用于确定IGBT驱动器的温度的方法与流程

用于确定igbt驱动器的温度的方法
技术领域
1.本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的用于确定igbt驱动器的温度的方法。本发明还涉及igbt驱动器。


背景技术：

2.例如，从de 10 2014 204 648 a1中已知一种igbt驱动器。igbt驱动器(igbt：绝缘栅双极晶体管)通常具有多个相互连接的mosfet(mosfet：金属氧化物半导体场效应晶体管)。对于mosfet，其在工作期间会产生高功率损耗，从而使mosfet发热。如果在发热过程中超过最大允许的部件温度(例如结温度)，则mosfet发生热故障。为了防止热故障，获得mosfet的温度，例如通过ntc热敏电阻(ntc：负温度系数)间接获得。其缺点在于这种类型的温度的监测是不准确且缓慢的。这就是为什么要提供对应的安全系数，以安全地排除mosfet的热故障。
3.因此，mosfet包含内部栅极电阻器元件，所述内部栅极电阻器元件具有与温度相关的电阻并在空间上直接位于mosfet的有源区域。如果内部栅极电阻器元件的电阻-温度特性曲线是已知的，那么就能对内部栅极电阻器元件的电阻进行测量，并由此确定mosfet有源区域的温度。对于igbt驱动器，然后为功率半导体提供输入/输出信号，并提供交流电压以进行温度测量。交流电压和输入/输出信号交替工作。在温度测量期间，在外部电阻器处测量交流电压的电压降，并由此确定内部栅极电阻器元件的温度。其缺点在于，为了设计mosfet的控制，在此必须遵守igbt驱动器的精确开关和死区时间。所确定的电压降非常低，由此分别降低了所确定温度的评估或精度。


技术实现要素：

4.因此，本发明的目的在于提出能够克服上述缺点的用于确定igbt驱动器的温度的改进的或至少替代的方法和igbt驱动器的改进的或至少替代的实施例。
5.根据本发明，该目的借助于独立权利要求的主题得以解决。有利的实施例是从属权利要求的主题。
6.根据本发明，提供了一种用于确定igbt驱动器(igbt：绝缘栅双极晶体管)的温度的方法。因此，igbt驱动器包括两个mosfet元件(mosfet：金属氧化物半导体场效应晶体管)，这两个mosfet元件相互连接以形成驱动器。所述igbt驱动器还包括两个直流电压端子、两个栅极端子和测量输出端，两个直流电压端子用于为所述两个mosfet元件提供基极直流电压，两个栅极端子用于为所述两个mosfet元件提供两个在时间上相互互补的控制电压，测量输出端用于输出输出电压。所述igbt驱动器还具有用于提供交流电压的交流电压源。在所述方法中提供了用于所述两个mosfet元件的控制电压和基极直流电压以及交流电压。其中，交流电压和基极直流电压是永久提供且始终叠加的。另外，在igbt驱动器的测量输出端处获得输出电压。随后，根据所获得的输出电压确定igbt驱动器的相应mosfet元件的温度。
7.所述两个控制电压被施加到igbt驱动器的栅极端子并被传导到所述两个mosfet元件。因此，igbt驱动器的所述两个栅极端子由所述两个mosfet元件的相应栅极端子组成。因此，一个控制电压被施加到一个mosfet元件的栅极端子，而另一个控制电压被施加到另一个mosfet元件的栅极端子。因此，所述两个控制电压在时间上是互补的，使得所述一个mosfet元件和另一个mosfet元件交替切换到高阻抗。相应的控制电压能够特别通过方波电压信号来描述。因此，在预定的时间点，所述两个控制电压中只有一个控制电压具有不同于零的值。借助于所述两个mosfet元件或由mosfet元件形成的驱动器，基极直流电压被处理成输出电压，所述输出电压能够代表其他外部元件的控制电压—特别是外部igbt元件的控制电压。输出电压能够特别通过方波电压信号来描述。该交流电压能特别为高频交流电压。该交流电压的频率能特别地比相应控制电压的频率高几倍。
8.因此，输出电压包括或反映或包含电压降，该电压降是相应mosfet元件的温度的函数或是相应mosfet元件的电阻的温度相关变化的函数，或是mosfet元件的相应内部栅极电阻器元件的电阻的温度相关变化的函数。在此基础上，能够确定相应mosfet元件的温度。因此，交流电压和基极直流电压不是暂时叠加的，而是永久或连续或恒定地叠加的。因此，能够绕过igbt驱动器中精确遵守切换时间的问题。因此，能有利地省去用于启用和停用交流电压源的组件(例如附加的mosfet元件)。在确定igbt驱动器的mosfet元件处的温度时，也不再需要诸如ntc热敏电阻(ntc：负温度系数)之类的附加元件。根据本发明的方法在稍作调整后能有利地用于各种应用。
9.有利的是，能通过igbt驱动器的传感器电路在igbt驱动器的电阻器元件处获得输出电压作为测量电压。然后，根据所获得的测量电压确定igbt驱动器的相应mosfet元件处的温度。因此，所述传感器电路能够分析测量电压并能由此确定igbt驱动器的相应mosfet元件处的当前温度。该传感器电路被有利地设计为用于获得并评估测量电压，并且能具有对应的电子结构组件。
10.有利的是，能通过输出电压获得相应mosfet元件的相应内部栅极电阻器元件的温度相关电阻的温度相关变化。因此，相应栅极电阻器元件具有温度相关电阻，并在空间上直接位于相应mosfet元件或igbt驱动器的有源区域。如果相应mosfet元件或igbt驱动器的有源区域的温度相应地发生变化，则相应栅极电阻器元件的温度及其电阻也会发生变化。现在，能够根据上述电阻变化确定相应栅极电阻器元件的温度，从而确定相应mosfet元件的有源区域的温度以及igbt驱动器的温度。
11.如上所述，能够通过igbt驱动器的传感器电路在igbt驱动器的电阻器元件处获得输出电压作为测量电压。因此，能够根据测量电压的电压降来确定相应mosfet元件处的温度。因此，电压降是相应mosfet元件的温度或相应mosfet元件的电阻的温度相关变化的函数，或是mosfet元件的相应内部栅极电阻器元件的电阻的温度相关变化的函数。在此基础上，能够确定相应mosfet元件的温度。因此，能够根据相应内部栅极电阻器元件的电阻-温度特性曲线确定igbt驱动器的mosfet元件处的温度。因此，所确定的相应内部栅极电阻器元件的温度对应于mosfet元件的有源区域的温度。
12.如上所述，能够通过igbt驱动器的传感器电路在igbt驱动器的电阻器元件处获得输出电压作为测量电压。还能确定测量电压和交流电压之间的相移，并且由此增强所获得的测量电压。为此，能够在测量电压和交流电压之间形成差值。因此，测量电压幅度的变化
会随着mosfet元件的温度而加剧。通过对相移的附加评估，能够更好地区分输出电压。
13.本发明还涉及一种igbt驱动器。所述igbt驱动器具有相互连接以形成驱动器的两个mosfet元件和用于提供交流电压的交流电压源。因此，所述igbt驱动器具有两个直流电压端子、两个栅极端子和测量输出端，两个直流电压端子用于为igbt驱动器提供基极直流电压，两个栅极端子用于为所述两个mosfet元件提供两个控制电压，一个测量输出端用于从igbt驱动器输出输出电压。因此，交流电压源被布置成使得交流电压源提供的交流电压能够始终与基极直流电压叠加。根据本发明，所述igbt驱动器被设计和/或被编程为执行上述方法。为避免重复，关于此参考上述说明。交流电压源能够有利地连接在直流电压端子之一与mosfet元件之一之间。igbt驱动器能有利地具有电阻器元件和传感器电路。传感器电路能被设计为获得和评估在电阻器元件处作为测量电压获得的输出电压。
14.从从属权利要求书、附图和基于附图的相应附图描述中能够了解到本发明的其他重要特征和优点。
15.不言而喻，在脱离本发明的保护范围的情况下，上述特征和下面将要描述的特征，不仅能在各自的指定组合中使用，而且还能在其他组合中使用或单独使用。
附图说明
16.本发明的优选示例性实施例在附图中示出，并将在下面的描述中得到更详细的描述，其中相同的附图标记是指相同或相似或功能相同的组件。
17.分别示意性地：
18.图1示出了根据本发明的igbt驱动器的电路图；
19.图2示出了根据本发明的igbt驱动器中测量电压的时间进程(temporal course)的比较图；
20.图3示出了根据本发明的具有igbt驱动器的igbt驱动器电路的电路图；
21.图4示出了根据本发明的igbt驱动器的输出电压的时间进程图；
22.图5示出了根据本发明的igbt驱动器的测量电压的时间进程图；
23.图6示出了根据本发明的igbt驱动器的栅极端子之一处的控制电压的时间进程图；
24.图7示出了根据本发明的igbt驱动器的交流电压源的交流电压的时间进程图。
具体实施方式
25.图1示出了根据本发明的igbt驱动器1的电路图。因此，igbt驱动器1具有两个mosfet元件2a与2b和交流电压源3。mosfet元件2a此处被分配到高压侧(high side)，mosfet元件2b在此被分配到低压侧(low side)。igbt驱动器1还具有两个直流电压端子4a与4b、两个栅极端子5a与5b和测量输出端6。交流电压源3由此提供高频交流电压u_gac。在直流电压端子4a与4b处提供基极直流电压v_cc。在栅极端子5a与5b处提供控制电压vg1与vg2。在测量输出端6处输出输出电压drive_out。
26.因此，igbt驱动器1被设计和/或被编程为执行根据本发明的方法7。方法7被提供用于确定igbt驱动器1的温度。在方法7中，交流电压u_gac和基极直流电压v_cc是永久并叠加供应的。交流电压u_gac和基极直流电压v_cc都不会因此停用。
27.输出电压drive_out是作为测量电压out_mess在测量输出端6处测量的，基于图3将对此进行更详细的描述。输出电压drive_out分别再现或反映或包括相应mosfet元件2a或2b的内部栅极电阻器元件(此处未示出)的温度相关电阻的温度相关变化。根据测量电压out_mess并基于内部栅极电阻器元件的已知电阻-温度特性曲线能够确定内部栅极电阻器元件的温度以及相应mosfet元件2a或2b的温度。
28.图3示出了具有根据本发明的igbt驱动器1的igbt驱动器电路8的电路图。因此，igbt驱动器电路8或igbt驱动器1将输出电压drive_out作为控制电压u_g提供给外部igbt元件9。因此，igbt驱动器1包括电阻器10和传感器电路11。传感器电路11由此获得电阻器10处的输出电压out-mess作为测量电压out_mess并由此确定内部栅极电阻器元件的温度t_j、tr，从而确定相应mosfet元件2a或2b的温度。igbt驱动器电路8还包括校准电路12、控制装置13和接口14。因此，igbt驱动器电路8通过pwm(pwm：脉宽调制)被控制，并经由接口14输出温度t_j、tr。
29.图2示出了测量电压out_mess的时间进程的比较图。用a标识的测量电压out_mess对应于6.5欧姆的电阻，用b标识的测量电压out_mess对应于9.5欧姆的电阻。
30.图4示出了igbt驱动器1的输出电压driver_out的时间进程图。输出电压driver_out因此被作为控制电压u_g提供给外部igbt元件9。
31.图5示出了测量电压out_mess的时间进程图，测量电压out_mess是通过传感器电路11在电阻器10处获得的。因此，测量电压out_mess包括相应mosfet元件2a或2b的内部栅极电阻器元件的温度相关电阻的温度相关变化。
32.图6示出了在igbt驱动器1的栅极端子4a处的控制电压vg1的时间进程图。控制电压vg1通过方波电压信号表示。控制电压vg1和vg2在时间上相互互补，使得在预定时间点，mosfet元件2a(高压侧)处的控制电压vg1与零不同，而mosfet元件2b(低压侧)处的控制电压vg2等于零，或者相反。
33.图7示出了igbt驱动器1的交流电压源3的交流电压u_gac的时间进程图。与控制电压vg1、vg2相比，交流电压u_gac是高频交流电压或具有分别比控制电压vg1、vg2的频率高几倍的频率。

技术特征：
1.一种用于确定igbt驱动器(1)的温度的方法(7)，-其中，所述igbt驱动器(1)具有相互连接以形成驱动器的两个mosfet元件(2a、2b)，-其中，所述igbt驱动器(1)具有两个直流电压端子(4a、4b)、两个栅极端子(5a、5b)和测量输出端(6)，所述两个直流电压端子用于为所述两个mosfet元件(2a、2b)提供基极直流电压(v_cc)，所述两个栅极端子用于为所述两个mosfet元件(2a、2b)提供在时间上相互互补的两个控制电压(vg1、vg2)，所述测量输出端用于输出输出电压(drive_out)，-其中，所述igbt驱动器(1)具有用于提供交流电压(u_gac)的交流电压源(3)，所述方法包括以下步骤：-提供用于所述两个mosfet元件(2a、2b)的控制电压(vg1、vg2)和基极直流电压(v_cc)以及交流电压(u_gac)；-将所述交流电压(u_gac)与所述基极直流电压(v_cc)叠加，其中，所述交流电压(u_gac)和所述基极直流电压(v_cc)是永久提供并始终叠加的；-在所述igbt驱动器(1)的测量输出端(6)处获得所述输出电压(drive_out)；-根据所获得的输出电压(drive_out)确定所述igbt驱动器(1)的相应mosfet元件(2a、2b)的温度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于-通过所述igbt驱动器(1)的传感器电路(11)在所述igbt驱动器(1)的电阻器元件(10)处获得输出电压(drive_out)作为测量电压(out_mess)，和-根据所获得的测量电压(out_mess)确定所述igbt驱动器(1)的相应mosfet元件(2a、2b)处的温度。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于通过所述输出电压(out_mess)获得相应mosfet元件(2a、2b)的相应内部栅极电阻器元件的温度相关电阻的温度相关变化。4.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于-通过所述igbt驱动器(1)的传感器电路(11)在所述igbt驱动器(1)的电阻器元件(10)处获得输出电压(drive_out)作为测量电压(out_mess)，和-根据所述测量电压(out_mess)的电压降确定相应mosfet元件(2a、2b)处的温度。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于基于所述测量电压(out_mess)的电压降的、mosfet元件(2a、2b)处的温度是根据相应内部栅极电阻器元件的电阻-温度特性曲线确定的。6.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于-通过所述igbt驱动器(1)的传感器电路(11)在所述igbt驱动器(1)的电阻器元件(10)处获得所述输出电压(drive_out)作为测量电压(out_mess)，和-确定所述测量电压(out_mess)与所述交流电压(u_gac)之间的相移，并且由此增强所获得的测量电压(out_mess)。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于在所述测量电压(out_mess)与所述交流电压(u_gac)之间形成差值以用于评估。8.一种igbt驱动器(1)，-其中，所述igbt驱动器(1)具有相互连接以形成驱动器的两个mosfet元件(2a、2b)和
用于提供交流电压(u_gac)的交流电压源(3)；-其中，所述igbt驱动器(1)具有两个直流电压端子(4a、4b)、两个栅极端子(5a、5b)和测量输出端(6)，所述两个直流电压端子用于为所述igbt驱动器(1)提供基极直流电压(v_cc)，所述两个栅极端子用于为所述两个mosfet元件(2a、2b)提供两个控制电压(vg1、vg2)，所述测量输出端用于从所述igbt驱动器(1)输出输出电压(drive_out)，-其中，所述交流电压源(3)被布置为使得所述交流电压源(3)提供的交流电压(u_gac)能够始终与所述基极直流电压(v_cc)叠加，其特征在于所述igbt驱动器(1)被设计和/或被编程为执行根据前述权利要求之一所述的方法(7)。9.根据权利要求8所述的igbt驱动器，其特征在于所述交流电压源(3)连接在所述直流电压端子(4a、4b)之一与所述mosfet元件(2a、2b)之一之间。10.根据权利要求8或9所述的igbt驱动器，其特征在于所述igbt驱动器(1)具有电阻器元件(10)和传感器电路(11)，所述传感器电路用于获得和评估在所述电阻器元件(10)处作为测量电压(out_mess)获得的输出电压(driver_out)。

技术总结
本发明涉及一种用于确定IGBT驱动器(1)的温度的方法(7)。所述IGBT驱动器(1)具有两个MOSFET元件(2a、2b)和交流电压源(3)。所述IGBT驱动器(1)还具有两个直流电压端子(4a、4b)、两个栅极端子(5a、5b)和测量输出端(6)。所述方法包括以下步骤：-提供控制电压(VG1、VG2)、基极直流电压(V_CC)和交流电压(U_GAC)；-将交流电压(U_GAC)与基极直流电压(V_CC)叠加，其中，交流电压(U_GAC)和基极直流电压(V_CC)是始终叠加的；-在IGBT驱动器(1)的测量输出端(6)处获得输出电压(DRIVE_OUT)；-根据所获得的输出电压(DRIVE_OUT)确定IGBT驱动器(1)的相应MOSFET元件(2a、2b)的温度。本发明还涉及所述IGBT驱动器(1)。IGBT驱动器(1)。IGBT驱动器(1)。


技术研发人员：蒂霍米尔
受保护的技术使用者：马勒国际有限公司
技术研发日：2023.03.06
技术公布日：2023/9/13