[发明专利]用于控制半导体开关器件的装置

说明书

技术领域

本公开涉及半导体开关器件的控制，并且特别是绝缘-栅双极晶体管(IGBT)。

背景技术

本领域中的功率转换器的当前技术通过脉冲宽度调制后(PWM，脉冲宽度调制)的电压源逆变器驱动向输出端提供了可调的电压和频率。功率转换器可以被用于不间断电源(UPS)、电动机，等。PWM指令被用于功率转换器来控制到惯性电气设备的功率，通过现代电子功率开关这变得切实可行的。开关的占空比(导通-时间与整个周期时间的比率)是变化的以实现期望的平均输出电压、平均输出电流等(当平均超时时)。

典型的功率转换器是开关功率转换器。其具有两个或更多的功率半导体器件，例如功率半导体开关。功率半导体开关可以，例如，通过绝缘-栅双极晶体管(IGBT)来实现。随着这样的半导体开关的切换速度增加和电流增加，限制关断电压到允许的范围变得越来越难。如果跨接在半导体开关的被控路径上的允许电压超过范围时，它就会被破坏。特别重要的情况是短路，其中电流变化的速率di/dt诱发杂散电感电压，该电压将被添加到存在于任何情况下的电压。所导致的过压可能超过允许电压，特别是跨接在半导体开关的被控路径上的电压。

解决过压的一种办法是增加在半导体开关的栅极上的电阻的大小。然而，为了达到这个效果，该电阻的大小变得过大并且开关损耗变得不可接受。另一种方法是反馈集电极-发射极电压到半导体开关的栅极上以保持其处于导通-状态一段时间，这段时间由高功率电路中的杂散电感确定。栅极电压的上升限制了集电极-发射极电压的上升。然而，这种方法由于低于米勒高原的栅极电压和集电极-发射极电压的上升之间的严重延迟基本上是无效的。

另一种方法是提供了有源钳位，比如US7119586中所述。此处，有源钳位被并入半导体开关的集电极与栅极驱动器级的输入端之间的电路中。这个有源钳位确定了跨接在半导体开关的发射极-集电极路径上的电压，并且以这种方式检测截止状态的开始，从而冻结开关信号的瞬时值。由于半导体开关保持在米勒高原电压电平较长，当关断特别高的电压时集电极电流的小的电流变化速率di/dt被实现。有源钳位的这种方法往往导致集电极电流斜率变化而没有显著增加开关损耗。

发明内容

解决现有技术中这些问题的一个或多个是本发明的目的。

在本发明的第一方面，其中提供了一种用于控制半导体开关器件的控制电路，其包括在所述半导体开关器件的第一电极和控制电极之间的第一反馈路径，所述第一反馈路径包括电容，所述控制电路是可操作的，以便在所述第一反馈路径中的所述电容依赖于所述第一电极上的电压电平。

在本发明的第二方面，其中提供了一种用于控制半导体开关器件的控制电路，其包括第一反馈路径，所述第一反馈路径在所述半导体开关器件的第一电极和控制电极之间，并且所述第一反馈路径包括电容，所述控制电路是可操作的，以便随着所述半导体开关器件开始切断，反馈信号立即开始在所述第一反馈路径中流动，从而引起所述半导体开关器件上的控制动作。

其他可选的方面如在所附的从属权利要求中所公开的。

附图说明

本发明的实施方式，现在将仅通过示例的方式，通过参照附图，进行阐述，其中：

图1示出根据现有技术的有源驱动器电路，驱动IGBT。

图2示出了根据本发明的有源驱动器电路，驱动IGBT；

图3示出了没有任何有源电压控制的IGBT的多个信号电平超时的轨迹；以及

图4和图5示出了根据本发明的实施方式的使用有源驱动器电路驱动的IGBT的多个信号电平超时的痕迹。

具体实施方式

图1示出了有源驱动器电路驱动绝缘栅双极晶体管(IGBT)100的现有技术。驱动电路接收开关信号例如脉冲宽度调制信号PWM，并且依赖于开关信号PWM驱动IGBT100。该驱动电路包括至少一个驱动器级110，其在这个例子中，由包括两个双极型晶体管120a和120b的推-挽射极跟随器组成。一个或多个另外的驱动级可能优于驱动器级110。驱动器级110的输出端通过栅极电阻器R_G被连接到IGBT100的栅极。提供了集电极和驱动器级110的输入端之间的第一反馈路径。该第一反馈路径包括瞬态-电压-抑制(TVS)二极管130、电容器170、电阻180和开关190。还提供了集电极和IGBT的栅极之间的第二反馈路径。该路径包括TVS二极管130、另外串联的TVS二极管140、二极管150和电阻160。