[發明專利]用于在高電壓范圍內操控半導體功率開關的設備

在審

• 申請號: 202080033779.0
• 申請日: 2020-05-06
• 公開（公告）號: CN113785493A
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: A·亨納;H·雷西貝格爾;K·弗萊德
• 申請（專利權）人: 韋巴斯托股份公司
• 主分類號: H03K17/691
• 分類號: H03K17/691
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 韓長永

本發明提供了一種用于借助于驅動電壓來操控多個半導體功率開關(S12、S21)的設備，所述驅動電壓用于多個負載(Last1、Last2)在高電壓范圍內的有時鐘節拍的運行，其中，所述半導體功率開關的驅動電壓(Uh₁、Uh₂)能夠通過變壓器提供。根據本發明設置，用于所述半導體功率開關的驅動電壓(Uh₁、Uh₂)從所述變壓器的唯一次級繞組的電壓導出，其中，設置有電子電壓電平轉換器電路，以便從所述變壓器的次級繞組中以所需大小獲得所述驅動電壓(Uh₁、Uh₂)。

技術領域

本發明涉及一種用于在脈沖負載的情況下在高電壓范圍內同時操控多個半導體功率開關的設備。

背景技術

借助圖1和2闡述借助于開頭所述類型的傳統設備對半導體功率開關的操控。

如圖1中所示，為了操控兩個半導體功率開關(MOSFET，IGBT，雙極晶體管)，在控制輸入端(柵極，基極)處的操控所需的15V電壓在接通開關的情況下總是與參考電平具有限定的電勢差。如果不是這種情況，則不能接通開關。在最不利的情況下，這甚至可能導致半導體功率開關的損壞。參考電平在圖1所示的高電壓應用中例如可以為0V(圖1中左側的電路變型方案)或500V(圖1中右側的電路變型方案)，當功率開關被截止或接通時，參考電平甚至會從0V跳到500V(高側問題)。

對于在圖2中示例性示出的在高電壓范圍中的應用，借助于具有多個輸出電壓的變壓器產生驅動電壓UL1、Uh₁和Uh₂，這些輸出電壓電流隔離地提供在不同參考電平上的驅動電壓。具體而言，第一負載Lastl和第二負載Last2分別通過一對電子功率開關S1、S12和S2、S21與零電勢HV-和例如500伏特的正電勢HV+有節拍地連接。用于操控開關S1的驅動電壓UL1從變壓器的第一次級繞組(在圖2中為變壓器的下部次級電壓)被分接。用于操控開關S12的驅動電壓Uh₁從變壓器的第二次級繞組(在圖2中為變壓器的上部次級電壓)被分接。用于操控開關S21的驅動電壓Uh₂從變壓器的第三次級繞組(圖2中為變壓器的上部次級電壓)被分接。在開關S1、S12和S2/S21閉合的情況下，高電壓被施加到相應的負載Lastl和Last2，并且在開關斷開的情況下與所述負載分離。

由于緊湊的繞組結構，由功率半導體的時鐘節拍引起的電磁干擾被傳遞到變壓器的初級側。因此，在汽車應用中，在設備的HV部分中產生的干擾被傳遞到低壓側上。此外，所產生的干擾可能導致在變壓器的另外的次級繞組上的電壓峰值。這些干擾必須借助EMV濾波器部件相對耗費地來減少。該方法的另一缺點是使用具有多個次級繞組的變壓器。由于所要求的介電強度和使用高品質的并因此較昂貴的絕緣材料，這些次級繞組是耗費和昂貴的。

發明內容

本發明的任務在于，提供一種設備，使得其可以在EMV方面優化并且可以成本低廉地制造。

該任務通過權利要求1的特征解決。本發明的有利擴展方案在從屬權利要求中確定。

因此，本發明提供了一種用于借助于驅動電壓來操控多個半導體功率開關的設備，所述驅動電壓用于多個負載在高電壓范圍內的有時鐘節拍的運行。所述驅動電壓由變壓器提供，其中，用于半導體功率開關的驅動電壓由變壓器的唯一次級繞組導出。設置有電壓電平轉換器電路，所述電壓電平轉換器電路從在變壓器次級繞組中產生的電壓中提取具有所需電壓電平的驅動電壓。

優選地設置，僅需要一個具有僅一個次級繞組的變壓器。用于任意多個PWM控制的負載的驅動電壓優選分別通過簡單的電子電壓電平轉換器電路產生。

與根據現有技術的具有多個次級繞組的設備相比，根據本發明的設備更緊湊并且具有較少的EMV干擾。

變壓器和EMV濾波器部件的耗費變小并且導致明顯的成本節省。