[發明專利]用于操控功率半導體開關的方法

有效

• 申請號: 201310149666.9
• 申請日: 2013-04-26
• 公開（公告）號: CN103378829B
• 公開（公告）日: 2016-11-23
• 發明（設計）人: A.阿倫斯;H.雅斯貝格;P.坎沙特;U.M.G.施瓦策爾
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: H03K17/16
• 分類號: H03K17/16
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 臧永杰;劉春元

技術領域

本發明涉及一種用于操控功率半導體開關的方法。

背景技術

在功率電子設備中將用于開關或控制大的電壓、電流或功率的開關稱為功率半導體開關。不同種類的功率半導體開關在此是已知的。最常使用的功率半導體開關在此一般是MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管，英文：metal?oxide?semiconductor?field?effect?transistor）、IGBT（具有絕緣柵電極的雙極晶體管，英文：insulated?gate?bipolar?transistor）、和雙極晶體管。MOSFET具有有利的特征，即其可通過小電壓信號來控制。而雙極晶體管由于利用所謂的雙極效應盡管有高的電反向耐壓強度仍具有高電流密度情況下的小的導通電壓。在雙極效應的情況下，半導體區域的電導率由于具有電子和空穴的電荷中性的雙極溢出（überschwemmung）而相對于該區域的通過基本摻雜預先給定的固有電導率大大提高。IGBT組合了單極MOSFET和雙極晶體管的所述優點。在功率電子設備中，尤其是在利用大于200V要截止的電壓的應用中，除了MOSFET以外主要將IGBT功率半導體閥用作為電子開關。

尤其是IGBT的持續技術繼續發展導致了在正常運行中指定的電流密度的明顯提高。在此為了優化導通特征，雙極載流子溢出（所謂的等離子體）的高度也連續提高。該發展的副效應是，尤其是在關斷行為的情況下，等離子體的耗盡的固有動態性在常見的操控條件下主導器件處的電壓升高和隨后負載電流的下降，并且所述器件因此不遵循由MOS溝道所確定的行為的由傳遞特性所描述的準靜止狀態。該特征的一個特別的后果是，電壓瞬變和電流瞬變一般在接通過程時比在器件的關斷過程時明顯更陡并且因此更快地伸展。

現今的IGBT器件的另一特征是，通過夾斷效應所限制的電流在短路情況下常常被限制到高于四倍的標稱電流密度的值，以便預防提早的熱破壞。與特定于MOSFET的起始動作電壓相結合地，這導致傳遞特征曲線的受限的陡度。這引起米勒平坦區（Millerplateau）的位置強烈地取決于器件的所開關的負載電流。

所述的特征導致，尤其是現今的IGBT的接通行為對于應用內的電磁兼容性（EMV）是確定性的。

已知用于調節在接通和關斷功率半導體開關時的開關速度的不同方法。對此尤其是已知使用受控的電流源、劃分柵極-發射極電壓時間變化曲線的所定義的階段區段或斜坡、并且將柵極電壓信號、集電極電壓或集電極電流反饋給操控電路。這種操控電路例如由印刷品DE?43?29?363?A1、EP?0?814?564?A1、JP2002300016A、JP11069780A、US6,271,709B1、US2006/0044025A1、WO94/23497、JP2002369553A、US4,540,893以及DE196?10?895?A1已知。

但是，現今的器件的開關行為在利用已知操控方法進行操控時強烈地取決于所選擇的運行點、尤其是要開關的負載電流，這是不期望的特征。

發明內容

本發明的任務是用以提供一種操控電路，利用該操控電路可以優化現今的功率半導體開關的開關行為，以便在通過標準預先給定的電子干擾發射的情況下能夠實現盡可能少的損耗。

該任務通過根據權利要求1的操控電路來解決。本發明構思的構型和擴展方案是從屬權利要求的主題。

在此描述的用于操控可控的功率半導體開關的方法，所述功率半導體開關以其集電極-發射極路段連接在第一和第二供電電勢之間，該功率半導體開關具有柵極端子，包括：借助于電壓源裝置調整功率半導體開關的集電極電流和集電極-發射極電壓的關斷邊沿的陡度，該電壓源裝置與功率半導體開關的柵極端子連接；和借助于可控的電流源裝置調整功率半導體開關的集電極電流和集電極-發射極電壓的接通邊沿，該電流源裝置與功率半導體開關的柵極端子連接并且生成柵極操控電流，其中在從通過功率半導體開關的集電極-發射極電流的電流升高開始直至集電極-發射極電壓的下降結束為止的階段中，可調整的柵極操控電流的變化曲線從一個開關過程到接下來的開關過程之一在預先給定的公差帶內最大地被改變。