具有半桥电路和电压钳位元件的电子电路制造技术

公开了具有至少一个开关电路的电子电路。所述至少一个开关电路包括电压钳位元件，以及具有高侧开关和低侧开关的半桥，其中高侧开关和低侧开关均包括控制节点和负载路径，并且其中高侧开关和低侧开关的负载路径串联连接。电压钳位元件与半桥并联连接，使得连接高侧开关和低侧开关并且将电压钳位元件与半桥连接的第一导体的第一总电感小于20毫微亨(nH)。

【技术实现步骤摘要】
具有半桥电路和电压钳位元件的电子电路
本公开大体上涉及电子电路，特别是具有半桥电路的电子电路。
技术介绍
半桥电路包括高侧开关和低侧开关，每个开关包括负载路径和控制节点，并且它们的负载路径串联连接。通常，半桥的输出端由电路节点形成，高侧开关和低侧开关两者的负载路径都连接到该电路节点。此外，具有高侧开关和低侧开关的串联电路可以接收在供电节点之间可用的供电电压。半桥电路可以用在各种不同的电路应用中，例如电压逆变器，降压转换器或用于驱动负载的驱动电路，这里仅例举了几个例子。半桥电路的操作可以包括高侧开关和低侧开关的开关模式操作。这种开关模式操作可能导致通过高侧开关或低侧开关之一的电流的突然变化。特别地，如果高侧开关或低侧开关之一从传导电流的导通状态变为阻断的关断状态，则可能发生这种突然变化。通过高侧开关或低侧开关之一的电流的突然变化可能引起电压尖峰，其电压电平远高于连接半桥的高侧开关和低侧开关以及将将半桥连接到供电节点的导体的寄生电感中的供电电压。在给定的寄生电感下，电流变化越突然，电压尖峰的电压电平越高。为了将电压尖峰保持在特定电压电平以下，可以降低高侧开关和低侧开关的开关速度。然而，这增加了开关损耗，在许多情况下，这是非常不期望的。另一种选择是设计电压阻断能力足够高以耐受电压尖峰的高侧开关和低侧开关。然而，增加电压阻断能力不可避免地增加导通电阻，导通电阻是导通状态下相应开关的电阻，因此传导有损耗。通常，增加电压阻断能力也会增加开关损耗，这是与接通和关断晶体管器件相关的损耗。这也是不期望的。
技术实现思路
一个示例涉及具有至少一个开关电路的电子电路。所述至少一个开关电路包括电压钳位元件，以及具有高侧开关和低侧开关的半桥，其中高侧开关和低侧开关均包括控制节点和负载路径，并且其中高侧开关和低侧开关的负载路径串联连接。电压钳位元件与半桥并联连接，使得连接高侧开关和低侧开关并且将电压钳位元件与半桥连接的第一导体的第一总电感小于20毫微亨(nH)。附图说明下面参照附图说明示例。附图用于示出一些原理，因此仅示出了用于理解这些原理所必需的方面。附图不是按比例绘制的。在附图中，相同的附图标记表示相同的特征。图1示出了根据一个示例的具有开关电路的电子电路；图2示出了说明在操作期间图1所示的电子电路中出现的信号的波形的时序图；图3A至图3C示出了可以如何实现图1所示的开关电路中的电子开关的不同示例；图4示出了用于驱动图1所示的半桥电路中的一个电子开关的驱动电路的一个示例；图5示出了根据另一示例的具有开关电路的电子电路；图6示出了图5所示的电子电路的变型。图7示出了图1所示的电子电路中使用的电压钳位元件的一个示例的垂直截面图；图8示出了根据图7所示的电压钳位元件的一个示例的水平截面图；图9A和图9B示出了集成有图1所示类型的开关电路的模块的一个示例；图10示出了集成有图6所示类型的开关电路的模块的一个示例；图11示出了包括几个开关电路的电子电路的一个示例；以及图12示出了集成有若干开关电路的模块。具体实施方式在下面的详细描述中，参照了附图。附图形成说明书的一部分，并且出于说明的目的，示出了可以如何使用和实现本专利技术的示例。应该理解的是，除非另外特别指出，否则本文描述的各种实施方式的特征可以彼此组合。图1示出了根据一个示例的具有开关电路的电子电路。开关电路包括半桥和钳位元件2。半桥包括：第一电子开关11，其在下文中被称为高侧开关；第二电子开关12，其在下文中被称为低侧开关；以及钳位元件2。高侧开关11和低侧开关12中的每个包括控制节点111、112以及第一负载节点121、122与第二负载节点131、132之间的负载路径。高侧开关11和低侧开关12的负载路径串联连接。与高侧开关11的负载路径121-131和低侧开关12的负载路径122-132相连接的电路节点形成半桥的输出端OUT。高侧开关11被配置成在控制节点111处接收第一驱动信号SDRV1，并且其低侧开关12被配置成在其控制节点112处接收第二驱动信号SDRV2。这些第一驱动信号SDRV1和第二驱动信号SDRV2中的每个被配置成接通或关断相应的开关11、12。生成这些第一驱动信号SDRV1和第二驱动信号SDRV2的驱动电路未在图1中示出。参照下面的图4说明驱动电路的一个示例。钳位元件2与半桥并联连接。更具体地，钳位元件2与串联电路并联连接，该串联电路包括高侧开关11的负载路径121-131和低侧开关12的负载路径122-132。此外，半桥11、12耦接至电子电路的输入。输入包括第一输入节点IN1和第二输入节点IN2并且被配置成接收输入电压VIN。可选地，电容器50连接在第一输入节点IN1与第二输入节点IN2之间。该电容器50在下文中称为输入电容器，但也可称为DC链路电容器。根据一个示例，电压钳位元件2与半桥并联连接，使得连接半桥的高侧开关11和低侧开关12的导体以及将电压钳位元件2与半桥相连接的导体的总寄生电感小于20毫微亨(nH)、小于10nH、或甚至小于5nH。该总寄生电感在下文中称为第一寄生电感，并且由图1中所示的电路图中的电感LP3表示。通过图1所示的电路图中的连接线示意性地示出了将高侧开关11与低侧开关12相连接并且将电压钳位元件2与半桥相连接的导体。根据一个示例，并且如图1所示，这些导体包括：第一导体31，其连接电压钳位元件2与第一电子开关11的第一负载节点121；第二导体32，其连接电压钳位元件2与低侧开关12的第二负载节点132；以及第三导体33，其连接高侧开关11的第二负载节点131和低侧开关12的第一负载节点122。该组导体31至33在下文中称为第一组导体。在图1所示的电路图中，第一组导体31至33由连接线示意性地示出。在电子电路的实施方式中，这些导体31至33中的每个可以包括以下中的至少一个：接合线；半导体芯片上的接触焊盘；印刷电路板上的迹线；扁平导体；或绝缘基板上的金属化部。此外，可以使用任何类型的导电材料来实现这些导体31至33。导电材料的示例包括但不限于铝(Al)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)和由这些元素形成的任何合金。下面进一步说明可以如何实现这些导体31至33的示例。在电子电路的实施方式中，通过将钳位元件2物理地布置成靠近半桥11、12以便具有短导体31至33，可以获得小于20nH的第一寄生电感，因此，具有小于20nH的低的第一寄生电感LP3。在图1中，LP4表示第二组导体的总寄生电感，该第二组导体将输入IN1、IN2或输入电容器50与开关电路特别是与电压钳位元件2连接。该总电感在下文中称为第二寄生电感。参照图1，第二组导体包括将第一输入节点IN1与电压钳位元件2连接的第四导体41，以及将第二输入节点IN2与电压钳位元件2连接的第五导体42。关于第二组的这些导体41至42的实施方式，以上关于第一组导体31至33所述的所有内容都等效地应用。根据一个示例，具有半桥11、12和钳位元件2的开关电路被连接到输入IN1、IN2或输入电容器50，使得第二寄生电感LP4大于第一寄生电感LP3。根据一个示例，第二寄生电感LP4与第一寄生电感LP3之间的比率LP4/LP3大于5、大于10或大于20。图2示出了说明在开关电路中的电压钳位元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有至少一个开关电路的电子电路，其中，所述至少一个开关电路包括电压钳位元件、以及具有高侧开关和低侧开关的半桥，其中所述高侧开关和所述低侧开关分别包括控制节点和负载路径，其中，所述高侧开关和所述低侧开关的负载路径串联连接，并且其中，所述电压钳位元件与所述半桥并联连接，使得连接所述高侧开关和所述低侧开关以及将所述电压钳位元件与所述半桥连接的第一导体的第一总电感小于20nH。

【技术特征摘要】
2017.08.07 DE 102017117888.01.一种具有至少一个开关电路的电子电路，其中，所述至少一个开关电路包括电压钳位元件、以及具有高侧开关和低侧开关的半桥，其中所述高侧开关和所述低侧开关分别包括控制节点和负载路径，其中，所述高侧开关和所述低侧开关的负载路径串联连接，并且其中，所述电压钳位元件与所述半桥并联连接，使得连接所述高侧开关和所述低侧开关以及将所述电压钳位元件与所述半桥连接的第一导体的第一总电感小于20nH。2.根据权利要求1所述的电子电路，其中所述第一总电感小于10nH或小于5nH。3.根据权利要求1或2所述的电子电路，还包括：与所述电压钳位元件并联连接的输入电容器。4.根据权利要求3所述的电子电路，其中，所述输入电容器与所述电压钳位元件并联连接，使得将所述输入电容器与所述电压钳位元件连接的第二导体的第二总电感大于所述第一总电感。5.根据权利要求4所述的电子电路，其中，所述第二总电感与所述第一总电感之比大于5，大于10或大于20。6.根据前述权利要求中的任一项所述的电子电路，其中，所述高侧开关和所述低侧开关中的至少一个包括选自组中的至少一个开关元件，所述组包括：IGBT；MOSFET；JFET；以及HEMT。7.根据前述权利要求中的任一项所述的电子电路，其中，所述第一导体包括选自组中的至少一个导电元件，所述组包括：接合线；半导体芯片上的接触焊盘；印刷电路板上的迹线；扁平导体；和绝缘基板上的金属化部。8.根据前述权利要求中的任一项所述的电子电路，还包括：与所述电压钳位元件串联连接的整流器元件。9.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：扬·富尔曼，托马斯·贝斯勒，汉斯京特·埃克尔，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT