Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
DEVICE AND METHOD FOR MONITORING A POWER SEMICONDUCTOR SWITCH
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/202274
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for monitoring a power semiconductor switch (10) which has means (30) for applying an HF voltage (UHF) with a frequency above a switching threshold of the power semiconductor switch (10) to the power semiconductor switch (10), means (36) for detecting an HF current (IHF,Ist) resulting from the application of the HF voltage (UHF) to the power semiconductor switch (10), means (40, 48) for comparing the resulting HF current (IHF,Ist) with an HF current (IHF,Soll) which is expected according to the switch state of the power semiconductor switch (10) on the basis of the application of the HF voltage (UHF) to the power semiconductor switch (10), and means (48) for generating a power semiconductor state signal (66) dependent on the result of the comparison. The invention also relates to a corresponding method for monitoring a power semiconductor switch (10).

Inventors:
BAKRAN MARK-MATTHIAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2014/059283
Publication Date:
December 24, 2014
Filing Date:
May 07, 2014
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
G01R31/27; H03K17/18
Foreign References:
DE102009006970A12010-08-05
EP1083658A12001-03-14
US20060107241A12006-05-18
DE102007026784A12008-12-24
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Überwachung eines Leistungshalbleiterschalters (10),

- mit Mitteln (30) zur Beaufschlagung des Leistungshalblei¬ terschalters (10) mit einer HF-Spannung (UHF) mit einer Frequenz oberhalb einer Schaltschwelle des Leistungshalb¬ leiterschalters (10),

- mit Mitteln (36) zur Erfassung eines aufgrund der Beauf- schlagung des Leistungshalbleiterschalters (10) mit der HF-

Spannung (UHF) resultierenden HF-Stroms (lHF, ist ) und

- Mitteln (40,48) zum Vergleich des resultierenden HF-Stroms (±HF, ist ) mit einem je nach Schaltzustand des Leistungshalb¬ leiterschalters (10) aufgrund der Beaufschlagung des Leis- tungshalbleiterschalters (10) mit der HF-Spannung (UHF) er¬ warteten HF-Strom (IHF,SOII) sowie

- Mitteln (48) zum Generieren eines Leistungshalbleiterzu- standssignals (66) in Abhängigkeit vom Ergebnis des Ver¬ gleichs .

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei als Mittel (30) zur Beaufschlagung des Leistungshalbleiterschalters (10) mit einer HF-Spannung (UHF) mit einer Frequenz oberhalb einer Schalt¬ schwelle des Leistungshalbleiterschalters (10) ein Schal- tungsteil (30) mit einer HF-Spannungsquelle (32) und einem in Serie geschalteten Abkoppelkondensator (34) fungiert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei als Mittel (36) zur Erfassung eines aufgrund der Beaufschlagung des Leis- tungshalbleiterschalters (10) mit der HF-Spannung (UHF) re¬ sultierenden HF-Stroms (lHF, ist ) ein Shunt-Widerstand (36) fun¬ giert .

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei als Mittel (40, 48) zum Vergleich des resultierenden HF-Stroms (lHF, ist ) mit einem je nach Schaltzustand des Leistungshalbleiterschal¬ ters (10) aufgrund der Beaufschlagung des Leistungshalblei¬ terschalters (10) mit der HF-Spannung (UHF) erwarteten HF- Strom (IHF,SOII) eine Überwachungsschaltung (40) mit einer HF- Strom-Istwertermittlungsvorrichtung (46) , einer HF-Strom- Sollwertermittlungsvorrichtung (50) und einem Komparator (48) fungiert .

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die HF-Strom-Sollwert¬ ermittlungsvorrichtung (50) eine erste und eine zweite Spei¬ cherstelle umfasst, wobei der ersten Speicherstelle ein Maß für einen bei einem ersten Schaltzustand des Leistungshalb- leiterschalters (10) erwarteten HF-Strom (IHF,SOIII) und der zweiten Speicherstelle ein Maß für einen bei einem zweiten Schaltzustand des Leistungshalbleiterschalters (10) erwarte¬ ten HF-Strom (IHF,soii2) eingeprägt ist und wobei die erste oder die zweite Speicherstelle in Abhängigkeit von einem dem Leistungshalbleiterschalter (10) zuführbaren Ansteuersignal (62) auswählbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei als Mittel (48) zum Generieren eines Leistungshalbleiterzu- Standssignals (66) in Abhängigkeit vom Ergebnis des Ver¬ gleichs des jeweils resultierenden HF-Stroms (lHF, i st ) und des erwarteten HF-Stroms (IHF,SOII) ein Komparator (48) fungiert.

7. Verfahren zur Überwachung eines Leistungshalbleiterschal- ters (10) ,

- wobei der Leistungshalbleiterschalter (10) mit einer HF- Spannung (UHF) mit einer Frequenz oberhalb einer Schalt¬ schwelle des Leistungshalbleiterschalters (10) angesteuert wird,

- wobei ein aufgrund der Beaufschlagung des Leistungshalblei¬ terschalters (10) mit der HF-Spannung (UHF) resultierender HF-Strom ( IHF, i st ) erfasst wird,

- wobei der resultierende HF-Strom (±HF, i st ) mit einem je nach Schaltzustand des Leistungshalbleiterschalters (10) auf- grund der Beaufschlagung des Leistungshalbleiterschalters (10) mit der HF-Spannung (UHF) erwarteten HF-Strom (IHF,SOII) verglichen wird und - wobei in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs ein Leis- tungshalbleiterzustandssignal (66) generiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Leistungshalbleiter- Schalter (10) mittels eines Schaltungsteils (30) mit einer

HF-Spannungsquelle (32) und einem in Serie geschalteten Ab¬ koppelkondensator (34) mit der HF-Spannung (UHF) mit einer Frequenz oberhalb der Schaltschwelle des Leistungshalbleiterschalters (10) angesteuert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Vergleich des resultierenden HF-Stroms (lHF, i st ) mit dem je nach Schaltzu¬ stand des Leistungshalbleiterschalters (10) aufgrund der Be¬ aufschlagung des Leistungshalbleiterschalters (10) mit der HF-Spannung (UHF) erwarteten HF-Strom (IHF,SOII) mittels einer Überwachungsschaltung (40) erfolgt, die eine HF-Strom-Ist- wertermittlungsvorrichtung (46) , eine HF-Strom-Sollwert¬ ermittlungsvorrichtung (50) und einen Komparator (48) um- fasst .

10. Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9, wobei der aufgrund der Beaufschlagung des Leistungshalbleiterschalters (10) mit der HF-Spannung (UHF) erwartete HF-Strom (IHF,SOII) mittels ei¬ ner HF-Strom-Sollwertermittlungsvorrichtung (50) generiert wird, die eine erste und eine zweite Speicherstelle umfasst, wobei der ersten Speicherstelle ein Maß für einen bei einem ersten Schaltzustand des Leistungshalbleiterschalters (10) erwarteten HF-Strom (IHF,SOIII) und der zweiten Speicherstelle ein Maß für einen bei einem zweiten Schaltzustand des Leis- tungshalbleiterschalters (10) erwarteten HF-Strom (IHF,soii2) eingeprägt ist und wobei die erste oder die zweite Speicher¬ stelle in Abhängigkeit von einem dem Leistungshalbleiterschalter (10) zuführbaren Ansteuersignal (62) ausgewählt wird .

11. Halbleitermodul (60) mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder Mitteln (30, 40) zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 10.

Description:
Beschreibung

Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung eines Leistungshalbleiterschalters

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung eines Leistungshalbleiterschalters zur Sicher ¬ stellung der funktionalen Sicherheit des jeweiligen Leistungshalbleiters .

Die Erfindung geht von dem Problem aus, dass bei einem Gerät mit einem Schaltelement eine Möglichkeit bestehen muss, mit der sich prüfen lässt, ob das Schaltelement zur Verfügung steht, wenn das Gerät einem erhöhten Sicherheitslevel genügen soll. Gleiches gilt, wenn als Schaltelement ein Leistungs ¬ halbleiterschalter Verwendung finden soll. Entsprechend besteht bei einem Gerät mit einem Leistungshalbleiterschalter als Schaltelement, zum Beispiel einem Stromrichter, die Not ¬ wendigkeit, die Funktion des Leistungshalbleiterschalters re- gelmäßig zu prüfen, um sicherzustellen, dass dieser zur Verfügung steht.

Eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine solche Überwachung eines Leistungshalbleiterschalters sind bisher nicht bekannt. Bisher wurden für sicherheitsrelevante Aufgaben zu ¬ meist mechanische Relais verwendet. Eine zusätzliche mechani ¬ sche Kontakteinheit in einem solchen Relais ermöglicht dabei die Überwachung des Relais auf korrekte Funktion. Wenn Leis ¬ tungshalbleiterschalter für Sicherheitsfunktionen verwendet werden, kann bisher eine Überwachung des Leistungshalbleiterschalters auf Funktionsfähigkeit nur durch ein „Probeschal ¬ ten" realisiert werden. Dieses Schalten greift aber in den Leistungskreis, in dem sich der Leistungshalbleiterschalter befindet, ein und ist damit eher unerwünscht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich ¬ tung und ein Verfahren zur Überwachung eines Leistungshalbleiterschalters anzugeben, die bzw. das keinen Eingriff in den Leistungskreis des Leistungshalbleiterschalters erfor ¬ dert .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der un- abhängigen Ansprüche gelöst. Bei einer Vorrichtung zur Überwachung eines Leistungshalbleiterschalters ist dabei vorgese ¬ hen, dass diese folgende Funktionseinheiten umfasst: Zunächst Mittel zur Beaufschlagung des Leistungshalbleiterschalters mit einer hochfrequenten Spannung (HF-Spannung; U HF ) mit ei- ner Frequenz oberhalb einer Schaltschwelle des Leistungshalb ¬ leiterschalters zusätzlich zu einer Ansteuerung des Leistungshalbleiterschalters mittels eines externen Ansteuersig- nals, wobei das externe Ansteuersignal zu einem dem Ansteuer- signal entsprechenden Schalt zustand des Leistungshalbleiter- Schalters führt. Sodann Mittel zur Erfassung eines aufgrund der Beaufschlagung des Leistungshalbleiterschalters mit der HF-Spannung (U HF ) resultierenden HF-Stroms ( I HF , i st ) - Des Wei ¬ teren Mittel zum Vergleich des resultierenden HF-Stroms

HF , i st ) m it einem je nach Schalt zustand des Leistungshalblei- terschalters aufgrund der Beaufschlagung des Leistungshalb ¬ leiterschalters mit der HF-Spannung (U HF ) erwarteten HF-Strom (I HF , SO II) · Schließlich Mittel zum Generieren eines Leistungs- halbleiterzustandssignals in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs .

Bei einem Verfahren zur Überwachung eines Leistungshalbleiterschalters ist entsprechend vorgesehen, dass das Verfahren zumindest die folgenden Verfahrensschritte umfasst: Der Leis ¬ tungshalbleiterschalter wird zusätzlich zu einer Ansteuerung mittels eines externen Ansteuersignais mit einer hochfrequen ¬ ten Spannung (HF-Spannung; U HF ) mit einer Frequenz oberhalb einer Schaltschwelle des Leistungshalbleiterschalters ange ¬ steuert. Das externe Ansteuersignal führt zu einem dem An ¬ steuersignal entsprechenden Schalt zustand des Leistungshalb- leiterschalters . Ein aufgrund der Beaufschlagung des Leis ¬ tungshalbleiterschalters mit der HF-Spannung (U HF ) resultie ¬ render HF-Strom (± HF , i st ) wird erfasst. Der resultierende HF- Strom (± HF , i st ) wird mit einem je nach Schalt zustand des Leis- tungshalbleiterschalters aufgrund der Beaufschlagung des Leistungshalbleiterschalters mit der HF-Spannung (U H F) erwar ¬ teten HF-Strom (I HF , S O II) verglichen. In Abhängigkeit vom Er ¬ gebnis dieses Vergleichs wird ein Leistungshalbleiterzu- Standssignal generiert.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Vorrichtung und ein Verfahren angegeben werden, welche bzw. welches mithilfe der Ansteuerung des Leistungshalbleiterschalters dessen Funktionsfähigkeit testet, ohne dabei in den eigentlichen Leistungskreis einzu ¬ greifen .

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspru ¬ ches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selb ¬ ständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Es zeigen

FIG 1 ein Ersatzschaltbild eines Leistungshalbleiterschal- ters in Form eines MOSFET,

FIG 2 ein Ersatzschaltbild eines Leistungshalbleiterschal ¬ ters in Form eines IGBT, FIG 3 eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern eines Leistungshalbleiterschalters,

FIG 4 eine Ansteuerschaltung gemäß FIG 3 mit einem Schal ¬ tungsteil zur Ansteuerung des Leistungshalbleiterschalters zum Test von dessen Funktionsfähigkeit,

FIG 5 eine Überwachungsschaltung zur Auswertung der mittels des Schaltungsteils in FIG 4 erfolgenden Ansteuerung des Leistungshalbleiterschalters ,

FIG 6 ein Halbleitermodul mit einem Leistungshalbleiterschalter, einem Schaltungsteil gemäß FIG 4 und einer Überwachungsschaltung gemäß FIG 5 sowie

FIG 7 ein zusätzlich oder alternativ zu dem Schaltungsteil in FIG 6 zur Ansteuerung des Leistungshalbleiterschalters zum Test von dessen Funktionsfähigkeit in Betracht kommendes Schaltungsteil.

Die Darstellungen in FIG 1 und FIG 2 zeigen Ersatzschaltbil ¬ der von Leistungshalbleiterschaltern (Leistungshalbleitern) 10, die heute für Sicherheitsfunktionen infrage kommen. Die Darstellung in FIG 1 zeigt das Ersatzschaltbild eines MOSFET 12 und die Darstellung in FIG 2 zeigt das Ersatzschaltbild eines IGBT 14.

Für die beiden Leistungshalbleiterschalter 10 sind jeweils die üblichen Anschlüsse gezeigt und in der üblichen Termino ¬ logie bezeichnet. Demnach weist ein Leistungshalbleiterschal ¬ ter 10 in Form eines MOSFET 12 einen Gateanschluss (G) , einen Sourceanschluss (S) und einen Drainanschluss (D) auf. Ent ¬ sprechend weist ein Leistungshalbleiterschalter 10 in Form eines IGBT 14 einen Gateanschluss (G) , einen Kollektoran- schluss (C) und einen Emitteranschluss (E) auf.

Zwischen jeweils zwei dieser Anschlüsse eines Leistungshalb ¬ leiterschalters 10 ist in den Ersatzschaltbildern die ent ¬ sprechend der Bauteilcharakteristika resultierende Kapazität eingezeichnet und zwar für einen MOSFET 12 in Form eines Kondensators mit der Kapazität C G s zwischen dem Gateanschluss (G) und dem Sourceanschluss (S) , eines Kondensators mit der Kapazität C GD zwischen dem Gateanschluss (G) und dem Drain- anschluss (D) sowie eines Kondensators mit der Kapazität C D s zwischen dem Drainanschluss (D) und dem Sourceanschluss (S) . Für das Ersatzschaltbild des IGBT 14 gilt dies entsprechend. Demgemäß ist dort ein Kondensator mit der Kapazität C GE ZWl sehen dem Gateanschluss (G) und dem Emitteranschluss (E) , ein Kondensator mit der Kapazität C G c zwischen dem Gateanschluss (G) und dem Kollektoranschluss (C) sowie ein Kondensator mit der Kapazität CCE zwischen dem Kollektoranschluss (C) und dem Emitteranschluss (E) gezeigt.

In FIG 1 ist für die Darstellung des dort gezeigten Ersatzschaltbildes eines Leistungshalbleiterschalters 10 in Form eines MOSFET 12 auch das Ersatzschaltbild einer von einem solchen Leistungshalbleiterschalter 10 umfassten Inversdiode 16 gezeigt.

Für den Fall, dass ein Leistungshalbleiterschalter 10, insbesondere ein Leistungshalbleiterschalter 10 in Form eines MOSFET 12 oder in Form eines IGBT 14, gestört ist, schlägt sich dies in einem veränderten kapazitiven Verhalten nieder. Als Störung des Leistungshalbleiterschalters 10 wird dabei eine partielle Zerstörung des jeweiligen Bauelements, aber auch ein Verlust zumindest eines Kontaktes verstanden. Eine Zerstörung von Zellbereichen eines Leistungshalbleiterschal ¬ ters 10 hat zum Beispiel eine Verringerung der Eingangskapa ¬ zität, also der Gatekapazität C G s beim MOSFET 12 oder Gate ¬ kapazität C GE beim IGBT 14, zur Folge. Auch kleinere Störun ¬ gen können so erkannt werden.

Die Darstellungen in FIG 3 und FIG 4 zeigen Ansteuerschaltungen 20 zur Ansteuerung eines Leistungshalbleiterschalters 10. Der Leistungshalbleiterschalter 10 ist zusammen mit einer parallelgeschalteten Inversdiode 16 gezeigt, wie dies zum Beispiel in einem Eingangsstromrichter oder einem Ausgangsstromrichter eines AC/AC-Konverters der Fall ist. Der Leistungshalbleiterschalter 10 wird je nach Schaltstellung eines von der Ansteuerschaltung 20 umfassten Schalters 22 mit einem positiven oder einem negativen Ansteuerpotential, hier in Form einer ersten, zum Beispiel +15 V liefernden Spannungsquelle 24 und einer zweiten, zum Beispiel -15 V lie ¬ fernden Spannungsquelle 26 gezeigt, beaufschlagt/angesteuert .

Die in FIG 3 gezeigte Ansteuerschaltung 20 entspricht einer Ansteuerschaltung 20, wie sie im Stand der Technik bekannt ist. Die in FIG 4 gezeigte Ansteuerschaltung 20 umfasst im

Vergleich zu der Ansteuerschaltung 20 in FIG 3 einen zusätzlichen Schaltungsteil 30, welcher eine hochfrequente Spannung (HF-Spannung; U H F) in den Gatekreis des jeweiligen Leistungs ¬ halbleiterschalters 10 einprägt. Der Schaltungsteil 30 ist entsprechend ein Beispiel für Mittel 30 zur Beaufschlagung des Leistungshalbleiterschalters 10 mit einer HF-Spannung

( UHF ) mit einer Frequenz oberhalb einer Schaltschwelle des Leistungshalbleiterschalters 10. Die Beaufschlagung mit der HF-Spannung erfolgt dabei parallel zu einer Ansteuerung des Leistungshalbleiterschalters 10 aufgrund einer jeweiligen Schaltstellung des Schalters 22 oder einer entsprechenden Signalquelle .

Als Basis für die hochfrequente Spannung ( UHF ) ist dabei eine HF-Spannungsquelle 32 gezeigt. Diese ist mittels eines von dem Schaltungsteil 30 in einer Reihenschaltung mit der HF- Spannungsquelle 32 umfassten Abkoppelkondensators 34 mit der Kapazität CHF hochfrequenzmäßig vom Gateanschluss des jewei ¬ ligen Leistungshalbleiterschalters 10 abgekoppelt. Ein auf- grund der hochfrequenten Spannung ( UHF ) resultierender Strom ( I HF ) der im Folgenden als HF-Strom bezeichnet wird, wird mittels eines Shunt-Widerstands ( RHF ) 36 erfasst. Anstelle eines Shunt-Widerstands 36 kann die Erfassung des HF-Stroms ( I HF) allerdings genauso zum Beispiel auch induktiv gesche- hen. Der Shunt-Widerstand (RHF) 36 oder eine induktive Erfas ¬ sung des HF-Stroms (I HF) sind entsprechend Beispiele für Mit ¬ tel zur Erfassung des aufgrund der Beaufschlagung des Leis- tungshalbleiterschalters (10) mit der HF-Spannung (U HF ) re ¬ sultierenden HF-Stroms ( I H F, i st ) -

Frequenz und Amplitude der hochfrequenten Spannung (U HF ) sind so gewählt, dass die Frequenz weit über der Schaltfrequenz des Leistungshalbleiterschalters 10 liegt. Als Frequenz kommt demnach zum Beispiel eine Frequenz größer als 10 MHz in Betracht. Für die Amplitude der hochfrequenten Spannung (U HF ) ist vorgesehen, dass diese weit unterhalb der normalen Span- nungswerte liegt, wie sie zur Ansteuerung eines Leistungs ¬ halbleiterschalters 10 verwendet werden. Als Amplitude kommt demnach zum Beispiel eine Amplitude von etwa 1 V in Betracht.

Zur Überwachung des jeweiligen Leistungshalbleiterschalters 10 ist der Ansteuerschaltung 20 eine Überwachungsschaltung 40 zugeordnet. Diese ist schematisch vereinfacht in FIG 5 ge ¬ zeigt. Der Überwachungsschaltung 40 wird an einem ersten Eingang 42 der Schaltzustand des Schalters 22 der Ansteuerschal ¬ tung 20 zugeführt. An einem zweiten Eingang 44 wird der Über- wachungsschaltung 40 mittelbar oder unmittelbar der aufgrund der hochfrequenten Spannung (U HF ) resultierende Strom (I HF ) zugeführt, zum Beispiel in Form eines Maßes der über dem Shunt-Widerstand 36 abgreifbaren Spannung. Wenn der Überwachungsschaltung 40 ein Maß für die über dem

Shunt-Widerstand 36 abgreifbare Spannung zugeführt wird, wird mittels dieser und dem bekannten Widerstandswert des Shunt- Widerstands 36 ein tatsächlich aufgrund der hochfrequenten Spannung (U HF ) resultierender Strom (±HF,ist) ermittelt. Dafür umfasst die Überwachungsschaltung 40 eine HF-Strom-Istwert- ermittlungsvorrichtung 46. Die Funktionalität der HF-Strom- Istwertermittlungsvorrichtung 46 besteht zum Beispiel darin, dass aus dem am zweiten Eingang 44 zugeführten Maß für die über dem Shunt-Widerstand 36 abgreifbare Spannung und dem be- kannten Wert des Widerstands des Shunt-Widerstand 36 der Quo ¬ tient gebildet wird. Am Ausgang der HF-Strom-Istwertermitt- lungsvorrichtung 46 steht jedenfalls der aufgrund der hochfrequenten Spannung (U HF ) resultierende aktuelle HF-Strom (±HF, i st ) oder ein Maß für den resultierenden aktuellen HF- Strom (±HF, ist ) an.

Der aktuelle HF-Strom (lHF, i st ) wird mittels eines Komparators 48 mit einem aufgrund der hochfrequenten Spannung (U HF ) er ¬ warteten HF-Strom (I HF , SOII ) verglichen. Der erwartete HF-Strom (IHF,SOII) oder ein Maß für den erwarteten HF-Strom (I H F,SOII) wird mittels einer HF-Strom-Sollwertermittlungsvorrichtung 50 bereitgestellt. Diese verarbeitet als Eingangssignal den der Überwachungsschaltung 40 am ersten Eingang 42 zugeführten

Schaltzustand des Schalters 22 der Ansteuerschaltung 20. Die Funktionalität der HF-Strom-Sollwertermittlungsvorrichtung 50 kann zum Beispiel in Form einer Tabelle realisiert sein, die in einem ersten Tabellenelement ein Maß für den erwarteten HF-Strom (I HF , SOIII ) für eine erste Schaltstellung des Schal ¬ ters 22 und in einem zweiten Tabellenelement ein Maß für den erwarteten HF-Strom (I HF , SOII2 ) für eine zweite Schaltstellung des Schalters 22 umfasst. Je nach am ersten Eingang 42 zuge ¬ führter Schaltstellung des Schalters 22 gibt die HF-Strom- Sollwertermittlungsvorrichtung 50 demnach den bei der jeweiligen Schaltstellung erwarteten HF-Strom (I H F,SOII = [IHF,SOIII/ IHF,SOII2]) oder ein Maß für den erwarteten HF-Strom (I H F,SOII = [IHF,SOIII/ IHF,SOII2]) aus und leitet diesen bzw. dieses an den Komparator 48 weiter. Der Komparator 48 führt den eigentli- chen Vergleich zwischen jeweils erwartetem HF-Strom (I HF , SOII ) und dem jeweils tatsächlichen aufgrund der hochfrequenten Spannung (U HF ) resultierenden HF-Strom (I HF, ist ) aus .

Die Überwachungsschaltung 40 und der davon umfasste Kompara- tor 48 sind demgemäß ein Beispiel für Mittel zum Vergleich des resultierenden HF-Stroms (lHF, i st ) m it dem je nach Schalt ¬ zustand des Leistungshalbleiterschalters 10 aufgrund der Be ¬ aufschlagung des Leistungshalbleiterschalters 10 mit der HF- Spannung (U H F) erwarteten HF-Strom (IHF,SOII) -

Wenn der Komparator 48 eine Gleichheit oder eine Gleichheit innerhalb eines vorgegebenen oder vorgebbaren Toleranzbereichs feststellt, gibt der Komparator 48 an seinem als Aus- gang 52 der Überwachungsschaltung 40 fungierenden Ausgang ein Gut-Signal aus. Wenn keine Gleichheit oder keine ausreichende Gleichheit der beiden mittels des Komparators 48 verglichenen Ströme oder Stromwerte besteht, gibt der Komparator 48 ent- sprechend ein Fehlersignal aus. Als Gut-Signal und als Feh ¬ lersignal kommen zum Beispiel ein erster definierter Signalpegel und ein zweiter definierter Signalpegel in Betracht, so dass das am Ausgang 52 der Überwachungsschaltung 40 gelieferte Signal als Binärsignal verarbeitbar ist und den Zustand des jeweils überwachten Leistungshalbleiterschalters 10 an ¬ zeigt .

Die Überwachungsschaltung 40 kann auf analoger Basis oder auf digitaler Basis realisiert sein und arbeiten. Der Vorteil der vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass zur Überwachung der Funktion des Leistungshalbleiterschalters 10 nicht in den jeweiligen Leistungskreis 56, 58 (FIG 6) eingegriffen wird. Die Überwachungsschaltung 40 ist zusammen mit dem Schaltungsteil 30 in ein „intelligentes" Halbleitermodul 60 integrier- bar, wie dies schematisch vereinfacht in FIG 6 gezeigt ist.

Die Darstellung in FIG 6 zeigt in Form eines schematisch vereinfachten Blockschaltbilds ein Halbleitermodul 60, das nach dem hier beschriebenen Ansatz arbeitet. Das Halbleitermodul 60 ist entsprechend ein Beispiel für eine Vorrichtung zur

Überwachung eines Leistungshalbleiterschalters 10, die sämt ¬ liche bisher beschriebenen Funktionseinheiten insbesondere in integrierter Form umfasst. Das Halbleitermodul 60 umfasst demnach zumindest den jeweiligen Leistungshalbleiterschalter 10, ggf. den Leistungshalbleiterschalter 10 und die Inversdi- ode 16, den anhand von FIG 4 erläuterten Schaltungsteil 30 und die anhand von FIG 5 erläuterte Überwachungsschaltung 40. Ein solches Halbleitermodul 60 ist mittels eines Schalters 22 oder dergleichen ansteuerbar. Ein jeweils resultierendes An- Steuersignal 62 wird dem Leistungshalbleiterschalter 10 und der Überwachungsschaltung 40 zugeführt. Der Leistungshalblei ¬ terschalter 10 wird zudem mittels des Schaltungsteils 30 und der dort generierten hochfrequenten Spannung (U H F) mit einem HF-Signal 64 mit einer Frequenz oberhalb der Schaltschwelle des Leistungshalbleiterschalters 10 angesteuert (horizontal nach rechts weisender Pfeil vom Schaltungsteil 30 zum Leis ¬ tungshalbleiterschalter 10). Ein dabei fließender HF-Strom ( I HF ) der von der Eingangskapazität des Leistungshalbleiter ¬ schalters 10 abhängig ist, wird mittels des Schaltungsteils 30, zum Beispiel mittels eines dortigen Shunt-Widerstands 36, erfasst (horizontal nach links weisender Pfeil vom Leistungs ¬ halbleiterschalter 10 zum Schaltungsteil 30) und an die Über- wachungsschaltung 40 weitergeleitet (vertikal nach unten wei ¬ sender Pfeil vom Schaltungsteil 30 zur Überwachungsschaltung 40). Das Ansteuersignal 62 wird dem Leistungshalbleiterschal ¬ ter 10 und parallel auch der Überwachungsschaltung 40 zugeführt. Je nach Status des Ansteuersignais 62 resultiert in- nerhalb der Überwachungsschaltung 40 ein statusabhängiger erwarteter HF-Strom oder ein statusabhängiges Maß für einen erwarteten HF-Strom. Dieser bzw. dieses wird mittels der Überwachungsschaltung 40 mit dem vom Schaltungsteil 30 erhaltenen tatsächlichen HF-Strom oder dem vom Schaltungsteil 30 erhal- tenen Maß für den tatsächlichen HF-Strom verglichen. Am Ausgang 52 der Überwachungsschaltung 40 und am damit zusammenfallenden Ausgang des Halbleitermoduls 60 steht ein vom Er ¬ gebnis des Vergleichs abhängiges Leistungshalbleiterzustands- signal 66 an, das zur Überwachung des Leistungshalbleiter- Schalters 10 auswertbar ist und im Betrieb ausgewertet wird. Der von der Überwachungsschaltung 40 umfasste Komparator 48 ist demgemäß ein Beispiel für ein Mittel zum Generieren eines Leistungshalbleiterzustandssignals 66 in Abhängigkeit vom Er ¬ gebnis des Vergleichs von tatsächlichem und erwartetem HF- Strom.

Der jeweilige Leistungskreis 56, 58 ist an den Drain- und Sourceanschluss oder an den Kollektor- und Emitteranschluss des jeweiligen Leistungshalbleiterschalters 10 angeschlossen. Das am Ausgang 52 der Überwachungsschaltung 40 eines solchen Halbleitermoduls 60 abgreifbare Leistungshalbleiterzustands- signal 66 zeigt die Funktionstüchtigkeit des jeweiligen Leis ¬ tungshalbleiterschalters 10 an. Solange dort ein Signal an- steht, das auf eine Gleichheit oder eine ausreichende Gleich ¬ heit von erwartetem und tatsächlichem HF-Strom hinweist, kann der von dem Halbleitermodul 60 umfasste Leistungshalbleiter- schalter 10 als sicher

Um zusätzlich oder alternativ zur Gatekapazität des Leistungshalbleiterschalters 10 auch die Kapazität zwischen Drain und Source bzw. Kollektor und Emitter zu erfassen, kann die HF-Spannung auch dort eingeprägt werden. Dazu zeigt die Dar ¬ Stellung in FIG 7 ein entsprechendes Schaltungsteil 30 ' . Die ¬ ses umfasst eine Abkoppeldiode 68 und eine der Abkoppeldiode 68 parallel geschaltete Kapazität (die Ansteuerschaltung 20 gemäß FIG 3 ist in FIG 7 nur als Funktionsblock gezeigt) . Die mittels des Schaltungsteils 30 ' realisierte Funktionalität kann auch als Abkoppelschaltung aufgefasst werden. Die davon umfassten Kapazitäten dürfen nicht wesentlich unter der zu messenden Kapazität des Leistungshalbleiterschalters 10 lie ¬ gen, damit eine ausreichende Messgenauigkeit erreichbar ist. Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch das oder die offenbarten Beispiele eingeschränkt und Variationen für andere Bauelemente mit kapazitivem Verhalten können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel lassen sich mit dem hier vorgestellten Ansatz auch Leistungshalbleiter in Form sogenannter JFETs überprüfen.

Einzelne im Vordergrund stehende Aspekte der hier eingereich- ten Beschreibung lassen sich damit kurz wie folgt zusammenfassen :

Angegeben werden eine Vorrichtung zur Überwachung eines Leistungshalbleiterschalters 10, wobei die Vorrichtung Mittel 30 zur Beaufschlagung des Leistungshalbleiterschalters 10 mit einer HF-Spannung (U HF ) mit einer Frequenz oberhalb einer

Schaltschwelle des Leistungshalbleiterschalters 10, Mittel 36 zur Erfassung eines aufgrund der Beaufschlagung des Leistungshalbleiterschalters 10 mit der HF-Spannung (U HF ) resul- tierenden HF-Stroms (lHF,ist) / Mittel (40, 48) zum Vergleich des resultierenden HF-Stroms (lHF,ist) m it einem je nach

Schaltzustand des Leistungshalbleiterschalters 10 aufgrund der Beaufschlagung des Leistungshalbleiterschalters 10 mit der HF-Spannung (U H F) erwarteten HF-Strom (I H F , S O II) und Mittel 48 zum Generieren eines Leistungshalbleiterzustandssignals 66 in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs umfasst, sowie ein entsprechendes Verfahren zur Überwachung eines Leistungs ¬ halbleiterschalters 10.