출될 수 있다.
반도체 기능 결함들의 간단하지만 신뢰성 있는 결정을 도모하기 위해, 반도체 스위치에 걸쳐 생성된 전압 펄스들이 평가를 위해 카운트되며, 평가의 결과로서 반도체 스위치가 어떠한 전압 펄스도 생성하지 않는다면 반도체 스위치의 단락 회로 또는 개방 회로가 검출된다.
100% 또는 0%의 듀티 사이클에서의 신뢰성 있고 의미 있는 결함 결정을 보장하기 위해서는, 반도체 스위치에 걸쳐 생성된 전압 펄스들의 평가가 중단되고, 결함의 존재는 전체 시스템의 전류를 측정함으로써 결정된다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 장치로서, 반도체 스위치에 걸쳐 생성된 전압 펄스들이 커패시터를 통해 반도체 스위치에서 탭 오프(tap off)되고, A/D 변환기 - 디지털 신호를 평가를 위해 제어기의 카운터 입력에 인가함 - 에 인가되는 것인, 장치를 제공한다. 커패시터는 진단 회로에서 순간 전류 및 전압 펄스들만을 생성한다. 따라서, 장치의 기반이 되는 회로는 적은 수의 저가 구성요소들로 구현될 수 있다.
상술한 진단 방법을 사용하여 다이오드 상호 연결(OR 연결)을 통해 두 개의 트랜지스터들로 구성된 A/D 변환기에 복수의 반도체 스위치들이 연결될 수 있다. 따라서, 진단될 반도체들의 PWM 활성화가 위상 변이된다면, A/D 변환기 및 제어기 상의 타이머 입력을 통해 모든 반도체들이 모니터링될 수 있다.
이하에서, 본 발명은 다음 도면들에 기초하여 보다 더 상세하게 설명된다:
도 1은 반도체 스위치에서 결함을 검사하기 위한 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 본 발명에 따른 장치의 제1 실시예의 회로도를 도시한다.
도 2는 두 개의 반도체 스위치들을 갖는 회로에서 결함을 검사하기 위한 도 1의 장치의 변형예의 개략도를 도시한다.
도 1은 반도체 스위치에서 결함을 검사하기 위한 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 본 발명에 따른 장치의 제1 실시예의 회로도를 도시한다.
도 2는 두 개의 반도체 스위치들을 갖는 회로에서 결함을 검사하기 위한 도 1의 장치의 변형예의 개략도를 도시한다.
도 1에 도시된 장치는 반도체 스위치에서 결함을 검사하기 위한 회로에 기반하며, 여기서 반도체 스위치는 가변 듀티 사이클 PWM 신호로 구동되는 것이다. 반도체 스위치(S3)의 콜렉터는 부하 저항(HC3)을 통해 양의 전압(HV+)에 연결되고, 스위치의 타측은 접지(GND_HC)에 연결된다. 반도체 스위치의 입력에는 PWM 신호가 인가된다.
커패시터(C4)는 PWM 스위칭의 경우에 생성되는 전압 펄스들을 반도체 스위치의 콜렉터로부터 필터링해 내는데, 이는 스위치의 진단에 이 전압 펄스들만 필요하기 때문이다. 이러한 회로 구성은 회로의 나머지가 공급 전위에 영구적으로 연결되는 것이 아니라, 개별 펄스들에 의해서만 부하가 걸리는 추가적인 이점을 제공한다. 이는 연속적인 손실이 발생되지 않기 때문에, 구성요소의 수를 상당히 감소시킬 수 있다.
커패시터는 저항(R10) 및 저항(R7)을 포함하는 전압 분배기를 통해 접지(GND_HC)에 연결된다. 이 전압 분배기는 생성된 전압 펄스들을 보다 더 낮은 값들로 나누고 C4를 통과하는 펄스 전류를 감소시킨다.
커패시터(C4)에 의해 전달되는 펄스들은 다이오드(D1)를 통해 후속 신호 조정 스테이지에 양의 펄스들로서 전달된다. 이때, 다른 진단 분기들(도시되지 않음)이 논리합(disjunction)(OR 논리 게이트)를 형성하도록 이들의 캐소드들에서 이어질 수 있다(이것들이 위상 오프셋을 갖는다면).
OR 게이트 뒤에 연결된 제너 다이오드(D9)는 후속 신호 조정 수단들을 과전압으로부터 보호한다. 상기 수단들은 각각 저항들(R18, R11 및 R6 및 R9)을 통해 단순 A/D 변환기에 연결되는 두 개의 트랜지스터들(Q1 및 Q2)을 포함하고, 다이오드(D9)의 캐소드에서의 양의 펄스로부터 디지털 신호 "타이머" - 이는 도시되지 않은 제어기의 카운터 입력에 공급됨 - 를 생성한다. 제어기 상에서, 반도체 스위치의 진단은 소프트웨어 수준에서 수행되며, 여기서 착신 "타이머" 펄스들이 카운트된다. 반도체 스위치 상에 결함이 있을 시에는, 단락 회로의 경우든 또는 개방 회로의 경우든 어떠한 펄스도 발생되지 않는다. 이는 소프트웨어가 결함을 검출하고 적절한 조치를 개시할 수 있게 한다.
0%와 100%의 듀티 사이클에서, 소프트웨어 수준의 이러한 진단은 바람직하게는 중단되고, 회로의 총 전류를 통해 결함 진단이 수행된다.
커패시터(C4)는 진단 회로에서 순간 전류 및 전압 펄스들만을 생성한다. 이로 인해 회로는 적은 수의 저가 구성요소들로 구현될 수 있다.
도 2에는 도 1의 회로의 기능 원리가 두 개의 반도체 스위치들에서의 결함들을 동시에 테스트하는 경우에 대해 도시된다.
Claims (5)
- 반도체 스위치에서 결함을 검사하기 위한 방법으로서,
상기 반도체 스위치(S3)는 가변 듀티 사이클을 갖는 PWM 신호로 구동되며,
상기 반도체 스위치(S3)가 100% 또는 0%의 듀티 사이클로 작동될 때, 전체 시스템의 전류 측정치가 평가되는 한편,
상기 반도체 스위치(S3)가 0%와 100% 사이의 듀티 사이클로 작동될 때, 상기 반도체 스위치(S3)에 걸쳐 생성된 전압 펄스들이 평가되고,
상기 전압 펄스들의 평가를 위해 상기 반도체 스위치(S3)에 걸쳐 생성된 상기 전압 펄스들이 카운트되고,
상기 전압 펄스들의 카운트의 결과로서 상기 반도체 스위치(S3)가 전압 펄스들을 생성하지 않는 것으로 결정되면 상기 반도체 스위치(S3)의 단락 또는 개방이 검출되는 것을 특징으로 하는 것인,
반도체 스위치에서 결함을 검사하기 위한 방법. - 제1항에 있어서,
100% 또는 0%의 듀티 사이클에서, 상기 전압 펄스들의 평가가 중단되고, 상기 전체 시스템의 상기 전류 측정치를 통해 결함이 결정되는 것인,
반도체 스위치에서 결함을 검사하기 위한 방법. - 제1항 또는 제2항에 따른 반도체 스위치에서 결함을 검사하기 위한 방법을 수행하기 위한 장치로서,
상기 반도체 스위치(S3)에 걸쳐 생성된 상기 전압 펄스들은 커패시터(C4)를 통해 상기 반도체 스위치에서 분기(tap off)되어, A/D 변환기(Q1, Q2)에 인가되고, 상기 A/D 변환기(Q1, Q2)는 상기 전압 펄스들의 평가를 위해 제어기의 카운터 입력에 디지털 신호('타이머')를 인가하는 것인,
반도체 스위치에서 결함을 검사하기 위한 방법을 수행하기 위한 장치. - 제3항에 있어서,
상기 커패시터에 의해 분기된 상기 전압 펄스들은 다이오드(D1)에 의해 양의 펄스들로 변환되고, 상기 양의 펄스들이 상기 A/D 변환기(Q1, Q2)에 인가되는 것인,
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