一種用于控制半導(dǎo)體開關(guān)的方法和開關(guān)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于控制可控的半導(dǎo)體開關(guān)的方法和電路裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]從DE 43 01 605 Cl中已知，用于監(jiān)控功率電子電路中的可控的功率半導(dǎo)體器件的接通和關(guān)斷的方法和裝置。用于功率半導(dǎo)體器件的控制信號(hào)被以電退耦的方式輸送給柵電極。在用于接通功率半導(dǎo)體器件的控制信號(hào)中，由在切換功率半導(dǎo)體器件時(shí)加載柵電極的信號(hào)的電平變換和輸出電極上的電平變換形成計(jì)數(shù)信號(hào)。將計(jì)數(shù)信號(hào)相加并且與跟功率半導(dǎo)體器件的無缺點(diǎn)的工作方式相關(guān)聯(lián)的、預(yù)設(shè)的計(jì)數(shù)值進(jìn)行比較。在計(jì)數(shù)信號(hào)的總和和預(yù)設(shè)的計(jì)數(shù)值之間存在差異的情況下，通知故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的任務(wù)是，說明一種用于控制可控的半導(dǎo)體開關(guān)的方法和電路裝置，所述方法和所述電路裝置能夠?yàn)檫\(yùn)行半導(dǎo)體開關(guān)實(shí)現(xiàn)提高的運(yùn)行安全性。
[0004]所述任務(wù)借助獨(dú)立權(quán)利要求的主題來解決。有利的改進(jìn)方案由從屬權(quán)利要求得出。
[0005]用于借助控制信號(hào)通過受控的、分階段的接通和關(guān)斷來控制可控的半導(dǎo)體開關(guān)的方法根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面具有下述步驟。在分階段的接通和關(guān)斷的至少一個(gè)階段開始時(shí)開始時(shí)間測(cè)量以用于確定持續(xù)時(shí)間，其中時(shí)間測(cè)量至少持續(xù)至分階段的接通和關(guān)斷的跟隨所述至少一個(gè)階段的階段開始。此外，將確定的持續(xù)時(shí)間與預(yù)設(shè)的最大的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行比較。如果所確定的持續(xù)時(shí)間超過預(yù)設(shè)的最大的持續(xù)時(shí)間，那么對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)進(jìn)行控制，使得半導(dǎo)體開關(guān)切換到預(yù)設(shè)的運(yùn)行狀態(tài)中。
[0006]在此將分階段的接通和關(guān)斷理解成半導(dǎo)體開關(guān)的分步的接通或關(guān)斷，即半導(dǎo)體開關(guān)的接通或關(guān)斷具有至少兩個(gè)時(shí)間上彼此不同的步驟，所述步驟具有彼此獨(dú)立的控制參數(shù)，如在下文中進(jìn)一步闡述的那樣。
[0007]在此，用接通或關(guān)斷半導(dǎo)體開關(guān)表示半導(dǎo)體開關(guān)的相應(yīng)的各個(gè)接通或關(guān)斷過程，其中在接通過程中，半導(dǎo)體開關(guān)由開始的斷開的開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)變成閉合的開關(guān)狀態(tài)，并且在關(guān)斷過程中，半導(dǎo)體開關(guān)由開始的閉合的開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)變成斷開的開關(guān)狀態(tài)。
[0008]根據(jù)所述實(shí)施方式的方法能夠?yàn)檫\(yùn)行半導(dǎo)體開關(guān)實(shí)現(xiàn)提高的運(yùn)行安全性。這尤其通過下述方式進(jìn)行:在分階段的接通和關(guān)斷的至少一個(gè)階段開始時(shí)開始時(shí)間測(cè)量，并且時(shí)間測(cè)量持續(xù)至分階段的接通和關(guān)斷的跟隨所述至少一個(gè)階段的階段開始，將確定的持續(xù)時(shí)間與預(yù)設(shè)的最大的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行比較，以及在超過預(yù)設(shè)的最大的持續(xù)時(shí)間的情況下，將半導(dǎo)體開關(guān)切換到預(yù)設(shè)的運(yùn)行狀態(tài)中。因此，確定分階段的接通和關(guān)斷的至少一個(gè)階段的持續(xù)時(shí)間并且將該持續(xù)時(shí)間與預(yù)設(shè)的最大的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行比較并且在超過預(yù)設(shè)的最大的持續(xù)時(shí)間的情況下將半導(dǎo)體開關(guān)切換到預(yù)設(shè)的運(yùn)行狀態(tài)中。在此，基于下述考慮:超過預(yù)設(shè)的最大的持續(xù)時(shí)間使得推斷出故障狀態(tài)并且在該情況下應(yīng)將半導(dǎo)體開關(guān)置于以預(yù)設(shè)的運(yùn)行狀態(tài)的形式的安全的運(yùn)行狀態(tài)中。
[0009]所述方法因此能夠?qū)崿F(xiàn)更高的故障魯棒性和可靠性。監(jiān)控開關(guān)行為以及故障處理通過減少半導(dǎo)體開關(guān)的失效概率來提高可靠性。此外，滿足對(duì)于尤其在車輛應(yīng)用中的安全重要的電的或電子的系統(tǒng)的安全性要求。此外，提供擴(kuò)展的診斷可能性。
[0010]預(yù)設(shè)的運(yùn)行狀態(tài)優(yōu)選是半導(dǎo)體開關(guān)的關(guān)斷的運(yùn)行狀態(tài)。所述運(yùn)行狀態(tài)典型地表示在故障情況下的安全的運(yùn)行狀態(tài)。
[0011]在一個(gè)實(shí)施方式中，半導(dǎo)體開關(guān)具有控制端子、輸入電流端子以及輸出電流端子并且經(jīng)由控制端子可控。此外，控制信號(hào)是脈寬調(diào)制的控制信號(hào)。在所述實(shí)施方式中，控制半導(dǎo)體開關(guān)此外借助于驅(qū)動(dòng)電路單元來進(jìn)行，其中驅(qū)動(dòng)電路單元具有在半導(dǎo)體開關(guān)的控制端子和第一負(fù)供應(yīng)電壓端子之間布置的可控的第一驅(qū)動(dòng)開關(guān)和在半導(dǎo)體開關(guān)的控制端子和第二正供應(yīng)電壓端子之間布置的可控的第二驅(qū)動(dòng)開關(guān)，并且控制半導(dǎo)體開關(guān)通過受控地、分階段地接通和關(guān)斷第一驅(qū)動(dòng)開關(guān)和第二驅(qū)動(dòng)開關(guān)來進(jìn)行。該方法在本實(shí)施方式中還具有下述方法步驟。識(shí)別控制信號(hào)中的信號(hào)沿的第一類型或與第一類型不同的第二類型。信號(hào)沿的第一類型例如是上升的信號(hào)沿并且信號(hào)沿的第二類型是下降的信號(hào)沿。此外，測(cè)量半導(dǎo)體開關(guān)的輸入電流端子上的輸入端子電壓，并且將所測(cè)量的輸入端子電壓與參考輸入電壓進(jìn)行比較。在此，優(yōu)選地關(guān)于半導(dǎo)體開關(guān)的輸出電流端子上的電壓電勢(shì)測(cè)量半導(dǎo)體開關(guān)的輸入電流端子上的輸入端子電壓。在該情況下，輸入端子電壓是半導(dǎo)體開關(guān)的輸入電流端子上的電壓電勢(shì)和輸出電流端子上的電壓電勢(shì)之間的電勢(shì)差。此外，測(cè)量半導(dǎo)體開關(guān)的控制端子上的控制端子電壓并且將所測(cè)量的控制端子電壓與參考控制電壓進(jìn)行比較。在此，優(yōu)選地關(guān)于半導(dǎo)體開關(guān)的輸出電流端子上的電壓電勢(shì)測(cè)量半導(dǎo)體開關(guān)的控制端子上的控制端子電壓。在該情況下，控制端子電壓是半導(dǎo)體開關(guān)的控制端子上的電壓電勢(shì)和輸出電流端子上的電壓電勢(shì)之間的電勢(shì)差。在該實(shí)施方式中，半導(dǎo)體開關(guān)的控制通過根據(jù)以下內(nèi)容受控地、分階段地接通和關(guān)斷第一驅(qū)動(dòng)開關(guān)和第二驅(qū)動(dòng)開關(guān)來進(jìn)行:控制信號(hào)中的信號(hào)沿的被識(shí)別的直接在前的第一類型或第二類型和/或當(dāng)前測(cè)量的輸入端子電壓和參考輸入電壓之間的比較結(jié)果和/或當(dāng)前測(cè)量的控制端子電壓和參考控制電壓之間的比較結(jié)果。
[0012]尤其是，控制半導(dǎo)體開關(guān)在此能夠通過下述方式進(jìn)行:可選地利用預(yù)設(shè)的第一控制電壓、預(yù)設(shè)的第二控制電壓、預(yù)設(shè)的第一控制電流、與預(yù)設(shè)的第一控制電流無關(guān)的預(yù)設(shè)的第二控制電流、預(yù)設(shè)的第三控制電流、與預(yù)設(shè)的第三控制電流無關(guān)的預(yù)設(shè)的第四控制電流或相對(duì)于預(yù)設(shè)的第一控制電流和預(yù)設(shè)的第二控制電流更低的預(yù)設(shè)的第五控制電流受控地、分階段地接通和關(guān)斷第一驅(qū)動(dòng)開關(guān)和第二驅(qū)動(dòng)開關(guān)。例如，預(yù)設(shè)的第二控制電流相對(duì)于預(yù)設(shè)的第一控制電流更低并且預(yù)設(shè)的第四控制電流相對(duì)于預(yù)設(shè)的第三控制電流更低。
[0013]因此，在最后提到的實(shí)施方式中，半導(dǎo)體開關(guān)的開關(guān)過程分成多個(gè)階段，其中半導(dǎo)體開關(guān)的控制端子的重新加載根據(jù)相應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)在特定的開關(guān)階段中經(jīng)由可控的電流源進(jìn)行以及在其余的開關(guān)階段中經(jīng)由施加預(yù)設(shè)的電壓進(jìn)行，如在下文中進(jìn)一步闡述的那樣，其中所述電流源的電流值能夠針對(duì)每個(gè)階段單獨(dú)配置。借助所述方法，相對(duì)于其中控制端子經(jīng)由串聯(lián)電阻固定地被鉗制到接通或關(guān)斷電壓上的驅(qū)動(dòng)電路，開關(guān)損耗能夠明顯地降低。
[0014]在方法的另一個(gè)實(shí)施方式中，在接通半導(dǎo)體開關(guān)的第一階段中，在識(shí)別到控制信號(hào)中的直接在前的信號(hào)沿的第一類型時(shí)，用預(yù)設(shè)的第三控制電流來控制第二驅(qū)動(dòng)開關(guān)并且在接通的第一階段開始時(shí)開始第一時(shí)間測(cè)量以用于確定第一持續(xù)時(shí)間。在此，第一時(shí)間測(cè)量一直繼續(xù)，只要當(dāng)前測(cè)量的控制端子電壓不超過參考控制電壓。如果所確定的第一持續(xù)時(shí)間超過預(yù)設(shè)的第一最大持續(xù)時(shí)間，那么關(guān)斷第二驅(qū)動(dòng)開關(guān)并且用預(yù)設(shè)的第二控制電流來控制第一驅(qū)動(dòng)開關(guān)。
[0015]此外，在另一個(gè)設(shè)計(jì)方案中，在接通半導(dǎo)體開關(guān)的第二階段中，在參考控制電壓由當(dāng)前測(cè)量的控制端子電壓超過時(shí)，用第四控制電流來控制第二驅(qū)動(dòng)開關(guān)并且在接通的第二階段開始時(shí)結(jié)束第一時(shí)間測(cè)量并且開始第二時(shí)間測(cè)量以用于確定第二持續(xù)時(shí)間。第二時(shí)間測(cè)量一直繼續(xù)，只要當(dāng)前測(cè)量的輸入端子電壓不超過參考輸入電壓。如果所確定的第二持續(xù)時(shí)間超過預(yù)設(shè)的第二最大持續(xù)時(shí)間，那么關(guān)斷第二驅(qū)動(dòng)開關(guān)并且用預(yù)設(shè)的第五控制電流來控制第一驅(qū)動(dòng)開關(guān)。
[0016]此外，在接通的第二階段中，第一時(shí)間測(cè)量在以下情況下可以持續(xù)，即當(dāng)前測(cè)量的控制端子電壓又低于參考控制電壓。如果所確定的第一持續(xù)時(shí)間超過預(yù)設(shè)的第一最大持續(xù)時(shí)間，那么在此關(guān)斷第二驅(qū)動(dòng)開關(guān)并且用預(yù)設(shè)的第二控制電流來控制第一驅(qū)動(dòng)開關(guān)。
[0017]優(yōu)選地，在接通半導(dǎo)體開關(guān)的第三階段中，在當(dāng)前測(cè)量的輸入端子電壓低于參考輸入電壓時(shí)，用預(yù)設(shè)的第二控制電壓來控制第二驅(qū)動(dòng)開關(guān)并且結(jié)束第二時(shí)間測(cè)量。在此，在接通的第三階段中，將輸入端子電壓重復(fù)測(cè)量并且與參考輸入電壓進(jìn)行比較。如果重復(fù)測(cè)量的輸入端子電壓超過參考輸入電壓，那么關(guān)斷第二驅(qū)動(dòng)開關(guān)并且用預(yù)設(shè)的第五控制電流來控制第一驅(qū)動(dòng)開關(guān)。
[0018]此外，在接通的第三階段中，第一時(shí)間測(cè)量可以在以下情況下持續(xù)，即當(dāng)前測(cè)量的控制端子電壓又低于參考控制電壓。如果所確定的第一持續(xù)時(shí)間超過預(yù)設(shè)的第一最大持續(xù)時(shí)間，那么在此關(guān)斷第二驅(qū)動(dòng)開關(guān)并且用預(yù)設(shè)的第二控制電流來控制第一驅(qū)動(dòng)開關(guān)。
[0019]在方法的另一個(gè)實(shí)施方式中，在預(yù)設(shè)的第五持續(xù)時(shí)間內(nèi)用預(yù)設(shè)的第五控制電流控制第一驅(qū)動(dòng)開關(guān)。在達(dá)到預(yù)設(shè)的第五持續(xù)時(shí)間之后，將控制端子電壓重復(fù)測(cè)量并且與參考控制電壓進(jìn)行比較。
[0020]在此，如果重復(fù)測(cè)量的控制端子電壓在達(dá)到預(yù)設(shè)的第五持續(xù)時(shí)間之后沒有低于參考控制電壓，那么優(yōu)選地將控制端子經(jīng)由電阻與負(fù)供應(yīng)電壓端子耦合或電連接。相反地，如果重