WO2004084409A1 - Method for controlling and monitoring the operation of a power semiconductor switch, and device for carrying out the method - Google Patents

Method for controlling and monitoring the operation of a power semiconductor switch, and device for carrying out the method Download PDF

Info

Publication number
WO2004084409A1
WO2004084409A1 PCT/DE2004/000496 DE2004000496W WO2004084409A1 WO 2004084409 A1 WO2004084409 A1 WO 2004084409A1 DE 2004000496 W DE2004000496 W DE 2004000496W WO 2004084409 A1 WO2004084409 A1 WO 2004084409A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
power semiconductor
semiconductor switch
signal
igbt
transformer
Prior art date
Application number
PCT/DE2004/000496
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Edmund Schirmer
Karl-Heinz Winkler
Original Assignee
Conti Temic Microelectronic Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Conti Temic Microelectronic Gmbh filed Critical Conti Temic Microelectronic Gmbh
Priority to DE112004000977T priority Critical patent/DE112004000977D2/en
Publication of WO2004084409A1 publication Critical patent/WO2004084409A1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/18—Modifications for indicating state of switch
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0828—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in composite switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/689—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors with galvanic isolation between the control circuit and the output circuit
    • H03K17/691—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors with galvanic isolation between the control circuit and the output circuit using transformer coupling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for controlling and monitoring the operation of a power semiconductor switch, and to a device for carrying out said method. In order to control a power semiconductor switch, it is often necessary to allow for a potential separation between the power semiconductor switch and a control arrangement controlling the same. Furthermore, if an acknowledgement about the functional state of the power semiconductor switch for the control arrangement is provided, a potential separation is also allowed for in the acknowledgement path. Generally, the potential separation is provided by means of optical couplers. The aim of the inventive method is to enable the control of power semiconductor switches and the monitoring of the operation to be carried out with little circuit complexity. According to the novel method, a switch signal is used to control a power semiconductor switch on a primary side of an inductive transformer as an amplitude-modulated signal, and is supplied to the power semiconductor switch by the transformer by means of a driver stage provided on a secondary side of the transformer. The functional state of the power semiconductor switch is monitored on the secondary side of the transformer, and the apparition of a defective function is signalled to the primary side by means of the transformer. Preferably, a signal path is short-circuited on the secondary side of the transformer, between the transformer and the power semiconductor switch, and the amplitude change of the switching signal resulting from the short-circuiting is detected on the primary side.

Description

Beschreibung description
Verfahren zur Ansteuerung und Funktionsüberwachung eines Leistungshalbleiterschalters und Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensMethod for controlling and monitoring the function of a power semiconductor switch and device for carrying out the method
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung und Funktionsüberwachung eines Leistungshalbleiterschalters gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for controlling and function monitoring of a power semiconductor switch according to the preamble of claim 1 and a device for performing the method.
Zur Ansteuerung von Leistungshalbleiterschaltem ist es oft erforderlich eine Potentialtrennung zwischen den Leistungshalbleiterschaltem und den diese ansteuernden Steueranordnungen vorzusehen. Üblicherweise werden Optokoppler zur Potentialtrennung eingesetzt.To control power semiconductor switches, it is often necessary to provide electrical isolation between the power semiconductor switches and the control arrangements which control them. Optocouplers are usually used for electrical isolation.
So ist beispielsweise aus der EP 996 227 A2 ein Verfahren zur Ansteuerung undFor example, EP 996 227 A2 describes a method for controlling and
Funktionsüberwachung eines Bipolartransistors mit isolierte Gateelektrode bekannt, bei dem der Bipolartransistor über einen Optokoppler angesteuert wird und bei dem der Funktionszustand des Bipolartransistors anhand seiner Kollektor-Emitterspannung überwacht wird. Tritt eine Fehlfunktion auf, wird dies über einen weiteren Optokoppler einer Steueranordnung signalisiert.Function monitoring of a bipolar transistor with an insulated gate electrode is known, in which the bipolar transistor is controlled via an optocoupler and in which the functional state of the bipolar transistor is monitored using its collector-emitter voltage. If a malfunction occurs, this is signaled via a further optocoupler in a control arrangement.
Nachteilig ist hierbei, daß zwei Optokoppler zur Ansteuerung und Funktionsüberwachung benötigt werden. Zudem eignen sich Optokoppler aufgrund ihrer temperaturabhängigen Lebensdauer nicht für. den Einsatz in Umgebungen, in denen stark variierende Betriebstemperaturen auftreten können..The disadvantage here is that two optocouplers are required for control and function monitoring. In addition, optocouplers are not suitable for due to their temperature-dependent service life. use in environments where widely varying operating temperatures can occur.
Aus der DE 44 21 837 A1 ist des weiteren bekannt, daß die Ansteuerung eines Bipolartransistors mit isolierter Gateelektrode über einen Optokoppler und einen dazu parallel geschalteten induktiven Übertrager erfolgen kann. Eine Funktionsprüfung wird bei diesem Verfahren nicht vorgenommen.From DE 44 21 837 A1 it is also known that the control of a bipolar transistor with an insulated gate electrode via one optocoupler and one this can be done in parallel inductive transformer. A functional test is not carried out with this procedure.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, das mit geringem Schaltungsaufwand durchführbar ist und für den Einsatz in Umgebungen mit stark variierenden Betriebstemperaturen geeignet ist. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.The invention has for its object to provide a method according to the preamble of claim 1, which can be carried out with little circuitry and is suitable for use in environments with widely varying operating temperatures. The invention is also based on the object of specifying a device for carrying out the method.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und durch die Merkmale des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Wei- terbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved by the features of patent claim 1 and by the features of patent claim 8. Advantageous refinements and developments result from the subclaims.
Erfindungsgemäß wird ein Schaltsignal über einen als Transformator ausgeführten Übertrager und eine diesem nachgeschaltet Treiberstufe dem anzusteuernden Leistungshalbleiterschalter zugeführt. Das Schaltsignal wird dabei auf der Primärseite des Übertragers als amplitudenmoduliertes Signal bereitgestellt. Der Funktionszustand des Leistungshalbleiterschalters wird auf der Sekundärseite des Übertragers überwacht. Falls eine Fehlfunktion erkannt wird, wird dies über den Übertrager zur Primärseite des Übertragers signalisiert.According to the invention, a switching signal is fed to the power semiconductor switch to be controlled via a transformer designed as a transformer and a driver stage connected downstream thereof. The switching signal is provided on the primary side of the transmitter as an amplitude-modulated signal. The functional state of the power semiconductor switch is monitored on the secondary side of the transformer. If a malfunction is detected, this is signaled via the transmitter to the primary side of the transmitter.
Die Signalisierung erfolgt vorzugsweise dadurch, daß sekundärseitig ein Signalpfad zwischen dem Übertrager und dem Leistungshalbleiterschalter kurzge- " schlössen wird und die hieraus resultierende Amplitudenänderung des Schaltsignals auf der Primärseite detektiert wird. Es ist damit möglich, mit einem einzigen induktiven Übertrager eine Potentialtrennung sowohl zum Zwecke der Ansteuerung des Leistungshalbleiterschalters als auch zum Zwecke der Funktionsüberwachung des Leistungshalbleiterschalters vorzunehmen.Signaling is preferably characterized in that the secondary side a signal path between the transmitter and the power semiconductor switches shorted "is concluded and the resulting change in amplitude of the switching signal is detected on the primary side. It is thus possible, with a single inductive transformer, a potential separation, both for the purpose of Control of the power semiconductor switch as well as for the purpose of function monitoring of the power semiconductor switch.
Vorteilhafterweise erfolgt die Prüfung, ob eine Fehlfunktion vorliegt, durch Auswertung einer an der Schaltstrecke des Leistungshalbleiterschalters anstehenden Spannung, insbesondere der Kollektor-Emitterspannung des Leistungshalbleiterschalters, falls dieser als Bipolartransistor ausgeführt ist.The check whether a malfunction is present is advantageously carried out by evaluating a voltage present at the switching path of the power semiconductor switch, in particular the collector-emitter voltage of the power semiconductor switch, if the latter is designed as a bipolar transistor.
Vorzugsweise erfolgt das Kurzschließen des Signalpfads über einen niederohmi- gen Widerstand. Vorteilhafterweise wird das Schaltsignal durch UN D-Verknüpfung aus einem digitalen Steuersignal und einem periodischen Taktsignal erzeugt, wobei der Signalpegel des Steuersignals den gewünschten Schaltzustand des Leistungshalbleiterschalters vorgibt.The signal path is preferably short-circuited via a low-resistance resistor. The switching signal is advantageously generated by a UN D linkage from a digital control signal and a periodic clock signal, the signal level of the control signal specifying the desired switching state of the power semiconductor switch.
Das Verfahren eignet sich bestens zur Ansteuerung und Funktionsüberwachung eines als Bipolartransistor mit. isoliert angeordneter Gateelektrode ausgeführten Leistungshalbleiterschalters.The method is ideally suited for controlling and monitoring the function of a bipolar transistor. Insulated gate electrode executed power semiconductor switch.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt einen als Transformator ausgebildeten Übertrager, der primärseitig mit dem Schaltsignal beauf- schlagt ist und sekundärseitig über eine Treiberstufe mit einem Steueranschluß des Leistungshalbleiterschalter verbunden ist. Sie'umfaßt ferner eine auf der Sekundärseite des Übertragers vorgesehene sekundärseitige Auswerteeinheit zur Funktionsüberwachung des Leistungshalbleiterschalters sowie einem ebenfalls auf der Sekundärseite des Übertragers vorgesehenen Kurzschlußschalter, der durch die sekundärseitige Auswerteeinheit angesteuert ist und über den ein se- kundärseitiger Signalpfad zwischen dem Übertrager und dem Leistungshalbleiterschalter in Abhängigkeit des Funktionszustands des Leistungshalbleiterschal: ters kurzschließbar ist.A device for carrying out the method comprises a transformer designed as a transformer which is supplied with the switching signal on the primary side and is connected on the secondary side to a control connection of the power semiconductor switch via a driver stage. They 'further comprises an opening provided on the secondary side of the transformer secondary-side evaluating unit for function monitoring of the power semiconductor switch and a likewise provided on the secondary side of the transformer short-circuit switch, which is driven by the secondary-side evaluating unit and through which a se- kundärseitiger signal path between the transmitter and the power semiconductor switch in Dependency of the functional state of the power semiconductor switch : can be short-circuited.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung ferner auf der Primärseite des Übertragers eine primärseitige Auswerteeinheit auf, welche den Schaltzustands des Kurz-"" schlußschalters durch Auswertung der Signalamplitude des Schaltsignals detek- ' tiert.Preferably the apparatus further includes on the primary side of the transformer, a primary-side evaluation unit, which predates the switching state of the short- "" circuit switch by evaluating the signal amplitude of the switching signal detek- '.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert. Es zeigen:" The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments and figures. It shows: "
' ' Figur 1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Ansteuerung und Funktionsüberwachung eines Leistungshalbleiterschalters, '' 1 is a block diagram of an apparatus for controlling and monitoring function of a power semiconductor switch,
Figur 2 Signaldiagramme für verschiedene Signale aus der Vorrichtung gemäß Figur 1. Gemäß Figur 1 umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung einen als Transformator ausgeführten Übertrager T, der die Vorrichtung in zwei galvanisch voneinander getrennte Teile, einen Niedervoltteil 1 und einen Hochvoltteil 2 teilt.FIG. 2 signal diagrams for various signals from the device according to FIG. 1. According to FIG. 1, the device according to the invention comprises a transformer T designed as a transformer, which divides the device into two galvanically separated parts, a low-voltage part 1 and a high-voltage part 2.
Der Niedervoltteil 1 umfaßt die Primärseite des Übertragers T. In diesem TeilThe low-voltage part 1 comprises the primary side of the transformer T. In this part
5 weist die Vorrichtung einen Modulator M auf, der ein digitales Steuersignal Us und ein periodisches Taktsignal UCLK durch logische UND-Verknüpfung oder durch Multiplikation zu einem Schaltsignal US1 verknüpft, welches dem Übertra-5, the device has a modulator M, which combines a digital control signal U s and a periodic clock signal U CL K by logical AND combination or by multiplication to form a switching signal U S1 , which the transmission
■ ger T als Eingangssignal zugeführt wird. Der Niedervoltteil 1 umfaßt ferner eine primärseitige Auswerteeinheit K1 zur Auswertung der Amplitude des Schaltsi- ■ ger T is supplied as an input signal. The low-voltage part 1 further comprises a primary-side evaluation unit K1 for evaluating the amplitude of the switching
10 . gnals Us-ι.10th gnals U s -ι.
Der Hochvoltteil 2 der Vorrichtung umfaßt die Sekundärseite des' Übertragers T, an der ein durch induktive Kopplung aus dem Schaltsignal USι erzeugtes Hochvolt-Schaltsignal US2 abgegeben wird. Der Hochvoltteil 2 umfaßt ferner den anzusteuernden und zu überwachenden Leistungshalbleiterschalter IGBT, eine Trei- ■ 15 berstufe D, eine sekundärseitige Auswerteein.heit K2 und einen Kurzschlußschalter SW. ' The high-voltage part 2 of the device comprises the secondary side of the ' transformer T, on which a high-voltage switching signal U S2 generated by inductive coupling from the switching signal U S ι is emitted. The high-voltage part 2 further comprising the to be controlled and monitored power semiconductor switch IGBT, a Trei- ■ 15 berstufe D, a secondary-side Auswerteein.heit K2 and a short-circuit switch SW. '
Die Sekundärseite des Übertragers T ist über die Treiberstufe D mit einem Steuereingang des Leistungshalbleiterschalters IGBT verbunden. Letzter ist als Bipolartransistor mit isoliert angeordneter Gateelektrode ausgeführt. Die. Gateelektro- 20 de bildet somit den Steueranschluß des Leistungshalbleiterschalters IGBT. ■ ' "'-" The secondary side of the transformer T is connected via the driver stage D to a control input of the power semiconductor switch IGBT. The latter is designed as a bipolar transistor with an insulated gate electrode. The. Gate electrode thus forms the control connection of the power semiconductor switch IGBT. ■ '"' - "
Die Treiberstufe D umfaßt ihrerseits einen Gleichrichter zur Ermittlung der Hüllkurve des Hochvolt-Schaltsignals US2 und einen Komparator, der nach Maßgabe der ermittelten Hüllkurve die zum Schalten des Leistungshalbleiterschalters IGBT benötigten Signalpegel erzeugt und diese als Gatespannung UG der Gateelektro- 25 de zuführt.The driver stage D in turn comprises a rectifier for determining the envelope of the high-voltage switching signal U S2 and a comparator which generates the signal level required for switching the power semiconductor switch IGBT in accordance with the envelope curve determined and supplies this as gate voltage U G to the gate electrode 25 de.
Die sekundärseitige Auswerteeinheit K2 wertet die Kollektor-Emitterspannung UCE des Leistungshalbleiterschalters IGBT aus, indem sie diese mit einem vorgegebenen Schwellwert vergleicht. Unterschreitet die Kollektor-Emitterspannung UCE den Schwellwert, so bedeutet dies, daß eine Fehlfunktion im Lastkreis des 30 Leistungshalbleiterschalters IGBT vorliegt. Das Vorliegen einer Fehlfunktion wird am Ausgang der sekundärseitigen Auswerteeinheit durch das sekundärseitige Fehlersignal UERR2 angezeigt. Liegt eine Fehlfunktion vor, wird der Kurzschlußschalter SW durch das sekundärseitige Fehlersignal UERR2 geschlossen. Hierdurch wird der Signalpfad zwischen dem Übertrager T und dem Leistungshalbleiterschalter IGBT über einen im Kurzschlußschalter SW vorgesehenen niede- rahmigen Widerstand kurzgeschlossen. Dies hat zur Folge, daß die Eingangsimpedanz des Übertragers T sich ändert und die Amplitude des Schaltsignals USι aufgrund der zunehmenden Belastung abfällt. Dieser Abfall wird von der primär- seitigen Auswerteeinheit K1 erkannt und durch ein primärseitige Fehlersignal UERRI signalisiert. Durch das primärseitige Fehlersignal UERR1 wird somit ange- zeigt, daß der Kurzschlußschalter SW geschossen ist und damit eine Fehlfunktion im Lastkreis des Leistungshalbleiterschalters IGBT vorliegt. Als Reaktion darauf ist es nun möglich, den Leistungshalbleiterschalter IGBT über das Steuersignal Us in den sperrenden Zustand zu schalten.The secondary-side evaluation unit K2 evaluates the collector-emitter voltage U CE of the power semiconductor switch IGBT by comparing it with a predetermined threshold value. If the collector-emitter voltage U C E falls below the threshold value, this means that there is a malfunction in the load circuit of the 30 power semiconductor switch IGBT. The presence of a malfunction is detected at the output of the secondary evaluation unit by the secondary Error signal U ERR2 displayed. If there is a malfunction, the short-circuit switch SW is closed by the secondary-side error signal U ERR2 . As a result, the signal path between the transformer T and the power semiconductor switch IGBT is short-circuited via a low-resistance resistor provided in the short-circuit switch SW. This has the consequence that the input impedance of the transformer T changes and the amplitude of the switching signal U S ι drops due to the increasing load. This drop is recognized by the primary-side evaluation unit K1 and signaled by a primary-side error signal UER RI . The primary-side error signal U ERR1 thus indicates that the short-circuit switch SW is closed and there is therefore a malfunction in the load circuit of the power semiconductor switch IGBT. In response to this, it is now possible to switch the power semiconductor switch IGBT into the blocking state via the control signal U s .
Figur 2 zeigt den Verlauf des Steuersignals Us, des Taktsignal UCLK, des Schalt- Signals USι, des Hochvolt-Schaltsignals US2, der Gatespannung UG, des primär- seitigen Fehlersignals UERR1 und des sekundärseitigen Fehlersignals UERR2. Es handelt sich hierbei um eine vereinfachte symbolische Darstellung, in der Signallaufzeiten und das Einschwingverhalten der Signale vernachlässigt sind.FIG. 2 shows the profile of the control signal U s , the clock signal U C LK, the switching signal U S ι, the high-voltage switching signal U S2 , the gate voltage U G , the primary-side error signal U ERR1 and the secondary-side error signal U ERR2 . This is a simplified symbolic representation in which the signal propagation times and the transient response of the signals are neglected.
Das Steuersignal Us wird als digitales Signal von einer Steuereinheit, beispiels- weise einem in Figur 1 nicht gezeigten Mikrokontroller oder Mikroprozessor bereitgestellt. Sein Signalpegel gibt dabei den gewünschten Schaltzustand des Lei- " stungshalbleiterschalters IGBT vor. Beispielsweise entspricht ein Low-Pegel dem ' Schaltzustand "Offen" und ein High-Pegel dem Schaltzustand "Geschlossen".The control signal U s is provided as a digital signal by a control unit, for example a microcontroller or microprocessor not shown in FIG. 1. Its signal level are doing the required switching status of the LEI "stungshalbleiterschalters IGBT before. For example, corresponds to a low level is the 'switching state" open "and a high level of the switching status" Closed ".
Zum Zeitpunkt tO wechselt der Signalpegel des Steuersignals Us vom Low-Pegel zum High-Pegel. Hierdurch soll der Leistungshalbleiterschalter IGBT in den leitenden Zustand geschaltet werden: Entsprechend soll der Leistungshalbleiterschalter IGBT zum Zeitpunkt t2 beim Wechsel vom High-Pegel zum Low-Pegel zurück in den sperrenden Zustand geschaltet werden.At time tO, the signal level of the control signal U s changes from the low level to the high level. This is intended to switch the power semiconductor switch IGBT to the conductive state: Accordingly, the power semiconductor switch IGBT is to be switched back to the blocking state at the time t2 when changing from the high level to the low level.
Da der Übertrager T nur Wechselsignale übertragen kann, wird das Steuersignal Us auf der Niedervoltseite 1 mit dem Taktsignal UCLK moduliert. Das daraus resultierende Schaltsignal USι und das aus dem Schaltsignal USι resultierende Hochvolt-Schaltsignals US2 weisen damit zunächst eine dem Steuersignal Us entsprechende Hüllkurve auf. In der Treiberstufe D wird der Hüllkurvenverlauf des Hochvolt-Schaltsignals US2 analysiert und aus der Änderung des Hüllkurvenverlaufs der Low-High-Wechsel im Steuersignal Us detektiert. In Antwort auf den delektierten Pegelwechsel ändert sich der Pegel der Gatespannung UG von ei- nem unteren Wert, bei dem der Leistungshalbleiterschalter IBGT sperrend ist, auf einen oberen Wert, bei dem der Leistungshalbleiterschalter IGBT leitend ist.Since the transformer T can only transmit alternating signals, the control signal U s is modulated on the low voltage side 1 with the clock signal U CLK . The resulting switching signal U S ι and the high-voltage switching signal U S2 resulting from the switching signal U S ι thus initially have one of the control signal U s corresponding envelope. In driver stage D, the envelope curve of the high-voltage switching signal U S2 is analyzed and the change in the envelope curve detects the low-high change in the control signal U s . In response to the detected level change, the level of the gate voltage U G changes from a lower value at which the power semiconductor switch IBGT is blocking to an upper value at which the power semiconductor switch IGBT is conductive.
Wenn nun zum Zeitpunkt t1 eine Fehlfunktion auftritt, steigt der Signalpegel des sekundärseitigen Fehlersignals UE R2 sprungartig an und der Kurzschlußschalter SW wird daraufhin geschlossen. Dies hat eine Belastungsänderung auf der Hochvoltseite 2 der Vorrichtung zur Folge. Die Belastungsänderung wirkt auf denIf a malfunction now occurs at time t1, the signal level of the secondary-side error signal U E R2 increases suddenly and the short-circuit switch SW is then closed. This results in a change in load on the high-voltage side 2 of the device. The change in load affects the
Eingang des Übertragers T zurück, so daß die Amplitude des Schaltsignal US1 und des Hochvolt-Schaltsignals Us2 um einen von der Belastungsänderung abhängigen Wert abfällt.Input of the transformer T back, so that the amplitude of the switching signal U S1 and the high-voltage switching signal Us 2 drops by a value dependent on the change in load.
Die Treiberstufe D ist derart ausgelegt, daß der Amplitudenabfall des Hochvolt- Schaltsignals US2 keinen oder höchstens einen geringen Einfluß auf die Gatespannung UG hat. Der Leiterleistungshalbleiterschalter IGBT verbleibt daher weiterhin im leitenden Zustand.The driver stage D is designed in such a way that the drop in amplitude of the high-voltage switching signal U S2 has no or at most only a slight influence on the gate voltage U G. The conductor power semiconductor switch IGBT therefore remains in the conductive state.
Der Amplitudenabfall des Schaltsignals USι wird auf der Niedervoltseite 1 des Übertragers T mit der primärseitigen Auswerteeinheit K1 detektiert und durch den Signalpegel des primärseitigen Fehlersignals UERRι signalisiert. Die Signalisie- ' rung erfolgt beispielsweise an die das Steuersignal Us bereitstellende Steuerein- " heit, welche daraufhin entscheidet, ob der Leistungshalbleiterschalter IGBT in den sperrenden Zustand geschaltet werden soll, und sofort oder zu einem späteren Zeitpunkt t2 durch einen High-Low-Wechsel im Steuersignal Us das Öffnen des Leistungshalbleiterschalters IGBT bewirkt. The drop in amplitude of the switching signal U S ι is detected on the low-voltage side 1 of the transformer T with the primary-side evaluation unit K1 and signaled by the signal level of the primary-side error signal U ERR ι. The signaling 'tion is carried out, for example, to which the control signal U standardized s-providing control inputs ", which then judges whether the power semiconductor switch IGBT to be switched into the blocking state, and immediately or at a later time t2 by a high-low change in the control signal U s causes the power semiconductor switch IGBT to open.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Ansteuerung und Funktionsüberwachung eines Leistungshalb- leiterschalters (IGBT), bei dem der Leistungshalbleiterschalter (IGBT) durch ein1. Method for controlling and monitoring the function of a power semiconductor switch (IGBT), in which the power semiconductor switch (IGBT) is switched on by a
Schaltsignal (USι) in einen leitenden oder sperrenden Zustand geschaltet wird und bei dem durch Auswertung einer am Leistungshalbleiterschalter (IGBT) anstehenden Spannung (UCE) geprüft wird, ob eine Fehlfunktion vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltsignal (US1) auf einer Primärseite (1) eines in- duktiven Übertragers (T) als amplitudenmoduliertes Signal bereitgestellt wird und über eine auf einer Sekundärseite "(2) des Übertragers (T) vorgesehene Treiberstufe (D) dem Leistungshalbleiterschalter (IBGT) zugeführt wird und daß das Auftreten einer Fehlfunktion auf der Sekundärseite (2) des Übertragers (T) erkannt und über den Übertrager (T) dessen Primärseite (1) signalisiert wird.Switching signal (U S ι) is switched to a conductive or blocking state and in which a voltage (U C E) applied to the power semiconductor switch (IGBT) is checked to determine whether there is a malfunction, characterized in that the switching signal (U S1 ) is provided as an amplitude-modulated signal on a primary side (1) of an inductive transmitter (T) and is supplied to the power semiconductor switch (IBGT) via a driver stage (D) provided on a secondary side " (2) of the transmitter (T) and that the occurrence a malfunction is detected on the secondary side (2) of the transmitter (T) and the primary side (1) of the transmitter (T) is signaled.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Signalisierung der Fehlfunktion ein Signalpfad zwischen dem Übertrager (T) und dem Lei- • stungshalbleiterschalter (IGBT) kurzgeschlossen wird und die hieraus resultierende Änderung der Amplitude des Schaltsignals (Us-ι) detektiert wird.2. The method according to claim 1, characterized in that for signaling the malfunction, a signal path between the transmitter (T) and the power • semiconductor switch (IGBT) is short-circuited and the resulting change in the amplitude of the switching signal (U s -ι) is detected becomes.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalpfad- des : Schaltsignals (USι) über einen niederohmigen Widerstand kurzgeschlossen wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the signal path of the : switching signal (U S ι) is short-circuited via a low-resistance.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfung, ob eine .Fehlfunktion vorliegt, durch Auswertung einer an der Schaltstrecke des Leistungshalbleiterschalters (IGBT) anstehenden Spannung (UCE) erfolgt.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the check as to whether a malfunction is present is carried out by evaluating a voltage (U C E) applied to the switching path of the power semiconductor switch (IGBT).
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltsignal (Us-ι) durch eine UND-Verknüpfung eines digitalen Steuersignals (Us) mit einem periodischen Taktsignal (UCLK) erzeugt wird, wobei der Signalpegel des Steuersignals (Us) den Schaltzustand des Leistungshalbleiterschalters (IGBT) bestimmt. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the switching signal (U s -ι) is generated by ANDing a digital control signal (U s ) with a periodic clock signal (U C LK), the signal level of the control signal (U s ) determines the switching state of the power semiconductor switch (IGBT).
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungshalbleiterschalter (IGBT) beim Erkennen einer Fehlfunktion in den sperrenden Zustand geschaltet wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the power semiconductor switch (IGBT) is switched to the blocking state upon detection of a malfunction.
7. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, zur Schaltzustandsüberwachung eines Biopolartransistors (IGBT) mit isoliert angeordneter Gateelektrode.7. Use of the method according to one of the preceding claims, for switching state monitoring of a biopolar transistor (IGBT) with an insulated gate electrode.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 6, mit einem als Transformator ausgebildeten Übertrager (T), der primärseitig mit dem Schaltsignal (USι) beaufschlagt ist und sekundärseitig über eine Treiberstufe (D) mit einem Steueranschluß des Leistungshalbleiterschalter (IGBT) verbunden ist, mit einer auf der Sekundärseite des Übertragers (T) vorgesehenen sekundärseitigen Auswerteeinheit (K2) zur Funktionsüberwachung des Leistungshalbleiterschalters (IGBT) und mit einem auf der Sekundärseite des Übertragers (T) vorgesehenen Kurzschlußschalter (SW), der durch die sekundärseitige Auswer- teeinheit (K2) angesteuerten ist und über den ein Signalpfad zwischen dem8. Device for performing the method according to one of claims 2 to 6, with a transformer designed as a transformer (T), which is acted on the primary side with the switching signal (U S ι) and on the secondary side via a driver stage (D) with a control connection of the power semiconductor switch (IGBT) is connected to a secondary-side evaluation unit (K2) provided on the secondary side of the transmitter (T) for function monitoring of the power semiconductor switch (IGBT) and to a short-circuit switch (SW) provided on the secondary side of the transmitter (T), which is connected through the secondary-side Evaluation unit (K2) is controlled and via which a signal path between the
Übertrager (T) und dem Leistungshalbleiterschalter (IGBT) in Abhängigkeit des Funktionszustands des Leistungshalbleiterschalters (IGBT) kurzschließbar ist.Transmitter (T) and the power semiconductor switch (IGBT) depending on the functional state of the power semiconductor switch (IGBT) can be short-circuited.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Eingangsseite des Übertragers (T) eine primärseitige Auswerteeinheit (K1) zur De- tektion des Schaltzustands des Kurzschlußschalters (SW) durch Auswertung der ' 9. The device according to claim 8, characterized in that on the input side of the transformer (T) has a primary-side evaluation unit (K1) for detecting the switching state of the short-circuit switch (SW) by evaluating the '
Signalamplitude des Schaltsignals (US1) vorgesehen ist.Signal amplitude of the switching signal (U S1 ) is provided.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungshalbleiterschalter (IGBT) als Bipolartransistor mit isoliert angeordneter Gateelektrode ausgebildet ist. 10. The device according to claim 8 or 9, characterized in that the power semiconductor switch (IGBT) is designed as a bipolar transistor with an insulated gate electrode.
PCT/DE2004/000496 2003-03-21 2004-03-12 Method for controlling and monitoring the operation of a power semiconductor switch, and device for carrying out the method WO2004084409A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112004000977T DE112004000977D2 (en) 2003-03-21 2004-03-12 Method for controlling and monitoring the operation of a power semiconductor switch and device for carrying out the method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10312704.6 2003-03-21
DE2003112704 DE10312704A1 (en) 2003-03-21 2003-03-21 Method for controlling and monitoring the function of a power semiconductor switch and device for carrying out the method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2004084409A1 true WO2004084409A1 (en) 2004-09-30

Family

ID=32921068

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2004/000496 WO2004084409A1 (en) 2003-03-21 2004-03-12 Method for controlling and monitoring the operation of a power semiconductor switch, and device for carrying out the method

Country Status (2)

Country Link
DE (2) DE10312704A1 (en)
WO (1) WO2004084409A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9929566B2 (en) 2013-03-28 2018-03-27 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Power electronic circuit and system comprising the same
CN110447170A (en) * 2017-03-15 2019-11-12 沃思电子埃索斯有限责任两合公司 Power switching devices and the method for operating the Power switching devices

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006074372A (en) * 2004-09-01 2006-03-16 Toshiba Corp Digital signal transmitter
WO2007128675A1 (en) * 2006-05-10 2007-11-15 Abb Research Ltd Energy and signal transmission device for electronic power semiconductor components and transmission method
EP2302797A1 (en) * 2009-09-23 2011-03-30 ABB Schweiz AG Control for a semiconductor device
EP2302798A1 (en) * 2009-09-23 2011-03-30 ABB Schweiz AG Control for a semiconductor device
US9065326B2 (en) 2010-02-03 2015-06-23 Abb Technology Ltd Switching module for use in a device to limit and/or break the current of a power transmission or distribution line
EP2530817A1 (en) * 2011-05-30 2012-12-05 Siemens Aktiengesellschaft Control device for an inverter with different reference potential
DE102014105852A1 (en) * 2014-04-25 2015-10-29 Minebea Co., Ltd. Circuit and method for transmitting a control signal for a switch

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4866556A (en) * 1986-11-11 1989-09-12 Siemens Aktiengesellschaft Circuit arrangement of a self protecting power switch
DE29617892U1 (en) * 1996-10-15 1996-11-28 Schuster Wolfgang Dipl Ing Isolating control circuit for an electronic switch

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3032888A1 (en) * 1980-09-01 1982-03-18 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München PROTECTIVE CIRCUIT FOR A SWITCHING TRANSISTOR
DE4007539A1 (en) * 1990-03-09 1991-09-12 Asea Brown Boveri Control circuit for power semiconductor switch - uses pulse transformer to control power switch and register overcurrent and undervoltage conditions
US5142432A (en) * 1991-10-21 1992-08-25 General Motors Corporation Fault detection apparatus for a transformer isolated transistor drive circuit for a power device
US5900683A (en) * 1997-12-23 1999-05-04 Ford Global Technologies, Inc. Isolated gate driver for power switching device and method for carrying out same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4866556A (en) * 1986-11-11 1989-09-12 Siemens Aktiengesellschaft Circuit arrangement of a self protecting power switch
DE29617892U1 (en) * 1996-10-15 1996-11-28 Schuster Wolfgang Dipl Ing Isolating control circuit for an electronic switch

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BOURGEOIS J M: "PCB based transformer for power MOSFET drive", NEW YORK, NY, USA, IEEE, USA, 1994, pages 238 - 244 vol.1, XP000467323, ISBN: 0-7803-1456-5 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9929566B2 (en) 2013-03-28 2018-03-27 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Power electronic circuit and system comprising the same
CN110447170A (en) * 2017-03-15 2019-11-12 沃思电子埃索斯有限责任两合公司 Power switching devices and the method for operating the Power switching devices
CN110447170B (en) * 2017-03-15 2023-07-21 沃思电子埃索斯有限责任两合公司 Power switching device and method of operating the same

Also Published As

Publication number Publication date
DE112004000977D2 (en) 2006-02-16
DE10312704A1 (en) 2004-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008055051B4 (en) Circuit arrangement and method for generating a drive signal for a transistor
DE3533523C2 (en)
DE102011086412B4 (en) Device and method for testing the connection status of a load connected to a connection point
DE102015114495A1 (en) VOLTAGE CONVERTER AND VOLTAGE CONVERSION PROCESS
DE102006030114B4 (en) Safe input circuit with single-channel I / O connection for the input of a bus participant
WO2004084409A1 (en) Method for controlling and monitoring the operation of a power semiconductor switch, and device for carrying out the method
DE102019203338A1 (en) Ringing suppression circuit
DE3931038A1 (en) PHOTOELECTRIC BARRIER
EP2387155B1 (en) Method for transmitting a binary signal over a transmission path
EP1872629B1 (en) Protection of an emitting branch of an interface device
EP3183584A1 (en) Supply voltage detection device and a method for detecting a supply voltage
DE102008051074B4 (en) Method and apparatus for monitoring a load driven by a power semiconductor switch
DE19805722A1 (en) Method and appliance for monitoring electric leads for short circuits between parallel signal leads
DE102020123149A1 (en) CONTROL CIRCUIT FOR ELECTRONIC SWITCH
DE3428444A1 (en) MONITORING DEVICE FOR TRAFFIC SIGNALING SYSTEMS
DE102004035604B3 (en) Driving semiconductor switch element in half-bridge involves detecting load current through half-bridge circuit and repeating last transmitted switching signal if load current exceeds predefined maximum threshold value
DE102009045220B4 (en) System and method for limiting current oscillations
DE102010043613A1 (en) Interference-proof lighting control
EP0924528A1 (en) Electronic device for diagnosing faults in electrical systems
EP3123821B1 (en) Voltage supply circuit for operating leds
DE102021206671A1 (en) DC/DC converters and frequency converters
EP2375868A2 (en) Electronic pre-switching device with interface device
DE10354067B4 (en) Circuit arrangement and method for isolated transmission of a switching information
DE102013112815A1 (en) safety control
DE10205313A1 (en) Potential-free measurement of input network power supply voltage to a power supply device and monitoring power supply side AC and device side DC fuse or safety cut-outs by generation of pulse width modulated output signal

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
REF Corresponds to

Ref document number: 112004000977

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20060216

Kind code of ref document: P

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112004000977

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase