用于切换开关元件的电路装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电路装置（100），该电路装置具有操控电路（104）和用于在第一开关状态与第二开关状态之间切换的开关元件（101）。该操控电路（104）被设立用于提供取决于该开关元件（101）的开关状态的可变的预操控电压。该预操控电压在此是在两种开关状态之一的期间作为操控电压在该开关元件（101）上接通的电压。此外，该操控电路（104）被设立用于在该开关状态的每种开关状态的期间改变该预操控电压。的每种开关状态的期间改变该预操控电压。的每种开关状态的期间改变该预操控电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于切换开关元件的电路装置


[0001]本专利技术涉及一种用于切换开关元件的电路装置，该电路装置具有操控电路，该操控电路被设立用于提供取决于开关元件的开关状态的可变的预操控电压。

技术介绍

[0002]诸如IGBT的晶体管或其他半导体开关元件通常由固定的电压来操控。这特别意味着，在开关元件的栅极接头上加载用于接通开关元件的第一电压，并且在开关元件的栅极接头上加载用于断开的第二电压。只要开关状态不应改变，相应的第一或第二电压就保持加载在栅极接头上。例如，对于单极的供给电压来说，用于截止或断开晶体管的0 V和用于导通或接通晶体管的+15 V被加载到栅极接头上。对于双极供给来说，例如使用
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8 V或
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15 V的负电压或者尤其将其加载到栅极接头上，以用于截止晶体管，并且使用+15 V的正电压或者将其加载到栅极接头上，以用于导通晶体管。该电压通常通过外部参量、像例如有效的发射极电感和开关元件的相应的阈值电压来确定。
[0003]尤其是在接通状态与断开状态之间的中间状态中转换或切换开关元件时或者在相反地转换或切换时，出现开关损耗。尤其由此电路的效率由于所产生的热量和供电负载使用的较小的能量而降低。热量可能额外地导致开关元件的更快的老化，由此可能引起使用该热量的设备的更短的维护周期。
[0004]因此，本专利技术的任务是，降低在开关元件切换时的开关损耗并且提高经济性。

技术实现思路

[0005]根据第一方面，提出一种电路装置，该电路装置具有操控电路和开关元件、尤其半导体模块。该电路装置被设立用于在开关元件的第一开关状态与第二开关状态之间转换。该操控电路被设立用于提供取决于开关元件的开关状态的可变的预操控电压，其中该预操控电压是在两种开关状态之一的期间作为操控电压被加载到开关元件的控制接头上的电压，并且其中该操控电路被设立用于在开关状态的期间改变该预操控电压，而该开关状态在此不改变，尤其不是从第一开关状态改变到第二开关状态或者反之。
[0006]在本公开文件中，术语“阶段”用于以下持续时间，在该持续时间里该晶体管处于开关状态、即导通或截止。这些阶段总是在从在时间上处于接通状态与断开状态之间的中间状态转换时中断或者反之亦然。该预操控电压是例如在两个阶段之一内能够用作操控电压的电压。如果其用于将该晶体管导通，则这种特定的操控电压在这里被称为导通操控电压。如果其用于截止晶体管，则这种特定的操控电压在这里被称为截止操控电压。可变的预操控电压例如能够从第一电压值被提高到第二电压值或者相反地被降低。因此，该预操控电压的可变性例如分两级地涉及两个电压值，但是它也能够被设计为三级或多级或连续可变的结构。随着增加的可变性，能够优化该预操控电压与开关元件的特定的工作点的匹配，尤其是用于使开关损耗最小化。此外，术语“半导体”和“半导体模块”被等效地使用。
[0007]被加载到开关元件的控制接头上的操控电压例如是晶体管的栅极
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发射极
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电压。
该预操控电压例如能够是截止操控电压，当该截止操控电压作为操控电压被接通时，该截止操控电压截止晶体管。只要该晶体管导通，该预操控电压就与晶体管分离并且不具有主动的功能。在这个导通的阶段中，在该栅极输入端上加载足够正的第二预操控电压、即导通操控电压。通过引入例如提供截止操控电压的预操控电压这种方式，能够降低开关损耗。截止操控电压通常是非正的电压或者是低于开关元件、像比如晶体管的栅极
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控制输入端处的开关阈值的电压。仅当该开关元件应当截止时，该截止操控电压才加载在开关元件的控制接头上。因为在该导通阶段中该截止操控电压与开关元件的控制接头分离，所以在这个阶段中能够调整或改变并且预调节、即已经先验地调节该截止操控电压，从而减小在转换或切换到截止阶段时的开关损耗。
[0008]根据一种实施方式，该操控电路被设立用于：在开关元件的第一开关状态的期间改变、例如减小该预操控电压并且在开关元件的第二开关状态的期间改变、例如提高该预操控电压。该第一开关状态能够是该开关元件导通的状态。该第二开关状态而后能够是该开关元件截止的状态。如果该开关元件导通，则例如降低在这个阶段中没有加载在开关元件的控制接头或栅极控制输入端上的截止操控电压，以便保证该晶体管的最佳的断开。在该开关元件截止的期间，提高在这个阶段中加载在开关元件的控制接头上的截止操控电压，以便确保最佳的接通。因此，在这种情况下该截止操控电压被调整。
[0009]为了调整该导通操控电压，在该导通操控电压加载在开关元件的控制接头上的导通阶段的期间降低该导通操控电压，以便确保该晶体管的最佳的断开。在该开关元件截止的期间，提高在这个阶段中没有加载在开关元件的控制接头上的导通操控电压，以便能够实现最佳的导通切换。
[0010]根据一种实施方式，该操控电路被设立用于：在开关元件的第一开关状态的期间将该预操控电压从第一数值降低到第二数值并且在开关元件的第二开关状态的期间将该预操控电压从第二数值提高到第一数值。如果该预操控电压是用于截止开关元件的截止操控电压，则该截止操控电压的第一数值V_offa和该截止操控电压的第二数值V_offb处于在V_th与V_min之间的范围、例如
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20 V，其中V_th高于或等于V_offa并且V_offa高于V_offb。V_th是该开关元件的开关阈值，在该开关阈值之上该开关元件导通。V_min是该开关元件的最小允许的操控电压。如果该预操控电压是用于导通切换开关元件的导通操控电压时，则该导通操控电压的第一数值V_ona和该截止操控电压的第二数值V_onb处于在V_max与V_th之间的范围内，其中V_max等于或高于V_ona并且V_ona高于V_onb。V_max是该开关元件的最大允许的操控电压。
[0011]例如，该截止操控电压的第一数值是V_offa=0 V，并且该截止操控电压的第二数值是V_offb=
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8 V。在该第二状态、即该开关元件的截止开关状态的期间，该操控电路因此将截止操控电压从
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8 V切换到0 V，以便调整用操控电压V_ona、例如+15 V的操控电压转换到导通开关状态的情况。将该操控电压从0 V切换到V_ona而不是从
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8 V切换到V_ona，由此显著减小开关损耗。根据开关元件或半导体类型，该截止操控电压也能够具有低的正值。因此，该电压V_offa例如能够为+1 V，其中该开关元件继续截止。一般来说，该数值V_th——对于该数值来说该开关元件仍然截止——能够从开关元件的数据表中获得。用于V_offb的另一典型值例如是
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15 V。该截止操控电压的典型范围能够被表示为V_th＞截止电压＞V_min、例如
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20 V。
[0012]该可变的预操控电压值的改变也能够在多个中间步骤中进行。从一个预操控电压值到另一个预操控电压值的过渡能够在物理极限之内跳跃形地、斜坡形地或曲线形地进行。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.电路装置（100），具有操控电路（104）和开关元件（101），其中所述电路装置（100）被设立用于在所述开关元件（101）的第一开关状态与第二开关状态之间转换；其中所述操控电路（104）被设立用于提供取决于所述开关元件（101）的开关状态的可变的预操控电压，其中所述预操控电压是在所述两种开关状态之一的期间作为操控电压被加载到开关元件（101）的控制接头上的电压，并且其中所述操控电路（104）此外被设立用于在开关状态的期间改变所述预操控电压，而所述开关状态不改变。2.根据权利要求1所述的电路装置（100），其中所述第一开关状态是所述开关元件（101）导通的状态，并且所述第二开关状态是所述开关元件（101）截止的状态；其中所述预操控电压是截止操控电压V_off，并且其中所述操控电路（104）此外被设立用于在所述开关元件（101）的第一开关状态的期间改变截止操控电压V_off，并且在所述开关元件（101）的第二开关状态的期间改变所述截止操控电压V_off。3.根据前述权利要求中任一项所述的电路装置（100），其中所述操控电路（104）此外被设立用于在所述开关元件（101）的第一开关状态的期间将所述预操控电压从第一数值减小到第二数值，并且在所述开关元件（101）的第二开关状态的期间将所述预操控电压从所述第二数值提高到所述第一数值，其中如果所述预操控电压是用于截止所述开关元件（101）的截止操控电压，则所述截止操控电压的第一数值V_offa和所述截止操控电压的第二数值V_offb处于在V_th与V_min之间的范围内，V_th高于或等于V_offa并且V_offa高于V_offb，其中V_th是所述开关元件（101）的开关阈值，并且V_min是所述开关元件的最小允许的操控电压；并且其中如果所述预操控电压是用于导通接通开关元件（101）的导通操控电压，则所述导通操控电压的第一数值V_ona和所述导通操控电压的第二数值V_onb处于在V_max与V th之间的范围，V_max高于或等于V_ona，V_ona高于V_onb，并且其中V_max是所述开关元件的最大允许的操控电压。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：