用于功率开关的软关断的电路和功率转换器制造技术

描述了一种用于功率开关的软关断的电路和功率转换器。在一方面，用于功率开关的软关断的电路包括：感测输入端，该感测输入端耦接至功率开关，以接收表示经过功率开关的电流的信号；比较器，该比较器将所述信号与表示功率开关的过电流情况的过电流阈值进行比较，并响应于指示过电流情况的比较输出触发信号；以及选通晶体管，该选通晶体管耦接至功率开关的控制端子，并且该选通晶体管被配置为响应触发信号而远离功率开关的控制端子转移部分驱动信号。

Soft switching circuit and power converter for power switch

A soft switching circuit and a power converter for power switches are described. On the one hand, for the soft switching power switch off circuit comprises a sensing input end of the sensing input end is coupled to the power switch, to receive said after the signal current of the power switch; the comparator, the comparator of the said signal and the overcurrent threshold over current power switch are compared compare the output, and in response to the current situation of the indication triggering signal; and the strobe control terminal of the transistor gate transistor is coupled to the power switch, and the switch transistor is configured as a control terminal in response to the trigger signals from power switch transfer part of the drive signal.

【技术实现步骤摘要】
用于功率开关的软关断的电路和功率转换器
本文件涉及用于功率半导体开关的软关断电路，例如，用于诸如SiCMOSFET、SiIGBT和功率MOSFET开关的功率半导体开关。
技术介绍
半导体功率开关用于包括诸如电力转换、电力生成和电力传输的多种电力应用中。功率开关特别地设计为能够适应这种电力应用中的稳态条件。例如，功率开关设计为在断开状态下承受主端子之间的相对较大的电势差(例如，漏-源电压或集电极-发射极电压)，并且在导通状态下传导相对较大的电流(例如，漏电流或集电极电流)，而消耗相对较低的电力。功率开关还特别地设计为在这种电力应用中在导通性较好的导通状态和导通性较差的断开状态之间转变。由于电力应用中的相对较高的电流和/或电压，这些转变通常给功率开关和与其耦接的电路带来增加的故障风险。例如，耦接至功率开关的导线、电线、元件和电路通常具有不可忽视的本征电感。在电压发生较大快速变化的情况下(诸如与功率开关在导通状态和断开状态之间的转变有关的电压变化)，这种电感会引起能够造成损害的电压尖峰。为了降低与电压的较大快速变化有关的损害的风险，许多半导体功率开关驱动器和控制器提供了“软”关断功能。具体地，半导体开关的控制端子(例如，栅极端子或基极端子)上的电势相对缓慢地变化，以便降低通过功率开关传导的电流的变化速率以及功率开关的主端子上的电势差的变化速率。能够降低或避免由于本征电感造成的电压尖峰。已经使用若干种方法来为半导体开关提供软关断功能。这些方法中的许多方法可以视为与功率半导体开关的控制端子串联的可变电阻元件。耦接一闭环控制电路以感测短路或其他过电流情况，并响应地调节可变电阻元件的电阻。通过调节该电阻，调节耦合至控制端子内的驱动信号的幅值以确保足够慢地进行关断。通常，利用去饱和故障检测电路来感测短路或其他过电流情况。只要发生短路或其他过电流情况，主端子之间的电流就会非常快速地增大。主端子之间的电流的快速增大可能导致主端子上的电压超过饱和时这些端子上的预期电压。这种高电压能够被感测到并用于触发软关断功能。尽管已经在某些运行条件下成功地实施了软关断功能，但是随着切换电压的切换速率和幅值增加，对软关断的技术要求也在增加。例如，现代功率模块(例如，部分(例如，混合模块、SiIGBT+SiC肖特基二极管)或者全部(例如，SiCMOSFET+SiC肖特基二极管)以高带宽半导体材料实现的那些模块)能够以30～100kHz或更大范围的频率切换几百瓦特。尽管这种现代功率模块提供了相对较低的功率损耗以及相对较高的功率密度，但这些功率模块甚至能够在相对较短的时间段内承受短路和其他过电流情况。例如，现代功率模块的短路安全工作区(SCSOA)时间可以是几微秒。此外，雪崩运行是不能允许的。
技术实现思路
本文件描述了用于功率半导体开关的软关断电路。在第一方面，用于功率开关的软关断电路包括：感测输入端，该感测输入端耦接至功率开关，以接收表示经过功率开关的电流的信号；比较器，该比较器将该信号与表示功率开关的过电流情况的过电流阈值进行比较，并响应于指示过电流情况的比较而输出触发信号；以及选通晶体管，该选通晶体管耦接至功率开关的控制端子，并且该选通晶体管被配置为响应于触发信号而远离功率开关的控制端子转移驱动信号的一部分。这方面和其他方面可以包括以下特征中的一个或多个。感测输入端可以是电流感测输入端。表示经过功率开关的电流的信号可以是电流感测信号。感测输入端可以是电压感测输入端。表示经过功率开关的电流的信号可以是表示功率开关的主端子之间的电势差的电压感测信号。用于软关断的电路还可以包括误差信号输出端以及锁存电路，该锁存电路被配置为在一段持续时间内将误差信号输出端上输出的误差信号锁存至误差状态。用于软关断的电路还可以包括锁存电路和选通晶体管的控制端子之间的耦接部。该耦接部可以配置为使得选通晶体管被闩锁，以在所述一段持续时间内远离所述控制端子转移所述驱动信号的所述部分。锁存电路可以是D型触发电路。用于软关断的电路还可以包括持续时间输入端，该持续时间输入端被耦接以接收表示该一段持续时间的信号。用于软关断的电路还可以包括过电流阈值调节输入端，该过电流阈值调节输入端被耦接以接收调节过电流阈值的信号。该过电流阈值调节输入端可以是耦接至比较器的端子。用于功率开关的软关断的电路可以是模块化的。例如，用于软关断的电路可以封装在集成电路封装件内，该集成电路封装件是与功率开关和输出驱动信号的驱动电路分立的。作为另一个例子，用于软关断的电路可以组装在电路板上，该电路板是与电路开关和输出驱动信号的驱动电路分立的。用于软关断的电路可用于构成根据第二方面的模块化软关断电路。在第二方面，功率转换器包括：功率开关，该功率开关具有控制端子以及第一主端子和第二主端子；驱动电路，该驱动电路被耦接以输出驱动信号来驱动功率开关的控制端子，使得功率开关在第一导通性较好的导通状态和第二导通性较差的断开状态之间切换；切换控制器，该切换控制器被耦接以通过驱动电路来控制所述控制端子的驱动；以及模块化软关断电路，该模块化软关断电路被耦接至功率开关的至少一个主端子以及控制端子。该模块化软关断电路被配置为感测功率开关中的过电流情况，并且响应于该过电流情况的感测来减慢功率开关从导通状态至断开状态的转变。这方面和其他方面可以包括以下特征中的一个或多个。模块化软关断电路可以是根据第一方面的用于软关断的电路，包括其特征中的一个或多个。模块化软关断电路可以封装在集成电路封装件中，该集成电路封装件是与功率开关、驱动电路和切换控制器分立的。模块化软关断电路可以组装在电路板上，该电路板是与功率开关、驱动电路和切换控制器分立的。模块化软关断电路可以被容纳在外壳内。功率开关、驱动电路和切换控制器可以位于外壳的外部。驱动信号可以经过模块化软关断电路。驱动电路和切换控制器之一可以包括误差输入端，并被配置为通过将功率开关转变为断开状态来响应误差输入端上的误差信号。模块化软关断电路可以包括耦接至误差输入端的误差信号输出端。模块化软关断电路可被配置为响应于过电流情况的感测而在一段持续时间内输出所锁存的误差信号。模块化软关断电路可以包括持续时间输入端，该持续时间输入端被耦接以接收表示该一段持续时间的信号。所锁存的误差信号还可以被耦接，以在所述一段持续时间内远离所述控制端子转移从驱动电路输出的驱动信号的所述部分。误差输入端可以耦接至去饱和故障检测电路。该功率转换器可以包括多个并联耦接的功率开关。功率开关可以包括分接件，并且模块化软关断电路经由该分接件耦接至至少一个主端子。该功率开关可以是碳化硅(SiC)功率开关。可以实施这些方面和其他方面以实现以下优势中的一个或多个。例如，在一些实施方式中，软关断电路是模块化的，因为该电路被配置为能够与各种不同的功率开关和切换控制器相结合的分立模块。功率开关和切换控制器它们本身可以是独立元件(例如单独的集成电路)或组合元件(诸如集成电路控制器和功率开关或者包括功率开关和控制器的功率模块)。在本文件中所描述的软关断功能可以与功率开关和/或切换控制器电路(其没有装配内部软关断电路)相结合。在一些实施方式中，软关断电路的一个或多个运行特征能够在装配后调节。例如，在一些实施方式中，能够调节用于过电流事件的检本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于功率开关的软关断的电路，所述电路包括：感测输入端，所述感测输入端耦接至功率开关，接收表示经过所述功率开关的电流的信号；比较器，所述比较器将所述信号与表示所述功率开关的过电流情况的过电流阈值进行比较，并响应于指示所述过电流情况的比较而输出触发信号；以及选通晶体管，所述选通晶体管耦接至所述功率开关的控制端子，所述选通晶体管被配置为响应于所述触发信号而远离所述功率开关的控制端子转移驱动信号的一部分。

【技术特征摘要】
2016.04.06 EP 16164054.51.一种用于功率开关的软关断的电路，所述电路包括：感测输入端，所述感测输入端耦接至功率开关，接收表示经过所述功率开关的电流的信号；比较器，所述比较器将所述信号与表示所述功率开关的过电流情况的过电流阈值进行比较，并响应于指示所述过电流情况的比较而输出触发信号；以及选通晶体管，所述选通晶体管耦接至所述功率开关的控制端子，所述选通晶体管被配置为响应于所述触发信号而远离所述功率开关的控制端子转移驱动信号的一部分。2.根据权利要求1所述的电路，其中在a)和b)中任选其一，其中：a)所述感测输入端是电流感测输入端；并且表示经过所述功率开关的电流的所述信号是电流感测信号；以及b)所述感测输入端是电压感测输入端；并且表示经过所述功率开关的电流的所述信号是表示所述功率开关的主端子之间的电势差的电压感测信号。3.根据权利要求1至2中任一项所述的电路，还包括：误差信号输出端；以及锁存电路，所述锁存电路被配置为在一段持续时间内将所述误差信号输出端上输出的误差信号锁存至误差状态。4.根据权利要求3所述的电路，还包括所述锁存电路和所述选通晶体管的控制端子之间的耦接部，所述耦接部被配置为使得所述选通晶体管被闩锁，以在所述一段持续时间内远离所述控制端子转移所述驱动信号的所述部分，例如，其中所述锁存电路是D型触发电路。5.根据权利要求3至4中任一项所述的电路，还包括持续时间输入端，所述持续时间输入端被耦接以接收表示所述一段持续时间的信号。6.根据权利要求1至5中任一项所述的电路，还包括过电流阈值调节输入端，所述过电流阈值调节输入端被耦接以接收调节所述过电流阈值的信号，例如，其中所述过电流阈值调节输入端是耦接至所述比较器的端子。7.根据权利要求1至6中任一项所述的电路，其中用于功率开关的软关断的所述电路是模块化的，例如，其中用于软关断的所述电路封装在集成电路封装件内，所述集成电路封装件是与所述功率开关和输出所述驱动信号的驱动电路分立的，或者其中用于软关断的所述电路组装在电路板上，所述电路板是与所述功率开关和输出所述驱动信号的驱动电路分立的。8.一种功率转换器，包括：功率开关，所述功率开关具有控制端子...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德里亚斯·福尔克，卡斯滕·芬克，
申请(专利权)人：安德里亚斯·福尔克，卡斯滕·芬克，
类型：发明
国别省市：德国,DE