比较器48因此是实例，该实例用于将得出的高频电流(IHF, Ist)与根据功率半导体开关10的开关状态的、基于对功率半导体开关10加载高频电压(UHF)而期望的高频电流(IHF,Scill)进行比较的部件。
[0032]当比较器48确定一致性或在预定的或能预定的容差范围之内的一致性时，比较器48在其作为监控电路40的输出端52起作用的输出端处发送正常信号(Gut-Signal)。当这两个借助于比较器48比较的电流或电流值不存在一致性或不存在足够的一致性时，比较器48相应地发送故障信号(Fehler-Signal)。例如考虑第一定义的信号电平和第二定义的信号电平作为正常信号和作为故障信号，从而在监控电路40的输出端52处提供的信号被处理为二进制信号，并显示相应地监控的功率半导体开关10的状态。
[0033]监控电路装置40能够在模拟的基础之上或数字的基础之上实现和工作。提出的解决方案的优势在于，监控功率半导体开关10的功能而不影响相应的功率回路56，58 (图6)中。监控电路40能够与电路部分30—起集成在“智能的”半导体模块60中，如同示意性简化地在图6中示出的那样。
[0034]图6中的示意图示出了以示意性简化的方框图形式的半导体模块60，该半导体模块根据在此描述的方法工作。相应地，半导体模块60是对用于监控功率半导体开关10的装置的实例，该装置包括全部到目前为止所描述的、特别是以集成的形式的功能单元。因此，半导体模块60至少包括相应的功率半导体开关10，必要时的功率半导体开关10和反向二极管16、根据图4阐述的电路部分30和根据图5阐述的监控电路40。能够借助于开关22或类似物驱控这样的半导体模块60。相应得出的驱控信号62传输给功率半导体开关10和监控电路40。此外，借助于电路部分30和在该处产生的、具有在功率半导体开关10的开关阈值之上的频率的高频信号64的高频电压(UHF)来驱控功率半导体开关10 (从电路部分30至功率半导体开关10的水平向右指的箭头)。借助于电路部分30、例如借助于该处的分流电阻36来检测在此流动的、取决于功率半导体开关10的输入端电容的高频电流(IHF)(从功率半导体开关10至电路部分30的水平向左指的箭头)，以及继续传输给监控电路40 (从电路部分30至监控电路40的垂直向下指的箭头)。驱控信号62传输给功率半导体开关10以及同时地也传输给监控电路40。根据驱控信号62的状态，在监控电路40内部得出根据状态的期望的高频电流或根据状态的用于期望的高频电流的大小。该电流或该大小借助于监控电路40与由电路部分30获得的实际的高频电流或者用于由电路部分30获得的实际的高频电流的大小进行比较。在监控电路40的输出端52处和在半导体模块60的与之重叠的输出端处存在取决于比较结果的功率半导体状态信号66，为了监控功率半导体开关10能够评估并且在运行中评估该功率半导体状态信号。因此，由监控电路40所包括的比较器48是用于根据实际的与期望的高频电流的比较结果来产生功率半导体状态信号66的部件的实例。
[0035]相应的功率回路56，58与相应的功率半导体开关10的漏极接口和源极接口或者与集电极接口和发射极接口连接。在这样的半导体模块60的监控电路40的输出端52处量取的功率半导体状态信号66显示了相应的功率半导体开关10的操作性能。只要当前在该处有信号，该信号指出期望的和实际的高频电流的一致性或足够的一致性，由半导体模块60所包括的功率半导体开关10能够视为被安全地认证了。
[0036]为了对于功率半导体开关10的栅极电容可替换地或除此之外也检测在漏极和源极或者在集电极和发射极之间的电容，在该处也能够加入高频电压。为此，图7中的示意图不出相应的电路部分30’。电路部分包括去親合二极管68和与去親合二极管68并联的电容(根据图3的驱控电路20在图7中仅仅作为功能框图示出)。借助于电路部分30’实现的功能性也能够理解为去耦合电路。由电路部分包括的电容基本上不允许在功率半导体开关10的需要测量的电容之下，由此能够实现足够的测量精度。
[0037]尽管本发明在细节上通过实施例详细地进行了阐述和描述，然而本发明不仅仅局限于这个或这些已公开的实例以及用于能够由本领域技术人员推导得出的具有电容性的特性的其他的元器件的变体，而不脱离本发明的保护范围。例如利用在此介绍的方法也能够检验以所谓的结型场效应管(JFET)形式的功率半导体。
[0038]在这里提出的说明书的前面部分中的各个方面由此能够简短地总结如下:给出用于监控功率半导体开关10的装置以及一种用于监控功率半导体开关10的相应的方法，其中该装置包括:用于对功率半导体开关加载具有在功率半导体开关的开关阈值之上的频率的高频电压(UHF)的部件30 ;用于检测基于对功率半导体开关加载高频电压(UHF)而得出的高频电流(IHF,Ist)的部件36;用于将得出的高频电流(IHF,Ist)与根据功率半导体开关的开关状态的、基于对功率半导体开关10加载尚频电压(UHF)而期望的尚频电流(IHF,Sciii)进tx比较的部件(40，48);以及用于根据比较的结果产生功率半导体状态信号的部件48。
【主权项】
1.一种用于监控功率半导体开关(10)的装置，具有: -用于对所述功率半导体开关(10)加载具有在所述功率半导体开关(10)的开关阈值之上的频率的高频电压(UHF)的部件(30)， -用于检测基于对所述功率半导体开关(10)加载所述高频电压(UHF)而得出的高频电流(IHF,ist)的部件(36)，和 -用于将所述得出的高频电流(IHF,Ist)与根据所述功率半导体开关(10)的开关状态基于对所述功率半导体开关(10)加载所述高频电压(UHF)而期望的高频电流(IHF,Scill)进行比较的部件(40，48)，以及 -用于取决于比较的结果产生功率半导体状态信号￠6)的部件(48)。2.根据权利要求1的装置，其中，具有高频电压源(32)和串联的去耦合电容器(34)的电路部分(30)作为用于对所述功率半导体开关(10)加载具有在所述功率半导体开关(10)的开关阈值之上的频率的高频电压(UHF)的部件(30)起作用。3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，分流电阻(36)作为用于检测基于对所述功率半导体开关(10)加载所述高频电压(UHF)而得出的高频电流(IHF,Ist)的部件(36)起作用。4.根据权利要求1、2或3所述的装置，其中，具有高频电流实际值测定装置(46)、高频电流额定值测定装置(50)和比较器(48)的监控电路(40)作为用于将所述得出的高频电流(IHF, iJ与根据所述功率半导体开关(10)的开关状态基于对所述功率半导体开关(10)加载所述高频电压(UHF)而期望的高频电流(IHF,Scill)进行比较的部件(40，48)起作用。5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述高频电流额定值测定装置(50)具有第一存储位置和第二存储位置，其中在所述第一存储位置存有用于在所述功率半导体开关(10)的第一开关状态中期望的高频电流(IHF,Scilll)的大小，并且在所述第二存储位置存有用于在所述功率半导体开关(10)的第二开关状态中期望的高频电流(Ihf,Sci112)的大小，并且其中所述第一存储位置或者所述第二存储位置能够取决于能输送给所述功率半导体开关(10)的驱控信号(62)来选择。6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，比较器(48)作为用于取决于分别得出的高频电流(IHF,Ist)与所述期望的高频电流(IHF,Scill)比较的结果来产生功率半导体状态信号(66)的部件(48)起作用。7.一种用于监控功率半导体开关(10)的方法， -其中，利用具有在所述功率半导体开关(10)的开关阈值之上的频率的高频电压(uHF)驱控所述功率半导体开关(10)， -其中，检测基于对所述功率半导体开关(10)加载所述高频电压(UHF)而得出的高频电流(Inf, 1st)， -其中，将所述得出的高频电流(iHF,Ist)与根据所述功率半导体开关(10)的开关状态基于对所述功率半导体开关(10)加载所述高频电压(UHF)而期望的高频电流(IHF,Scill)进行比较，以及 -其中，取决于所述比较的结果产生功率半导体状态信号(66)。8.根据权利要求7所述的方法，其中，借助于具有高频电压源(32)和串联的去耦合电容器(34)的电路部分(30)、利用具有在所述功率半导体开关(10)的所述开关阈值之上的频率的所述高频电压(UHF)来驱控所述功率半导体开关(10)。9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述得出的高频电流(IHF,Ist)与根据所述功率半导体开关(10)的开关状态基于对所述功率半导体开关(10)加载所述高频电压(UHF)而期望的高频电流(IHF,Scill)的所述比较借助于监控电路(40)实现，所述监控电路包括高频电流实际值测定装置(46)、高频电流额定值测定装置(50)和比较器(48)。10.根据权利要求7、8或9所述的方法，其中，借助于高频电流额定值测定装置(50)产生基于对所述功率半导体开关(10)加载所述高频电压(UHF)而期望的高频电流(IHF,Scill)，所述高频电流额定值测定装置包括第一存储位置和第二存储位置，其中在所述第一存储位置存有用于在所述功率半导体开关(10)的第一开关状态中期望的高频电流(IHF,Scilll)的大小，并且在所述第二存储位置存有用于在所述功率半导体开关(10)的第二开关状态中期望的高频电流(IHF,&112)的大小，并且其中取决于能输送给所述功率半导体开关(10)的驱控信号￠2)选择所述第一存储位置或者所述第二存储位置。11.一种具有根据权利要求1至6中任一项所述的装置和/或用于实施根据权利要求7至10中任一项所述的方法的部件(30，40)的半导体模块(60)。
【专利摘要】本发明涉及一种用于监控功率半导体开关(10)的装置以及一种用于监控功率半导体开关(10)的相应的方法，该装置包括：部件(30)，用于对功率半导体开关(10)加载具有在功率半导体开关(10)的开关阈值之上的频率的高频电压(UHF)；部件(36)，用于检测基于对功率半导体开关(10)加载高频电压(UHF)而得出的高频电流(IHF，Ist)；部件(40，48)，用于将得出的高频电流(IHF，Ist)与根据功率半导体开关(10)的开关状态基于对功率半导体开关(10)加载高频电压(UHF)而期望的高频电流(IHF，Soll)进行比较；以及部件(48)，用于取决于比较的结果产生功率半导体状态信号(66)。
【IPC分类】G01R31/27, H03K17/18
【公开号】CN105324675
【申请号】CN201480034065
【发明人】马克-马蒂亚斯·巴克兰
【申请人】西门子公司
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2014年5月7日
【公告号】DE102013211411A1, EP2989476A1, US20160124040, WO2014202274A1