[发明专利]确定晶体管的操作状况

说明书

一种电力电子系统包括晶体管(T)和反馈装置(F)，该反馈装置(F)连接在晶体管(T)的栅极(G1)和集电极(C)之间，用于提供负反馈。该系统包括评估单元(EU)，该评估单元(EU)被配置为根据晶体管(T)的控制电压来确定晶体管(T)的结温和/或晶体管(T)的导通状态电流。

本发明涉及一种具有晶体管的电力电子系统，并且涉及一种用于确定晶体管的操作状况，更具体地用于确定晶体管的结温或导通状态电流的方法。

在电力电子系统(例如功率转换器)中，功率半导体装置的结温是设置系统操作限制的关键量。超过绝对限制可能会被视为灾难性的，并且热行为在系统的整个生命周期中会影响可靠性和劣化率。此外，高的结温或高的导通状态电流可能会导致装置故障，尤其是由于通过电力电子系统进行开关的电流和电压可能非常高。在电力电子系统中，几个功率半导体装置可以并联连接，以允许在所需电流处操作。因此，将导通状态电流分配到并联装置也会引起关注。

用于确定结温的现有方法可以使用片上感应二极管。为了确定导通状态电流，可以将承载小部分装置电流的辅助发射器单元与温度感应电阻器串联连接。在这两种情况下，功率转换器的硬件架构都很复杂并且需要专用的传感器元件。

因此，本发明的目的是提供一种用于确定电力电子系统的晶体管的操作状况的改进的构思，其允许电力电子系统的更简单的结构。

该目的通过独立权利要求的主题来实现。进一步的实施方式和实施例是从属权利要求的主题。

改进的构思基于以下思路：防止晶体管达到或停留在饱和状态，测量晶体管的控制电压，并利用以下事实：如果避免了饱和状态，则控制电压表示温度敏感电气参数TSEP和电流敏感电气参数CSEP。

根据改进的构思，提供了一种电力电子系统。该系统包括晶体管(尤其是绝缘栅双极型晶体管IGBT)以及反馈装置，该反馈装置连接在晶体管的控制端子与晶体管的集电极端子之间，用于向晶体管提供负反馈。该系统包括评估单元，该评估单元被配置为根据晶体管的控制电压(尤其是栅极电压)来确定晶体管的结温和/或晶体管的导通状态电流。

如果反馈装置被启用，则其向晶体管(尤其是IGBT)提供负反馈，从而防止晶体管达到饱和状态。在晶体管未处于饱和状态的情况下，反馈装置被禁用。在晶体管接近或处于饱和状态的情况下，启用反馈装置会导致晶体管的栅极-发射极电压降低。这导致集电极-发射极电压升高，使晶体管的MOS区域的过剩载流子耗尽，从而大大减少了周围区域中的存储电荷。当晶体管从该状态被切断时，即，在启用反馈装置时，可以显著提高开关速度，并且可以显著减少开关损耗。要指出的是，在晶体管接近饱和或处于饱和的情况下，不一定必须启用反馈装置。确切地说，可以仅在特定情况下才启用它。

根据几种实施方式，在晶体管断开之前启用反馈装置，尤其是在晶体管断开之前的预定时段期间或预定实例处，尤其是在晶体管断开之前的几微秒或几十微秒，例如5微秒至50微秒，例如5微秒至15微秒，例如10微秒，启用反馈装置。

通过这种方式，如上所述，防止晶体管达到饱和状态或将其驱离饱和状态。因此，晶体管的控制电压是TSEP和CSEP，这不是晶体管饱和期间的情况。

因此，可以以特别简单的方式来确定导通状态电流和/或结温，即，根据控制电压或栅极电压来确定导通状态电流和/或结温，为了操作电力电子系统，无论如何都需要对控制电压或栅极电压进行控制。

特别地，在提供负反馈时(尤其是在启用反馈装置时)确定控制电压，例如，测量控制电压或者基于测量来确定控制电压。

根据电力电子系统的几种实施方式，反馈装置包括至少一个二极管，例如正好一个二极管或彼此串联耦合的两个或更多个二极管。

根据几种实施方式，如果反馈装置上的电压降大于阈值(尤其是至少一个二极管的击穿电压或正向阈值电压)，则启用反馈装置，否则禁用反馈装置。

根据几种实施方式，至少一个二极管包括肖特基二极管、PN二极管或PIN二极管。