[发明专利]用于绝缘栅双极型晶体管的关断过电压限制

说明书

技术领域

本公开一般地涉及绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。更具体地，本公开是关于用于限制IGBT上的关断过电压、以由此改善其总体效率的配置和方法。

背景技术

鉴于在电力和/或油电混合动力汽车应用中对于功率逆变器电路所允许的有限空间以及半导体的高额成本，对于集成功率电子设备(power electronics)的需求增加。

用于减少在车辆逆变器中半导体所占据的空间的已知方式在于，增加它们的效率，以允许减少冷却面的尺寸。

在传统逆变器设计中存在的IGBT模块中的损耗主要是由两个来源所造成的；即传导损耗和开关损耗。一般地，用于改善IGBT模块开关损耗的一种方式是通过加速IGBT的接通和关断。然而，在更快IGBT关断的情况下，由于高频环路的杂散电感(stray inductance)所导致的过电压增加得如此之多，以至于经常需要减慢关断来保护该装置，由此严重地影响了逆变器的效率。

附图说明

在附图中：

图1是具有高频环路的典型栅极驱动IGBT配置的电路图，该电路图图示了杂散电感和其中栅极驱动器作为其基准的逻辑连接；

图2是示出了电流和电压波形的图，该电流和电压波形指示出短路状况期间的过电压；

图3是根据说明性实施例的栅极驱动IGBT的电路图，该栅极驱动IGBT使用连接在发射极杂散电感两端的电阻分压器来减少过电压；

图4是示出了IGBT的关断波形的图，该IGBT在500V总线电压的情况下在短路状况中使用电阻分压器；

图5是示出了IGBT的关断波形的图，该IGBT在短路状况中使用针对300V最大总线电压所调整的电阻分压器；

图6是根据另一说明性实施例的驱动IGBT的电路图，该驱动IGBT通过针对顶部IGBT使用变压器来减少过电压；

图7是根据另一说明性实施例的驱动IGBT的电路图，该驱动IGBT通过使用变压器和电阻分压器来减少过电压；

图8是用于IGBT模块的示意布局，其中可以调整顶部IGBT的发射电感；以及

图9是与图8的示意布局相似的用于IGBT模块的另一示意布局。

具体实施方式

根据说明性方面，提供了一种DC到AC功率转换器，该DC到AC功率转换器包括第一和第二IGBT，每一IGBT被提供有栅极、集电极和发射极，每一IGBT的栅极连接到栅极驱动器，所述栅极驱动器包括基准；第一IGBT的栅极驱动器基准连接到所述功率转换器的接地总线，而第二IGBT的栅极驱动器基准连接到第一IGBT的集电极；增加第二IGBT的发射极的寄生电感，以允许用于限制第二IGBT的关断处的过电压的控制。

根据另一说明性方面，提供了一种DC到AC功率转换器，该DC到AC功率转换器包括：第一IGBT，所述第一IGBT被提供有集电极、发射极、栅极和包括基准的栅极驱动器；以及第二IGBT，所述第二IGBT被提供有集电极、发射极、栅极和包括基准的栅极驱动器，所述功率转换器包括：

第一和第二电阻器，所述第一和第二电阻器串联连接，并且连接在第一IGBT的发射极的寄生电感两端；第一IGBT的栅极驱动器基准连接到所述第一和第二电阻器之间的连接点；

变压器，所述变压器具有连接在第二IGBT的集电极的寄生电感两端的初级线圈、和连接到第二IGBT的发射极的寄生电感的次级线圈，第二IGBT的栅极驱动器的基准连接到所述变压器的次级线圈。

根据又一说明性方面，提供了一种DC到AC功率转换器，该DC到AC功率转换器包括：第一IGBT，所述第一IGBT被提供有集电极、发射极、栅极和包括基准的栅极驱动器；以及第二IGBT，所述第二IGBT被提供有集电极、发射极、栅极和包括基准的栅极驱动器，所述功率转换器包括：

第一和第二电阻器，所述第一和第二电阻器串联连接，并且连接在第一IGBT的发射极的寄生电感两端；第一IGBT的栅极驱动器基准连接到所述第一和第二电阻器之间的连接点；

变压器，所述变压器具有连接在第二IGBT的集电极的寄生电感两端的初级线圈、和与第二IGBT的发射极的寄生电感串联连接的次级线圈，第二IGBT的栅极驱动器基准连接到所述晶体管的次级线圈。

当与权利要求和/或说明书中的术语“包括”结合使用时，词语“一”或“一个”的使用可以意指“一个”，但是它也与“一个或多个”、“至少一个”、和“一个或多于一个”的含义相符。相似地，词语“另一个”可以意指至少第二个或更多。