[发明专利]半导体切换系统

说明书

技术领域

这里描述的实施例一般地涉及电气设备。

背景技术

作为其中续流二极管反并联地连接到主电路的切换元件的传统功率转换电路的一个示例，已知一种功率转换电路，其中通过串联连接分别由电压驱动切换元件和反并联二极管形成的辅助元件和主元件来配置与桥电路的一个臂相对应的半导体开关。进而，将具有与主元件的耐受电压等效的耐受电压的高速续流二极管反并联地连接到主元件和辅助元件的串联连接。

在上述这样的功率转换电路中，如果由于诸如负载电流变得太高或者设备温度增加到指定值或者更多等原因而使设备异常停止，则桥电路的上下臂的相应主元件供应有关断信号并且进入到栅极关断状态。此时，辅助元件也与主元件同步地连续供应有关断信号。这使得难于向相应臂的辅助元件馈送电流。因而，主电流继续流经高速续流二极管。与正常操作相比较，在栅极关断状态下流动的电流示出其平均值的急剧增加，其中在正常操作中，在单相等效桥电路中电流仅在一个半导体开关的关断时间和另一半导体开关的接通时间之间的时间间隔期间(即在死时间间隔期间)流动。这伴随有损失(即在高速续流二极管中生成的热量)的显著增加。因此，引起如下问题：高速续流二极管要求更加严格的冷却设计。尽管近年来SiC二极管作为高速二极管的一个示例正在得到关注，但是SiC二极管保持昂贵。因此，需要能够以相对低价格实现的低耐受电压、低容量SiC二极管以及包括其的电路实施方式。

附图说明

图1是示出第一实施例的半导体开关的电路图；

图2是示出第二实施例的半导体开关的电路图；

图3是示出第三实施例的半导体开关的电路图；

图4是示出第四实施例的半导体开关控制设备的电路图；

图5是示出第五实施例的半导体开关控制设备的电路图；

图6是示出第六实施例的半导体开关控制设备的电路图；

图7是示出第七实施例的半导体开关控制设备的电路图；

图8是示出第八实施例的半导体开关控制设备的电路图；

图9是示出第九实施例的功率转换设备的电路图；

图10是示出第十实施例的功率转换设备的电路图；

图11示出显示了第十一实施例的功率转换电路元件的平面图和透视图；

图12A是示出在第一实施例的半导体开关中主元件关断并且辅助元件接通时电流的流动的电路图，并且

图12B是示出在主元件和辅助元件全部关断时电流的流动的电路图。

具体实施方式

根据一个实施例，一种半导体开关包括主元件，所述主元件包括切换元件和反并联二极管。切换元件具有高的耐受电压并且设置有一个控制端子和两个主端子。半导体开关还包括辅助元件，所述辅助元件具有比所述主元件的耐受电压低的耐受电压。辅助元件设置有一个控制端子和两个主端子。半导体开关还包括具有与主元件的耐受电压等效的耐受电压的续流二极管。主元件的负电极连接到辅助元件的负电极，以使得主元件的正电极用作正端子并且辅助元件的正电极用作负端子。进而，续流二极管并联连接在正端子和负端子之间，以使得从负端子朝向正端子的方向变为前向方向。半导体开关还包括用于彼此独立的主元件和辅助元件的开-关控制的端子。

现在将参照附图描述某些实施例。在本公开中，将使用相同或者类似的附图标记描述相同或者类似的电路部件。

第一实施例

图1示出了在第一实施例的功率转换设备中一个桥电路的上臂的半导体开关6a。由于下臂的半导体开关6b与半导体开关6a具有相同的电路配置，因此这里仅描述上臂的半导体开关6a。除非需要将上下臂的半导体开关6a和6b彼此区分开，将使用通用术语“半导体开关6”。

当前实施例的半导体开关6包括主元件3和辅助元件5，其中所述主元件3由具有高耐受电压的电压驱动切换元件1a和具有高耐受电压的反并联二极管2a形成，所述辅助元件5由其耐受电压分别低于主元件3的耐受电压的电压驱动切换元件1b和反并联二极管2b形成。主元件3和辅助元件5的负电极彼此连接。主元件3的正电极连接到正端子7，而辅助元件5的正端子连接到负端子8。高速续流二极管4反并联地连接到主元件3和辅助元件5的串联连接。在当前实施例的半导体开关6中，单独设置主元件3的控制端子11和辅助元件5的控制端子12，以使得能够单独控制主元件3和辅助元件5。在图1中，附图标记9表示主元件负端子，附图标记10表示辅助元件负端子。