为用于半导体功率开关的驱动电路产生动态基准信号的装置和方法制造方法及图纸

一种用于为用于功率半导体开关的控制电路产生动态基准信号(UREF)的装置(442)包括：用于提供动态基准信号(UREF)的基准信号发生器(442)，该动态基准信号在功率半导体开关的转换过程后的预定时间结束后具有稳态的信号电平；无源的充电电路(450)，该充电电路被设计为响应于功率半导体开关的控制信号从断开状态到接通状态的转换，在至少一部分所述预定时间内，将动态基准信号的信号电平提高至高于稳态的信号电平，以便产生动态基准信号；以及用于分接出动态基准信号(UREF)的输出端(A)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于为用于半导体功率开关的驱动电路产生可变的基准信号的一种装置和一种方法。此类装置用于例如检测IGBT(“绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor)”)中的短路或者过电流状态。
技术介绍
在一些功率半导体开关中，可以施加有高电压并且引入有高电流。短路或者过高的电流由此会快速地导致功率半导体开关的热破坏。因此，功率半导体开关可以具有用于检测短路或者过电流状态的保护电路。检测这些状态的可能性在于，根据功率半导体开关上下降的电压，间接地监控流经功率半导体开关的电流。而该电压应在闭合功率半导体开关后，快速地从关断的状态(“关断的状态”或者“断开(AUS)状态”是功率半导体开关“断开”并且没有电流通过的状态)中相对高的电平降至合拢的状态(“合拢的状态”或者“接通(AN)状态”是功率半导体开关“闭合”并且有电流通过的状态)中相对低的电平。对应地，功率半导体开关的控制信号(例如栅极-发射极驱动信号)具有接通状态和断开状态，其中在接通状态中，功率半导体开关保持闭合状态，而在断开状态中，功率半导体开关保持断开状态。图6中左下的实曲线678示出在从关断的状态到合拢的状态的转换过程中，IGBT(IGBT是一种示例性功率半导体开关)的集电极-发射极电压的示例性曲线走向(相关的示例性控制信号630的曲线走向显示在左上方)。如所显示的，集电极-发射极电压剧烈地下降至极低的数值(几乎为0伏)。IGBT的示例性短路特性显示在图6中的右下方(实曲线678)。相反于正常运行，集电极-发射极电压没有下降至极低的数值，然而，同时IGBT中能够有高电流流过(例如在IGBT的三倍的额定电流至十倍的额定电流之间)。在其它短路情形下，集电极-发射极电压虽然首先降低至正常运行中的数值，但是随后再次升高。由此引起功率半导体开关的较高的热负荷，而功率半导体开关在相对短的时间后可能会受损。就此而言，例如若干IGBT在合拢的状态中经受住短路约10μs，而不会受损。因此，用于检测在该时间范围内的短路或者过电流状态的保护电路确保功率半导体开关被切断。在除了IGBT的其它功率半导体开关中也可以发现类似的工作特性。如短路状态，可以通过提高的集电极-发射极电压显示出过电流状态。不过，相较于短路情形下，在过电流情形下，集电极-发射极电压可以更接近正常情形下的集电极-发射极电压。所描绘的正常运行与短路和/或过电流情形之间的集电极-发射极电压的曲线走向中的区别可以在用于检测短路或者过电流状态的保护电路中得到充分利用，以便检测短路或者过电流状态。因此，有可能定义用于集电极-发射极电压的阈值，使用该阈值，以便检测短路或者过电流状态的存在。举例而言，当集电极-发射极电压上升到超过阈值时(参见图6的右下部)，可以检测到短路或者过电流状态。
技术实现思路
根据本专利技术的一种实施方式的用于为用于功率半导体开关的控制电路产生动态基准信号的第一种装置包括：用于提供动态基准信号的基准信号发生器，该动态基准信号在功率半导体开关的转换过程后的预定时间结束后具有稳态的信号电平；无源的充电电路，该充电电路被设计为响应于功率半导体开关的控制信号从断开状态到接通状态的转换，在至少一部分所述预定时间内，将动态基准信号的信号电平提高至高于稳态的信号电平，以便产生动态基准信号；以及用于分接出动态基准信号的输出端。通过此类装置，有可能可靠地并且足够快速地检测功率半导体开关中的短路和/或过电流状态。特别地，相较于具有稳态的基准信号的装置而言，可以降低错误地检测短路和/或过电流状态的概率。这通过响应于功率半导体开关的控制信号从断开状态到接通状态的转换，在至少一部分预定时间内，短时地提高基准信号的电平得以实现。同时，本专利技术的装置能够完成动态基准信号的电平的提高，而无需有源的部件。相较于具有有源的部件的同类装置，该装置由此可以更成本低廉和更稳固。在一些实施例中，能够可靠地以相对较低的花费并且以可忽略地低的温度漂移设计该装置。动态基准信号的示例性曲线走向示出在图6中的左下部(虚线648)。响应于功率半导体开关的控制信号从断开状态到接通状态的转换，动态基准信号的电平跳跃式地提高，并且接着持续地下降，直至再次达到稳态的电平。紧接着从断开状态到接通状态的转换过程的该提高的基准电压可以用在保护电路中。保护电路不触发，因为代表集电极-发射极电压的信号(UC’E)始终停留在基准信号以下。在根据第一种装置的第二种装置中，动态基准信号是动态基准电压。在根据第一种或者第二种装置的第三种装置中，功率半导体开关是IGBT。在根据在前的装置中任一种的第四种装置中，无源的充电电路包括RC元件。在根据第四种装置的第五种装置中，无源的充电电路被设计为使得功率半导体开关的控制信号可以耦合至RC元件的电容的第一端子上，并且RC元件的电容的第二端子直接或者间接地耦合至用于分接出动态基准信号的输出端上。在根据在前的装置中任一种的第六种装置中，无源的充电电路被设计为响应于控制信号的转换，跳跃状地提高动态基准信号的信号电平。在根据第五种或者第六种装置的第七种装置中，无源的充电电路被进一步设计为使得紧接着功率半导体开关的控制信号从接通状态到断开状态的转换，RC元件的电容充电。在根据第四种装置或者第四种装置和第五种至第七种装置中任一种的第八种装置中，无源的充电电路被设计为使得紧接着控制信号的转换，RC元件的电容放电，并且因此产生动态基准信号的暂时提高的电平，并且通过放电，使其再次返回稳态的电平。在根据第八种装置的第九种装置中，RC元件的1/e时间常数大于1μs。在根据第八种装置的第十种装置中，RC元件的1/e时间常数位于5至15μs之间。在根据在前的装置中任一种的第十一种装置中，基准信号发生器含有用于产生稳态的信号电平的电路。在根据第十一种装置的第十二种装置中，用于产生稳态的信号电平的电路包括一个或多个电阻以及用于接收恒定电流的输入端，其中用于产生稳态的信号电平的电路被配置为将恒定电流传导通过一个或多个电阻，使得在一个或多个电阻上，稳态的基准电压下降，以便产生稳态的信号电平。在根据第十二种装置的第十三种装置中，一个或多个电阻耦合至第一内部基准电平。在根据第十三种装置的第十四种装置中，第一内部基准电平对应于功率半导体开关的发射极电压、阴极电压或者源极电压。在根据在前的装置中任一种的第十五种装置中，装置进一步包括第一箝位电路，该箝位电路被设计为将动态基准电压限定至预定的最小电平。在根据第十五种装置的第十六种装置中，最小电平对应于功率半导体开关的发射极电压、阴极电压或者源极电压。在根据第十五种装置的第十七种装置中，最小电平小于或者等于稳态的信号电平。在根据在前的装置中任一种的第十八种装置中，装置进一步包括第二箝位电路，该箝位电路被设计为将动态基准电压限制至预定的最大电平。在根据第十八种装置的第十九种装置中，最大电平对应于接通状态中控制信号的信号电平。在根据在前的装置中任一种的第二十种装置中，装置进一步包括无源的开关，该无源的开关耦合至基准信号发生器和无源的充电电路之间，其中无源的开关被设计为响应于功率半导体开关从接通状态到断开状态的转换，将基准信号发生器和无源的充电电路隔离。在根据在前的装置中任一种的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于为用于功率半导体开关的控制电路产生动态基准信号的装置，其中所述装置包括：‑基准信号发生器，所述基准信号发生器用于提供动态基准信号，在所述功率半导体开关的转换过程后的预定时间结束后，所述动态基准信号具有稳态的信号电平；‑无源的充电电路，所述充电电路被设计为响应于所述功率半导体开关的控制信号从断开状态到接通状态的转换，在至少一部分所述预定时间内，将所述动态基准信号的信号电平提高至高于稳态的所述信号电平，以便产生所述动态基准信号；以及‑输出端，所述输出端用于分接出所述动态基准信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.11 EP 14172012.81.一种用于为用于功率半导体开关的控制电路产生动态基准信号的装置，其中所述装置包括：-基准信号发生器，所述基准信号发生器用于提供动态基准信号，在所述功率半导体开关的转换过程后的预定时间结束后，所述动态基准信号具有稳态的信号电平；-无源的充电电路，所述充电电路被设计为响应于所述功率半导体开关的控制信号从断开状态到接通状态的转换，在至少一部分所述预定时间内，将所述动态基准信号的信号电平提高至高于稳态的所述信号电平，以便产生所述动态基准信号；以及-输出端，所述输出端用于分接出所述动态基准信号。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述动态基准信号是动态基准电压。3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中无源的所述充电电路包括RC元件。4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中无源的所述充电电路被设计为响应于所述控制信号的转换，跳跃状地提高所述动态基准信号的信号电平。5.根据权利要求3或4所述的装置，其中无源的所述充电电路被进一步设计为使得紧接着所述功率半导体开关的控制信号从接通状态到断开状态的转换，所述RC元件的电容充电。6.根据权利要求3至5中任一项所述的装置，其中无源的所述充电电路被设计为使得紧接着所述控制信号的转换，所述RC元件的电容放电，并且因此产生所述动态基准信号的暂时提高的电平，并且通过放电，使其再次返回稳态的电平。7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述基准信号发生器含有用于产生稳...

【专利技术属性】
技术研发人员：马库斯·拉茨，
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