Betreiben eines Leistungshalbleiterelements

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines selbstsperrenden oder selbstleitenden Leistungshalbleiterele ments .

Bei bestimmten selbstsperrenden oder selbstleitenden Leis tungshalbeiterelementen, deren aktiver Bereich z.B. eine Gal- liumnitirdschicht ist und deren Substrat aus Silizium oder einem anderen Material gefertigt ist, kann sich im Lauf der Zeit die Thresholdspannung ändern. Dadurch steigen die Durch lassverluste im eingeschalteten Zustand des Leistungshalblei terelements an, wenn das Leistungshalbleiterelement immer mit einer definierten Einschaltgatespannung eingeschaltet wird. Die Erhöhung der Durchlassverluste reduziert die Effizienz des Leistungshalbleiterelements und kann zu einer Überhitzung und einem Ausfall führen.

NL 2020745 A offenbart eine Schaltelement-Steuerschaltung, die konfiguriert ist, einen Messmodus, in dem eine

Thresholdspannung eines Schaltelements gemessen wird, und ei nen Steuermodus, in dem ein EIN/AUS-Betrieb des Schaltele ments gesteuert wird, durchzuführen.

US 2012/194226 Al offenbart eine Schaltelement- Steuervorrichtung, mit der ein Schaltelement angesteuert wird, indem eine Spannung an seinem Steueranschluss in Reak tion auf charakteristische Informationen des Schaltelements gesteuert wird. Die Vorrichtung enthält eine Konstantstrom- schaltung, die einen konstanten Strom an den Steueranschluss anlegt, eine Spannungsbegrenzungsschaltung, die die Spannung am Steueranschluss auf eine Grenzspannung begrenzt, und eine Steuerschaltung, die die Konstantstromschaltung und die Span nungsbegrenzungsschaltung steuert, um den konstanten Strom an den Steueranschluss zu legen, wenn ein Ansteuersignal zum Einschalten des Schaltelements empfangen wurde, und die Span- nung am Steueranschluss für eine Spannungsbegrenzungszeitdau er zu begrenzen. Die Steuerschaltung weist einen Speicher auf, der die charakteristischen Informationen speichert, und stellt in Reaktion auf die charakteristischen Informationen die Grenzspannung, die Spannungsbegrenzungszeitdauer und/oder den konstanten Strom ein.

US 2011/304360 Al offenbart eine Diodenschaltung mit einem Anodenanschluss, einem Kathodenanschluss, einem Transistor, der einen Gate-Anschluss, einen Drain-Anschluss und einen Source-Anschluss aufweist, und einer Gate-

Spannungserzeugungsschaltung, die zwischen den Gate-Anschluss und den Anodenanschluss geschaltet ist und eine mit einer Thresholdspannung des Transistors übereinstimmende Gate- Spannung für den Gate-Anschluss liefert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines selbstsperrenden oder selbst leitenden Leistungshalbleiterelements anzugeben, dessen

Thresholdspannung sich im Laufe der Zeit ändert.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einen Gate-Treiber mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines selbstsperrenden oder selbstleitenden Leistungshalbleiterele ments wird eine Thresholdspannungsänderung einer Threshold spannung des Leistungshalbleiterelements gegenüber einer Re- ferenz-Thresholdspannung ermittelt, und eine Einschaltgate spannung, die zum Einschalten des Leistungshalbleiterelements zwischen einem Gate-Anschluss und einem Source-Anschluss des Leistungshalbleiterelements angelegt wird, wird um die

Thresholdspannungsänderung gegenüber einer zu der Referenz- Thresholdspannung korrespondierenden Referenz-Einschalt gatespannung geändert.

Die Erfindung sieht also vor, eine Thresholdspannungsänderung einer Thresholdspannung eines Leistungshalbleiterelements zu ermitteln und eine Einschaltgatespannung zum Einschalten des Leistungshalbleiterelements an die geänderte Thresholdspan nung anzupassen, indem die Einschaltgatespannung um die er mittelte Thresholdspannungsänderung geändert wird. Dadurch wird verhindert, dass sich Durchlassverluste des Leistungs halbleiterelements bei einer Änderung der Thresholdspannung erhöhen, indem die Änderung der Thresholdspannung durch eine entsprechende Nachführung der Einschaltgatespannung ausgegli chen wird. Mit anderen Worten werden die Durchlassverluste des Leistungshalbleiterelements durch eine Nachführung der Einschaltgatespannung unabhängig von der Änderung der

Thresholdspannung gehalten. Dadurch wird eine Alterung des Leistungshalbleiterelements verlangsamt und die Lebensdauer des Leistungshalbleiterelements wird vorteilhaft erhöht. Au ßerdem kann durch das Ermitteln der Thresholdspannungsände rung ein aktueller Zustand des Leistungshalbleiterelements ermittelt und überwacht werden.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zum Ermit teln der Thresholdspannungsänderung eine Test-Drain-Source- Spannung gemessen wird, die bei einer Test-Ausschalt-Gate- spannung, z.B. bei Gatespannung Null, und einem Test-Rück- wärtsstrom zwischen einem Drain-Anschluss des Leistungshalb leiterelements und dem Source-Anschluss auftritt, und als Thresholdspannungsänderung eine Abweichung der Test-Drain- Source-Spannung von einer Referenz-Drain-Source-Spannung er mittelt wird, die bei der Test-Ausschalt-Gate-Spannung und dem Test-Rückwärtsstrom zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss auftritt, wenn die Thresholdspannung des Leistungshalbleiterelements mit der Referenz-Threshold- spannung übereinstimmt. Unter einem Rückwärtsstrom wird ein Strom verstanden, der die technische Stromrichtung von dem Source-Anschluss zu dem Drain-Anschluss des Leistungshalblei- terelements hat und daher einem bei eingeschaltetem Leis tungshalbleiterelement zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss fließenden Strom entgegengerichtet ist.

Die vorgenannte Ausgestaltung der Erfindung nutzt aus, dass eine Thresholdspannungsänderung eine entsprechende Änderung der Drain-Source-Spannung bewirkt, die bei einer Test- Ausschalt-Gate-Spannung und einem Test-Rückwärtsstrom zwi schen einem Drain-Anschluss des Leistungshalbleiterelements und dem Source-Anschluss auftritt. Daher kann die Threshold spannungsänderung ermittelt werden, indem eine Änderung der Drain-Source-Spannung bei der Test-Ausschalt-Gate-Spannung und dem Test-Rückwärtsstrom gegenüber einer Referenz-Drain- Source-Spannung gemessen wird. Insbesondere ermöglicht diese Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, die Thresholdspan nungsänderung im Betrieb des Leistungshalbleiterelements zu ermitteln und durch die Änderung der Einschaltgatespannung auszugleichen .

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die Test- Ausschalt-Gatespannung während der Flussrichtung des Stromes in Rückwärtsrichtung nur kurzzeitig, z.B. weniger als eine Mikrosekunde lang, anzulegen. Dadurch kann für die verblei bende Zeit des Rückstromflusses in einer Pulsperiode von z.B. etwa 20 ps die Gatespannung auf einen positiven Wert gelegt werden, was die Durchlassverluste verringert.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Thresholdspannungsänderung an eine übergeordnete Rechenein heit übertragen wird und von der Recheneinheit aus der

Thresholdspannungsänderung eine Restlebensdauer des Leis tungshalbleiterelements berechnet wird.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Referenz-Drain-Source-Spannung gemessen wird, wenn sich das Leistungshalbleiterelement im Zustand seiner Erstinbetrieb- nahme befindet. Mit anderen Worten sieht diese Ausgestaltung der Erfindung vor, die Änderung der Drain-Source-Spannung bei der Test-Ausschalt-Gatespannung und dem Test-Rückwärtsstrom gegenüber einer Referenz-Drain-Source-Spannung zu ermitteln, die das Leistungshalbleiterelement bei seiner Erstinbetrieb- nahme hatte. Dadurch wird auch die Thresholdspannungsänderung der Thresholdspannung gegenüber einer Referenz-Threshold- spannung des Leistungshalbleiterelements bei seiner Erstinbe triebnahme ermittelt und die Einschaltgatespannung wird ge genüber einer Referenz-Einschaltgatespannung des Leistungs halbleiterelements bei seiner Erstinbetriebnahme geändert. Dadurch können die Durchlassverluste des Leistungshalblei terelements über seine gesamte Lebensdauer konstant gehalten werden .

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird im Fall, dass das Leistungshalbleiterelement in einem Brückenarm einer Halbbrücke angeordnet ist, in deren anderem Brückenarm ein weiteres Leistungshalbleiterelement angeordnet ist, die Test Drain-Source-Spannung nur für die kurze Zeit gemessen, wäh rend der beide Leistungshalbleiterelemente ausgeschaltet sind. Diese Ausgestaltung der Erfindung nutzt aus, dass eine Wechselsperrzeit, in der beide Leistungshalbleiterelemente ausgeschaltet sind, für einen sicheren Betrieb der Halbbrücke ohnehin erforderlich ist, um Brückenquerzündungen zu verhin dern. Diese Wechselsperrzeit entspricht dann der oben erwähn ten kurzen Zeitdauer, während der die Test-Ausschalt-Gate- spannung angelegt wird. Es ist daher vorteilhaft, diese Wech selsperrzeit zu nutzen, um die Test-Drain-Source-Spannung zu messen, da dabei für den verbleibenden Teil einer Pulsperiode die Gatespannung auch bei Rückwärtsstrom auf einen positiven Wert gelegt werden kann, was die Durchlassverluste verrin gert .

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein akti ver Bereich des Leistungshalbleiterelements aus Galliumnitrid gefertigt. Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Leistungshalbleiterelement ein so genannter High- Electron-Mobility-Transistor (HEMT) . Diese Ausgestaltungen der Erfindung berücksichtigen, dass sich gerade bei einem Leistungshalbleiterelement mit einem aus Galliumnitrid beste henden aktiven Bereich, insbesondere bei einem als ein HEMT ausgebildeten derartigen Leistungshalbleiterelement, die Thresholdspannung im Laufe der Zeit ändert. Das erfindungsge mäße Verfahren eignet sich daher insbesondere vorteilhaft zum Betrieb eines derartigen Leistungshalbleiterelements.

Ein erfindungsgemäßer Gate-Treiber zum Durchführen des erfin dungsgemäßen Verfahrens ist dazu ausgebildet, die Einschalt gatespannung, die zum Einschalten des Leistungshalbleiterele ments zwischen dem Gate-Anschluss und dem Source-Anschluss des Leistungshalbleiterelements angelegt wird, um die

Thresholdspannungsänderung gegenüber der Referenz-Einschalt gatespannung zu ändern. Ein derartiger Gate-Treiber ermög licht die Nachführung der Einschaltgatespannung in Abhängig keit von der Thresholdspannungsänderung mit den oben bereits genannten Vorteilen.

Beispielsweise legt der Gate-Treiber eine Test-Ausschalt- Gatespannung an den Gate-Anschluss des Leistungshalblei terelements, wenn ein Test-Rückwärtsstrom zwischen dem

Source-Anschluss und einem Drain-Anschluss des Leistungshalb leiterelements fließt.

Ferner weist der Gate-Treiber beispielsweise eine Messeinheit auf, die dazu ausgebildet ist, eine Test-Drain-Source- Spannung zu messen, die zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss des Leistungshalbleiterelements auftritt, wenn der Test-Rückwärtsstrom zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss fließt und die Test-Ausschalt-Gate- spannung an dem Gate-Anschluss anliegt.

Außerdem kann vorgesehen sein, dass der Gate-Treiber den zu letzt von der Messeinheit gemessenen Wert der Test-Drain- Source-Spannung speichert.

Ferner kann vorgesehen sein, dass der Gate-Treiber die Ein- schaltgatespannung als Summe einer Referenz-Gatespannung und des zuletzt von der Messeinheit gemessenen Wertes der Test Drain-Source-Spannung bildet. Die Referenz-Gatespannung wird vorzugsweise so gewählt, dass die Summe der Referenz-Gate spannung und der Referenz-Drain-Source-Spannung, die bei der Test-Ausschalt-Gatespannung und dem Test-Rückwärtsstrom zwi schen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss im Zustand der Erstinbetriebnahme des Leistungshalbleiterelements gemes sen wurde, die Referenz-Einschalt-Gatespannung ergibt.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbei spielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu tert werden. Dabei zeigen:

FIG 1 eine schematische Schnittdarstellung eines selbst sperrenden Leistungshalbleiterelements ,

FIG 2 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfah rens ,

FIG 3 einen Schaltplan einer Halbbrückenschaltung zweier selbstsperrender Leistungshalbleiterelemente,

FIG 4 einen Schaltplan eines Gate-Treibers gemäß dem

Stand der Technik, der ein Leistungshalbleiterelement steu ert, und

FIG 5 einen Schaltplan eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gate-Treibers, der ein Leistungshalblei terelement steuert.

Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit densel ben Bezugszeichen versehen.

Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines bei spielsweise selbstsperrenden Leistungshalbleiterelements 1. Das Leistungshalbleiterelement 1 (z.B. ein als ein HEMT aus gebildeter Galliumnitrid-Schalter) weist einen Source- Anschluss 3, einen Gate-Anschluss 5 und einen Drain- Anschluss 7 auf. Zwischen dem Source-Anschluss 3 und dem Drain-Anschluss 7 verläuft eine Zwischenschicht 9 aus Alumi niumgalliumnitrid (AlGaN) . Der Source-Anschluss 3, der Drain- Anschluss 7 und die Zwischenschicht 9 sind auf einem aktiven Bereich 11, beispielsweise einer Galliumnitridschicht, ange ordnet, der auf einem Träger 13 (dem sogenannten Substrat) aus zum Beispiel Silizium (Si) aufgebracht ist. Der Gate- Anschluss 5 ist auf der Zwischenschicht 9 zwischen dem

Source-Anschluss 3 und dem Drain-Anschluss 7 angeordnet.

Das Leistungshalbleiterelement 1 leitet zwischen dem Drain- Anschluss 7 und dem Source-Anschluss 3 üblicherweise dadurch, dass sich unterhalb der Zwischenschicht 9 in dem aktiven Be reich 11 durch den piezoelektrischen Effekt aufgrund einer mechanischen Spannung zwischen der Zwischenschicht 9 und dem aktiven Bereich 11 ein leitfähiger Kanal 15 aus Elektronen 16 zwischen einer Stelle 17 unterhalb des Source-Anschlusses 3 und einer Stelle 19 unterhalb des Drain-Anschlusses 7 bildet. Die Stelle 17 definiert das elektrische Bezugspotenzial, auf das im Folgenden die elektrischen Spannungen bezogen sind.

Der Kanal 15 mit konzentrierten Elektronen 16 wird üblicher weise als zweidimensionale Elektronengas-Schicht (2DEG- Schicht) bezeichnet.

Wird die Zwischenschicht 9 an einer Stelle dünner ausgeführt oder wird an einer Stelle 18 in dem aktiven Bereich 11 unter halb des Gate-Anschlusses 5 durch eine negative Gatespan nung V _G zwischen dem Gate-Anschluss 5 und dem Source- Anschluss 3 ein negatives elektrisches Potenzial eingeprägt, so unterbricht dieses den leitfähigen Kanal 15. Die Höhe des eingebrachten Potenzials hängt von der Struktur der Zwischen schicht 9 ab und beträgt beispielsweise -2 V. Ist das Poten zial an der Stelle 19 Null oder positiv, so werden die Elekt ronen 16 von dem niedrigen Potenzial an der Stelle 18 abge- stoßen und der Kanal 15 unterbrochen. Dadurch sperrt das Leistungshalbleiterelement 1.

Wird nun auf der Oberseite der Zwischenschicht 9 das Potenzi al durch eine externe Gatespannung V _G angehoben, so kann das Potenzial unter der Zwischenschicht 9 wieder soweit steigen, dass die Elektronen 16 nicht mehr abgestoßen werden und wie der ein leitfähiger Kanal 15 entsteht. Damit kann das Leis tungshalbleiterelement 1 eingeschaltet werden. Die Spannung, um die das Potenzial angehoben werden muss, um das Leistungs halbleiterelement 1 einzuschalten, wird als Thresholdspannung bezeichnet. Die Thresholdspannung kann sich im Lauf der Zeit z.B. durch Veränderungen in der Struktur der Zwischenschicht 9 ändern. Wird das Leistungshalbleiterelement 1 mit einer im mer gleichen Gatespannung V _G eingeschaltet, so führt ein An stieg der Thresholdspannung dazu, dass das Potenzial an der Stelle 18 weniger ansteigt als im Originalzustand des Leis tungshalbleiterelements 1 bei dessen Erstinbetriebnahme . Da mit steigen die Durchlassverluste im eingeschalteten Zustand des Leistungshalbleiterelements 1 an, was die Effizienz der Schaltung reduziert und zu einer Überhitzung und einem Aus fall des Leistungshalbleiterelements 1 führen kann.

Im Normalbetrieb ist das Leistungshalbleiterelement 1 bei ei ner Ausschalt-Gatespannung von z.B. Null Volt ausgeschaltet. Auch bei der Ausschalt-Gatespannung kann jedoch ein leitfähi- ger Kanal 15 ausgebildet werden, wenn das Potenzial an der Stelle 19 um mehr als die Thresholdspannung sinkt. Dann ist das Potenzial an der Stelle 19 nämlich niedriger als an der Stelle 18, wo es im ausgeschalteten Zustand beispielsweise - 2 V beträgt. Damit fließen Elektronen 16 von dem Drain- Anschluss 7 zu den Stellen 18 und 17 und bilden wieder einen leitfähigen Kanal 15, so dass das Leistungshalbleiterele ment 1 leitet. Ein derartiger Strom hat die technische Strom richtung von dem Source-Anschluss 3 zu dem Drain-Anschluss 7 und wird als Rückwärtsstrom bezeichnet, da er einem bei ein geschaltetem Leistungshalbleiterelement 1 zwischen dem Drain- Anschluss 7 und dem Source-Anschluss 3 fließenden Strom ent gegengerichtet ist.

Bei einem Rückwärtsstrom setzt sich der Betrag des negativen Potenzials an der Stelle 19 aus der Thresholdspannung und ei nem ohmschen Spannungsabfall an dem Kanal 15 zusammen. Da sich der Wert des ohmschen Spannungsabfalls mit der Zeit nicht ändert, kann eine Thresholdspannungsänderung der

Thresholdspannung des Leistungshalbleiterelements 1 daher durch eine Änderung der Drain-Source-Spannung ermittelt wer den, die bei einer definierten Test-Ausschalt-Gatespannung von z.B. Null Volt und einem definierten Test-Rückwärtsstrom zwischen dem Drain-Anschluss 7 und dem Source-Anschluss 3 auftritt. Beträgt beispielsweise ein Jahr nach der Erstinbe triebnahme des Leistungshalbleiterelements 1 die Drain- Source-Spannung bei der Test-Ausschalt-Gatespannung und dem Test-Rückwärtsstrom -2 V statt wie ursprünglich (bei der Erstinbetriebnahme des Leistungshalbleiterelements 1) -1.5 V, so kann daraus geschlossen werden, dass die Thresholdspannung um 0,5 V angestiegen ist. Dies wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgenutzt.

Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Ver fahrens zum Betreiben eines in Figur 1 dargestellten selbst sperrenden Leistungshalbleiterelements 1.

In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird im Zustand der Erstinbetriebnahme des Leistungshalbleiterelements 1 eine Re- ferenz-Drain-Source-Spannung gemessen, die bei einer Test- Ausschalt-Gatespannung von z.B. Null Volt und einem Test- Rückwärtsstrom zwischen dem Drain-Anschluss 7 und dem Source- Anschluss 3 auftritt.

In einem zweiten Verfahrensschritt S2 wird zu einem späteren Zeitpunkt eine Test-Drain-Source-Spannung gemessen, die bei derselben Test-Ausschalt-Gatespannung und demselben Test- Rückwärtsstrom wie im ersten Verfahrensschritt S1 auftritt. In einem dritten Verfahrensschritt S3 wird eine Abweichung der in dem zweiten Verfahrensschritt S2 gemessenen Test Drain-Source-Spannung von der in dem ersten Verfahrens schritt S1 gemessenen Referenz-Drain-Source-Spannung ermit telt. Diese Abweichung gibt die Thresholdspannungsänderung der Thresholdspannung des Leistungshalbleiterelements 1 ge genüber einer Referenz-Thresholdspannung an, die das Lei stungshalbleiterelement 1 zum Zeitpunkt der Durchführung des ersten Verfahrensschritts Sl, das heißt im Zustand seiner Erstinbetriebnahme, hatte.

In einem vierten Verfahrensschritt S4 wird eine Einschaltga tespannung, die zum Einschalten des Leistungshalbleiterele ments 1 zwischen dem Gate-Anschluss 5 und dem Source- Anschluss 3 des Leistungshalbleiterelements 1 angelegt wird, um die in dem dritten Verfahrensschritt S3 ermittelte

Thresholdspannungsänderung gegenüber einer Referenz- Einschaltgatespannung geändert, welche zu der Referenz- Thresholdspannung korrespondiert und mit welcher das Leis tungshalbleiterelement 1 bei seiner Erstinbetriebnahme einge schaltet wurde. Wenn die Thresholdspannung beispielsweise um 0,5 V gegenüber der Referenz-Thresholdspannung angestiegen ist, wird auch die Einschaltgatespannung gegenüber der Refe- renz-Einschaltgatespannung um 0,5 V angehoben und das Leis tungshalbleiterelement 1 wird mit der geänderten Einschaltga tespannung eingeschaltet.

In einem optionalen fünften Verfahrensschritt S5 wird die Än derung der Thresholdspannung an eine übergeordnete Rechenein heit übermittelt, welche aus dieser Information eine Restle bensdauer des Leistungshalbleiterelements 1 berechnet.

Nach dem fünften Verfahrensschritt S5 wird nach einer geeig net gewählten Zeitdauer wieder der zweite Verfahrens

schritt S2 ausgeführt, um zu überprüfen, ob sich die

Thresholdspannung weiter geändert hat, und die Einschaltgate spannung gegebenenfalls an die geänderte Thresholdspannung anzupassen sowie die Restlebensdauer neu zu berechnen. Figur 3 zeigt einen Schaltplan einer Halbbrücke 21, in deren Brückenarmen 23, 25 jeweils ein wie in Figur 1 ausgebildetes Leistungshalbleiterelement 1 angeordnet ist, dessen Gate- Anschluss 5 durch einen Gate-Treiber 27 angesteuert wird. Für jedes Leistungshalbleiterelement 1 wird das anhand der Figur 2 beschriebene Verfahren durchgeführt. Dabei wird der zweite Verfahrensschritt S2 jeweils während einer Wechselsperrzeit ausgeführt, in der beide Leistungshalbleiterelemente 1 ausge schaltet sind. Diese Wechselsperrzeit ist für einen sicheren Betrieb der Halbbrücke 21 ohnehin erforderlich, um Brücken querzündungen zu verhindern. Zur Messung der Test-Drain- Source-Spannung eines Leistungshalbleiterelements 1 kann bei spielsweise eine kurzzeitige Speicherung eines Spannungswer tes zwischen dem Drain-Anschluss 7 und dem Source-Anschluss 3 durch eine Spitzenwerterkennung durchgeführt werden. Jeder Gate-Treiber 27 ist dazu ausgebildet, die Einschaltgatespan nung, die zum Einschalten des jeweiligen Leistungshalblei terelements 1 zwischen dem Gate-Anschluss 5 und dem Source- Anschluss 3 des Leistungshalbleiterelements 1 angelegt wird, um die Thresholdspannungsänderung, die in dem dritten Verfah rensschritt S3 des anhand der Figur 2 beschriebenen Verfah rens ermittelt wird, gegenüber der Referenz-Einschaltgate spannung zu ändern und das Leistungshalbleiterelement 1 mit der geänderten Einschaltgatespannung einzuschalten.

Figur 4 zeigt schematisch einen Gate-Treiber 27 gemäß dem Stand der Technik, der ein wie in Figur 1 ausgebildetes Leis tungshalbleiterelement 1 steuert. Der Gate-Treiber 27 weist zwei Schalter 29, 31 zum Ansteuern des Gate-Anschlusses 5 des Leistungshalbleiterelements 1 auf. Um das Leistungshalblei terelement 1 einzuschalten, wird ein erster Schalter 29 ge schlossen und der zweite Schalter 31 wird geöffnet, wodurch eine Einschaltgatespannung V _on an den Gate-Anschluss 5 gelegt wird. Um das Leistungshalbleiterelement 1 auszuschalten, wird der erste Schalter 29 geöffnet und der zweite Schalter 31 wird geschlossen, wodurch eine Ausschaltgatespannung V _ff an den Gate-Anschluss 5 angelegt wird. Die Einschaltgatespannung V _on bleibt während der gesamten Betriebszeit des Leistungs halbleiterelements 1 unverändert.

Figur 5 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines er findungsgemäßen Gate-Treibers 27, der ein wie in Figur 1 aus gebildetes Leistungshalbleiterelement 1 steuert und zum

Durchführen des anhand von Figur 2 beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Der Gate-Treiber 27 weist zusätzlich zu den Komponenten eines Gate-Treibers 27 gemäß dem Stand der Tech nik eine Messeinheit 33 und eine Addiereinheit 35 auf.

Wenn der Test-Rückwärtsstrom zwischen dem Drain-Anschluss 7 und dem Source-Anschluss 3 des Leistungshalbleiterelements 1 fließt, legt der Gate-Treiber 27 als Ausschaltgatespannung V _off über den zweiten Schalter 31 bei geöffnetem ersten Schal ter 29 die Test-Ausschalt-Gatespannung an den Gate- Anschluss 5 und misst mit der Messeinheit 33 eine Test-Drain- Source-Spannung V _Test , die zwischen dem Drain-Anschluss 7 und dem Source-Anschluss 3 auftritt. Der gemessene Wert der Test Drain-Source-Spannung V _Test wird von der Messeinheit 33 bis zur nächsten Messung der Test-Drain-Source-Spannung V _est ge speichert .

Die Messeinheit 33 ist beispielsweise als eine aus dem Stand der Technik bekannte so genannte Sättigungsüberwachungsschal tung ausgebildet. Die Messeinheit 33 wird durch ein Enable- Signal EAN aktiviert und deaktiviert, das einen Aktivierungs wert und einen Deaktivierungswert annehmen kann. Das Enable- Signal EAN wird nur dann auf den Aktivierungswert gesetzt, wenn der Test-Rückwärtsstrom zwischen dem Drain-Anschluss 7 und dem Source-Anschluss 3 fließt und die Test-Ausschalt- Gatespannung an dem Gate-Anschluss 5 liegt. Wenn das Enable- Signal EAN den Aktivierungswert annimmt, wird von der Mess einheit 33 die Test-Drain-Source-Spannung V _est gemessen und der gemessene Wert der Test-Drain-Source-Spannung V _est wird gespeichert. Wenn das Enable-Signal EAN den Deaktivierungs wert annimmt, wird der zuletzt gespeicherte Wert der Test- Drain-Source-Spannung V _Test von einem Ausgang der Messein heit 33 an die Addiereinheit 35 ausgegeben.

Zum Einschalten des Leistungshalbleiterelements 1 wird über den ersten Schalter 29 bei geöffnetem zweiten Schalter 31 ei ne Einschaltgatespannung V _on an den Gate-Anschluss 5 gelegt, die von der Addiereinheit 35 als Summe einer Referenz-Gate spannung V _Ref und des zuletzt von der Messeinheit 33 gespei cherten Wertes der Test-Drain-Source-Spannung V _Test gebildet wird. Die Addiereinheit 35 kann entweder in analoger oder in digitaler Technik ausgeführt sein.

Die Referenz-Gatespannung V _Ref wird vorzugsweise so gewählt, dass sie in Summe mit der Referenz-Drain-Source-Spannung, die bei der Test-Ausschalt-Gatespannung und dem Test-Rückwärts- strom zwischen dem Drain-Anschluss 7 und dem Source- Anschluss 3 im Zustand der Erstinbetriebnahme des Leistungs halbleiterelements 1 gemessen wurde, die Referenz-Einschalt- Gatespannung ergibt. Ändert sich nun die Test-Drain-Source- Spannung V _Test im Laufe der Zeit, wird die Einschaltgatespan nung V _on entsprechend nachgeführt.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.