[发明专利]用于控制功率晶体管的器件

说明书

技术领域

本发明涉及用于功率晶体管的控制器件，更具体地涉及结型场效应晶体JFET。JFET晶体管将例如用诸如碳化硅或氮化镓之类的高带隙能量材料制成。这类晶体管可以特别用于具有脉宽调制(PWM)的逆变器中。

背景技术

人们已经就晶体管，特别是IGBT(绝缘栅双极型晶体管)型的晶体管的控制撰写了许多公开文献。

在晶体管的控制中，要解决的主要问题是如何控制晶体管的开关速度。为此，能够相互独立地控制电流随时间的变化(di/dt)和电压随时间的变化(dV/dt)是必不可少的。当晶体管接通时，目的是例如减小di/dt并增大dV/dt。但是，大多数情况下，已知的控制功能不能令人满意。

Petar J.Grbovic的题为“An IGBT Gate Driver for Feed-Forward controlTurn-on Losses and Reverse Recovery Current”-IEEE Transactions on PowerElectronics，Vol 23，N°2，March 2008，文献第643页描述了用于IGBT型晶体管的满意的控制器件。这类器件使得可以特别是限制晶体管接通时的损耗。选择栅极电阻器以提供在晶体管的开关损耗、与晶体管有关的续流二极管的反向传导电流的幅度和产生的电磁干扰之间的折衷。但是，此器件仍然不适合控制JFET型晶体管。在实践中，在JFET中，晶体管可以支持的最小接通电压和最大电压之间的电压范围非常有限。因此，JFET晶体管需要非常精确的控制器件，其中必须最优化开关性能特征。通过优化晶体管接通时的性能特征，因而可以减小开关损耗和电磁干扰。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于JFET型晶体管的控制器件，其具有为了减小晶体管接通时的开关损耗和电磁干扰而优化的性能特征。

此目的是利用用于包括栅极、漏极和源极的JFET型晶体管的栅极控制器件实现的，所述器件的特征在于，它包括：

-电压产生电路，包括连接到晶体管的栅极的输出端，所述电路被设计为在该输出端处产生参考栅-源电压，该参考栅-源电压遵循预定的电压上升斜线，

-电压限制电路，被设计为在JFET晶体管的端子处的栅-源电压已经达到预定的最大值时将参考栅-源电压限制到所述最大值。

根据本发明的特定特征，该限制电路包括输入端和输出端，其中一电容器的端子处的电压施加于该输入端，并且在该输出端上产生该参考栅-源电压。

根据另一个特定特征，该限制电路包括双极型晶体管和比较装置，该比较装置比较该JFET晶体管的栅-源电压和该预定的最大值。

根据另一个特定特征，该限制电路包括二极管，并且该最大值由该双极型晶体管的导电阈值电压和该二极管的导电阈值电压的和来确定。

根据另一个特定特征，该电压产生电路包括串联连接的电阻器、感应器和电容器，形成连接在输入电路的输出端和该JFET晶体管的源极之间的RLC电路，该电压产生电路还包括钳位二极管，与该RLC电路的电容器并联连接在该限制电路的输入端和JFET晶体管的源极之间。

根据另一个特定特征，该电压产生电路包括两个串联的双极型晶体管，其两个基极是公关的并且连接到该限制电路的输出端。

根据另一个特定特征，该电压产生电路的第一双极型晶体管是PNP型的，第二晶体管是NPN型的，这两个晶体管的发射极端子是公共的。

根据另一个特定特征，该控制器件包括输入电路，被设计为在该输出端处产生用于该JFET晶体管的控制信号。

根据另一个特定特征，该器件包括栅极电阻器，连接在该晶体管的栅极和该电压产生电路的输出端之间。

根据另一个特定特征，该器件包括串联连接在该限制电路的第一输入端和地之间的二极管和电容器以及与该电容器并联连接的稳定二极管。

本发明还涉及一种功率转换器，具有倒相级，包括多个JFET型晶体管，每个JFET晶体管由上文定义的控制器件控制。

本发明可以应用于常断型或常通型的JFET晶体管的控制。

本发明的控制器件使得可以独立地控制经过晶体管的电流随时间的变化，因此可以控制由该变化以及晶体管的漏极和源极之间的电压变化产生的电磁干扰，因此可以控制开关损耗。

附图说明

其它的特征和优点将通过参考以示例方式给出并由附图示出的实施例、从下面的详细描述中显露出来，其中：

-图1表示本发明用于JFET型晶体管的控制的器件，

-图2示出了在图1所示的控制器件中的各个电流和电压参数的趋势，