[发明专利]用于功率半导体开关的布置和方法

说明书

本公开内容描述了一种用于功率半导体开关的布置和方法。在该开关中，第一电极(e)与第二电极(c)之间的第一电流被配置成基于第三电极(g)与第一电极(e)之间的控制电压而被控制。该布置包括：与功率半导体开关串联连接的电感，其中该电感的第一端连接至第一电极(e)；用于基于所述第一端的电压来相对于参考电势生成第一测量电压的第一测量装置；用于基于电感的第二端电压来相对于参考电势生成第二测量电压的第二测量装置，用于将第一测量电压与第二测量电压进行比较的比较器；以及用于生成控制电压的驱动装置，该驱动装置被配置成生成该控制电压的第一控制电压水平和第二电压水平。

技术领域

本发明涉及对功率半导体开关的控制，特别是涉及监视功率半导体开关的开关事件。

背景技术

控制功率半导体开关——例如IGBT和MOSFET——的栅极是逆变器或变频器的重要环节。逆变器或变频器中的功率半导体开关通常被配置成被控制处于下述两个操作状态中的一个操作状态：导通状态(即接通状态)，或者非导通状态(即，关断状态)。

在控制功率半导体开关的操作状态的驱动电路的设计中可能需要考虑许多方面。功率半导体开关的操作电压电势在操作期间可能在根本上改变，并且功率半导体可以以与控制整个系统的控制器的电压电势不同的电压电势进行操作。因此，控制功率半导体开关的驱动单元可以与控制器进行电隔离。

例如，控制器和驱动单元例如可以通过光隔离器彼此隔离。隔离电源可以用于生成正电压或者正电压和负电压，以便能够将半导体开关驱动至期望的操作状态。

例如，可以通过向半导体开关的控制端子如栅极端子提供正控制电压来将半导体开关驱动至导通状态。负电压可以用于在关断事件期间产生足够高的栅极电流，并且用于确保即使在栅极电压中出现电压尖峰，半导体开关也保持在关断状态。在IGBT中，所提供的一个电压/多个电压通常与IGBT的发射极或辅助发射极的电压电势相连。

为了实现较高的额定功率，可以在逆变器和变频器中使用并联连接的功率半导体开关。然而，由于并联连接的开关之间的物理差异和/或实现控制开关的驱动电路的部件之间的物理差异，所以所述开关可能不会同时导通(或关断)。这些非并发开关事件可能会导致额外的损失。

因此，可以期望的是，调节各个开关的导通和关断开关事件的时刻以实现并发开关事件。可以使用各种类型的反馈实现来确定实际开关事件的时刻。例如，如果功率半导体开关如IGBT设置有主发射极端子和辅助发射极端子，则可以使用在这些端子之间的接合线上的电压来估计发射极电流的变化率。然后，可以使用该变化率来检测导通或关断事件。

然而，由于要检测的变化率可能非常快，所以用于检测变化率的测量电路可能必须根据非常高的速度分量来构建。此外，为了以测量结果精确可比的方式从不同的开关获得测量结果，检测电路的传播延迟偏差可以还必须非常低，处于纳秒的量级。能够满足这些要求的实现可能需要昂贵的部件和/或制造过程，这可能会降低实现的成本效益。

此外，用于控制和/或反馈信号的隔离信道的数目也可能会对成本效益产生显著影响，特别是在使用现代高温额定的CMOS数字隔离器的情况下。可能还必须考虑部件的可用性。

具有DC中间电路的三相变频器通常需要至少六个功率半导体以用于输出。因此，驱动单元的成本效益的任何增加或减小可能会对变频器产生六倍的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用以减轻上述缺点的方法和一种用于实现该方法的装置。本发明的目的通过根据本发明的实施方式的方法和布置来实现。

可以通过监视与功率半导体开关串联的电感上的电压来监视功率半导体开关的电流——例如发射极电流——的变化率。电感两端之间的电压差表示通过电感——并且因此也通过功率半导体开关——的电流的变化率。基于该电压差，可以检测该变化率超过用于该变化率的设定阈值水平的时刻。