驱动电路、包括驱动电路的电路布置及包括电路布置的逆变器制造技术

公开了一种驱动电路(1)，其被设置用于具有单向流动方向的功率半导体开关(2)，该功率半导体开关具有控制端子(3)、基准电势端子(4)和受控端子(5)。驱动电路(1)包括驱动模块(6)，该驱动模块具有控制输出端(7)、基准电势输入端(8)和过电压监测输入端(10)。在此，控制输出端(7)与设置用于连接到控制端子(3)的第一端子(21)连接，基准电势输入端(8)与设置用于连接到基准电势端子(4)的第二端子(22)连接，并且过电压监测输入端(10)经由第一二极管(13)与设置用于连接到受控端子(5)的第三端子(23)连接。此外，过电压监测输入端(10)经由电容(14)与基准电势输入端(8)连接。从第二端子(22)经由电容(14)和第一二极管(13)到第三端子(23)的连接路径在驱动电路中可通过有源可控的开关元件(15)接通。此外，还公开了一种电路布置(30)，其具有这样的驱动电路(1)和具有单向流动方向的功率半导体开关(2)，以及公开了一种双向电路布置(31)，其具有分别由这样的电路布置(30)构成的两个支路布置。这样的双向电路布置(31)被应用在具有BSNPC桥电路的逆变器中。

The drive circuit includes the circuit arrangement of the drive circuit and the inverter including the circuit arrangement

A driving circuit (1) is disclosed which is configured for a power semiconductor switch (2) having unidirectional flow directions, the power semiconductor switch having a control terminal (3), a reference potential terminal (4) and a controlled terminal (5). The drive circuit (1) includes a drive module (6), which has a control output (7), a reference potential input (8) and an overvoltage monitoring input (10). The control output end (7) and arranged for connection to a control terminal (3) of the first terminal (21) connected to the reference potential input terminal (8) and arranged for connection to the reference potential terminals (4) of the second terminal (22) connected, and overvoltage monitoring input terminal (10) via a first diode (13) and arranged for connection to the controlled terminal (5) of the third terminal (23) connected. In addition, the overvoltage monitoring input (10) is connected to the reference potential input terminal (8) via a capacitor (14). The connecting path from the second terminal (22) through the capacitor (14) and the first diode (13) to the third terminal (23) can be connected by an active controllable switching element (15) in the drive circuit. In addition, also discloses a circuit arrangement (30), the driving circuit with the (1) and has a one-way flow direction of the power semiconductor switch (2), and discloses a bidirectional circuit arrangement (31), it has respectively by such a circuit arrangement (30) composed of two branches layout. Such a bidirectional circuit arrangement (31) is applied to an inverter with a BSNPC bridge circuit.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】驱动电路、包括驱动电路的电路布置及包括电路布置的逆变器描述本专利技术涉及用于具有单向流动方向的功率半导体开关的驱动电路以及包括这样的驱动电路和具有单向流动方向的功率半导体开关的电路布置。另外，本专利技术还涉及包括两个这样的电路布置的双向电路布置以及具有BSNPC桥电路的逆变器，该BSNPC桥电路包括相应的双向电路布置。通常使用数字电路，例如，特别是微处理器来产生用于功率半导体开关的控制信号。但在许多情况下，由数字电路提供的输出电流不足以直接驱动功率半导体开关。因此，在数字电路和功率半导体开关之间置入驱动电路，该驱动电路提供所需量的电流。可使用所谓的驱动模块，其中早已集成了驱动电路的对许多应用情况至关重要的组件。借助于这样的驱动模块，通过补充分立元件(如电阻器、二极管和电容)并适当地确定其尺寸，以专业人员例如从驱动模块制造商的数据手册或应用说明中已知的方式，来实现用于特定应用情况的驱动电路。许多驱动模块提供除实际驱动功能之外的附加功能，这些附加功能用于保护功率半导体开关或驱动模块免于在某些不希望的运行状态下因电压或电流过高而受损。例如，具有用于所谓的“去饱和监测”(DESAT)的过电压监测输入端的驱动模块是非常常见的，由此，在闭合的功率半导体开关的受控端子(gesteuertenAnschlus)和基准电势端子(Bezugspotentialanschluss)之间的电压过高的情况下，功率半导体开关经由相应地控制驱动模块来断开。例如，从公司SemiconductorComponentsIndustries,LLC于2013年8月第8修订版MC33153/D的数据手册“MC33153SingleIGBTGateDriver”中已知一种驱动模块，其具有用于“去饱和监测”(DESAT)的过电压监测输入端。在这种情况下，DESAT输入端经由可选的电阻器和二极管与功率半导体开关的受控端子连接，其中，在DESAT输入端和功率半导体开关的基准电势端子之间还布置了电容。另外，从数据手册还已知驱动模块的控制输出端与功率半导体开关的控制端子(Steueranschluss)的连接的不同可能性。公司FirmaAvagoTechnologiesLimited在2007年6月1日的AV02-0258EN的应用说明5324“DesaturationFaultDetection”为不同的驱动模块分别公开了与公司SemiconductorComponentsIndustries,LLC先前提到的数据手册相同的DESAT输入端的布线。DESAT输入端的相同形式的布线也在公司STMicroelectronics于2006年10月9日第4修订版的应用说明AN1944“DevelopingIGBTapplicationsusinganTD350advancedIGBTdriver”中的驱动模块上进行了公开。另外，在这里示出的驱动模块还具有用于接通和断开功率半导体开关的各自分开的控制输出端。文档US2009/0153223A1公开了用于IGBT的驱动电路，该IGBT具有控制端子、基准电势端子和受控端子。驱动电路包括由开关、电压源和二极管的串联电路组成的去饱和电路其中去饱和电路连接在IGBT的受控端子和栅极电阻器面向IGBT的控制端子的的端部之间。在驱动电路的实施方式中，电压源由电容器形成，该电容器在IGBT断开时充电。开关在IGBT断开前闭合，其中IGBT随后在开关闭合之后以预定的时间延迟断开。在将电压源与二极管连接的点和施加在基准电势端子上的基准电势之间、有规律地在具有去饱和监测的驱动电路上设置的电容在US2009/0153223A1中的驱动电路中没有设置。功率半导体开关通常具有本征二极管(例如体二极管)形式的或者是额外安装在功率半导体模块的内部或外部的二极管形式的反并联二极管。如果没有设置这样的反并联二极管，也就是说在具有单向流动方向的功率半导体开关中，例如在所谓的反向截止IGBT中，功率半导体开关的基准电势端子上的电势可比受控端子上的高，由此，在如先前提到的数据手册或先前提到的应用说明里那种形式的常见的布线中，不希望的电流从基准电势端子流向受控端子，该不希望的电流可导致驱动电路的组件受损。反向截止IGBT，特别是作为其上反向并联连接了两个反向截止IGBT的双向电路布置，例如被应用在BSNPC(双极切换中性点钳位)逆变器(也被称为NPC-2逆变器)的中性支路中。例如，具有由反向并联连接的反向截止IGBT形成的双向开关的这样的BSNPC逆变器在说明书WO2013/145854A1中被公开。对于每个IGBT来说都存在驱动电路，其中在每种情况下都没有为驱动电路设置用于去饱和监测的措施。在由C.Dustert和A.Volke于2014年6月17-19日在上海的PCIMASIA公开的文章“ApplicationofGateDriversfor3-LevelNPC-2PowerModuleswithReverseBlockingIGBTs”中建议，在NPC-2逆变器的中性支路中使用反向截止IGBT时，在DESAT输入端的布线中设置电阻器链代替二极管，由此，一方面进一步确保DESAT监测功能，另一方面不会再有危险的高电流流动。这种情况下的缺点是，当功率半导体开关的基准电势端子上的电势高于受控端子时，不希望的电流还一直从基准电势端子流向受控端子，这至少会造成不希望的功率损耗。因此，本专利技术的任务在于提供一种驱动电路，在该驱动电路中，当对驱动模块的过电压监测输入端进行布线以实现去饱和监测时可靠地阻止不希望的电流的出现，而不必对此承担不必要的功率损耗。根据本专利技术，该任务将通过根据独立权利要求1的驱动电路、通过根据并列的装置权利要求13的电路布置、以及通过根据并列的装置权利要求15的双向电路布置来实现。权利要求17涉及具有这样的根据本专利技术的双向电路布置的逆变器。本专利技术的有利的实施方案在从属权利要求中进行了描述。根据本专利技术的用于具有单向流动方向的功率半导体开关的驱动电路，即用于与流动方向相反的电流流动被阻止的功率半导体开关的驱动电路，包括驱动模块，该驱动模块具有控制输出端、基准电势输入端和过电压监测输入端。对此，控制输出端与驱动电路的被设置用于连接到功率半导体开关的控制端子的第一端子(anschluss)连接。基准电势输入端与被设置用于连接到功率半导体开关的基准电势端子的第二端子连接，并且过电压监测输入端经由第一二极管与被设置用于连接到功率半导体开关的受控端子的第三端子连接。此外，在根据本专利技术的驱动电路中，过电压监测输入端经由电容与基准电势输入端连接。在驱动模块与第一端子、第二端子和第三端子的接线中，存在从第二端子经由电容和第一二极管到第三端子的连接路径。该连接路径在根据本专利技术的驱动电路中可通过有源可控的开关元件接通。该解决方案基于对此偏见的克服，即为了监测功率半导体开关的受控端子和功率半导体开关的基准电势端子之间的电压，一方面，过电压监测输入端必须经由二极管或可替代地经由电阻器链与受控端子永久连接，并因而还必须经由二极管或可替代地经由电阻器链与驱动电路的第三端子永久连接，另一方面，基准电势输入端必须与基准电势端子连接，并因而还必须与驱动电路的第二端子连接。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种驱动电路(1)，所述驱动电路(1)用于具有单向流动方向的功率半导体开关(2)，所述功率半导体开关(2)具有控制端子(3)、基准电势端子(4)和受控端子(5)，其中所述驱动电路(1)包括驱动模块(6)，所述驱动模块具有控制输出端(7)、基准电势输入端(8)和过电压监测输入端(10)，以及其中：‑所述控制输出端(7)与第一端子(21)连接，所述第一端子被设置用于连接到所述控制端子(3)，‑所述基准电势输入端(8)与第二端子(22)连接，所述第二端子被设置用于连接到所述基准电势端子(4)，‑所述过电压监测输入端(10)经由第一二极管(13)与第三端子(23)连接，所述第三端子被设置用于连接到所述受控端子(5)，以及‑所述过电压监测输入端(10)经由电容(14)与所述基准电势输入端(8)连接，其特征在于，从所述第二端子(22)经由所述电容(14)和所述第一二极管(13)到所述第三端子(23)的连接路径能够通过有源可控的开关元件(15)接通。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.04 DE 102015105192.31.一种驱动电路(1)，所述驱动电路(1)用于具有单向流动方向的功率半导体开关(2)，所述功率半导体开关(2)具有控制端子(3)、基准电势端子(4)和受控端子(5)，其中所述驱动电路(1)包括驱动模块(6)，所述驱动模块具有控制输出端(7)、基准电势输入端(8)和过电压监测输入端(10)，以及其中：-所述控制输出端(7)与第一端子(21)连接，所述第一端子被设置用于连接到所述控制端子(3)，-所述基准电势输入端(8)与第二端子(22)连接，所述第二端子被设置用于连接到所述基准电势端子(4)，-所述过电压监测输入端(10)经由第一二极管(13)与第三端子(23)连接，所述第三端子被设置用于连接到所述受控端子(5)，以及-所述过电压监测输入端(10)经由电容(14)与所述基准电势输入端(8)连接，其特征在于，从所述第二端子(22)经由所述电容(14)和所述第一二极管(13)到所述第三端子(23)的连接路径能够通过有源可控的开关元件(15)接通。2.根据权利要求1所述的驱动电路(1)，其中所述驱动模块(6)被设置用于，选择性地将施加在所述基准电势输入端(8)上的基准电势(GND)或施加在所述驱动模块(6)的控制电势输入端(9)上的控制电势(Vcc)施加在所述控制输出端(7)上。3.根据权利要求1至2中任一项所述的驱动电路(1)，其中所述驱动模块(6)被设置用于，通过施加在所述过电压监测输入端(10)上的相对于所述基准电势(GND)的电压来识别在所述驱动模块内设置的阈值的超过。4.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动电路(1)，其中所述过电压监测输入端(10)经由包括第一电阻器(12)和所述第一二极管(13)的串联电路与所述第三端子(23)连接。5.根据权利要求1至4中任一项所述的驱动电路(1)，其中第二二极管(16)布置在所述基准电势输入端(8)和所述过电压监测输入端(10)之间，并且第三二极管(17)布置在所述过电压监测输入端(10)和所述控制电势输入端(9)之间。6.根据权利要求1至5中任一项所述的驱动电路(1)，其中设置了控制设备(18)，所述控制设备被设置用于，当所述第二端子(22)上的电势高于所述第三端子(23)上的电势时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈·蒙德齐克，亚当·彭泽克，马雷克·里尔科，斯瓦沃米尔·斯则特，米洛什·萨雷克，罗伯特·斯塔拉，
申请(专利权)人：艾思玛太阳能技术股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE