WO2024033428A1 - Verfahren zur auswahl eines ansteuerparametersatzes, integrierter schaltkreis und leistungsbaugruppe - Google Patents

Verfahren zur auswahl eines ansteuerparametersatzes, integrierter schaltkreis und leistungsbaugruppe Download PDF

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WO2024033428A1
WO2024033428A1 PCT/EP2023/072081 EP2023072081W WO2024033428A1 WO 2024033428 A1 WO2024033428 A1 WO 2024033428A1 EP 2023072081 W EP2023072081 W EP 2023072081W WO 2024033428 A1 WO2024033428 A1 WO 2024033428A1
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switching element
power module
control parameter
voltage
measured value
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PCT/EP2023/072081
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Sebastian Engel
Thomas Engelmann
Jens Voss
Jörg Krupar
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Elmos Semiconductor Se
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Publication date
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    • H03K17/161—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches
    • H03K17/162—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches without feedback from the output circuit to the control circuit

Definitions

  • a method for selecting a control parameter set for a switching element installed in a power module, an integrated circuit and a power module, as well as methods for operating and producing the power module are provided.
  • the embodiments are therefore particularly in the field of integrated circuits and power modules for driving an electrical load.
  • Drivers can be used to drive, i.e. to control, an electrical load, such as electric motors and/or other electrical consumers.
  • an electrical load such as electric motors and/or other electrical consumers.
  • one or more integrated circuits and switching elements are used, whereby the switching elements can be arranged in half bridges, as shown by way of example in FIG. 2B.
  • the different switching element types can relate to similar switching elements, but which differ from one another in some properties.
  • different types of switching elements can be provided by different manufacturers and/or come from different production batches.
  • the switching elements can in particular be field effect transistors, FETs.
  • the different switching element types that are used can differ greatly from one another in some properties and, in particular, have very different gate charges.
  • the gate driver ie the power module for controlling the gate of the switching element
  • the gate driver requires significantly more recharging current than would be required without the gate-source capacitances. This even exceeds the recharging current required when using a switching element with the largest possible gate charge but without gate-source capacitances.
  • such integrated circuits cannot easily be used in a power assembly whose maximum output current would be sufficient for the switching element including the necessary reserves, but not for the switching element with additional gate-source capacitances. This can therefore lead to an increase in manufacturing costs and/or a larger space requirement for one lead to a more powerful integrated circuit in the power assembly and in the power supply.
  • the resulting additional power loss in the integrated circuit can lead to increased self-heating, so that the existing distance between the maximum permitted silicon temperature and a maximum permitted ambient temperature is reduced and may no longer be sufficient for the intended use of the integrated circuit in an intended power module.
  • a predetermined dead time must conventionally be set in such a way that it can also be used with a switching element with the most unfavorable properties. This leads to unnecessary losses in the switching elements and thus possibly to additional costs for any necessary cooling or to a deterioration in the power loss class of the switching elements.
  • the required dead time is generally greater than without the additional gate-source capacitances.
  • a dominant external gate-source capacitance typically reduces the ratio of the gate-drain capacitance of the switching element itself, which is necessary to adjust the steepness of the switching edge, and the total gate-source capacitance. This makes it difficult to dimension an appropriate slope at the phase output.
  • the edge steepness is usually significantly too high, which causes a number of further disadvantages:
  • a combination of high recharging current and a reverse recovery behavior of body diodes of the switching elements can cause cross currents in the power assembly.
  • increased line-bound interference can be caused, which may have to be eliminated with additional filtering effort.
  • increased power losses in the switching elements can be caused by the resulting cross currents.
  • the cross currents can lead to an increased tendency to oscillate on the phase. This may require that the tendency to oscillate must be reduced by an appropriately sized snubber network. Its damping and thus also the power that can be implemented must be adapted to the increased tendency to oscillate. This can consequently lead to increased component costs specifically for the snubber resistor.
  • a determination power supply unit is configured to apply a voltage with a set voltage value to an input terminal of the connected switching element with an unknown driving type, thereby turning on the switching element.
  • a voltage measurement determination unit is configured to measure a voltage value at the input terminal of the switching element in an ON state, thereby determining the switching element as a voltage-driven type when the measured voltage value is equal to or greater than a reference voltage value and as a current-driven type when the measured voltage value is smaller than the reference voltage value.
  • DE 10 2019 218 998 A1 describes a method for controlling at least one power transistor T1, T2 to be switched, comprising applying a supply voltage V SU p to a first power transistor T1, charging the first power transistor (T1) with a gate charging current Ig , determining a switching-relevant transistor parameter of the first power transistor T1 in response to the gate charging current Ig, adapting a control profile for switching the first power transistor T1 depending on the determined transistor parameter of the first power transistor T1 and driving the first power transistor T1 according to the adapted control profile.
  • the task is therefore to provide methods and devices which overcome the disadvantages inherent in the prior art.
  • a method for initializing a power module with a built-in switching element includes providing several predetermined control parameter sets and characteristic values for several different predetermined switching element types, wherein the switching element installed in the power module corresponds to a switching element type of the several different switching element types. Furthermore, the method includes determining a measured value in the power module, which is dependent on one or more switching element parameters of the switching element. The method also includes comparing the measured value determined with the characteristic values of the several different types of switching elements. The method also includes selecting a control parameter set from the plurality of predetermined control parameter sets for controlling the switching element based on the comparison of the determined measured value with the characteristic values of the several different switching element types. Furthermore, the method includes determining the selected control parameter set for the control of the switching element during operation of the initialized power module.
  • a method for the initial initialization of a power module with a built-in switching element includes providing several predetermined control parameter sets and characteristic values for several different predetermined switching element types, wherein the switching element installed in the power module corresponds to a switching element type of the several different switching element types. Furthermore, the method includes determining a measured value in the power module, which of one or more switching element parameters of the switching element is dependent. The method also includes comparing the measured value determined with the characteristic values of the several different types of switching elements. The method also includes selecting a control parameter set from the plurality of predetermined control parameter sets for controlling the switching element based on the comparison of the determined measured value with the characteristic values of the several different switching element types. Furthermore, the method includes storing the selected control parameter set for controlling the switching element installed in the power module in a memory element.
  • a method for producing a power assembly includes installing at least one switching element in the power assembly, wherein the switching element corresponds to a switching element type of a plurality of predetermined different switching element types. Furthermore, the method includes selecting a control parameter set for controlling the switching element installed in the power module using a method according to the disclosure. In addition, the method includes storing the selected control parameter set for controlling the switching element installed in the power module in a memory element.
  • an integrated circuit for controlling a switching element in a power assembly is provided.
  • the switching element corresponds to one switching element type of several predetermined different switching element types.
  • the integrated circuit is set up to carry out the following steps when initializing the power module: According to these steps, several predetermined control parameter sets and characteristic values are provided for the several different predetermined switching element types, and to determine a measured value in the power module, which of one or more switching element parameters of the Switching element depends.
  • the integrated circuit is set up to compare the measured value determined Compare characteristics of several different switching element types.
  • the integrated circuit is set up to select a control parameter set of the several predetermined control parameter sets for controlling the switching element based on the comparison of the determined measured value with the characteristic values of the several different switching element types.
  • the integrated circuit is set up to store the selected control parameter set for controlling the switching element installed in the power module in a memory element
  • a power module for controlling a load wherein the power module has at least one switching element of a switching element type from a plurality of predetermined different switching element types.
  • the power module is set up to carry out the following steps when initializing the power module. According to these steps, a plurality of predetermined control parameter sets and characteristic values are provided for the several different predetermined switching element types, and a measured value is determined in the power module, which is dependent on one or more switching element parameters of the switching element. Furthermore, the power module is set up to compare the determined measured value with the characteristic values of the several different switching element types, and to select a control parameter set of the several predetermined control parameter sets for controlling the switching element based on the comparison of the determined measured value with the characteristic values of the several different switching element types. Furthermore, the power module is set up to store the selected control parameter set for controlling the switching element installed in the power module in a memory element.
  • a control parameter set is a data set that can contain one or more parameters that are used to control switching elements certain switching element type in a power assembly and / or by means of a power assembly and in particular by means of an integrated circuit can be suitable or optimized.
  • the control parameter set can be intended to be used in an unchanged and/or unchangeable manner for the control of switching elements of a specific switching element type in a power module. This means that, optionally, the control parameter set is not updated and/or changed during operation of the power module.
  • a power module can be a driver for driving a load.
  • a load is generally referred to as an electrical load.
  • the power assembly can be a motor driver for driving an electric motor, in which case the load comprises an electric motor.
  • a power assembly can be designed to control a direct current motor, a brushless direct current motor, for example with two or three phases, a stepper motor and/or a single-phase or multi-phase alternating current motor.
  • a power assembly can have an assembly made up of several components.
  • the power module can have one or more switching elements and an integrated circuit for controlling the switching elements.
  • the power module can have several switching elements which are connected in one or more half-bridge circuits.
  • two or more switching elements can be provided for each phase of the electric motor, which are connected together in a half-bridge circuit with two or more half-bridges.
  • the power module can also be set up to drive the electric motor using the selected control parameter set to control the switching element.
  • a load is in particular an electrical load.
  • the load can include one or more electrical consumers.
  • a load can have a Include electric motor or be designed as such.
  • the load can alternatively or additionally include other electrical consumers, such as lighting devices.
  • a switching element can be a transistor.
  • the switching element can be designed as a field effect transistor, FET, and optionally as a high-performance FET.
  • the switching element can also be designed as an IGBT. It is within the skill of a person skilled in the art to apply the method described here to other voltage or current controlled switching elements.
  • the switching element can have an open state and a closed state, with the switching element preventing a current flow in the open state and allowing a current flow in the closed state. Closing the switching element can mean transferring the switching element from the open state to the closed state and opening the switching element can mean transferring the switching element from the closed state to the open state.
  • the fact that a switching element is installed in the power assembly can mean that the switching element is encompassed by an assembly of the power assembly and forms part of it.
  • Different switching element types can refer to different types and/or shapes of switching elements.
  • the switching element types can have the same or similar specifications in some aspects in order to be able to be used for the same purpose. However, in other aspects, the different switching element types may differ and require different optimization for efficient switching operation.
  • the switching elements of different switching element types can differ in terms of their gate charge.
  • the gate charge refers to the amount of charge that must be fed into a gate connection of the switching element in order to switch the switching element on or off, depending on the type of switching element, that is, to convert it into the closed state.
  • the switching elements of different switching element types can also differ in terms of their threshold voltage.
  • the Threshold voltage is the voltage value of the gate voltage of the switching element above which the switching element enables current to flow.
  • the threshold voltage can be determined and specified by the manufacturer of the switching element, for example in a data sheet of the switching element. In the context of the present disclosure, a gate-source voltage is referred to as a gate voltage.
  • the measured value is a measured value that can be determined from available variables that can be measured in the power module and optionally with the means provided by the power module.
  • the measured value can optionally be determined and/or calculated from one or more variables measured in the power module.
  • the measured value can be set in such a way that it is comparable to the characteristic values stored for the several different predetermined switching element types.
  • Driving a load can include the controlled supply of electrical energy to the load.
  • Driving an electric motor can be synonymous with driving the electric motor.
  • the one or more switching element parameters can optionally include a gate charge of the switching element and/or a threshold voltage of the switching element.
  • Initializing a power module can represent a process in which a storage space required for operating the power module is reserved on a storage element, ie on a data storage element, and filled with parameters or values for the operation of the power module.
  • the initialization can represent part of a booting and/or loading process of a computer program for operating the power module.
  • the initialization can be carried out by an integrated circuit and/or another control unit, which can form part of the power module and/or can be designed separately from the power module.
  • the Initialization can optionally be carried out every time the power module starts or boots up. Optionally, initialization can take place when a voltage suitable for operating the power module is applied to the power module.
  • the values or parameters can be unchangeable during use, ie the parameters are not updated and/or adjusted during use, but are used in the stored form.
  • An initial initialization can represent an initialization of the power module to be carried out, optionally once, during or before initial commissioning.
  • the initial initialization can serve to write parameters or values for the operation of the power module, optionally once, into a memory element before commissioning, so that these parameters or values are used every time the power module is used.
  • the values or parameters can be unchangeable during use, i.e. the parameters are not updated and/or adjusted during use, but are used in the stored form.
  • the initial initialization can take place as part of a manufacturing process and/or as part of an initial commissioning of the power module.
  • the disclosure offers the advantage that a selection of suitable control parameters can be made during the initialization and/or during the initial initialization and/or during the production of the power module and in this way an adaptation of the control of the switching element can take place.
  • This makes it possible to at least partially optimize the control of the installed switching element or switching elements without the need for a complex optimization process.
  • This therefore offers the advantage that when producing the power assembly, switching elements of several different switching element types can be used for one and the same purpose and still at least partially optimize the control of the switching element or the Switching elements can be done.
  • the selected control parameter set can optionally be saved in a non-volatile memory element.
  • control has to be designed in such a way that it is suitable for all switch elements that can be installed, but in many cases the control can only be carried out with a loss of efficiency. In other words, it can be avoided that the control has to be designed for the worst possible case and applied in the same way to all switching elements. Rather, the disclosure offers the advantage that the control can be individualized for a plurality of different, predetermined switching element types that can be installed in the power assembly.
  • the invention offers the advantage that the method for selecting the control parameter set can be carried out using the power module itself, without additional hardware being absolutely necessary.
  • all or some method steps can be carried out using an integrated circuit according to the disclosure, which the power module has. Since the power module may require an integrated circuit to function anyway, there is no need for additional hardware for a power module according to the disclosure.
  • this offers the advantage that the method for selecting a control parameter set can be carried out by the power module itself and accordingly the implementation of the method is not limited to the manufacturing method. Rather, the selection of a control parameter set can take place regularly, for example as part of an initialization at every start or when the power module is put into operation.
  • the power module can also be set up to determine the measured value, compare the measured value with the characteristic values, and select the parameter set when and optionally every time the power module is started up, that is, every time the power module is started and/or every time it is put on a supply voltage to the power module.
  • the disclosure offers the advantage that a selection of a control parameter set can also take place in the manufacturing process and the control parameter set is optionally permanently stored in a non-volatile memory element. This allows the manufacturer to efficiently optimize the control of the switching element.
  • the invention offers the advantage that a dead time for a current operating point of the switching element can be reduced or set to a minimum, measured by the switching behavior of a further switching element in the half-bridge circuit.
  • the current flow is optionally only interrupted in the load circuit for as long as is technically necessary in order to avoid cross currents.
  • the disclosure also offers the advantage that the efficiency of the power assembly can be increased by avoiding voltage drops when power is carried via the switching element.
  • the disclosure offers the advantage that effectiveness can be achieved by extending the active current supply to the load.
  • improved acoustic behavior can be achieved through optimized switching processes.
  • better electromagnetic compatibility can be achieved by avoiding discontinuities in the current flow to the load.
  • the setting of the control parameter set can be done in such a way that the specified control parameter set is maintained unchanged throughout the entire operation of the initialized power module. This can simplify the design and operation of the power assembly.
  • the initialization can optionally take place before each commissioning of the power module and/or each time the power module is switched on.
  • the initial initialization of the power module can optionally be carried out once as part of a manufacturing process of the power module or before the power module is put into operation for the first time. This offers the advantage that the selection of the control parameter set only has to be done once, whereby commissioning, regular initialization and/or operation of the power module can be simplified.
  • Saving the selected control parameter set for controlling the switching element installed in the power module in the memory element can optionally be done in such a way that the stored control parameter set is used in an unchangeable manner to control the switching element installed in the power module during operation of the power module. This can ensure that the selected control parameter set is used reliably and the associated advantages can be achieved. In addition, this can offer the advantage that the provision of the selected control parameter set can be simplified.
  • the memory element can be designed as a non-volatile memory element. This can simplify permanent and optionally unchangeable storage of the control parameter set. “Permanent” and “unchangeable” are to be understood as meaning that the control parameter set is not changed regularly during operation of the power module. However, this does not necessarily exclude the possibility of changing the selected control parameter set as part of a firmware update.
  • the method for initializing and/or initializing a power module can be designed as a computer-implemented method. This may mean that some or all of the steps are performed by a computer, such as a microcontroller and/or other control unit.
  • the several predetermined control parameter sets can contain one or more parameters which are designed to control a switching element of one of the different switching element types.
  • the parameters can be a charging current for the switching element and/or a discharging current of the switching element and/or a dead time in which the switching element during a switching process occurs simultaneously with another Switching element in a half bridge of the power module remains in the closed state.
  • the parameters can also have several of these parameters and/or combinations of these parameters.
  • Determining the measured value can include measuring a voltage curve of a gate voltage of the switching element over time. Alternatively or additionally, determining the measured value can include measuring a voltage curve over time via a second switching element, which is located with the switching element in a half bridge of the power module.
  • This offers the advantage that the measurement value can be determined by the power module itself, in particular by an integrated circuit, without the need for additional hardware.
  • This also offers the advantage that the measurement value can optionally be determined by measuring one or more electrical voltages in the power module and optionally by measuring time durations. This makes it possible to keep hardware requirements low.
  • Determining the measured value may include measuring one or more time periods. This can, for example, include a time period td.oFF between closing the switching element and reaching a predetermined OFF voltage UOFF by the gate voltage of the switching element. Alternatively or additionally, this can include a time period td.oN between the closing of the switching element and the reaching of an ON voltage UON by the gate voltage of the switching element. Alternatively or additionally, this can be a time period td.PH between the closing of the switching element and the beginning or end of a change in the phase voltage UPH present in the half-bridge circuit.
  • this can include a time period dtpH.i between reaching the OFF voltage UOFF on the switching element and reaching a maximum voltage on the second switching element in the half-bridge circuit.
  • this can include a time period dtpH,2 between reaching a maximum voltage at the second switching element in the half-bridge circuit and reaching the ON voltage UON at the switching element.
  • this can include a time period dtoN.oFF between the reaching of the OFF voltage UOFF by the gate voltage of the switching element and the reaching of the ON voltage UON by the gate voltage of the switching element.
  • the OFF voltage is the value of the gate voltage of the switching element up to which the switching element is in an open state.
  • the ON voltage is the voltage value that is applied as a gate voltage to reliably close the switching element.
  • the measured durations of the respective voltages depend on the gate charge and/or on the threshold voltage of the switching element. Accordingly, this offers the advantage that a measured value can be determined in this way, which depends on the gate voltage and/or on the threshold voltage. This therefore offers the advantage that the measurement value can be determined in a particularly efficient manner, since both the tapping of the required voltage values and the measurement of time durations can be carried out using an integrated circuit of the power module and accordingly no additional hardware is required. Furthermore, this offers the advantage that the voltages and durations can be measured with very high accuracy and the measured value can accordingly be determined with high accuracy.
  • the disclosure offers the advantage that the power assembly does not have to have any means for measuring the gate charge and/or threshold voltage of the switching element and no direct measurement of the gate charge and/or threshold voltage is required.
  • the achievement of the respective voltage values by the gate voltage or the voltage applied to the second switching element can be determined by appropriate comparators.
  • the power module can have a comparator for comparing the phase voltage UPH applied to the second switching element with a reference value UPH.REF and/or a comparator for comparing the gate voltage UGS of the switching element with a predetermined voltage value of the ON voltage UON and/or a comparator for comparison the gate voltage UGS of the switching element with a predetermined voltage value UOFF.
  • Some or all of the comparators can be integrated into the integrated circuit.
  • the power module and/or the integrated circuit can be designed to provide and/or receive a control signal and/or a system clock.
  • determining the measured value includes measuring at least two of the following time periods: time period dtoN, OFF, time period dtpH.i, time period dtpH, 2.
  • time period dtoN time period dtoN
  • OFF time period dtpH.i
  • time period dtpH time period 2
  • Determining the measured value in the power module can include generating a switching edge.
  • a switching edge is a signal edge which arises over the second switching element, which is in a half-bridge circuit with the switching element, when the switching element is opened or closed and the voltage across the second switching element builds up or decreases accordingly.
  • the beginning and/or end of the build-up and/or reduction of tension can represent a precisely determinable point in time, which can be used to measure at least some of the above-mentioned time periods.
  • the switching edge can optionally be generated in a power-free operating state.
  • another switching element can be used located in another half bridge of the half bridge circuit with the switching element can be switched to high resistance so that no current flows through the load.
  • Determining the measured value in the power assembly may further include configuring a gate driver output current to a reduced value compared to a gate driver output current for driving the load via the power assembly.
  • the gate driver output current by means of which the gate charge is applied to the gate of the switching element, can be reduced compared to the gate driver output current that is usually used to drive the load.
  • the voltage curves can be slowed down and the time periods to be measured can be extended accordingly. Accordingly, the measured durations and/or voltage values can be measured with a higher degree of accuracy, which can improve the accuracy in determining the measured value.
  • the method may further include preconditioning a phase voltage to a specific value.
  • the predetermined value can be approximately OV or the supply voltage UBAT. This can be done, for example, by briefly switching the further switching element in the half-bridge circuit on and off again. This allows defined conditions to be created for carrying out the measurements to determine the measured value.
  • the procedure for selecting a control parameter set can optionally be carried out for several switching elements of the power module. If only switching elements of one type for which a control parameter set is to be selected are installed in a power module, it may be sufficient to carry out the method for only one switching element and then use the resulting control parameter set for all installed switching elements. Unless it can be ruled out that there are several switching elements different types are installed in one and the same power module, it may be advantageous to carry out the method separately for several switching elements and optionally for all of the switching elements and to determine the most suitable control parameter set separately for each switching element for which the method is carried out.
  • the selection of the control parameter set as part of a method for driving a load can take place before driving the electric motor and/or at the start of driving the electric motor.
  • the power module can be initialized, the initialization including selecting the control parameter set.
  • the control parameter set can also be selected while the application is running, for example while the load is being driven by the power module. This can be repeated, for example, at regular and/or irregular intervals. This can offer the advantage that changes in the power assembly and in particular in the storage element, which can occur, for example, due to wear and/or external influences, can also be recognized and taken into account by selecting a suitable control parameter set.
  • the power module can be designed to provide a variable gate driver output current for driving a gate of the switching element.
  • the power assembly may include an integrated circuit designed to provide a variable gate driver output current. This offers the advantage that the gate driver output current can be varied.
  • this can be used to reduce the gate driver output current for carrying out a method for selecting a control parameter set in such a way that switching processes of the switching element are slowed down and the time periods to be measured last longer and can accordingly be measured with greater accuracy.
  • the relative reduction of the Gate driver output current and the extension of the time periods are to be understood in relation to the regular gate driver output current and the time periods when the load is controlled regularly for regular operation of the load.
  • the variation of the gate driver output current can be a standard function of the integrated switching element installed in the power module and/or can be implemented by other components of the power module.
  • I switching elements of any switching element type of the switching element types mentioned above can be installed alternatively at a specific point in a power assembly.
  • different control parameter sets may be required for efficient or even optimal control of these switching elements. It is therefore advantageous to characterize the one or more installed switching elements with regard to their switching element type using a method according to the disclosure and then to select a suitable, predetermined control parameter set.
  • the low gate current is only used to identify or characterize the switching element, but not for the regular operation of the power module or the switching element for driving a load.
  • the gate current is typically significantly higher in order to minimize the power loss of the FET.
  • the choice of UpH.REF only has a negligible or no significant influence on the measurement, since the duration of the switching edge is very short compared to the total duration of the switching process.
  • the identification features can be provided as characteristic value(s) for the respective switching element types:
  • a further characteristic value possibly a further measured value, can be used to reliably distinguish between these two switching element types.
  • another measured value e.g. dtpH.i
  • the further criterion for differentiation in case 3) could be, for example: dtpH.i ⁇ 2 ps: IRF540N dtpH.i > 2 ps: SUM70040E
  • the disclosure further includes the following subjects:
  • a method for selecting a control parameter set for a switching element installed in a power module comprising:
  • the one or more switching element parameters can include a gate charge of the switching element and/or a threshold voltage of the switching element.
  • the several predetermined control parameter sets can contain one or more of the following parameters, which are designed to control a switching element of one of the different switching element types:
  • Determining the measured value can include measuring a voltage curve over time of a gate voltage of the switching element and/or measuring a voltage curve over time via a second switching element, which is located with the switching element in a half-bridge circuit of the power module.
  • Determining the measurement value may include measuring one or more of the following time periods:
  • td.oFF a time period between a signal change of a control signal of the gate driver and the reaching of a predetermined OFF voltage UOFF by the gate voltage of the switching element
  • td.oN a time period between the signal change of a control signal of the gate driver and the reaching of an ON voltage UON by the gate voltage of the switching element
  • Determining the measured value can include measuring at least two of the following time periods: time period dtoN.oFF, time period dtpH.i, time period dtpH,2.
  • Determining the measured value in the power module can include generating a switching edge.
  • Determining the measurement value in the power assembly may include configuring a gate driver output current to a reduced value compared to a gate driver output current for driving a load using the power assembly.
  • the method can be carried out for several switching elements of the power module.
  • a method for driving a load using a power assembly comprising:
  • Selecting the control parameter set can occur before driving the load and/or at the beginning of driving the load and/or repeatedly during driving the load.
  • a method for producing a power assembly comprising:
  • the storage element can be designed as a non-volatile storage element.
  • An integrated circuit for controlling a switching element in a power module wherein the switching element corresponds to a switching element type of a plurality of predetermined different switching element types and wherein the integrated circuit is designed to:
  • control parameter set of the several predetermined control parameter sets for controlling the switching element based on the comparison of the determined measured value with the characteristic values of the several different switching element types.
  • the one or more switching element parameters may include a gate charge of the switching element and/or a threshold voltage of the switching element.
  • the integrated circuit may be configured to provide a variable gate driver output current for driving a gate of the switching element.
  • a power assembly for driving a load having at least one switching element of a switching element type of a plurality of predetermined different switching element types; and the power module is set up to:
  • the one or more switching element parameters may include a gate charge of the switching element and/or a threshold voltage of the switching element.
  • the power module can also be set up to determine the measured value, compare the measured value with the characteristic values and select the parameter set when the power module is started up and/or every time a supply voltage is applied to the power module and/or every time the power module is started ( 104) and/or to be carried out during ongoing operation of the power module.
  • the power module can also be set up to drive the load using the selected control parameter set to control the switching element.
  • the switching element can be designed as a field effect transistor or includes one.
  • the power module can be designed to provide a variable gate driver output current for driving a gate of the switching element.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a power module according to an optional embodiment for controlling a load
  • Figure 2A shows a schematic representation of an optional arrangement of the switching element with a further switching element in a half-bridge arrangement
  • Figure 2B shows a half-bridge arrangement with gate-source capacitances
  • Figure 3A shows a method for initializing a power module with a built-in switching element
  • Figure 3B shows a method for the initial initialization of a power module with a built-in switching element
  • Figure 4 shows an explanation of several temporal voltage curves and time durations
  • Figure 5 shows a method for driving a load using a power assembly according to an optional embodiment
  • Figure 6 shows a method for producing a power assembly according to an optional embodiment
  • Figure 7 shows a circuit according to an optional embodiment for measuring the above-mentioned time durations in a power module
  • Figure 8 shows a driver circuit according to an optional embodiment for providing a variable gate driver output current.
  • the same or similar elements in the various embodiments are designated with the same reference numerals for the sake of simplicity.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a power module 100 according to an optional embodiment for controlling a load 102.
  • the power module 100 has at least one switching element 104 of a switching element type of several predetermined different ones
  • the switching element is designed as a field effect transistor, FET, and has at least the source, drain and gate connections.
  • the power module 100 has an integrated circuit 106, which can be set up to take over one or more functions of the power module 100.
  • the power module 100 is set up to provide several predetermined control parameter sets and characteristic values for the several different predetermined switching element types. These can be stored on a storage element 110 of the power module 110.
  • the power module 100 is set up to determine a measured value in the power module 100, which is dependent on a gate charge of the switching element 104 and/or on a threshold voltage of the switching element 104, and to compare the determined measured value with the characteristics of the several different switching element types.
  • the power module 100 is set up to have one
  • Select control parameter set of the several predetermined control parameter sets for controlling the switching element 104 based on the comparison of the determined measured value with the characteristics of the several different switching element types.
  • the power assembly 100 and in particular the integrated circuit 106 are further designed to provide a variable gate driver output current for driving the gate of the switching element 104.
  • the power module 100 is also set up to determine the measured value, compare the measured value with the characteristic values and select the parameter set when the power module 100 is commissioned. In addition, the power module 100 can be set up to repeatedly carry out the method for selecting the control parameters during operation.
  • the power module 100 is then set up to drive the load 102 using the selected control parameter set to control the switching element 104.
  • the power assembly 100 can have at least one second switching element 108.
  • the second switching element 108 can be arranged together with the switching element 104 in a half-bridge circuit and, together with the switching element 104, can serve to drive or control the load 102 and to control a power supply to the load 102.
  • the second switching element 108 can correspond to the same switching element type as the switching element 104.
  • the power module 100 has a memory element 110 in which, in particular, control parameter sets can be stored.
  • the memory element 110 may optionally form part of the integrated circuit 106.
  • FIG. 2A shows a schematic representation of an optional arrangement of the switching element 104 with the switching element 108 in a half-bridge arrangement.
  • the switching elements 104 and 108 are each designed as field effect transistors, FETs, which each have a gate 104a, 108a, a source 104b, 108b and a drain 104c, 108c.
  • the applied voltages which are optionally measured as part of a method according to the disclosure, are indicated at the respective points.
  • UBAT indicates a provided battery voltage
  • UGSH the gate voltage at the switching element 104 between gate 104a and source 104b
  • UGSL the gate voltage at the switching element 108 between gate 108a and source 108b
  • UPH that at the second switching element 108 between Phase voltage applied to source 108b and drain 108c.
  • Figure 2B shows a half-bridge circuit which has two gate-source capacitances CGS, as described in the introductory part.
  • a method 300 for initializing a power module 100 with a built-in switching element 104 is described as an example, which can optionally be carried out with a power module 100 according to the embodiment shown in Figure 1.
  • the method 300 includes providing several predetermined control parameter sets and characteristic values for several different predetermined switching element types, wherein the switching element 104 installed in the power assembly 100 corresponds to a switching element type of the several different switching element types.
  • the method 300 includes determining a measured value in the power module 100, which is dependent on a gate charge of the switching element 104 and/or on a threshold voltage of the switching element 104. Determining the measured value in the power module 100 can include generating a switching edge. In addition, this may include configuring a gate driver output current to a reduced value compared to a gate driver output current for driving the load 102 by means of the power module 100, so that the time courses of the changing voltages when generating the switching edge are slowed down and accordingly an accuracy in the measurement of relevant time durations is increased can.
  • determining the measured value can include measuring a voltage curve over time of a gate voltage of the switching element and/or measuring a voltage curve over time of a voltage applied to the second switching element 108, which is located with the switching element 104 in a half-bridge circuit of the power module 100, as exemplified in FIG 2A shown.
  • the method 300 includes comparing the determined measured value with the characteristic values of the several different switching element types.
  • the method 300 includes selecting a control parameter set of the several predetermined control parameter sets for driving the switching element 104 based on the comparison of the determined measured value with the characteristic values of the several different switching element types.
  • the selected control parameter set for the control of the switching element 104 is determined during operation of the initialized power module 100.
  • the method 350 includes providing 352 of several predetermined control parameter sets and characteristic values for several different predetermined switching element types, wherein the switching element 104 installed in the power assembly 100 corresponds to a switching element type of the several different switching element types.
  • the method 350 includes determining 354 a measured value in the power module 100, which is dependent on one or more switching element parameters of the switching element 104.
  • the method 350 includes comparing 356 the determined measured value with the characteristics of the several different switching element types.
  • the method further includes selecting 358 a control parameter set of the plurality of predetermined control parameter sets for controlling the Switching element 104 based on the comparison of the determined measured value with the characteristics of the several different switching element types.
  • the method 350 includes storing 360 the selected control parameter set for controlling the switching element (104) installed in the power module 100 in a memory element 110.
  • the described method 300 or 350 can optionally be carried out for several switching elements 104, 108 of the power module 100.
  • the method 300 makes it possible to identify or characterize a switching element 104 and to accordingly select a most suitable control parameter set from several predetermined and provided control parameter sets in order to control the respective switching elements 104, 108 in an efficient manner.
  • the multiple predetermined control parameter sets may include one or more of the following parameters, which are designed to control the switching element 104 of one of the different switching element types.
  • the parameters can be a charging current for the switching element 104, a discharging current of the switching element 104 and a dead time in which the switching element 104 remains in the open state during a switching process at the same time as another switching element 108 in a half-bridge circuit of the power module 100.
  • the graph in section a) shows the time course of a control signal HS, by means of which a transition from the open to the closed state of the switching element 104 is brought about.
  • the graph in section b) shows the gate voltage UGSH of the switching element 104 and the graph in section c) shows a phase voltage UPH, which is present both at the second switching element 108 between source 108b and drain 108c and at an output of the power module.
  • the switching process shown is characterized, among other things, by the following voltages and time periods, which can be measured by the power module 100 and can be used to determine the measured value for selecting the control parameter set. Some or all of the time periods may depend on the gate charge of the switching element 104 and/or on the threshold voltage of the switching element 104. However, it is not necessary to measure the gate charge and/or the threshold voltage per se. Rather, the measurement can be limited to one or more of the following time periods, for which the technical requirements may be lower than would be the case for a direct measurement of the gate charge.
  • Determining the measured value in step 304 can include measuring a time period td.oFF between closing of the switching element, ie the presence of the control signal HS, and the reaching of a predetermined OFF voltage UOFF by the gate voltage of the switching element 104.
  • determining the measured value in step 304 may include measuring a time period td.oN between the closing of the switching element 104 and the reaching of an ON voltage UON by the gate voltage of the switching element 104.
  • determining the measured value in step 304 may include measuring a time period td.PH between the closing of the switching element 104 and the achievement of a maximum voltage between source 108b and drain 108c on the second switching element 108 in the half-bridge circuit with the switching element 104.
  • determining the measured value in step 304 can include measuring a time period dtpH.i between the reaching of the OFF voltage UOFF by the gate voltage at the switching element 104 and the reaching of a maximum source-drain voltage at the second switching element 108 in the half-bridge circuit.
  • determining the measured value in step 304 may include measuring a time period dtpH,2 between reaching a maximum source-drain voltage at the second switching element 108 in the half-bridge circuit and reaching the ON voltage UON at the switching element 104.
  • determining the measured value in step 304 can include measuring a time period dtoN.oFF between the reaching of the OFF voltage UOFF by the gate voltage of the switching element and the reaching of the ON voltage UON by the gate voltage of the switching element 104. Based on one or more of the measured time periods, the measured value can then be determined, which can be compared with the characteristics of the several different switching element types in order to select the control set of a switching element type to which the switching element 104 corresponds.
  • determining the measured value in step 304 includes measuring at least two of the following time periods: time period dtoN.oFF, time period dtpH.i, time period dtpH,2.
  • time period dtoN.oFF time period dtoN.oFF
  • time period dtpH.i time period dtpH,2.
  • the method described above for selecting a control parameter set for a switching element 104 can be implemented in a method for driving a load 102 with a power assembly 100 and/or in methods for producing a power assembly 100.
  • the method can be carried out by a power module 100 and/or by an integrated circuit 106.
  • the method 500 includes, in a step 502, providing the power module 100, with at least one switching element 104 being installed in the power module 100, which corresponds to one of several predetermined different switching element types.
  • the method 500 includes selecting a control parameter set for the switching element 104 installed in the power module 100 by means of a method 300 described above.
  • the method 500 includes driving the load 102 by means of the power module 100 using the selected control parameter set to control the switching element 104.
  • the selection of the control parameter set according to step 504 can optionally take place before driving the load 102 and/or at the beginning of driving the load 102 and/or repeatedly while driving the load 102.
  • Control parameter set for a switching element 104 can also be implemented in a method for producing a power module 100. The method can be carried out by a power module 100 and/or by an integrated circuit 106.
  • the method 600 includes, in step 602, installing at least one switching element 104 in the power assembly 100, wherein the switching element 104 corresponds to a switching element type of a plurality of predetermined different switching element types.
  • step 604 the method 600 includes selecting a control parameter set for controlling the switching element 104 installed in the power module 100 using the method 300 described above.
  • the method 600 includes storing the selected control parameter set for controlling the switching element 104 installed in the power module 100 in a memory element 110.
  • the memory element 110 can be designed as a non-volatile memory element, so that the control parameter set is permanently stored and for the control the load 102 is firmly deposited.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a circuit 700 according to an optional embodiment for measuring the above-mentioned time durations in a power assembly 100.
  • a power assembly 100 and/or an integrated circuit 106 of the power assembly 100 includes such a circuit 700.
  • the circuit 700 has a counter 702, which is designed to measure time durations and which receives the control signal HS for opening and closing the switching element 104 and a clock signal 704.
  • the circuit 700 has three comparators 706a, 706b and 706c, which are designed to compare the gate voltage or the source-drain voltage of the switching element 104 with predetermined reference values.
  • the counter 702 can optionally be started and stopped by various events. These events can optionally include:
  • a change in the control signal HS which switches on (or switches off) the corresponding switching element 104, i.e. closes or opens.
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a driver circuit 800 according to an optional embodiment for providing a variable, ie adjustable, gate driver output current.
  • the driver circuit 800 has a current adjustment element 802, by means of which the gate driver output current supplied to the gate 104a of the switching element 104 can be adjusted.
  • the driver circuit 800 and in particular the current setting element 802 may be part of the integrated circuit 106 and/or the power assembly 100.
  • the driver circuit 800 has an input switch 804, which in the closed state connects the gate 104a of the switching element 104 to the potential of the battery voltage, and an output switch 806, which in the closed state connects the gate 104a to the ground potential. In each switching state, a maximum of one of the two switches 804, 806 is closed. If the input switch 804 is closed, a current ION flows to the gate and the switching element is turned on or closed. If the output switch 806 is closed, the gate 104a is discharged and the switching element 106 is switched off or opened, with the gate charge flowing away as current IOFF. According to other embodiments, it can be provided that the switching element 104 is open when the gate is charged and is closed when the gate is discharged.
  • the driver circuit 800 also has an adjustable turn-on current source 808 and an adjustable turn-off current source 810. With these, the current strength of the switch-on current ION or the switch-off current IOFF can be limited and the duration of charging or discharging of the gate 104a can be varied accordingly. This allows the gate driver output current to be varied and can be used to extend the one or more time periods to be measured when determining the measurement value in step 304 to achieve greater accuracy. According to other embodiments, only one power source may be provided in the driver circuit 800 for either turn-on or turn-off.
  • the power module 100 and optionally the integrated circuit 106 The power module 100 can optionally have one or more such driver circuits 800.

Landscapes

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Abstract

Bereitgestellt wird ein Verfahren (300) zur Initialisierung einer Leistungsbaugruppe (100) mit einem verbauten Schaltelement (104). Das Verfahren (300) umfasst ein Bereitstellen (302) von mehreren vorbestimmten Ansteuerparametersätzen und Kennwerten für mehrere verschiedene vorbestimmte Schaltelementtypen, wobei das in der Leistungsbaugruppe (100) verbaute Schaltelement (104) einem Schaltelementtyp der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen entspricht. Ferner umfasst das Verfahren ein Ermitteln (304) eines Messwertes in der Leistungsbaugruppe (100), welcher von einer Gateladung des Schaltelements (104) und/oder von einer Schwellenspannung des Schaltelements (104) abhängig ist. Außerdem umfasst das Verfahren ein Vergleichen (306) des ermittelten Messwerts mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen. Zudem umfasst das Verfahren ein Auswählen (308) eines Ansteuerparametersatzes der mehreren vorbestimmten Ansteuerparametersätze zur Ansteuerung des Schaltelements (104) auf Basis des Vergleichs des ermittelten Messwertes mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen. Darüber hinaus umfasst das Verfahren (300) ein Festlegen (310) des ausgewählten Ansteuerparametersatzes für die Ansteuerung des Schaltelements (104) während eines Betriebs der initialisierten Leistungsbaugruppe (100).

Description

VERFAHREN ZUR AUSWAHL EINES ANSTEUERPARAMETERSATZES, INTEGRIERTER SCHALTKREIS UND LEISTUNGSBAUGRUPPE
Bereitgestellt werden ein Verfahren zur Auswahl eines Ansteuerparametersatzes für ein in einer Leistungsbaugruppe verbautes Schaltelement, ein integrierter Schaltkreis und eine Leistungsbaugruppe, sowie Verfahren zum Betrieb und zur Herstellung der Leistungsbaugruppe. Die Ausführungsformen liegen somit insbesondere auf dem Gebiet der integrierten Schaltkreise und der Leistungsbaugruppen zum Antreiben einer elektrischen Last.
Treiber können zum Antreiben, d.h. zur Ansteuerung, einer elektrischen Last, wie etwa von Elektromotoren und/oder anderen elektrischen Verbrauchern, verwendet werden. Dabei kommen typischerweise ein oder mehrere integrierte Schaltkreise und Schaltelemente zum Einsatz, wobei die Schaltelemente in Halbbrücken angeordnet sein können, wie beispielhaft in Figur 2B gezeigt.
In der Massenproduktion von Leistungsbaugruppen besteht häufig das Problem, dass aufgrund verschiedener Produktionsstandorte oder auch wegen eingeschränkter Bauteilverfügbarkeit in der laufenden Produktion verschiedene Schaltelementtypen für ein und denselben Einsatzzweck verwendet werden müssen, da keine ausreichende Anzahl von Schaltelementen eines identischen Typs verfügbar sind. Beispielsweise können die verschiedenen Schaltelementtypen zwar gleichartige Schaltelemente betreffen, welche aber in manchen Eigenschaften voneinander abweichen. Beispielsweise können verschiedene Schaltelementtypen von verschiedenen Herstellern bereitgestellt werden und/oder aus unterschiedlichen Produktionschargen kommen. Bei den Schaltelementen kann es sich insbesondere um Feldeffekttransistoren, FETs, handeln. Die verschiedenen Schaltelementtypen, die dabei zum Einsatz kommen, können in manchen Eigenschaften stark voneinander abweichen und insbesondere stark unterschiedliche Gateladungen aufweisen. Um dennoch einen korrekten Betrieb der Leistungsbaugruppe trotz variierender Schaltelemente sicherstellen zu können, kann es ratsam sein, eine äußere Beschaltung der Schaltelemente und auch einen Ladestrom und Entladestrom für die Schaltelemente stets auf den speziellen Schaltelementetyp zu optimieren, der tatsächlich verbaut ist, um einen guten Kompromiss aus Verlustleistung im Schaltelement, Störaussendung an den Schaltflanken und Verlusten in der Ansteuerschaltung zu erzielen. Weiterhin kann es zum selben Zweck ratsam sein, verschiedene Wartezeiten, wie z.B. die Totzeit in der Ansteuerung an den speziellen Schaltelementtyp anzupassen.
Jedoch hat der Hersteller einer Leistungsbaugruppe während der Herstellung der Leistungsbaugruppe in der Regel keine Informationen darüber, welcher Schaltelementtyp gerade in der jeweiligen Baugruppe der Leistungsbaugruppe verbaut wird. Damit besteht auch keine Möglichkeit, in der laufenden Produktion z.B. mit schaltelementabhängiger Außenbeschaltung und/oder Programmierung, auf die wechselnden Schaltelementtypen zu reagieren. Damit ist eine oben beschriebene Optimierung nicht möglich. Als Hilfslösung kommen üblicherweise zusätzliche externe Gate-Source Kapazitäten (auch als CGS bezeichnet und beispielhaft in Figur 2B gezeigt) zum Einsatz. Diese werden in der Regel so groß dimensioniert, dass sie die Verzögerungen im Schaltvorgang dominieren. Diese Hilfslösung führt jedoch zu einer Reihe von Nachteilen gegenüber der optimalen Dimensionierung.
Durch den Einsatz von Gate-Source Kapazitäten wird vom Gatetreiber, d.h. von der Leistungsbaugruppe zur Ansteuerung des Gates des Schaltelements, deutlich mehr Umladestrom benötigt, als dies ohne die Gate-Source Kapazitäten erforderlich wäre. Dies übertrifft selbst den bei Verwendung eines Schaltelements mit der größtmöglichen Gateladung aber ohne Gate-Source Kapazitäten erforderlichen Umladestrom. Dadurch können solche integrierten Schaltkreise in einer Leistungsbaugruppe nicht ohne Weiteres eingesetzt werden, deren maximaler Ausgangsstrom zwar für das Schaltelement inklusive erforderlicher Reserven an sich ausreichen würde, nicht aber für das Schaltelement mit zusätzlichen Gate-Source Kapazitäten. Dies kann somit zu einer Erhöhung der Herstellungskosten und/oder zu einem größeren Flächenbedarf für einen leistungsstärkeren integrierten Schaltkreis in der Leistungsbaugruppe und in der Stromversorgung führen. Außerdem kann eine dadurch entstehende zusätzliche Verlustleistung im integrierten Schaltkreis zu einer erhöhten Eigenerwärmung führen, sodass der vorhandene Abstand zwischen der maximal erlaubten Siliziumtemperatur und einer maximal erlaubten Umgebungstemperatur reduziert wird und gegebenenfalls für einen beabsichtigen Einsatz des integrierten Schaltkreises in einem vorgesehenen Leistungsbaugruppe nicht mehr ausreicht.
Außerdem muss herkömmlicherweise eine vorgegebene Totzeit derart festgelegt werden, dass diese auch mit einem Schaltelement mit den ungünstigsten Eigenschaften anwendbar ist. Das führt zu unnötigen Verlusten in den Schaltelementen und damit gegebenenfalls zu Zusatzkosten für eine etwaig erforderliche Kühlung oder zu einer Verschlechterung der Verlustleistungsklasse der Schaltelemente. Außerdem wird dadurch die erforderliche Totzeit generell größer als ohne die zusätzliche Gate-Source Kapazitäten. Zudem verringert typischerweise eine dominierende externe Gate-Source Kapazität das Verhältnis aus der zur Einstellung der Steilheit der Schaltflanke nötigen Gate-Drain Kapazität des Schaltelements selbst und der gesamten Gate-Source Kapazität. Dadurch wird ist es erschwert, eine angemessene Flankensteilheit am Phasenausgang zu dimensionieren. Die Flankensteilheit fällt dadurch herkömmlicherweise in der Regel deutlich zu hoch aus, was eine Reihe weiterer Nachteile verursacht: Zum einen können durch eine Kombination aus hohem Umladestrom und einem Reverse Recovery Verhalten von Bodydioden der Schaltelemente Querströme in der Leistungsbaugruppe verursacht werden. Außerdem können erhöhte leitungsgebundene Störungen verursacht werden, die gegebenenfalls mit zusätzlichem Filteraufwand beseitigt werden müssen. Ferner können nochmals erhöhte Verlustleistungen in den Schaltelementen durch die entstehenden Querströme verursacht werden. Darüber hinaus können die Querströme zu erhöhter Schwingneigung an der Phase führen. Dies kann erfordern, dass die Schwingneigung wiederum durch ein entsprechend dimensioniertes Snubber- Netzwerk abgebaut werden muss. Dessen Dämpfung und damit auch die umsetzbare Leistung ist wiederum an die erhöhte Schwingneigung anzupassen. Dies kann folglich zu erhöhten Bauteilkosten speziell für den Snubber-Widerstand führen.
Zusammengefasst führt die Wechselbarkeit der Schaltelemente in der Serienproduktion von Leistungsbaugruppen im Stand der Technik zu Nachteilen und insbesondere zu Zusatzkosten und verringerter Performance der Leistungsbaugruppe.
Die DE 11 2017 008 143 T5 beschreibt eine Ansteuerungsschaltung für ein Schaltelement. Eine Bestimmungsstromversorgungseinheit ist konfiguriert, eine Spannung mit einem eingestellten Spannungswert an eine Eingangsklemme des angeschlossenen Schaltelements mit einem unbekannten Ansteuerungstyp anzulegen, um dadurch das Schaltelement einzuschalten. Eine Spannungsmessungsbestimmungseinheit ist konfiguriert, einen Spannungswert an der Eingangsklemme des Schaltelements in einem EIN-Zustand zu messen, um dadurch das Schaltelement als einen spannungsgetriebenen Typ zu bestimmen, wenn der gemessene Spannungswert gleich oder größer als ein Referenzspannungswert ist, und als einen stromgetriebenen Typ, wenn der gemessene Spannungswert kleiner als der Referenzspannungswert ist.
Die DE 10 2019 218 998 A1 beschreibt ein Verfahren zum Ansteuern von mindestens einem zu schaltenden Leistungstransistor T1 , T2, umfassend das Anlegen einer Versorgungsspannung VSUp an einen ersten Leistungstransistor T1 , das Laden des ersten Leistungstransistors (T1 ) mit einem Gate-Ladestrom Ig, das Ermitteln eines schaltrelevanten Transistorparameters des ersten Leistungstransistors T1 in Antwort auf den Gate-Ladestrom Ig, das Anpassen eines Ansteuerprofils zum Schalten des ersten Leistungstransistors T1 in Abhängigkeit des ermittelten Transistorparameters des ersten Leistungstransistors T1 sowie das Ansteuern des ersten Leistungstransistors T1 gemäß dem angepassten Ansteuerprofil. Es besteht daher die Aufgabe, Verfahren und Vorrichtungen bereitzustellen, welche die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile überwinden.
Die Aufgabe wird gelöst durch Verfahren, einen integrierten Schaltkreis und eine Leistungsbaugruppe mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche. Optionale Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen und in der Beschreibung angegeben.
Bereitgestellt wird ein Verfahren zur Initialisierung einer Leistungsbaugruppe mit einem verbauten Schaltelement. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen von mehreren vorbestimmten Ansteuerparametersätzen und Kennwerten für mehrere verschiedene vorbestimmte Schaltelementtypen, wobei das in der Leistungsbaugruppe verbaute Schaltelement einem Schaltelementtyp der mehreren verschiedenen Schaltelemetttypen entspricht. Ferner umfasst das Verfahren ein Ermitteln eines Messwertes in der Leistungsbaugruppe, welcher von einem oder mehreren Schaltelementparametern des Schaltelements abhängig ist. Zudem umfasst das Verfahren ein Vergleichen des ermittelten Messwerts mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen. Außerdem umfasst das Verfahren ein Auswählen eines Ansteuerparametersatzes der mehreren vorbestimmten Ansteuerparametersätze zur Ansteuerung des Schaltelements auf Basis des Vergleichs des ermittelten Messwertes mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen. Ferner umfasst das Verfahren ein Festlegen des ausgewählten Ansteuerparametersatzes für die Ansteuerung des Schaltelements während eines Betriebs der initialisierten Leistungsbaugruppe.
Bereitgestellt wird ein Verfahren zur Erstinitialisierung einer Leistungsbaugruppe mit einem verbauten Schaltelement. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen von mehreren vorbestimmten Ansteuerparametersätzen und Kennwerten für mehrere verschiedene vorbestimmte Schaltelementtypen, wobei das in der Leistungsbaugruppe verbaute Schaltelement einem Schaltelementtyp der mehreren verschiedenen Schaltelemetttypen entspricht. Ferner umfasst das Verfahren ein Ermitteln eines Messwertes in der Leistungsbaugruppe, welcher von einem oder mehreren Schaltelementparametern des Schaltelements abhängig ist. Zudem umfasst das Verfahren ein Vergleichen des ermittelten Messwerts mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen. Außerdem umfasst das Verfahren ein Auswahlen eines Ansteuerparametersatzes der mehreren vorbestimmten Ansteuerparametersätze zur Ansteuerung des Schaltelements auf Basis des Vergleichs des ermittelten Messwertes mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen. Ferner umfasst das Verfahren ein Speichern des ausgewählten Ansteuerparametersatzes zur Ansteuerung des in der Leistungsbaugruppe verbauten Schaltelements in einem Speicherelement.
In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung einer Leistungsbaugruppe bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Verbauen zumindest eines Schaltelements in der Leistungsbaugruppe, wobei das Schaltelement einem Schaltelementtyp von mehreren vorbestimmten verschiedenen Schaltelementtypen entspricht. Ferner umfasst das Verfahren ein Auswählen eines Ansteuerparametersatzes zur Ansteuerung des in der Leistungsbaugruppe verbauten Schaltelements mittels eines offenbarungsgemäßen Verfahrens. Zudem umfasst das Verfahren ein Speichern des ausgewählten Ansteuerparametersatzes zur Ansteuerung des in der Leistungsbaugruppe verbauten Schaltelements in einem Speicherelement.
In einem weiteren Aspekt wird ein integrierter Schaltkreis zum Ansteuern eines Schaltelements in einer Leistungsbaugruppe bereitgestellt. Das Schaltelement entspricht dabei einem Schaltelementtyp von mehreren vorbestimmten verschiedenen Schaltelementtypen. Der integrierte Schaltkreis ist dazu eingerichtet, bei einer Initialisierung der Leistungsbaugruppe die folgenden Schritte durchzuführen: Gemäß diesen Schritten werden mehrere vorbestimmte Ansteuerparametersätze und Kennwerte für die mehreren verschiedenen vorbestimmten Schaltelementtypen bereitgestellt, und ein Messwert in der Leistungsbaugruppe zu ermitteln, welcher von einem oder mehreren Schaltelementparametern des Schaltelements abhängig ist. Außerdem ist der integrierte Schaltkreis dazu eingerichtet, den ermittelten Messwert mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen zu vergleichen. Zudem ist der integrierte Schaltkreis dazu eingerichtet, einen Ansteuerparametersatz der mehreren vorbestimmten Ansteuerparametersätze zur Ansteuerung des Schaltelements auf Basis des Vergleichs des ermittelten Messwertes mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen auszuwählen. Zudem ist der integrierte Schaltkreis dazu eingerichtet, den ausgewählten Ansteuerparametersatzes zur Ansteuerung des in der Leistungsbaugruppe verbauten Schaltelements in einem Speicherelement zu speichern
In noch einem weiteren Aspekt wird eine Leistungsbaugruppe zur Ansteuerung einer Last bereitgestellt, wobei die Leistungsbaugruppe zumindest ein Schaltelement eines Schaltelementtyps von mehreren vorbestimmten verschiedenen Schaltelementtypen aufweist. Die Leistungsbaugruppe ist dazu eingerichtet, bei einer Initialisierung der Leistungsbaugruppe die folgenden Schritte durchzuführen. Gemäß diesen Schritten werden mehrere vorbestimmte Ansteuerparametersätze und Kennwerte für die mehreren verschiedenen vorbestimmten Schaltelementtypen bereitgestellt, und ein Messwert in der Leistungsbaugruppe ermittelt, welcher von einer einem oder mehreren Schaltelementparametern des Schaltelements abhängig ist. Ferner ist die Leistungsbaugruppe dazu eingerichtet, den ermittelten Messwert mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen zu vergleichen, und einen Ansteuerparametersatz der mehreren vorbestimmten Ansteuerparametersätze zur Ansteuerung des Schaltelements auf Basis des Vergleichs des ermittelten Messwertes mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen auszuwählen. Ferner ist die Leistungsbaugruppe dazu eingerichtet, den ausgewählten Ansteuerparametersatzes zur Ansteuerung des in der Leistungsbaugruppe verbauten Schaltelements in einem Speicherelement zu speichern.
Ein Ansteuerparametersatz ist dabei ein Datensatz, welcher einen oder mehrere Parameter enthalten kann, welche für die Ansteuerung von Schaltelementen eines bestimmten Schaltelementtyps in einer Leistungsbaugruppe und/oder mittels einer Leistungsbaugruppe und insbesondere mittels eines integrierten Schaltkreises geeignet oder optimiert sein können. Der Ansteuerparametersatz kann dabei dazu vorgesehen sein, in unveränderter und/oder unveränderbarer Weise für die Ansteuerung von Schaltelementen eines bestimmten Schaltelementtyp in einer Leistungsbaugruppe verwendet zu werden. Dies bedeutet, dass optional kein Aktualisieren und/oder Abändern des Ansteuerparametersatzes während des Betriebs der Leistungsbaugruppe erfolgt.
Eine Leistungsbaugruppe kann dabei ein Treiber zum Antreiben einer Last sein. Als Last wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung allgemein eine elektrische Last bezeichnet. Insbesondere kann die Leistungsbaugruppe ein Motortreiber zum Antreiben eines Elektromotors sein, wobei in diesem Fall die Last einen Elektromotor umfasst. Insbesondere kann eine Leistungsbaugruppe dazu ausgelegt sein, einen Gleichstrommotor, einen bürstenlosen Gleichstrommotor, beispielsweise mit zwei oder drei Phasen, einen Schrittmotor und/oder einen einphasigen oder mehrphasigen Wechselstrommotor anzusteuern. Eine Leistungsbaugruppe kann dabei eine Baugruppe aus mehreren Komponenten aufweisen. Optional kann die Leistungsbaugruppe ein oder mehrere Schaltelemente aufweisen und einen integrierten Schaltkreis zur Ansteuerung der Schaltelemente. Optional kann die Leistungsbaugruppe mehrere Schaltelemente aufweisen, welche in einer oder in mehreren Halbbrückenschaltungen verschaltet sind. Beispielsweise können für jede Phase des Elektromotors zwei oder mehr Schaltelemente bereitgestellt werden, welche zusammen in jeweils einer Halbbrückenschaltung mit zwei oder mehr Halbbrücken verschaltet sind. Die Leistungsbaugruppe kann ferner dazu eingerichtet sein, den Elektromotor unter Verwendung des ausgewählten Ansteuerparametersatzes zur Ansteuerung des Schaltelements anzutreiben.
Eine Last ist dabei insbesondere eine elektrische Last. Die Last kann einen oder mehrere elektrische Verbraucher umfassen. Beispielsweise kann eine Last einen Elektromotor umfassen oder als solcher ausgebildet sein. Die Last kann alternativ oder zusätzlich andere elektrische Verbraucher, wie etwa Leuchtmittel, umfassen.
Ein Schaltelement kann dabei ein Transistor sein. Optional kann das Schaltelement als Feldeffekttransistor, FET, ausgebildet sein und optional als Hochleistungs-FET. Optional kann das Schaltelement auch als IGBT ausgebildet sein. Für den Fachmann auf dem Gebiet gehört es zu den Fertigkeiten, das hier beschriebene Verfahren auch auf andere spannungs- oder stromgesteuerte Schaltelemente anzuwenden. Das Schaltelement kann dabei einen geöffneten Zustand und einen geschlossenen Zustand aufweisen, wobei das Schaltelement in geöffnetem Zustand einen Stromfluss unterbindet und im geschlossenen Zustand einen Stromfluss ermöglicht. Ein Schließen des Schaltelements kann dabei ein Überführen des Schaltelements vom geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand und ein Öffnen des Schaltelements ein Überführen des Schaltelements vom geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand bezeichnen. Dass ein Schaltelement in der Leistungsbaugruppe verbaut ist, kann dabei beuteten, dass das Schalelement von einer Baugruppe der Leistungsbaugruppe umfasst ist und einen Teil von dieser bildet.
Verschiedene Schaltelementtypen können dabei verschiedene Arten und/oder Formen von Schaltelementen bezeichnen. Dabei können die Schaltelementtypen in manchen Aspekten gleiche oder ähnliche Spezifikationen aufweisen, um für den gleichen Zweck verwendet werden zu können. In anderen Aspekten können sich jedoch die verschiedenen Schaltelementtypen unterscheiden und eine andere Optimierung hinsichtlich eines effizienten Schaltbetriebs erfordern. Insbesondere können sich die Schaltelemente verschiedener Schaltelementtypen hinsichtlich ihrer Gateladung unterscheiden. Die Gateladung bezeichnet dabei jene Ladungsmenge, die in einen Gate-Anschluss des Schaltelements eingespeist werden muss, um das Schaltelement, je nach Art des Schaltelements, einzuschalten oder auszuschalten, d.h. in den geschlossenen Zustand zu überführen. Auch können sich die Schaltelemente verschiedener Schaltelementtypen hinsichtlich ihrer Schwellenspannung unterscheiden. Die Schwellenspannung ist dabei jener Spannungswert der Gatespannung des Schaltelements, ab welchem das Schaltelement einen Stromfluss ermöglicht. Die Schwellenspannung kann etwa durch den Hersteller des Schaltelements bestimmt und angegeben werden, wie beispielsweise in einem Datenblatt des Schaltelements. Als Gatespannung wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung eine Gate-Source-Spannung bezeichnet.
Der Messwert ist dabei solch ein Messwert, welcher aus in der Leistungsbaugruppe messbaren verfügbaren Größen und optional mit den durch die Leistungsbaugruppe bereitgestellten Mitteln ermittelbar ist. Der Messwert kann dabei optional aus einem oder mehreren in der Leistungsbaugruppe gemessenen Größen bestimmt und/oder berechnet werden. Dabei kann der Messwert derartig festgelegt sein, dass dieser mit den für die mehreren verschiedenen vorbestimmten Schaltelementtypen hinterlegten Kennwerten vergleichbar ist.
Das Antreiben einer Last kann dabei das kontrollierte Zuführen von elektrischer Energie zur Last umfassen. Das Antreiben eines Elektromotors kann gleichbedeutend sein mit dem Ansteuern des Elektromotors.
Der eine oder die mehreren Schaltelementparameter können dabei optional eine Gateladung des Schaltelements und/oder eine Schwellenspannung des Schaltelements umfassen.
Das Initialisieren einer Leistungsbaugruppe kann dabei einen Vorgang darstellen, bei welchem ein zum Betrieb der Leistungsbaugruppe benötigter Speicherplatz auf einem Speicherelement, d.h. auf einem Datenspeicherelement, reserviert und mit Parametern bzw. Werten für den Betrieb der Leistungsbaugruppe gefüllt wird. Das Initialisieren kann dabei einen Teil eines Boot- und/oder Ladevorgangs eines Computerprogramms zum Betrieb der Leistungsbaugruppe darstellen. Das Initialisieren kann durch einen integrierten Schaltkreis und/oder eine anderweitige Steuereinheit erfolgen, welche einen Teil der Leistungsbaugruppe bilden können und/oder separat von der Leistungsbaugruppe ausgebildet sein können. Das Initialisieren kann optional bei jedem Start bzw. Hochfahren der Leistungsbaugruppe erfolgen. Optional kann das Initialisieren dann erfolgen, wenn eine für den Betrieb der Leistungsbaugruppe geeignete Spannung an die Leistungsbaugruppe angelegt wird. Die Werte bzw. Parameter können dabei bei der Benutzung unveränderlich sein, d.h. dass die Parameter während der Benutzung nicht aktualisiert und/oder angepasst werden, sondern in der hinterlegten Form verwendet werden.
Eine Erstinitialisierung kann dabei eine, optional einmalig, durchzuführende Initialisierung der Leistungsbaugruppe bei oder vor einer Erstinbetriebnahme darstellen. Mit anderen Worten ausgedrückt kann die Erstinitialisierung dazu dienen, Parameter bzw. Werte für den Betrieb der Leistungsbaugruppe, optional einmalig, vor der Inbetriebnahme in ein Speicherelement zu schreiben, sodass diese Parameter bzw. Werte bei jeder Benutzung der Leistungsbaugruppe verwendet werden. Die Werte bzw. Parameter können dabei bei der Benutzung unveränderlich sein, d.h. dass die Parameter während der Benutzung nicht aktualisiert und/oder angepasst werden, sondern in der hinterlegten Form verwendet werden. Optional kann die Erstinitialisierung im Rahmen eines Herstellungsverfahrens und/oder im Rahmen einer Erstinbetriebnahme der Leistungsbaugruppe erfolgen.
Die Offenbarung bietet dabei den Vorteil, dass bei der Initialisierung und/oder bei der Erstinitialisierung und/oder bei der Herstellung der Leistungsbaugruppe eine Auswahl geeigneter Ansteuerparameter vorgenommen werden kann und auf diese Weise eine Anpassung der Ansteuerung des Schaltelements erfolgen kann. Dadurch kann erreicht werden, dass eine zumindest teilweise Optimierung der Ansteuerung auf das verbaute Schaltelement bzw. die verbauten Schaltelemente erfolgen kann, ohne dass dafür ein aufwendiger Optimierungsprozess erforderlich ist. Dies bietet somit den Vorteil, dass bei der Herstellung der Leistungsbaugruppe Schaltelemente mehrerer verschiedener Schaltelementtypen für ein und denselben Zweck eingesetzt werden können und dennoch eine zumindest teilweise Optimierung der Ansteuerung des Schaltelements bzw. der Schaltelemente erfolgen kann. In diesem Fall kann der ausgewählte Ansteuerparametersatz optional in einem nicht-flüchtigen Speicherelement abgespeichert werden. Dadurch kann vermieden werden, dass die Ansteuerung derart ausgestaltet werden muss, dass diese für alle verbaubaren Schaltelemente geeignet ist, aber in vielen Fällen die Ansteuerung nur mit Effizienzeinbußen erfolgen kann. Mit anderen Worten kann dadurch vermieden werden, dass die Ansteuerung auf den schlechtest möglichen Fall ausgelegt und bei allen Schaltelementen in gleicher Weise angewendet werden muss. Vielmehr bietet die Offenbarung den Vorteil, dass eine Individualisierung der Ansteuerung für eine Mehrzahl von verschiedenen, vorbestimmten Schaltelementtypen, welche in der Leistungsbaugruppe verbaubar sind, erfolgen kann.
Ferner bietet die Erfindung den Vorteil, dass das Verfahren zur Auswahl des Ansteuerparametersatzes mittels der Leistungsbaugruppe selbst erfolgen kann, ohne dass dafür zusätzliche Hardware zwingend erforderlich ist. Insbesondere können alle oder manche Verfahrensschritte mittels eines offenbarungsgemäßen integrierten Schaltkreises erfolgen, welchen die Leistungsbaugruppe aufweist. Da die Leistungsbaugruppe zur Funktion ohnehin einen integrierten Schaltkreis benötigen kann, entsteht für einen offenbarungsgemäßen Leistungsbaugruppe kein Bedarf an zusätzlicher Hardware. Ferner bietet dies den Vorteil, dass das Verfahren zur Auswahl eines Ansteuerparametersatzes von der Leistungsbaugruppe selbst durchgeführt werden kann und entsprechend die Durchführung des Verfahrens nicht auf das Herstellungsverfahren beschränkt ist. Vielmehr kann die Auswahl eines Ansteuerparametersatzes regelmäßig erfolgen, wie beispielsweise im Rahmen einer Initialisierung bei jedem Start bzw. bei der Inbetriebnahme der Leistungsbaugruppe. Mitanderen Worten kann die Leistungsbaugruppe ferner dazu eingerichtet sein, das Ermitteln des Messwerts, das Vergleichen des Messwerts mit den Kennwerten, und das Auswählen des Parametersatzes bei einer und optional bei jeder Inbetriebnahme der Leistungsbaugruppe, d.h. bei jedem Start der Leistungsbaugruppe und/oder bei jedem Anlegen einer Versorgungsspannung an die Leistungsbaugruppe durchzuführen. Ferner bietet die Offenbarung den Vorteil, dass auch im Herstellungsverfahren eine Auswahl eines Ansteuerparametersatzes erfolgen kann und der Ansteuerparametersatz optional fest in einem nicht-flüchtigen Speicherelement hinterlegt wird. Dadurch kann eine effiziente Optimierung der Ansteuerung des Schaltelements bereits seitens des Herstellers erfolgen.
Ferner bietet die Erfindung den Vorteil, dass eine Totzeit für einen momentanen Arbeitspunkt des Schaltelements reduziert oder minimal eingestellt werden kann gemessen am Schaltverhalten eines weiteren Schaltelements in der Halbbrückenschaltung. Der Stromfluss wird dadurch optional nur noch genau so lange im Laststromkreis unterbrochen, wie dies technisch erforderlich ist, um Querströme zu vermeiden. Außerdem bietet die Offenbarung den Vorteil, dass eine Effizienz der Leistungsbaugruppe durch eine Vermeidung von Spannungsabfällen bei Stromführung über das Schaltelement gesteigert werden kann. Außerdem bietet die Offenbarung den Vorteil, dass eine Effektivität durch Verlängern der aktiven Bestromung der Last erreicht werden kann. Zudem kann ein verbessertes akustisches Verhalten durch optimierte Schaltvorgänge erzielt werden. Außerdem kann eine bessere elektromagnetische Verträglichkeit durch die Vermeidung von Unstetigkeiten im Stromfluss zur Last erreicht werden.
Das Festlegen des Ansteuerparametersatzes kann derart erfolgen, dass der festgelegte Ansteuerparametersatz während des gesamten Betriebs der initialisierten Leistungsbaugruppe in unveränderter Weise beibehalten wird. Dies kann die Ausgestaltung und den Betrieb der Leistungsbaugruppe vereinfachen. Die Initialisierung kann optional vor jeder Inbetriebnahme der Leistungsbaugruppe und/oder bei jedem Einschaltvorgang der Leistungsbaugruppe erfolgen.
Die Erstinitialisierung der Leistungsbaugruppe kann optional einmalig im Rahmen eines Herstellungsverfahrens der Leistungsbaugruppe oder vor einer Erstinbetriebnahme der Leistungsbaugruppe erfolgen. Dies bietet den Vorteil, dass die Auswahl des Ansteuerparametersatzes nur einmalig zu erfolgen hat, wodurch eine Inbetriebnahme, eine regelmäßige Initialisierung und/oder ein Betrieb der Leistungsbaugruppe vereinfacht werden kann.
Das Speichern des ausgewählten Ansteuerparametersatzes zur Ansteuerung des in der Leistungsbaugruppe verbauten Schaltelements in dem Speicherelement kann optional derart erfolgen, dass während eines Betriebs der Leistungsbaugruppe der gespeicherte Ansteuerparametersatz in unveränderbarer Weise zur Ansteuerung des in der Leistungsbaugruppe verbauten Schaltelements verwendet wird. Dies kann dazu dienen, dass zuverlässig der ausgewählte Ansteuerparametersatz verwendet wird und die damit einhergehenden Vorteile erzielt werden können. Zudem kann dies den Vorteil bieten, dass die Bereitstellung des ausgewählten Ansteuerparametersatzes vereinfacht werden kann. Das Speicherelement kann als nicht-flüchtiges Speicherelement ausgebildet sein. Dies kann eine dauerhafte und optional unveränderliche Speicherung des Ansteuerparametersatzes vereinfachen. „Dauerhaft“ und „unveränderlich“ sind dabei derart zu verstehen, dass der Ansteuerparametersatz nicht regelmäßig während eines Betriebs der Leistungsbaugruppe verändert wird. Allerdings schließt dies nicht zwingend eine Möglichkeit zur Änderung des ausgewählten Ansteuerparametersatzes im Rahmen eines Firmware Updates aus.
Das Verfahren zur Initialisierung und/oder zur Erstinitialisierung einer Leistungsbaugruppe kann als computer-implementiertes Verfahren ausgestaltet sein. Dies kann bedeuten, dass manche oder alle Schritte von einem Computer ausgeführt werden, etwa von einem Mikrocontroller und/oder von einer anderweitigen Steuereinheit.
Die mehreren vorbestimmten Ansteuerparametersätze können dabei einen oder mehrere Parameter beinhalten, welche zur Ansteuerung eines Schaltelements eines der verschiedenen Schaltelementtypen ausgelegt sind. Insbesondere können die Parameter einen Ladestrom für das Schaltelement und/oder einen Entladestrom des Schaltelements und /oder eine Totzeit, in welcher das Schaltelement bei einem Schaltvorgang zeitgleich mit einem weiteren Schaltelement in einer Halbbrücke der Leistungsbaugruppe in geschlossenem Zustand verbleibt, umfassen. Optional können die Parameter auch mehrere dieser Parameter und/oder Kombinationen dieser Parameter aufweisen. Diese Parameter bieten den Vorteil, dass diese in der Leistungsbaugruppe hinterlegt werden können und sodann für eine optimierte Ansteuerung des Schaltelements verwendet werden können. Durch das Hinterlegen entsprechender Parametersätze für mehrere verschiedene Schaltelementtypen kann eine effiziente Optimierung der Ansteuerung des Schaltelements erfolgen, auch wenn bei der Herstellung der Leistungsbaugruppe Schaltelemente unterschiedlicher Schaltelementtypen verbaut werden.
Das Ermitteln des Messwertes kann ein Messen eines zeitlichen Spannungsverlaufs einer Gatespannung des Schaltelements umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Ermitteln des Messwerts ein Messen eines zeitlichen Spannungsverlaufs über ein zweites Schaltelement umfassen, welches sich mit dem Schaltelement in einer Halbbrücke der Leistungsbaugruppe befindet. Dies bietet den Vorteil, dass das Ermitteln des Messwerts durch die Leistungsbaugruppe selbst, insbesondere durch einen integrierten Schaltkreis, erfolgen kann, ohne dass dazu zusätzliche Hardware erforderlich ist. Zudem bietet dies den Vorteil, dass das Ermitteln des Messwerts optional durch das Messen einer oder mehrerer elektrischer Spannungen in der Leistungsbaugruppe und optional durch das Messen von Zeitdauern erfolgen kann. Dies ermöglicht, die Hardwareanforderungen gering zu halten.
Das Ermitteln des Messwerts kann ein Messen einer oder mehrerer Zeitdauern umfassen. Dies kann beispielsweise eine Zeitdauer td.oFF zwischen einem Schließen des Schaltelements und dem Erreichen einer vorgegebenen OFF- Spannung UOFF durch die Gatespannung des Schaltelements umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann dies eine Zeitdauer td.oN zwischen dem Schließen des Schaltelements und dem Erreichen einer ON-Spannung UON durch die Gatespannung des Schaltelements umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann dies eine Zeitdauer td.PH zwischen dem Schließen des Schaltelements und dem Beginn oder Ende einer Änderung der in der Halbbrückenschaltung anliegenden Phasenspannung UPH umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann dies eine Zeitdauer dtpH.i zwischen dem Erreichen der OFF-Spannung UOFF am Schaltelement und dem Erreichen einer maximalen Spannung am zweiten Schaltelement in der Halbbrückenschaltung umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann dies eine Zeitdauer dtpH,2 zwischen dem Erreichen einer maximalen Spannung am zweiten Schaltelement in der Halbbrückenschaltung und dem Erreichen der ON-Spannung UON am Schaltelement umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann dies eine Zeitdauer dtoN.oFF zwischen dem Erreichen der OFF- Spannung UOFF durch die Gatespannung des Schaltelements und dem Erreichen der ON-Spannung UON durch die Gatespannung des Schaltelements umfassen. Dabei ist die OFF-Spannung jener Wert der Gatespannung des Schaltelements, bis zu welchem das Schaltelement in einem geöffneten Zustand ist. Entsprechend ist die ON-Spannung jener Spannungswert, welcher zum zuverlässigen Schließen des Schaltelements als Gatespannung angelegt wird. Die gemessenen Zeitdauern der jeweiligen Spannungen sind dabei von der Gateladung und/oder von der Schwellenspannung des Schaltelements abhängig. Entsprechend bietet dies den Vorteil, dass auf diese Weise ein Messwert ermittelbar ist, der von der Gatespannung und/oder von der Schwellenspannung abhängt. Dies bietet somit den Vorteil, dass das Ermitteln des Messwerts auf besonders effiziente Weise erfolgen kann, da sowohl das Abgreifen der erforderlichen Spannungswerte als auch das Messen von Zeitdauern mittels eines integrierten Schaltkreises der Leistungsbaugruppe erfolgen kann und entsprechend keine zusätzliche Hardware erforderlich ist. Ferner bietet dies den Vorteil, dass die Spannungen und Zeitdauern mit sehr hoher Genauigkeit gemessen werden können und entsprechend der Messwert mit hoher Genauigkeit ermittelt werden kann. Darüber hinaus bietet die Offenbarung den Vorteil, dass die Leistungsbaugruppe keine Mittel zur Messung der Gateladung und/oder Schwellenspannung des Schaltelements aufweisen muss und kein direktes Messern der Gateladung und/oder Schwellenspannung erforderlich ist. Das Erreichen der jeweiligen Spannungswerte durch die Gatespannung bzw. die an dem zweiten Schaltelement anliegende Spannung kann durch entsprechende Komparatoren ermittelt werden. So kann die Leistungsbaugruppe etwa einen Komparator zum Vergleich der am zweiten Schaltelement anliegenden Phasenspannung UPH mit einem Referenzwert UPH.REF und/oder einen Komparator zum Vergleich der Gatespannung UGS des Schaltelements mit einem vorbestimmten Spannungswert der ON-Spannung UON und/oder einen Komparator zum Vergleich der Gatespannung UGS des Schaltelements mit einem vorbestimmten Spannungswert UOFF umfassen. Manche oder alle der Komparatoren können dabei in den integrierten Schaltkreis integriert sein. Ferner kann die Leistungsbaugruppe und/oder der integrierte Schaltkreis dazu ausgelegt sein, ein Steuersignal und/oder einen Systemtakt bereitzustellen und/oder zu empfangen.
Optional umfasst das Ermitteln des Messwerts ein Messen zumindest zwei der folgenden Zeitdauern: Zeitdauer dtoN, OFF, Zeitdauer dtpH.i, Zeitdauer dtpH, 2. Dies bietet den Vorteil, dass dadurch der ermittelte Messwert eine besonders hohe Aussagekraft aufweisen kann und entsprechend der Vergleich des Messwerts mit den Kennwerten der verschiedenen Schaltelementtypen zu einer besonders genauen Auswahl des Ansteuerparametersatzes führen kann.
Das Ermitteln des Messwerts in der Leistungsbaugruppe kann ein Generieren einer Schaltflanke umfassen. Eine Schaltflanke ist dabei eine Signalflanke, welche im Verlauf der über dem zweiten Schaltelement, welches sich mit dem Schaltelement in einer Halbbrückenschaltung befindet, entsteht, wenn das Schaltelement geöffnet oder geschlossen wird und sich entsprechend die Spannung über dem zweiten Schaltelement aufbaut oder abbaut. Der Beginn und/oder das Ende des Spannungsaufbaus und/oder Spannungsabbaus kann dabei einen präzise ermittelbaren Zeitpunkt darstellen, welcher für die Messung zumindest mancher der oben genannten Zeitdauern herangezogen werden kann. Die Erzeugung der Schaltflanke kann optional in einem stromfreien Betriebszustand erfolgen. Dazu kann etwa ein weiteres Schaltelement, welches sich in einer anderen Halbbrücke der Halbbrückenschaltung mit dem Schaltelement befindet hochohmig geschaltet werden, sodass kein Strom durch die Last fließt.
Das Ermitteln des Messwerts in der Leistungsbaugruppe kann ferner ein Konfigurieren eines Gatetreiberausgangsstroms auf einen reduzierten Wert gegenüber eines Gatetreiberausgangsstroms zum Antreiben der Last mittels der Leistungsbaugruppe umfassen. Mit anderen Worten kann der Gatetreiberausgangsstrom, mittels welchem die Gateladung auf das Gate des Schaltelements aufgebracht wird, herabgesenkt werden gegenüber dem Gatetreiberausgangsstrom, der üblicherweise zum Antreiben der Last verwendet wird. Dadurch können die Spannungsverläufe verlangsamt und entsprechend die zu messenden Zeitdauern verlängert werden. Entsprechend können die gemessenen Zeitdauern und/oder Spannungswerte mit einer höheren Genauigkeit gemessen werden, wodurch die Genauigkeit bei der Ermittlung des Messwerts verbessert werden kann.
Das Verfahren kann ferner vorab ein Vorkonditionieren einer Phasenspannung auf einen bestimmten Wert umfassen. Der vorbestimmte Wert kann etwa bei OV oder bei der Versorgungsspannung UBAT liegen. Dies kann beispielsweise durch ein kurzzeitiges An- und Wiederabschalten des weiteren Schaltelements in der Halbbrückenschaltung erfolgen. Dadurch können definierte Bedingungen für die Durchführung der Messungen zur Bestimmung des Messwerts geschaffen werden.
Das Verfahren zur Auswahl eines Ansteuerparametersatzes kann optional für mehrere Schaltelemente der Leistungsbaugruppe durchgeführt werden. Sofern in einer Leistungsbaugruppe nur Schaltelemente eines Typs verbaut sind, für welche ein Ansteuerparametersatz auszuwählen ist, kann es ausreichend sein, das Verfahren lediglich für ein Schaltelement durchzuführen und sodann den sich daraus ergebenden Ansteuerparametersatz für alle verbauten Schaltelemente zu verwenden. Sofern nicht auszuschließen ist, dass Schaltelemente mehrerer verschiedener Typen in ein und derselben Leistungsbaugruppe verbaut sind, kann es vorteilhaft sein, das Verfahren für mehrere Schaltelemente und optional für alle der Schaltelemente separat durchzuführen und den am besten geeigneten Ansteuerparametersatz für jedes Schaltelement separat zu ermitteln, für welches das Verfahren durchgeführt wird.
Das Auswahlen des Ansteuerparametersatzes im Rahmen eines Verfahrens zum Antreiben einer Last kann dabei vor dem Antreiben des Elektromotors und/oder zu Beginn des Antreibens des Elektromotors erfolgen. Beispielsweise kann beim Starten der Leistungsbaugruppe eine Initialisierung der Leistungsbaugruppe stattfinden, wobei die Initialisierung das Auswahlen des Ansteuerparametersatzes umfasst. Alternativ oder zusätzlich kann das Auswahlen des Ansteuerparametersatzes auch bei laufender Applikation erfolgen, also etwa während des Antreibens der Last durch die Leistungsbaugruppe. Dies kann beispielsweise in regelmäßigen und/oder unregelmäßigen Abständen wiederholt werden. Dies kann den Vorteil bieten, dass auch Veränderungen in der Leistungsbaugruppe und insbesondere im Speicherelement, welche beispielsweise durch Verschleiß und/oder äußere Einflüsse auftreten können, erkannt und durch die Auswahl eines geeigneten Ansteuerparametersatzes berücksichtigt werden können.
Die Leistungsbaugruppe kann dazu ausgelegt sein, einen variablen Gatetreiberausgangsstrom zur Ansteuerung eines Gates des Schaltelements bereitzustellen. Insbesondere kann die Leistungsbaugruppe einen integrierten Schaltkreis umfassen, der dazu ausgelegt ist, einen variablen Gatetreiberausgangsstrom bereitzustellen. Dies bietet den Vorteil, dass der Gatetreiberausgangsstrom variiert werden kann. Optional kann dies dazu genutzt werden, für die Durchführung eines Verfahrens zur Auswahl eines Ansteuerparametersatzes den Gatetreiberausgangsstrom derart zu reduzieren, dass Schaltvorgänge des Schaltelements verlangsamt werden und die zu messenden Zeitdauern länger andauern und entsprechend mit größerer Genauigkeit gemessen werden können. Das relative Reduzieren des Gatetreiberausgangsstroms und die Verlängerung der Zeitdauern ist dabei mit Bezug zum regulären Gatetreiberausgangsstrom und den Zeitdauern bei regulärer Ansteuerung der Last zum regulären Betrieb der Last zu verstehen. Die Variation des Gatetreiberausgangsstroms kann dabei eine standardmäßige Funktion des in der Leistungsbaugruppe verbauten integrierten Schaltelements sein und/oder durch andere Komponenten der Leistungsbaugruppe verwirklicht werden.
Im Folgenden wird ein Beispiel für das Auswählen eines Parametersatzes für ein Schaltelement erläutert, ohne dass die Offenbarung darauf beschränkt ist.
Als Beispiel sei eine Applikation erwähnt, in der bei der Herstellung einer Leistungsbaugruppe ein oder mehrere FETs als Schaltelemente verbaut werden, die zumindest einem der folgenden Schaltelementtypen entsprechen:
- STB80NF55
- IRF530N
- IRF540N
- SUM70040E
Diese FETs weisen ähnliche Eigenschaften hinsichtlich ihrer Spannungsfestigkeiten und Betriebsströme auf und können in gleichartigen Gehäusen bereitgestellt werden. Entsprechend können prinzpiel I Schaltelemente eines beliebigen Schaltelementtyps der oben geannten Schaltelementtypen an einer bestimmten Stelle einer Leistungsbaugruppe alternativ verbaut werden. Allerdings können für eine effiziennte oder gar optimale Ansteuerung dieser Schaltelemente unterschiedliche Ansteuerparametersätze erforderlich sein. Daher ist es vorteilhaft, den einen oder mehrere verbauten Schaltelemente hinischtlich ihres Schaltelementtyps mit einem offenbarungsgemäßen Verfahren zu charakterisieren und sodann einen geeigneten, vorbestimmten Ansteuerparametersatz auszuwählen.
Beispielhaft werden zur Identifikation bzw. Charakterisierung des verbauten Schaltelements in einer Leistungsbaugruppe folgende Parameter verwendet: • Gatetreiberausgangsstrom: 10mA
• UOFF=0.8V
• UON=10V
• UPH,REF=1V
Dabei ist zu berücksichtigen, dass der geringe Gatestrom nur zur Identifikation bzw. Charakterisierung des Schaltelements genutzt wird, nicht aber für den regulären Betrieb der Leistungsbaugruppe bzw. des Schaltelements zum Antreiben einer Last. In der laufenden Applikation ist der Gatestrom typischerweise deutlich höher, um die Verlustleistung des FETs zu minimieren. Die Wahl von UpH.REF hat dabei lediglich einen vernachlässigbaren oder keinen nennenswerten Einfluß auf die Messung, da die Dauer der Schaltflanke im Vergleich zur Gesamtdauer des Schaltvorgangs sehr gering ist.
Mit den oben angegebenen Parametern ergeben sich folgende Messwerte für die jeweiligen Zeitdauern:
FET td,OFFn/|JS td,PH/|JS td,ON/|JS dtoN,OFF/|JS dtpH /pS
STB80NF55 0,8 1 ,5 10 8,5 0,7
IRF530N 0,296 1 ,11 3,7 2,59 0,814
IRF540N 0,568 2,13 7,1 4,97 1 ,562
SUM70040E 0,608 3,8 7,6 3,8 3,192
Damit lassen sich folgende Messwerte für die Zuordnung eines (typischerweise unbekannten) Schaltelements zu einem der Schaltelementtypen beispielhaft als Identifikationsmerkmale verwenden. Die Identifikationsmerkmale können dabei als Kennwert(e) für die jeweiligen Schaltelementtypen bereitgestellt werden:
1 ) td,oN > 8 ps: STB80NF55
2) td,oN < 4 ps: IRF530N 3) td.oN = 4 ps - 8 ps: IRF540N oder SUM70040E
Da im letzten Fall das Identifikationsmerkmal für beide FETs sehr nah beieinander liegt, kann sich ein weiterer Kennwert ggf. ein weiter Messwert für eine zuverlässige Unterscheidung dieser beiden Schaltelementtypen anbieten. Unter Hinzuziehung eines weiteren Messwerts, z.B. dtpH.i ist diese Unterscheidung mit einer größeren Genauigkeit möglich. Das weitere Kriterium zur Unterscheidung könnte im Fall 3) beispielsweise lauten: dtpH.i < 2 ps: IRF540N dtpH.i > 2 ps: SUM70040E
Würde man versuchen, ausschließlich dtpH.i zur Identifikation der FETs zu verwenden, wäre wiederum die Unterscheidung zwischen STB80NF55 und IRF530N wegen des geringen Unterschieds dieses Merkmals nur mit geringerer Zuverlässigkeit möglich.
Bei höherer Anzahl von zu unterscheidenden Schaltelementtypen kann die Verwendung von mehr als einem Identifikationsmerkmal bzw. mehr als einem Kennwert sinnvoll sein.
Des weiteren umfasst die Offenbarung die folgenden Gegenstände:
Ein Verfahren zur Auswahl eines Ansteuerparametersatzes für ein in einer Leistungsbaugruppe verbautes Schaltelement, das Verfahren umfassend:
- Bereitstellen von mehreren vorbestimmten Ansteuerparametersätzen und Kennwerten für mehrere verschiedene vorbestimmte Schaltelementtypen, wobei das in der Leistungsbaugruppe verbaute Schaltelement einem Schaltelementtyp der mehreren verschiedenen Schaltelemetttypen entspricht;
- Ermitteln eines Messwertes in der Leistungsbaugruppe, welcher von einem oder mehreren Schaltelementparametern des Schaltelements abhängig ist; - Vergleichen des ermittelten Messwerts mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen;
- Auswahlen eines Ansteuerparametersatzes der mehreren vorbestimmten Ansteuerparametersätze zur Ansteuerung des Schaltelements auf Basis des Vergleichs des ermittelten Messwertes mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen.
Dabei können der eine oder die mehreren Schaltelementparameter eine Gateladung des Schaltelements und/oder eine Schwellenspannung des Schaltelements umfassen.
Dabei können die mehreren vorbestimmten Ansteuerparametersätze einen oder mehrere der folgenden Parameter beinhalten, welche zur Ansteuerung eines Schaltelements eines der verschiedenen Schaltelementtypen ausgelegt sind:
- einen Ladestrom für das Schaltelement;
- einen Entladestrom des Schaltelements;
- eine Totzeit, in welcher das Schaltelement bei einem Schaltvorgang zeitgleich mit einem weiteren Schaltelement in einer Halbbrückenschaltung der Leistungsbaugruppe in geöffnetem Zustand verbleibt.
Dabei kann das Ermitteln des Messwertes ein Messen eines zeitlichen Spannungsverlaufs einer Gatespannung des Schaltelements und/oder ein Messen eines zeitlichen Spannungsverlaufs über ein zweites Schaltelement umfassen, welches sich mit dem Schaltelement in einer Halbbrückenschaltung der Leistungsbaugruppe befindet.
Das Ermitteln des Messwerts kann ein Messen einer oder mehrerer der folgenden Zeitdauern umfassen:
- eine Zeitdauer td.oFF zwischen einem Signalwechsel eines Ansteuersignals des Gatetreibersund dem Erreichen einer vorgegebenen OFF-Spannung UOFF durch die Gatespannung des Schaltelements; - eine Zeitdauer td.oN zwischen dem Signalwechsel eines Ansteuersignals des Gatetreibersund dem Erreichen einer ON-Spannung UON durch die Gatespannung des Schaltelements;
- eine Zeitdauer td.PH zwischen dem Signalwechsel eines Ansteuersignals des Gatetreibersund der Schaltflanke in der Halbbrückenschaltung;
- eine Zeitdauer dtpH.i zwischen dem Erreichen der OFF-Spannung UOFF am Schaltelement und der Schaltflanke in der Halbbrückenschaltung;
- eine Zeitdauer dtpH,2 zwischen dem Erreichen der Schaltflanke in der Halbbrücke und dem Erreichen der ON-Spannung UON am Schaltelement;
- eine Zeitdauer dtoN.oFF zwischen dem Erreichen der OFF-Spannung UOFF durch die Gatespannung des Schaltelements und dem Erreichen der ON- Spannung UON durch die Gatespannung des Schaltelements.
Das Ermitteln des Messwerts kann ein Messen zumindest zwei der folgenden Zeitdauern umfassen: Zeitdauer dtoN.oFF, Zeitdauer dtpH.i, Zeitdauer dtpH,2.
Das Ermitteln des Messwerts in der Leistungsbaugruppe kann ein Generieren einer Schaltflanke umfassen.
Das Ermitteln des Messwerts in der Leistungsbaugruppe kann ein Konfigurieren eines Gatetreiberausgangsstroms auf einen reduzierten Wert gegenüber eines Gatetreiberausgangsstroms zum Antreiben einer Last mittels der Leistungsbaugruppe umfassen.
Das Verfahren kann für mehrere Schaltelemente der Leistungsbaugruppe durchgeführt werden.
Ein Verfahren zum Antreiben einer Last mittels einer Leistungsbaugruppe, das Verfahren umfassend:
- Bereitstellen der Leistungsbaugruppe, wobei in der Leistungsbaugruppe zumindest ein Schaltelement verbaut ist, welches einem Schaltelementtyp von mehreren vorbestimmten verschiedenen Schaltelementtypen entspricht; - Auswahlen eines Ansteuerparametersatzes für das in der Leistungsbaugruppe verbaute Schaltelement mittels eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche;
- Antreiben der Last mittels der Leistungsbaugruppe unter Verwendung des ausgewählten Ansteuerparametersatzes zur Ansteuerung des Schaltelements.
Das Auswählen des Ansteuerparametersatzes kann vor dem Antreiben der Last und/oder zu Beginn des Antreibens der Last und/oder wiederholt während des Antreibens der Last erfolgen.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Leistungsbaugruppe, das Verfahren umfassend:
- Verbauen zumindest eines Schaltelements in der Leistungsbaugruppe, wobei das Schaltelement einem Schaltelementtyp von mehreren vorbestimmten verschiedenen Schaltelementtypen entspricht;
- Auswählen eines Ansteuerparametersatzes zur Ansteuerung des in der Leistungsbaugruppe verbauten Schaltelements mittels eines obengenannten Verfahrens;
- Speichern des ausgewählten Ansteuerparametersatzes zur Ansteuerung des in der Leistungsbaugruppe verbauten Schaltelements in einem Speicherelement.
Dabei kann das Speicherelement als nicht-flüchtiges Speicherelement ausgebildet sein.
Ein integrierter Schaltkreis zum Ansteuern eines Schaltelements in einer Leistungsbaugruppe, wobei das Schaltelement einem Schaltelementtyp von mehreren vorbestimmten verschiedenen Schaltelementtypen entspricht und wobei der integrierte Schaltkreis dazu eingerichtet ist:
- mehrere vorbestimmte Ansteuerparametersätze und Kennwerte für die mehreren verschiedenen vorbestimmten Schaltelementtypen bereitzustellen; - einen Messwert in der Leistungsbaugruppe zu ermitteln, welcher von einem oder mehreren Schaltelementparametern des Schaltelements abhängig ist;
- den ermittelten Messwert mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen zu vergleichen;
- einen Ansteuerparametersatz der mehreren vorbestimmten Ansteuerparametersätze zur Ansteuerung des Schaltelements auf Basis des Vergleichs des ermittelten Messwertes mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen auszuwählen.
Der eine oder die mehreren Schaltelementparameter können eine Gateladung des Schaltelements und/oder eine Schwellenspannung des Schaltelements umfassen.
Der integrierte Schaltkreis kann dazu ausgelegt sein, einen variablen Gatetreiberausgangsstrom zur Ansteuerung eines Gates des Schaltelements bereitzustellen.
Eine Leistungsbaugruppe zur Ansteuerung einer Last, wobei die Leistungsbaugruppe zumindest ein Schaltelement eines Schaltelementtyps von mehreren vorbestimmten verschiedenen Schaltelementtypen aufweist; und wobei die Leistungsbaugruppe dazu eingerichtet ist:
- mehrere vorbestimmte Ansteuerparametersätze und Kennwerte für die mehreren verschiedenen vorbestimmten Schaltelementtypen bereitzustellen;
- einen Messwert in der Leistungsbaugruppe zu ermitteln, welcher von einem oder mehreren Schaltelementparametern des Schaltelements abhängig ist;
- den ermittelten Messwert mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen zu vergleichen;
- einen Ansteuerparametersatz der mehreren vorbestimmten Ansteuerparametersätze zur Ansteuerung des Schaltelements auf Basis des Vergleichs des ermittelten Messwertes mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen auszuwählen. Der eine oder die mehreren Schaltelementparameter können eine Gateladung des Schaltelements und/oder eine Schwellenspannung des Schaltelements umfassen.
Die Leistungsbaugruppe kann ferner dazu eingerichtet sein, das Ermitteln des Messwerts, das Vergleichen des Messwerts mit den Kennwerten und das Auswahlen des Parametersatzes bei einer Inbetriebnahme der Leistungsbaugruppe und/oder bei jedem Anlegen einer Versorgungsspannung an die Leistungsbaugruppe und/oder bei jedem Start der Leistungsbaugruppe (104) und/oder während eines laufenden Betriebs der Leistungsbaugruppe durchzuführen.
Die Leistungsbaugruppe kann ferner dazu eingerichtet sein, die Last unter Verwendung des ausgewählten Ansteuerparametersatzes zur Ansteuerung des Schaltelements anzutreiben.
Das Schaltelement kann als Feldeffekttransistor ausgebildet sein oder einen solchen umfasst.
Die Leistungsbaugruppe kann dazu ausgelegt sein, einen variablen Gatetreiberausgangsstrom zur Ansteuerung eines Gates des Schaltelements bereitzustellen.
Die oben genannten und im Folgenden erläuterten Merkmale und Ausführungsformen sind dabei nicht nur als in den jeweils explizit genannten Kombinationen offenbart anzusehen, sondern sind auch in anderen technisch sinnhaften Kombinationen und Ausführungsformen vom Offenbarungsgehalt umfasst.
Weitere Einzelheiten und Vorteile sollen nun anhand von den folgenden Beispielen und optionalen Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 in einer schematischen Darstellung eine Leistungsbaugruppe gemäß einer optionalen Ausführungsform zur Ansteuerung einer Last;
Figur 2A in einer schematischen Darstellung eine optionale Anordnung des Schaltelements mit einem weiteren Schaltelement in einer Halbbrückenanordnung;
Figur 2B eine Halbbrücknanordnung mit Gate-Source Kapazitäten
Figur 3A ein Verfahren zur Initialisierung einer Leistungsbaugruppe mit einem verbauten Schaltelement;
Figur 3B ein Verfahren zur Erstinitialisierung einer Leistungsbaugruppe mit einem verbauten Schaltelement;
Figur 4 eine Erläuterung mehrerer zeitlicher Spannungsverläufe und Zeitdauern;
Figur 5 ein Verfahren zum Antreiben einer Last mittels einer Leistungsbaugruppe gemäß einer optionalen Ausführungsform;
Figur 6 ein Verfahren zur Herstellung einer Leistungsbaugruppe gemäß einer optionalen Ausführungsform;
Figur 7 eine Schaltung gemäß einer optionalen Ausführungsform zur Messung der oben genannten Zeitdauern in einer Leistungsbaugruppe;
Figur 8 eine Treiberschaltung gemäß einer optionalen Ausführungsform zur Bereitstellung eines variablen Gatetreiberausgangsstroms. In den folgenden Figuren werden gleiche oder ähnliche Elemente in den verschiedenen Ausführungsformen der Einfachheit halber mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Leistungsbaugruppe 100 gemäß einer optionalen Ausführungsform zur Ansteuerung einer Last 102. Dabei weist die Leistungsbaugruppe 100 zumindest ein Schaltelement 104 eines Schaltelementtyps von mehreren vorbestimmten verschiedenen
Schaltelementtypen auf. Das Schaltelement ist dabei als Feldeffekttransistor, FET, ausgestaltet und weist zumindest die Anschlüsse Source, Drain und Gate auf. Ferner weist die Leistungsbaugruppe 100 einen integrierten Schaltkreis 106 auf, der dazu eingerichtet sein kann, eine oder mehrere Funktionen der Leistungsbaugruppe 100 zu übernehmen. Die Leistungsbaugruppe 100 ist dazu eingerichtet, mehrere vorbestimmte Ansteuerparametersätze und Kennwerte für die mehreren verschiedenen vorbestimmten Schaltelementtypen bereitzustellen. Diese können auf einem Speicherelement 110 der Leistungsbaugruppe 110 gespeichert sein. Außerdem ist die Leistungsbaugruppe 100 dazu eingerichtet, einen Messwert in der Leistungsbaugruppe 100 zu ermitteln, welcher von einer Gateladung des Schaltelements 104 und/oder von einer Schwellenspannung des Schaltelements 104 abhängig ist, und den ermittelten Messwert mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen zu vergleichen. Außerdem ist die Leistungsbaugruppe 100 dazu eingerichtet, einen
Ansteuerparametersatz der mehreren vorbestimmten Ansteuerparametersätze zur Ansteuerung des Schaltelements 104 auf Basis des Vergleichs des ermittelten Messwertes mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen auszuwählen.
Die Leistungsbaugruppe 100 und insbesondere der integrierte Schaltkreis 106 sind ferner dazu ausgelegt, einen variablen Gatetreiberausgangsstrom zur Ansteuerung des Gates des Schaltelements 104 bereitzustellen. Die Leistungsbaugruppe 100 ist ferner dazu eingerichtet, das Ermitteln des Messwerts, das Vergleichen des Messwerts mit den Kennwerten und das Auswahlen des Parametersatzes bei einer Inbetriebnahme der Leistungsbaugruppe 100 durchzuführen. Außerdem kann die Leistungsbaugruppe 100 dazu eingerichtet sein, das Verfahren zur Auswahl der Ansteuerparameter während des Betriebs wiederholt durchzuführen.
Die Leistungsbaugruppe 100 ist sodann dazu eingerichtet, die Last 102 unter Verwendung des ausgewählten Ansteuerparametersatzes zur Ansteuerung des Schaltelements 104 anzutreiben.
Ferner kann die Leistungsbaugruppe 100 zumindest ein zweites Schaltelement 108 aufweisen. Das zweite Schaltelement 108 kann dabei zusammen mit dem Schaltelement 104 in einer Halbbrückenschaltung angeordnet werden und zusammen mit dem Schaltelement 104 dazu dienen, die Last 102 anzutreiben bzw. anzusteuern und eine Stromzufuhr zur Last 102 zu steuern. Optional kann das zweite Schaltelement 108 demselben Schaltelementtyp entsprechen wie das Schaltelement 104. Außerdem weist die Leistungsbaugruppe 100 ein Speicherelement 110 auf, in welchem insbesondere Ansteuerparametersätze abgespeichert sein können. Das Speicherelement 110 kann optional einen Teil des integrierten Schaltkreises 106 bilden.
Figur 2A zeigt in einer schematischen Darstellung eine optionale Anordnung des Schaltelements 104 mit dem Schaltelement 108 in einer Halbbrückenanordnung. Die Schaltelemente 104 und 108 sind jeweils als Feldeffekttransistor, FET, ausgebildet, welche jeweils ein Gate 104a, 108a, eine Source 104b, 108b und ein Drain 104c, 108c aufweisen. Die dabei anliegenden Spannungen, welche im Rahmen eines offenbarungsgemäßen Verfahrens optional gemessen werden, sind an den jeweiligen Stellen indiziert. Dabei indiziert UBAT eine bereitgestellte Batteriespannung, UGSH die Gatespannung am Schaltelement 104 zwischen Gate 104a und Source 104b, UGSL die Gatespannung am Schaltelement 108 zwischen Gate 108a und Source 108b, und UPH die am zweiten Schaltelement 108 zwischen Source 108b und Drain 108c anliegende Phasenspannung. Figur 2B zeigt eine Halbbrückenschaltung, welche zwei Gate-Source Kapazitäten CGS aufweist, wie im einleitenden Teil beschrieben.
Mit Verweis auf Figur 3A wird beispielhaft ein Verfahren 300 zur Initialisierung einer Leistungsbaugruppe 100 mit einem verbauten Schaltelement 104 beschrieben, welches optional mit einer Leistungsbaugruppe 100 gemäß der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform durchführbar ist. Das Verfahren 300 umfasst in einem Schritt 302 ein Bereitstellen von mehreren vorbestimmten Ansteuerparametersätzen und Kennwerten für mehrere verschiedene vorbestimmte Schaltelementtypen, wobei das in der Leistungsbaugruppe 100 verbaute Schaltelement 104 einem Schaltelementtyp der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen entspricht.
In einem weiteren Schritt 304 umfasst das Verfahren 300 ein Ermitteln eines Messwertes in der Leistungsbaugruppe 100, welcher von einer Gateladung des Schaltelements 104 und/oder von einer Schwellenspannung des Schaltelements 104 abhängig ist. Das Ermitteln des Messwerts in der Leistungsbaugruppe 100 kann dabei ein Generieren einer Schaltflanke umfassen. Außerdem kann dies ein Konfigurieren eines Gatetreiberausgangsstroms auf einen reduzierten Wert gegenüber eines Gatetreiberausgangsstroms zum Antreiben der Last 102 mittels der Leistungsbaugruppe 100 umfassen, sodass die zeitlichen Verläufe der sich ändernden Spannungen beim Generieren der Schaltflanke verlangsamt werden und entsprechend eine Genauigkeit bei der Messung einschlägiger Zeitdauern erhöht werden kann. Zudem kann das Ermitteln des Messwertes ein Messen eines zeitlichen Spannungsverlaufs einer Gatespannung des Schaltelements und/oder ein Messen eines zeitlichen Spannungsverlaufs einer am zweiten Schaltelement 108 anliegenden Spannung umfassen, welches sich mit dem Schaltelement 104 in einer Halbbrückenschaltung der Leistungsbaugruppe 100 befindet, wie beispielhaft in Figur 2A gezeigt. In einem weiteren Schritt 306 umfasst das Verfahren 300 ein Vergleichen des ermittelten Messwerts mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen.
In einem weiteren Schritt 308 umfasst das Verfahren 300 ein Auswahlen eines Ansteuerparametersatzes der mehreren vorbestimmten Ansteuerparametersätze zur Ansteuerung des Schaltelements 104 auf Basis des Vergleichs des ermittelten Messwertes mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen.
In einem weiteren Schritt 310 erfolgt ein Festlegen des ausgewählten Ansteuerparametersatzes für die Ansteuerung des Schaltelements 104 während eines Betriebs der initialisierten Leistungsbaugruppe 100.
Mit Verweis auf Figur 3B wird beispielhaft ein Verfahren 350 gemäß einer optionalen Ausführungsform zur Erstinitialisierung einer Leistungsbaugruppe 100 mit einem verbauten Schaltelement (104) erläutert. Das Verfahren 350 umfasst ein Bereitstellen 352 von mehreren vorbestimmten Ansteuerparametersätzen und Kennwerten für mehrere verschiedene vorbestimmte Schaltelementtypen, wobei das in der Leistungsbaugruppe 100 verbaute Schaltelement 104 einem Schaltelementtyp der mehreren verschiedenen Schaltelemetttypen entspricht.
Ferner umfasst das Verfahren 350 ein Ermitteln 354 eines Messwertes in der Leistungsbaugruppe 100, welcher von einem oder mehreren Schaltelementparametern des Schaltelements 104 abhängig ist.
Zudem umfasst das Verfahren 350 ein Vergleichen 356 des ermittelten Messwerts mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen.
Ferner umfasst das Verfahren ein Auswählen 358 eines Ansteuerparametersatzes der mehreren vorbestimmten Ansteuerparametersätze zur Ansteuerung des Schaltelements 104 auf Basis des Vergleichs des ermittelten Messwertes mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen.
Zudem umfasst das Verfahren 350 ein Speichern 360 des ausgewählten Ansteuerparametersatzes zur Ansteuerung des in der Leistungsbaugruppe 100 verbauten Schaltelements (104) in einem Speicherelement 110.
Das beschriebene Verfahren 300 bzw. 350 kann optional für mehrere Schaltelemente 104, 108 der Leistungsbaugruppe 100 durchgeführt werden. Das Verfahren 300 ermöglicht dabei, ein Schaltelement 104 zu identifizieren bzw. zu charakterisieren und entsprechend einen am besten geeigneten Ansteuerparametersatz aus mehreren vorbestimmten und bereitgestellten Ansteuerparametersätzen auszuwählen, um die jeweiligen Schaltelemente 104, 108 auf effiziente Weise anzusteuern.
Die mehreren vorbestimmten Ansteuerparametersätze können einen oder mehrere der folgenden Parameter beinhalten, welche zur Ansteuerung des Schaltelements 104 eines der verschiedenen Schaltelementtypen ausgelegt sind. Insbesondere können die Parameter einen Ladestrom für das Schaltelement 104, einen Entladestrom des Schaltelements 104 und eine Totzeit, in welcher das Schaltelement 104 bei einem Schaltvorgang zeitgleich mit einem weiteren Schaltelement 108 in einer Halbbrückenschaltung der Leistungsbaugruppe 100 in geöffnetem Zustand verbleibt.
Mit Verweis auf Figur 4 werden im Folgenden mehrere zeitliche Spannungsverläufe und Zeitdauern angegeben, welche im Rahmen des Ermittelns des Messwerts gemäß Schritt 304 des Verfahrens 300 relevant sein können.
Dabei sind mehrere Signale in den Graphen in Abschnitten a), b) und c) der Figur 4 gezeigt, welche das jeweilige Signal bzw. die Spannung in beliebigen Einheiten auf der vertikalen Achse und eine gemeinsame Zeitachse in beliebigen Einheiten auf der horizontalen Achse auftragen. Der Graph in Abschnitt a) zeigt den zeitlichen Verlauf eines Steuersignals HS, mittels welchem ein Übergang vom geöffneten in den geschlossenen Zustand des Schaltelements 104 herbeigeführt wird. Der Graph in Abschnitt b) zeigt die Gatespannung UGSH des Schaltelements 104 und der Graph in Abschnitt c) zeigt eine Phasenspannung UPH, welche sowohl an dem zweiten Schaltelement 108 zwischen Source 108b und Drain 108c als auch an einem Ausgang der Leistungsbaugruppe anliegt.
Betrachtet man die Graphen in den Abschnitten a) bis c) in Zusammenschau, so ist erkennbar, dass das Schließen des Schaltelements 104, ausgelöst durch das Steuersignal HS, zunächst einen Ansteigen der Gatespannung UGSH des Schaltelements 104 verursacht und bei Erreichen einer Schwellenspannung Uth zum zeitlich verzögerten Entstehen einer Schaltflanke führt, d.h. zu einem steilen Anstieg in der Spannung in der Last 102 und am zweiten Schaltelement 108. Durch Absenken des Gatetreiberausgangsstroms, mit welchem das Gate 104a des Schaltelements 104 angesteuert wird und welches die Gatespannung UGSH am ersten Schaltelement 104 verursacht, können der Anstieg der Spannungen und entsprechend die indizierten Zeitdauern verlängert werden.
Der dargestellte Schaltvorgang ist dabei unter anderem durch folgende Spannungen und Zeitdauern gekennzeichnet, welche durch die Leistungsbaugruppe 100 gemessen werden können und für die Ermittlung des Messwerts zur Auswahl des Ansteuerparametersatzes herangezogen werden können. Manche oder alle der Zeitdauern können von der Gateladung des Schaltelements 104 und/oder von der Schwellenspannung des Schaltelements 104 abhängen. Dennoch ist es nicht erforderlich, die Gateladung und/oder die Schwellenspannung an sich zu messen. Die Messung kann sich vielmehr auf eine oder mehrere der folgenden Zeitdauern beschränken, wofür die technischen Anforderungen geringer sein können, als dies für eine direkte Messung der Gateladung der Fall wäre. Das Ermitteln des Messwerts in Schritt 304 kann ein Messen einer Zeitdauer td.oFF zwischen einem Schließen des Schaltelements, d.h. dem Vorliegen des Steuersignals HS, und dem Erreichen einer vorgegebenen OFF-Spannung UOFF durch die Gatespannung des Schaltelements 104 umfassen.
Alternativ oder zusätzlich kann das Ermitteln des Messwerts in Schritt 304 ein Messen einer Zeitdauer td.oN zwischen dem Schließen des Schaltelements 104 und dem Erreichen einer ON-Spannung UON durch die Gatespannung des Schaltelements 104 umfassen.
Alternativ oder zusätzlich kann das Ermitteln des Messwerts in Schritt 304 ein Messen einer Zeitdauer td.PH zwischen dem Schließen des Schaltelements 104 und dem Erreichen einer maximalen Spannung zwischen Source 108b und Drain 108c am zweiten Schaltelement 108 in der Halbbrückenschaltung mit dem Schaltelement 104 umfassen.
Alternativ oder zusätzlich kann das Ermitteln des Messwerts in Schritt 304 ein Messen einer Zeitdauer dtpH.i zwischen dem Erreichen der OFF-Spannung UOFF durch die Gatespannung am Schaltelement 104 und dem Erreichen einer maximalen Source-Drain Spannung am zweiten Schaltelement 108 in der Halbbrückenschaltung umfassen.
Alternativ oder zusätzlich kann das Ermitteln des Messwerts in Schritt 304 ein Messen einer Zeitdauer dtpH,2 zwischen dem Erreichen einer maximalen Source- Drain Spannung am zweiten Schaltelement 108 in der Halbbrückenschaltung und dem Erreichen der ON-Spannung UON am Schaltelement 104 umfassen.
Alternativ oder zusätzlich kann das Ermitteln des Messwerts in Schritt 304 ein Messen einer Zeitdauer dtoN.oFF zwischen dem Erreichen der OFF-Spannung UOFF durch die Gatespannung des Schaltelements und dem Erreichen der ON- Spannung UON durch die Gatespannung des Schaltelements 104 umfassen. Auf Basis einer oder mehrerer der gemessenen Zeitdauern kann sodann der Messwert ermittelt werden, welcher mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen verglichen werden kann, um darauf basierend den Ansteuersatz eines Schaltelementtyps auszuwählen, dem das Schaltelement 104 entspricht.
Optional umfasst das Ermitteln des Messwerts in Schritt 304 ein Messen zumindest zwei der folgenden Zeitdauern: Zeitdauer dtoN.oFF, Zeitdauer dtpH.i, Zeitdauer dtpH,2. Dadurch kann eine Genauigkeit erhöht werden und die Auswahl des Ansteuersatzes für das Schaltelement 104 besonders zuverlässig erfolgen.
Das oben beschriebene Verfahren zur Auswahl eines Ansteuerparametersatzes für ein Schaltelement 104 kann in ein Verfahren zum Antreiben einer Last 102 mit einer Leistungsbaugruppe 100 und/oder in Verfahren zur Herstellung einer Leistungsbaugruppe 100 implementiert sein. Das Verfahren kann dabei von einer Leistungsbaugruppe 100 und/oder von einem integrierten Schaltkreis 106 ausgeführt werden.
Mit Bezug zu Figur 5 wird ein Verfahren 500 zum Antreiben einer Last 102 mittels einer Leistungsbaugruppe 100 gemäß einer optionalen Ausführungsform beschrieben. Das Verfahren 500 umfasst in einem Schritt 502 ein Bereitstellen der Leistungsbaugruppe 100, wobei in der Leistungsbaugruppe 100 zumindest ein Schaltelement 104 verbaut ist, welches einem Schaltelementtyps von mehreren vorbestimmten verschiedenen Schaltelementtypen entspricht.
Ferner umfasst das Verfahren 500 in einem Schritt 504 ein Auswählen eines Ansteuerparametersatzes für das in der Leistungsbaugruppe 100 verbaute Schaltelement 104 mittels eines oben-beschriebenen Verfahrens 300.
Ferner umfasst das Verfahren 500 in einem Schritt 506 ein Antreiben der Last 102 mittels der Leistungsbaugruppe 100 unter Verwendung des ausgewählten Ansteuerparametersatzes zur Ansteuerung des Schaltelements 104. Das Auswahlen des Ansteuerparametersatzes gemäß Schritt 504 kann dabei optional vor dem Antreiben der Last 102 und/oder zu Beginn des Antreibens der Last 102 und/oder wiederholt während des Antreibens der Last 102 erfolgen.
Das oben beschriebene Verfahren 300 zur Auswahl eines
Ansteuerparametersatzes für ein Schaltelement 104 kann zudem in ein Verfahren zur Herstellung einer Leistungsbaugruppe 100 implementiert sein. Das Verfahren kann dabei von einer Leistungsbaugruppe 100 und/oder von einem integrierten Schaltkreis 106 ausgeführt werden.
Mit Bezug zu Figur 6 wird ein Verfahren 600 zur Herstellung einer Leistungsbaugruppe 100 gemäß einer optionalen Ausführungsform erläutert.
Das Verfahren 600 umfasst in Schritt 602 ein Verbauen zumindest eines Schaltelements 104 in der Leistungsbaugruppe 100, wobei das Schaltelement 104 einem Schaltelementtyp von mehreren vorbestimmten verschiedenen Schaltelementtypen entspricht.
In Schritt 604 umfasst das Verfahren 600 ein Auswählen eines Ansteuerparametersatzes zur Ansteuerung des in der Leistungsbaugruppe 100 verbauten Schaltelements 104 mittels des oben-beschriebenen Verfahrens 300.
In Schritt 604 umfasst das Verfahren 600 ein Speichern des ausgewählten Ansteuerparametersatzes zur Ansteuerung des in der Leistungsbaugruppe 100 verbauten Schaltelements 104 in einem Speicherelement 110. Das Speicherelement 110 kann dabei als nicht-flüchtiges Speicherelement ausgebildet sein, sodass der Ansteuerparametersatz dauerhaft gespeichert ist und für das Ansteuern der Last 102 fest hinterlegt ist.
Figur 7 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Schaltung 700 gemäß einer optionalen Ausführungsform zur Messung der oben genannten Zeitdauern in einer Leistungsbaugruppe 100. Optional kann eine Leistungsbaugruppe 100 und/oder ein integrierter Schaltkreis 106 der Leistungsbaugruppe 100 eine derartige Schaltung 700 umfassen. Die Schaltung 700 weist dabei einen Zähler 702 auf, welcher zum Messen von Zeitdauern ausgelegt ist und welcher das Steuersignal HS zum Öffnen und Schließen des Schaltelements 104 sowie ein Taktsignal 704 empfängt. Zudem weist die Schaltung 700 drei Komparatoren 706a, 706b und 706c auf, welche dazu ausgelegt sind, die Gatespannung bzw. die Source-Drain Spannung des Schaltelements 104 mit vorgegebenen Referenzwerten zu vergleichen.
Der Zähler 702 lässt sich optional durch verschiedene Ereignisse starten und stoppen. Zu diesen Ereignissen können optional zählen:
- Eine Änderung des Steuersignals HS, welches das entsprechende Schaltelement 104 einschaltet (oder abschaltet), d.h. schließt oder öffnet.
- Ein Über-/Unterschreiten der OFF-Spannung UOFF durch die Gatespannung, gemessen durch den Komparator 706c mit einer entsprechenden Referenzspannung UOFF.
- Ein Über-/Unterschreiten der ON-Spannung UON durch die Gatespannung, gemessen durch den Komparator 706b mit einer entsprechenden Referenzspannung UON.
- Ein Über-/Unterschreiten der Referenzphasenspannung UPH.REF durch die Phasenspannung UPH, gemessen durch den Komparator 706a mit einer entsprechenden Referenz für UPH.REF.
Die Auswahl der Start- oder Stop Ereignisse für den Zähler 702 kann dabei in Abhängigkeit von den vorhandenen Möglichkeiten in der Leistungsbaugruppe 100 gewählt werden. Alternativ oder zusätzlich können bei der Auswahl der Start- oder Stop-Ereignisse etwaige Unterschiede zwischen den Schaltelementtypen berücksichtigt werden. Figur 8 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Treiberschaltung 800 gemäß einer optionalen Ausführungsform zur Bereitstellung eines variablen, d.h. einstellbaren, Gatetreiberausgangsstroms. Die Treiberschaltung 800 weist ein Stromeinstellungselement 802 auf, mittels welchem der Gatetreiberausgangsstrom, welcher dem Gate 104a des Schaltelements 104 zugeführt wird eingestellt werden kann. Die Treiberschaltung 800 und insbesondere das Stromeinstellungselement 802 können Teil des integrierten Schaltkreises 106 und/oder der Leistungsbaugruppe 100 sein. Ferner weist die Treiberschaltung 800 einen Eingangsschalter 804 auf, der in geschlossenem Zustand das Gate 104a des Schaltelements 104 mit dem Potenzial der Batteriespannung verbindet, und einen Ausgangsschalter 806, der in geschlossenem Zustand das Gate 104a mit dem Massepotenzial verbindet. In jedem Schaltzustand ist maximal einer der beiden Schalter 804, 806 geschlossen. Ist der Eingangsschalter 804 geschlossen, fließt ein Strom ION auf das Gate und das Schaltelement wird eingeschaltet bzw. geschlossen. Ist der Ausgangsschalter 806 geschlossen, wird das Gate 104a entladen und das Schaltelement 106 wird ausgeschaltet bzw. geöffnet, wobei die Gateladung als Strom IOFF abfließt. Gemäß anderen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Schaltelement 104 bei geladenem Gate geöffnet ist und bei entladenem Gate geschlossen ist.
Um den Ladevorgang und Entladevorgang des Gates 104a steuern zu können, weist die Treiberschaltung 800 ferner eine einstellbare Einschaltstromquelle 808 und eine einstellbare Ausschaltstromquelle 810 auf. Mit diesen kann die Stromstärke des Einschaltstroms ION bzw. des Ausschaltstroms IOFF begrenzt werden und entsprechend die Zeitdauern des Ladens bzw. Entladens des Gates 104a variiert werden. Dies ermöglicht das Variieren des Gatetreiberausgangsstroms und kann dazu genutzt werden, die eine oder mehreren zu messenden Zeitdauern beim Ermitteln des Messwerts in Schritt 304 zu verlängern, um eine höhere Genauigkeit zu erzielen. Gemäß anderen Ausführungsformen kann in der Treiberschaltung 800 lediglich eins Stromquelle für entweder den Einschaltvorgang oder den Ausschaltvorgang bereitgestellt werden. Die Leistungsbaugruppe 100 und optional der integrierte Schaltkreis 106 der Leistungsbaugruppe 100 können dabei optional eine oder mehrere solcher Treiberschaltungen 800 aufweisen.
Bezugszeichenliste
100 Leistungsbaugruppe
102 Last
104 Schaltelement
104a Gate
104b Source
104c Drain
106 integrierter Schaltkreis
108 zweites Schaltelement
108a Gate
108b Source
108c Drain
110 Speicherelement
300 Verfahren
302 - 310 Verfahrensschritte
350 Verfahren
352 - 360 Verfahrensschritte
500 Verfahren
502 - 506 Verfahrensschritte
600 Verfahren
602 - 606 Verfahrensschritte
700 Schaltung
702 Zähler
704 Taktsignal
706a, 706b, 706c Komparator 800 Treiberschaltung
802 Stromeinstellungselement
804 Einschaltschalter
806 Ausschaltschalter
808 Einschaltstromquelle
810 Ausschaltstromquelle
UBAT Batteriespannung bzw. Versorgungsspannung der Halbbrücke
UGSH Gatespannung des Schaltelements
UGSL Gatespannung des Schaltelements
UGS Gatespannung (Gate-Source Spannung)
UPH Phasenspannung
UPH.REF Referenzwert für Phasenspannung
UON ON-Spannung
UOFF OFF-Spannung
Uth Schwellenspannung
ION Einschaltstrom
IOFF Ausschaltstrom
CGS Gate-Source-Kapazität td.oN Zeitdauer bis Erreichen der ON-Spannung td.PH Zeitdauer bis Erreichen der Schaltflanke td.oFF Zeitdauer bis Erreichen der OFF-Spannung dtPH.i Zeitdauer zwischen OFF-Spannung und Anstieg der
Phasenspannung (Schaltflanke) dtpH,2 Zeitdauer zwischen Schaltflanke und ON-Spannung dtoN.oFF Zeitdauer zwischen Erreichen der OFF- und Erreichen der ON- Spannung

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren (300) zur Initialisierung einer Leistungsbaugruppe (100) mit einem verbauten Schaltelement (104), das Verfahren (300) umfassend:
- Bereitstellen (302) von mehreren vorbestimmten Ansteuerparametersätzen und Kennwerten für mehrere verschiedene vorbestimmte Schaltelementtypen, wobei das in der Leistungsbaugruppe (100) verbaute Schaltelement (104) einem Schaltelementtyp der mehreren verschiedenen Schaltelemetttypen entspricht;
- Ermitteln (304) eines Messwertes in der Leistungsbaugruppe (100), welcher von einem oder mehreren Schaltelementparametern des Schaltelements (104) abhängig ist;
- Vergleichen (306) des ermittelten Messwerts mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen;
- Auswählen (308) eines Ansteuerparametersatzes der mehreren vorbestimmten Ansteuerparametersätze zur Ansteuerung des Schaltelements (104) auf Basis des Vergleichs des ermittelten Messwertes mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen; und
- Festlegen (310) des ausgewählten Ansteuerparametersatzes für die Ansteuerung des Schaltelements (104) während eines Betriebs der initialisierten Leistungsbaugruppe (100).
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei das Festlegen des Ansteuerparametersatzes derart erfolgt, dass der festgelegte Ansteuerparametersatz während des gesamten Betriebs der initialisierten Leistungsbaugruppe (100) in unveränderter Weise beibehalten wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Initialisierung vor jeder Inbetriebnahme der Leistungsbaugruppe (100) und/oder bei jedem Einschaltvorgang der Leistungsbaugruppe (100) erfolgt.
4. Verfahren (350) zur Erstinitialisierung einer Leistungsbaugruppe (100) mit einem verbauten Schaltelement (104), das Verfahren (300) umfassend:
- Bereitstellen (352) von mehreren vorbestimmten Ansteuerparametersätzen und Kennwerten für mehrere verschiedene vorbestimmte Schaltelementtypen, wobei das in der Leistungsbaugruppe (100) verbaute Schaltelement (104) einem Schaltelementtyp der mehreren verschiedenen Schaltelemetttypen entspricht;
- Ermitteln (354) eines Messwertes in der Leistungsbaugruppe (100), welcher von einem oder mehreren Schaltelementparametern des Schaltelements (104) abhängig ist;
- Vergleichen (356) des ermittelten Messwerts mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen;
- Auswählen (358) eines Ansteuerparametersatzes der mehreren vorbestimmten Ansteuerparametersätze zur Ansteuerung des Schaltelements (104) auf Basis des Vergleichs des ermittelten Messwertes mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen; und
- Speichern (360) des ausgewählten Ansteuerparametersatzes zur Ansteuerung des in der Leistungsbaugruppe (100) verbauten Schaltelements (104) in einem Speicherelement (110).
5. Verfahren (350) gemäß Anspruch 4, wobei die Erstinitialisierung der Leistungsbaugruppe im Rahmen eines Herstellungsverfahrens der Leistungsbaugruppe (100) oder vor einer Erstinbetriebnahme der Leistungsbaugruppe (100) erfolgt.
6. Verfahren (350) gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei das Speichern (360) des ausgewählten Ansteuerparametersatzes zur Ansteuerung des in der Leistungsbaugruppe (100) verbauten Schaltelements (104) in dem Speicherelement (110) derart erfolgt, dass während eines Betriebs der Leistungsbaugruppe (100) der gespeicherte Ansteuerparametersatz in unveränderbarer Weise zur Ansteuerung des in der Leistungsbaugruppe (100) verbauten Schaltelements verwendet wird.
7. Verfahren (350) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Speicherelement (110) als nicht-flüchtiges Speicherelement ausgebildet ist.
8. Verfahren (300, 350) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren als computer-implementiertes Verfahren ausgestaltet ist.
9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der eine oder die mehreren Schaltelementparameter eine Gateladung des Schaltelements (104) und/oder eine Schwellenspannung des Schaltelements (104) umfassen.
10. Verfahren (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mehreren vorbestimmten Ansteuerparametersätze einen oder mehrere der folgenden Parameter beinhalten, welche zur Ansteuerung eines Schaltelements (104) eines der verschiedenen Schaltelementtypen ausgelegt sind:
- einen Ladestrom für das Schaltelement (104);
- einen Entladestrom des Schaltelements (104);
- eine Totzeit, in welcher das Schaltelement (104) bei einem Schaltvorgang zeitgleich mit einem weiteren Schaltelement (108) in einer Halbbrückenschaltung der Leistungsbaugruppe (100) in geöffnetem Zustand verbleibt.
11 . Verfahren (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei das Ermitteln des Messwertes ein Messen eines zeitlichen Spannungsverlaufs einer Gatespannung des Schaltelements (104) und/oder ein Messen eines zeitlichen Spannungsverlaufs über ein zweites Schaltelement (108) umfasst, welches sich mit dem Schaltelement in einer Halbbrückenschaltung der Leistungsbaugruppe (100) befindet.
12. Verfahren (300) gemäß Anspruch 11 , wobei das Ermitteln (304) des Messwerts ein Messen einer oder mehrerer der folgenden Zeitdauern umfasst: - eine Zeitdauer td.oFF zwischen einem Signalwechsel eines Ansteuersignals des Gatetreibersund dem Erreichen einer vorgegebenen OFF-Spannung UOFF durch die Gatespannung des Schaltelements (104);
- eine Zeitdauer td.oN zwischen dem Signalwechsel eines Ansteuersignals des Gatetreibersund dem Erreichen einer ON-Spannung UON durch die Gatespannung des Schaltelements (104);
- eine Zeitdauer td.PH zwischen dem Signalwechsel eines Ansteuersignals des Gatetreibersund der Schaltflanke in der Halbbrückenschaltung;
- eine Zeitdauer dtpH.i zwischen dem Erreichen der OFF-Spannung UOFF am Schaltelement (104) und der Schaltflanke in der Halbbrückenschaltung;
- eine Zeitdauer dtpH,2 zwischen dem Erreichen der Schaltflanke in der Halbbrücke und dem Erreichen der ON-Spannung UON am Schaltelement (104);
- eine Zeitdauer dtoN.oFF zwischen dem Erreichen der OFF-Spannung UOFF durch die Gatespannung des Schaltelements (104) und dem Erreichen der ON-Spannung UON durch die Gatespannung des Schaltelements (104).
13. Verfahren (300) gemäß Anspruch 12, wobei das Ermitteln (304) des Messwerts ein Messen zumindest zwei der folgenden Zeitdauern umfasst: Zeitdauer dtoN.oFF, Zeitdauer dtpH.i, Zeitdauer dtpH,2.
14. Verfahren (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln (304) des Messwerts in der Leistungsbaugruppe ein Generieren einer Schaltflanke umfasst.
15. Verfahren (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln (304) des Messwerts in der Leistungsbaugruppe (100) ein Konfigurieren eines Gatetreiberausgangsstroms auf einen reduzierten Wert gegenüber eines Gatetreiberausgangsstroms zum Antreiben einer Last (102) mittels der Leistungsbaugruppe (100) umfasst.
16. Verfahren (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren (300) für mehrere Schaltelemente (104, 108) der Leistungsbaugruppe (100) durchgeführt wird.
17. Verfahren (600) zur Herstellung einer Leistungsbaugruppe (100), das Verfahren (600) umfassend:
- Verbauen (602) zumindest eines Schaltelements (104) in der Leistungsbaugruppe (100), wobei das Schaltelement (104) einem Schaltelementtyp von mehreren vorbestimmten verschiedenen Schaltelementtypen entspricht;
- Auswahlen (604) eines Ansteuerparametersatzes zur Ansteuerung des in der Leistungsbaugruppe (100) verbauten Schaltelements (104) mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8;
- Speichern (606) des ausgewählten Ansteuerparametersatzes zur Ansteuerung des in der Leistungsbaugruppe (100) verbauten Schaltelements (104) in einem Speicherelement (110).
18. Verfahren (600) gemäß Anspruch 17, wobei das Speicherelement (110) als nicht-flüchtiges Speicherelement ausgebildet ist.
19. Integrierter Schaltkreis (106) zum Ansteuern eines Schaltelements (104) in einer Leistungsbaugruppe (100), wobei das Schaltelement (104) einem Schaltelementtyp von mehreren vorbestimmten verschiedenen Schaltelementtypen entspricht und wobei der integrierte Schaltkreis dazu eingerichtet ist, bei einer Initialisierung der Leistungsbaugruppe die folgenden Schritte durchzuführen:
- mehrere vorbestimmte Ansteuerparametersätze und Kennwerte für die mehreren verschiedenen vorbestimmten Schaltelementtypen bereitzustellen;
- einen Messwert in der Leistungsbaugruppe (100) zu ermitteln, welcher von einem oder mehreren Schaltelementparametern des Schaltelements (104) abhängig ist; - den ermittelten Messwert mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen zu vergleichen;
- einen Ansteuerparametersatz der mehreren vorbestimmten Ansteuerparametersätze zur Ansteuerung des Schaltelements (104) auf Basis des Vergleichs des ermittelten Messwertes mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen auszuwählen; und
- den ausgewählten Ansteuerparametersatzes zur Ansteuerung des in der Leistungsbaugruppe (100) verbauten Schaltelements (104) in einem Speicherelement (110) zu speichern.
20. Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei der eine oder die mehreren Schaltelementparameter eine Gateladung des Schaltelements (104) und/oder eine Schwellenspannung des Schaltelements (104) umfassen.
21 . Integrierter Schaltkreis (106) gemäß Anspruch 19 oder 20, wobei der integrierte Schaltkreis (106) dazu ausgelegt ist, einen variablen Gatetreiberausgangsstrom zur Ansteuerung eines Gates (104a) des Schaltelements (104) bereitzustellen.
22. Leistungsbaugruppe (100) zur Ansteuerung einer Last (102), wobei die Leistungsbaugruppe (100) zumindest ein Schaltelement (104) eines Schaltelementtyps von mehreren vorbestimmten verschiedenen Schaltelementtypen aufweist; und wobei die Leistungsbaugruppe (100) dazu eingerichtet ist, bei einer Initialisierung der Leistungsbaugruppe (100) die folgenden Schritte durchzuführen:
- mehrere vorbestimmte Ansteuerparametersätze und Kennwerte für die mehreren verschiedenen vorbestimmten Schaltelementtypen bereitzustellen;
- einen Messwert in der Leistungsbaugruppe zu ermitteln, welcher von einem oder mehreren Schaltelementparametern des Schaltelements (104) abhängig ist;
- den ermittelten Messwert mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen zu vergleichen; - einen Ansteuerparametersatz der mehreren vorbestimmten Ansteuerparametersätze zur Ansteuerung des Schaltelements (104) auf Basis des Vergleichs des ermittelten Messwertes mit den Kennwerten der mehreren verschiedenen Schaltelementtypen auszuwählen; und
- den ausgewählten Ansteuerparametersatzes zur Ansteuerung des in der Leistungsbaugruppe (100) verbauten Schaltelements (104) in einem Speicherelement (110) zu speichern.
23. Leistungsbaugruppe (100) gemäß Anspruch 22, wobei der eine oder die mehreren Schaltelementparameter eine Gateladung des Schaltelements (104) und/oder eine Schwellenspannung des Schaltelements (104) umfassen.
24. Leistungsbaugruppe (100) gemäß Anspruch 22 oder 23, wobei die Leistungsbaugruppe (100) ferner dazu eingerichtet ist, das Ermitteln des Messwerts, das Vergleichen des Messwerts mit den Kennwerten und das Auswählen des Parametersatzes bei einer Inbetriebnahme der Leistungsbaugruppe (100) und/oder bei jedem Anlegen einer Versorgungsspannung an die Leistungsbaugruppe (104) und/oder bei jedem Start der Leistungsbaugruppe (104) und/oder während eines laufenden Betriebs der Leistungsbaugruppe (104) durchzuführen.
25. Leistungsbaugruppe (100) gemäß einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei die Leistungsbaugruppe (100) ferner dazu eingerichtet ist, die Last (102) unter Verwendung des ausgewählten Ansteuerparametersatzes zur Ansteuerung des Schaltelements (104) anzutreiben.
26. Leistungsbaugruppe (100) gemäß einem der Ansprüche 22 bis 25, wobei das Schaltelement (104) als Feldeffekttransistor ausgebildet ist oder einen solchen umfasst.
27. Leistungsbaugruppe (100) gemäß einem der Ansprüche 22 bis 26, wobei die Leistungsbaugruppe (100) dazu ausgelegt ist, einen variablen Gatetreiberausgangsstrom zur Ansteuerung eines Gates (104a) des
Schaltelements (104) bereitzustellen.
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DE112017008143T5 (de) 2017-10-03 2020-07-16 Mitsubishi Electric Corporation Ansteuerungsschaltung für Schaltelement, Leistungsumwandlungsvorrichtung, Aufzugsvorrichtung und Verfahren zum Treiben des Schaltelements
DE102019218998A1 (de) 2019-12-05 2021-06-10 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Ansteuerschaltung zum Ansteuern von mindestens einem zu schaltenden Leistungstransistor

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