[發明專利]電阻電路、電路系統和驅動器

有效

• 申請號: 201110423211.2
• 申請日: 2011-12-16
• 公開（公告）號: CN102545861A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 斯文·貝爾貝里希;托比亞斯·埃巴赫爾;阿倫特·溫特里希
• 申請（專利權）人: 賽米控電子股份有限公司;弗朗霍夫應用科學研究促進協會
• 主分類號: H03K17/567
• 分類號: H03K17/567
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 楊靖;車文

技術領域

本發明涉及電阻電路、包含晶體管的電路系統以及用于功率半導體開關的驅動器。

背景技術

在很多情況下，電路中歐姆電阻的選擇表現為一種折衷解決方案。僅示例性地在這里提到用于對晶體管的控制輸入端進行接線的串聯電阻(Vorwiderstand)的規格設定。在功率電子學領域，晶體管也被稱為功率半導體開關。于是在這里，例如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的柵極經由電阻而受驅控。在此情況下，該柵極由驅動器電路，簡稱驅動器來驅控。該電阻通常在輸出端那側集成在驅動器中。

下面作為示例闡述的是IGBT驅控。一方面，在這里力求IGBT較小的開關損耗，這使得使用低電阻值成為必要。另一方面則值得尋求的是電流開關曲線和電壓開關曲線的盡可能低的陡度以及小開關峰值，這又使得高電阻值成為必要。

選擇唯一的電阻是公知的。在此，在電阻值的規格設定方面，需要尋找呈與唯一的固定電阻相折衷的形式的最佳方案。

可另選地公知的是，至少為接通和斷開相應的功率半導體開關而設置有兩個不同的歐姆電阻，于是，所述歐姆電阻由驅動器的末級的兩個不同支路來驅控。

此外，特別是對于在更大的功率范圍內以及在緊急切斷的情況下的應用而公知有多級切斷，以便至少部分地解決上述矛盾。在這里，僅在通過多個驅動器末級進行斷開的情況下，視開關狀態而定地在時間上相繼地接通不同的固定電阻。開關過程中的非臨界時域在此迅速以低電阻值通過，從而在此產生較小的開關損耗。在臨界時域中，通過切換到具有高電阻值的支路而降低開關速度，以確保可靠的運行。

公知的多級開關方式及這種開關方式在驅動器的印刷電路板上的實現方案需要多個驅動器末級，而不是唯一一個。在此，每個驅動器末級都通過具有不同電阻值的單個固定電阻引向柵極。此外，還需要額外的邏輯電路，該邏輯電路依賴于時間和/或電壓按時間順序激活不同的驅動器末級，從而通過不同的固定電阻值來使功率半導體的開關輸入端運行。在此，出現的問題是，在這種印刷電路板上已經由寄生的雜散噪聲拾波(Einstreuung)而干擾了引向柵極的開關信號。因此，依賴于電壓對不同的固定電阻值的接通和切斷進行控制通常是不可行的或者僅非常不精確地可行。于是發生的是，印刷電路板上的柵極電阻導致呈廢熱形式的損耗，這種損耗在此僅被不良好地導走。

更大功率的功率半導體模塊將多個并聯的功率半導體芯片集合在一個模塊中。所集成的不同的單個電阻在這里會需要多個驅控連接部，這出于可靠性的原因和成本原因對于功率模塊而言是不實用的。因此，對于同步切換所必需的、對芯片的單獨連接在此是不可行的。因此，集成于這種模塊中的柵極串聯電阻也不能被調整為固定值。

具有相應的上述可變特性的歐姆電阻的實現方案因此以電阻電路的形式實現，該電阻電路通常包括多個電阻和另外的接線元件。

發明內容

本發明的任務是，提供改良的電阻電路、以及改良的、包含晶體管的電路系統以及用于功率半導體開關的改良的驅動器。

在電阻電路方面，上述任務通過依照權利要求1所述的電阻電路得以解決，該電阻電路包括：恰好兩個連接夾，在所述連接夾之間，加有電壓；以及至少兩個并聯在所述連接夾之間的支路。每個支路包含至少一個歐姆電阻。支路中的至少一個構成為自開關的開關支路。該開關支路包括與電阻串聯的限制元件。該限制元件自動接入地滿足下列功能：該限制元件這樣構成，即當電壓位于分配給開關支路的邊界電壓之下或之上時，于是通過限制元件阻止電流。換言之，恰好可以考慮兩種限制元件。一種在邊界電壓之上允許電流，另一種在邊界電壓之下允許電流。

本發明基于如下基本構想，即：通過電阻電路形式的二端器件(Zweipol)來取代迄今選作折衷方案的唯一的固定電阻，該二端器件可以采用不同的電阻值。電阻值應該依賴于加在兩端之間的電壓自主變化，就是說，不需要外部的額外驅控。

本發明基于如下的認識，即：電阻電路的歐姆電阻值應該在超過或低于一定的電壓水平時發生變化。這一特征通過所述限制元件來實現，該限制元件針對低于或高于邊界電壓的電壓通過限制元件來阻止電流。于是，產生如下的用于相關開關支路的開關元件，該開關元件依賴于電阻元件處的電壓進行切換。所以，通過限制元件和可能的其他元件的合適接線，可以在很寬的范圍內通過加在二端器件上的電壓來實現二端器件的任意的電阻特征。