[發明專利]改進型柵極鉗位

有效

• 申請號: 201410528580.1
• 申請日: 2014-10-09
• 公開（公告）號: CN104578734B
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: T·勒韋;L·博瑞瑙特;J·巴倫舍恩
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 王茂華

技術領域

本公開涉及用于開關的柵極鉗位技術。

背景技術

一些電路可以使用功率變換器將來自電源的輸入電壓或電流變換(例如，升壓(boost)或降壓(buck))為經調整的輸出電壓或電流，用于為部件、電路或其它電氣裝置提供電力。基于開關的功率變換器可以使用一個或多個開關和一種或多種信號調制技術來調整輸出。雜散電感是一種與功率變換器相關聯的寄生效應。功率變換器的布線、功率變換器的連接、功率變換器的電氣部件的幾何布置、功率變換器的電流路徑的長度、以及功率變換器的去耦合電容器的位置等，均可以引起雜散電感。功率變換器的電流路徑的電流電平變化可以導致基于寄生或雜散電感的寄生電壓脈沖。寄生電壓脈沖的幅度可以由雜散電感的大小以及電流隨時間變化的梯度(di/dt)限定。寄生電壓脈沖增加了正常運行電壓，兩者之和可能會超過開關的容許電壓(例如，額定電壓)并且可能會毀壞開關。而且，寄生電壓脈沖可能會在功率變換器的其余部分以及相關聯的系統中引入基于電磁干擾(EMI)的噪聲，并且/或者可能會使測量值或者普通功率變換器和/或系統的行為訛誤。例如，寄生效應和雜散電感可以在功率變換器的一個或多個開關處引起過電流、過電壓、或者其它類型的故障，尤其是當開關在開關的接通狀態下運行與在開關的斷開狀態下運行之間轉換時(例如，當開關接通或斷開時)。

一些功率變換器可以包括用于限制寄生效應和雜散電感的特性或特征。雖然寄生效應和雜散電感可以被限制和降低，但是一些寄生效應和雜散電感的存在是不可避免的。此外，一些功率變換器可以使用固定跨接在功率變換器的一個或多個部件的鉗位元件，來使這些部件免于被由寄生效應和雜散電感誘發的、在功率變換器的故障模式期間可能會發生或正發生的、潛在的或實際的過電流、過電壓或者其它故障條件(failure condition)所損壞。然而，使用固定鉗位元件可能會減小功率變換器的運行電壓并且/或者會降低功率變換器系統的總效率。

發明內容

總體而言，描述了技術和電路，用于選擇性地將在功率變換器的開關處的電壓和/或電流鉗位，以避免即將發生的或實際的故障條件(例如，過電壓和/或過電流)損壞開關。功率變換器(例如，降壓或升壓變換器、逆變器等)可以包括至少一個開關，并且可以使用信號調制技術來使開關接通和/或斷開，以將輸入電壓變換為經調整的輸出電壓和/或電流。

功率變換器可以進一步包括可切換鉗位元件，用于將跨開關的電壓和/或電流鉗位，以防止電壓和/或電流達到可以損壞開關的電平。當功率變換器檢測到的跨開關的電壓指示有實際的或可能的故障條件的風險時，功率變換器“啟用(enable)”可切換鉗位元件(例如，接通可切換鉗位元件，并且使可切換鉗位元件在接通狀態下運行)。通過啟用可切換鉗位元件，在滿足可切換鉗位元件的閾值或其它啟動準則的情況下，功率變換器配置可切換鉗位元件，以產生通過可切換鉗位元件的額外的電流路徑，以便從開關轉移走由故障條件引起的過剩電流。當跨開關的電壓沒有指示有實際的或可能的故障條件的風險時，功率變換器“禁用(disable)”可切換鉗位元件(例如，斷開可切換鉗位元件)。通過禁用可切換鉗位元件，即使滿足可切換鉗位元件的閾值或其它啟動準則，功率變換器也配置可切換鉗位元件，以防止產生通過可切換鉗位元件的額外的電流路徑。

在一個示例中，本公開涉及一種電路，其包括開關、耦合至開關的可切換鉗位元件、以及被配置用于至少部分基于驅動器控制信號來控制開關的驅動器。驅動器進一步被配置用于啟用或禁用可切換鉗位元件。可切換鉗位元件被配置為，當可切換鉗位元件被驅動器啟用時，并且當跨開關的電壓或在開關處的電流滿足用于啟動可切換鉗位元件的閾值時，將跨開關的電壓鉗位。

在另一示例中，本公開涉及一種方法，其包括，通過被配置用于控制開關的驅動器，至少部分基于跨開關的電壓或在開關處的電流，來控制耦合至開關的可切換鉗位元件；其中可切換鉗位元件被配置為，當可切換鉗位元件被驅動器啟用時，并且當跨開關的電壓或在開關處的電流滿足用于啟動可切換鉗位元件的閾值時，將跨開關的電壓鉗位。

在另一示例中，本公開涉及一種電路，其包括用于至少部分基于跨開關的電壓或在開關處的電流來控制耦合至開關的可切換鉗位元件的裝置；其中可切換鉗位元件被配置為，當可切換鉗位元件被驅動器啟用時，并且當跨開關的電壓或在開關處的電流滿足用于啟動可切換鉗位元件的閾值時，將跨開關的電壓鉗位。