一种用于控制半导体开关的方法和开关装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于控制可控的半导体开关的方法和电路装置。
【背景技术】
[0002]从DE 43 01 605 Cl中已知，用于监控功率电子电路中的可控的功率半导体器件的接通和关断的方法和装置。用于功率半导体器件的控制信号被以电退耦的方式输送给栅电极。在用于接通功率半导体器件的控制信号中，由在切换功率半导体器件时加载栅电极的信号的电平变换和输出电极上的电平变换形成计数信号。将计数信号相加并且与跟功率半导体器件的无缺点的工作方式相关联的、预设的计数值进行比较。在计数信号的总和和预设的计数值之间存在差异的情况下，通知故障。
【发明内容】
[0003]本发明的任务是，说明一种用于控制可控的半导体开关的方法和电路装置，所述方法和所述电路装置能够为运行半导体开关实现提高的运行安全性。
[0004]所述任务借助独立权利要求的主题来解决。有利的改进方案由从属权利要求得出。
[0005]用于借助控制信号通过受控的、分阶段的接通和关断来控制可控的半导体开关的方法根据本发明的一个方面具有下述步骤。在分阶段的接通和关断的至少一个阶段开始时开始时间测量以用于确定持续时间，其中时间测量至少持续至分阶段的接通和关断的跟随所述至少一个阶段的阶段开始。此外，将确定的持续时间与预设的最大的持续时间进行比较。如果所确定的持续时间超过预设的最大的持续时间，那么对半导体开关进行控制，使得半导体开关切换到预设的运行状态中。
[0006]在此将分阶段的接通和关断理解成半导体开关的分步的接通或关断，即半导体开关的接通或关断具有至少两个时间上彼此不同的步骤，所述步骤具有彼此独立的控制参数，如在下文中进一步阐述的那样。
[0007]在此，用接通或关断半导体开关表示半导体开关的相应的各个接通或关断过程，其中在接通过程中，半导体开关由开始的断开的开关状态转变成闭合的开关状态，并且在关断过程中，半导体开关由开始的闭合的开关状态转变成断开的开关状态。
[0008]根据所述实施方式的方法能够为运行半导体开关实现提高的运行安全性。这尤其通过下述方式进行:在分阶段的接通和关断的至少一个阶段开始时开始时间测量，并且时间测量持续至分阶段的接通和关断的跟随所述至少一个阶段的阶段开始，将确定的持续时间与预设的最大的持续时间进行比较，以及在超过预设的最大的持续时间的情况下，将半导体开关切换到预设的运行状态中。因此，确定分阶段的接通和关断的至少一个阶段的持续时间并且将该持续时间与预设的最大的持续时间进行比较并且在超过预设的最大的持续时间的情况下将半导体开关切换到预设的运行状态中。在此，基于下述考虑:超过预设的最大的持续时间使得推断出故障状态并且在该情况下应将半导体开关置于以预设的运行状态的形式的安全的运行状态中。
[0009]所述方法因此能够实现更高的故障鲁棒性和可靠性。监控开关行为以及故障处理通过减少半导体开关的失效概率来提高可靠性。此外，满足对于尤其在车辆应用中的安全重要的电的或电子的系统的安全性要求。此外，提供扩展的诊断可能性。
[0010]预设的运行状态优选是半导体开关的关断的运行状态。所述运行状态典型地表示在故障情况下的安全的运行状态。
[0011]在一个实施方式中，半导体开关具有控制端子、输入电流端子以及输出电流端子并且经由控制端子可控。此外，控制信号是脉宽调制的控制信号。在所述实施方式中，控制半导体开关此外借助于驱动电路单元来进行，其中驱动电路单元具有在半导体开关的控制端子和第一负供应电压端子之间布置的可控的第一驱动开关和在半导体开关的控制端子和第二正供应电压端子之间布置的可控的第二驱动开关，并且控制半导体开关通过受控地、分阶段地接通和关断第一驱动开关和第二驱动开关来进行。该方法在本实施方式中还具有下述方法步骤。识别控制信号中的信号沿的第一类型或与第一类型不同的第二类型。信号沿的第一类型例如是上升的信号沿并且信号沿的第二类型是下降的信号沿。此外，测量半导体开关的输入电流端子上的输入端子电压，并且将所测量的输入端子电压与参考输入电压进行比较。在此，优选地关于半导体开关的输出电流端子上的电压电势测量半导体开关的输入电流端子上的输入端子电压。在该情况下，输入端子电压是半导体开关的输入电流端子上的电压电势和输出电流端子上的电压电势之间的电势差。此外，测量半导体开关的控制端子上的控制端子电压并且将所测量的控制端子电压与参考控制电压进行比较。在此，优选地关于半导体开关的输出电流端子上的电压电势测量半导体开关的控制端子上的控制端子电压。在该情况下，控制端子电压是半导体开关的控制端子上的电压电势和输出电流端子上的电压电势之间的电势差。在该实施方式中，半导体开关的控制通过根据以下内容受控地、分阶段地接通和关断第一驱动开关和第二驱动开关来进行:控制信号中的信号沿的被识别的直接在前的第一类型或第二类型和/或当前测量的输入端子电压和参考输入电压之间的比较结果和/或当前测量的控制端子电压和参考控制电压之间的比较结果。
[0012]尤其是，控制半导体开关在此能够通过下述方式进行:可选地利用预设的第一控制电压、预设的第二控制电压、预设的第一控制电流、与预设的第一控制电流无关的预设的第二控制电流、预设的第三控制电流、与预设的第三控制电流无关的预设的第四控制电流或相对于预设的第一控制电流和预设的第二控制电流更低的预设的第五控制电流受控地、分阶段地接通和关断第一驱动开关和第二驱动开关。例如，预设的第二控制电流相对于预设的第一控制电流更低并且预设的第四控制电流相对于预设的第三控制电流更低。
[0013]因此，在最后提到的实施方式中，半导体开关的开关过程分成多个阶段，其中半导体开关的控制端子的重新加载根据相应的开关状态在特定的开关阶段中经由可控的电流源进行以及在其余的开关阶段中经由施加预设的电压进行，如在下文中进一步阐述的那样，其中所述电流源的电流值能够针对每个阶段单独配置。借助所述方法，相对于其中控制端子经由串联电阻固定地被钳制到接通或关断电压上的驱动电路，开关损耗能够明显地降低。
[0014]在方法的另一个实施方式中，在接通半导体开关的第一阶段中，在识别到控制信号中的直接在前的信号沿的第一类型时，用预设的第三控制电流来控制第二驱动开关并且在接通的第一阶段开始时开始第一时间测量以用于确定第一持续时间。在此，第一时间测量一直继续，只要当前测量的控制端子电压不超过参考控制电压。如果所确定的第一持续时间超过预设的第一最大持续时间，那么关断第二驱动开关并且用预设的第二控制电流来控制第一驱动开关。
[0015]此外，在另一个设计方案中，在接通半导体开关的第二阶段中，在参考控制电压由当前测量的控制端子电压超过时，用第四控制电流来控制第二驱动开关并且在接通的第二阶段开始时结束第一时间测量并且开始第二时间测量以用于确定第二持续时间。第二时间测量一直继续，只要当前测量的输入端子电压不超过参考输入电压。如果所确定的第二持续时间超过预设的第二最大持续时间，那么关断第二驱动开关并且用预设的第五控制电流来控制第一驱动开关。
[0016]此外，在接通的第二阶段中，第一时间测量在以下情况下可以持续，即当前测量的控制端子电压又低于参考控制电压。如果所确定的第一持续时间超过预设的第一最大持续时间，那么在此关断第二驱动开关并且用预设的第二控制电流来控制第一驱动开关。
[0017]优选地，在接通半导体开关的第三阶段中，在当前测量的输入端子电压低于参考输入电压时，用预设的第二控制电压来控制第二驱动开关并且结束第二时间测量。在此，在接通的第三阶段中，将输入端子电压重复测量并且与参考输入电压进行比较。如果重复测量的输入端子电压超过参考输入电压，那么关断第二驱动开关并且用预设的第五控制电流来控制第一驱动开关。
[0018]此外，在接通的第三阶段中，第一时间测量可以在以下情况下持续，即当前测量的控制端子电压又低于参考控制电压。如果所确定的第一持续时间超过预设的第一最大持续时间，那么在此关断第二驱动开关并且用预设的第二控制电流来控制第一驱动开关。
[0019]在方法的另一个实施方式中，在预设的第五持续时间内用预设的第五控制电流控制第一驱动开关。在达到预设的第五持续时间之后，将控制端子电压重复测量并且与参考控制电压进行比较。
[0020]在此，如果重复测量的控制端子电压在达到预设的第五持续时间之后没有低于参考控制电压，那么优选地将控制端子经由电阻与负供应电压端子耦合或电连接。相反地，如果重