WO2011101356A1 - Überspannungsschutz für einen halbleiterschalter - Google Patents

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WO2011101356A1
WO2011101356A1 PCT/EP2011/052241 EP2011052241W WO2011101356A1 WO 2011101356 A1 WO2011101356 A1 WO 2011101356A1 EP 2011052241 W EP2011052241 W EP 2011052241W WO 2011101356 A1 WO2011101356 A1 WO 2011101356A1
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voltage
overvoltage protection
transistor
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Walter Kiffe
Thomas Komma
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a device for protecting a semiconductor device
  • Overvoltage semiconductor switch and a method of operating such a device.
  • Converters experience overvoltages due to the presence of stray inductances. If the current of a switching transistor is turned off in a converter, then its collector-emitter voltage increases to a value which is greater than the intermediate circuit voltage. The height of the resulting switching overvoltage is determined by the negative Stromanierisge ⁇ speed and the leakage inductance. The blocking voltage which is then to be absorbed by the transistor can exceed its maximum permissible value and lead to destruction.
  • Active Voltage Clamps are used as overvoltage protection, for example. These consist of one or more diode diodes, which break when the accumulated breakdown voltage is reached, thereby reacting either via a driver stage or directly to the gate of the switching transistor. As a result, the transistor is easily turned on and reduced over this voltage applied overvoltage to the value of the Zener voltage.
  • the device according to the invention for the protection of a semiconductor switch from overvoltages has means that are accessiblestal ⁇ Tet to put the device in an inactive state, wherein there is no protection of the semiconductor switch in the inactive state.
  • the means are further configured to put the device in an active state, wherein in the active state, the overvoltage protection of the semiconductor switch is made.
  • the device is operated for a period of at least a part of a turn-off of the semiconductor switch ⁇ and / or the subsequent settling of the rake includes over the semiconductor switch. At the end of the period, the device is deactivated.
  • the overvoltage protection is active when a switch-off operation of the semiconductor switch is pending.
  • the protective function of the device is at least temporarily ineffective. This advantageously ensures that a reverse voltage such as the permanently stationed at ⁇ counter-voltage of a permanently excited synchronous machine according to one Umrichterausfall, does not result in that the semiconductor switch is turned on by the surge protector. As a result, a very high short-circuit current would flow through the semiconductor switch and possibly destroy it.
  • the semiconductor switch continues to be protected by stray inductances in the context of a switch-off operation against the potentially significant overvoltage.
  • the means are designed such that, in response to a received first control signal, they put the device into the inactive state and / or set the device to the active state in response to a received second control signal.
  • means for detecting a switching operation of the semiconductor switch are provided in the device.
  • a switching process particularly a turn-off, are recognized and responded without its own Sig ⁇ nal must be delivered to the device.
  • An example of such a means is a differentiator circuit which uses as an input the gate voltage of the semiconductor switch or a signal comparable thereto.
  • the differentiator ⁇ circuit would generate a voltage pulse only during a switching process, so a change in the gate voltage. This voltage pulse can be used, for example, to activate the overvoltage protection.
  • the beginning of the period within which the device becomes active is determined by a shutdown control signal for the semiconductor scarf ⁇ ter.
  • the device can be activated directly by the shutdown control signal itself or example ⁇ via its own control circuit.
  • the length of the period is determined in advance. This can be done for example by a measurement on a specific semiconductor switch or by a simulation of the shutdown. Alternatively, the length of the period can be predetermined by the control signal going to the semiconductor switch itself.
  • the device preferably comprises at least one suppressor diode, in particular a Zener diode.
  • a series connection of such diodes is used. These are electrically connected so that they react directly or indirectly on the control terminal of the semiconductor switch. Appropriately, this reaction is prevented for deactivation of the device, while the reaction is allowed for the activation.
  • Suppressor diode leads and the current flow leads to at least a short turn on the semiconductor switch.
  • the means may be configured, for example, to enable the pre ⁇ direction in an inactive state by DIE ser current flow is derived so that an effect on the semiconductor switches is omitted.
  • FIG. 1 schematically shows an exemplary circuit structure 10 with an overvoltage protection 50 for an IGBT 20. Abschalting operations of the IGBT 20 lead to an overvoltage across the IGBT 20 due to stray inductances, which are shown as an inductance 30. For protection of the IGBT 20, see FIG.
  • Circuitry 10 a number of components provided.
  • a series circuit of Zener diodes lla ... n provided on the collector side of the IGBT 20. These are arranged blocking from the point of view of the IGBT 20.
  • An RC element 12 and a current limiting resistor 13 follow the Zener diodes 11.
  • a first and second diode 14, 15 arranged in the line direction follows on the output side of the second diode 15 there is a first node 30, which is electrically connected to other components of the circuit structure 10.
  • the first node 30 is connected via a first resistor 16 to the gate terminal of a first transistor 19. Furthermore, the first node 30 is connected via a second resistor 32 to the gate terminal of a second transistor 33.
  • the first transistor 19 is an NPN transistor.
  • the second transistor 33 is a PNP transistor.
  • the collector input of the first transistor 19 is connected to a positive supply voltage ⁇ 17, for example, 15V.
  • the emitter input of the first transistor 19 is connected via a third resistor 21 to the gate terminal of the IGBT 20.
  • the gate terminal of the IGBT 20 is further connected via a fourth resistor 34 to the emitter input of the second transistor 33.
  • the collector input of the second transistor 33 is connected to the negative supply voltage 18.
  • an overvoltage protection 50 for the IGBT 20 is already realized. If the voltage across the IGBT 20 exceeds the summed breakdown voltage of the Zener diodes 11a ... n, they break through and a current can pass through the following elements, ie the RC element 12, the current limiting resistor 13 and the first and second diodes 14, 15 flow. This current flows into the gates of the first and second transistors 19, 33 and turns them on. As a result, the IGBT 20 itself is something grindregelt again. The IGBT 20 is thereby replaced by a certain conductivity, whereby the overvoltage is reduced. If the overvoltage is reduced, the current through the Zener diodes lla ... n disappears and the IGBT 20 is again completely switched off.
  • a gate driver circuit 41 is connected via a fifth resistor 39.
  • the gate driver circuit 41 is connected at its input to a voltage transmitter 22, the voltage transmitter 22 is connected for example via an optocoupler with a controlling microprocessor.
  • the microprocessor which is not shown in the figure, controls the switching operations of the IGBT 20.
  • the voltage ⁇ source 22 is controlled, and the signals of which in turn is converted into the dri ⁇ berscrien 41 in corresponding gate control signals. These are via the first and second transistors
  • the overvoltage protection 50 is always active.
  • the components of the activation and deactivation means 40 described below serve to make the overvoltage protection 50 act only when the IGBT 20 is being switched off.
  • the voltage sensor 22 via a differentiator 23, consisting of a resistor and a connected ge ⁇ switched capacitor in series with the gate terminal of a third transistor 25th The emitter input of the third
  • Transistor 25 is connected directly to the negative supply voltage 18.
  • the emitter input of the third transistor 25 is connected to adjust the operating point via a sixth resistor 24 to the gate terminal.
  • the collector input of the third transistor 25 is connected to egg ⁇ nem second node 35.
  • the second node 35 is connected via a seventh resistor 36 to the positive supply voltage 17.
  • the second node 35 is furthermore connected to the negative supply voltage 18 via an eighth resistor 37.
  • the second node 35, that is to say also the collector input of the third transistor 25, is connected directly to the gate terminal of a fourth transistor 38.
  • the third and fourth transistors 25, 38 are NPN transistors.
  • the emitter input of the fourth transistor 38 is connected directly to the negative supply voltage 18.
  • the collector input of the fourth transistor 38 is directly connected to a drit ⁇ th node 31, which is located between the first and second diodes 14, 15 °.
  • the gate terminal of the third transistor 25 is at the potential of the negative supply voltage 18 and thus switched off.
  • the fourth transistor 38 is connected in a ⁇ . This situation only changes when the voltage generator 22 is driven to turn off the IGBT 20.
  • the case erzeug ⁇ te voltage ramp ensures via the differentiator 23 that the third transistor 25 is turned on for the period of the voltage ramp.
  • the gate terminal of the fourth transistor 38 is pulled for a short time to the potential of the negative supply voltage 18 and the fourth transistor 38 is thus turned off.
  • the short circuit from the third node 31 to the negative supply voltage 18 thus does not exist for the duration of the voltage edge. Therefore, the overvoltage protection 50 can operate for the duration of the shutdown process.

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Abstract

Ein Überspannungsschutz für einen Halbleiterschalter wird nur dann aktiviert, wenn der Halbleiterschalter abgeschaltet wird. Zu anderen Zeiten ist der Überspannungsschutz deaktiviert. Der Überspannungsschutz ist durch eine Beschaltung mit Zener-Dioden realisiert. Im aktiven Zustand des Überspannungsschutzes wird ein Strom, den die Zener-Dioden durchlassen, dazu verwendet, den Halbleiterschalter vorübergehend anzuschalten. Im inaktiven Zustand des Überspannungsschutzes wird der Strom, den die Zener-Dioden durchlassen, abgeleitet ohne Rückwirkung auf den Halbleiterschalter.

Description

Beschreibung
Überspannungsschutz für einen Halbleiterschalter Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz eines
Halbleiterschalters vor Überspannungen und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung.
Beim Abschalten von Schalttransistoren in leistungselektroni- sehen Systemen wie beispielsweise Umrichtern oder DC-DC-
Wandlern kommt es aufgrund von immer vorhandenen Streuinduktivitäten zu Überspannungen. Wird der Strom eines Schalttransistors in einem Umrichter abgeschaltet, so steigt dessen Kollektor-Emitter-Spannung auf einen Wert, der größer ist als die Zwischenkreisspannung . Die Höhe der so entstehenden Abschaltüberspannung wird durch die negative Stromanstiegsge¬ schwindigkeit und die Streuinduktivität bestimmt. Die dann vom Transistor aufzunehmende Sperrspannung kann dessen höchstzulässigen Wert überschreiten und zur Zerstörung füh- ren.
Um die Zerstörung des Bauteils zu verhindern, werden als Überspannungsschutz beispielsweise so genannte Active Voltage Clamps eingesetzt. Diese bestehen aus einer oder mehreren Ze- nerdioden, die bei Erreichen der summierten Durchbruchsspannung durchbrechen und dadurch entweder über eine Treiberstufe oder direkt auf das Gate des Schalttransistors zurückwirken. Dadurch wird der Transistor leicht aufgesteuert und die über diesem anliegende Überspannung auf den Wert der Zenerspannung abgebaut.
Eine spezielle Situation ergibt sich bei der Verwendung von permanenterregten Synchronmaschinen. Diese werden zur Erhöhung ihrer Leistungsdichte bei hohen Drehzahlen mit einem feldschwächenden Strom betrieben. Kommt es dann bei hohen Drehzahlen zu einem Ausfall des Umrichters, fehlt dieser Strom. Da die Drehzahl nicht sofort geringer wird, wird durch die Magnete im Motor eine Gegenspannung induziert, die ober- halb der Zwischenkreisspannung und der Spannungsschwelle des Überspannungsschutzes liegen kann. Über die Freilaufdioden des Leistungsmoduls wird dann der Zwischenkreis auf den
Scheitelwert der induzierten Spannung geladen. Ist die von den Magneten im Motor induzierte gegen Spannung größer als die Spannungsschwelle des Überspannungsschutz, so würden die Schalter des Umrichters durch den Überspannungsschutz wenigstens teilweise eingeschaltet werden. Das aber hätte eine Zer¬ störung des Umrichters zufolge. Eine mögliche Lösung für das sich stellende Problem besteht in der Verwendung von überdimensionierten Halbleiterschaltern oder einer generell überdimensionierten Synchronmaschine.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Schutz eines Halbleiterschalters vor Überspannung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung anzugeben, mit denen das oben angegebene Problem vermindert oder ausgeräumt wird. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Eine weitere Lösung besteht im Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 9. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schutz eines Halbleiterschalters vor Überspannungen weist Mittel auf, die ausgestal¬ tet sind, die Vorrichtung in einen inaktiven Zustand zu versetzen, wobei im inaktiven Zustand kein Schutz des Halbleiterschalters besteht. Die Mittel sind weiterhin ausgestaltet, die Vorrichtung in einen aktiven Zustand zu versetzen, wobei im aktiven Zustand der Überspannungsschutz des Halbleiterschalters besteht.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Vor- richtung zum Schutz eines Halbleiterschalters vor Überspannungen wird die Vorrichtung für einen Zeitraum betrieben, der wenigstens einen Teil eines Abschaltvorgangs des Halbleiter¬ schalters und/oder des nachfolgenden Einschwingens der Span- nung über den Halbleiterschalter umfasst. Zum Ende des Zeitraums wird die Vorrichtung deaktiviert.
Anders formuliert ist der Überspannungsschutz aktiv, wenn ein Abschaltvorgang des Halbleiterschalters ansteht. Zu anderen Zeiten ist die Schutzfunktion der Vorrichtung wenigstens zeitweise unwirksam. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass eine Gegenspannung wie beispielsweise die permanent an¬ liegende Gegenspannung einer permanenterregten Synchronma- schine nach einem Umrichterausfall nicht dazu führt, dass der Halbleiterschalter durch den Überspannungsschutz angeschaltet wird. Dadurch würde ein sehr hoher Kurzschlussstrom durch den Halbleiterschalter fließen und diesen möglicherweise zerstören. Gleichzeitig wird jedoch der Halbleiterschalter im Rah- men eines Abschaltvorgangs weiterhin vor der unter Umständen erheblichen Überspannung durch Streuinduktivitäten geschützt.
In einer möglichen Ausgestaltung sind die Mittel so gestaltet, dass sie auf ein empfangenes erstes Steuersignal hin die Vorrichtung in den inaktiven Zustand versetzen und/oder auf ein empfangenes zweites Steuersignal hin die Vorrichtung in den aktiven Zustand versetzen.
Alternativ sind in der Vorrichtung Mittel zur Erkennung eines Schaltvorgangs des Halbleiterschalters vorgesehen. Damit kann ein Schaltvorgang, insbesondere ein Abschaltvorgang, erkannt werden und darauf reagiert werden, ohne dass ein eigenes Sig¬ nal an die Vorrichtung abgegeben werden muss. Ein Beispiel für ein solches Mittel ist eine Differenziererschaltung, die als Eingang die Gatespannung des Halbleiterschalters oder ein dazu vergleichbares Signal verwendet. Die Differenzierer¬ schaltung würde nur bei einem Schaltvorgang, also einer Änderung der Gatespannung einen Spannungspuls erzeugen. Dieser Spannungspuls kann beispielsweise verwendet werden, den Über- spannungsschutz zu aktivieren.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird der Beginn des Zeitraums, innerhalb dessen die Vorrichtung aktiv ist, durch ein Abschalt-Steuersignal für den Halbleiterschal¬ ter festgelegt. Dabei kann die Vorrichtung direkt durch das Abschalt-Steuersignal selbst aktiviert werden oder beispiels¬ weise über eine eigene Steuerschaltung. Je nach Vorgehenswei- se kann dabei der Beginn des Zeitraums, das heißt die Akti¬ vierung der Vorrichtung, vor, nach oder gleichzeitig zur Übermittlung des Abschalt-Steuersignals an den Halbleiterschalter gelegt werden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die Länge des Zeitraums vorab festgelegt. Dies kann beispielsweise durch eine Messung an einem konkreten Halbleiterschalter oder auch durch eine Simulation des Abschaltvorgangs geschehen. Alternativ kann die Länge des Zeitraums durch das an den Halblei- terschalter gehende Steuersignal selbst vorgegeben sein. Wird beispielsweise die Aktivierung des Überspannungsschutzes durch die Gatespannung selbst vorgenommen, so wird der Zeitraum durch die Länge der Abschaltflanke definiert. Die Vorrichtung umfasst bevorzugt wenigstens eine Suppressor- Diode, insbesondere eine Zener-Diode. Zweckmäßig kommt eine Serienschaltung aus solchen Dioden zum Einsatz. Diese sind elektrisch so verschaltet, dass sie direkt oder indirekt auf den Steueranschluss des Halbleiterschalters zurückwirken. Zweckmäßig wird zur Deaktivierung der Vorrichtung diese Rückwirkung unterbunden, während für die Aktivierung die Rückwirkung erlaubt wird.
Vorteilhaft ist es, wenn die Suppressor-Dioden so geschaltet sind, dass eine Überspannung zu einem Stromfluss durch die
Suppressor-Diode führt und der Stromfluss zu einem wenigstens kurzen Wiederanschalten des Halbleiterschalters führt. Dann können die Mittel beispielsweise ausgestaltet sein, die Vor¬ richtung in einen inaktiven Zustand zu versetzen, indem die- ser Stromfluss so abgeleitet wird, dass eine Wirkung auf den Halbleiterschalter unterbleibt. Ein bevorzugtes, jedoch keinesfalls einschränkendes Ausfüh¬ rungsbeispiel für die Erfindung wird nunmehr anhand der ein¬ zigen Figur der Zeichnung näher erläutert. Dabei sind die Merkmale schematisiert dargestellt.
Die Figur zeigt schematisch einen beispielhaften Schaltungsaufbau 10 mit einem Überspannungsschutz 50 für einen IGBT 20. Abchaltvorgänge des IGBT 20 führen durch Streuinduktivitäten, die als Induktivität 30 dargestellt sind, zu einer Überspan- nung über den IGBT 20. Zum Schutz für den IGBT 20 ist im
Schaltungsaufbau 10 eine Reihe von Komponenten vorgesehen.
Auf der Kollektorseite des IGBT 20 ist eine Serienschaltung von Zener-Dioden lla...n vorgesehen. Diese sind aus Sicht des IGBT 20 sperrend angeordnet. Auf die Zener-Dioden lla...n folgen ein RC-Glied 12 und ein Strombegrenzungswiderstand 13. Weiterhin folgen eine in Leitungsrichtung angeordnete erste und zweite Diode 14, 15. Auf der Ausgangsseite der zweiten Diode 15 befindet sich ein erster Knotenpunkt 30, der elek- trisch mit weiteren Komponenten des Schaltungsaufbaus 10 verbunden ist.
Der erste Knotenpunkt 30 ist über einen ersten Widerstand 16 mit dem Gateanschluss eines ersten Transistors 19 verbunden. Weiterhin ist der erste Knotenpunkt 30 über einen zweiten Widerstand 32 mit dem Gateanschluss eines zweiten Transistors 33 verbunden. Bei dem ersten Transistor 19 handelt es sich um einen NPN-Transistor . Bei dem zweiten Transistor 33 handelt es sich um einen PNP-Transistor . Der Kollektor-Eingang des ersten Transistors 19 ist mit einer positiven Versorgungs¬ spannung 17, beispielsweise 15 V, verbunden. Der Emitter- Eingang des ersten Transistors 19 ist über einen dritten Widerstand 21 mit dem Gate-Anschluss des IGBT 20 verbunden. Der Gate-Anschluss des IGBT 20 ist weiterhin über einen vierten Widerstand 34 mit dem Emitter-Eingang des zweiten Transistors 33 verbunden. Der Kollektor-Eingang des zweiten Transistors 33 ist mit der negativen Versorgungsspannung 18 verbunden. Mit den beschriebenen Komponenten ist bereits ein Überspannungsschutz 50 für den IGBT 20 realisiert. Überschreitet die Spannung über den IGBT 20 die summierte Durchbruchsspannung der Zener-Dioden lla...n, so brechen diese durch und ein Strom kann über die nachfolgenden Elemente, das heißt das RC- Glied 12, den Strombegrenzungswiderstand 13 sowie die erste und zweite Diode 14, 15 fließen. Dieser Strom fließt in die Gateanschlüsse des ersten und des zweiten Transistor 19, 33 und schaltet diese an. Dadurch wiederum wird der IGBT 20 selbst wieder etwas aufgeregelt. Der IGBT 20 erhält dadurch eine gewisse Leitfähigkeit zurück, wodurch die Überspannung abgebaut wird. Ist die Überspannung abgebaut, so verschwindet der Strom durch die Zener-Dioden lla...n und der IGBT 20 ist wieder vollständig abgeschaltet.
Zur Steuerung des IGBT 20 im normalen Betrieb, bei dem der IGBT 20 in diesem Ausführungsbeispiel Teil eines Umrichters sein soll, sind weitere Komponenten vorgesehen. Am ersten Knotenpunkt 30 ist über einen fünften Widerstand 39 eine Ga- te-Treiberschaltung 41 angeschlossen. Die Gate-Treiberschaltung 41 ist an ihrem Eingang mit einem Spannungsgeber 22 verbunden, wobei der Spannungsgeber 22 beispielsweise über einen Optokoppler mit einem steuernden Mikroprozessor verbunden ist .
Der Mikroprozessor, der in der Figur nicht gezeigt ist, steuert die Schaltvorgänge des IGBT 20. Dazu wird die Spannungs¬ quelle 22 gesteuert, und deren Signale wiederum in der Trei¬ berschaltung 41 in entsprechende Gate-Steuersignale umge- setzt. Diese werden über den ersten und zweiten Transistor
19, 33 verstärkt, um ausreichend Leistung für die Gateansteu¬ erung des IGBT 20 zur Verfügung zu haben.
Mit den bis hier beschriebenen Komponenten der Schaltung ist der Überspannungsschutz 50 stets aktiv. Die im Folgenden beschriebenen Komponenten der Mittel zur Aktivierung und Deak- tivierung 40 dienen dazu, den Überspannungsschutz 50 nur dann wirken zu lassen, wenn der IGBT 20 gerade abgeschaltet wird. Hierzu ist der Spannungsgeber 22 über einen Differenzierer 23, bestehend aus einem Widerstand und einem in Serie ge¬ schalteten Kondensator, mit dem Gate-Anschluss eines dritten Transistors 25 verbunden. Der Emitter-Eingang des dritten
Transistors 25 ist direkt mit der negativen Versorgungsspannung 18 verbunden. Der Emitter-Eingang des dritten Transistors 25 ist zur Einstellung des Arbeitspunktes über einen sechsten Widerstand 24 mit dem Gate-Anschluss rückverbunden. Der Kollektor-Eingang des dritten Transistors 25 ist mit ei¬ nem zweiten Knotenpunkt 35 verbunden. Der zweite Knotenpunkt 35 ist über einen siebten Widerstand 36 mit der positiven Versorgungsspannung 17 verbunden. Der zweite Knotenpunkt 35 ist weiterhin über einen achten Widerstand 37 mit der negati- ven Versorgungsspannung 18 verbunden. Schließlich ist der zweite Knotenpunkt 35, also auch der Kollektor-Eingang des dritten Transistors 25, direkt mit dem Gate-Anschluss eines vierten Transistors 38 verbunden. Beim dritten und vierten Transistor 25, 38 handelt es sich um NPN-Transistoren . Der Emitter-Eingang des vierten Transistors 38 ist direkt mit der negativen Versorgungsspannung 18 verbunden. Der Kollektor- Eingang des vierten Transistors 38 ist direkt mit einem drit¬ ten Knotenpunkt 31 verbunden, der sich zwischen der ersten und der zweiten Diode 14, 15 befindet.
Über die zuletzt beschriebenen Komponenten wird dafür gesorgt, dass im statischen Betrieb, das heißt bei eingeschal¬ tetem oder ausgeschaltetem IGBT 20, der dritte Knotenpunkt 31 stets auf dem Potenzial der negativen Versorgungsspannung 18 gehalten wird. Ein Strom, der durch eine Überspannung durch die Zener-Dioden lla...n fließt, wird dadurch stets über den vierten Transistor 38 abgeleitet, und kann somit nicht die Gate-Anschlüsse des ersten und zweiten Transistors 19, 33 und somit auch nicht das Gate des IGBT 20 beeinflussen. Im stati- sehen Betrieb ist der Gate-Anschluss des dritten Transistors 25 auf dem Potenzial der negativen Versorgungsspannung 18 und somit abgeschaltet. Dadurch ist der vierte Transistor 38 ein¬ geschaltet . Diese Situation ändert sich nur, wenn der Spannungsgeber 22 angesteuert wird, den IGBT 20 abzuschalten. Die dabei erzeug¬ te Spannungsflanke sorgt über den Differenzierer 23 dafür, dass der dritte Transistor 25 für den Zeitraum der Spannungsflanke eingeschaltet wird. Hierdurch wird der Gate-Anschluss des vierten Transistors 38 für kurze Zeit auf das Potenzial der negativen Versorgungsspannung 18 gezogen und der vierte Transistor 38 somit abgeschaltet. Der Kurzschluss vom dritten Knotenpunkt 31 zur negativen Versorgungsspannung 18 besteht somit für die Dauer der Spannungsflanke nicht. Daher kann der Überspannungsschutz 50 für die Dauer des Abschaltvorgangs wirken .

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (50) zum Schutz eines Halbleiterschalters (20) vor Überspannungen, wobei die Vorrichtung Mittel (40) auf- weist,
- um die Vorrichtung (50) in einen inaktiven Zustand zu versetzen, wobei im inaktiven Zustand kein Schutz des Halbleiterschalters (20) besteht und
- um die Vorrichtung (50) in einen aktiven Zustand zu verset- zen, wobei im aktiven Zustand der Schutz des Halbleiterschalters (20) besteht.
2. Vorrichtung (50) gemäß Anspruch 1, bei der die Mittel (40) ausgestaltet sind, auf ein empfangenes erstes Steuersignal hin die Vorrichtung (50) in den inaktiven Zustand zu versetzen und/oder auf ein empfangenes zweites Steuersignal hin die Vorrichtung (50) in den aktiven Zustand zu versetzen.
3. Vorrichtung (50) gemäß Anspruch 1 mit Mitteln (23) zur Er- kennung eines Schaltvorgangs des Halbleiterschalters (20).
4. Vorrichtung (50) gemäß Anspruch 3, bei der die Mittel (40) ausgestaltet sind, bei einem Abschaltvorgang des Halbleiterschalters (20) die Vorrichtung (50) in den aktiven Zustand zu versetzen.
5. Vorrichtung (50) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Mittel (40) ausgestaltet sind, nach einem Verset¬ zen in den aktiven Zustand die Vorrichtung (50) nach Ablauf einer festlegbaren Zeitspanne in den inaktiven Zustand zu versetzen .
6. Vorrichtung (50) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche mit wenigstens einer Suppressor-Diode (lla...n).
7. Vorrichtung (50) gemäß Anspruch 6, bei der der oder die Suppressor-Dioden (lla...n) so geschaltet sind, dass eine Überspannung zu einem Stromfluss durch die Suppressor-Diode (lla...n) führt und der Stromfluss zu einem wenigstens kurzen Wiederanschalten des Halbleiterschalters (20) führt.
8. Vorrichtung (50) gemäß Anspruch 7, bei der die Mittel (40) ausgestaltet sind, die Vorrichtung in einen inaktiven Zustand zu versetzen, indem der Stromfluss so abgeleitet wird, dass eine Wirkung auf den Halbleiterschalter (20) unterbleibt.
9. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (50) zum Schutz eines Halbleiterschalters (20) vor Überspannungen, bei dem:
- die Vorrichtung (50) für einen Zeitraum betrieben wird, der wenigstens einen Teil eines Abschaltvorgangs des Halblei¬ terschalters (20) und/oder des nachfolgenden Einschwingens der Spannung über den Halbleiterschalter (20) umfasst, und
- die Vorrichtung (50) zum Ende des Zeitraums deaktiviert wird .
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem der Beginn des Zeitraums durch ein Abschaltsteuersignal für den Halbleiterschal¬ ter (20) festgelegt wird.
11. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, bei dem die Länge des Zeitraums eine festgelegte Dauer ist.
PCT/EP2011/052241 2010-02-22 2011-02-15 Überspannungsschutz für einen halbleiterschalter WO2011101356A1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109417384A (zh) * 2016-04-29 2019-03-01 罗伯特·博世有限公司 用于保护半导体开关的方法、半导体开关的保护设备和半导体开关的控制电路
US10971488B2 (en) 2018-02-06 2021-04-06 Infineon Technologies Ag Active ESD clamp deactivation

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013202641A1 (de) * 2013-02-19 2014-08-21 Robert Bosch Gmbh Schutzvorrichtung für einen Halbleiterschalter und Verfahren zum Betreiben einer Schutzvorrichtung für einen Halbleiterschalter
DE102013219670A1 (de) * 2013-09-30 2015-04-02 Robert Bosch Gmbh Inverterschaltung
DE102013221900A1 (de) 2013-10-29 2015-04-30 Robert Bosch Gmbh Überspannungsschutzschaltung für einen Leistungshalbleiter und Verfahren zum Schutz eines Leistungshalbleiters vor Überspannungen

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6087877A (en) * 1997-07-09 2000-07-11 Nissan Motor Co., Ltd. Integrated circuit having surge protection circuit
EP1069684A1 (de) * 1999-07-15 2001-01-17 Alstom Belgium S.A. Verfahren und Vorrichtung zur gesteuerten aktiven Begrenzung für Stromrichter
US20030095365A1 (en) * 2001-11-22 2003-05-22 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor equipment
JP2009261020A (ja) * 2009-08-10 2009-11-05 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6087877A (en) * 1997-07-09 2000-07-11 Nissan Motor Co., Ltd. Integrated circuit having surge protection circuit
EP1069684A1 (de) * 1999-07-15 2001-01-17 Alstom Belgium S.A. Verfahren und Vorrichtung zur gesteuerten aktiven Begrenzung für Stromrichter
US20030095365A1 (en) * 2001-11-22 2003-05-22 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor equipment
JP2009261020A (ja) * 2009-08-10 2009-11-05 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109417384A (zh) * 2016-04-29 2019-03-01 罗伯特·博世有限公司 用于保护半导体开关的方法、半导体开关的保护设备和半导体开关的控制电路
CN109417384B (zh) * 2016-04-29 2022-07-22 罗伯特·博世有限公司 用于保护半导体开关的方法、半导体开关的保护设备和半导体开关的控制电路
US10971488B2 (en) 2018-02-06 2021-04-06 Infineon Technologies Ag Active ESD clamp deactivation

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