[发明专利]用于操控半导体开关的控制装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于影响在电压源和耗电器之间的负载电流回路中的能量流的控制装置，具有：半导体开关，该半导体开关包括构造在输入端子和输出端子之间的、可以环接到负载电流回路中的导电段，该导电段的电阻可以借助可以施加在属于半导体开关的控制端子上的电势来设定；以及具有控制电路，其与控制端子耦合并且包括与耗电器并联连接的续流装置、尤其是续流二极管。此外，本发明还涉及用于操控半导体开关的方法。

背景技术

在可开关的电负载回路中通常设置电压源、半导体开关和耗电器的直接或磁耦合的串联电路。为了避免半导体开关的过载，给含电感的耗电器并联连接续流二极管，该含电感的耗电器的电感可以仅仅或者部分地由负载回路的电线路来确定。

例如被构造为MOSFET或IGBT的半导体开关借助栅极-源极电压来控制，该栅极-源极电压由于充电和放电电流而出现，所述充电和放电电流施加在栅极上并且由于半导体开关的逻辑连接的内部电容而引起控制充电。在低欧姆半导体开关情况下，供给电势基本上处于在半导体开关和与续流二极管直接耦合或磁耦合的耗电器之间的连接点上。现在如果减少栅极-源极电压以便将半导体开关带入到截止状态，则晶体管的内阻上升并且在该内阻中转化为热的功率越来越大。这与如下情况相关联：电流由于在耗电器电流回路中的电感的作用而下降得仅仅非常少。因此要求：在晶体管中产生损坏晶体管的这么多的热量之前，续流二极管能够尽可能快地承受电流流动。

由EP 0 756 782 B1已知：设置可以根据在续流半导体器件上的电压来控制的关断电流源以用于连续减少关断电流数值直至最小值。在此，基本上在续流半导体器件上的不断减小的电压的电压值为0伏的情况下达到该最小值。

DE 40 13 997公开了一种可以根据在续流半导体器件上电压的阈值来依赖性地控制的接通开关电流源，该接通开关电流源被设计为当所述阈值表明续流半导体器件已经被关断时突然将接通电流的数值切换到高的值。

发明内容

本发明的任务因此在于，改进用于操控半导体开关的控制装置和方法，使得在接通和/或关断电流时保证在半导体开关的更快速开关过程的同时更小的损耗功率。

该任务按照第一方面利用一种用于影响在电压源和耗电器之间的负载电流回路中的能量流的控制装置被解决。其中规定：所述控制电路被构造用于向控制端子提供控制电流，该控制电流与在续流装置上的电压成比例。

由此，在半导体开关的控制端子上、尤其是在晶体管的栅极-控制电极上提供了高的电流强度，在时间和在数值上其变化速度至少基本上直接与在续流装置上的电压变化速度成比例。因此，相对于由现有技术已知的可通过电压控制的、用于操控半导体开关的电流源来说实现了更快的开关过程。这归因于：在可通过电压控制的电流源中始终存在不可避免的输入电容，其例如由高输入电阻以及电流源的其部件的必要的电连接引起。由此，用于待控制的电流源的时间环节也始终是起作用的，使得受控电流相对于控制电压随着电压变化速度的上升而在时间和在数值上跟随地上升。这里可能进入如下情况：在压控电流源的电压和电流之间的相位的偏移针对在不断变化的续流电压转化为用于栅极电极的控制电流之后的一些小部分以及由此在栅极与源极之间形成的控制电压的一小部分连同半导体开关中的电压放大一起达到了为1或者大于1的值，使得存在不允许的环形放大，使得形成自激的干扰发送器，该干扰发送器向环境发送出电磁不兼容的干扰功率。按照本发明，在续流装置上不断变化的续流电压低延迟地、优选无延迟地作为控制电流被提供在半导体开关的控制端子上，使得至少几乎完全地避免了由现有技术已知的相位偏移并且由此抑制了控制装置的自激。由此也实现了，在接通和关断半导体开关时与现有技术相比分别实现了更快的开关过程，并且虽然增大了电压变化速度但是在半导体开关的控制端子上并且因此在半导体开关的导电段上仍然很大程度上避免了不希望的或者不允许的干扰电压和干扰脉冲。

本发明的有利的改进方案在以下部分中被说明。

合乎目的的是，控制电路包括电压-电流变换器和与电压-电流变换器电连接的耦合装置，其中该耦合装置被设立用于成比例地提供流过电压-电流变换器的电流作为在半导体开关的控制端子上的控制电流。电压-电流变换器的任务在于，将电压通过续流装置少延迟、优选无延迟地转化为预定电流。该预定电流被提供给耦合装置，耦合装置在其方面与预定电流成比例关系地将控制电流提供给半导体开关的控制端子。

优选的是，将耦合装置构造为电流镜或构造为电平推移器、尤其是构造为晶体管。