[發明專利]用于切換半導體開關的方法和電路裝置

有效

• 申請號: 201380024968.1
• 申請日: 2013-10-15
• 公開（公告）號: CN104471858B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: C.霍恩施泰因;U.布利;K.屈嫩
• 申請（專利權）人: 大陸泰密克微電子有限責任公司
• 主分類號: H03K4/02
• 分類號: H03K4/02;H03K17/567;H03K19/003
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 張濤,胡莉莉

技術領域

本發明涉及用于切換半導體開關的方法和電路裝置。此外，本發明還涉及帶有所述電路裝置的變流器和帶有所述變流器的驅動設備。

背景技術

變流器、尤其是電動車輛或混合動力車輛的驅動裝置的變流器包括半導體開關、尤其是功率半導體開關，例如功率IGBT（帶有絕緣柵極的雙極性功率晶體管），所述半導體開關在變流器的運行期間產生開關損耗。所述開關損耗導致在半導體開關中損害半導體開關的功能的熱增長。

發明內容

因此本發明的任務在于，提供一種用于低開關損耗地切換半導體開關的可能性。

該任務通過獨立權利要求解決。有利的擴展方案是從屬權利要求的主題。

按照本發明的第一方面，提供了一種用于通過控制半導體開關的控制端子來將半導體開關、尤其是功率IGBT從第一靜態開關狀態切換至第二靜態開關狀態的方法，包括：

-在第一開關階段中通過受控地在半導體開關的控制端子上外加至少一個預先確定的第一操控電流從第一靜態開關狀態出發受電流控制地切換半導體開關，以及

-在接著該第一開關階段的第二開關階段中通過受控地在半導體開關的控制端子上施加至少一個預先確定的第一操控電壓受電壓控制地切換該半導體開關，直至達到第二靜態開關狀態。

相應地，在第一開關階段中通過受控地在半導體開關的控制端子上外加至少一個預先確定的第一操控電流而將半導體開關從第一靜態開關狀態（在切換之前該半導體開關處于第一靜態開關狀態中）出發受電流控制地切換。在接著該第一開關階段的第二開關階段中，通過受控地在半導體開關的控制端子上施加至少一個預先確定的第一操控電壓而受電壓控制地切換該半導體開關，直至達到與第一開關狀態不同的第二靜態開關狀態。

這里，概念“切換”意味著受控地從半導體開關的第一靜態開關狀態過渡到第二靜態開關狀態。

概念“外加”意味著將帶有被設定到恒定電流值上的電流強度的受控電流從半導體開關的控制端子導入或者引導至半導體開關的控制端子。通過在第一開關階段中受控地外加至少一個預先給定的第一操控電流，對在半導體開關的控制端子上的電容進行電荷轉運、也即充電或放電。

通過在第二開關階段中受控地在半導體開關的控制端子上施加至少一個預先給定的第一操控電壓，半導體開關的控制端子被置于預先給定的電勢上，直至在半導體開關的控制端子上的電容完全被電荷轉運，也即完全被充電或放電，并且由此達到第二靜態開關狀態。

第一和第二開關階段是在半導體開關從第一靜態開關狀態至與第一開關狀態不同的第二靜態開關狀態的過渡中的兩個時間上相繼的開關步驟。

通過上述方法，提供了用于切換半導體開關的可能性，其中可以明顯地減少在半導體開關中的開關損耗。此外，縮短了開關持續時間，這又減少了在半導體開關的開關過程之間的延遲時間和干擾性的“死時間”。

此外，通過該方法實現了半導體開關的受事件控制的開關。由此，可以省去在受時間控制的開關情況下所需的時間測量和為該時間測量所需的電路組件。

此外，通過在第二開關階段中的受電壓控制的切換直至達到所希望的靜態開關狀態，還可以省去其他開關階段。此外，由于取消了用于否則需要的操控參量的其他參數的配置要求，因此還可以減少在電路裝置生產中的循環時間。

因為在半導體開關的整個開關過程中只需要配置一個操控電流，因此取消了用于產生和轉發否則需要的其他操控電流的電流值的數據寄存器和信號線路。

在此，半導體開關優選被構造為帶有絕緣柵極端子作為控制端子的晶體管，尤其是被構造為功率IGBT。

按照一種優選的擴展方案，第一靜態開關狀態是半導體開關的斷開開關狀態，第二靜態開關狀態是半導體開關的閉合開關狀態，其中半導體開關在閉合開關狀態中被導通，也即電流通過半導體開關的負載段導通，并且在斷開開關狀態中截止，也即阻止電流流過負載段。代替地，第一靜止開關狀態可以是半導體開關的閉合開關狀態，第二靜止開關狀態可以是半導體開關的斷開開關狀態。

按照另一優選的擴展方案，在半導體開關的從斷開開關狀態至閉合開關狀態的第一開關過程中根據在半導體開關的輸入電流端子和輸出電流端子之間施加的第一電壓或根據表征該第一電壓的參數來進行從第一開關階段至第二開關階段的過渡。

按照另一優選的擴展方案，在半導體開關的從閉合開關狀態至斷開開關狀態的第二開關過程中根據在半導體開關的控制端子和輸出電流端子之間施加的第二電壓或根據表征該第二電壓的參數來進行從第一開關階段至第二開關階段的過渡。