Titel

Verfahren und Vorrichtung zum Detektieren eines Kurzschlusses in einem Transistor

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Detektieren eines Kurzschlusses in einem Transistor.

Es ist bekannt, dass durch die Injektion eines hochfrequenten Signals in das Gate eines Leistungshalbleiters und die Messung des entstehenden hochfrequenten Stroms ein interner Gatewiderstand des Leistungshalbleiters gemessen werden kann. Gates von Leistungshalbleitern sind zumeist aus Polysilizium gefertigt und weisen deswegen temperaturabhängige Eigenschaften auf. Daher erlaubt die Messung des internen Gatewiderstands Rückschlüsse auf die Temperatur des Leistungshalbleiters.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Detektieren eines Kurzschlusses in einem Transistor umfasst ein Aufmodulieren eines ersten Signals mit wechselnder Amplitude auf eine Gatespannung des Transistors, wobei das erste Signal eine vordefinierte Frequenz aufweist, ein Detektieren eines Gatestroms des Transistors als ein zweites Signal, ein Vergleichen einer Charakteristik eines Wechselstromanteils des detektierten zweiten Signals mit einem Sollwert, und ein Erkennen eines Kurzschlusses basierend auf einer Abweichung der Charakteristik des detektierten zweiten Signals von dem Sollwert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Detektieren eines Kurzschlusses in einem Transistor umfasst eine Treiberschaltung, welche dazu eingerichtet ist ein erstes Signal mit wechselnder Amplitude auf eine Gatespannung des Transistors aufzumodulieren, wobei das erste Signal eine vordefinierte Frequenz aufweist, einen Gatestrom des Transistors als ein zweites Signal zu detektieren, eine Charakteristik eines Wechselstromanteils des detektierten zweiten Signals mit einem Sollwert zu vergleichen, und einen Kurzschluss basierend auf einer Abweichung der Charakteristik des detektierten zweiten Signals von dem Sollwert zu erkennen.

Der Transistor ist bevorzugt ein Leistungshalbleiter. Auch bevorzugt ist der Transistor ein MOSFET mit aus Polysilizium gefertigtem Gate.

Das Aufmodulieren des ersten Signals und das Detektieren des Gatestroms erfolgt dabei insbesondere in einem Zeitintervall, in dem der Transistor durchgeschaltet ist und somit eine Gate-Source-Spannung, auch als Gatespannung bezeichnet, anliegt, die zum Schalten des Transistors geeignet ist. Das Aufmodulieren des ersten Signals mit wechselnder Amplitude auf die Gatespannung des Transistors erfolgt insbesondere dadurch, dass die Gatespannung des Transistors durch eine Gleichspannungsquelle bereitgestellt wird, die mit einer Wechselspannungsquelle in Serie geschaltet ist, die das erste Signal bereitstellt. Von der Wechselspannungsquelle wird eine Wechselspannung mit der vordefinierten Frequenz abgegeben. Die Gatespannung ist dabei so gewählt, dass durch diese der Transistor geschaltet werden kann. Die Amplitude der Wechselspannung ist im Vergleich zu der Gatespannung kleiner gewählt, so dass der Schaltvorgang des Transistors nicht durch die aufmodulierte Wechselspannung, also durch das erste Signal, beeinflusst wird.

Bei dem Detektieren des Gatestroms des Transistors wird bevorzugt eine Spannung über einen Messwiderstand erfasst, der vor einen Gatekontakt des Transistors geschaltet ist. Bevorzugt ist der Messwiderstand, die Gleichspannungsquelle und die Wechselstromquelle in Serie geschaltet. Das zweite Signal ist ein Verlauf des Gatestroms über die Zeit.

Bei dem Vergleichen einer Charakteristik des detektierten zweiten Signals mit einem Sollwert wird das detektierte zweite Signal betrachtet, wobei ein Wechselstromanteil des zweiten Signals betrachtet wird, der aus dem ersten Signal resultiert. Der Sollwert ist abhängig von der Charakteristik gewählt. Das erste Signal wird typischerweise einen Einfluss auf den Gatestrom des Transistors nehmen und somit bei dem Detektieren des Gatestroms des Transistors in dem zweiten Signal reflektiert. Dabei kommt es jedoch durch die Materialeigenschaften des Transistors und insbesondere durch temperaturabhängige Eigenschaften des Transistors zu einer Veränderung bestimmter Signaleigenschaften, welche durch das erste Signal definiert sind und welche in dem zweiten Signal wiedergegeben sind. So spiegelt sich beispielsweise eine Frequenz und eine Amplitude des ersten Signals in dem zweiten Signal wieder. Die Signaleigenschaften sind dabei als die Charakteristik eines Signals anzusehen.

Es kann insbesondere aus einem Unterschied zwischen einer Signaleigenschaft des ersten Signals gegenüber einer entsprechenden Signaleigenschaft des zweiten Signals auf eine Temperatur des Transistors geschlossen werden. Insbesondere wäre es somit auch vorteilhaft, wenn die Charakteristik des detektierten zweiten Signals unmittelbar mit einer Charakteristik des ersten Signals verglichen wird. Da die Charakteristik des ersten Signals jedoch bekannt ist, kann diese auch durch einen Sollwert vordefiniert sein. Der Sollwert ist somit entweder ein vordefinierter Wert oder ein Wert, der aus dem ersten Signal extrahiert wird.

Bei dem Erkennen eines Kurzschlusses wird ein Kurzschluss basierend auf einer Abweichung der Charakteristik des detektierten zweiten Signals von dem Sollwert erkannt. Insbesondere dann, wenn es zu hohen Strömen in dem Transistor kommt, wird sich dieser stark erwärmen. Dies führt auch dazu, dass sich die Charakteristik des zweiten Signals gegenüber der Charakteristik des ersten Signals stark verändert. Abhängig davon, wie groß diese Veränderung ist, kann auf die Temperatur innerhalb des Transistors geschlossen werden. Da hohe Temperaturänderungen typischerweise bei einem Kurzschluss auftreten, kann aus der Abweichung der Charakteristik des detektierten zweiten Signals von dem Sollwert auch auf einen Kurzschluss geschlossen werden.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt.

Die Temperatur des Transistors wird somit über den internen Gatewiderstand des Transistors gemessen. Steigt im aktiven Betrieb des Halbleiters die Temperatur über einen Schwellwert an, so muss ein Fehler vorliegen und ein Kurzschluss wird erkannt, wobei bevorzugt ein Signal zur Kurzschlussabschaltung ausgelöst wird.

Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die sehr schnelle Erkennung einer Übertemperatur (bei einer Sinus-Frequenz von 3 MHz zum Beispiel 333 ns) und somit des Kurzschlusses. Zudem funktioniert dieses Verfahren unabhängig vom konkreten Aufbau des Moduls und benötigt lediglich die Implementierung der Temperaturmessung über die Messung des Gatewiderstandes mittels einer Frequenzüberlagerung, beispielsweise einer Sinusüberlagerung.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Bevorzugt ist bei dem Vergleichen der Charakteristik des detektierten zweiten Signals mit dem Sollwert die Charakteristik so gewählt, dass diese abhängig von einer Temperatur des Transistors ist. Gerade die Temperatur des Transistors ist ein besonders guter Indikator für einen Kurzschluss, womit durch die entsprechende Wahl der Charakteristik Kurzschlüsse besonders effizient erkannt werden können.

Weiter bevorzugt ist bei dem Vergleichen der Charakteristik des detektierten zweiten Signals mit dem Sollwert die Charakteristik des zweiten Signals ein Effektivwert des zweiten Signals und dieser Effektivwert des zweiten Signals wird mit dem Sollwert verglichen, und bei dem Erkennen eines Kurzschlusses wird ein Kurzschluss dann erkannt, wenn der Effektivwert geringer als der Sollwert ist.

Der Sollwert ist durch einen Schwellenwert definiert. Unter dem Effektivwert einer Wechselspannung, hier des zweiten Signals, versteht man insbesondere diejenige Gleichspannung, die am gleichen Widerstand in der gleichen Zeit die gleiche Verlustleistung wie die Wechselspannung liefert. Durch den Effektivwert kann die Charakteristik des detektierten zweiten Signals in einen einzigen Wert überführt werden. Dies ist besonders einfach zu realisieren, beispielsweise durch Bildung des quadratischen Mittelwerts. Dazu wird die Wurzel aus dem Mittelwert des Quadrats bestimmt. Die geschieht durch einen Gleichrichter, gefolgt von einem Quadrierer, einem Mittelwertbilder und einem Baustein zum Ziehen der Wurzel. Ein Vergleich mit dem Schwellenwert kann ebenfalls in einfacher Weise geschehen, beispielsweise durch einen Komparator. Der Schwellenwert wird dabei derart gewählt, dass dieser unterschritten wird, wenn tatsächlich ein Kurzschluss vorliegt. Der Sollwert kann beispielsweise für einen bestimmten Transistortyp experimentell ermittelt werden.

Auch ist es vorteilhaft, wenn bei dem Vergleichen der Charakteristik des detektierten zweiten Signals mit dem Sollwert die Charakteristik des zweiten Signals eine Phase des zweiten Signals ist und die Phase des zweiten Signals mit einer Phase des ersten Signals verglichen wird, um eine Phasenabweichung zu ermitteln, und bei dem Erkennen eines Kurzschlusses ein Kurzschluss dann erkannt wird, wenn die Phasenabweichung kleiner als der Sollwert ist. Der Sollwert ist durch einen Schwellenwert definiert. So kommt es insbesondere durch hohe Temperaturen in dem Transistor auch zu einer Phasenverschiebung zwischen der Phase des ersten Signals und der Phase des zweiten Signals. Eine solche Phasenverschiebung kann besonders schnell detektiert werden, da beispielsweise kein Zeitintervall für eine Integralbildung benötigt wird. Folglich kann auch ein auftretender Kurzschluss besonders schnell detektiert werden.

Auch ist es vorteilhaft, wenn bei dem Vergleichen der Charakteristik des detektierten zweiten Signals mit dem Sollwert die Charakteristik ein Strom, insbesondere ein maximaler Strom, des zweiten Signals ist, und bei dem Erkennen eines Kurzschlusses ein Kurzschluss dann erkannt wird, wenn der Strom geringer als der Sollwert ist. Der Sollwert ist durch einen Schwellenwert definiert. So führt ein Temperaturanstieg des Transistors im Kurzschlussfall zu einem erhöhten Gatewiderstand, welcher durch einen verringerten Gatestrom erkannt werden kann.

Bevorzugt ist das erste Signal mit wechselnder Amplitude ein hochfrequentes Signal, insbesondere ein Signal mit einer Frequenz von mehr als 1 MHz. Ein solches erste Signal weist den Vorteil auf, dass dieses besonders wenig Einfluss auf den Schaltvorgang des Transistors nimmt und zugleich eine besonders schnelle Detektion einer Phasenverschiebung ermöglicht. So kann beispielsweise eine Phasenverschiebung basierend auf einem Auftreten von Maximalwerten erfolgen, welche bei Signalen mit hohen Frequenzen häufiger auftreten als bei Signalen mit niedrigen Frequenzen.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Signal mit wechselnder Amplitude ein sinusförmiges Signal ist. Ein solches Signal kann besonders einfach durch einen Schwingkreis erzeugt werden. Ferner ist es vorteilhaft, wenn ein Abschaltsignal bereitgestellt wird, wenn ein Kurzschluss erkannt wurde und/oder ein Abschalten des Transistors in Reaktion darauf erfolgt, dass ein Kurzschluss erkannt wurde. Es ist somit vorteilhaft, wenn Aktionen eingeleitet werden, die einer Beschädigung des Transistors durch den Kurzschluss entgegenwirken.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Verfahren von einer integrierten Schaltung eines Gatetreibers ausgeführt wird, durch welche auch der Gatestrom des Transistors geschaltet wird. Auf diese Weise wird es ermöglicht, dass besonders kurze Schaltzeiten erreicht werden, da von derselben integrierten Schaltung, durch welche der Kurzschluss erkannt wird, auch die Gegenmaßnahmen, wie z.B. das Abschalten des Transistors, ausgeführt werden können.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

Figur 1 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens,

Figur 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Figur 3 eine Darstellung einer Anordnung eines Transistors in einem

Inverter, und

Figur 4 eine Darstellung eines zeitlichen Verlaufs eines Drain-Stromes durch einen Transistor bei Auftreten eines Kurzschlusses.

Ausführungsformen der Erfindung

Figur 1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 100 zum Detektieren eines Kurzschlusses in einem Transistor 2. Der Transistor 2 ist dabei insbesondere ein Transistor eines Inverters. Der Transistor ist dabei ein Leistungstransistor, hier ein MOSFET-Transistor. Das Verfahren wird beispielsweise dann angestoßen, wenn der Transistor 2 in einen durchgeschalteten Zustand geschaltet wird, was durch Anlegen einer Gate-Source-Spannung, im Folgenden auch als Gatespannung bezeichnet, erfolgt.

In einem ersten Schritt 101 des Verfahrens erfolgt ein Aufmodulieren eines ersten Signals mit wechselnder Amplitude auf die Gatespannung des Transistors 2, wobei das erste Signal eine vordefinierte Frequenz aufweist. Die Gatespannung des Transistors 2 ist dabei die Spannung, die zwischen Gate und Source des Transistors angelegt wird, um diesen zu schalten. Auf diese Gatespannung wird ein hochfrequentes sinusförmiges Signal aufmoduliert. Die vordefinierte Frequenz ist dabei beispielsweise eine Frequenz von 3 MHz. Die Gatespannung ist dabei eine Gleichspannung, wobei ein Spannungswert der Gatespannung größer ist als eine Amplitude des ersten Signals. Dadurch wird verhindert, dass durch das erste Signal die Gatespannung des Transistors 2 so verändert wird, dass diese zu einem Schalten des Transistors 2 führt. Der Transistor 2 verbleibt somit während des gesamten Verfahrens 100 in dem eingeschalteten Zustand.

Nach dem Aufmodulieren des ersten Signals auf die Gatespannung des Transistors 2 wird ein zweiter Schritt 102 ausgeführt, in dem ein Detektieren eines Gatestromes des Transistors 2 erfolgt. Der zeitliche Verlauf des detektierten Gatestroms des Transistors ist dabei ein zweites Signal. Der Gatestrom des Transistors 2 wird beispielsweise über einen dem Transistor 2 vorgeschalteten und mit dessen Gatekontakt verbundenen Messwiderstand gemessen. Der Gatestrom des Transistors 2 variiert mit der Gatespannung des Transistors. Somit wird beispielsweise durch das auf die Gatespannung des Transistors aufmodulierte sinusförmige erste Signal auch ein sinusförmiger Verlauf des zweiten Signals verursacht, welcher typischerweise dieselbe Frequenz aufweist, die durch das erste Signal vorgegeben ist.

In einem dritten Verfahrensschritt 103, welcher nach dem zweiten Verfahrensschritt 102 ausgeführt wird, folgt ein Vergleichen einer Charakteristik des detektierten zweiten Signals mit einem Sollwert. Die Charakteristik ist dabei eine Signaleigenschaft, die derart gewählt ist, dass diese abhängig von einer Temperatur des Transistors 2 ist. So ist die Charakteristik des detektierten zweiten Signals beispielsweise ein Effektivwert des zweiten Signals. So wird das zweite Signal beispielsweise integriert, um den Effektivwert zu bilden. Das Bilden des Effektivwertes kann dabei weitere Schritte umfassen. Der Effektivwert wird dann mit einem Sollwert verglichen. Wird der T ransistor 2 erhitzt, wie dieses beispielsweise bei einem Kurzschluss erfolgt, so fällt eine Amplitude des zweiten Signals ab. In entsprechender Weise fällt auch der ermittelte Effektivwert des zweiten Signals ab. Ein Abfallen des Effektivwertes deutet somit an, dass es zu einer Erhitzung des Transistors kommt, was ein Anzeichen für einen vorliegenden Kurzschluss ist.

In einem vierten Schritt 104, welcher nach dem dritten Schritt 103 ausgeführt wird, erfolgt ein Erkennen eines Kurzschlusses basierend auf einer Abweichung der Charakteristik des detektierten zweiten Signals von dem Sollwert. Dazu wird der Effektivwert des zweiten Signals mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen. Wie zuvor beschrieben, deutet ein Abfallen des Effektivwertes auf einen Kurzschluss hin. Je weiter der Effektivwert abfällt, desto wahrscheinlicher ist es, dass ein Kurzschluss vorliegt. Der Sollwert ist derart gewählt, dass dieser eine Schwelle definiert, ab der von einem Kurzschluss ausgegangen werden kann. Der Sollwert ist dabei für eine bestimmte Frequenz des ersten Signals festgelegt. Ist diese Frequenz bei der Verwendung des Transistors 2 immer gleich, so kann der Sollwert als ein fester Wert vordefiniert sein. Alternativ kann der Sollwert abhängig von einer Charakteristik des ersten Signals rechnerisch ermittelt werden.

Es wird somit ein Kurzschluss erkannt, wenn der Effektivwert den Sollwert unterschreitet. In diesem Falle wird ein fünfter Verfahrensschritt 105 ausgeführt, in dem ein Abschaltsignal bereitgestellt wird oder ein Abschalten des Transistors in Reaktion darauf erfolgt, dass der Kurzschluss erkannt wurde. Das Abschaltsignal wird dabei insbesondere einer übergeordneten Signalverarbeitungseinheit bereitgestellt, durch welche Schritte zur Reaktion auf den Kurzschluss eingeleitet werden können. Das Abschalten des Transistors 2 kann auch unmittelbar durch die Einheit erfolgen, durch die das Verfahren 100 ausgeführt wird. So wird das Verfahren beispielsweise durch eine integrierte Schaltung ausgeführt, die auch den Gatetreiber zum Ansteuern des Transistors 2 umfasst. So wird durch den Gatetreiber und somit durch die integrierte Schaltung auch der Gatestrom des Transistors 2 geschaltet. Es kann somit ein sehr kurzer Signalweg erreicht werden, durch welchen ein sehr schnelles Abschalten des Transistors 2 im Falle eines Kurzschlusses ermöglicht wird. In dem zuvor beschriebenen Beispiel ist die Charakteristik des detektierten zweiten Signals der Effektivwert des zweiten Signals. Alternativ dazu ist die Charakteristik des zweiten Signals eine Phasenabweichung zwischen der Phase des zweiten Signals und der Phase des ersten Signals. Die Phasenabweichung wird beispielsweise durch eine Zeit beschrieben, die zwischen einem Auftreten einer maximalen Amplitude des zweiten Signals und dem Auftreten einer maximalen Amplitude des ersten Signals verstreicht. In dem vierten Schritt 104 wird diese Phasenabweichung mit einem Sollwert verglichen. Je kleiner die Phasenabweichung ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass ein Kurzschluss in dem Transistor vorliegt. Ab wann davon ausgegangen wird und in dem vierten Schritt 104 ein Kurzschluss erkannt wird, kann durch das Festlegen eines Wertes für den Sollwert erfolgen. Wird ein Kurzschluss erkannt, so wird in entsprechender Weise der fünfte Verfahrensschritt 105 ausgeführt.

In Figur 2 ist ein Blockdiagramm dargestellt, durch welches eine Vorrichtung 1 zum Detektieren eines Kurzschlusses an einem Transistor 2 dargestellt ist. Durch die Vorrichtung 1 wird das Verfahren 100 ausgeführt. So wird das erste Signal durch einen Sinusgenerator 10 erzeugt und auf die Gatespannung des Transistors 2 aufmoduliert. Über einen Strom messwiderstand 11 wird das zweite Signal detektiert und einem Effektwertbilder 12 bereitgestellt. Zudem wird das Signal über den Strom messwiderstand 11 auch an einem Gate des Transistor 2 bereitgestellt. Durch den Effektivwertbilder 12 wird der Effektivwert des zweiten Signals ermittelt und einem Komparator 13 bereitgestellt. Durch den Komparator 13 wird der Effektivwert mit einem in einer Speichereinheit 14 hinterlegten Sollwert verglichen. Liegt der Effektivwert unter dem Sollwert, so wird durch den Komparator 13 ein Abschaltsignal an eine Steuereinheit 15.

Der Effektivwertbilder 12 ist dabei optional. Alternativ dazu kann die Charakteristik des zweiten Signals auch durch die Phasenabweichung definiert sein. In diesem Falle ist es möglich, das detektierte zweite Signal direkt dem Komparator bereitzustellen, wobei durch den Sollwert ein dem ersten Signal entsprechendes sinusförmiges hochfrequentes Signal bereitgestellt wird. Diese werden über den Komparator 13 miteinander verglichen und wenn es zu einer besonders kleinen Abweichung zwischen diesen Signalen kommt, dann kann auf eine besonders kleine Phasenabweichung geschlossen werden. Entsprechend einem in dem Komparator 13 gesetzten Schwellenwert kann damit die Signalausgabeschaltung 5 dazu getriggert werden, das Abschaltsignal auszugeben, wenn die Phasenabweichung größer als ein vordefinierter Schwellenwert ist.

In Figur 3 ist eine beispielhafte Anordnung des Transistors 2 mit einem weiteren Transistor 3 in einem Inverter gezeigt. Dabei stellt Figur 3 ein Ersatzschaltbild dar, welches das Verhalten des Inverters im Falle eines Kurzschlusses in einer angeschlossenen Maschine beschreibt. So ist beispielsweise ersichtlich, dass der geschaltete Drain-Strom io des Transistors 2 durch ein induktives Element 4 der Last und ein weiteres induktives Element 5 der Spannungsversorgung sowie eine Kapazität 6 der Spannungsversorgung beeinflusst wird. Diese induktiven und kapazitiven Elemente nehmen im Falle eines Kurzschlusses Einfluss auf die Charakteristik des zweiten Signals, die bei der Kurzschlusserkennung durch das Verfahren 100 genutzt wird.

In Figur 4 ist der Drain-Strom io, welcher durch den Transistor 2 geschaltet wird, über seinen zeitlichen Verlauf dargestellt. Dabei tritt in einem Zeitintervall t _pius ein Kurzschluss auf. Es ist ersichtlich, dass der Drain-Strom io ansteigt. Wird zu spät abgeschaltet, so kann die Drain Spannung des Transistors 2 auf einen Wert ansteigen, die auf Grund einer Überschreitung der Durchbruchspannung zu einem Lavinen-Durchbruch (Avalanche Durchbruch) führt. Erfindungsgemäß kann ein Kurzschluss noch innerhalb des Zeitpunktes t _pius detektiert werden, wodurch eine Beschädigung oder starke Belastung des Transistors 2 verhindert werden kann.

Eine Erkennung des Fehlerfalls „Kurzschluss“ wird somit durch eine kontinuierliche und zeitlich hochaufgelöste Temperaturmessung des überwachten Leistungshalbleiters, also des Transistors 2, realisiert. Dazu wird der Leistungshalbleiter bevorzugt mit einer positiven Gatespannung betrieben, sowie ein Komparator hinzugefügt, welcher den gemessenen Gatewiderstand mit dem Sollwert für den maximalen Gatewiderstand vergleicht. Im normalen Fall hat der Gatewiderstand einen positiven Temperaturkoeffizienten (TK) und muss deshalb mit einem maximalen Wert verglichen werden. Falls ein negativer TK oder ein nicht lineares Gateelement verwendet wird, muss der Komparator 13 entsprechend des Temperaturgangs auf eine Grenztemperatur angepasst werden. Wird eine Übertemperatur detektiert, so erzeugt der Komparator 13 ein Abschaltsignal. Durch die direkte Verbindung wird eine zeitnahe Fehlerreaktion sichergestellt. Parallel wird, welches an die einer übergeordnete Ebene das Fehlersignal, also die Steuereinheit 15, weitergeleitet wird. Dieses übergeordnete System kann beispielsweise ein intelligenter Gatetreiber oder die Steuerung des Inverters sein, je nach Aufbau des Systems und je nach Funktionsblock, in den die Fehlerabschaltungen implementiert sind.

Kurzschlüsse sind eine extreme Form der Überströme und können mit verschiedenen Stromanstiegsraten auftreten. Durch diese hohen Überströme wird der Halbleiter zerstört. Die Stromsteilheit bei den Kurzschlüssen entsteht dort abhängig von der Induktivität und der daran abfallenden Spannung. Bei Kurzschluss innerhalb des Leistungsmoduls (<30nH) ist die Stromsteilheit sehr hoch. Dadurch muss mit einer sehr kurzen Reaktionszeit (<2ps) auf diesen Fehler reagiert werden um eine Zerstörung des Halbleiters zu vermeiden. Sehr langsame Überströme (über mehrere Schaltperioden) werden durch die Strommessung des übergeordneten Systems (z.B. Inverter) erkannt und abgefangen. Besonders schwierig abzusichern sind Stromanstiegsraten im mittleren Zeitbereich (>3ps bis Ende der Schaltperiode), welche nicht ausreichend Schnell eine Reaktion z.B. über einen Anstieg der

Schalterspannung erkennbar sind. Innerhalb der Stromaufbauphase und bevor eine klassische Kurzschlusserkennung diesen Fehler erkennt, wird bereits sehr viel Energie in den Halbleiter eingebracht und in dessen Folge zerstört. Exemplarisch für einen solchen Fehler, kann der Kurzschluss in einer Maschine wie im folgenden Ersatzschaltbild gezeigt auftreten.

Dabei wird der Überstrom z.B. über eine deutlich verringerte Lastinduktivität stark erhöht, was beispielhaft in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist. Bei bisherigen Kurzschlusserkennungen werden diese mittelschnellen Kurzschlüsse nicht erkannt. Durch die hier beschriebene Erkennungsschaltung, sind auch diese kritischen Kurzschlüsse erkennbar und deutlich früher abschaltbar. Dies reduziert die Fehleranfälligkeit des Systems.

So umfasst insbesondere ein Gatetreiber-ASIC einen Sinus-Generator. Dieser speist die SiC-MOSFETs. Der Gatestrom wird durch einen extern bestückten Strom messwiderstand oder eine in den ASIC integrierte Strommessschaltung für jeden MOSFET einzeln gemessen. Die Gatestrom-Signale können mit Hilfe eines Effektivwertbilder bewertet werden, oder hinsichtlich des maximalen Stroms. Bei dieser Variante kann das Gatestrom-Signal direkt in den Komparator eingespeist werden. Der Effektivwertbilder kann in den Gatetreiber- AS IC integriert werden, genau wie ein Komparator und ein Digital/Analog-Wandler zur Einstellung der Abschalttemperatur. Da auch die Fehlerabschaltung in den Gatetreiber-ASIC integriert ist, lässt sich diese mit dem Komparatorsignal ansteuern und eine Größtenteils in den ASIC integrierte Temperaturmessung ist möglich. Auf Grund der geringen Signallaufzeiten innerhalb des ASICs erfolgt die Abschaltung mit einer sehr geringen Verzögerung nach Detektion der zu hohen Temperatur. Die Abschalttemperatur ist so zu wählen, dass sie ausreichend hoch ist, gegenüber den im regulären Betrieb erreichbaren Temperaturen.

Nebst obenstehender Offenbarung wird explizit auf die Offenbarung der Figuren 1 bis 4 verwiesen.