[发明专利]用于操控功率半导体开关的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于操控功率半导体开关的方法。

背景技术

在功率电子设备中将用于开关或控制大的电压、电流或功率的开关称为功率半导体开关。不同种类的功率半导体开关在此是已知的。最常使用的功率半导体开关在此一般是MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管，英文：metal oxide semiconductor field effect transistor）、IGBT（具有绝缘栅电极的双极晶体管，英文：insulated gate bipolar transistor）、和双极晶体管。MOSFET具有有利的特征，即其可通过小电压信号来控制。而双极晶体管由于利用所谓的双极效应尽管有高的电反向耐压强度仍具有高电流密度情况下的小的导通电压。在双极效应的情况下，半导体区域的电导率由于具有电子和空穴的电荷中性的双极溢出（überschwemmung）而相对于该区域的通过基本掺杂预先给定的固有电导率大大提高。IGBT组合了单极MOSFET和双极晶体管的所述优点。在功率电子设备中，尤其是在利用大于200V要截止的电压的应用中，除了MOSFET以外主要将IGBT功率半导体阀用作为电子开关。

尤其是IGBT的持续技术继续发展导致了在正常运行中指定的电流密度的明显提高。在此为了优化导通特征，双极载流子溢出（所谓的等离子体）的高度也连续提高。该发展的副效应是，尤其是在关断行为的情况下，等离子体的耗尽的固有动态性在常见的操控条件下主导器件处的电压升高和随后负载电流的下降，并且所述器件因此不遵循由MOS沟道所确定的行为的由传递特性所描述的准静止状态。该特征的一个特别的后果是，电压瞬变和电流瞬变一般在接通过程时比在器件的关断过程时明显更陡并且因此更快地伸展。

现今的IGBT器件的另一特征是，通过夹断效应所限制的电流在短路情况下常常被限制到高于四倍的标称电流密度的值，以便预防提早的热破坏。与特定于MOSFET的起始动作电压相结合地，这导致传递特征曲线的受限的陡度。这引起米勒平坦区（Millerplateau）的位置强烈地取决于器件的所开关的负载电流。

所述的特征导致，尤其是现今的IGBT的接通行为对于应用内的电磁兼容性（EMV）是确定性的。

已知用于调节在接通和关断功率半导体开关时的开关速度的不同方法。对此尤其是已知使用受控的电流源、划分栅极-发射极电压时间变化曲线的所定义的阶段区段或斜坡、并且将栅极电压信号、集电极电压或集电极电流反馈给操控电路。这种操控电路例如由印刷品DE 43 29 363 A1、EP 0 814 564 A1、JP2002300016A、JP11069780A、US6,271,709B1、US2006/0044025A1、WO94/23497、JP2002369553A、US4,540,893以及DE196 10 895 A1已知。

但是，现今的器件的开关行为在利用已知操控方法进行操控时强烈地取决于所选择的运行点、尤其是要开关的负载电流，这是不期望的特征。

发明内容

本发明的任务是用以提供一种操控电路，利用该操控电路可以优化现今的功率半导体开关的开关行为，以便在通过标准预先给定的电子干扰发射的情况下能够实现尽可能少的损耗。

该任务通过根据权利要求1的操控电路来解决。本发明构思的构型和扩展方案是从属权利要求的主题。

在此描述的用于操控可控的功率半导体开关的方法，所述功率半导体开关以其集电极-发射极路段连接在第一和第二供电电势之间，该功率半导体开关具有栅极端子，包括：借助于电压源装置调整功率半导体开关的集电极电流和集电极-发射极电压的关断边沿的陡度，该电压源装置与功率半导体开关的栅极端子连接；和借助于可控的电流源装置调整功率半导体开关的集电极电流和集电极-发射极电压的接通边沿，该电流源装置与功率半导体开关的栅极端子连接并且生成栅极操控电流，其中在从通过功率半导体开关的集电极-发射极电流的电流升高开始直至集电极-发射极电压的下降结束为止的阶段中，可调整的栅极操控电流的变化曲线从一个开关过程到接下来的开关过程之一在预先给定的公差带内最大地被改变。