[发明专利]用于驱控双极可开关功率半导体器件的控制装置、半导体模块和方法

说明书

本发明涉及一种用于驱控双极可开关功率半导体器件(1)的控制装置(2)，其中，控制装置(2)设计用于将电压(U)施加到功率半导体器件(1)的栅极端子上并且为了关断功率半导体器件(U)将电压(U)从第一电压值(Usubgt;B+/subgt;)降低到第二电压值(Usubgt;B‑/subgt;)，其中，控制装置(2)设计用于，为了关断功率半导体器件(1)首先将电压(U)从第一电压值(Usubgt;B+/subgt;)降低到去饱和值(Usubgt;sat/subgt;)并且随后将电压(U)从去饱和值(Usubgt;sat/subgt;)降低到第二电压值(Usubgt;B‑/subgt;)，其中，去饱和值(Usubgt;sat/subgt;)大于功率半导体器件(1)的夹断电压(Usubgt;P/subgt;)。

技术领域

本发明涉及一种用于驱控双极可开关功率半导体器件的控制装置，该控制装置设计用于将电压施加到功率半导体器件的栅极端子并且为了关断功率半导体器件而将电压从第一电压值降低到第二电压值。此外，本发明涉及一种具有这种控制装置的半导体模块。最后，本发明涉及一种用于驱控双极可开关功率半导体器件的方法。

背景技术

在此所关注的是双极可开关或可断开的功率半导体器件。这种双极可开关功率半导体器件尤其可以是IGBT。当关断双极可开关功率半导体器件时，对于电流流动来说所需的电荷载流子被移除。在关断常规和反向导通的IGBT时，由于电荷载流子的移除而产生高电场强度。由于这种场强度负载，不能以任意速度来关断功率半导体器件。此外，负载端子处的电压上升速率主要受到负载要求的限制。功率半导体器件中的载流子浓度和开关速度都影响功率半导体器件的关断损耗。切换速度(受到要保持的安全工作区域的限制)被设置得尽可能地高，以使得损耗最小化。这通常通过适当选择栅极放电电流的强度来实现。

接通的功率半导体器件的栅极被加载具有第一电压值的电压。当功率半导体器件关断时，栅极通过电阻器放电到具有第二电压值的电压。因此，电压从第一电压值减小到第二电压值。在这种情况下，从具有高电荷载流子浓度的导电状态到断电状态的转变伴随着相对较高的关断损耗。

DE 39 05 645 AI公开了一种利用MOS控制输入来改善功率半导体开关的过电流断开性能的驱控方法。此外，DE 102 06 392 A1公开了一种用于优化非闭锁的、可关断功率半导体开关的关断方法和装置。最后，DE 10 2015 220 594 A1公开了一种半导体驱动单元和使用该半导体驱动单元的功率转换器。

发明内容

本发明的目的是提供一种如何可以更有效地关断所述类型的双极可开关功率半导体器件的解决方案。

根据本发明的控制装置用于驱控双极可开关功率半导体器件。在这种情况下，控制装置设计用于将电压施加到功率半导体器件的栅极端子并且为了关断功率半导体器件而将电压从第一电压值降低到第二电压值。此外，控制装置设计用于，为了关断功率半导体器件首先将电压从第一电压值降低到去饱和值，然后将电压从去饱和值降低到第二电压值，其中，去饱和值大于功率半导体器件的夹断电压。

借助于控制装置，可以驱控双极可开关或可断开的功率半导体器件。例如，控制设备可以是驱控电路的一部分。功率半导体器件可以是绝缘栅双极晶体管(Insulated-GateBipolar Transistor，简称IGBT)。控制装置电连接到功率半导体器件的栅电极或栅极端子。在此可以提出，控制装置具有栅极电阻器，该栅极电阻器连接到功率半导体器件的栅极端子。借助于控制装置，可以提供具有不同电压值的电压或将其施加到栅极端子。例如，可以将具有第一电压值的电压施加到栅极端子以接通功率半导体器件。当具有第一电压值的电压被施加到栅极端子时，特别提出，功率半导体器件的栅极-发射极电压高于阈值。在这种情况下，功率半导体器件处于导通状态。当要关断功率半导体器件时，借助于控制装置将电压从第一电压值减小到第二电压值。