[發(fā)明專利]RC-IGBT的導通狀態(tài)檢測

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110354496.9
• 申請日: 2011-11-10
• 公開（公告）號: CN102468837A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發(fā)明（設計）人: D.多梅斯
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: H03K17/567
• 分類號: H03K17/567;H03K17/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王岳;盧江

技術領域

本公開內容涉及一種用于控制反向導通絕緣柵極雙極晶體管（RC-IGBT）的方法，具體地涉及一種用于檢測穿過RC-IGBT的電流的方向的方法。

背景技術

常規(guī)IGBT例如在常規(guī)逆變器電路中用來調節(jié)與電機有關的電感負載。常規(guī)逆變器電路包括常規(guī)IGBT，如果IGBT例如將與牽連電感負載特性的電機結合應用則變得有必要將每個IGBT并聯連接到續(xù)流（free-wheeling）二極管以允許雙向電流。然而并聯續(xù)流二極管的應用涉及到諸多弊端，即：IGBT外殼將被設計成以同樣方式容納IGBT本體和單獨續(xù)流二極管二者，并且兩個部件的接合是比較復雜和昂貴的問題。

為了避免這些弊端，比如在美國專利公開號2007/0231973?A1中公開的反向導通IGBT（所謂RC-IGBT）已變得普遍，其中IGBT和續(xù)流二極管單片形成為一個簡單半導體部件。p摻雜集電極區(qū)因切片而局部破壞，其中n摻雜半導體材料接觸集電極金屬化從而在發(fā)射極結構、輕度摻雜漂移區(qū)和在MOS溝道區(qū)中的p摻雜材料之間造成所謂PIN電極結構。

反并聯連接到IGBT的常規(guī)續(xù)流二極管的導通狀態(tài)未依賴于IGBT的導通狀態(tài)，而RC-IGBT的本征續(xù)流二極管受RC-IGBT的MOS溝道區(qū)的導通狀態(tài)影響。也就是說，如果在RC-IGBT的反向導通狀態(tài)期間經由它的柵極電極觸發(fā)它，則MOS溝道為導通。由于MOS溝道允許雙向電流，所以在反向導通路徑中的電子將在觸發(fā)的柵極電極情況下發(fā)現附加電流路徑。這樣，正向電壓降可能在PIN二極管結構中顯著增加，因為并非所有電子有助于PIN二極管的溢流，這在多數情況下不合需要。

出版物DE?10?2009?001?029?A1教導一種如何克服前文描述問題的控制方法和對應電路結構，該控制方法涉及到用于檢測RC-IGBT中的電流方向的方法。具體地借助于常用V_CEsat檢測電路來檢測電流方向，V_CEsat代表RC-IGBT的集電極-發(fā)射極飽和電壓。關于V_CEsat檢測電路的一個弊端可能在于高阻塞能力的至少一個（或者多個串聯）二極管是必需的，這些二極管一方面比較昂貴而另一方面它們由于所需的爬電距離（electric?creepage?distance）而在功率電子布置內具有大空間。

需要克服或者至少緩解上文討論的問題。另外需要提供一種用于防止RC-IGBT在處于它的反向導通狀態(tài)時經由它的柵極電極進行接通的電路布置和對應方法。

發(fā)明內容

公開了一種電路布置。根據一個實施例，該電路布置包括：反向導通IGBT，配置成允許在正向方向上和在反向方向上導通負載電流，IGBT具有負載電流路徑和柵極電極；柵極控制單元，耦合到柵極電極并且配置成通過分別根據柵極控制信號對柵極電極進行充電或者放電來激活或者去激活IGBT；監(jiān)視單元，配置成通過感測因由于反向導通IGBT改變成它的反向導通狀態(tài)而改變在負載路徑兩端的電壓降所引起的柵極電流來檢測IGBT是否在反向方向上導通電流，其中柵極控制單元還被配置成在監(jiān)視單元檢測到IGBT處于它的反向導通狀態(tài)時去激活IGBT或者防止激活IGBT。

另外，公開了一種用于檢測IGBT是處于正向導通狀態(tài)還是處于反向導通狀態(tài)的方法。根據一個實施例，該方法包括：提供具有負載路徑的反向導通狀態(tài)；并且感測因由于反向導通IGBT改變成它的反向導通狀態(tài)而改變在負載路徑兩端的電壓降所引起的柵極電流。

根據本發(fā)明的電路布置和方法也可以用于任何場效應晶體管而不限于IGBT。

本領域技術人員將在閱讀以下詳細描述時并且在查看附圖時認識到附加特征和優(yōu)點。

附圖說明

圖中的部件未必按比例繪制而是著重于圖示本發(fā)明的原理。此外，在圖中相似標號表示對應部分。在附圖中：

圖1圖示了連接到包括電感器的負載阻抗的IGBT半橋電路；

圖2圖示了圖1的IGBT半橋，該IGBT半橋包括用于每個晶體管的柵極控制單元；

圖3圖示了如下表，該表列舉圖2的半橋IGBT依賴于對應IGBT的負載電流方向的導通狀態(tài)；

圖4圖示了具有如下柵極控制單元的IGBT，該柵極控制單元監(jiān)視對應IGBT的導通狀態(tài)并且根據它的導通狀態(tài)來切換晶體管；

圖5圖示了與RC-IGBT有關的主導寄生輸入電容；

圖6圖示了用于使用柵極驅動器電路進行柵極電流感測的多種選項；