[发明专利]用于SiC或GaNMOSFET晶体管的开关装置的短路保护电路及相关方法

说明书

本发明涉及一种功率开关装置(10)，其包括至少一个能够由主电流(I；Ia，Ib，Ic)能够行进通过的SiC或GaN MOSFET型晶体管(12；12a，12b，12c)；所述开关装置(10)包括至少一个测量模块(14；14a，14b，14c)，所述至少一个测量模块被配置为从由所述晶体管(12；12a，12b，12c)产生的电磁场间接测量在所述晶体管(12；12a，12b，12c)的漏极与源极之间流动的主电流；以及至少一个保护电路(16；16a，16b，16c)，所述保护电路被配置为基于所述主电流(I；Ia，Ib，Ic)的时间导数的符号来检测短路。

技术领域

本发明涉及一种功率开关装置，其包括至少一个能够由主电流能够行进通过的SiC或GaN MOSFET型晶体管。

背景技术

以本身已知的方式，SiC或GaN MOSFET型晶体管(分别为“碳化硅”、“氮化镓”和“金属氧化物半导体场效应晶体管”)(也称为绝缘栅双极晶体管)包括三个电端子或触点，即栅极、漏极和源极。

特别地，SiC或GaN MOSFET型晶体管可以用作电开关。实际上，这样的晶体管限定其中漏极电连接到源极的导通状态和其中漏极和源极彼此电隔离的截止状态。

两个状态之间的切换由适当的控制装置施加在栅极上的设定点电压控制。

特别地，截止状态和导通状态之间的切换包括切换到触发的阶段，包括将晶体管从截止状态切换到导通状态，以及切断的阶段，包括将晶体管从导通状态切换到截止状态。

通常，SiC或GaN MOSFET晶体管的操作由合适的开关装置控制，特别是使得可以检测使用晶体管的电网内的短路。

这种短路可能例如出现在SiC或GaN MOSFET晶体管的漏极和源极之间。

为了检测短路，现有的开关装置使用保护电路，该保护电路直接测量漏极和源极之间的电压并基于这些测量检测短路。换句话说，在现有装置中，保护电路一方面连接到漏极，另一方面连接到源极，以直接测量电压。

然而，现有开关装置和由这些装置实现的用于短路检测的方法并不完全令人满意。

实际上，现有装置继承自IGBT(绝缘栅双极晶体管)晶体管。这种装置不适用于SiC或GaN MOSFET型晶体管。

SiC或GaN MOSFET型晶体管能够达到比IGBT型晶体管更高的开关速度以及因此更高的开关频率。这使得可以减少开关装置中使用的部件的体积、重量和成本。

然而，在SiC或GaN MOSFET型晶体管的高频操作期间产生的电磁干扰是不可忽略的。特别是，它们产生共模电流，该共模电流破坏晶体管附近的电子元件，包括连接到漏极和源极的保护电路。

在SiC或GaN MOSFET型晶体管以高频率切换的情况下，共模电流足够大以引发错误警报，这将导致开关装置停止。然后需要插入增强型滤波器来过滤源极和保护电流之间的共模电流。

此外，与IGBT型晶体管不同，SiC或GaN MOSFET型晶体管不会短路卸载。因此短路电流不受SiC或GaN MOSFET型晶体管的卸载限制，但是，这仅仅是对于IGBT晶体管而言。

此外，对于SiC或GaN MOSFET型晶体管的导通状态的阻抗远低于对于IGBT型晶体管的导通状态的阻抗，短路电流在SiC或GaN MOSFET型晶体管的情况下比在IGBT型晶体管的情况下大得多。

为了避免SiC或GaN MOSFET型晶体管的损坏，因此保护电路的反应时间必须非常短，大约为1或2微秒。

这种反应性约束要求减轻保护电路输入端的滤波。同时，如前所述，必须加强保护电路输入端的滤波，以过滤共模电流。