KR102653766B1 - 스위칭 멤버를 자동으로 테스트하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 하나 이상의 스위칭 소자(14)를 포함하는 스위칭 멤버(10)의 기능을 테스트하기 위한 방법 및 상응하는 테스트 장치(40)에 관한 것이며, SiC 전력 반도체 또는 GaN 전력 반도체가 스위칭 소자(14)로서 기능하고; (각각의) 스위칭 소자(14)의 스위칭 상태가 스위칭 소자(14)의 제어 입력(16)을 통해, 그리고 제어 유닛(12)에 의해 생성되고 제어 입력(16)으로 출력되는 제어 신호(30)에 의해 영향을 받으며; 제어 신호(30)의 변화를 야기하는 활성화 신호(44)가 제어 유닛(12)에 출력되고, 활성화 신호(44)는 제어 신호(30)의 변화로서 테스트 신호(46)를 야기하며, 테스트 신호(46)로서 스위치 오프 펄스(46)를 야기하며, SiC 전력 반도체 또는 GaN 전력 반도체는 역방향으로 전류를 안내하는 동안 스위치 오프 펄스(46)에 의해 스위치 오프되고; 스위치 오프 펄스(46)에 대한 반응으로서 SiC 전력 반도체 또는 GaN 전력 반도체에 걸친 전압 강하가 기록되며; SiC 전력 반도체 또는 GaN 전력 반도체에 걸친 기록된 전압 강하를 인코딩하는 지표(50)와, 스위치 오프 펄스(46)에 대한 예상 반응을 인코딩하는 기준(52) 사이의 비교가 실행되고; 상기 비교의 결과에 따라, 스위칭 멤버(10)의 기능을 인코딩하는 상태 신호(56)가 생성된다.

Description

스위칭 멤버를 자동으로 테스트하기 위한 방법 및 장치

본 발명은 스위칭 멤버의 기능 모니터링과, 이러한 점에 있어서 하나 이상의 스위칭 소자를 포함하는 스위칭 멤버의 기능을 자동으로 테스트하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 여기에 그리고 하기에는 스위칭- 및 보호 멤버, 즉 전기 회로망, 특히 직류 전기 회로망에 연결된 사용자 장치의 상류 또는 복수의 사용자 장치들을 구비한 회로망 분기부/부하의 상류에 연결된 스위칭- 및 보호 멤버가 스위칭 멤버라고 불린다. 이러한 스위칭- 및 보호 멤버는 전기적으로 스위칭 가능한 하나 이상의 스위칭 소자를 포함하고, 결함이 있는 경우 사용자 장치 또는 부하 영역을 전력 공급측으로부터 분리한다. 이는 스위칭- 및 보호 멤버의 보호 기능이다. 이와 마찬가지로, 스위칭- 및 보호 멤버에 의해서는, 스위칭- 및 보호 멤버에 작용하는 스위칭 명령을 통해서도, 스위칭- 및 보호 멤버에 연결된 (각각의) 사용자 장치 또는 스위칭- 및 보호 멤버로부터 시작되는 부하 영역의 스위치 오프가 유도될 수 있다. 이는 스위칭- 및 보호 멤버의 스위칭 기능이다.

이러한 스위칭 멤버의 기능은 하나 이상의 이러한 스위칭 멤버, 즉 전기 회로망, 특히 직류 전기 회로망을 구비한 시스템의 이용 가능성에 필수적이다.

지금까지, 스위칭 멤버의 고장은 잔존 위험으로 간주되어 왔다. 즉, 결함이 있는 경우, 예를 들어 스위칭 멤버의 고장으로 인하여, 병렬로 위치한 부하 영역들의 그리고/또는 전기 회로망 내부의 스위칭 멤버들이 계층적으로 더 높게 위치 설정된 스위칭 멤버들에 응답하기 때문에, 각각의 전기 회로망에 연결된 사용자 장치들을 구비한 시스템의 대부분이 고장을 일으키는 것이 감수된다.

본 발명의 과제는, 전기적으로 스위칭 가능한 하나 이상의 스위칭 소자를 포함하는 스위칭 멤버의 기능을 자동으로 테스트하기 위한 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 과제는, 스위칭 멤버를 자동으로 테스트하기 위한, 즉 전기적으로 스위칭 가능한 하나 이상의 스위칭 소자를 포함하는 스위칭 멤버의 기능을 자동으로 테스트하기 위한 장치를 제공하는 것이다.

이러한 과제는 방법 청구항 제1항의 특징들을 갖는 테스트 방법에 의해 해결된다. 이러한 과제는 스위칭 멤버의 기능을 자동으로 테스트하도록 결정된, 장치 청구항 제2항의 특징들을 갖는 테스트 장치에 의해 해결된다.

전기적으로 스위칭 가능한 하나 이상의 스위칭 소자를 포함하는 스위칭 멤버의 기능을 자동으로 테스트하기 위한 방법에서는, SiC 전력 반도체 또는 GaN 전력 반도체가 스위칭 소자로서 기능한다. (각각의) 스위칭 소자의 스위칭 상태는 스위칭 소자의 제어 입력을 통해, 그리고 제어 유닛에 의해 생성되고 제어 입력으로 출력되는 제어 신호에 의해 영향을 받는다. 제어 신호의 변화를 야기하는 활성화 신호가 제어 유닛에 출력되고, 이러한 활성화 신호는 제어 신호의 변화로서 테스트 신호를 야기하며, 테스트 신호로서 스위치 오프 펄스를 야기한다. 이 경우, SiC 전력 반도체 또는 GaN 전력 반도체는 역방향으로 전류를 안내하는 동안 스위치 오프 펄스에 의해 스위치 오프된다. 스위치 오프 펄스에 반응하여 나타나는, SiC 전력 반도체 또는 GaN 전력 반도체를 통한 전압 강하는 기록된다. SiC 전력 반도체 또는 GaN 전력 반도체를 통한 기록된 전압 강하를 인코딩하는 지표와, 스위치 오프 펄스에 대한 예상 반응을 인코딩하는 기준 사이의 비교가 실행된다. 상기 비교의 결과에 따라, 스위칭 멤버의 기능을 인코딩하는 상태 신호가 생성된다.

본 발명의 한 가지 장점은, 스위칭 소자로서 하나 이상의 SiC 또는 GaN 전력 반도체를 구비한 스위칭 멤버에서 전류가 스위칭 소자를 통해 역방향으로 유동할 수 있고, 스위칭 소자를 통한 전압 강하가 스위칭 소자가 활성화되었는지 여부에 의존한다는 것이다. 스위칭 소자로서의 SiC-MOSFET의 경우, 전류는 제어 상태에서 역방향으로 채널을 통해 유동하고, 그렇지 않으면 바디 다이오드(body diode)를 통해 유동한다. SiC-MOSFET의 바디 다이오드에 걸친 전압 강하는 3V이고, 이에 따라 통상적인 구성을 가정할 때, MOSFET의 채널을 통한 전압 강하보다 훨씬 더 높다. 이러한 경우, GaN 트랜지스터에서의 전압 강하는 약 5V 내지 10V이다. 이 경우, 이러한 전압이, 역방향으로 유동하는 전류의 높이에 약간만 의존하는 것이 특히 바람직하다.

테스트의 범주에서, 스위칭 소자에 걸친 전압 강하 및 전류 방향이 평가된다. 역방향으로 전류를 안내하는 트랜지스터는 스위치 오프 펄스를 얻는다. 이제, 2개의 상이한 경우들이 발생할 수 있다. 경우 1: 트랜지스터는 기능하고, 이에 따라 제어 가능하며, 이 경우: 스위치 오프 가능하다; 이를 통해 전류는 SiC-MOSFET의 진성 바디 다이오드로 정류되거나, GaN 트랜지스터의 경우 더 높은 전압 강하를 야기한다. 경우 2: 트랜지스터는 제어 불가능하고, 이 경우: 스위치 오프 불가능하다; 이에 따라 SiC 또는 GaN 전력 반도체에 걸친 전압 강하는 일정하게 유지된다. 스위치 오프 펄스 이후에 발생하는 전압 강하는 평가 장치에 의해 테스트된다. 따라서, 본 발명은, 작동 진행 중에, 즉 SiC 또는 GaN 전력 반도체를 통한 중단 없는 전류 유동 중에 실행될 수 있는 기능의 테스트를 제공한다. 전류 유동이 유지되기 때문에, 기능의 테스트가 신속하게 종료되어야 한다는 시간적 압박도 존재하지 않는다. 따라서, 본 발명은 시간 압박 없이 기능의 테스트를 실행하는 것을 가능하게 한다. 또한, 측정을 통해 결정될, 트랜지스터에 인가되는 3 내지 10볼트의 값 범위를 갖는 전압은, 간단하고 명확한 기록을 위해 충분한 높이를 갖는다.

따라서, 순방향 저항이 낮기 때문에 여기에 설명된 유형의 스위칭 멤버에서 사용하기에 특히 적합한 SiC-MOSFET에 대해, 전류 방향과는 관계없이 각각의 스위칭 소자의 테스트가 항상 가능하다. 스위칭 소자로서의 GaN 전력 반도체의 경우에도, 전류는 역방향으로 유동할 수 있으며, 이러한 작동의 경우 GaN 전력 반도체의 제어 입력에 ON 신호가 인가될 때 전압 강하는 GaN 전력 반도체의 제어 입력에 ON 신호가 인가되지 않을 때보다 더 작다. 따라서, GaN 전력 반도체는 SiC-MOSFET와 유사하게 거동하며, 동일한 방식으로 모니터링될 수 있다.

스위칭 멤버는 전기적으로 스위칭 가능한 하나 이상의 스위칭 소자를 포함한다. 스위칭 멤버는 스위칭 소자로서 전기적으로 스위칭 가능한 전력 반도체 스위치를 포함한다. (각각의) 스위칭 소자의 스위칭 상태는 스위칭 소자의 제어 입력을 통해, 그리고 제어 유닛에 의해 생성 가능하고 제어 입력으로 출력되는 제어 신호에 의해 영향을 받을 수 있으며, 스위칭 멤버의 작동 시에, 제어 유닛에 의해 생성되고 제어 입력으로 출력되는 제어 신호에 의해 영향을 받고, 스위칭 소자는 제어 신호에 의해 열림(open) 상태 또는 닫힘(closed) 상태로 스위칭된다.

스위칭 멤버의 기능을 자동으로 테스트하기 위해 결정된 테스트 장치, 즉 하나 이상의 스위칭 소자를 포함하는 스위칭 멤버의 기능을 자동으로 테스트하기 위한 방법의 실행을 위한, 하기에 테스트 장치라고 불리는 장치와 관련하여[이 경우, SiC 전력 반도체 또는 GaN 전력 반도체가 스위칭 소자로서 기능한다], 제어 신호의 변화를 야기하는 활성화 신호가 테스트 장치에 의해 제어 유닛에 출력 가능하고; 테스트 장치에 의해, 특히 측정 유닛에 의해, 변화된 제어 신호에 대한 반응이 기록 가능하며; 테스트 장치에 의해, 특히 평가 유닛에 의해, 변화된 제어 신호에 대한 기록된 반응을 인코딩하는 지표와, 변화된 제어 신호에 대한 예상 반응을 인코딩하는 기준 사이의 비교가 실행 가능하고; 테스트 장치에 의해, 특히 평가 유닛에 의해, 상기 비교의 결과에 따라, 스위칭 멤버의 기능을 인코딩하는 상태 신호가 생성 가능하다. 이 경우, 테스트 장치는 SiC 전력 반도체 또는 GaN 전력 반도체를 역방향으로 전류를 안내하는 동안 스위치 오프 펄스에 의해 스위치 오프하도록 구성된다.

구체적으로, 테스트 장치는, (각각의) 스위칭 소자의 스위칭 상태가 스위칭 소자의 제어 입력을 통해, 그리고 제어 유닛에 의해 생성 가능하고 제어 입력으로 출력되는 제어 신호에 의해 영향을 받을 수 있으며; 테스트 장치에 의해서는 제어 신호의 변화를 야기하는 활성화 신호가 제어 유닛에 출력 가능하고; 이러한 활성화 신호는 제어 신호의 변화로서 테스트 신호를 야기하며, 테스트 신호로서 스위치 오프 펄스를 야기하며; SiC 전력 반도체 또는 GaN 전력 반도체는 역방향으로 전류를 안내하는 동안 스위치 오프 펄스에 의해 스위치 오프 가능하고; 테스트 장치에 의해서는 스위치 오프 펄스에 대한 반응으로서 SiC 전력 반도체 또는 GaN 전력 반도체에 걸친 전압 강하가 기록 가능하며; 테스트 장치에 의해서는 SiC 전력 반도체 또는 GaN 전력 반도체에 걸친 기록된 전압 강하를 인코딩하는 지표와, 변화된 제어 신호에 대한 예상 반응을 인코딩하는 기준 사이의 비교가 실행 가능하고; 테스트 장치에 의해서는, 상기 비교의 결과에 따라, 스위칭 멤버의 기능을 인코딩하는 상태 신호가 생성 가능하도록; 형성된다. 이 경우, 테스트 장치는 SiC 전력 반도체 또는 GaN 전력 반도체를 역방향으로 전류를 안내하는 동안 스위치 오프 펄스에 의해 스위치 오프하도록 구성된다.

테스트 시에 순방향으로 전류가 유동하면 스위칭 소자가 완전히 스위치 오프되지 않으며, 감소된 제어 전압이 얻어지도록(예를 들어, 15V 대신 10V) 제어 신호가 변화되는 것이 가능하다. 이 경우, 스위칭 소자에 걸친 전압 강하는 상승한다(예를 들어, 1V로부터 3V로). 이러한 상승은, 강하된 제어 전압에 대한 예상 반응이며, 스위칭 소자에 걸친 실제 전압은 예상 반응을 인코딩하는 기준, 예를 들어 2V의 임계값과 비교된다. 이러한 테스트의 장점은, 테스트 중에 전류가 계속 유동할 수 있다는 것이다. 이러한 이유로, 부하측에 대한 테스트로 인한 반작용도 더 낮다. 이는 측정, 즉 예상 반응의 측정 기술적인 기록을 위해 더 긴 시간을 가능하게 한다.

이러한 방법(테스트 방법)은 바람직하게는 여기에 그리고 하기에 설명된 것과 같은 테스트 장치에 의해 실행된다. 테스트 장치에 의해 실행되는 이러한 방법에서, 제어 신호의 변화를 야기하는 활성화 신호가 테스트 장치에 의해 제어 유닛에 출력된다. 또한, 테스트 장치, 특히 측정 장치에 의해, 변화된 제어 신호에 대한 반응이 기록된다. 또한, 테스트 장치, 특히 평가 유닛에 의해, 변화된 제어 신호에 대한 기록된 반응을 인코딩하는 지표와, 변화된 제어 신호에 대한 예상 반응을 인코딩하는 기준 사이의 비교가 실행된다. 마지막으로, 테스트 장치, 특히 평가 유닛에 의해, 상기 비교의 결과에 따라서, 스위칭 멤버의 기능을 인코딩하는 상태 신호가 생성된다.

테스트 장치는 테스트할 스위칭 멤버와 상호 작용하고, 선택적으로는, 예를 들어 테스트 장치가 스위칭 멤버의 제어 유닛과 결합됨으로써 스위칭 멤버의 부품이 된다. 이러한 스위칭 멤버는 상술한 유형의 전기적으로 스위칭 가능한 하나 이상의 스위칭 소자와, 여기에 그리고 하기에 설명되는 것과 같은 제어 유닛 및 테스트 장치를 포함한다. (각각의) 스위칭 소자의 스위칭 상태가 스위칭 소자의 제어 입력을 통해, 그리고 제어 유닛에 의해 생성 가능하고 제어 입력으로 출력되는 제어 신호에 의해 영향을 받을 수 있다. 테스트 장치에 의해서는, 제어 신호의 변화를 야기하는 활성화 신호가 제어 유닛에 출력 가능하다. 마찬가지로, 테스트 장치, 특히 측정 장치에 의해, 변화된 제어 신호에 대한 반응이 기록 가능하다. 또한, 테스트 장치, 특히 평가 유닛에 의해, 변화된 제어 신호에 대한 기록된 반응을 인코딩하는 지표와, 변화된 제어 신호에 대한 예상 반응을 인코딩하는 기준 사이의 비교가 실행 가능하다. 마지막으로, 테스트 장치, 특히 평가 유닛에 의해, 상기 비교의 결과에 따라서, 스위칭 멤버의 기능을 인코딩하는 상태 신호가 생성 가능하다.

본 발명의 주요한 장점은, 스위칭 멤버 및 그에 포함된 (하나 이상의) 스위칭 소자의 기능에 대한 신뢰성 있는 평가의 가능성이 제공된다는 것이다. 이러한 테스트를 통해, 예를 들어 구성 요소들의 노후화, 즉 자연적 파괴, 또는 예를 들어 너무 높은 온도나 전압을 통한 스위칭 멤버의 과부하로 인한 고장이 조기에 검출될 수 있다. 이는 보호 또는 스위칭 기능의 실패로 인한 후속 결함 또는 생산 결함을 통한 손상을 방지하고, 전력망에 연결된 전기 시스템의 이용 가능성을 향상시키며, 또한 유지 보수 기간들 간의 시간 간격을 연장시킨다.

본 발명의 추가 장점은, 테스트가 작동 진행 중에 실행될 수 있다는 것이다. 따라서, 스위칭 멤버의 테스트를 위해, 이에 연결된 (각각의) 사용자 장치를 스위치 오프할 필요가 없다. 작동 진행 중에 실행되는 스위칭 멤버의 테스트는 스위칭 멤버의 모니터링이라고도 불릴 수 있다.

테스트 장치 또는 테스트 방법에서, 테스트 장치에 의해 활성화 신호가 제어 유닛에 출력 가능하거나, 제어 신호의 변화로서 테스트 신호를 야기하며, 테스트 신호로서 스위치 오프 펄스를 야기하는 활성화 신호가 제어 유닛에 출력된다. 이러한 테스트 신호에 의해, 스위치 오프 펄스가 인가된 스위칭 소자는 스위치 오프 펄스의 지속 시간 동안 스위치 오프된다(열림, 즉 비전도 상태로 스위칭됨). 이는 스위칭 소자가 목적한 대로 기능할 때 스위치 오프 펄스에 대한 예측 가능한 반응을 야기하는 스위칭 소자의 정의된 상태이다. 이러한 예측 가능한 반응은, 예를 들어 스위치 오프 펄스에 의해 스위치 오프된 스위칭 소자에 걸친 전위차의 형성이다. 이러한 전위차 또는 이러한 전위차의 형성은 스위칭 소자에 걸친 전압 또는 스위칭 소자에 걸친 전압 변화로서 측정 기술적으로 기록 가능하며, 상응하는 실시예에서, 테스트 방법의 범주에서 또는 테스트 장치, 예를 들어 측정 장치에 의해 기록된다.

스위칭 소자로서의 SiC 전력 반도체 또는 GaN 전력 반도체는 테스트 방법의 범주에서, 역방향으로 전류를 안내하는 동안 스위치 오프 펄스에 의해 스위치 오프된다. 스위치 오프 펄스에 대한 반응으로서, SiC 전력 반도체에 걸친 전압 강하가 기록되고, SiC 전력 반도체 또는 GaN 전력 반도체에 걸친 기록된 전압 강하를 인코딩하는 지표와, 스위치 오프 펄스에 대한 예상 반응을 인코딩하는 기준 사이의 비교가 실행된다. 상기 비교의 결과에 따라, 스위치 오프 펄스가 인가된 스위칭 소자의 기능과, 이에 따라 스위칭 멤버의 기능도 전체적으로 인코딩하는 상태 신호가 생성된다. 스위칭 소자로서의 SiC 전력 반도체, IGBT 또는 GaN 전력 반도체가 순방향으로 전류를 안내하는 동안 스위치 오프 펄스에 의해 스위치 오프되는 본 발명에 따르지 않는 경우에, 스위치 오프 펄스에 대한 반응으로서, SiC 전력 반도체, IGBT 또는 GaN 전력 반도체에 걸친 전압 또는 전압 변화가 기록되고, 기록된 전압 또는 전압 변화를 인코딩하는 지표와, 스위치 오프 펄스에 대한 예상 반응을 인코딩하는 기준 사이의 비교가 실행된다. 이 경우에도, 상기 비교의 결과에 따라, 스위치 오프 펄스가 인가된 스위칭 소자의 기능과, 이에 따라 스위칭 멤버의 기능도 전체적으로 인코딩하는 상태 신호가 생성된다.

하기에는, 본 발명의 실시예가 도면을 참조하여 더 상세하게 설명된다. 서로 상응하는 대상들 또는 요소들에는 모든 도면들에서 동일한 도면 부호들이 제공된다.

이러한 실시예는 본 발명을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 오히려, 본 개시 내용의 범주 내에서, 특히 예를 들어 일반적인 또는 특별한 설명 부분과 관련하여 기술되고 청구범위 및/또는 도면에 포함된 개별적인 특징들 또는 방법 단계들의 조합 또는 변형을 통해 통상의 기술자에게 있어 본 발명의 과제를 해결하는 것과 관련하여 제시 가능하고, 조합 가능한 특징들을 통해 새로운 대상을 유도하거나 새로운 방법 단계들 또는 방법 단계 순서들을 유도하는 보완 및 변형도 전적으로 가능하다.

도 1은, 전기적으로 스위칭 가능한 이 경우 2개의 스위칭 소자들; 제어 유닛; 및 스위칭 멤버, 즉 하나 이상의 스위칭 소자의 테스트를 위해 결정된 테스트 장치;를 구비한 스위칭 멤버를 도시한 도면이고,
도 2는 복수의 스위칭 멤버들, 특히 도 1에 따른 스위칭 멤버들을 구비한 전기 회로망을 도시한 도면이고,
도 3은 제어 유닛에 의해 출력 가능한 제어 신호; 및 테스트 장치에 의해 야기 가능한 제어 신호의 변화;에 대한 예시로서, 제어 신호의 변화는 스위칭 멤버의 테스트를 위한 테스트 신호로서 기능하는 예시를 도시한 도면이고,
도 4는 도 1에 따른 스위칭 멤버 또는 전기적으로 스위칭 가능한 하나 이상의 스위칭 소자를 구비한 스위칭 멤버를 테스트하기 위한 방법을 개략적으로 단순하여 도시한 도면이다.

도 1의 도면은, 하기에 짧게 스위칭 멤버(10)라고 불리는, 도입부에 언급된 유형의 스위칭- 및 보호 멤버(10)를, 스위칭 멤버(10)에 포함되거나 (도시된 바와 같이) 스위칭 멤버(10)에 기능적으로 할당된 제어 유닛(12)과 함께 예시적으로 그리고 개략적으로 단순하여 도시한다.

스위칭 멤버(10)는, 예를 들어 전기적으로 제어 가능한 반도체 스위치(14)의 형태, 특히 전력 반도체 스위치(14)의 형태를 갖는, 전기적으로 제어 가능한 하나 이상의 스위칭 소자(14)를 포함한다. (각각의) 스위칭 소자(14)의 각각의 스위칭 상태(전도, 비전도)는 스위칭 소자(14)의 제어 입력(16)을 통해 영향을 받을 수 있다.

도 1의 도면은, (각각의) 스위칭 소자(14)에 그 순방향에 반대 방향으로 전도성을 갖는 다이오드(18)가, 스위칭 소자(14)를 포함하는 구성 요소(바디 다이오드)의 통합 부품으로서 또는 추가 구성 요소(역병렬 다이오드)로서 할당되는, 기본적으로 선택적인 구성을 도시한다.

입력 접촉부를 통해 형성된 입력측(20)[입력(20)]에서, 스위칭 멤버(10)는 공급 전압, 특히 직류 전압에 연결 가능하고, 작동 시에 공급 전압에 연결된다. 출력 접촉부를 통해 형성된 출력측(22)[출력(22)]에서, 스위칭 멤버(10)에는 (직접적으로 또는 간접적으로) 부하(24)(도 2)가 연결 가능하고, 부하(24)의 작동을 위해 부하는, 특히 스위칭 멤버(10)의 출력측(22)에 연결된, 경우에 따라서는 예를 들어 구동 장치에서 부하(24)의 일부일 수도 있는 커패시터(26)(도 2)를 통해 스위칭 멤버(10)에 연결된다.

도 1의 도면에서 블록 화살표의 형태로 단지 개략적으로 단순화되어 도시되는 하나 이상의 제어 신호(30)에 의해 스위칭 멤버(10)는 제어 가능하다. (각각의) 제어 신호(30)는 작동 시에 제어 유닛(12)에 의해 생성된다. 도시된 실시예에서, 스위칭 멤버(10)는 2개의 역직렬 스위칭 소자(14)들을 포함한다. 2개 이상의 스위칭 소자(14)를 구비한 스위칭 멤버(10)에서, 제어 유닛(12)은 각각의 스위칭 소자(14)를 위해 제어 신호(30)를 출력하고, 각각의 제어 신호(30)가 스위칭 소자(14)의 제어 입력(16)에 인가된다. 2개의 스위칭 소자(14)들을 구비한 스위칭 멤버(10)에서 두 스위칭 소자(14)들을 전기 전도 상태로 전환시키는 제어 신호(30)의 경우, 스위칭 멤버(10)는 전체적으로 양방향 전도성을 갖는다. 2개의 스위칭 소자(14)들을 구비한 스위칭 멤버(10)에서 두 스위칭 소자(14)들 중 정확히 하나의 스위칭 소자를 전기 전도 상태로 전환시키는 제어 신호(30)의 경우, 스위칭 멤버(10)는 단방향 전도성을 갖는다. 2개의 역직렬 스위칭 소자(14)들을 구비한 스위칭 멤버(10) 대신에, 정확히 하나의 스위칭 소자(14)를 구비한 스위칭 멤버(10)도 기본적으로 고려된다. 이러한 스위칭 멤버(10)에서 그 스위칭 소자(14)를 전기 전도 상태로 전환시키는 제어 신호(30)의 경우, 스위칭 멤버(10)는, 각각의 스위칭 소자(14)의 유형 및 연결에 의해 결정된 방향으로 전도성을 갖는다.

스위칭 멤버(10)가 언급될 때마다, 하기에서는 정확히 하나의 스위칭 소자(14)를 구비한 실시예 뿐만 아니라, 2개 이상의 스위칭 소자(14), 특히 정확히 2개의 스위칭 소자(14)들을 구비한 실시예도 의미한다.

추가적인 설명의 더 나은 판독성을 위해, 이러한 설명은 정확히 하나의 제어 신호(30)에 기초하여 이어질 것이다. 이는 상응하는 스위칭 멤버(10)의 정확히 하나의 스위칭 소자(14)에 대한 하나의 제어 신호(30)이거나, 각각의 스위칭 멤버(10)에 포함된 각각의 스위칭 소자(14)에 대한 모든 제어 신호(30)들 전체이다.

도 2의 도면은, 예시적으로 2개의 회로망 레벨들을 포함하고 하기에 짧게 회로망(32)이라고 불리는 직류 전압 회로망(32)의 예시적인 회로망 구성에서의 복수의 스위칭 멤버(10)들, 특히 도 1의 도면의 설명과 관련하여 상술한 바와 같은 스위칭 멤버(10)들을 도시한다. 회로망(32)은 교류 전압 회로망(34), 후속하는 교류 전압 스위칭- 및 보호 소자(36), 및 다시 그에 연결되는 정류기(38)로부터 시작한다.

회로망(32)은 각각의 회로망 레벨 내에, 각각 부하(24)(사용자 장치)를 통해 표시되는 다양한 부하 영역들을 포함한다. 부하(24)로서, 상류에 연결된 전류 인버터를 구비한 구동 장치, 조명 및 가열 장치들이 도 2의 도면에 예시적으로 도시되어 있다. 기본적으로, 하나의 부하 영역 내에서는 2개 이상의 부하(24)(2개 이상의 사용자 장치)도 연결될 수 있다. 도시된 구성에서는, (기본적으로 선택적인 방식으로) 도 1의 도면의 설명과 관련하여 상술한 유형의 스위칭 멤버(10)에 의해 각각의 부하 영역이 보호된다. 도시된 구성에서는, (기본적으로 선택적인 방식으로) 회로망 레벨들 사이에도 이러한 스위칭 멤버(10)가 위치한다. 마찬가지로, (기본적으로 선택적인 방식으로) 이러한 스위칭 멤버(10)가 정류기(38)와 연결되고, 그곳에서 어느 정도 직류 전압 회로망(32)의 전류 공급점으로서 기능한다.

나머지 회로망(32)으로부터 부하 영역을 분리하기 위해, 각각의 스위칭 멤버(10)는, 입력측(20)에 인가되는 전압이 출력측(22)에서 사라지는 스위칭 멤버(10)의 스위칭 상태를 야기하는 제어 신호(30)(도 1)에 의해 제어되며, 이러한 스위칭 멤버는 전기적으로 "열림"이 이루어진다. 이는 하기에서 스위칭 멤버(10)의 열림이라고 불린다. 스위칭 멤버(10)의 자동 열림은, 예를 들어 도 1의 도면에 도시되지 않은 (자체적으로 공지된) 센서 시스템에 의해 과전류 또는 고장 전류 상황이 자동으로 검출될 때 실행된다. 스위칭 멤버(10)의 열림은, 부하 영역이 스위치 오프되어야 할 때 외부 신호에 의해서도 트리거링될 수 있다.

결함이 없는 경우, 부하 영역을 회로망(32)에 결합하기 위해 각각의 스위칭 멤버(10)는, 입력측(20)에 인가된 전압이 출력측(22)에 나타나는 스위칭 멤버(10)의 스위칭 상태를 야기하는 제어 신호(30)에 의해 제어되며, 이러한 스위칭 멤버는 전기적으로 "닫힘"이 이루어진다. 이는 하기에서 스위칭 멤버(10)의 닫힘이라고 불린다.

스위칭 멤버(10)의 열림 또는 닫힘을 위해 "높은" 또는 "낮은" 전위 또는 양전위 또는 음전위가 필요하고, 각각 목적한 대로 제어 유닛(12)의 제어 신호(30)로서 생성되는지 여부는, 기본적으로 자체적으로 공지된 방식으로, (각각의) 스위칭 소자(14)의 유형 및 연결에 따른다. 단순화를 위해, 하기에는 스위칭 멤버(10)의 닫힘을 위한 제어 신호(30) 또는 스위칭 멤버(10)의 열림을 위한 제어 신호(30)가 설명된다.

도 2의 도면에서, "번개 표시"에 의해서는 회로망(32)의 부하 영역 내의 결함이 상징적으로 나타난다. 결함으로서는, 예를 들어 사용자 장치(24) 내의 단락이 고려 가능하다. 결함이 발생한 경우, 관련 부하 영역에 할당된 스위칭 멤버(10)는 부하 영역을 나머지 회로망(32)으로부터 확실히 분리해야 한다. 이를 위해, 스위칭 멤버(10)는 스위칭 멤버(10)의 열림을 위한 제어 신호(30)에 의해 제어된다. 스위칭 멤버(10)가 제대로 작동하지 않고, 이러한 제어 신호(30)에도 불구하고 스위칭 멤버(10)를 열지 않을 때, 이러한 결함에 관련된 부하 영역의, 나머지 회로망(32)으로부터의 확실한 분리가 보장되지 않는다. 이러한 결함에 관련된 부하 영역의 이러한 분리없이는, 단락의 발생 시에, 병렬로 놓인 모든 부하 영역들이 마찬가지로 단락되고, 그들의 기능을 상실하게 된다. 이와 같이, 각각의 회로망(32) 내의 각각의 스위칭 멤버(10)의 제대로 된 기능은, 이러한 스위칭 멤버의 확실하며 지속적으로 부하 수용 가능한 작동을 위해 필수적이다.

스위칭 멤버(10), 특히 복수의 사용자 장치[부하(24)]들 및/또는 복수의 부하 영역들 및/또는 복수의 회로망 레벨들을 구비한 회로망(32) 내의 각각의 스위칭 멤버(10)의 테스트를 위해, 테스트 장치(40)(도 1)가 제공된다. 선택적으로, 테스트 장치(40)는 (도 1의 개략적으로 단순화된 도면에 도시된 바와는 다르게) 제어 유닛(12)에 통합된다.

테스트 장치(40), 즉 테스트 장치(40)에 포함되거나 테스트 장치(40)에 할당된 측정 유닛(42)에 의해, 스위칭 멤버(10)와 관련된 하나 이상의 특성화된 전기적 측정값이 기록된다. 특성화된 측정값에 대한 예시는, 스위칭 멤버(10)에 포함된 (하나 또는 각각의) 스위칭 소자(14)에 걸쳐 기록되는 전압 측정값이다. 추가적인 예시들은, 스위칭 소자(14) 또는 하나의 스위칭 소자(14)의 입력 또는 출력에서의 또는 스위칭 소자(14) 또는 하나의 스위칭 소자(14)의 제어 입력(16)에서의 전압 측정값들이다. 측정 유닛(42)에 의한 가능한 측정들도 도 1의 도면에서, 측정 유닛(42)으로부터 시작하여 가능한 개별 측정점들로 향하는 화살표들에 의해 개략적으로 단순화되어 도시된다. 선택적으로 전압 프로파일의 측정도 포함되는 전압 측정에 대한 대안으로서, 측정 유닛(42)에 의해서는 선택적으로 전류 측정, 특히 전류 프로파일의 측정도 실행된다. 선택적으로, 측정 유닛(42)에 의해서는 전류 및 전압 측정, 특히 전류 및 전압 프로파일의 측정이 실행된다.

일반적으로, 필요한 측정값들은 제어 유닛(12)에 할당된 센서들에 의해 이미 기록된다. 이러한 경우, 측정 유닛(42)을 통한 측정은 이러한 측정값들에 대한 액세스를 통해 실행된다.

측정 유닛(42)에 의한 측정은 테스트 장치(40)의 컨트롤 하에 실행된다. 이러한 측정은 제어 유닛(12)으로부터 출력된 제어 신호(30)의, 테스트 장치(40)에 의해 트리거링된 변화와 시간적으로 관련되어 실행된다. 이 경우, 제어 신호(30)의 변화와 시간적으로 관련된 측정[스위칭 멤버(10)의 모니터링]은 연속적인 측정이나, 제어 신호(30)의 변화 이전, 변화 중 및/또는 변화 이후, 특히 제어 신호(30)의 변화 중의 측정을 의미한다.

제어 신호(30)의 변화를 위해, 테스트 장치(40)는 제어 유닛(12)과 연결된다. 도 1의 도면에서, 이는 테스트 장치(40)로부터 제어 유닛(12)으로의 신호 경로의 형태로 개략적으로 단순화되어 도시되어 있다. 이를 통해, 테스트 장치(40)는 활성화 신호(44)를 제어 유닛(12)에 출력한다. 활성화 신호(44)에 의해, 테스트 장치(40)는 제어 유닛(12)에서 제어 신호(30)의 변화를 활성화시킨다. 이 경우, 테스트 장치(40)로부터 출력된 활성화 신호(44)로 인한 제어 신호(30)의 변화는 스위칭 멤버(10)의 작동 중에, 즉 (단락으로 인한 또는 외부로부터의 스위칭 명령으로 인한) 스위칭 처리가 필요하지 않을 때 그리고 그에 상응하게 그렇지 않은 경우에는 제어 유닛(12)을 통해 일정한 제어 신호(30)["온 신호(on signal)"]가 출력될 때 실행된다.

제어 유닛(12)의 측면에서 제어 신호(30)의 변화를 트리거링하는 이러한 활성화 신호(44)의 대안으로서, 테스트 장치(40) 자체가 제어 신호(30)의 변화를 트리거링하는 것도 고려된다. 이 경우, 제어 유닛(12)은 예를 들어 조절 가능한 전압원을 포함하고, 활성화 신호(44)로서, 전압원에 의해 생성된 전압, 특히 전압원에 의해 생성된 전압 프로파일이, 제어 유닛(12)에 의해 생성된 제어 신호(30)에 중첩된다.

활성화 신호(44)에 의해 자동으로 트리거링된 제어 신호(30)의 변화로 인해, 테스트 신호(46)(도 3), 예를 들어 짧은 스위치 오프 펄스(46) 형태의 테스트 신호(46)가 얻어진다. 테스트 신호(46), 특히 테스트 신호(46)로서의 스위치 오프 펄스(46)는 스위칭 멤버(10)의 (각각의) 스위칭 소자(14)의 상태(전도성, 비전도성)에 영향을 미친다.

도 3의 도면은 제어 신호(30)의 시간 프로파일을 예시적으로 도시한다. 제1 시간 세그먼트(t1)에서 제어 신호는 스위칭 멤버(10)의 닫힘을 유도한다. 제2 시간 세그먼트(t2)에서 활성화 신호(44)는 작용한다. 그곳에서는 활성화 신호(44)를 통해 유도된 제어 신호의 변화(30)가 발생한다. 도시된 상황에서, 제어 신호(30)의 변화는 짧은 스위치 오프 펄스(46)의 형태의 테스트 신호(46)이다. 이어서, 제3 시간 세그먼트(t3)에서는 다시 "정상적인" 미변화 제어 신호(30)가 뒤따른다. 제어 신호(30)의 지속 시간 동안 (도 3의 개략적으로 단순화된 도면에 도시된 바와는 다르게) 활성화 신호(44)는, 예를 들어 사전 결정된 또는 사전 결정 가능한, 특히 등거리의 또는 무작위로(준 무작위로) 선택된 시점들에 2번 이상 작용할 수 있다.

추가적인 설명은, 활성화 신호(44)에 의해 트리거링된 제어 신호(30)의 변화의 결과로서 얻어지는 (도 3에 도시된 바와 같은) 짧은 스위치 오프 펄스(46)의 형태의 테스트 신호(46)에 의하여 이어진다. 또한, 각각의 부하(24)가 전력을 소비하는 것으로, 즉 전류가 부하(24) 내로 유동하는 것으로 가정한다. 반대의 경우(다른 전류 방향, 다른 전류 부호)도 물론 가능하며, 그에 상응하게 항상 그것도 의미한다.

스위칭 멤버(10)의 출력(22)에 커패시터(26)가 있을 때, 이는 스위칭 멤버(10)의 닫힘 시에 충전되고, 완충 시에 스위칭 소자(10)의 출력(22)에는, 그 입력(20)에 인가되는 전압이 나타난다. 활성화 신호(44)로 인해 얻어지는 스위치 오프 펄스(46)에 의하여 스위칭 멤버(10)를 테스트할 때, 스위칭 멤버(10), 즉 스위칭 소자(14) 또는 전류 유동 방향으로 스위칭된 스위칭 소자(14)는 스위치 오프 펄스(46)의 지속 시간 동안 열려진다. 스위칭 멤버(10)의 열림 시에, 연결된 부하(24)는 커패시터(26)로부터 적어도 단시간동안 전력 공급된다. 커패시터(26)로부터의 결과적인 전하 방출은 스위치 오프된 스위칭 소자(14)에 걸친 전압을 야기한다. 스위치 오프된 스위칭 소자(14)에 걸친 전압의 상승 및/또는 스위치 오프된 스위칭 소자(14)에 걸친 순간 전압은 측정 유닛(42)에 의해 기록 가능하다.

활성화 신호(44)에 의하여 스위칭 멤버(10)를 테스트하기 위해 얻어지는 스위치 오프 펄스(46)는, 전압 변화가 "작게" 유지될 정도로 짧게 형성된다. 이 경우, 스위치 오프 펄스(46)에 의해 얻어지는 작은 전압 변화는, 이러한 전압 변화가, 이러한 방식으로 제어되는 스위칭 멤버(10)에 연결된 부하(24)의 작동에 영향을(적어도 눈에 띄는 영향을) 미치지 않음을 의미한다. 그러나, 스위치 오프 펄스(46)에 의해 얻어지는 작은 전압 변화는 측정 유닛(42)에 의해 검출 가능할 정도의 크기를 갖는다. 즉, 전압 변화는 측정 유닛(42)에 의한 전압 측정의 분해능보다 적어도 약간 더 높다.

이러한 상황에서, 스위칭 멤버(10)의 테스트를 위해, 즉 스위치 오프된 스위칭 소자(14)의 테스트를 위해, 스위칭 멤버(10)와 관련된 특성화된 전기적 측정값으로서, 스위치 오프 펄스(46)에 의해 얻어지는 전압 또는 전압 변화가 기록된다. 측정값은, 테스트 장치(40)에 포함되거나 테스트 장치(40)에 할당된 평가 유닛(48)에 의해 평가된다. 이를 위해, 측정 유닛(42)으로부터 평가 유닛(48)으로 지표(50)가 전송된다. 지표(50)는 검출된 전압 또는 전압 변화를, 예를 들어 전압 변화 동안 발생한 극단값의 형태로 설명한다. 지표(50)는 평가 유닛(48)에 의해 기준(52)과 비교된다. 기준(52)은, 테스트 장치(40)에 할당되거나 테스트 장치(40)에 포함된 메모리(54)로부터 호출 가능하고, 그곳에서 지표(50)와의 비교를 위해 호출된다. 기준(52)은 예를 들어 사전 결정되고, 즉 메모리(54)에 변화 불가능하게 각인된다. 대안적으로, 기준(52)은 사전 결정 가능할 수도 있으며, 즉 스위칭 멤버(10)의 사용자가 액세스할 수 있는 메모리(54) 내 파라미터화를 통해 변화 가능할 수 있다.

스위치 오프 펄스(46)의 작용 이전 및 이후에 스위칭 소자(14)가 제대로 기능할 때[즉, 스위칭 소자(14)가 제어 신호(30)로 인해 닫혀질 때], 이러한 스위칭 소자에 걸쳐 순방향 특성을 통해 결정된 작은 전압만이 나타나는 것으로 가정될 수 있고, 그리고 또한, 스위치 오프 펄스(46)의 작용 중에, 스위치 오프 펄스(46)를 통해 열려진 스위칭 소자(14)에 걸친 전압은 상승하는 것으로 가정될 수 있는 상술한 예시에서는, 예를 들어 3V의 전압값을 인코딩하는 데이터가 기준(52)으로서 고려된다. 열려진 스위칭 소자(14)에 걸친 전압의 상승은 예를 들어, 스위치 오프 작동[열려진 스위칭 소자(14)] 이전의 전압과 스위치 오프 작동 중의 전압 사이의 차이가 구해짐으로써 기록된다. 이 경우, 이러한 차이는 적어도 1V이어야 할 것이다. 스위치 오프 펄스(46)를 통해 열려진 스위칭 소자(14)에 걸친 순간 전압을 인코딩하는 지표(50)를 이러한 기준(52)과 비교할 때, 비교는 예를 들어 "크거나 같음"의 비교로서 구현되고, 스위치 오프 펄스(46)를 통해 열려진 스위칭 소자(14)에 걸친 전압이 기준(52)을 통해 인코딩된 임계값에 도달하거나 그를 초과하자마자, 스위치 오프 펄스(46)가 인가되는 스위칭 소자(14)의 기능이 확인된다.

활성화 신호(44)에 의해 얻어지는 전압 또는 전압 변화 및/또는 그렇지 않으면 측정 유닛(42)에 의해 기록 가능한 (각각의) 전기적 변수를 인코딩하는 지표(50)는 개별값, 즉 예를 들어 (전압)값, (전압)값, 에지 경사도, 상승 시간 또는 하강 시간 등일 수 있다. 이 경우, 지표(50)는 개별 데이터, 즉 특성값이고, 비교 시에 고려되는 기준(52)은 이에 상응하게 기준값이다. 지표(50)는[그리고 이에 상응하게 기준(52)도] 2개 이상의 데이터, 예를 들어 상술한 값들의 조합, 또는 측정 유닛(42)에 의해 제어 신호(30)의 변화와 시간적으로 관련하여 기록된 전기 신호를 설명하는 기타 값들을 포함할 수도 있다.

평가 유닛(48)에 의해 자동으로 실행되는 비교에서, 이는, 측정 유닛(42)에 의해 기록 가능한 하나 이상의 전기적 변수의, 제어 신호(30)의 변화에 의해 얻어지는 변화가 예상 범위 내에 있는지 여부에 달려있다. 이러한 변수는 전류일 수도 있을 것이다. 스위치 오프 이후, 전류는 바로 0이 되어야 한다.

평가 유닛(48)에 의한 비교 시에 기반이 되는 기준(52)은 예상 범위를 인코딩하거나, 일반적으로 스위칭 멤버(10)가 제대로 기능할 때 제어 신호(30)의 변화에 의하여[테스트 신호(46)에 의하여], 제어 신호(30)의 변화에 대한 반응으로서 예상되는 것을 인코딩한다. 이에 상응하게, 기준(52)은 예를 들어, 작동 시에 스위칭 멤버(10)가 제대로 기능할 때 기록된 값들, 예를 들어 전압값들을 기반으로 한다. 선택적으로, 기준(52)이 이와 같이 형성될 때, 제대로 기능하는 다양한 스위칭 멤버(10)들이 고려되므로, 기준(52)으로서 하나 이상의 값 범위가 얻어진다. 추가적으로 또는 대안적으로, 기준(52) 또는 기준(52)으로서 기능하는 하나 이상의 값 범위는, 예를 들어 스위칭 멤버(10) 또는 그에 포함된 (각각의) 스위칭 소자(14)의 모델에 의해 경험적으로 결정될 수도 있다. 일반적으로 표현하면, 평가 유닛(48)에 의한 그리고 지표(50)와 기준(52)의 비교를 통한 스위칭 멤버(10)의 기능 테스트를 위하여, 측정 유닛(42)에 의해 기록된 하나 이상의 전기적 변수와 변화된 제어 신호(30) 사이의 예상 상관 관계가 테스트된다.

지표(50)와 기준(52)의 비교를 실행하기 위해, 평가 유닛(48)은 예를 들어 하나 이상의 비교기(도시되지 않음); 또는 상응하는 기능 유닛; 또는 소프트웨어 및/또는 펌웨어 내의 상응하는 기능;을 포함한다. 선택적으로, 평가 유닛(48)은 더 복잡한 평가 규칙의 구현을 포함하므로, 예를 들어 테스트할 SiC 전력 반도체를 통해 역방향으로 전류가 유동하는 경우에 대해 하기와 같은 평가들이 실행될 수 있다.

{[(U-Ul) > Kl] 또는 [((U-Ul) > Uref) 및 (t > tl)]}인 경우,

[S1을 High로 설정; 테스트 신호 재설정; (S2 = High)인 경우, (S를 High로 설정), 그렇지 않으면 (S1을 변화되지 않은 상태로 둠; S를 변화되지 않은 상태로 둠)]

그렇지 않으면

{[(t > K2 * I) 또는 (t > tmax)]인 경우,

(S1을 Low로 설정; S를 Low로 설정; 테스트 신호 재설정)

그렇지 않으면 (S1을 변화시키지 않음; 테스트 신호를 변화시키지 않음)}

이 경우:

U: 스위치에 걸친(소스와 드레인 사이)의 측정된 전압, 즉 스위치에 걸친 전압 강하

U1: 테스트 신호의 활성화 이전의 U

K1: 상수, 예를 들어, 5V

Uref: 기준 전압, 예를 들어, 1V

t: 테스트 신호의 활성화 이후로부터의 시간

t1: 대기 시간, 예를 들어 20μs

tmax: 테스트 신호의 최대 지속 시간, 예를 들어, 1ms

S: 상태 신호(High는 스위칭 멤버가 정상임을 의미)

S1: 테스트할 스위치의 상태

S2: 스위칭 멤버 내의 다른 스위치의 상태

K2: 상수, 예를 들어, 10μs/A

I: 스위칭 멤버 내의(소스에서 드레인으로의) 전류

상기 비교의 결과로서, 평가 유닛(48)은 상태 신호(56)를 출력한다. 지표(50)와 기준(52)이 동일하거나 적어도 충분히 동일한 경우[또는 일반적으로 평가 유닛(48)에서 구현된 조건이 충족된 경우], 평가 유닛(48)은 제대로 기능하는 스위칭 멤버(10)를 인코딩하는 상태 신호(56)를 출력한다. 지표(50)와 기준(52)이 동일하지 않거나 적어도 충분히 동일하지 않은 경우[또는 일반적으로 평가 유닛(48)에서 구현된 조건이 충족되지 않은 경우], 평가 유닛(48)은 제대로 기능하지 않는 스위칭 멤버(10)를 인코딩하는 상태 신호(56)를 출력한다. 상태 신호(56)에 의해서는, 예를 들어 사용자에게 스위칭 멤버(10)의 기능에 대한 정보를 제공하는 신호 소자(58), 예를 들어 광학 신호 소자, 특히 상태 LED, 및/또는 음향 신호 소자가 제어될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상태 신호(56)는 (도시되지 않은) 상위 유닛, 예를 들어 각각의 회로망(32) 및 그에 포함된 스위칭 멤버(10)의 모니터링을 위한 유닛으로도 전달되고, 그곳에서 평가될 수 있다. 예를 들어, 그곳에서의 상태 신호(56)의 평가는 스크린 등에서의 상태 신호(56)에 상응하는 상태 표시를 포함한다.

스위칭 멤버(10)의 스위칭 소자(들)(14)로서, 기본적으로 각각의 반도체 스위치, 특히 전력 반도체, 예를 들어 MOSFET, IGBT 등이 고려된다.

스위칭 소자(14)로서의 IGBT, 즉 역병렬 다이오드[Anti-Parallel-Diode(18)]를 구비한 IGBT에서는, 전류가 순방향으로(즉, IGBT를 통해) 유동할 때 테스트가 실행된다. IGBT가 상응하는 활성화 신호(44)로 인해 그리고 결과적인 스위치 오프 펄스(46)에 의해 스위치 오프되면, DC 회로망 내에서 스위칭 멤버(10)의 두 측면들에 커패시턴스들, 예를 들어 스위칭 멤버(10)의 출력(22)에 위치한 커패시터(26)의 커패시턴스가 놓이기 때문에 스위칭 소자(14) 및 스위칭 멤버(10)에 걸친 전압은 전체적으로 (상술한 바와 같이) 상승한다. 전압은 유한한 속도로 상승한다. 활성화 신호(44)로 인해 얻어지는 스위치 오프 펄스(46)의 지속 시간은, 전압 변화가 작게(전압 측정의 분해능 범위보다 단지 약간 더 높게) 유지되도록 짧게 형성된다.

스위칭 소자(14)로서의 IGBT에 대해 설명된 방법은 모든 유형의 전력 반도체들에서도, 특히 SiC-MOSFET에도 적용 가능하다.

스위칭 소자(14)로서의 하나 이상의 SiC 전력 반도체(탄화규소 반도체)를 구비한 스위칭 멤버(10)에서, 전류는 역방향으로 다이오드(18)(바디 다이오드)를 통해 그리고/또는 역방향으로 스위칭된 MOSFET의 채널을 통해 유동할 수 있다. 후자는 MOSFET가 스위치 온된 경우에만 해당된다. 바디 다이오드의 순방향 전압, 즉 바디 다이오드를 통한 전압 강하가 3V이고, 이에 따라 MOSFET의 것보다 훨씬 더 높기 때문에(통상적인 구성을 가정할 때), MOSFET를 통한 전류 유동은 바디 다이오드를 통한 전류 유동보다 더 낮은 손실[스위칭 소자(14)에 걸친 더 낮은 전압]을 유도한다. 테스트의 범주에서, 스위칭 소자(14)를 통한 전압 강하 및 전류 방향이 평가된다. 역방향으로 전류를 안내하고 있는 MOSFET는 상응하는 활성화 신호(44)로 인하여 그리고 결과적인 스위치 오프 펄스(46)에 의하여 스위치 오프된다. MOSFET가 제어 가능한 경우, MOSFET를 통한 전압 강하는 이를 통해 3V로 상승한다. 제어 채널에 결함이 있거나 MOSFET에 단락이 있거나 비전도 상태인 경우, 이는 일정하게 유지된다. 이는 상술한 바와 같이 평가 유닛(48)에 의해 테스트된다. 이 경우, 두 스위칭 소자(14)들에 걸친 측정을 통하여 또는 입력(20) 및 출력(22)에서 측정된 전압의 차이 형성을 통하여, 도 1에 도시된 바와 같이 직렬 접속된 2개의 스위칭 소자(14)들을 통한 전체 전압 강하를 기록하는 것으로 충분하다. 전압의 변화만 평가하면 되므로, 전압 기록의 절대적 정확도에 대한 요건은 낮다.

따라서, 순방향 저항이 낮기 때문에 여기에 설명된 유형의 스위칭 멤버(10)에서 사용하기에 특히 적합한 SiC-MOSFET에 대해, 전류 방향과는 관계없이 각각의 스위칭 소자(14)의 테스트가 항상 가능하다.

GaN 스위치에서도, 전류는 역방향으로 유동할 수 있으며, 이러한 작동의 경우 ON 신호가 인가될 때 전압 강하는 더 작다. 따라서, 이들은 SiC-MOSFET와 유사하게 거동하며, 동일한 방식으로 모니터링될 수 있다.

도 3에 예시적으로 도시된 스위치 오프 펄스(46) 대신에, 테스트 신호(46)로서 기본적으로, 스위칭 멤버(10)가 적절히 기능할 때 측정 유닛(42)에 의해 기록 가능한 전기적 변수의 측정 가능한 변화를 야기하는 각각의 신호가 고려된다.

스위칭 멤버(10)를 통한 전류의 선택적인 측정에 의하여, 상응하는 지표(50)를 기준(52)과 비교하는 형태의 자동 평가의 결과로서, 경우에 따라 복소수 값의 시간적 저항 특성 및 이에 따라 스위칭 멤버(10)의 기능에 대한 추론을 허용하는 추가의 정보가 제공된다. 예를 들어, 순방향으로 전도성을 갖는 스위칭 소자(14)가 스위치 오프될 때, 전류는 즉시 0이 된다. 이러한 경우에 해당하지 않고, 측정 가능한 전류가 계속적으로 유동하면, 측정된 전류와 관련하여 예상 범위로부터의 편차가 존재한다. 전류 측정은, 예를 들어 측정 유닛(42)에 포함된 전류계(도시되지 않음)에 의해 실행된다. 선택적으로, 2개 이상의 전류계가 존재하므로, 복수의 측정점들, 예를 들어 상술한 전압 측정에 대한 도 1의 도면에서 언급된 측정점들 중 몇몇 또는 모든 측정점들에서의 전류 측정이 가능하다.

(각각의) 스위칭 소자(14)의 특성에 따라, 전압 측정 및 전류 측정의 데이터는 상이한 정도의 상관 관계를 가지므로, 측정 데이터는 스위칭 소자(10)의 기능의 개선된 결정을 위한 기초로서 개별적으로 그리고/또는 함께 기능할 수 있다. 예를 들어 전압 측정값과 전류 측정값을 비교하는 형태로 타당성 검사가 실행된다. 스위칭 멤버(10)에 직접 또는 간접적으로 연결된 사실상 모든 부하(24)가 용량 특성을 갖기 때문에, 전압의 시간적 변화와 전류의 변화가 연관되고, 전류의 시간적 변화와 전압 변화가 연관된다. 예상에 따른 상관 관계의 부존재는 제대로 작동하지 않는 스위칭 멤버(10)를 나타낸다. 예상에 따른 상관 관계는 기준(52)에 의해 맵핑된다.

결과적으로, 상이한 측정들의 다중 측정 데이터를 통하여, 평가를 통한 측정 또는 측정점에서의 결함들이 감지 가능하고, 이에 따라 측정들은 서로에 대해 타당성 검사가 실행된다.

테스트[즉, 활성화 신호(44)의 트리거링, 활성화 신호(44)와 시간적으로 관련한 그리고 측정 유닛(42)을 통한 하나 이상의 전기적 변수의 기록, 그리고 지표(50)와 기준(52)의 비교]는 테스트 장치(40)에 의해 자동으로 트리거링되고 실행될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 이러한 테스트는 외부적으로 테스트 장치(40)의 상응하는 제어를 통해 개시될 수 있다. 두 경우들에서, 테스트는 규칙적으로, 예를 들어 사전 결정된 또는 사전 결정 가능한, 특히 등거리의 시점들에서 또는 무작위로(준 무작위로) 트리거링될 수 있다.

마지막으로, 도 4의 도면은, 하나 이상의 스위칭 소자(14)를 포함하고 전기 회로망(32) 내의 보호를 위해 결정된 스위칭 멤버(10)의 자동 테스트를 위한 본원에 제안된 방법의 순서도를 예시적으로 도시한다. 이러한 방법은 예를 들어 하드웨어 또는 펌웨어에서, 예를 들어 FPGA 등에 의해, 또는 펌웨어 및 소프트웨어에서 또는 소프트웨어에서 구현된다.

제1 단계(60)에서, 활성화 신호(44)는 트리거링된다. 활성화 신호(44)는 (상술한 바와 같이) 이전에 제어 유닛(12)으로부터 출력된 제어 신호(30)의 변화를 야기한다. 제2 단계(62)에서, 변화된 제어 신호(30)에 대한 반응 및/또는 스위칭 소자(14) 또는 하나 이상의 스위칭 소자(14)에 대한 변화된 제어 신호(30)의 영향이 기록된다. 이 둘은 총체적으로 반응이라고 불린다. 이러한 반응의 기록은 측정 유닛(42)에 의해 실행된다. 제3 단계(64)에서, 반응의 평가가 실행된다. 이러한 평가는, 실제 반응을 인코딩하는 지표(50)가, 예상 반응을 인코딩하는 기준(52)과 비교됨으로써 평가 유닛(48)에 의해 실행된다. 제4 단계(66)에서, 상기 비교의 결과에 따라, 예를 들어 선택적으로 상위 유닛으로 전달되는 상태 신호(56)가 생성된다.

제4 단계(66)에서 테스트 장치(40)에 의하여 상기 비교의 결과에 따라 트리거링된 반응은, 예를 들어 (각각의) 스위칭 소자(14)의 상응하는 제어를 통한 그리고/또는 스위칭 멤버(10)의 추가 스위치(68)의 열림을 통한 스위칭 멤버(10)의 스위치 오프도 포함할 수 있다. 결함들은 예를 들어 테스트 장치(40)에서의 표시를 통해 그리고/또는 장치 인터페이스(터미널 스트립, 필드 버스, 광학 신호)를 통해 보고된다. 결함이 감지될 때, 관련 부하 영역은 자동으로 비활성화되고[모든 사용자 장치(24)들의 펄스 차단 또는 스위치 오프], 절연될 수 있다.

마지막으로, 본원에 제안된 접근법은 하기와 같이, 즉 전기적으로 스위칭 가능한 하나 이상의 스위칭 소자(14)를 포함하는 스위칭 요소(10)의 기능을 자동으로 테스트하기 위한 방법이, 특히 테스트 장치(40) 또는 테스트 장치(40)를 포함하는 스위칭 요소(10)의 작동을 위한 방법으로서 주어지는 것으로, 간단하게 요약될 수 있다. 이러한 방법의 실행을 위한 장치가 테스트 장치라고 불리고, 이러한 테스트 장치(40)는 전기적으로 스위칭 가능한 하나 이상의 스위칭 소자(14)를 포함하는 스위칭 요소(10)의 기능을 자동으로 테스트하기 위해 사용된다. 스위칭 멤버(10)에서는, (각각의) 스위칭 소자(14)의 스위칭 상태가 스위칭 소자(14)의 제어 입력(16)을 통해, 그리고 제어 유닛(12)에 의해 생성 가능하고 제어 입력(16)으로 출력되는 제어 신호(30)에 의해 영향을 받을 수 있다. 방법의 범주에서, 특히 테스트 장치(40)에 의해서는, 제어 신호(30)의 변화를 야기하는 활성화 신호(44)가 제어 유닛(12)에 출력 가능하다. 방법의 범주에서, 특히 테스트 장치(40)에 의해서는, 변화된 제어 신호(30)에 대한 반응이 기록 가능하다. 또한, 방법의 범주에서, 특히 테스트 장치(40)에 의해서는, 변화된 제어 신호(30)에 대한 기록된 반응을 인코딩하는 지표(50)와, 변화된 제어 신호(30)에 대한 예상 반응을 인코딩하는 기준(52) 사이의 비교가 실행 가능하다. 마지막으로 방법의 범주에서, 특히 테스트 장치(40)에 의해서는, 상기 비교의 결과에 따라서, 스위칭 멤버(10)의 기능을 인코딩하는 상태 신호(56)가 생성 가능하고 출력 가능하다. 상태 신호(56) 또는 상태 신호(56)에 의하여 제어된 신호 소자(58) 등은 스위칭 멤버(10)의 기능을 나타낸다.

Claims (2)

1. 전기적으로 스위칭 가능한 하나 이상의 스위칭 소자(14)를 포함하는 스위칭 멤버(10)의 기능을 자동으로 테스트하기 위한 방법이며,
   (각각의) 스위칭 소자(14)의 스위칭 상태가 스위칭 소자(14)의 제어 입력(16)을 통해, 그리고 제어 유닛(12)에 의해 생성되고 제어 입력(16)으로 출력되는 제어 신호(30)에 의해 영향을 받고,
   제어 신호(30)의 변화를 야기하는 활성화 신호(44)가 제어 유닛(12)에 출력되고, 활성화 신호(44)는 제어 신호(30)의 변화로서 테스트 신호(46)를 야기하며, 테스트 신호(46)로서 스위치 오프 펄스(46)를 야기하며,
   스위치 오프 펄스(46)에 대한 반응으로서 스위칭 소자(14)에 걸친 전압 강하가 기록되고,
   스위칭 소자(14)에 걸친 기록된 전압 강하를 인코딩하는 지표(50)와, 스위치 오프 펄스(46)에 대한 예상 반응을 인코딩하는 기준(52) 사이의 비교가 실행되고,
   상기 비교의 결과에 따라, 스위칭 멤버(10)의 기능을 인코딩하는 상태 신호(56)가 생성되는, 스위칭 멤버의 기능을 자동으로 테스트하기 위한 방법에 있어서,
   SiC 전력 반도체 또는 GaN 전력 반도체가 스위칭 소자(14)로서 기능하고, SiC 전력 반도체 또는 GaN 전력 반도체는 역방향으로 전류를 안내하는 동안 스위치 오프 펄스(46)에 의해 스위치 오프되는 것을 특징으로 하는, 스위칭 멤버의 기능을 자동으로 테스트하기 위한 방법.
2. 전기적으로 스위칭 가능한 하나 이상의 스위칭 소자(14)를 포함하는 스위칭 멤버(10)의 기능을 자동으로 테스트하기 위한 테스트 장치(40)이며,
   (각각의) 스위칭 소자(14)의 스위칭 상태가 스위칭 소자(14)의 제어 입력(16)을 통해, 그리고 제어 유닛(12)에 의해 생성 가능하고 제어 입력(16)으로 출력되는 제어 신호(30)에 의해 영향을 받을 수 있고,
   테스트 장치(40)에 의해서는 제어 신호(30)의 변화를 야기하는 활성화 신호(44)가 제어 유닛(12)에 출력 가능하고, 활성화 신호(44)는 제어 신호(30)의 변화로서 테스트 신호(46)를 야기하며, 테스트 신호(46)로서 스위치 오프 펄스(46)를 야기하며,
   테스트 장치(40)에 의해서는 스위치 오프 펄스(46)에 대한 반응으로서 스위칭 소자(14)에 걸친 전압 강하가 기록 가능하고,
   테스트 장치(40)에 의해서는 스위칭 소자(14)에 걸친 기록된 전압 강하를 인코딩하는 지표(50)와, 변화된 제어 신호(30)에 대한 예상 반응을 인코딩하는 기준(52) 사이의 비교가 실행 가능하고,
   테스트 장치(40)에 의해서는 상기 비교의 결과에 따라, 스위칭 멤버(10)의 기능을 인코딩하는 상태 신호(56)가 생성 가능한, 스위칭 멤버의 기능을 자동으로 테스트하기 위한 테스트 장치에 있어서,
   SiC 전력 반도체 또는 GaN 전력 반도체가 스위칭 소자(14)로서 기능하고, SiC 전력 반도체 또는 GaN 전력 반도체는 역방향으로 전류를 안내하는 동안 스위치 오프 펄스(46)에 의해 스위치 오프 가능하며, 테스트 장치(40)는 SiC 전력 반도체 또는 GaN 전력 반도체를 역방향으로 전류를 안내하는 동안 스위치 오프 펄스(46)에 의해 스위치 오프하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 스위칭 멤버의 기능을 자동으로 테스트하기 위한 테스트 장치.

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