功率半导体的过压保护电路和保护功率半导体不受过压损害的方法技术

本发明专利技术创造了一种过压保护电路5以及一种用于保护功率半导体（31，32）不受过压损害的方法。为此，在功率半导体开关上附着的电压首先借助电阻分压器被转换到与附在功率半导体开关上的电压相一致的低电压信号。于是，被减小的电压信号通过过压检测器（例如齐纳二极管或者抑制二极管）被分析，并且在超过该二极管的响应电压时，要被保护的功率半导体开关被操控。通过借助于分压器来降低电压水平，具有较低的电压水平的齐纳二极管或者抑制二极管能够被用来监控过压，所述齐纳二极管或者抑制二极管相对于相对应的具有较高的电压水平的二极管具有被改善的运行特性。

Overvoltage protection circuit of power semiconductor and method for protecting power semiconductor from overvoltage damage

The invention relates to an overvoltage protection circuit 5 and a method for protecting power semiconductors (31, 32) from overvoltage damage. To this end, the voltage attached to the power semiconductor switch is first converted into a low voltage signal in accordance with a voltage attached to the power semiconductor switch with a resistor divider. Then, the voltage signal is reduced by overvoltage detector (e.g. zener diode or diode) is analyzed, and in response to the voltage exceeds the diode, the power semiconductor switches to be protected by manipulation. By means of the divider to reduce the voltage level, voltage low level zener diode or diode can be used to monitor the voltage, the zener diode or diode with high voltage level relative to the corresponding diode has improved operating characteristics.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于功率半导体的过压保护电路和一种用于保护功率半导体不受过压损害的方法。
技术介绍
基于半导体开关的功率开关是公知的。因为这种功率半导体开关不具有可移动的机械部分，所以这些功率半导体开关使得能够超过长时间段地在很短的开关时间的情况下耐磨损地运行。例如，具有绝缘栅的双极型晶体管（IGBT）或者金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）被用作这种功率半导体开关。为了保护这些晶体管，功率半导体开关额外地还被配备有续流二极管。因为这种功率半导体开关的耐压强度受限，所以必须利用额外的电路措施确保在所述功率半导体开关的输入端与输出端之间的电压始终低于所谓的击穿电压。如果在所述功率半导体开关的端子之间的电压升高到超过该击穿电压，那么存在功率半导体开关被毁坏的危险。这种毁坏是不可逆的。因而，为了保护所述功率半导体开关不受这种危险的过压损害，所谓的齐纳二极管（Zener-Diode）或者抑制二极管（Suppressor-Diode）被采用。如果例如基于被中断的通过电流而在负载电感中应形成过压峰值，那么在超过齐纳二极管或者抑制二极管的击穿电压的情况下，相对应的功率半导体开关活跃地（aktiv）被操控（ansteuern）。因此，通过功率半导体开关的被更新的通过电流是可能的，由此所述电压峰值被限制到安全的值上。额外地，调节器常常位于开关电路中，所述调节器通过对所述功率半导体开关的控制电压的干预而限制在输出端上的电压。然而，这种调节器具有低的动力学，使得由此短的过压峰值没有被调整，由此采用之前所描述的齐纳二极管或抑制二极管成为必要的。德国专利申请DE102010008815A1公开了一种用于保护半导体不受过压损害的设备，其中只有当半导体开关切断时，该设备才被置于活跃的状态。在此，过压保护通过接线有齐纳二极管而被实现。因而，对功率半导体开关的保护应得到重大意义。因而存在对功率半导体的可靠的过压保护的需求。尤其是形成对用于功率半导体的具有微小的温度相关性的过压保护的需求。除此之外，也存在对功率半导体开关的具有低的容差和高的防老化能力的过压保护的需求。
技术实现思路
对此，本专利技术按照第一方面创造了一种用于功率半导体的过压保护电路，该过压保护电路具有：第一电阻，其被布置在过压保护电路的第一端接线点和节点之间；第二电阻，其被布置在该节点与过压保护电路的第二端接线点之间；具有控制端子、输入端和输出端的半导体开关，其中输出端与过压保护电路的第二端接线点相连；和过压检测器，其被设计为在超过在过压检测器的两个端子之间的预先确定的电压的情况下转变到至少部分电导通的状态，其中该过压检测器被布置在该节点和半导体开关的控制端子之间的电流路径中。本专利技术按照另一方面创造了一种用于保护功率半导体不受过压损害的方法，该方法具有步骤：提供具有第一电阻和第二电阻的分压器，该分压器利用第一电阻被电连接在节点上；通过分压器检测在功率半导体开关的端子上的电压；通过过压检测器监控在分压器的节点上的电压；如果由过压检测器所监控的在分压器的节点上的电压超过预先确定的电压，那么操控半导体开关；和输出过压保护控制信号。本专利技术的优点在此，本专利技术所基于的思想是借助于分压器检测附在功率半导体开关上的电压，并且在此分析与附在功率半导体开关上的电压成比例的较小的电压信号。在此，对相对应较小的在分压器的输出端上的电压信号的分析通过过压检测器被监控。该过压检测器优选地是半导体二极管，该半导体二极管在超过预先确定的电压的情况下变为导通的。在此，由于通过分压器明显被降低的要被监控的电压，针对所述低电压被优化的构件可以被采用，用于监控出现的过压。在功率半导体开关根据应用领域被用于在数百伏特范围内的电压的同时，通过借助于分压器来降低电压，过压检测器可以在明显更小的电压范围内被使用。这种过压检测器可以明显更廉价地被获得。除此之外，在选择适当的过压检测器时也可以动用（与实际上在功率半导体开关上出现的电压无关地）具有被优化的运行参数的构件。例如，可以选择具有特别低的容差范围的过压检测器。由此，过压保护的响应性能可以被改善。此外，具有低的温度相关性的构件也可以被用作过压保护装置。因为刚好在接上大功率时高的热损耗也以热量的形式形成，所以与之联系在一起的温度波动导致常规的保护设备的响应性能方面的大偏差。通过被优化地选择适当的过压保护设备，该温度相关性可以被改善。此外，由于相对应的过压保护装置的适配的响应电压，过压保护装置的老化性能也可以被改善。由于被减小的电压范围，明显更少老化的过压保护部件可以被使用。这导致，在对按照本专利技术的过压保护设备确定尺寸时，明显更少的安全附加物是必要的，并且因此响应性能也可以更好地被适配到所使用的功率半导体开关的击穿电压上。在过压保护电路的一实施形式中，过压检测器是齐纳二极管、抑制二极管或者雪崩二极管。这些器件在预给定的电压下首先表现得如常规的二极管那样。如果这种二极管的所施加的电压在截止方向上超过预先确定的极限电压，那么这种二极管也将在截止方向上导通。因此，超过预给定的极限电压以简单的方式可以被检测到。在一实施形式中，预先确定的电压小于10伏特，在所述预先确定的电压的情况下，过压检测器转变到至少部分电导通的状态。所述预先确定的电压优选地大约在5伏特到6伏特之间的范围内，在所述预先确定的电压的情况下，过压检测器转变到导通状态。具有在该范围内的响应电压的过压检测器（尤其是之前提到的齐纳二极管或者抑制二极管），可以是特别成本有利的并具有很好的特性地被制造。这种过压检测器具有特别微小的响应电压容差。除此之外，针对该电压范围的过压检测器也具有微小的温度相关性。在一实施形式中，半导体开关是MOSFET或者双极型晶体管。这种半导体开关特别好地适合，以便在检测过压的情况下从在过压保护电路中生成的信号中提供输出信号，所述输出信号适合于在超过允许的电压时保护功率半导体不受过压损害。这种晶体管尤其是很好地适合于，将在相对低的电压水平的情况下生成的用于检测过压的信号放大到更高电压水平的信号。在一实施形式中，半导体开关的输入端与过压保护电路的第一端接线点相连。优选地，半导体开关的输入端在此通过二极管与过压保护电路的第一端接线点相连。在可替换的实施形式中，半导体开关的输入端与过压保护电路的供电电压相连。以这种方式，用于使过压保护电路运行的特别稳定的电压可以被提供。在另一方面，本专利技术创造了一种具有功率半导体开关和按照本专利技术的过压保护电路的整流器电路。在一实施形式中，所述整流器电路包含多个级联的过压保护电路。附图说明本专利技术的另外的实施形式和优点从下面的关于附图的描述中得出。在此，图1示出了具有三相整流器电路的电路图的示意图；图2示出了按照第一实施例的具有过压保护电路的整流器电路的电路原理图的示意图；图3示出了按照另一实施例的具有过压保护电路的整流器电路的电路原理图的示意图；图4示出了按照可替换的实施例的具有过压保护电路的整流器电路的电路原理图的示意图；图5示出了按照再本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于功率半导体开关（31、32）的过压保护电路（5），其具有：被布置在所述过压保护电路（5）的第一端接线点（E）与节点（K）之间的第一电阻（R1）；被布置在节点（K）与所述过压保护电路（5）的第二端接线点（A）之间的第二电阻（R2）；具有控制端子、输入端和输出端的半导体开关（Q2），其中所述输出端与过压保护电路（5）的第二端接线点（A）相连；和过压检测器（Z2），所述过压检测器（Z2）被设计为在超过在过压检测器（Z2）的两个端子之间的预先确定的电压时转变到至少部分电导通的状态，其中过压检测器（Z2）被布置在节点（K）与半导体开关（Q2）的控制端子之间的电流路径中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.29 DE 102013221900.81.用于功率半导体开关（31、32）的过压保护电路（5），其具有：
被布置在所述过压保护电路（5）的第一端接线点（E）与节点（K）之间的第一电阻（R1）；
被布置在节点（K）与所述过压保护电路（5）的第二端接线点（A）之间的第二电阻（R2）；
具有控制端子、输入端和输出端的半导体开关（Q2），其中所述输出端与过压保护电路（5）的第二端接线点（A）相连；和
过压检测器（Z2），所述过压检测器（Z2）被设计为在超过在过压检测器（Z2）的两个端子之间的预先确定的电压时转变到至少部分电导通的状态，其中过压检测器（Z2）被布置在节点（K）与半导体开关（Q2）的控制端子之间的电流路径中。
2.根据权利要求1所述的过压保护电路（5），其中，所述过压检测器（Z2）是齐纳二极管、抑制二极管或者雪崩二极管。
3.根据权利要求1或2所述的过压保护电路（5），其中，所述预先确定的电压小于10伏特，在所述预先确定的电压的情况下，所述过压检测器（Z2）转变到至少部分电导通的状态。
4.根据权利要求1至3之一所述的过压保护电路（5），其中，所述半导体开关（Q2）是MOSF...

【专利技术属性】
技术研发人员：C普尔卡雷亚，P福伊尔施塔克，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE