WO2016082967A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben parallel geschalteter leistungshalbleiterschalter - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betreiben parallel geschalteter leistungshalbleiterschalter Download PDF

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WO2016082967A1
WO2016082967A1 PCT/EP2015/071696 EP2015071696W WO2016082967A1 WO 2016082967 A1 WO2016082967 A1 WO 2016082967A1 EP 2015071696 W EP2015071696 W EP 2015071696W WO 2016082967 A1 WO2016082967 A1 WO 2016082967A1
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WO
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power semiconductor
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lhl
ggvn
semiconductor switch
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PCT/EP2015/071696
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Tobias Richter
Jochen Kilb
Stefan Aldinger
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Robert Bosch Gmbh
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    • H03K2017/0806—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage against excessive temperature

Definitions

  • the invention relates to a method and a control device for operating parallel-connected power semiconductor switches. Furthermore, the invention relates to an electrical circuit, an electrical system with the control unit, a computer program for carrying out this method and a machine-readable storage medium.
  • inverters To operate electric drives usually inverters are used, the electrical energy from a DC voltage source, eg. B. a battery to convert into an AC voltage to supply an electrical machine, such as an asynchronous machine with AC voltage or AC.
  • the inverter has for this purpose so-called half bridges. These half-bridges have power semiconductor switches by means of which the DC and the DC voltage are switched clocked, so that an alternating voltage and an alternating current is produced at the output terminals of the inverter.
  • current upper limits are given, beyond which the power semiconductor switches are irreversibly damaged. If now higher currents are required for the operation of the electric drive, therefore, these power semiconductor switches are connected in parallel in the inverters.
  • a method for operating parallel-connected power semiconductor switches wherein at least one of the power semiconductor switches is assigned an overall gate series resistor, which has the following steps:
  • Parallel connected power semiconductor switches are a plurality, that is, a plurality of power semiconductor switches, which are opened or closed in response to a common signal, so are controlled.
  • a current flow through a power semiconductor switch is prevented as long as the line semiconductor switch is open -
  • a current flow through a power semiconductor switch is made possible as long as the line semiconductor switch is closed.
  • To close a power semiconductor switch a voltage is applied to the gate terminal by means of a voltage source. Between the voltage source and the gate usually a gate resistor is connected. Due to the electro-dynamic processes in such an electrical circuit switches depending on the size of this
  • the method according to the invention has a step for determining a desired value for a total gate resistor for at least one of the parallel-connected power semiconductor switches.
  • the method has additional steps: providing a plurality of gate resistors that can be assigned to the at least one Bacgatevorwiderstand and selecting a selection of the plurality of gate resistors in dependence of the determined target size, wherein forming the at least one Retrogatevorwiderstands by an interconnection of the selected gate resistors takes place.
  • this method creates a possibility variable
  • the method has the following additional step: Determining in each case at least one temperature of at least one first and one second of the power semiconductor switches, wherein the determination of the desired value takes place as a function of the determined temperatures.
  • the more heavily a power semiconductor switch is loaded that is, the greater the current flowing through the power semiconductor switch, the more the power semiconductor switch heats up.
  • the temperature of two power semiconductor switches can thus be determined which of the two power semiconductor switches is more heavily loaded.
  • the determination of the temperature of a power semiconductor switch for example, by means of a temperature sensor, which is mounted within the power semiconductor switch module.
  • a method for determining the desired size for the at least one total gate series resistor.
  • the target size for the target size is the target size for the target size
  • the difference in temperatures between two power semiconductor switches is a measure of how much the load on the two power semiconductor switches deviates from one another.
  • the desired size for the Bacgatevorwiderstand or in particular the difference of the setpoints for the total resistances of the corresponding power semiconductor switches are thus determined as a function of the determined temperature difference between at least two of the power semiconductor switches.
  • the method has a further additional step: determining in each case one current through at least one first and one second of the power semiconductor switches, wherein the determination of the at least one desired variable takes place as a function of the determined currents.
  • the currents of at least two of the power semiconductor switches are measured. For example, this is possible by means of a sense output to the individual power semiconductor switches, although other methods for measuring the current through a power semiconductor switch are conceivable.
  • the desired size of Intelgatevorwiderstands is performed in dependence of the detected currents. The one power semiconductor switch is more heavily loaded, through which the larger electric current flows.
  • the desired size for the total gate series resistor is determined as a function of the determined currents.
  • Another method is provided for determining the desired size for the at least one
  • the target size for the target size is the target size for the target size
  • the difference of the two currents flowing through the power semiconductor switches is determined by means of subtraction, and the target value for the total gate series resistor is determined as a function of the difference.
  • a logic unit for example a microprocessor for determining the desired value, for forming the Bacgatevorwiderstands and the operation of the at least one of the power semiconductor switch is provided.
  • a power semiconductor switch By operating a power semiconductor switch is meant in particular that a voltage is switched on or switched off to influence the current conductivity of the power semiconductor switch.
  • Power semiconductor switch at least partially used in parallel power semiconductor modules, wherein a power semiconductor module comprises parallel connected power semiconductor switches.
  • a power semiconductor module corresponds to a parallel connection of a plurality of power semiconductor switches whose input, output and drive connections are each combined.
  • Such power semiconductor modules are known in various sizes and performance classes and are used for power management and interruption of higher electrical power by means of a drive signal.
  • an operation of power semiconductor modules connected in parallel is thus made possible in which the individual power semiconductor modules are likewise loaded more uniformly than when all power semiconductor modules are controlled by means of a control signal and due to their component tolerances or their different dimensioning react quickly and sensitively to a drive signal.
  • a control device for operating parallel-connected power semiconductor switch wherein at least one of the power semiconductor switch is assigned a Batgatevorwiderstand and the control unit is designed to determine a target size for Intelgatevorwiderstand the at least one power semiconductor switch, the Trugatevorwiderstand the at least one power semiconductor switch in dependence of the respective target size form, and the at least one power semiconductor switch with the associated
  • a control device for operating parallel-connected power semiconductor switch is thus provided, which makes it possible to operate the power semiconductor switches according to their current operating state. It is created the opportunity to operate the power semiconductors individually and to burden, and thus also, especially in depen dence of their current characteristics, to load the power semiconductor switch evenly.
  • an electrical circuit in particular an inverter or a pulse inverter, is provided. It has parallel-connected power semiconductor switches, wherein at least one of the power semiconductor switches on
  • Total gate resistor is assigned.
  • the size of the Retrogatevorwiderstands is variably adjustable.
  • a circuit is provided which enables individual activation of the at least one of the parallel-connected power semiconductor switches.
  • an electrical system with power semiconductor switches connected in parallel is thus provided.
  • variable Designarvorwiderthe which make it possible to operate the parallel-connected power semiconductor switch and thereby load the power semiconductor switch evenly or balanced.
  • a machine-readable storage medium is provided on which the described computer program is stored.
  • FIG. 1 shows an electrical system with a control device in a schematic representation
  • FIG. 2 A detail of the electrical system from FIG. 1
  • FIG. 3 A flow diagram for a method for operating in parallel
  • FIG. 1 shows an electrical system 10 in a schematic representation.
  • the electrical system 10 comprises power semiconductor switches LH1, LH2, LH3..LHn which are connected in parallel and in the closed state conduct an electric current from the potential T + to the potential T- and in the open state separate the potentials.
  • the gate terminals of the power semiconductor switches LHl..LHn are with the respective
  • LHl..LHn the circuit breaker are controlled or a current flow is enabled by this, by removing or disconnecting the voltage at the gate terminals of the power semiconductor switches LHl..LHn the current flow is interrupted by this.
  • temperature sensors Tl, T2, T3..Tn are provided for determining the temperatures at the individual power semiconductor switches.
  • the temperature sensors can be attached directly to the individual semiconductors. Another position of the temperature sensors is also conceivable if the determined temperature value can be assigned to a corresponding power semiconductor switch LH1..LHn and from this the temperature of the corresponding power semiconductor switch LH1..LHn can be deduced.
  • the power semiconductor switches LHl..LHn have the sense connections.
  • the control unit can determine the current through the individual power semiconductor switches LHl..LHn. Again, other variants for measuring the current through the individual power semiconductor switches LHl..LHn conceivable. It should again be possible to assign a determined current value to a power semiconductor switch. In dependence on the determined temperatures and / or the determined currents, the control unit respectively determines desired values for the total gate series resistors GGV1..GGVn by means of which the power semiconductor switches LH1..LHn are operated. Particularly in the case of a combined determination of the setpoint variables as a function of the determined temperatures and currents, an even more exact predefinition of the setpoint variables for the
  • the control unit SG further comprises a logic unit LE, which determines the desired size, forming the
  • FIG. 2 shows, in particular in a schematic form, the structure of a variable total gate resistor GGVn.
  • Vn are associated with a plurality of gate resistors GVn, GV1, GV2, GV3..GVn.
  • the gate series resistors GVL.GVn can be interconnected or combined as desired, so that ultimately a total gate series resistance GGVn with a size corresponding to the desired value, ie a resistance value corresponding to the nominal value, results.
  • Only a parallel circuit of the gate resistors is shown in FIG. 2, but also a series connection or a combination of series and parallel circuit can be used as required.
  • FIG. 3 shows a method 200 for operating parallel-connected power semiconductor switches.
  • the process starts.
  • a target value for a total gate resistor GGVn for the at least one power semiconductor switch LHn is determined.
  • Gate Vorwiderembracedn GVn which are the Intelgatevorwiderstand GGVn be assigned, provided and selected a selection of the gate resistors GVn as a function of the determined setpoint.
  • the Intelgatevorwiderstand GGVn for the at least one power semiconductor switch LHn is formed as a function of the respective desired size, in particular by interconnecting the selection of the gate resistors GVn.
  • the at least one power semiconductor switch is operated with the associated total gate resistor GGVn.
  • the method ends.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) und ein Steuergerät (SG) zum Betreiben parallel geschalteter Leistungshalbleiterschalter (LH1..LHn) mit den Schritten ermitteln einer Sollgröße für einen Gesamtgatevorwiderstand (GGVL.GGVn) mindestens eines Leistungshalbleiterschalters (LH1..LHn); Bilden des Gesamtgatevorwiderstands (GGV1..GGVn) für den mindestens einen Leistungshalbleiterschalter (LH1..LHn) in Abhängigkeit der jeweiligen Sollgröße und Betreiben des mindestens einen Leistungshalbleiterschalters (LH1..LHn) mit dem zugehörigen Gesamtgatevorwiderstand (GGV1..GGVn).

Description

Beschreibung Titel
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben parallel geschalteter Leistungshalbleiterschalter
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Steuergerät zum Betreiben parallel geschalteter Leistungshalbleiterschalter. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Schaltung, ein elektrisches System mit dem Steuergerät, ein Computerprogramm zur Durchführung dieses Verfahrens sowie ein maschinenlesbares Speichermedium.
Stand der Technik
Zum Betreiben elektrischer Antriebe werden üblicherweise Wechselrichter eingesetzt, die die elektrische Energie aus einer Gleichspannungsquelle, z. B. einer Batterie, in eine Wechselspannung umwandeln, um eine elektrische Maschine, z.B. eine Asynchronmaschine, mit Wechselspannung bzw. Wechselstrom zu versorgen. Der Wechselrichter weist hierzu sogenannte Halbbrücken auf. Diese Halbbrücken weisen Leistungshalbleiterschalter auf mittels denen der Gleichstrom und die Gleichspannung getaktet geschaltet werden, so dass an den Ausgangsklemmen des Wechselrichters eine Wechselspannung und ein Wechselstrom entsteht. Für diese Leistungshalbleiterschalter sind Stromobergrenzen vorgegeben, bei deren Überschreitung die Leistungshalbleiterschalter irreversibel geschädigt werden. Wenn nun höhere Ströme für den Betrieb des elektrischen Antriebs benötigt werden, werden daher diese Leistungshalbleiterschalter in den Wechselrichtern parallel geschaltet. Aufgrund von Bauteiltoleranzen werden jedoch die Leistungshalbleiterschalter auch beim parallelen Betrieb unterschiedlich stark belastet, da die Halbleiter nicht gleichzeitig einschalten und daher einer der Halbleiter gegebenenfalls früher einschaltet als ein anderer. Dies kann dazu führen, dass sich der Stromfluss zwischen den Schaltern ungleich aufteilt und somit einzelne Leistungshalbleiterschalter stärker thermisch belastet werden und somit schneller ausfallen. Ein Schaltungsaufbau, der die bei der Ansteuerung parallel geschalteter Leistungshalbleiterschalter ebenfalls zu berücksichtigenden Lauf- Zeitunterschiede der Ansteuersignale minimiert, ist aus der WO 2011/120728 A2 bekannt.
Es besteht daher das Bedürfnis hierzu Alternativen zu entwickeln, die eine
gleichmäßige Belastung der parallel geschalteten Leistungshalbleiterschalter ermöglichen. So wird verhindert, dass einzelne Leistungshalbleiterschalter überlastet werden und vorzeitig ausfallen. Somit erhöht sich auch die Robustheit des
Gesamtgerätes. Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Verfahren zum Betreiben parallel geschalteter Leistungshalbleiterschalter bereitgestellt, wobei mindestens einem der Leistungshalbleiterschalter ein Gesamtgatevorwiderstand zugeordnet ist, welches die folgenden Schritte aufweist:
Ermitteln einer Sollgröße für den Gesamtgatevorwiderstand des mindestens einen Leistungshalbleiterschalters; Bilden des Gesamtgatevorwiderstands für den mindestens einen Leistungshalbleiterschalter in Abhängigkeit der Sollgröße und Betreiben des mindestens einen Leistungshalbleiterschalters mit dem zugehöri- gen Gesamtgatevorwiderstand.
Parallel geschaltete Leistungshalbleiterschalter sind mehrere, also eine Vielzahl von Leistungshalbleiterschaltern, die in Abhängigkeit eines gemeinsamen Signals geöffnet oder geschlossen werden, also angesteuert werden. Ein Stromfluss durch einen Leis- tungshalbleiterschalter wird verhindert, solange der Leitungshalbleiterschalter geöffnet ist - Ein Stromfluss durch einen Leistungshalbleiterschalter wird ermöglicht, solange der Leitungshalbleiterschalter geschlossen ist. Zum Schließen eines Leistungshalbleiterschalters wird mittels einer Spannungsquelle eine Spannung an den Gateanschluss angelegt. Zwischen die Spannungsquelle und den Gateanschluss ist üblicherweise ein Gatevorwiderstand geschaltet. Aufgrund der elektrodynamischen Vorgänge in einer derartigen elektrischen Schaltung schaltet in Abhängigkeit der Größe dieses
Gatevorwiderstands ein Leistungshalbleiterschalter etwas früher oder später nach dem Zu- oder Abschalten der Spannungsquelle von Öffnen auf Schließen oder umgekehrt um. Bei kleineren Gatevorwiderständen erfolgt ein schnelleres Umschalten, bei größe- ren Gatevorwiderständen ist das Umschalten verzögert. Somit lässt sich der Schalt- Zeitpunkt variieren, indem ein Gatevorwiderstand vergrößert oder verkleinert wird. Entsprechend weist das erfindungsgemäße Verfahren einen Schritt zum Ermitteln einer Sollgröße für einen Gesamtgatevorwiderstand für mindestens einen der parallel geschalteten Leistungshalbleiterschalter auf. Erfindungsgemäß ist der
Gesamtgatevorwiderstände variabel einstellbar. In Abhängigkeit von aktuellen Betriebsbedingungen des parallel geschalteten Leistungshalbleiterschalters wird daher eine Sollgröße für den Gesamtgatevorwiderstand des Leistungshalbleiterschalters ermittelt. Als weiterer Schritt ist vorgesehen, diesen Gesamtgatevorwiderstand für den mindestens einen Leistungshalbleiterschalter in Abhängigkeit der jeweiligen Sollgröße auszubilden. Der variable Gesamtgatevorwiderstand erhält somit einen Widerstandswert entsprechend der Sollgröße. Nachdem der Gesamtgatevorwiderstand entsprechend seiner Sollgröße ausgebildet ist, wird der entsprechende Leistungshalbleiterschalter mittels des zugehörigen Gesamtgatevorwiderstands betrieben.
Vorteilhaft wird somit durch Ermitteln bzw. durch Vorgabe einer Sollgröße für den mindestens einen Gesamtgatevorwiderstand und dem Bilden des
Gesamtgatevorwiderstands ein Verfahren zum Betreiben parallel geschalteter Leistungshalbleiterschalter bereitgestellt, welches es ermöglicht, die einzelnen Leistungshalbleiterschalter entsprechend ihres aktuellen Betriebszustands zu betreiben. So ist ein individueller Betrieb der einzelnen parallel geschalteten Leistungshalbleiterschalter in Abhängigkeit ihrer aktuellen Eigenschaften möglich. So wird die Möglichkeit geschaffen, die einzelnen Leistungshalbleiterschalter individuell zu belasten und insbesondere die Leistungshalbleiterschalter gleichmäßig zu belasten. Vorteilhaft ergibt sich somit die Möglichkeit der Verwendung von Bauteilen mit größerer Toleranz beziehungsweise Streuung. Es ist sogar ein Verzicht auf eine vorherige Toleranzbestimmung bzw. Klassifizierung der Bauteile vor der Verwendung möglich. Weiter ergibt sich dadurch eine Erhöhung der Bauteilausbeute, der Prüfprozess beim Hersteller kann vereinfacht werden. Nicht zuletzt werden somit die Kosten gesenkt. Ferner besteht die Möglichkeit der Parallelschaltung von Leistungshalbleiterschaltern unterschiedlicher Leistungsklassen oder Chipflächen, wobei aufgrund der individuellen Belastung eine Überlastung eines schwächeren Bauteil vermieden wird. Auch die Skalierbarkeit der Leistungsfläche des Gesamtgerätes wird vereinfacht, da Leistungshalbleiterschaltermodule mit unterschiedlichen Leistungshalbleiterschaltern zusammen verwendet werden können. In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Verfahren zusätzliche Schritte auf: Bereitstellen einer Vielzahl von Gatevorwiderständen, die dem mindestens einen Gesamtgatevorwiderstand zuordenbar sind, und das Auswählen einer Auswahl aus der Vielzahl der Gatevorwiderstände in Abhängigkeit der ermittelten Sollgröße, wobei das Bilden des mindestens einen Gesamtgatevorwiderstands durch ein Zusammenschalten der ausgewählten Gatevorwiderstände erfolgt.
Für die Realisierung der variablen Gesamtgatevorwiderstände gibt es sicherlich verschiedene Möglichkeiten. Eine davon ist beispielsweise das Vorhalten einer Vielzahl von Gatevorwiderständen. Diese Gatevorwiderstände sind dem
Gesamtgatevorwiderstand des mindestens einen Leistungshalbleiterschalters der parallel geschalteten Leistungshalbleiterschalter zuordenbar. Dies bedeutet, dass statt eines konstanten Gesamtgatevorwiderstandes, eine Vielzahl von, insbesondere konstanten oder unveränderlichen, Gatevorwiderständen bereitgestellt werden, die mindestens teilweise einem Gesamtgatevorwiderstand zuordenbar sind. In Abhängigkeit der ermittelten Sollgröße für einen Gesamtgatevorwiderstand wird nun eine Auswahl oder eine Anzahl aus der Vielzahl der Gatevorwiderstände ausgewählt. Durch ein anschließendes elektrisches Zusammenschalten, insbesondere mindestens teilweise in Reihe und/ oder parallel schalten, der einzelnen Gatevorwiderstände aus der Auswahl wird der Gesamtgatevorwiderstand für den mindestens einen Leistungshalbleiterschalter gebildet. Insbesondere eignen sich hierfür Auswahlen von Gatevorwiderständen, die beispielsweise Widerstandswerte entsprechend der binären Zahlenfolge
(1,2,4,8,16, ...) aufweisen. Damit lässt sich ein Gesamtgatevowiderstand mit jedem beliebigen Widerstandswert entsprechend der ermittelten Sollgröße durch elektrisches Zusammenschalten, insbesondere mittels Reihenschaltung, realisieren.
Vorteilhaft wird mit diesem Verfahren eine Möglichkeit geschaffen, variable
Gesamtgatevorwiderstände für die parallele Ansteuerung von Leistungshalbleiterschaltern bereitzustellen.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist das Verfahren folgenden zusätzlichen Schritt auf: Ermitteln von jeweils mindestens einer Temperatur von mindestens einem ersten und einem zweiten der Leistungshalbleiterschalter, wobei das Ermitteln der Sollgröße in Abhängigkeit der ermittelten Temperaturen erfolgt. Je stärker ein Leistungshalbleiterschalter belastet wird, also je größer der Strom ist, der durch den Leistungshalbleiterschalter fließt, desto stärker erwärmt sich der Leistungshalbleiterschalter. Bei parallel geschalteten und betriebenen Leistungshalbleiterschaltern ist folglich derjenige stärker belastet, der wärmer ist. Durch Ermitteln und Vergleichen der Temperatur zweier Leistungshalbleiterschalter kann somit festgestellt werden, welcher der beiden Leistungshalbleiterschalter stärker belastet ist. Das Ermitteln der Temperatur eines Leistungshalbleiterschalters erfolgt beispielsweise mittels eines Temperatursensors, der innerhalb des Leistungshalbleiterschaltermoduls angebracht ist. Es gibt aber auch andere Möglichkeiten, die Temperatur eines Leistungshalbleiterschalters zu bestimmen, z.B. mittels einer sehr genauen Strommessung durch den Leistungshalbleiterschalter, da die Erwärmung des Leistungshalbleiterschalters mit dem Strom korreliert. Durch Variation des Gesamtgatevorwiderstandes wird bei dem weiteren Betrieb des Leistungshalbleiterschalters der wärmere, also der bisher stärker oder überdurchschnittlich belastete, weniger belastet werden und der schwächer belastete stärker belastet werden. Die unterschiedlich starke Belastung der Leistungshalbleiterschalter wird durch Variation beziehungsweise durch Einstellen des
Gesamtgatevorwiderstands beeinflusst. Hierzu wird die Sollgröße für den
Gesamtgatevorwiderstand in Abhängigkeit der gemessenen Temperaturen bestimmt und ermittelt.
Vorteilhaft wird hier ein Verfahren bereitgestellt, zur Ermittlung der Sollgröße für den mindestens einen Gesamtgatevorwiderstand.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird die Sollgröße für den
Gesamtgatevorwiderstand in Abhängigkeit einer Differenz der ermittelten Temperaturen der mindestens ersten und zweiten Leistungshalbleiterschalter ermittelt.
Dies bedeutet, dass die Differenz der Temperaturen zwischen zwei Leistungshalbleiterschaltern ein Maß dafür ist, wie stark die Belastung der beiden Leistungshalbleiterschalter voneinander abweicht. Die Sollgröße für den Gesamtgatevorwiderstand oder insbesondere die Differenz der Sollgrößen für die Gesamtvorwiderstände der entsprechenden Leistungshalbleiterschalter werden somit in Abhängigkeit der ermittelten Temperaturdifferenz zwischen mindestens zwei der Leistungshalbleiterschalter festgelegt. Vorteilhaft wird somit ein Verfahren bereit gestellt, welches die Ermittlung der Sollgröße für einen Gesamtgatevorwiderstand für den mindestens einen Leistungshalbleiterschalter oder für die Gesamtgatevorwiderstände des ersten und des zweiten Leistungshalbleiterschalters ermöglicht.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist das Verfahren einen weiteren zusätzlichen Schritt auf: Ermitteln von jeweils einem Strom durch mindestens einen ersten und einen zweiten der Leistungshalbleiterschalter, wobei das Ermitteln der mindestens einen Sollgröße in Abhängigkeit der ermittelten Ströme erfolgt.
Dies bedeutet, dass die Ströme mindestens zweier der Leistungshalbleiterschalter gemessen werden. Beispielsweise ist dies mittels eines Sense-Ausgangs an den einzelnen Leistungshalbleiterschaltern möglich, wobei auch andere Verfahren zur Messung des Stroms durch einen Leistungshalbleiterschalter denkbar sind. Wiederum wird die Sollgröße des Gesamtgatevorwiderstands in Abhängigkeit der ermittelten Ströme durchgeführt. Derjenige Leistungshalbleiterschalter wird stärker belastet, durch den der größere elektrische Strom fließt. Zur Realisierung einer gleichmäßigen oder ausgeglichenen Belastung der Leistungshalbleiterschalter, wird in Abhängigkeit der ermittelten Ströme die Sollgröße für den Gesamtgatevorwiderstand ermittelt.
Vorteilhaft wird ein weiteres Verfahren bereitgestellt, zur Ermittlung der Sollgröße für den mindestens einen Gesamtgatevorwiderstand.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird die Sollgröße für den
Gesamtgatevorwiderstand in Abhängigkeit einer Differenz der ermittelten Ströme durch den mindestens ersten und zweiten Leistungshalbleiterschalter ermittelt.
Dies bedeutet, dass beispielsweise mittels Subtraktion die Differenz der zwei durch die Leistungshalbleiterschalter fließenden Ströme ermittelt wird, und die Sollgröße für den Gesamtgatevorwiderstand in Abhängigkeit der Differenz festgelegt wird. Je stärker die Stromdifferenz, desto stärker weichen auch die Sollgrößen für die jeweiligen
Gesamtgatevorwiderstände voneinander ab. Vorteilhaft wird ein weiteres Verfahren bereitgestellt, zur Ermittlung der Sollgröße für den mindestens einen Gesamtgatevorwiderstand.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Ermitteln einer Sollgröße, das Bilden des Gesamtgatevorwiderstands und das Betreiben mindestens eines der Leistungshalbleiterschalters mittels mindestens einer Logikeinheit.
Dies bedeutet, dass eine Logikeinheit, zum Beispiel ein Mikroprozessor für die Ermittlung der Sollgröße, für das Bilden des Gesamtgatevorwiderstands und das Betreiben des mindestens einen der Leistungshalbleiterschalters vorgesehen ist. Unter Betreiben eines Leistungshalbleiterschalters ist hier insbesondere zu verstehen, dass eine Spannung zugeschaltet oder weggeschaltet wird, um die Stromleitfähigkeit des Leistungshalbleiterschalters zu beeinflussen.
Vorteilhaft wird somit ein Verfahren bereitgestellt, welches die Schritte des Verfahrens steuern und abarbeiten kann.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung werden als parallel geschaltete
Leistungshalbleiterschalter mindestens teilweise parallel geschaltete Leistungshalbleitermodule verwendet, wobei ein Leistungshalbleitermodul parallel geschaltete Leistungshalbleiterschalter umfasst.
Das bedeutet, dass statt einzelnen einzeln ansteuerbaren parallel geschalteten Leistungshalbleiterschaltern mindestens teilweise parallel geschaltete Leistungshalbleitermodule verwendet werden. Ein Leistungshalbleitermodul entspricht dabei einer Parallelschaltung mehrerer Leistungshalbleiterschalter, deren Eingangs-, Ausgangs und Ansteueranschlüsse jeweils zusammengeführt sind. Solche Leistungshalbleitermodule sind in verschiedenen Größen und Leistungsklassen bekannt und werden für die Stromführung und Unterbrechung höherer elektrischer Leistungen mittels eines Ansteuersignais verwendet.
Vorteilhaft wird somit ein Betrieb parallel geschalteter Leistungshalbleitermodule ermöglicht, bei dem die einzelnen Leistungshalbleitermodule ebenfalls gleichmäßiger belastet werden, als wenn alle Leistungshalbleitermodule mittels einem An- steuersignal angesteuert werden und aufgrund ihrer Bauteiltoleranzen oder ihrer unterschiedlichen Dimensionierung unterschiedlich schnell und sensitiv auf ein Ansteuersignal reagieren. Es ergeben sich somit für den Betrieb der parallel geschalteten Leistungshalbleitermodule vergleichbare Vorteile wie für den Betrieb parallel geschalteter Leistungshalbleiterschalter.
Ferner wird ein Steuergerät zum Betreiben parallel geschalteter Leistungshalbleiterschalter bereitgestellt, wobei mindestens einem der Leistungshalbleiterschalter ein Gesamtgatevorwiderstand zugeordnet ist und das Steuergerät ausgebildet ist, eine Sollgröße für den Gesamtgatevorwiderstand des mindestens einen Leistungshalbleiterschalters zu ermitteln, den Gesamtgatevorwiderstand des mindestens einen Leistungshalbleiterschalters in Abhängigkeit der jeweiligen Sollgröße zu bilden, und den mindestens einen Leistungshalbleiterschalter mit dem zugehörigen
Gesamtgatevorwiderstand zu betreiben.
Erfindungsgemäß sind die Gesamtgatevorwiderstände mittels des Steuergeräts variabel einstellbar. In Abhängigkeit von aktuellen Betriebsbedingungen der parallel geschalteten Leistungshalbleiterschalter wird daher eine Sollgröße für einen
Gesamtgatevorwiderstand für den mindestens einen Leistungshalbleiterschalter ermittelt. Als weiterer Schritt ist vorgesehen, diesen Gesamtgatevorwiderstand des Leistungshalbleiterschalters in Abhängigkeit der Sollgröße auszubilden. Der variable Gesamtgatevorwiderstand erhält somit einen Widerstandswert entsprechend der Sollgröße. Nachdem der Gesamtgatevorwiderstand entsprechend seiner Sollgröße ausge bildet ist, wird der entsprechende Leistungshalbleiterschalter mittels des zugehörigen Gesamtgatevorwiderstands betrieben.
Vorteilhaft wird somit durch Ermitteln bzw. durch Vorgabe einer Sollgröße für einen Gesamtgatevorwiderstand und dem Bilden des Gesamtgatevorwiderstands ein Steuer gerät zum Betreiben parallel geschalteter Leistungshalbleiterschalter bereitgestellt, welches es ermöglicht, die Leistungshalbleiterschalter entsprechend ihres aktuellen Betriebszustands zu betreiben. Es wird die Möglichkeit geschaffen, die Leistungshalbleiter individuell zu betreiben und zu belasten, und somit auch, insbesondere in Abhän gigkeit ihrer aktuellen Eigenschaften, die Leistungshalbleiterschalter gleichmäßig zu belasten. Vorteilhaft ergibt sich somit die Möglichkeit der Verwendung von Bauteilen mit größerer Toleranz bzw. Streuung. Beziehungsweise ist sogar ein Verzicht auf eine vorherige Toleranzbestimmung bzw. Klassifizierung der Bauteile vor der Verwendung möglich.
Ferner wird eine elektrische Schaltung, insbesondere ein Wechselrichter oder ein Pulswechselrichter, bereitgestellt. Sie weist parallel geschaltete Leistungshalbleiterschalter auf, wobei mindestens einem der Leistungshalbleiterschalter ein
Gesamtgatevorwiderstand zugeordnet ist. Die Größe des Gesamtgatevorwiderstands ist variabel einstellbar. Vorteilhaft wird eine Schaltung bereitgestellt, die eine individuelle Ansteuerung des mindestens einen der parallel geschalteten Leistungshalbleiterschalter ermöglicht. Mittels eines variabel einstellbaren Gesamtgatevorwiderstands kann durch Variation des Widerstandswerts das Schaltverhalten des mindestens einen Leistungshalbleiterschalters im Vergleich zu den parallel geschalteten Leistungshalbleiterschaltern beschleu- nigt oder verlangsamt werden.
Ferner wird ein elektrisches System mit parallel geschalteten Leistungshalbleiterschaltern bereitgestellt mit Gesamtgatevorwiderständen und einem Steuergerät zum Betreiben der parallel geschalteten Leistungshalbleiterschalter.
Vorteilhaft wird somit ein elektrisches System mit parallel geschalteten Leistungshalbleiterschaltern bereit gestellt. Es sind variable Gesamtgatevorwiderstände vorgesehen, die es ermöglichen, die parallel geschalteten Leistungshalbleiterschalter zu betreiben und dabei die Leistungshalbleiterschalter gleichmäßig oder ausgeglichen zu belasten.
Ferner wird ein Computerprogramm bereitgestellt, das ausgebildet ist, alle Schritte eines der oben beschriebenen Verfahren auszuführen.
Ferner wird ein maschinenlesbares Speichermedium bereitgestellt, auf dem das be- schriebene Computerprogramm gespeichert ist.
Es versteht sich, dass die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend auf das erfindungsgemäße Steuergerät bzw. auf das elektrische System und umgekehrt zutreffen bzw. anwendbar sind. Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher erläutert werden. Dazu zeigen: Figur 1 Ein elektrisches System mit einem Steuergerät in einer schematischen Darstellung
Figur 2 Ein Ausschnitt des elektrischen Systems aus Figur 1 Figur 3 Ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Betreiben parallel geschalteter
Leistungshalbleiterschalter
Ausführungsformen der Erfindung
Die Figur 1 zeigt ein elektrisches System 10 in einer schematischen Darstellung. Das elektrische System 10 umfasst Leistungshalbleiterschalter LHl, LH2, LH3..LHn, die parallel geschaltet sind und im geschlossenen Zustand einen elektrischen Strom von dem Potential T+ zu dem Potential T- leiten und im offenen Zustand die Potentiale trennen. Die Gateanschlüsse der Leistungshalbleiterschalter LHl..LHn sind mit den jeweiligen
Gesamtgatevorwiderständen GGV1, GGV2, GGV3..GGVn verbunden. Weiter ist ein Steuergerät SG vorgesehen, welches über die einzelnen Gesamtgatevorwiderstände GGVL.GGVn mit den einzelnen Gateanschlüssen der Leistungshalbleiterschalter LHl..LHn verbunden ist. Durch Anlegen einer Spannung mittels einer nicht dargestell- ten Spannungsquelle an den Gateanschlüssen der Leistungshalbleiterschalter
LHl..LHn werden die Leistungsschalter angesteuert beziehungsweise wird ein Strom- fluss durch diese ermöglicht, durch wegnehmen oder wegschalten der Spannung an den Gateanschlüssen der Leistungshalbleiterschalter LHl..LHn wird der Stromfluss durch diese unterbrochen. Ferner sind Temperatursensoren Tl, T2, T3..Tn vorgesehen zur Ermittlung der Temperaturen an den einzelnen Leistungshalbleiterschaltern. Die Temperatursensoren können direkt an den einzelnen Halbleitern angebracht sein. Auch eine andere Position der Temperatursensoren ist denkbar, wenn der ermittelte Temperarturwert einem entsprechenden Leistungshalbleiterschalter LHl..LHn zugeordnet werden kann und daraus auf die Temperatur des entsprechenden Leistungshalbleiterschalter LHl..LHn geschlossen werden kann. Weiter verfügen die Leistungshalbleiterschalter LHl..LHn über die Sense- Anschlüsse. Mittels dieser kann das Steuergerät die Stromstärke durch die einzelnen Leistungshalbleiterschalter LHl..LHn bestimmen. Auch hier sind andere Varianten zur Messung des Stroms durch die einzelnen Leistungshalbleiterschalter LHl..LHn denkbar. Es sollte wiederum möglich sein, einen ermittelten Stromwert einem Leistungshalbleiterschalter zuzuordnen. In Abhängigkeit der ermittelten Temperaturen und/ oder der ermittelten Ströme ermittelt das Steuergerät jeweils Sollgrößen für die Gesamtgatevorwiderstände GGVl..GGVn mittels der die Leistungshalbleiterschalter LHl..LHn betrieben werden. Insbesondere bei einer kombinierten Ermittlung der Sollgrößen in Abhängigkeit der ermittelten Temperaturen und Ströme ist eine noch exaktere Vorgabe der Sollgrößen für die
Gesamtgatevorwiderstände GGVL.GGVn möglich. Das Steuergerät SG umfasst ferner eine Logikeinheit LE, welche das Ermitteln der Sollgröße, das Bilden des
Gesamtgatevorwiderstands GGVn und das Betreiben des mindestens einen der Leistungshalbleiterschalters LHn ausführt und steuert.
Figur 2 zeigt insbesondere in einer schematischen Form den Aufbau eines variabel einstellbaren Gesamtgatevorwiderstandes GGVn. Dem Gesamtgatevorwiderstand GGVn sind eine Vielzahl von Gatevorwiderständen GVn, GV1,GV2, GV3..GVn zugeordnet. Mit Hilfe der Schalter Sl, S2, S3..Sn lassen sich die Gatevorwiderstände GVL.GVn beliebig zusammenschalten oder kombinieren, so dass sich letztendlich ein Gesamtgatevorwiderstand GGVn mit einer der Sollgröße entsprechenden Größe, also einem der Sollgröße entsprechendem Widerstandswert, ergibt. In der Figur 2 ist lediglich ein parallele Schaltung der Gatevorwiderstände dargestellt, aber auch eine Reihenschaltung oder eine Kombination aus Reihen- und parallel Schaltung ist je nach Bedarf einsetzbar. Durch Ansteuern der Schalter Sl..Sn lassen sich somit
Gesamtgatevorwiderstände GGVn in beliebiger Sollgröße konfigurieren. Die Ansteue- rung der Schalter Sl..Sn kann dabei insbesondere durch das Steuergerät erfolgen. Eine entsprechende Verbindung vom Steuergerät zu den Schaltern Sl..Sn ist aus Über- sichtlichkeitsgründen in der Zeichnung nicht enthalten aber selbstverständlich vorgesehen. In Abhängigkeit der Betriebsbedingung des Leistungsschalters LHn, also insbesondere in Abhängigkeit der Temperatur Tn und oder des Stroms In ermittelt das Steuergerät SG eine Sollgröße für den Gesamtgatevorwiderstand GGVn. Aus der bereitgestellten Vielzahl von Gatevorwiderständen wird mittels Auswahl über die Schalter Sl..Sn ein Gesamtgatevorwiderstand GGVn entsprechend der Sollgröße konfiguriert. Ein Betrieb des Leistungshalbleiterschalters LHn durch das Steuergerät SG erfolgt somit über den entsprechend eingestellten Gesamtgatevorwiderstand GGVn.
Die Figur 3 zeigt ein Verfahren 200 zum Betreiben parallel geschalteter Leistungshalbleiterschalter. Im Schritt 210 startet das Verfahren. In Schritt 220 wird eine Sollgröße für einen Gesamtgatevorwiderstand GGVn für den mindestens einen Leistungshalbleiterschalter LHn ermittelt. Im Schritt 230 werden optional eine Vielzahl von
Gatevorwiderständen GVn, die dem Gesamtgatevorwiderstand GGVn zuordenbar sind, bereitgestellt und eine Auswahl der Gatevorwiderstände GVn in Abhängigkeit der ermittelten Sollgröße ausgewählt. In Schritt 240 wird der Gesamtgatevorwiderstand GGVn für den mindestens einen Leistungshalbleiterschalter LHn in Abhängigkeit der jeweiligen Sollgröße gebildet, insbesondere durch ein Zusammenschalten der Auswahl der Gatevorwiderstände GVn. In Schritt 250 wird der mindestens eine Leistungshalbleiterschalter mit dem zugehörigen Gesamtgatevorwiderstand GGVn betrieben. Im Schritt 260 endet das Verfahren.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben parallel geschalteter Leistungshalbleiterschalter (LHl..LHn), wobei mindestens einem der Leistungshalbleiterschalter
(LHl..LHn) ein Gesamtgatevorwiderstand (GGVl..GGVn) zugeordnet ist, mit den Schritten:
Ermitteln (220) einer Sollgröße für den Gesamtgatevorwiderstand
(GGVl..GGVn) des mindestens einen Leistungshalbleiterschalters
(LHL.LHn);
Bilden (240) des Gesamtgatevorwiderstands (GGVl..GGVn) für den mindestens einen Leistungshalbleiterschalter (LHl..LHn) in Abhängigkeit der Sollgröße und
Betreiben (250) des mindestens einen Leistungshalbleiterschalters
(LHl..LHn) mit dem zugehörigen Gesamtgatevorwiderstand (GGV1.. GGVn).
2. Verfahren nach Anspruch 1 mit den zusätzlichen Schritten:
Bereitstellen (230) einer Vielzahl von Gatevorwiderständen (GVL.GVn), die dem mindestens einen Gesamtgatevorwiderstand (GGVL.GGVn) zuordenbar sind und
Auswählen einer Auswahl aus der Vielzahl der Gatevorwiderstände
(GVL.GVn) in Abhängigkeit der ermittelten Sollgröße, wobei das Bilden (240) des mindestens einen Gesamtgatevorwiderstands (GGVL.GGVn) durch ein Zusammenschalten der ausgewählten
Gatevorwiderstände (GVL.GVn) erfolgt.
3. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche mit dem zusätzlichen Schritt:
Ermitteln von jeweils einer Temperatur (TL.Tn) von mindestens einem ersten und einem zweiten der Leistungshalbleiterschalter (LHl..LHn), wobei das Ermitteln der mindestens einen Sollgröße in Abhängigkeit der ermittelten Temperaturen (Tl..Tn) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Ermitteln der mindestens einen Sollgröße in Abhängigkeit einer Differenz der ermittelten Temperaturen (Tl..Tn) der mindestens ersten und zweiten Leistungshalbleiterschalter (LHl..LHn) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 mit dem zusätzlichen Schritt:
Ermitteln von jeweils einem Strom (II.. In) durch mindestens einen ersten und einen zweiten der Leistungshalbleiterschalter (LHl..LHn), wobei das Ermitteln der mindestens einen Sollgröße in Abhängigkeit der ermittelten Ströme (II.. In) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Ermitteln der mindestens einen Sollgröße in Abhängigkeit einer Differenz der ermittelten Ströme (II.. In) durch den mindestens ersten und zweiten Leistungshalbleiterschalter (LHl..LHn) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln der Sollgröße, das Bilden des Gesamtgatevorwiderstands (GGVL.GGVn) und das Betreiben des mindestens einen der Leistungshalbleiterschalters (LHl..LHn) mittels mindestens einer Logikeinheit (LE) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei als parallel geschaltete Leistungshalbleiterschalter (LHl..LHn) mindestens teilweise parallel geschaltete Leistungshalbleitermodule verwendet werden, wobei ein Leistungshalbleitermodul parallel geschaltete Leistungshalbleiterschalter umfasst.
Steuergerät (SG) zum Betreiben parallel geschalteter Leistungshalbleiterschalter (LHl..LHn), wobei mindestens einem der Leistungshalbleiterschalter (LHl..LHn) ein Gesamtgatevorwiderstand (GGVL.GGVn) zugeordnet ist und das Steuergerät (SG) ausgebildet ist, eine Sollgröße für den Gesamtgatevorwiderstand (GGVL.GGVn) des mindestens einen Leistungshalbleiterschalters (LHl..LHn) zu ermitteln, den Gesamtgatevorwiderstand (GGVl..GGVn) des mindestens einen Leistungshalbleiterschalters (LHl..LHn) in Abhängigkeit der Sollgröße zu bilden und den mindestens einen Leistungshalbleiterschalter (LHl..LHn) mit dem zugehörigen Gesamtgatevorwiderstand (GGVl..GGVn) zu betreiben.
10. Elektrische Schaltung mit parallel geschalteten Leistungshalbleiterschaltern (LHl..LHn), wobei mindestens einem der Leistungshalbleiterschalter (LHl..LHn) ein Gesamtgatevorwiderstand (GGVl..GGVn) zugeordnet ist, wobei die Größe des Gesamtgatevorwiderstands (GGVl..GGVn) variabel einstellbar ist.
11. Elektrisches System (10) mit parallel geschalteten Leistungshalbleiterschaltern (LHl..LHn), mit Gesamtgatevorwiderständen (GGVl..GGVn) und einem Steuergerät (SG) nach Anspruch 9.
12. Computerprogramm, das ausgebildet ist, alle Schritte eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
13. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gemäß Anspruch 12 gespeichert ist.
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