Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Elektromobilität, insbesondere einen Gate-T reiber-Baustein und ein Verfahren zur Ansteuerung von mindestens zwei Leis tungshalbleitern aus unterschiedlichen Halbleitermaterialien und/oder Halbleiterty pen, die einen topologischen Halbleiterschalter für eine Leistungselektronik bilden.

Halbleitertransistoren werden in vielen Bereichen als elektronische Schalter einge setzt und als Halbleiterschalter bezeichnet. Dies ist möglich, da ein Halbleiterschalter zwischen zwei Zuständen hin und her schalten kann. Ein erster Zustand ist ein einge schalteter Zustand. In diesem Zustand kann der Halbleiterschalter Strom führen und sich analog wie ein niedriger Widerstand oder eine Diode in Durchlassrichtung ver halten. Der andere Zustand ist der Sperrzustand. In diesem Zustand ist der Halb leiterschalter in der Lage, eine anliegende Spannung, z.B. 400V oder 800V, aufzu nehmen.

Ein Halbleiterschalter zeichnet sich dadurch aus, dass dieser zwischen den beiden genannten Zuständen sehr schnell und effizient hin und her wechseln kann. Dieses hin und her schalten zwischen dem leitenden und dem sperrenden Zustand des Halbleiterschalters ist die Grundlage für viele elektronische Schaltungen wie Netz teile, Wechselrichter, Gleichrichter, Antriebsinverter.

Damit der Halbleiterschalter zwischen diesen beiden Zuständen hin und her wech seln kann, verfügt dieser über einen Ansteueranschluss, den sogenannten Gate-Trei- ber, über den der Halbleiterschalter angesteuert wird. Bei der Ansteuerung des Halb leiterschalters unterscheidet man allgemein zwei Ansteuertypen. Spannungsgesteu erte Halbleiterschalter und stromgesteuerte Halbleiterschalter. Bei den spannungsge steuerten Halbleiterschaltern muss die Ansteuerspannung über oder unter einem de finierten Pegel, z.B. +5V oder -3V, liegen, damit der Halbleiterschalter seinen Zu stand (leitend oder sperrend) wechselt. Bei ström gesteuerten Halbleiterschaltern muss ein definierter Steuerstrom über- oder unterschritten werden, damit der Halb leiterschalter seinen Zustand ändert. Für beide Varianten wird eine Ansteuerschaltung benötigt, welche die Ansteuerung des Halbleiterschalters realisiert.

Bisher bekannte Ansteuerschaltungen oder Ansteueranordnungen (Gate-Treiber) verfügen über eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite. Die Eingangsseite ver fügt über mindestens eine Signalgröße, welche die Information trägt, ob der Halb leiterschalter eingeschaltet (leitender Zustand) oder ausgeschaltet (sperrender Zu stand) werden soll. Des Weiteren kann die Ansteueranordnung eine Potentialtren nung zwischen Eingangs- und Ausgangsseite aufweisen. Die Ausgangsseite weist mindestens ein Ausgangssignal auf, welches durch die Ansteueranordnung so in Be zug auf Spannungspegel, Stromstärke, etc. aufbereitet ist, dass der Halbleiterschal ter mit diesem Signal direkt angesteuert werden kann.

Darüber hinaus wurde von der Anmelderin bereits eine Anordnung für einen topologi schen Schalter vorgeschlagen, die wenigstens zwei Leistungshalbleiter, insbeson dere Leistungstransistoren, aufweist, deren topologischer Halbleiterschalter wenigs tens einen ersten Leistungshalbleiter mit einem ersten Halbleitermaterial und wenigs tens einen zweiten Leistungshalbleiter mit einem zweiten Halbleitermaterial aufweist.

Allerdings können die oben beschriebenen Ansteueranordnungen nur für topologi sche Halbleiterschalter eingesetzt werden, die aus gleichartigen Halbleiterschaltern bestehen. Im Falle eines topologischen Schalters, der aus einer Parallelschaltung un terschiedlicher Halbleiterschaltermaterialen mit großer Bandlücke wie z.B. SiC, GaN, Si, etc. und oder unterschiedlicher Halbleitertypen wie MOSFET (Metall-Oxid-Halblei- ter-Feldeffekttransistor), IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode bzw. In- sulated Gate Bipolar Transistor), JFET (Sperrschicht-Feldeffekttransistor bzw. Junc- tion FET) etc. besteht, ist es nicht möglich, die unterschiedlichen Halbleitertypen mit dieser Anordnung separat anzusteuern, da jeder Halbleitertyp über ein separates An steuersignal verfügen muss.

Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, dieses Problem zu überwinden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche ge löst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Zur Lösung wird ein Gate-T reiber-Baustein zur Ansteuerung von mindestens zwei Leistungshalbleitern, die einen topologischen Schalter bilden und aus unterschiedli chen Halbleitermaterialien und/oder Halbleitertypen gebildet sind, vorgeschlagen.

Der Gate-T reiber-Baustein weist auf: einen Ausgang je Leistungshalbleiter, eine Um wandlungseinheit mit einem ersten Eingang, an den eine Zustandsgröße oder ein Zustandsgrößenvektor angelegt werden kann, wobei in der Umwandlungseinheit die Zustandsgröße oder der Zustandsgrößenvektor in eine logische Information umge wandelt wird, die angibt, welcher der Leistungshalbleiter anzusteuern ist und als Re chengröße ausgegeben. Außerdem ist eine Selektionseinheit mit einem zweiten Ein gang vorgesehen, an den ein Eingangsmustervektor angelegt werden kann, der An steuerinformationen für einen der Leistungshalbleiter aufweist, umfassend mindes tens Informationen zu einer Totzeit und einer Ansteuerfrequenz. In der Selektionsein heit wird der Eingangsmustervektor derart mit der Rechengröße abgeglichen, dass ermittelt wird, ob der durch den Eingangsmustervektor vorgegebene Leistungshalb leiter tatsächlich angesteuert werden soll, und wenn dies der Fall ist, wird ein ent sprechender Ausgangmustervektor erzeugt. Ferner ist eine Einheit zur Erzeugung ei ner Ansteuermatrix vorgesehen, in welcher der Ausgangmustervektor und die Re chengröße derart verknüpft werden, dass bestimmt wird, welcher der Ausgänge an gesteuert werden soll, wobei ein Ansteuersignal an den zu dem ermittelten Leis tungshalbleiter zugehörigen Ausgang ausgegeben wird.

Die Geschwindigkeit des Schaltvorgangs ist abhängig davon, welche Halbleitermate rialien und/oder Halbleitertypen verwendet werden, d.h. die Ansteuermuster des Low- Side-Schalters und des High-Side-Schalters des topologischen Schalters können sich hinsichtlich Totzeit und Ansteuerfrequenz unterscheiden. Durch den vorgeschla genen Gate-T reiber-Baustein können unterschiedliche Leistungshalbleiter zustands abhängig und optimiert angesteuert werden, indem unterschiedliche Ansteuermuster pro Ausgang bereitgestellt werden können, ohne dabei zusätzliche Hardware zu be nötigen.

In einer Ausführung ist der erste Ausgang zur Ansteuerung des ersten Leistungs halbleiters mit einer ersten Totzeit TD,I und einer ersten Ansteuerfrequenz fs,i eingerichtet, und jeder weitere Ausgang ist zur Ansteuerung jedes weiteren der Leis tungshalbleiter mit einerweiteren Totzeit To,h+i und einerweiteren Ansteuerfrequenz fs,n+i eingerichtet, wobei gilt: To,h+i > To,h und fs,n+i < fs.n, wobei n der Anzahl der Aus gänge entspricht.

In einer Ausführung ist ein erster Leistungshalbleiter ein SiC-MOSFET und ein zwei ter Leistungshalbleiter ein Si-IGBT.

In einer Ausführung erfolgt eine Ermittlung, welcher Eingangsmustervektor am zwei ten Eingang anliegt, zyklisch.

In einer Ausführung erfolgt der Abgleich zwischen Eingangsmustervektor und Re chengröße anhand einer vorgegebenen Wahrheitstabelle. In einer Ausführung erfolgt die Verknüpfung zwischen Ausgangmustervektor und Rechengröße anhand einer vorgegebenen Wahrheitstabelle. Vorteilhaft ist hier, dass dadurch der Abgleich bzw. die Verknüpfung sehr schnell ist und auch mittels Hardware realisierbar ist.

In einer Ausführung kann mindestens einer der Ausgänge mit mindestens zwei unter schiedlichen Eingangsmustern angesteuert werden. Dies ist dann vorteilhaft, wenn Leistungshalbleiter mit unterschiedlich schnellem Schaltvorgang angesteuert werden sollen, da der schneller schaltende auch mit dem Ansteuermuster des langsamer schaltenden Leistungshalbleiters angesteuert werden kann.

In einer Ausführung erfolgt die Erfassung der Zustandswerte an der Eingangsseite und/oder an der Ausgangsseite des Halbleiterschalters. In einer Ausführung umfas sen Zustandswerte mindestens einen oder eine Kombination aus physikalischen Werten, die zur Ansteuerung der Leistungshalbleiter herangezogen werden. In einer Ausführung umfasst das Eingangssignal einen oder mehrere physikalische Werte, die zur Ansteuerung der Leistungshalbleiter herangezogen werden, insbesondere entspricht das Eingangssignal einem Modulationsgrad. Je nach Anwendung und Leistungsanforderung können somit möglichst viele Größen berücksichtigt werden, die Einfluss auf die Wahl des richtigen Leistungshalbleiters haben. Ferner wird ein Elektronikmodul zur Ansteuerung eines Elektroantriebs eines Fahr zeugs vorgeschlagen, wobei das Elektronikmodul einen Inverter mit einem beschrie benen Gate-T reiber-Baustein aufweist. Ferner wird ein Elektroantrieb eines Fahr zeugs mit dem Elektronikmodul sowie ein Fahrzeug mit dem Elektroantrieb vorge schlagen.

Außerdem wird ein Verfahren zur zustandsabhängigen Ansteuerung eines topologi schen Halbleiterschalters für eine Leistungselektronik mit wenigstens zwei parallel geschalteten Leistungshalbleitern, die aus unterschiedlichen Halbleitermaterialien und/oder Halbleitertypen gebildet sind, mittels eines Gate-T reiber-Bausteins, der ei nen Ausgang je Leistungshalbleiter aufweist, bereitgestellt. Die Ansteuerung erfolgt durch eine Erfassung einer Zustandsgröße oder eines Zustandsgrößenvektors als erstes Eingangssignal, wobei die Zustandsgröße oder der Zustandsgrößenvektor in eine logische Signal-Information umgewandelt wird, die angibt, welcher der Leis tungshalbleiter anzusteuern ist, und als Rechengröße ausgegeben, sowie eine Erfas sung eines Eingangsmustervektors als zweites Eingangssignal, der Ansteuerinforma tionen, umfassend mindestens Informationen zu einer Totzeit und einer Ansteuerfre quenz, für einen der Leistungshalbleiter aufweist. Der Eingangsmustervektor wird derart mit der Rechengröße abgeglichen, dass ermittelt wird, ob der durch den Ein- gangsm ustervektor vorgegebene Leistungshalbleiter tatsächlich angesteuert werden soll, und wenn dies der Fall ist, wird ein entsprechender Ausgangmustervektor er zeugt. Außerdem erfolgt eine Verknüpfung des Ausgangmustervektors und der Re chengröße zu einer Ansteuermatrix, durch die bestimmt wird, welcher der Ausgänge angesteuert werden soll. Final erfolgt ein Ausgeben eines Ansteuersignals an den zu dem ermittelten Leistungshalbleiter zugehörigen Ausgang.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombi nation bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der bei gefügten Zeichnung näher erläutert.

Figur 1 zeigt eine Schaltungsanordnung des Gate-T reiber-Bausteins 1 gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.

Figur 2 zeigt eine Detailansicht der Selektionseinheit E2 aus Figur 1.

In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktio nen mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Inverter, auch Stromrichter genannt, benötigen ein Leistungsmodul oder ein Halb leiterpackage, damit ein aus einer Batterie stammender Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt wird. Das Leistungsmodul weist topologische Schalter mit Halbleiter transistoren als Leistungstransistoren (auch als Leistungshalbleiter bezeichnet) auf, die zum Steuern der Ströme und zur Erzeugung des Wechselstroms verwendet wer den. Dabei sind unterschiedliche Ausgestaltungen von Leistungstransistoren be kannt. Unter anderem ist es bekannt, Halbleitertypen wie MOSFETs (Metall-Oxid- Halbleiter-Feldeffekttransistor) oder IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) zu ver wenden. Das dabei verwendete Halbleitermaterial kann Silizium (Si), Siliziumcarbid (SiC), Galliumnitrid (GaN) oder jedes andere Halbleitermaterial sein. Bevorzugt sind Materialien mit einer großen Bandlücke (engl: wide bandgap).

Im Bereich der Elektromobilität ist es zur Einhaltung strenger (durch Gesetzgeber vorgegebener) Flotteneffizienzziele nötig, die Effizienz des Inverters durch den Ein satz neuartiger Halbleitertechnologien, wie z.B. SiC MOSFETs, zu erhöhen. Die Halbleiterfläche für einen normalen, d.h. durchschnittlichen, Fährbetrieb ist dabei al lerdings überdimensioniert, da der auslegungsrelevante Betriebspunkt nur selten er reicht wird. Problematisch ist, dass die Halbleiterfläche neuerer Technologien (Wide- Bandgab-Halbleiter = WBG), die eine höhere inhärente Effizienz aufweisen (wie z.B. SiC oder GaN), teuer ist im Vergleich zu herkömmlichem Silizium. Bei herkömmli chen Systemen mit Halbleitern, die aus einem kostengünstigeren Material (wie z.B. Silizium) bestehen, kann in Bezug auf den auslegungsrelevanten Betriebspunkt mit Sicherheitsmargen dimensioniert werden, da die Kosten pro Halbleiterfläche gering sind im Vergleich zu WBG-Materialien. Beim Einsatz von WBG Halbleitern in einer herkömmlichen Auslegung wird nicht nur Platz vergeudet, es tritt auch ein preislicher Nachteil auf. Deshalb ist es nötig, ein Optimum zwischen bestmöglicher Technologie und geringstmöglichen Kosten zu finden.

Hierfür erfolgt die Auslegung der anzusteuernden Leistungshalbleiter (nachfolgend auch kurz als Halbleiter bezeichnet), indem die Auswahl des Halbleitertyps und des Halbleitermaterials entsprechend der Anwendung, d.h. der Zielvorgabe, erfolgt. Halb leitertransistoren mit Silizium weisen beispielsweise bei größeren Strömen eine bes sere Leitfähigkeit auf, während Halbleitertransistoren mit Siliziumcarbid diese Eigen schaft bei kleineren Strömen aufweisen. Somit kann z.B. die Stromversorgung ver brauchsoptimiert realisiert werden.

Um unterschiedliche, parallel geschaltete Leistungshalbleiter HL1, HL2, ... , HLn, die aus unterschiedlichen Halbleitermaterialien und/oder unterschiedlichen Halbleiterty pen gebildet sind, durch einen einzigen topologischen Halbleiterschalter anzusteu ern, wird der nachfolgend beschriebene Gate-T reiber-Baustein 1 sowie ein Ansteuer verfahren der Leistungshalbleiter HL1 , HL2, ... , HLn vorgeschlagen. Verwendete Halbleitermaterialien können Si, SiC, GaN etc. sein. Vorteilhaft werden Halbleiterma terialien mit einer großen Bandlücke verwendet. Als Halbleitertypen können aktiv schaltbare Transistoren wie z.B. MOSFETs, IGBTs, JFET etc. verwendet werden.

Wie bereits erwähnt, ist die Geschwindigkeit des Schaltvorgangs abhängig davon, welche Halbleitermaterialien und/oder Halbleitertypen verwendet werden, d.h. die An steuermuster des Low-Side-Schalters und des High-Side-Schalters des topologi schen Schalters können sich hinsichtlich Totzeit TDI2, ... , To.n und Ansteuerfrequenz fs.i, ... , fs,n unterscheiden. Beispielsweise ist ein SiC-MOSFET in der Lage, einen Schaltvorgang bei gleichen Spannungs- und Stromwerten wesentlich schneller, z.B. innerhalb von ca. 100ns durchzuführen als ein Si-IGBT, der ca. 500ns benötigt.

Bei der Ansteuerung von Halbbrücken werden Low-Side-Schalter und High-Side- Schalter komplementär angesteuert. Zur Vermeidung von Brückenkurzschlüssen muss hierbei immer erst der leitende Schalter ausgeschaltet werden, bevor der kom plementäre Schalter eingeschaltet wird. Hierbei muss jedoch immer abgewartet wer den, bis der Ausschaltvorgang abgeschlossen ist. In dieser Zeit müssen beide topo logischen Schalter ausgeschaltet sein. Die Zeit, in der beide topologische Schalter ausgeschaltet sind, wird als Totzeit TD bezeichnet und entspricht üblicherweise ca. der 2-5-fachen Dauer eines Schaltvorgangs. Weiterhin ist es möglich, durch ein schnelleres Schalten eines SiC-Halbleiters mehr Schaltvorgänge in derselben Zeit durchzuführen. Dies ermöglicht höhere Ansteuerfrequenzen fs.

Somit können sich die Ansteuermuster hinsichtlich Totzeit TD und Ansteuerfrequenz fs unterscheiden. Ein SiC-MOSFET kann mit einem Muster mit einer kleineren TD und einer höheren fs im Vergleich zu einem Si-IGBT angesteuert werden. Hierbei kann ein Ausgang, der für einen SiC-MOSFET ausgelegt ist, auch mit einem Ansteu ermuster für einen Si-IGBT betrieben werden. Dies ist umgekehrt nicht möglich.

Um eine optimierte Ansteuerung von Leistungshalbleitern HL1 , HL2, ... , HLn, die aus unterschiedlichen Halbleitermaterialien und/oder unterschiedlichen Halbleitertypen gebildet sind, bereitzustellen, wird der nachfolgend anhand Figuren 1 und 2 beschrie bene Gate-T reiber-Baustein 1 vorgeschlagen. Außerdem wird ein Verfahren zur zu standsabhängigen Ansteuerung eines topologischen Halbleiterschalters für eine Leistungselektronik mit wenigstens zwei parallel geschalteten Leistungshalbleitern HL1 , HL2, ... , HLn, die aus unterschiedlichen Halbleitermaterialien und/oder unter schiedlichen Halbleitertypen gebildet sind, vorgeschlagen.

Der Gate-T reiber-Baustein 1 hat den Vorteil, dass er mehrere Ausgänge S1 , ... , Sn aufweist, die mit unterschiedlichen Ansteuermustern angesteuert werden können. Je der der Ausgänge S1 , ... , Sn ist einem Leistungshalbleiter HL1 , HL2, ... , HLn zuge ordnet, um diesen mit dem im Gate-T reiber-Baustein 1 bestimmten Ansteuermuster anzusteuern. Dabei ist außerdem von Vorteil, dass keine zusätzliche, platzraubende Hardware benötigt wird.

In Figur 1 ist ein Gate-T reiber-Baustein 1 mit zwei Eingängen ME und X und mehre ren Ausgängen S1 , ... , Sn dargestellt. Jeder Ausgang S1 , ... , Sn dient zur Ansteuerung eines Leistungshalbleiters HL1 , HL2, , HLn. Wie bereits mehrfach er wähnt, können die Leistungshalbleiter HL1 , HL2, ... , HLn aus unterschiedlichen Halbleitermaterialien und/oder unterschiedlichen Halbleitertypen gebildet sein, was die separate Ansteuerung nötig macht. Die Leistungshalbleiter HL1 , HL2, ... , HLn bil den dabei immer einen topologischen Schalter mit einem High-Side-Schalter und ei nem Low-Side-Schalter.

An einem der Eingänge des Gate-T reiber-Bausteins 1 wird ein Zustandsvektor X o- der eine Zustandsgröße angelegt. Ein Zustandsvektor X ist dann vorteilhaft, wenn mehrere physikalische Größen zur Zustandsbeschreibung herangezogen werden.

Zustandswerte der Zustandsgröße bzw. des Zustandsvektors X umfassen physikali sche Werte, die zur Ansteuerung der Leistungshalbleiter HL1 , HL2, ..., HLn herange zogen werden, d.h. Größen für die Steuerung oder Regelung und/oder die Überwa chung einer Leistungselektronik. Eine solche Größe ist z.B. der Strom, der effektive Wert des Stroms oder die Temperatur, wobei die Größen weiter unterteilt werden können. Beispielsweise können Kühlwassereinlauftemperatur oder Kühlwasseraus lauftemperatur und/oder Halbleitertemperaturen als Temperatur herangezogen wer den. Ferner können Phasenströme oder Batterieströme, der Batterieladzustand, die Spannung im Zwischenkreis, die Gaspedalstellung und damit die aktuelle Leistungs anforderung als Zustandsgröße oder als Zustandsvektor, d.h. wenn mehrere Größen betrachtet werden, herangezogen werden.

Dabei können die Zustandswerte der Zustandsgröße bzw. des Zustandsvektors X so wohl an der Eingangsseite des Halbleiterschalters erfasst werden, z.B. eine Kühlwas sertemperatur, als auch an der Ausgangsseite des Halbleiterschalters, z.B. die Tem peratur der Leistungshalbleiter HL1 , ... , HLn.

Die Zustandsgröße bzw. der Zustandsvektor X wird im Weiteren in einer Umwand lungseinheit E1 zu einer logischen Information verarbeitet, die angibt, welcher der Leistungshalbleiter HL1 , HL2, ... , HLn anzusteuern ist, und als Rechengrößenvektor An bereitgestellt, der so viele Elemente enthält, wie es Ausgänge gibt. In einer Ausführung erfolgt eine Normierung auf einen Maximalwert, der z.B. bedeu ten kann, dass die Leistungselektronik ihre Maximalleistung abgeben muss. Die als Rechengröße An bzw. Rechengrößenvektor ausgegebene logische Information kann 2 ⁿ Logikpegelmuster aufweisen. Dies bedeutet, dass wenn der topologische Schalter aus zwei (n=2) Halbleitertypen und/oder -materialien besteht, können vier verschie dene Muster ausgegeben werden (2 ² =4), die in Abhängigkeit verschiedener, vorge gebener Pegelhöhen Ln definiert werden können. Diese Pegelhöhen Ln können z.B. unterschiedlichen Bereichen einer geforderten Leistungsabgabe entsprechen. Je nach angeforderter Leistungsabgabe kann z.B. eine lookup-Tabelle erstellt werden, in der festgelegt ist, welche Leistungshalbleiter HL1 , HL2, ... , HLn anzusteuern sind. Diese kann mittels einer entsprechenden Recheneinheit, z.B. einer Steuereinheit, die zur Ausführung des Verfahrens vorgesehen ist, ausgelesen werden.

An den zweiten Eingang des Gate-Treiber-Bausteins 1 können verschiedene Ein- gangsm ustervektoren ME angelegt werden, die stets Ansteuerinformationen des an zusteuernden Leistungshalbleiters HL1 , ..., HLn aufweisen und als Eingangsmuster vektoren MEI, ME2, ... , ME _D gekennzeichnet werden. Mindestens weisen sie Informati onen zur Totzeit TD und der Ansteuerfrequenz fs auf. Totzeit TD und der Ansteuerfre quenz fs werden derart gewählt, dass ihre Parameter passend zur Ansteuerung eines bestimmten Halbleitertyps oder -materials sind.

Beispielsweise ist im Falle von zwei unterschiedlichen, anzusteuernden Leistungs halbleitern HL1 und HL2 einer davon ein SiC-MOSFET (HL1), bei dem z.B. die Tot zeit TD,I ZU 500ns und die Ansteuerfrequenz fs,i zu 20kHz definiert werden kann. Der andere ist ein Si-IGBT (HL2), bei dem z.B. die Totzeit TD.2 ZU 2,5ps und die Ansteuer frequenz fs,2 zu 10kHz definiert werden kann. Somit ergeben sich zwei Eingangsmus tervektoren MEI und ME2. Dabei ist MEI mit den Parametern TD,I und f _s,i für die An steuerung von Leistungshalbleiter HL1 gedacht und ME2 mit den Parametern TD.2 und f _s, 2 für die Ansteuerung von Leistungshalbleiter HL2.

Die Eingangsmustervektoren ME werden mit der Rechengröße An in einer Selekti onseinheit E2 abgeglichen (bzw. verglichen), um einen Ausgangmustervektor MA ZU erzeugen. Hierbei wird ermittelt, welches ME am Eingang anliegt. Im oben beschriebenen Fall ist dies entweder MEI oder ME2. Die Ermittlung kann dabei zyk lisch erfolgen. Des Weiteren erfolgt ein Abgleich mit der Rechengröße An anhand ei ner Wahrheitstabelle. Wenn der ermittelte Eingangsmustervektor MEI , ME2 mit der Rechengröße An übereinstimmt (Überprüfung durch Abgleich in E21), bzw. einen Eintrag in der Wahrheitstabelle wiedergibt, wird das ME (MEI oder ME2) an den Aus gang übermittelt und als Ausgangm ustervektor MA weitergegeben. Das heißt, in der Selektionseinheit E2 erfolgt eine Verifizierung, dass der durch den Eingangsmuster vektor MEI , ME2 vorgegebene Leistungshalbleiter HL1 oder HL2 tatsächlich ange steuert werden soll.

Der Aufbau der Selektionseinheit E2 ist in Figur 2 im Detail dargestellt. Wie bereits dargestellt, gehen der Eingangsmustervektor ME und die Rechengröße An als Ein gangsgrößen in die Selektionseinheit E2 ein und der Ausgangmustervektor MA geht als Ausgang raus. In der Selektionseinheit E2 wird ermittelt (Block E21), welcher Ein- gangsm ustervektor ME anliegt, also MEI, ME2,... , MEP, je nach der Anzahl n der vor handenen, anzusteuernden Leistungshalbleiter HL1, HL2, ... , HLn. Dieses Ergebnis wird dann mit der Rechengröße An abgeglichen, indem eine Wahrheitstabelle ver wendet wird. Wenn der Abgleich erfolgreich ist, wird der Ausgangm ustervektor MA ausgegeben.

Im Falle von zwei Leistungshalbleitern HL1 , HL2, kann die Wahrheitstabelle (T1) wie folgt aussehen:

Im weiteren Verlauf werden der Ausgangm ustervektor MA und die Rechengröße An in einer Einheit zur Erzeugung einer Ansteuermatrix E3 miteinander verknüpft, ge nauer konjunktiv verknüpft. Eine Ansteuermatrix E3 wird durch konjunktives Verknüpfen (logisches UND) des Ausgangm ustervektors MA mit der Rechengröße An erzeugt, also MA P An entspre chend einer vorgegebenen Wahrheitstabelle. Somit kann jeder der anzusteuernden Leistungshalbleiter HL1 , HL2, , HLn separat angesteuert werden. Das tatsächliche Ansteuersignal G1 , G2, ... , Gn wird aus dem vom Gate-T reiber-Baustein 1 über die Ausgängen S1 , S2, ... ,Sn an ein Impedanz-Netzwerk Z1 , ... , Zn ausgegebenes und dort weiterverarbeitetes Signal erzeugt.

Im Falle von zwei Leistungshalbleitern HL1 , HL2, kann die Wahrheitstabelle (T2) wie folgt aussehen:

Hieraus wird ersichtlich, dass der Ausgang S2 ausschließlich mit dem Eingangsmus tervektor ME2 betrieben werden kann und der Ausgang S1 sowohl mit MEI als auch mit ME2.

Die Ansteueranordnung kann außerdem eine Potentialtrennung P zwischen Ein gangs- und Ausgangsseite aufweisen, die in Figur 1 als gestichelte Linie angedeutet ist. Diese dient z.B. zur galvanischen Trennung eines Hochvolkreises bzw. der (sig naltechnischen) Ausgangsseite OUT von einem Niedervoltkreis bzw. der (signaltech nischen) Eingangsseite IN im Fahrzeug.

An den Ausgängen S1 , ... , Sn werden also Ausgangssignale ausgegeben, die letzt endlich zur Ansteuerung eines der Leistungshalbleiter HL1, HL2, ... , HLn dienen, wo bei jeder Ausgang S1 , ... , Sn einem Leistungshalbleiter HL1 , HL2, ... , HLn zugeord net ist.

Im obigen Beispiel ist der Ausgang S1 dafür ausgelegt, einen Leistungshalbleiter HL1 (SiC-MOSFET) mit einer vorgegebenen (kleinen) Totzeit TD,I und einer vorgegebenen (hohen) Ansteuerfrequenz f _s,i anzusteuern. Der zweite Ausgang S2 ist dafür ausgelegt, einen Leistungshalbleiter HL2 (Si-IGBT) mit einer Totzeit von TD,2, > TD,I und einer Ansteuerfrequenz von f _s ,2 < f _s,i anzusteuern.

Im Falle, dass weitere Leistungshalbleiter HL3, ... , HLn und damit weitere Ausgänge S3, ... , Sn vorhanden sind, werden diese nach To,h-n > Td,n und f _s ,n+i < f _s ,n ausgelegt. Das heißt, dass der erste Ausgang S1 so ausgelegt ist, dass er grundsätzlich alle Leistungshalbleiter HL1 , HL2, ... , HLn ansteuern kann, wobei der zweite und weitere Ausgänge S2, ... , Sn weniger Leistungshalbleiter HL1 , HL2, ... , HLn ansteuern kön nen (der zweite Ausgang S2 kann mehr als der dritte Ausgang S3 ansteuern etc.).

Dadurch ergibt sich also die Möglichkeit, dass der Ausgang S1 nicht automatisch mit TD,I und f _s, 1 angesteuert werden muss, sondern auch mit Ansteuermustern größerer Totzeiten und kleinerer Ansteuerfrequenzen, wie in der Wahrheitstabelle T2 ersicht lich.

Das Ansteuerverfahren kann mittels Software, Hardware oder einer Kombination dar aus erfolgen. Der Vorteil des vorgeschlagenen Gate-T reiber-Bausteins 1 und des An steuerverfahrens liegt in der Verknüpfung des Eingangssignals, also der Eingangs mustervektoren ME bzw. MEI, ME2, ... , MEP je Halbleitertyp- bzw. art, mit Zustandsgrö ßen bzw. Zustandsvektoren X zur Generation separater, direkter Ansteuersignale für jeden Leistungshalbleiter HL1 , HL2, ... , HLn des topologischen Halbleiterschalters. Anwendung findet das vorgeschlagene Verfahren bei Invertern im Bereich der Elekt- romobilität, also zur Ansteuerung eines Elektroantriebs oder einer sonstigen E -Ma schine.

Bezuqszeichenliste

1 Gate-T reiber-Baustein

An Rechengröße

E1 Umwandlungseinheit

E2 Selektionseinheit

E21 Abgleich mit Rechengröße

E3 Einheit zur Erzeugung einer Ansteuermatrix

G1 , , Gn Ansteuersignal Leistungshalbleiter

HL1 , HLn Leistungshalbleiter

MA Ausgangmustervektor

ME ,MEI , ... ,MEP Eingangsmustervektor S1 ,... ,Sn Ausgänge

X Zustandsvektor

Z1 , ... , Zn Impedanznetzwerk

P Potentialtrennung

IN Eingangsseite / Niedervoltseite

OUT Ausgangsseite / Hochvoltseite