本发明专利技术涉及用于驱控具有对称接地的中间电路的桥式电路的驱控系统，具有上级控制装置、接口电路和驱控电路，其具有初级侧电路部分、带初级侧参考电位的驱控逻辑电路和次级侧电路部分，其构造有驱动级以驱控带在中性点处对称接地的中间电路、负和正电压接头和多个半导体开关的半桥电路，半导体开关和配属于其的驱动级具有次级侧参考电位。驱控电平移位器将初级侧电路部分与次级侧电路部分连接。初级侧参考电位和下部驱动级的下部次级侧参考电位对应负电压接头电位。接口电平移位器将接口电路与驱控逻辑电路连接。上级控制装置和接口电路在中性点电位上。接口电路、接口电平移位器、驱控逻辑电路、下部驱控电平移位器和下部驱动级单片地集成在HVIC中。
【技术实现步骤摘要】
用于驱控具有对称接地的中间电路的桥式电路的驱控系统
本专利技术描述了一种驱控系统，其具有可集成的组件(例如驱控电路)以及用于将具有第一参考电位的上级的(übergeordnet)控制装置的输入信号传递至用于直接驱控分别具有不同的参考电位的半导体开关的驱动级的多个传递级，其中，半导体开关构造成具有对称接地的中间电路的半桥电路。桥式电路通常作为本领域常见地实施为功率半导体模块的单相、两相、三相桥式电路所公知。在此，单相半桥电路构造出多个功率电子电路的基本模块。在半桥电路的设计方案中，两个半导体开关，即第一下部的所谓的下位(BOT-)半导体开关(也公知为低侧开关)和第二上部的所谓的上位(TOP-)半导体开关(也公知为高侧开关)串联布置。此类半桥电路本领域常见地具有与电流压中间电路的连接。半桥电路的输出端构造为交变电压接头并与负载连接。
技术介绍
通过交替地切换上位和下位半导体开关，半桥的输出电压在中间电路并且因此也在半桥本身的正和负电压接头的固定的电压值之间变化。因为由此存在两个稳态的电压状态，所以此类半桥电路也被称为两电平逆变器。直流电压中间电路的本领域常见的设计方案是具有对称接地的设计方案和具有非对称接地的设计方案。在对称接地的情况下，直流电压中间电路具有两个串联的相同的子中间电路，它们由正和负电压接头供电。在两个子中间电路的中间的共同的连接部被称为中性节点，并且在本领域常见的是将其接地。在非对称的设计方案中，本领域常见的是将负电压接头接地。如下更复杂的半桥电路也是普遍公知的，在这些半桥电路中，能切换三个或更多的稳态的电压状态。这些半桥电路被称为多电平逆变器。多电平逆变器的优点在于，输出电压的走向可以更近地接近期望的正弦形的走向。由此可以减少总谐波失真(TotalHarmonicDistortion，THD)，由此可以使用更小且更廉价的电源滤波器。另一方面，相对于两电平逆变器，借助多电平逆变器可以利用更低的切换频率达到THD的相同的值，由此产生更低的切换损失。但在多电平逆变器中不利的是用于调节的提高的耗费以及更高数量的必需的结构元件和驱控电路。多电平逆变器的最简单的设计方案是具有刚好三个可切换的电压状态的三电平逆变器。原则上，公知有用于三电平逆变器的两个拓扑结构，即，NPC(NeutralPointClamp，中点箝位型)拓扑结构和TNPC(T-typeNeutralPointClamp，中点箝位T型)拓扑结构，其中，利用子中间电路在中性节点处的对称接地的供应是共同的，其中，中性节点用作第三电压状态。用于功率桥式电路的驱控系统在本领域常见的是由多个子电路或功能块构成。上级的控制电路的控制信号在第一子电路，即驱控逻辑电路中被处理，并且经由其他组件输送给相应的驱动级。次级侧的驱动级根据所传递的驱控信号来驱控半导体开关。在更高的通常大于40V的中间电路电压的情况下，本领域常见的是进行初级侧的电路部分与次级侧的电路部分的电位分离(Potentialtrennung)，这是因为相应的电路部分处于不同的参考电位上。在此，为了电流分离(galvanischeTrennung)在本领域常见的是使用脉冲变压器、光耦合器或光波导体。在DE102010018997A1中本领域常见地、示例性地公开的是，在驱控电路中使用高电压电路(HVIC–HighVoltageIntegratedCircuit，高电压集成电路)。HVIC提供了在驱控电路的初级侧与次级侧的电路部分之间实现电位分离的可能性，并且此外HVIC可以具有高电压结构元件，通常是高电压横向MOSFET，该高电压横向MOSFET在所谓的电平移位器中用于在初级侧与次级侧的电路部分之间进行信号传递。DE102005043907A1公开了一种替选方案，其中，待传递的驱控信号经由电容式的传递路段从初级侧的电路部分传递至次级侧的电路部分。公知且有利的是，电平移位器集成地实施为HVIC中的驱控电路的一部分。用于构造HVIC的两个基本的绝缘技术是公知的。一方面是SOI(SilicononInsulator，绝缘体上硅)技术，另一方面是pn绝缘技术(JunctionIsolation，结绝缘)。SOI技术提供结构元件或结构元件组的介电电位分离，但目前出于有限的抗电强度的原因，仅提供最大800V的电位差。在pn绝缘技术中，电位差由截止极化的(sperrgepolt)pn结接收。该技术现在可提供最大1200V的电位差。原则上，公知有不同的单片集成的电平移位器拓扑结构。简单的拓扑结构由串联的具有相应的截止能力的高电压晶体管(HV晶体管)和电阻器构成。如果在第一侧上，信号施加到HV晶体管的栅极上，那么该HV晶体管导通。由此产生的流过电平移位器的横向电流导致电阻上的压降，该压降可以作为信号被第二侧上的评估电路获取。包含这种具有HV晶体管的电平移位器的原理决定了用于信号传递所必需的横向电流路径，从而存在有电位分离，但不存在电流分离。在DE10152930A1中公开了一种扩展的电平移位器拓扑结构，其中，驱控信号逐步地借助多个相同类型的、级联的电平移位器在中间电位上进行传递。因此能使用如下晶体管，它们仅占据整个电平移位器的所要求的截止能力的一小部分。因此，可以明显提高电平移位器的截止能力。DE102006037336公开了了一种实施为n沟道型的HV晶体管的串联电路的电平移位器。该拓扑结构具有如下优点，即，相对于根据DE10152930A1的拓扑结构，一方面减少了功率消耗并且另一方面减少了电路耗费。这尤其导致了更小的空间需求。用于HVIC的所有提到的设计方案的共同之处在于，在电平移位器的互补的结构中，原则上也可以将信号从具有高参考电位的电路部分传递至具有低参考电位的电路部分。因此，该特性可以用于将信号由第二侧反馈至第一侧。但对此的前提是p沟道型的HV晶体管。通过由功率半导体模块和驱控电路组成的系统的寄生电感可以在快速切换半导体开关期间导致次级侧的电路部分的相应的参考电位大多在正方向上，但也在负方向上并进而在初级侧的参考电位之下的强烈的转变。这在极大程度上出现在中、高功率的系统中，在这些系统中，尤其是大于50A的大电流被接通。然而，大多现在可供使用的电平移位器并不设计成用于此类沿负方向的信号传递。公知的pn绝缘技术也具有如下缺点，即，在参考电位在负方向上相应的转变的情况下，在初级侧与次级侧的电路部分之间的截止能力丧失，并且流动的漏电流会导致寄生晶闸管结构的点火，即所谓的闭锁(Latch-up)。这导致了功能损失并且可能导致相关电路的损坏。由于绝缘区域的介电的绝缘性和与之相关的双向截止能力，这种限制在SOI技术中并没有给出，从而可以使用如下传递电路，这些传递电路即使在短暂或持续为负的次级侧的参考电位的情况下仍然确保了可靠的信号传递和绝缘性。DE102006050913A1公开了一种用于下位次级侧的此类电平移位器，其在SOI技术中实施有各一个上和下电平移位器分路，而在DE102007006319A1中公开了一种用于上位次级侧的此类电平移位器，其同样在SOI技术中实施为上和下电平移位器分路。
技术实现思路
本专利技术的任务在于，提出一种具有能单片集成的、用于驱控切换具有对称接地的中间电路的桥式电路的组件的驱控系统本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于半桥电路的驱控系统，所述驱控系统具有上级的控制装置(2)、接口电路(90)和驱控电路(32)，所述驱控电路具有初级侧的电路部分(4)、带初级侧的参考电位(420)的驱控逻辑电路(40)和次级侧的电路部分(6)，所述次级侧的电路部分分别构造有驱动级(61、62、63、64)，用以驱控具有对称地在中性点(N)处接地的中间电路、负电压接头(‑DC)和正电压接头(+DC)以及多个半导体开关(T1、D1、T2、D2、T3、D3、T4、D4)的半桥电路(10、20)，其中，每个半导体开关和配属于其的驱动级(61、62、63、64)具有配属的次级侧的参考电位(610、620、630、640)，其中，各有一驱控电平移位器(81、82、83、84)分别将所述初级侧的电路部分(4)与相应的次级侧的电路部分(6)连接，并且因此分别配属于这两个电路部分，并且在此，所述初级侧的参考电位(420)和下部驱动级(61)的下部次级侧的参考电位(610)相应于所述负电压接头(‑DC)的电位，其中，接口电平移位器(91、92、93、94)将所述接口电路(90)与所述驱控电路(32)的驱控逻辑电路(40)连接，并且在此，所述上级的控制装置(2)和所述接口电路(90)位于所述中性点(N)的电位上，并且其中，所述接口电路(90)、所述接口电平移位器(91、92、93、94)、所述驱控逻辑电路(40)、下部驱控电平移位器(81)以及与该下部驱控电平移位器连接的下部驱动级(61)单片地集成在HVIC(72)中。...
【技术特征摘要】
2013.11.07 DE 102013112264.71.一种用于半桥电路的驱控系统，所述驱控系统具有上级的控制装置(2)、接口电路(90)和驱控电路(32)，所述驱控电路具有初级侧的电路部分(4)、带初级侧的参考电位(420)的驱控逻辑电路(40)和次级侧的电路部分(6)，所述次级侧的电路部分分别构造有驱动级(61、62、63、64)，用以驱控具有对称地在中性点(N)处接地的中间电路、负电压接头(-DC)和正电压接头(+DC)以及多个半导体开关(T1、D1、T2、D2、T3、D3、T4、D4)的半桥电路(10、20)，其中，每个半导体开关和配属于其的驱动级(61、62、63、64)具有配属的次级侧的参考电位(610、620、630、640)，其中，各有一驱控电平移位器(81、82、83、84)分别将所述初级侧的电路部分(4)与相应的次级侧的电路部分(6)连接，并且因此分别配属于这两个电路部分，并且在此，所述初级侧的参考电位(420)和下部驱动级(61)的下部次级侧的参考电位(610)相应于所述负电压接头(-DC)的电位，其中，接口电平移位器(91、92、93、94)将所述接口电路(90)与所述驱控电路(32)的驱控逻辑电路(40)连接，并且在此，所述上级的控制装置(2)的参考电位(200)和所述接口电路(90)的参考电位(900)位于所述中性点(N)的电位上，并且其中，所述接口电路(90)、所述接口电平移位器(91、92、93、94)、所述驱控逻辑电路(40)、下部驱控电平移位器(81)以及与该下部驱控电平移位器连接的下部驱动级(61)单片地集成在HVIC(72)中。2.根据权利要求1所述的用于半桥电路的驱控系...
【专利技术属性】
技术研发人员：莱茵哈德·赫策，巴斯蒂安·福格勒，
申请(专利权)人：赛米控电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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