WO2018184810A1 - Verfahren sowie elektronische baugruppe zur bestimmung einer temperatur zumindest eines elektronischen schaltelements - Google Patents

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WO2018184810A1
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Gerhard WOELFL
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • G01K7/01—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using semiconducting elements having PN junctions
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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 for determining a temperature of at least one electronic switching element and an electronic assembly for determining a temperature of at least one electronic switching element.
  • a temperature-dependent resistor is installed in its vicinity.
  • the ohmic resistance of the temperature-dependent resistor is determined, from which the temperature of the electronic switching element can be derived.
  • the temperature of the electronic switching element is not measured in a crucial for the function, inner area, but au ßer distress this area. Since large temperature differences between the inner and an outer area of the electronic switching elements can prevail, the result of the measurement of the temperature may only be of limited significance. This is particularly the case when a cooler for the circuit or the electronic module, in particular the electronic switching elements, is provided. The switching elements are then cooled by the cooler in the externa ßeren range, while higher temperatures may be present in the inner region of the switching elements. In this case, a temperature is determined in a measurement on the separately formed, temperature-dependent resistor, which is lower than the actual, present in the inner region of the switching element, since the separately formed, temperature-dependent resistor is also cooled by the radiator.
  • the object of the invention is to provide a method and an assembly with which the temperature of an electronic switching element can be determined more accurately.
  • the object is achieved by a method for determining a temperature of at least one electronic switching element by means of a temperature measuring circuit comprising at least one electronic module having a first electronic switching element and a second electronic switching element, wherein the electronic switching elements are designed such that they block a current flow in one direction in a first switching position, with the following steps: a) blocking the first electronic switching element and conducting switching of the second electronic switching element, b) coupling a voltage measuring unit to the electronic module, c) measuring a voltage drop across the second electronic Switching element, d) determining the current intensity of a current flowing through the second electronic switching element, and e) determining the temperature of the second electronic switching element, including the measured voltage drop and the certain current.
  • step c) drops only a small voltage at the second electronic switching element.
  • the voltage measuring unit is in particular designed such that it dissolves the voltage drop across the second electronic switching element with a desired accuracy.
  • the voltage measuring unit is first coupled to the electronic module after the second electronic switching element has been decoupled from an intermediate circuit voltage in step a) by blocking the first electronic switching element.
  • the voltage measuring unit does not have to be dimensioned to voltages of the order of magnitude of the intermediate circuit voltage, so that the voltage drop at the second electronic switching element can be measured precisely enough.
  • an electronic switching unit is provided, which is designed such that, in a first switching position, it blocks a flow of current in one direction, wherein the electronic switching unit is turned on in order to couple the voltage measuring unit to the electronic module. In this way, the voltage measuring unit can be coupled to the electronic module in a particularly simple manner, in particular by an electrical activation pulse.
  • a further aspect provides that at least one of the two electronic switching elements and / or the switching unit is / are controlled by a controller, in particular the two electronic switching elements and the switching unit. As a result, switching steps can be controlled automatically and with high precision. In particular, the switching steps of the individual components can be coordinated with one another.
  • the voltage measuring unit is decoupled from the electronic module before the second electronic module is disabled and the first electronic switching element is turned on.
  • the voltage measuring unit is decoupled from the electronic module before the DC link voltage would be applied to the voltage measuring unit.
  • a voltage of this magnitude could damage or in the worst case destroy the voltage measuring unit.
  • at least one further intermediate step be provided before the voltage measuring unit is decoupled from the electronic module.
  • a resistance value of the first electronic switching element is determined from the measured voltage drop and the determined current intensity, in particular wherein the resistance value is used to determine the temperature of the second electronic switching element.
  • the actual temperature of the electronic switching element to be examined can be determined.
  • the temperature is determined on the basis of a functional relationship or taken from a table of values. As a result, the temperature can be directly derived from the determined resistance and the specific current intensity or the measured voltage.
  • the electronic switching unit may comprise a field effect transistor, in particular a MOSFET, for example a SiC MOSFET. Since the electronic switching unit has to switch very precisely and quickly, the generally very fast switching MOSFETs are particularly well suited for this purpose.
  • a field effect transistor in particular a MOSFET, for example a SiC MOSFET. Since the electronic switching unit has to switch very precisely and quickly, the generally very fast switching MOSFETs are particularly well suited for this purpose.
  • the current intensity of the current flowing through the second electronic switching element is determined by measuring a current through a load, in particular by a choke. Since this current is measured anyway in conventional applications of the electronic module, there is no additional effort for current measurement.
  • an electronic assembly for determining a temperature of at least one electronic switching element having at least one electronic module having a first electronic switching element and a second electronic switching element, wherein an electronic switching unit is provided, which is locked in a first switching position and is turned on in a second switching position, so that a voltage measuring unit is coupled to the electronic module such that the voltage measuring unit picks up a voltage at the second electronic switching element, wherein a A current measuring unit is provided which is adapted to measure the current intensity of a current flowing through the second electronic switching element and wherein a control and evaluation unit is provided which is adapted to process the measured voltage and the measured current intensity to the temperature of the second electronic switching element to determine.
  • the electronic module is in particular designed to carry out the method described above.
  • Another aspect of the invention provides that the electronic switching unit is coupled via an electrical line to the electronic module, wherein the electrical line between the first electronic switching element and the second electronic switching element branches off from the electronic module. This allows the voltage measuring unit to pick up the voltage dropping across the second electronic switching element.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of an electronic assembly according to the invention:
  • FIG. 2 shows a time profile of a drain-source voltage on the second electronic switching element of the electronic module according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a family of characteristics of the second electronic switching element of the electronic module according to FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of the electronic module 10, which has a temperature measuring circuit for the electronic switching element.
  • the electronic assembly 10 includes an electronic module 12 having a first electronic switching element 14 and a second electronic switching element 16.
  • the electronic assembly 10 further comprises an electronic switching unit 18, via which a voltage measuring unit 20 can be coupled to the electronic module 12.
  • the electronic switching unit 18 is connected to the electronic module 12.
  • the electrical line 18L branches off between the first electronic switching element 14 and the second electronic switching element 16.
  • the electronic switching unit 18 has, in the embodiment shown, an electronic switching element 21, which is designed as a MOSFET, more precisely as a normal-blocking n-channel MOSFET. In particular, it is a SiC MOSFET.
  • a current measuring unit 22 is provided, which is set up to determine the current intensity of a current through the second electronic switching element 16.
  • the voltage measuring unit 20 and the current measuring unit 22 may each comprise an analog-to-digital converter so that the analog input signals are digitized.
  • the electronic switching elements 14, 16 are designed, for example, as MOSFETs, more specifically as normally blocking n-channel MOSFETs. In particular, they are SiC MOSFETs.
  • a drain terminal 14D of the first (high side) electronic switching element 14 is connected to a positive pole of a DC power source 26.
  • a source terminal 16S of the second (low side) electronic switching element 16 is connected to a negative pole of the DC power source 26.
  • a control and evaluation unit 28 is provided, which activates the two electronic switching elements 14, 16 as well as the electronic switching unit 18 via electrical lines (not shown).
  • the control and evaluation unit 28 receives the measurement results of the voltage measuring unit 20 and the current measuring unit 22 via lines, not shown here, in order to evaluate them accordingly, as will be explained below.
  • Step a) takes place at a time t ⁇ (see FIG. 2).
  • step a) the second electronic switching element 16 of the
  • step b the voltage measuring unit 20 is coupled to the electronic module 12, which is referred to as step b).
  • the coupling takes place in that the electronic switching unit 18 is turned on, in particular their switching element 21st
  • a voltage drop V DS between the drain and source terminals of the second electronic switching element 16 is measured by means of the voltage measuring unit 20, which is referred to as step c).
  • the voltage drop between the drain and source terminals of the second electronic switching element 16 is dependent on the temperature of the second electronic switching element 16, since its ohmic resistance is temperature-dependent.
  • the voltage measuring unit 20 is particularly adapted to the
  • the voltage drop U DS after step a), ie at times greater than t ⁇ (see FIG. 2), is substantially smaller than that
  • DC link voltage U z s the DC power source 26. Differences in voltage drop U DS at different temperatures are therefore potentially smaller by several orders of magnitude than the intermediate circuit voltage U ZE .
  • step a) the second electronic switching element 16 is decoupled from the DC voltage source 26 before the voltage measuring unit 20 is coupled to the electronic module 12.
  • the intermediate circuit voltage U ZK could otherwise damage the voltage measuring unit 20.
  • the current strength of a current i ßS is determined, which flows through the second electronic switching element 16, which is referred to as step d). This can be done in particular by measuring a current that flows through the inductive component 24, in particular starting from it.
  • the temperature T of the second electronic switching element 16 is then determined, in particular by the control and evaluation unit 28, which receives the measured values of the voltage measuring unit 20 and of the current measuring unit 22. This is also referred to as step e). In the following, step e) will be explained in more detail.
  • the temperature T of the second electronic switching element 16 can be determined from this and the determined current intensity l DS .
  • the temperature of the second electronic switching element 16 can be calculated according to the following formula:
  • the temperature ⁇ can be read from a table of values corresponding to the value pairs assigns a temperature.
  • ⁇ is a function that assigns value pairs ⁇ S BStmir V BS ) a temperature T.
  • the temperature ⁇ can be read from a table of values, which assigns a temperature to the value pairs (B BSrl3at U BS ).
  • the temperature of the second electronic switching element 1 6 also directly from the measured
  • Voltage drop V DS and the specific current I DS can be determined.
  • the temperature of the second electronic switching element 1 6 can be calculated according to the following formula:
  • Ii is a function that associates value pairs (U DS DS ) with a temperature T.
  • the temperature T can be read from a table of values which assigns a value to the value pairs (U DSJ I DS ).
  • the control and evaluation unit 28 may be designed such that it automatically performs the method described above and in particular automatically determines the temperature of the second electronic switching element 1 6.
  • the method can also be used analogously for measuring a temperature of the first electronic switching element 14.
  • a voltage measuring unit 20 can then be coupled to the electronic module 12 via an electronic switching unit 1 8 such that the voltage measuring unit 20 picks up a voltage on the first electronic switching element 14.
  • the voltage measuring unit 20 is then coupled only to the electronic module 12 when the first electronic switching element 14 is turned on and the second electronic switching element 16 is locked.
  • FIG. 3 shows a diagram in which the measured current intensity l ss exceeds the measured voltage drop U DS for three different ones
  • Temperatures is applied, namely for 25 q C, 150 ° C and 175 ° C.
  • the diagram shows the temperature dependence of the measured values. From this it becomes clear that the temperature of the electronic switching element can be determined correspondingly via the measured values.

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Abstract

Ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur wenigstens eines elektronischen Schaltelements (16) mittels einer Temperatur-Messschaltung ist beschrieben. Zunächst wird ein erstes elektronisches Schaltelement (14) eines elektronischen Moduls (12) gesperrt und ein zweites elektronisches Schaltelement (16) des elektronischen Moduls (12) leitend geschaltet. Dann wird eine Spannungsmesseinheit (20) mit dem elektronischen Modul (12) gekoppelt und ein Spannungsabfall am zweiten elektronischen Schaltelement (16) gemessen. Ferner wird eine Stromstärke eines Stroms, der durch das zweite elektronische Schaltelement (16) fließt, bestimmt und die Temperatur des zweiten elektronischen Schaltelements (16) unter Einbeziehung des gemessenen Spannungsabfalls und der bestimmten Stromstärke ermittelt. Ferner ist eine elektronische Baugruppe (10) zur Bestimmung einer Temperatur zumindest eines elektronischen Schaltelements (16) beschrieben.

Description

Verfahren sowie elektronische Baugruppe zur Bestimmung einer Temperatur zumindest eines elektronischen Schaltelements
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur wenigstens eines elektronischen Schaltelements sowie eine elektronische Baugruppe zur Bestimmung einer Temperatur zumindest eines elektronischen Schaltelements.
In elektronischen Schaltelementen, die in Schaltungen bzw. elektronischen Baugruppen verwendet werden, treten während des Betriebs Schaltverluste und Ohmsche Verluste hinsichtlich der elektrischen Leistung auf. Diese Verluste werden in Wärme umgewandelt, wodurch die Temperatur der elektronischen Schaltelemente steigt.
Es ist insbesondere bei stark belasteten und/oder schnell schaltenden elektronischen Schaltelementen wichtig, die Temperatur zu überwachen, da eine zu hohe Temperatur die Schaltelemente beeinträchtigen oder beschädigen kann. Im schlimmsten Fall kann es sogar zu einem Ausfall des entsprechenden Schaltelements kommen.
Bei einem üblichen Verfahren zum Messen der Temperatur eines elektronischen Schaltelements ist in dessen Nähe ein temperaturabhängiger Widerstand verbaut. Um die Temperatur des elektronischen Schaltelements zu ermitteln, wird der Ohmsche Widerstand des temperaturabhängigen Widerstands bestimmt, woraus sich die Temperatur des elektronischen Schaltelements ableiten lässt.
Auf diese Weise wird jedoch nicht die Temperatur des elektronischen Schaltelements in einem für die Funktion entscheidenden, inneren Bereich gemessen, sondern au ßerhalb dieses Bereichs. Da große Temperaturunterschiede zwischen dem inneren und einem äu ßeren Bereich der elektronischen Schaltelemente herrschen können, ist das Ergebnis der Messung der Temperatur eventuell nur begrenzt aussagekräftig. Dies ist insbesondere der Fall, wenn ein Kühler für die Schaltung oder die elektronische Baugruppe, insbesondere die elektronischen Schaltelemente, vorgesehen ist. Die Schaltelemente werden dann vom Kühler im äu ßeren Bereich gekühlt, während im inneren Bereich der Schaltelemente höhere Temperaturen vorliegen können. In diesem Fall wird bei einer Messung über den separat ausgebildeten, temperaturabhängigen Widerstand eine Temperatur ermittelt, die niedriger ist als die tatsächliche, im inneren Bereich des Schaltelements vorliegende, da der separat ausgebildete, temperaturabhängige Widerstand ebenfalls vom Kühler gekühlt wird. Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Baugruppe bereitzustellen, mit dem bzw. der die Temperatur eines elektronischen Schaltelements genauer bestimmbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur wenigstens eines elektronischen Schaltelements mittels einer Temperatur-Messschaltung, die wenigstens ein elektronisches Modul umfasst, das ein erstes elektronisches Schaltelement und ein zweites elektronisches Schaltelement aufweist, wobei die elektronischen Schaltelemente derart ausgebildet sind, dass sie in einer ersten Schaltstellung einen Stromfluss in eine Richtung sperren, mit den folgenden Schritten: a) Sperren des ersten elektronischen Schaltelements und leitend Schalten des zweiten elektronischen Schaltelements, b) Koppeln einer Spannungsmesseinheit mit dem elektronischen Modul, c) Messen eines Spannungsabfalls am zweiten elektronischen Schaltelement, d) Bestimmen der Stromstärke eines Stroms, der durch das zweite elektronische Schaltelement fließt, und e) Ermitteln der Temperatur des zweiten elektronischen Schaltelements unter Einbeziehung des gemessenen Spannungsabfalls und der bestimmten Stromstärke. Während des oben beschriebenen Schritts c) fällt am zweiten elektronischen Schaltelement nur eine geringe Spannung ab. Die Spannungsmesseinheit ist insbesondere derart gestaltet, dass sie den Spannungsabfall am zweiten elektronischen Schaltelement mit einer gewünschten Genauigkeit auflöst.
Die Spannungsmesseinheit wird erst mit dem elektronischen Modul gekoppelt, nachdem das zweite Elektronische Schaltelement in Schritt a) von einer Zwischenkreisspannung entkoppelt wurde, indem das erste elektronische Schaltelement gesperrt wurde. Dadurch muss die Spannungsmesseinheit nicht auf Spannungen der Größenordnung der Zwischenkreisspannung dimensioniert sein, sodass sich der Spannungsabfall am zweiten elektronischen Schaltelement präzise genug messen lässt. Gemäß einem Aspekt ist eine elektronische Schalteinheit vorgesehen, die derart ausgebildet ist, dass sie in einer ersten Schaltstellung einen Stromfluss in eine Richtung sperrt, wobei die elektronische Schalteinheit leitend geschaltet wird, um die Spannungsmesseinheit mit dem elektronischen Modul zu koppeln. Auf diese Weise lässt sich die Spannungsmesseinheit besonders einfach mit dem elektronischen Modul koppeln, insbesondere durch einen elektrischen Ansteuerungsimpuls. Aufgrund der elektronischen Schalteinheit ist zudem sichergestellt, dass sich die Spannungsmesseinheit schnell vom elektronischen Modul entkoppeln lässt, wodurch sie vor einer zu großen Spannung geschützt werden kann, beispielsweise der Zwischenkreisspannung. Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass wenigstens eines der beiden elektronischen Schaltelemente und/oder die Schalteinheit von einer Steuerung angesteuert werden bzw. wird, insbesondere die beiden elektronischen Schaltelemente und die Schalteinheit. Hierdurch können Umschaltschritte automatisch und mit hoher Präzision gesteuert werden. Insbesondere lassen sich die Umschaltschritte der einzelnen Komponenten aufeinander abstimmen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird nach dem Schritt d) die Spannungsmesseinheit vom elektronischen Modul entkoppelt, bevor das zweite elektronische Modul gesperrt wird und das erste elektronische Schaltelement leitend geschaltet wird. Dadurch wird die Spannungsmesseinheit vom elektronischen Modul entkoppelt, bevor die Zwischenkreisspannung an der Spannungsmesseinheit anliegen würde. Eine Spannung dieser Größenordnung könnte die Spannungsmesseinheit beschädigen oder im schlimmsten Fall zerstören. Es kann nach dem Schritt d) zumindest ein weiterer Zwischenschritt vorgesehen sein, bevor die Spannungsmesseinheit vom elektronischen Modul entkoppelt wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass aus dem gemessenen Spannungsabfall und der bestimmten Stromstärke ein Widerstandswert des ersten elektronischen Schaltelements bestimmt wird, insbesondere wobei der Widerstandswert zur Bestimmung der Temperatur des zweiten elektronischen Schaltelements herangezogen wird. Hierdurch lässt sich, im Gegensatz zum Stand der Technik, die tatsächliche Temperatur des zu untersuchenden elektronischen Schaltelements bestimmen. Insbesondere wird die Temperatur aufgrund eines funktionalen Zusammenhangs ermittelt oder einer Wertetabelle entnommen. Dadurch kann aus dem bestimmten Widerstand sowie der bestimmten Stromstärke oder der gemessenen Spannung direkt die Temperatur abgeleitet werden.
Die elektronische Schalteinheit kann einen Feldeffekttransistor umfassen, insbesondere einen MOSFET, beispielsweise einen SiC MOSFET. Da die elektronische Schalteinheit sehr präzise und schnell umschalten muss, sind die im Allgemeinen sehr schnell schaltenden MOSFETs hierfür besonders gut geeignet.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Stromstärke des durch das zweite elektronische Schaltelement fließenden Stroms über die Messung eines Stroms durch eine Last bestimmt, insbesondere durch eine Drossel. Da diese Stromstärke in üblichen Anwendungen des elektronischen Moduls ohnehin gemessen wird, entsteht kein zusätzlicher Aufwand zur Strommessung.
Die Aufgabe wird außerdem erfindungsgemäß gelöst durch eine elektronische Baugruppe zur Bestimmung einer Temperatur zumindest eines elektronischen Schaltelements mit wenigstens einem elektronischen Modul, das ein erstes elektronisches Schaltelement und ein zweites elektronisches Schaltelement aufweist, wobei eine elektronische Schalteinheit vorgesehen ist, die in einer ersten Schaltstellung gesperrt und in einer zweiten Schaltstellung leitend geschaltet ist, sodass eine Spannungsmesseinheit derart mit dem elektronischen Modul gekoppelt ist, dass die Spannungsmesseinheit eine Spannung am zweiten elektronischen Schaltelement abgreift, wobei eine Strommesseinheit vorgesehen ist, die eingerichtet ist, die Stromstärke eines Stroms zu messen, der durch das zweite elektronische Schaltelement fließt und wobei eine Steuer- und Auswerteeinheit vorgesehen ist, die eingerichtet ist, die gemessene Spannung sowie die gemessene Stromstärke zu verarbeiten, um die Temperatur des zweiten elektronischen Schaltelements zu bestimmen.
Durch diesen Aufbau der elektronischen Baugruppe ist die Bestimmung der tatsächlichen Temperatur des zweiten elektronischen Schaltelements während des Betriebs des elektronischen Moduls ohne eine Unterbrechung des Betriebs möglich. Auf die Temperatur des zu untersuchenden elektronischen Schaltelements wird folglich nicht über ein hierzu separates Bauteil geschlossen.
Die elektronische Baugruppe ist insbesondere dazu ausgebildet, das zuvor beschriebene Verfahren auszuführen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die elektronische Schalteinheit über eine elektrische Leitung mit dem elektronischen Modul gekoppelt ist, wobei die elektrische Leitung zwischen dem ersten elektronischen Schaltelement und dem zweiten elektronischen Schaltelement vom elektronischen Modul abzweigt. Dadurch kann die Spannungsmesseinheit die am zweiten elektronischen Schaltelement abfallende Spannung abgreifen.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In diesen zeigen:
Fig. 1 einen Schaltplan einer erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe:
Fig. 2 einen zeitlichen Verlauf einer Drain-Source Spannung am zweiten elektronischen Schaltelement der elektronischen Baugruppe gemäß Figur 1 ; und
Fig. 3 eine Kennlinienschar des zweiten elektronischen Schaltelements der elektronischen Baugruppe gemäß Figur 1 .
Im Folgenden wird anhand der Figur 1 der Aufbau einer elektronischen Baugruppe 10 zur Bestimmung einer Temperatur wenigstens eines elektronischen Schaltelements erläutert. In Figur 1 ist ein Schaltplan der elektronischen Baugruppe 10 gezeigt, die eine Temperatur-Messschaltung für das elektronische Schaltelement aufweist. Die elektronische Baugruppe 10 umfasst ein elektronisches Modul 12 mit einem ersten elektronischen Schaltelement 14 und einem zweiten elektronischen Schaltelement 16.
Die elektronische Baugruppe 10 umfasst ferner eine elektronische Schalteinheit 18, über die eine Spannungsmesseinheit 20 mit dem elektronischen Modul 12 koppelbar ist.
Über eine elektrische Leitung 18L ist die elektronische Schalteinheit 18 mit dem elektronischen Modul 12 verbunden. Die elektrische Leitung 18L zweigt zwischen dem ersten elektronischen Schaltelement 14 und dem zweiten elektronischen Schaltelement 16 ab.
Die elektronische Schalteinheit 18 weist in der gezeigten Ausführungsform ein elektronisches Schaltelement 21 auf, das als ein MOSFET ausgebildet ist, genauer gesagt als normal sperrender n-Kanal MOSFET. Insbesondere handelt es sich um einen SiC MOSFET.
Au ßerdem ist eine Strommesseinheit 22 vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, die Stromstärke eines Stroms durch das zweite elektronische Schaltelement 16 zu bestimmen. Die Spannungsmesseinheit 20 und die Strommesseinheit 22 können jeweils einen Analog-Digital-Konverter umfassen, sodass die analogen Eingangssignale digitalisiert werden.
Zudem ist in der gezeigten Ausführungsform ein induktives Bauteil 24, insbesondere eine Drossel, zur Strommesseinheit 22 in Reihe geschaltet. Die elektronischen Schaltelemente 14, 16 sind beispielsweise als MOSFETs ausgebildet, genauer gesagt als normal sperrende n-Kanal MOSFETs. Insbesondere handelt es sich um SiC MOSFETs. Ein Drain-Anschluss 14D des ersten (hochseitigen) elektronischen Schaltelements 14 ist mit einem Pluspol einer Gleichstromquelle 26 verbunden. Außerdem ist ein Source-Anschluss 16S des zweiten (niederseitigen) elektronischen Schaltelements 16 mit einem Minuspol der Gleichstromquelle 26 verbunden. Es ist zudem eine Steuer- und Auswerteeinheit 28 vorgesehen, die über nicht näher dargestellte elektrische Leitungen die beiden elektronischen Schaltelemente 14, 16 sowie die elektronische Schalteinheit 18 ansteuert. Zudem erhält die Steuer- und Auswerteeinheit 28 über hier nicht dargestellte Leitungen die Messergebnisse der Spannungsmesseinheit 20 und der Strommesseinheit 22, um diese entsprechend auszuwerten, wie nachfolgend noch erläutert wird.
Für den Betrieb des elektronischen Moduls 12 zusätzlich erforderliche elektrische Leitungen und elektronische Bauteile sind in Figur 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt. Im Folgenden wird anhand der Figuren 1 bis 3 ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur wenigstens eines elektronischen Schaltelements mittels der oben beschriebenen Temperatur-Messschaltung beschrieben.
Zur Bestimmung der Temperatur des zweiten elektronischen Schaltelements 16 wird zunächst das erste elektronische Schaltelement 14 gesperrt und das zweite elektronische Schaltelement 16 leitend geschaltet. Dies wird auch als
Schritt a) bezeichnet. Der Schritt a) erfolgt zu einer Zeit t± (siehe Figur 2).
Nach dem Schritt a) ist das zweite elektronische Schaltelement 16 von der
Gleichstromquelle 26 entkoppelt. Eine Zwischenkreisspannung UZK der
Gleichstromquelle 26 liegt also nicht mehr am zweiten elektronischen Schaltelement 16 an.
Dann wird die Spannungsmesseinheit 20 mit dem elektronischen Modul 12 gekoppelt, was als Schritt b) bezeichnet wird. Die Kopplung erfolgt dadurch, dass die elektronische Schalteinheit 18 leitend geschaltet wird, insbesondere deren Schaltelement 21 . Nun wird ein Spannungsabfall VDS zwischen Drain- und Source-Anschluss des zweiten elektronischen Schaltelements 16 mittels der Spannungsmesseinheit 20 gemessen, was als Schritt c) bezeichnet wird.
Der Spannungsabfall zwischen Drain- und Source-Anschluss des zweiten elektronischen Schaltelements 16 ist abhängig von der Temperatur des zweiten elektronischen Schaltelements 16, da dessen Ohmscher Widerstand temperaturabhängig ist.
Die Spannungsmesseinheit 20 ist insbesondere dazu eingerichtet, den
Spannungsabfall UDS derart genau zu messen, dass Unterschiede im Spannungsabfall bei verschiedenen Temperaturen des zweiten elektronischen Schaltelements 16 auflösbar sind.
Wie in Figur 2 zu sehen ist, ist der Spannungsabfall UDS nach dem Schritt a), also bei Zeiten größer als t± (siehe Figur 2) wesentlich kleiner als die
Zwischenkreisspannung Uzs der Gleichstromquelle 26. Unterschiede im Spannungsabfall UDS bei verschiedenen Temperaturen sind deshalb potentiell um mehrere Größenordnungen kleiner als die Zwischenkreisspannung UZE.
Deswegen wird im Schritt a) das zweite elektronische Schaltelement 16 von der Gleichspannungsquelle 26 entkoppelt, bevor die Spannungsmesseinheit 20 an das elektronische Modul 12 angekoppelt wird. Die Zwischenkreisspannung UZK könnte ansonsten die Spannungsmesseinheit 20 beschädigen.
Mittels der Strommesseinheit 22 wird die Stromstärke eines Stroms ißS bestimmt, der durch das zweite elektronische Schaltelement 16 fließt, was als Schritt d) bezeichnet wird. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass ein Stromgemessen wird, der durch das induktive Bauteil 24 fließt, insbesondere von diesem ausgeht.
Unter Einbeziehung des gemessenen Spannungsabfalls VDS und der bestimmten Stromstärke des Stroms iDS wird dann die Temperatur T des zweiten elektronischen Schaltelements 16 ermittelt, insbesondere durch die Steuer- und Auswerteeinheit 28, die die gemessenen Werte der Spannungsmesseinheit 20 sowie der Strommesseinheit 22 erhält. Dies wird auch als Schritt e) bezeichnet. Im Folgenden wird der Schritt e) genauer erläutert. Zunächst wird der
Ohmsche Widerstand SBSIMI des zweiten elektronischen Schaltelements 16 im leitend geschalteten Zustand gemäß dem Ohmschen Gesetz ermittelt, also über:
Da der Ohmsche Widerstand
Figure imgf000011_0001
temperaturabhängig ist, kann aus diesem und der bestimmten Stromstärke lDS die Temperatur T des zweiten elektronischen Schaltelements 16 ermittelt werden.
Ist der funktionale Zusammenhang zwischen der Temperatur T, dem
Ohmsche Widerstand BBSTMI und der bestimmten Stromstärke /DS bekannt, so lässt sich die Temperatur des zweiten elektronischen Schaltelements 16 gemäß der folgenden Formel berechnen:
Figure imgf000011_0002
Dabei ist eine Funktion, die Wertepaaren (RDs*n> s) eine Temperatur zuordnet. Alternativ kann die Temperatur Γ aus einer Wertetabelle abgelesen werden, die den Wertepaaren
Figure imgf000011_0003
eine Temperatur zuordnet.
Analog zu den obigen Erläuterungen lässt sich die Temperatur des zweiten elektronischen Schaltelements 16 auch aus dem Ohmschen Widerstand SBSRC und dem gemessenen Spannungsabfall UDS bestimmen. Ist der funktionale Zusammenhang bekannt, so kann die Temperatur des zweiten elektronischen Schaltelements 16 gemäß der folgenden Formel berechnet werden: T = g (Mman!lßBS)
Dabei ist § eine Funktion, die Wertepaaren {SBStmirVBS) eine Temperatur T zuordnet.
Alternativ lässt sich die Temperatur Γ aus einer Wertetabelle ablesen, die den Wertepaaren (BBSrl3atUBS) eine Temperatur zuordnet.
Ebenfalls analog zu den obigen Erläuterungen kann die Temperatur des zweiten elektronischen Schaltelements 1 6 auch direkt aus dem gemessenen
Spannungsabfalls VDS und der bestimmten Stromstärke lDS bestimmt werden.
Ist der funktionale Zusammenhang bekannt, lässt sich die Temperatur des zweiten elektronischen Schaltelements 1 6 gemäß der der folgenden Formel berechnen :
T = h (UDSf Iss)
Dabei ist Ii eine Funktion, die Wertepaaren (UDS DS) eine Temperatur T zuordnet. Alternativ lässt sich die Temperatur T aus einer Wertetabelle ablesen, die den Wertepaaren (UDSJ IDS) eine Temperatur zuordnet.
Die Steuer- und Auswerteeinheit 28 kann derart gestaltet sein, dass sie das oben beschriebene Verfahren automatisch durchführt und insbesondere die Temperatur des zweiten elektronischen Schaltelements 1 6 automatisch bestimmt.
Das Verfahren lässt sich analog auch zur Messung einer Temperatur des ersten elektronischen Schaltelements 14 anwenden. Dabei ist dann eine Spannungsmesseinheit 20 über eine elektronische Schalteinheit 1 8 derart mit dem elektronischen Modul 12 koppelbar, dass die Spannungsmesseinheit 20 eine Spannung am ersten elektronischen Schaltelement 14 abgreift. Die Spannungsmesseinheit 20 wird dann nur an das elektronische Modul 12 angekoppelt, wenn das erste elektronische Schaltelement 14 leitend geschaltet und das zweite elektronische Schaltelement 16 gesperrt ist.
Ansonsten wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen. In Figur 3 ist ein Diagramm gezeigt, bei dem die gemessene Stromstärke lss über den gemessenen Spannungsabfall UDS für drei unterschiedliche
Temperaturen aufgetragen ist, nämlich für 25qC, 150°C und 175 °C. Aus dem Diagramm geht die Temperaturabhängigkeit der Messwerte hervor. Hieraus wird deutlich, dass sich die Temperatur des elektronischen Schaltelements über die Messwerte entsprechend bestimmen lässt.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur wenigstens eines elektronischen Schaltelements (16) mittels einer Temperatur-Messschaltung, die wenigstens ein elektronisches Modul (12) umfasst, das ein erstes elektronisches Schaltelement (14) und ein zweites elektronisches Schaltelement (16) aufweist, wobei die elektronischen Schaltelemente (14, 16) derart ausgebildet sind, dass sie in einer ersten Schaltstellung einen Stromfluss in eine Richtung sperren, mit den folgenden Schritten:
a) Sperren des ersten elektronischen Schaltelements (14) und leitend
Schalten des zweiten elektronischen Schaltelements (16), b) Koppeln einer Spannungsmesseinheit (20) mit dem elektronischen Modul (12),
c) Messen eines Spannungsabfalls am zweiten elektronischen Schaltelement (16),
d) Bestimmen der Stromstärke eines Stroms, der durch das zweite elektronische Schaltelement (16) fließt, und
e) Ermitteln der Temperatur des zweiten elektronischen Schaltelements (16) unter Einbeziehung des gemessenen Spannungsabfalls und der bestimmten Stromstärke.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Schalteinheit (18) vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, dass sie in einer ersten Schaltstellung einen Stromfluss in eine Richtung sperrt, wobei die elektronische Schalteinheit (18) leitend geschaltet wird, um die Spannungsmesseinheit (20) mit dem elektronischen Modul (12) zu koppeln.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der beiden elektronischen Schaltelemente (14, 16) und/oder die Schalteinheit (18) von einer Steuerung (28) angesteuert werden bzw. wird, insbesondere die beiden elektronischen Schaltelemente (14, 16) und die Schalteinheit (18).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt d) die Spannungsmesseinheit (20) vom elektronischen Modul entkoppelt wird, bevor das zweite elektronische Schaltelement (16) gesperrt wird und das erste elektronische Schaltelement (14) leitend geschaltet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem gemessenen Spannungsabfall und der bestimmten Stromstärke ein Widerstandswert des zweiten elektronischen Schaltelements (16) bestimmt wird, insbesondere wobei der Widerstandswert zur Bestimmung der Temperatur des zweiten elektronischen Schaltelements (16) herangezogen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur aufgrund eines funktionalen Zusammenhangs ermittelt oder einer Wertetabelle entnommen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die elektronische Schalteinheit (18) einen Feldeffekttransistor umfasst, insbesondere einen MOSFET, beispielsweise einen SiC MOSFET.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromstärke des durch das zweite elektronische
Schaltelement (16) fließenden Stroms über die Messung eines Stroms durch eine Last bestimmt wird, insbesondere durch eine Drossel (24).
9. Elektronische Baugruppe (10) zur Bestimmung einer Temperatur zumindest eines elektronischen Schaltelements (16) mit wenigstens einem elektronischen Modul (12), das ein erstes elektronisches Schaltelement (14) und ein zweites elektronisches Schaltelement (16) aufweist, wobei eine elektronische Schalteinheit (18) vorgesehen ist, die in einer ersten Schaltstellung gesperrt und in einer zweiten Schaltstellung leitend geschaltet ist, sodass eine Spannungsmesseinheit (20) derart mit dem elektronischen Modul (12) gekoppelt ist, dass die Spannungsmesseinheit (20) eine Spannung am zweiten elektronischen Schaltelement (16) abgreift, wobei eine Strommesseinheit (22) vorgesehen ist, die eingerichtet ist, die Stromstärke eines Stroms zu messen, der durch das zweite elektronische Schaltelement (16) fließt und wobei eine Steuer- und Auswerteeinheit (28) vorgesehen ist, die eingerichtet ist, die gemessene Spannung sowie die gemessene Stromstärke zu verarbeiten, um die Temperatur des zweiten elektronischen Schaltelements (16) zu bestimmen.
10. Elektronische Baugruppe (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schalteinheit (18) über eine elektrische Leitung (18L) mit dem elektronischen Modul (12) gekoppelt ist, wobei die elektrische Leitung (18L) zwischen dem ersten elektronischen Schaltelement (14) und dem zweiten elektronischen Schaltelement (16) vom elektronischen Modul (12) abzweigt.
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