[发明专利]用于具有增强的共源极电感的逆变器开关器件的有源栅极钳位

说明书

一种逆变器相脚，具有向上部晶体管和下部晶体管提供栅极驱动信号的上部栅极驱动电路和下部栅极驱动电路。每个栅极驱动电路包括用于选择性地停用上部晶体管和下部晶体管的有源钳位。晶体管包括半导体器件，半导体器件各自具有相应的栅极、源极、和发射极端子。每个发射极端子连接到相应的输出电极，输出电极构造成增强相应的栅极端子和发射极端子之间的共源极电感。每个发射极端子还连接到大体绕过相应的输出电极的相应的开尔文发射极电极。每个相应的有源钳位连接在相应的栅极端子和开尔文发射极电极之间，使得有源钳位功能在存在增强的共源极电感的情况下保持有效。

技术领域

本发明大体涉及逆变桥中的功率开关器件，并且更具体地，涉及用于避免逆变器中的功率开关器件意外激活的有源栅极钳位。

背景技术

混合动力电动车辆(hybrid electric vehicle，HEV)、插电式混合动力电动车辆(plug-in hybrid electric vehicle，PHEV)、和电池电动车辆(battery electricvehicle，BEV)等电动车辆使用逆变器驱动的电机提供牵引转矩。典型的电驱动系统可以包括通过接触开关连接到可变电压转换器(variable voltage converter，VVC)的DC(直流)电源(例如电池组或燃料电池)，以调节跨越主DC链路电容器两端的主母线电压。逆变器连接在主母线和牵引马达之间，以将DC母线功率转换成连接到马达的绕组的AC(交流)电压以推进车辆。

逆变器包括以具有多个相脚的桥接配置连接的晶体管开关器件(例如绝缘栅双极晶体管，IGBT(insulated gate bipolar transistor))。典型的配置包括由具有三个相脚的逆变器驱动的三相马达。电子控制器通断开关，以将来自母线的直流电压变频为施加到马达的交流电压。逆变器通常对DC链路电压进行脉冲宽度调制，以传递正弦电流输出的近似值，以所需的速度和转矩来驱动马达。施加到IGBT栅极的脉冲宽度调制(Pulse WidthModulation，PWM)控制信号按需使栅极通断，使得得到的电流与期望的电流相符。

因为逆变器的每个相脚具有跨接在DC链路两端的一对上和下开关晶体管，重要的是相脚中的两个器件不会同时导通(即打开)。通常在PWM开关信号中插入短时间间隔(称为死区时间)，在死区时间期间相脚的上和下开关器件关闭以便于防止正极母线和负极母线之间的“直通”。由于电子元件和晶体管的栅极输入端的信号路径之间的电子噪声和磁耦合，当晶体管的栅极驱动信号试图关断时，必须注意避免晶体管意外导通。有时使用有源钳位，其中激活跨接栅极两端的钳位以确保开关晶体管保持关断。

共源极电感是指由功率开关晶体管中的主功率回路(即晶体管的漏极到源极或集电极到发射极的功率输出)和栅极驱动回路(即栅极到源极或栅极到发射极)共享的电感。共源极电感同时承载器件输出电流(例如漏极到源极电流)和栅极充/放电电流。共源极电感的输出(功率回路)部分的电流以增强(例如加速)切换性能的方式改变栅极电压。对于切换桥而言，减少的切换时间是合乎需要的，因为只要包含其它潜在的副作用，就会具有在切换转换期间消耗(即丢失)的能量的相关减少。例如，大共源极电感的存在可能影响常规有源钳位的工作。

发明内容

在本发明的一个方面中，一种逆变器包括具有串联的上部晶体管和下部晶体管的相脚，该相脚适于在正极和负极DC母线之间连接。上部栅极驱动电路和下部栅极驱动电路向上部晶体管和下部晶体管分别提供栅极驱动信号。每个栅极驱动电路包括用于分别停用上部晶体管和下部晶体管的有源钳位。晶体管包含半导体器件，每个半导体器件各自具有相应的栅极、源极、和发射极端子。每个发射极端子连接到相应的输出电极，输出电极构造成增强相应的栅极端子和发射极端子之间的共源极电感。每个发射极端子还连接到大体绕过相应输出电极的相应开尔文发射极电极。每个相应的有源钳位连接在相应的栅极端子和开尔文发射极电极之间，使得有源钳位功能在存在增强的共源极电感的情况下保持有效。

根据本发明，提供一种逆变器，包括：