用于使功率半导体开关接通的控制电路和控制方法技术

一种用于使功率半导体开关接通的控制电路，包括：一个输入，其被配置为接收表征该功率半导体开关的导通行为的信号；一个可变电流源，其被配置为向该功率半导体开关的控制输入供应具有可变电平的电流以使该功率半导体开关导通，其中该控制电路被配置为响应于表征该功率半导体开关的导通行为的信号而在闭合控制环路中控制所述可变电流源。

【技术实现步骤摘要】

为了改进功率半导体开关(诸如，像IGBT)的开关行为，现有技术中的控制电路使用外部电阻器。外部电阻器在导通过程期间被耦合到功率半导体开关的控制端子，使得导通电流可以流动到控制输入以使功率半导体开关导通。在一些实例中，外部电阻器可以具有8Ω或更大的电阻，其在特定情况下会产生一些损耗。
技术实现思路
在第一总体方面，一种用于使功率半导体开关接通的控制电路，包括：一个输入，其被配置为接收表征该功率半导体开关的导通行为的信号；一个可变电流源，其被配置为向该功率半导体开关的控制输入供应具有可变电平的电流以使该功率半导体开关导通，其中该控制电路被配置为响应于表征该功率半导体开关的导通行为的信号来在闭合控制环路中控制所述可变电流源。在根据第一方面的第二方面，该控制电路还包括一个阶段检测电路，该阶段检测电路被配置为基于表征该功率半导体开关的导通行为的信号来检测在该功率半导体开关的导通过程期间的两个或更多个阶段，并且生成一个阶段信号，该阶段信号表明该功率半导体开关当前正运行通过所述两个或更多个阶段中的哪一个；其中该可变电流源被配置为响应于该阶段信号而向该功率半导体开关的控制输入供应具有可变电流强度的电流，以使该功率半导体开关导通。在第三总体方面，一种用于使功率半导体开关接通的控制电路，包括：一个输入，其被配置为接收表征该功率半导体开关的导通行为的信号；一个阶段检测电路，其被配置为基于表征该功率半导体开关的导通行为的信号来检测在该功率半导体开关的导通过程期间的两个或更多个阶段，并且生产一个阶段信号，该阶段信号表明该功率半导体开关当前正运行通过所述两个或更多个阶段中的哪一个；以及一个可变电流源，其被配置为响应于该阶段信号而向该功率半导体开关的控制输入供应
具有可变电流强度的电流以使该功率半导体开关导通。可变电流源的使用使得该控制电路能够具有可变的跨导。这有助于优化该电路的多种参数(例如，以减少导通过程期间的损耗)。这同样适用于在闭合控制环路中对可变电流源的控制。此外，在一些实施例中，与具有外部电阻器的电路相比，可变电流源在关于生产影响的波动和温度波动方面可以具有较高的稳定性。基于表征功率半导体开关的导通行为的信号来对阶段的检测可以用相对低的电路开销实施(尤其如果使用控制输入电压的话)。这可以减少复杂度且因此可以降低该控制电路的价格。此外，在一些实施例中，包括阶段检测电路的控制电路可以以相对简单的方式适配不同的功率半导体开关。此外，在一些实施例中，在具有中等栅极电荷或高栅极电荷的功率半导体开关的情况下，可以缩短响应时间。在根据第二或第三方面的第四方面，表征功率半导开关的导通行为的信号是存在于该功率半导体开关的控制输入处的控制输入电压。在根据第四方面的第五方面，该控制输入电压是基极-发射极电压或栅极-源极电压。在根据第二方面到第五方面中的任一个的第六方面，该阶段检测电路基于表征该功率半导体开关的导通行为的信号的特性特征识别导通过程期间的两个或更多个阶段。在根据第二方面到第六方面中的任一个的第七方面，该阶段检测电路包含一个或多个比较器，其中所述一个或多个比较器中的每一个都被配置为将表征该功率半导体开关的导通行为的信号与一个或多个参考信号中的一个进行比较。在根据第七方面的第八方面，如果表征该功率半导体开关的导通行为的信号超过一个相应的参考信号，则该阶段检测电路检测该功率半导体开关的导通过程期间在一个或多个阶段之间的转变。在根据第二方面到第八方面中的任一个的第九方面，该阶段检测电路包括一个峰值定时检测电路，该峰值定时检测电路被配置为识别在表征该功率半导体开关的导通行为的信号中的一个峰值的时间点。在根据第九方面的第十方面中，该阶段检测电路被配置为如果表征该功率半导体开关的导通行为的信号达到该峰值则检测在第一阶段和
第二阶段之间的转变。在根据第二方面到第十方面中的任一个的第十一方面，该阶段检测电路被配置为检测该功率半导体开关的导通过程期间的至少四个阶段。在根据第十一方面的第十二方面，如果该功率半导体开关的控制电路的导通信号表明意在使该功率半导体开关导通则第一阶段开始，并且其中如果表征该功率半导体开关的导通行为的信号超过第一阈值则该第一阶段结束。在根据第十二方面的第十三方面，如果表征该功率半导体开关的导通行为的信号超过该第一阈值则第二阶段开始，并且其中如果表征该功率半导体开关的导通行为的信号达到一个峰值则第二阶段结束。在根据第十三方面的第十四方面，如果表征该功率半导体开关的导通行为的信号达到该峰值则第三阶段开始，并且其中如果表征该功率半导体开关的导通行为的信号超过第二阈值则第三阶段结束，其中该第二阈值高于该第一阈值。在根据第十四方面的第十五方面，如果表征该功率半导体开关的导通行为的信号超过该第二阈值则第四阶段开始。在根据第二方面到第十五方面中的任一个的第十六方面，如果该功率半导体开关的控制电路的导通信号表明意在使该功率半导体开关导通则第一阶段开始。在根据第二方面到第十六方面中的任一个的第十七方面，如果该功率半导体开关开始导电则第二阶段开始。在根据第二方面到第十一方面中的任一个、第十六方面或第十七方面的第十八方面，如果通过该功率半导体开关的操作电流达到一个峰值则第三阶段开始。在根据第二方面到第十一方面中的任一个、第十六方面、第十七方面或第十八方面的第十九方面，如果该功率半导体开关进入有源区域则第四阶段开始。在根据第二方面到第十九方面中的任一个的第二十方面，该可变电流源可以供应多个离散电平的电流强度。在根据第二方面到第二十方面中的任一个的第二十一方面，该可变电流源包括多个并联驱动器级。在根据第二十一方面的第二十二方面，多个驱动器级中的每一个都被配置为向该功率半导体开关的控制输入供应预定电流。在根据第二十二方面的第二十三方面，多个驱动器级中的每一个都被配置为按一个具体因数来放大预定输入电流。在根据第二十三方面的第二十四方面，该控制电路包括一个具有较高电压电平的区域和一个具有较低电压电平的区域，其中通过具有较低电压电平的区域中的一个电流源来供应输入电流，且其中在没有附加的电平移位器的情况下预定输入电流被馈送到具有较高电压电平的区域内。在根据第二十一方面到第二十四方面中的任一个的第二十五方面，该控制电路还包括一个选择电路，该选择电路被配置为响应于阶段检测信号选择供应预定输入电流的一个或多个驱动器级。在根据第二十一方面到第二十五方面中的任一个的第二十六方面，所述驱动器级包括电流镜电路。在根据第二十六方面的第二十七方面，每个驱动器级中的电流镜电路包括级联电路。在根据第二方面到第二十七方面中的任一个的第二十八方面，该可变电流源可以生成具有至少四个不同电平的输入电流的电流。在根据第二十八方面的第二十九方面，供应到该功率半导体开关的控制输入的电流在该功率半导体开关的导通过程期间的第一阶段中具有第一电平，在该功率半导体开关的导通过程期间的第二阶段期间具有第二电平，且其中该电流在该功率半导体开关的导通过程期间的第三阶段中具有第三电平，且其中该第三电平低于该第一电平且高于该第二电平。在根据第二十九方面的第三十方面，该电流从第一电平到第二电平逐步减少。在根据第二十九方面或第三十方面的第三十一方面，该电流在第四阶段中被设定到一个预定本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于使功率半导体开关接通的控制电路，包括：一个输入，其被配置为接收表征该功率半导体开关的导通行为的信号；一个阶段检测电路，其被配置为基于表征该功率半导体开关的导通行为的信号来检测在该功率半导体开关的导通过程期间的两个或更多个阶段，并且生成一个阶段检测信号，该阶段检测信号表明该功率半导体开关当前正运行通过所述两个或更多个阶段中的哪一个；以及一个可变电流源，其被配置为响应于该阶段检测信号来向该功率半导体开关的控制输入供应具有可变电流强度的电流，以使该功率半导体开关导通，其中该控制电路被配置为响应于表征该功率半导体开关的导通行为的信号来在闭合控制环路中控制所述可变电流源。

【技术特征摘要】
2015.02.16 EP 15155262.71.用于使功率半导体开关接通的控制电路，包括：一个输入，其被配置为接收表征该功率半导体开关的导通行为的信号；一个阶段检测电路，其被配置为基于表征该功率半导体开关的导通行为的信号来检测在该功率半导体开关的导通过程期间的两个或更多个阶段，并且生成一个阶段检测信号，该阶段检测信号表明该功率半导体开关当前正运行通过所述两个或更多个阶段中的哪一个；以及一个可变电流源，其被配置为响应于该阶段检测信号来向该功率半导体开关的控制输入供应具有可变电流强度的电流，以使该功率半导体开关导通，其中该控制电路被配置为响应于表征该功率半导体开关的导通行为的信号来在闭合控制环路中控制所述可变电流源。2.根据权利要求1所述的控制电路，其中表征该功率半导体开关的导通行为的信号是存在于该功率半导体开关的控制输入处的控制输入电压。3.根据权利要求1和2中的任一项所述的控制电路，其中该阶段检测电路基于表征该功率半导体开关的导通行为的信号的特性特征来识别导通过程期间的两个或更多个阶段。4.根据权利要求1到3中的任一项所述的控制电路，其中该阶段检测电路包含一个或多个比较器，其中所述一个或多个比较器中的每一个都被配置为将表征该功率半导体开关的导通行为的信号与一个或多个参考信号中的一个进行比较，且其中如果表征该功率半导体开关的导通行为的信号超过一个相应的参考信号，则该阶段检测电路检测该功率半导体开关的导通过程期间在一个或多个阶段之间的转变。5.根据权利要求2到4中的任一项所述的控制电路，其中该阶段检测电路包括一个峰值定时检测电路，该峰值定时检测电路被配置为识别在表征该功率半导体开关的导通行为的信号中的一个峰值的时间点，且其中该阶段检测电路被配置为如果表征该功率半导体开关的导通行为的信号达到该峰值则检测在两个阶段之间的转变。6.根据权利要求1到4中的任一项所述的控制电路，其中该阶段
\t检测电路被配置为检测该功率半导体开关的导通过程期间的至少四个阶段。7.根据权利要求1到6中的任一项所述的控制电路，其中该可...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·马蒂亚斯，
申请(专利权)人：电力集成瑞士有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH