一種用于控制半導體開關(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體器件的接通和關(guān)斷的方法和裝置。用于功率半導體器件的控制信號被以電退耦的方式輸送給柵電極。在用于接通功率半導體器件的控制信號中，由在切換功率半導體器件時加載柵電極的信號的電平變換和輸出電極上的電平變換形成計數(shù)信號。將計數(shù)信號相加并且與跟功率半導體器件的無缺點的工作方式相關(guān)聯(lián)的、預(yù)設(shè)的計數(shù)值進行比較。在計數(shù)信號的總和和預(yù)設(shè)的計數(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為運行半導體開關(guān)實現(xiàn)提高的運行安全性。
[0004]所述任務(wù)借助獨立權(quán)利要求的主題來解決。有利的改進方案由從屬權(quán)利要求得出。
[0005]用于借助控制信號通過受控的、分階段的接通和關(guān)斷來控制可控的半導體開關(guān)的方法根據(jù)本發(fā)明的一個方面具有下述步驟。在分階段的接通和關(guān)斷的至少一個階段開始時開始時間測量以用于確定持續(xù)時間，其中時間測量至少持續(xù)至分階段的接通和關(guān)斷的跟隨所述至少一個階段的階段開始。此外，將確定的持續(xù)時間與預(yù)設(shè)的最大的持續(xù)時間進行比較。如果所確定的持續(xù)時間超過預(yù)設(shè)的最大的持續(xù)時間，那么對半導體開關(guān)進行控制，使得半導體開關(guān)切換到預(yù)設(shè)的運行狀態(tài)中。
[0006]在此將分階段的接通和關(guān)斷理解成半導體開關(guān)的分步的接通或關(guān)斷，即半導體開關(guān)的接通或關(guān)斷具有至少兩個時間上彼此不同的步驟，所述步驟具有彼此獨立的控制參數(shù)，如在下文中進一步闡述的那樣。
[0007]在此，用接通或關(guān)斷半導體開關(guān)表示半導體開關(guān)的相應(yīng)的各個接通或關(guān)斷過程，其中在接通過程中，半導體開關(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)所述實施方式的方法能夠為運行半導體開關(guān)實現(xiàn)提高的運行安全性。這尤其通過下述方式進行:在分階段的接通和關(guān)斷的至少一個階段開始時開始時間測量，并且時間測量持續(xù)至分階段的接通和關(guān)斷的跟隨所述至少一個階段的階段開始，將確定的持續(xù)時間與預(yù)設(shè)的最大的持續(xù)時間進行比較，以及在超過預(yù)設(shè)的最大的持續(xù)時間的情況下，將半導體開關(guān)切換到預(yù)設(shè)的運行狀態(tài)中。因此，確定分階段的接通和關(guān)斷的至少一個階段的持續(xù)時間并且將該持續(xù)時間與預(yù)設(shè)的最大的持續(xù)時間進行比較并且在超過預(yù)設(shè)的最大的持續(xù)時間的情況下將半導體開關(guān)切換到預(yù)設(shè)的運行狀態(tài)中。在此，基于下述考慮:超過預(yù)設(shè)的最大的持續(xù)時間使得推斷出故障狀態(tài)并且在該情況下應(yīng)將半導體開關(guān)置于以預(yù)設(shè)的運行狀態(tài)的形式的安全的運行狀態(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體開關(guān)的失效概率來提高可靠性。此外，滿足對于尤其在車輛應(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，提供擴展的診斷可能性。
[0010]預(yù)設(shè)的運行狀態(tài)優(yōu)選是半導體開關(guān)的關(guān)斷的運行狀態(tài)。所述運行狀態(tài)典型地表示在故障情況下的安全的運行狀態(tài)。
[0011]在一個實施方式中，半導體開關(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，控制信號是脈寬調(diào)制的控制信號。在所述實施方式中，控制半導體開關(guān)此外借助于驅(qū)動電路單元來進行，其中驅(qū)動電路單元具有在半導體開關(guān)的控制端子和第一負供應(yīng)電壓端子之間布置的可控的第一驅(qū)動開關(guān)和在半導體開關(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)動開關(guān)，并且控制半導體開關(guān)通過受控地、分階段地接通和關(guān)斷第一驅(qū)動開關(guān)和第二驅(qū)動開關(guān)來進行。該方法在本實施方式中還具有下述方法步驟。識別控制信號中的信號沿的第一類型或與第一類型不同的第二類型。信號沿的第一類型例如是上升的信號沿并且信號沿的第二類型是下降的信號沿。此外，測量半導體開關(guān)的輸入電流端子上的輸入端子電壓，并且將所測量的輸入端子電壓與參考輸入電壓進行比較。在此，優(yōu)選地關(guān)于半導體開關(guān)的輸出電流端子上的電壓電勢測量半導體開關(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體開關(guān)的輸入電流端子上的電壓電勢和輸出電流端子上的電壓電勢之間的電勢差。此外，測量半導體開關(guān)的控制端子上的控制端子電壓并且將所測量的控制端子電壓與參考控制電壓進行比較。在此，優(yōu)選地關(guān)于半導體開關(guān)的輸出電流端子上的電壓電勢測量半導體開關(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體開關(guān)的控制端子上的電壓電勢和輸出電流端子上的電壓電勢之間的電勢差。在該實施方式中，半導體開關(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)動開關(guān)和第二驅(qū)動開關(guān)來進行:控制信號中的信號沿的被識別的直接在前的第一類型或第二類型和/或當前測量的輸入端子電壓和參考輸入電壓之間的比較結(jié)果和/或當前測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，控制半導體開關(guān)在此能夠通過下述方式進行: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)動開關(guān)和第二驅(qū)動開關(guān)。例如，預(yù)設(shè)的第二控制電流相對于預(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于預(yù)設(shè)的第三控制電流更低。
[0013]因此，在最后提到的實施方式中，半導體開關(guān)的開關(guān)過程分成多個階段，其中半導體開關(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)的電壓進行，如在下文中進一步闡述的那樣，其中所述電流源的電流值能夠針對每個階段單獨配置。借助所述方法，相對于其中控制端子經(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)動電路，開關(guān)損耗能夠明顯地降低。
[0014]在方法的另一個實施方式中，在接通半導體開關(guān)的第一階段中，在識別到控制信號中的直接在前的信號沿的第一類型時，用預(yù)設(shè)的第三控制電流來控制第二驅(qū)動開關(guān)并且在接通的第一階段開始時開始第一時間測量以用于確定第一持續(xù)時間。在此，第一時間測量一直繼續(xù)，只要當前測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)時間超過預(yù)設(shè)的第一最大持續(xù)時間，那么關(guān)斷第二驅(qū)動開關(guān)并且用預(yù)設(shè)的第二控制電流來控制第一驅(qū)動開關(guān)。
[0015]此外，在另一個設(shè)計方案中，在接通半導體開關(guān)的第二階段中，在參考控制電壓由當前測量的控制端子電壓超過時，用第四控制電流來控制第二驅(qū)動開關(guān)并且在接通的第二階段開始時結(jié)束第一時間測量并且開始第二時間測量以用于確定第二持續(xù)時間。第二時間測量一直繼續(xù)，只要當前測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)時間超過預(yù)設(shè)的第二最大持續(xù)時間，那么關(guān)斷第二驅(qū)動開關(guān)并且用預(yù)設(shè)的第五控制電流來控制第一驅(qū)動開關(guān)。
[0016]此外，在接通的第二階段中，第一時間測量在以下情況下可以持續(xù)，即當前測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)時間超過預(yù)設(shè)的第一最大持續(xù)時間，那么在此關(guān)斷第二驅(qū)動開關(guān)并且用預(yù)設(shè)的第二控制電流來控制第一驅(qū)動開關(guān)。
[0017]優(yōu)選地，在接通半導體開關(guān)的第三階段中，在當前測量的輸入端子電壓低于參考輸入電壓時，用預(yù)設(shè)的第二控制電壓來控制第二驅(qū)動開關(guān)并且結(jié)束第二時間測量。在此，在接通的第三階段中，將輸入端子電壓重復測量并且與參考輸入電壓進行比較。如果重復測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)動開關(guān)。
[0018]此外，在接通的第三階段中，第一時間測量可以在以下情況下持續(xù)，即當前測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)時間超過預(yù)設(shè)的第一最大持續(xù)時間，那么在此關(guān)斷第二驅(qū)動開關(guān)并且用預(yù)設(shè)的第二控制電流來控制第一驅(qū)動開關(guān)。
[0019]在方法的另一個實施方式中，在預(yù)設(shè)的第五持續(xù)時間內(nèi)用預(yù)設(shè)的第五控制電流控制第一驅(qū)動開關(guān)。在達到預(yù)設(shè)的第五持續(xù)時間之后，將控制端子電壓重復測量并且與參考控制電壓進行比較。
[0020]在此，如果重復測量的控制端子電壓在達到預(yù)設(shè)的第五持續(xù)時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)由電阻與負供應(yīng)電壓端子耦合或電連接。相反地，如果重