[发明专利]用于转换器的快速开关的电路装置

说明书

本发明涉及一种用于电气转换器(1)的电路装置(20)，具有开关单元(15)，其中的每个分别具有半导体开关(16)和用于控制半导体开关(16)的栅极驱动电路(17)。半导体开关(17)应当能够通过其相应的栅极驱动电路(17)特别快速地进行开关。为此，在每个开关单元(15)中，相应地将半导体开关(16)和栅极驱动电路(17)布置在共同的载体电路板(21)上，并且栅极驱动电路(17)通过载体电路板(21)的至少一个导体迹线(23)与半导体开关(16)的栅极(G)电连接。

技术领域

本发明涉及一种用于电气转换器的电路装置。该电路装置具有多个开关单元，其中的每个开关单元具有半导体开关和用于控制半导体开关的栅极驱动电路。具有根据本发明的电路装置的电气转换器也属于本发明。

背景技术

在用于电力电子设备的转换器中，转换器的整流器和/或逆变器的半导体开关可以作为模块来提供。这样的模块于是具有例如由半导体开关形成的三个半桥。为了控制半导体开关，将该模块与单独的电路板连接，在该电路板上实现半导体开关的栅极驱动电路。该电路板通过导线在控制输入端处连接到模块。在模块内部，控制输入端通过焊线与半导体开关的栅极连接。

在此模块技术中出现的模块内部的布线电感限制了可以用于切换半导体开关的可能的最大开关频率。如果超过最大开关频率，则导致布线电感感应出过电压。为了防止半导体损坏，因此必须保持低的开关频率和开关速度(也就是说，导通和不导通开关状态之间的转换)。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种具有高开关频率和/或开关速度的转换器。

上述技术问题通过独立权利要求的主题来解决。本发明的有利扩展通过从属权利要求的特征得到。

本发明包括用于电气转换器的电路装置。在此电路装置中，半导体开关和用于控制半导体开关的其栅极驱动电路分别组成开关单元。为了使该开关单元快速开关，即为了能够以高的开关频率和/或高的开关速度驱动开关单元，根据本发明设置为，在每个开关单元中，分别将半导体开关和栅极驱动电路装置在共同的载体电路板上，并且栅极驱动开关通过载体电路板的至少一个导体迹线与半导体开关的栅极电气相连。

通过本发明得到如下优点：栅极驱动电路不需要通过导线与模块连接，然后在模块内部通过另一个焊线与半导体开关的栅极建立连接。栅极驱动电路和栅极之间的该相对长的路径导致所述的布线电感。相反，在根据本发明的电路装置中，栅极驱动电路和栅极由于共同布置在载体电路板上而可以具有小的距离，从而通过导体迹线不形成电感的显著增大。因此通过本发明得到如下优点：每个开关单元中的栅极驱动电路和栅极之间的布线电感不再是设置最大开关频率和/或开关速度时的限制因素。因此，与基于开头描述的模块的传统转换器电路装置相比，能够以更快地进行开关的方式驱动该电路装置。快速地进行开关特别是应当理解为大于50kHz的开关频率。

根据本发明的电路装置特别是被设计为电力电子设备，也就是说，每个半导体开关优选被设计为，能够通过其开关路径(漏极-源极连接)引导或者切换大于10安培、特别是大于50安培的额定电流。每个半导体开关的开关路径的反向电压特别是大于100伏。

可选的扩展方案也属于本发明，通过其特征得到附加的优点。

在开关单元中栅极驱动电路与半导体开关的栅极的距离相应地小于2厘米、特别是小于1厘米的扩展方案中，得到特别小的布线电感。

一个扩展方案设置为，开关单元的半导体开关基于宽带隙半导体技术(Wide-Bandgap-Halbleitertechnologie)。尤其是，半导体开关基于碳化硅和/或氮化镓制造。通过该扩展方案得到如下优点：此半导体开关具有比例如硅半导体开关更高的开关频率和/或开关速度。在此，半导体开关例如可以设计为IGBT(绝缘栅双极晶体管)或MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。由此，在该扩展方案中，半导体开关本身也可以以比传统的基于硅的半导体开关更高的最大频率来驱动。