[发明专利]用于反向导通的IGBT的控制电路

说明书

本发明涉及用于反向导通的IGBT的控制电路。描述一种用于控制半导体开关的控制电极的控制电路。根据本发明的一个示例，控制电路具有：用于连接到半导体开关的控制电极上的第一输出节点；电压供应电路；和与电压供应连接的第一开关级以及与电压供应连接的第二开关级。第一电阻网络连接到第一开关级和第一输出节点之间。第二电阻网络连接到第二开关级和第一输出节点之间。控制逻辑电路被构造用于产生用于控制第一开关级和第二开关级的控制信号，使得在半导体开关的第一运行模式中半导体开关仅通过第一电阻网络来控制，并且在半导体开关的第二运行模式中半导体开关仅通过第二电阻网络或两个电阻网络来控制。

技术领域

本发明涉及用于控制反向导通的IGBT、也被称为RC-IGBT（反向导通绝缘栅双极型晶体管）的电路装置和方法。

背景技术

在功率电子电路的领域中，晶体管针对多种应用必须能够在反向方向上传输电流。在MOSFET的情况下，为此使用MOSFET的本征二极管。标准IGBT由于其内部结构不能在没有其他器件的情况下反向引导电流。如果要求反向导电，那么通常将二极管与IGBT器件逆向并联。然而，这导致一些不期望的后果。必须相应大地选择用于至少一个IGBT的壳体，使得除了晶体管之外二极管芯片也还有位置。在接合时的布线花费增加，因为现在必须相互连接更高数量的芯片。在整个制造链中必须运行更多的花费，因为除了晶体管芯片之外还必须制造、测量、维持和处理专门的二极管芯片。通过正向电流输送（IGBT）和反向电流输送的去耦合尽可能热学上去耦合这两个过程。对于单个元件的热电阻是相应大的。

已知单片交织地集成IGBT和二极管。这通过以下方式实现，即IGBT的p型掺杂的集电极区（p型发射极）局部地被中断。在所述位置，n型掺杂的半导体材料（二极管的n型阴极）接触集电极金属化部。因此在发射极（低掺杂的漂移区）和MOS沟道区域中的p型掺杂的材料之间形成PIN二极管结构。这样的IGBT被称为反向导通的IGBT（缩写：RC-IGBT）。这样的RC-IGBT例如在文献US 2007/0231973 A1（Rüthing、Schulze、Niedernostheide、Hille）中被描述。

单独的、与IGBT逆向并联的二极管的导通行为示出与IGBT的控制状态的无关性，而这在RC-IGBT中根据器件的设计是不同的。如果RC-IGBT以反向导通运行（即以二极管运行）来控制，那么IGBT的MOS沟道是导通的。因为RC-IGBT可以在两个方向上传输电流，所以对于反向电流的电子形成附加的、与内部二极管并行的电流路径。因为不再是所有电子都有助于PIN二极管结构的充满（Überschwemmung），所以其正向电压降可以明显提高，这通常是不期望的效应。由于该原因，在大多的应用中期望的是，反向导通的IGBT的栅极在二极管运行中截止地控制（即IGBT的MOS沟道被切断）。

在稳定的二极管载流子充满（Durchflutung）的情况下在器件中所存储的电荷应该在从导通状态到截止状态过渡时被抽取，以便小地保持动态损耗。该电荷量也称为“反向恢复”电荷并且对二极管关断损耗以及对换向伙伴（例如在半桥中布置两个IGBT的情况下另外的IGBT）的IGBT接通损耗有巨大的影响。由于所描述的特性，如果在应用电路的运行进程中本征空转二极管关于其载流子充满（载流子充满，也称为：以载流子的充满）的不同状态被组合，使得应用特定积累的静态的和动态的损耗的和得到最小值，那么可以进行损耗少的二极管运行。

发明内容

因此本发明所基于的任务在于，提供用于控制反向导通的IGBT的电路和方法，其能够实现相对少的损耗。该任务通过根据权利要求1或6的电路以及通过根据权利要求10的用于控制半导体开关的方法来解决。本发明的不同的实施例和改进方案是从属权利要求的主题。