[发明专利]用于减少功率半导体接通过程中电磁放射的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及按照独立权利要求前序部分的、用于在功率半导体的接通过程中减少电磁放射的方法以及用于实施该方法的装置。

背景技术

如果耗电设备特别是电感耗电设备如电动机或者这类设备借助由功率半导体组成的驱动器——例如通过脉冲宽度调制(PWM)——控制，那么在接通功率半导体时一般出现电磁的干扰放射。这些干扰放射由在硬开关过程中形成的谐波中产生，在其开始时功率半导体的电容输入端被施加电压跃变，并且然后非常高的电流自发向功率半导体的输入电极流动。在电动机运行时，这导致电动机的绕组内的偏流。如果延缓开关过程，那么这意味着虽然减少干扰放射，但也提高了功率半导体内部的损耗功率，这种损耗功率从它那方面导致温度上升并因此需要更费事和更昂贵的冷却。功率半导体较为快速的开关相反使损耗功率降低，但却导致更强的干扰放射。因为后者一般不得超过一定程度，所以该问题的解决经常是在对驱动器内损耗功率不利的情况下进行，从而该驱动器至少有时在其极限温度的范围内运行。所公开的控制方法因此只能仅有限地减少干扰放射。

DE 100 61 563 B4公开了一种用于开关功率半导体的方法，其中在开关过程期间调节流过功率半导体的负载电流以及在功率半导体开关上降落的电压的时间上的变化曲线。为此，电压和负载电流时间上变化曲线的调节彼此错时地这样进行，使得在接通功率半导体时首先调节负载电流时间上的变化曲线并在达到负载电流的最大值时调节电压的时间上的变化曲线。用于调节电压或电流时间上变化曲线的两个调节电路各包括一个校正电路，其使功率半导体非线性的传输特性线性化。作为功率半导体要么使用MOSFET，要么使用IGBT。DE 100 61 563 B4中所提出的方法一方面可以限制电磁干扰放射以及降低断开过程中的过电压。同时保证与迄今为止简单的控制方法相比明显降低开关功率损耗。但缺点是用于线性化的两个调节电路和校正电路的复杂性比较高，其需要并非不明显的成本投入。

发明内容

依据本发明用于在功率半导体的接通过程中减少电磁放射的方法以及用于实施该方法的相应装置与现有技术相比的优点是简单的电流预控制，这种电流预控制与费事的调节方法相比明显降低可比较的干扰放射方面的复杂性和损耗功率，并相对于不同的工作点、温度效应和公差是稳定的。为此功率半导体这样控制负载，使接通之后负载电流流过负载和功率半导体，其饱和值确定功率半导体的工作点，其中，针对负载电流不同的饱和值产生功率半导体的不同工作点。饱和值首先取决于各自应用的设计，也就是说，例如取决于负载的可承载能力。另一个上限此外通过功率半导体本身的可承载能力给出。依据本发明，通过电流预控制预先规定的控制电流基本上划分成至少两个彼此相继的半波，其中，针对功率半导体相当于负载电流最高饱和值的工作点，当负载电流大致达到了其最大值时，在第一半波之后跟随另一半波。

依据本发明的方法相对于功率半导体不同工作点的稳定性由此明确，即控制电流半波的时间上的划分在相当于低于最高饱和值的饱和值的功率半导体工作点处可以保持不变。因此无需预控制与不同应用的匹配，这样使该方法的使用非常广泛。

第一半波以有利的方式在向功率半导体施加其他半波之前略有衰减。为此控制电流的半波分别近似相当于正的正弦形半波。

随着通过负载电流达到最大值，如果控制电流的第二半波具有高于第一半波的振幅和/或者低于第一半波的持续时间，那么对于加速开关性能来说特别具有优点。如果功率半导体作为MOSFET或者IGBT构成，那么在MOSFET或者IGBT上降落的电压在该时间点上达到通过功率半导体控制输入端的电容效应引起的所谓米勒平台。只有在达到该电压平台时，才能通过控制电流的相应设计的第二半波加速开关过程。

为了进一步提高接通过程的精密性和驱动器的温度稳定性以及降低可能的开关散射(Schaltstreuungen)，此外有利的是，预控制通过简单的调节例如通过PI调节器或者这类调节器进行底层控制(unterlagert)。

本发明的其他优点通过从属权利要求中所介绍的特征产生以及来自附图和后面的描述。

附图说明

下面借助附图1-4举例对本发明进行说明，其中，附图中相同的参考标号表示具有相同功能的相同组成部分。其中：

图1示出用于实施依据本发明方法的装置的框图；

图2分别示出控制电流(上)和控制电压(下)取决于时间的曲线图；

图3分别示出负载电流(上)和功率半导体上降落的电压(下)取决于时间的曲线图；以及

图4示出干扰放射取决于频率的曲线图。

具体实施方式