[发明专利]用于通断电流的电路装置以及用于运行半导体断路器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于根据能预定的通断信号来通断电流的电路装置。电路装置包括用于通断电流的半导体断路器以及用于半导体断路器的控制装置。控制装置设计用于接收通断信号并且根据接收到的通断信号在半导体断路器的控制输入端处产生控制电压。

背景技术

由WO2008/032113A1已知了一种这样类型的电路装置。当变流器能够用于运行三相交流电机时，可以例如在可控的变流器中提供这种电路装置。

下面根据图1详细说明可控的变流器的工作原理。可以通过变流器10借助相位导线12，14，16上的直流电压Uzk产生交流电流I1，I2，I3，该交流电流共同形成三相电流，可以借助该三相电流运行电机18。例如在变频器的中间电路的两个汇流排ZK﹢，ZK﹣之间提供直流电压Uzk。为了产生交流电流I1，I2，I3相位导线12，14，16以在图1中的方式分别通过半桥20，22，24与汇流排ZK﹢，ZK﹣连接。如何产生交流电流I1，I2，I3下面结合半桥20来说明。相应地也适用于结合半桥22和24的交流电流I2，I3。

半桥20具有两个半导体断路器26，28，这两个半导体断路器中的每一个具有一个晶体管Tr1或Tr2以及一个与这个晶体管反并联的二极管V1或V2。相位导线12通过半导体断路器26，28一次与正汇流排ZK﹢连接并且一次与负汇流排ZK﹣连接。晶体管Tr1，Tr2例如可以是IGBT（Insulated gate bipolar transistor绝缘栅双极型晶体管）或者MOSFET（Metal oxide semiconductor field effect transistor金属氧化层半导体场效晶体管）。半导体断路器26，28分别通过控制线路30，32与控制单元34连接。控制单元34产生时钟信号36，该时钟信号通过控制线路30传输至半导体断路器26。半导体断路器26的晶体管Tr1通过时钟信号36交替地在导通和断开状态上通断。控制单元34通过其他的控制线路32将推挽信号传输至半导体断路器26，以便半导体断路器28的晶体管Tr2相对于晶体管Tr1推挽地通断。晶体管Tr1和Tr2的交替的通断在相位导线12上产生交流电压并且由此产生交流电流I1。为了产生三相电流将由控制单元34相应地相位错开的时钟信号通过其他的控制线路传输到其余的半桥22和24的断路器上。借助半导体断路器的二极管能够对由电机18产生的交流电压整流。

由控制单元34产生的时钟信号、例如时钟信号36通常不以一种形式存在，以便由此能通断半导体断路器。为此控制电路40连接在半导体断路器26的控制输入端38的上游，该控制电路借助（未详细示出的）驱动电路根据时钟信号36产生在控制输入端38处的控制电压。在晶体管的情况下控制输入端38是其栅极或基极。以相同的方式相应的控制电路连接在半导体断路器28的上游并且相应的控制电路也连接在电桥22和24的断路器的上游。

在借助例如半导体断路器26来通断电流时必须考虑，即根据半导体断路器26例如从导通状态转换为断开状态有多快，通过（在图1中未示出的）电路的电感可以引起电压。接着这个感应电压与运行电压叠加，从而可以在半导体断路器26上得出经过其下降的电压值，该电压值处于最高允许值之上。由此则损坏了半导体断路器26的组件。因此可以设置，通过控制电路40至少在通断信号36的通断边沿中产生在控制输入端38处的控制电压，通过该通断边沿起到断开半导体断路器26的作用，该控制电压具有与通断信号36的变化曲线相比的平缓的变化曲线。

为了获得具有平缓的变化曲线的控制电压，出版物WO2008/032113A1表明，测量流过功率半导体件的电流并且在通断过程中在电流强度的时间变化曲线上测定极限值（最大值和最小值）。直到达到极限值时在功率半导体件的控制输入端处的控制电压才慢慢地改变，从而得出控制电压的斜坡形变化曲线并且功率半导体件的导电性只相对缓慢地改变。在达到极限值之后控制电压接着突然切换至其终值。

这种解决方案的缺点是，在持续时间内控制电压只缓慢地随着斜坡形的变化曲线下降，在这段持续时间内功率半导体件上的开关损耗是非常高的。

发明内容

本发明目的在于，在半导体断路器中降低开关损耗。

该目的通过根据权利要求1所述的电路装置以及通过根据权利要求8所述的方法来实现。根据本发明的电路装置的以及根据本发明的方法的有利的改进方案通过从属权利要求来给出。