电力变换器的电路、车辆用电力变换器和车辆制造技术

用于电力变换器（33）的电路布置（1），该电路布置（1）包括：第一连接器（4），该第一连接器（4）可连接至或者连接至DC电压源（2）的极（5、6）；第二连接器（7），该第二连接器（7）可连接至或者连接至DC电压源（2）的相反极（5、6）；以及开关元件（9），该开关元件（9）具有连接至第一连接器（4）的漏极端子（10）、连接至或者可连接至负载（3）的源极端子（11）、以及栅极端子（12），并且开关元件（9）由具有体二极管（14）的至少一个绝缘栅场效应晶体管（13）实现，其特征在于：二极管（15）在与体二极管（14）的从源极端子（11）至漏极端子（10）的方向相对应的方向上从第二端子（7）连接至栅极端子（12）。

Power Converter Circuit, Vehicle Power Converter and Vehicle

【技术实现步骤摘要】
电力变换器的电路、车辆用电力变换器和车辆
本专利技术涉及一种用于电力变换器的电路布置，该电路布置包括：第一连接器，该第一连接器可连接至或者连接至DC电压源的极；第二连接器，该第二连接器可连接至或者连接至DC电压源的相反极；以及开关元件，该开关元件具有连接至第一连接器的漏极端子、连接至或者可连接至负载的源极端子、以及栅极端子，并且开关元件由具有体二极管的至少一个绝缘栅场效应晶体管实现。此外，本专利技术还涉及一种用于车辆的电力变换器以及一种车辆。
技术介绍
包括由绝缘栅场效应晶体管（IGFET）实现的开关元件的电路布置通常用于将连接至源极端子的负载连接至DC电压源并且使取决于被施加至栅极端子的电压来使该负载从DC电压源上断开连接。因此，DC电压源连接至第二布置的第一连接器和第二连接器。然而，如果DC电压源用错误极性连接至连接器，则即使在电压为零的情况下晶体管也可以将负载连接至DC电压源，这是因为晶体管的体二极管处于正向操作中。这可能会引起短路并且可能由于体二极管的负温度系数而导致对开关元件的损坏。为了避免在DC电压源上的错误极性的情况下造成对开关元件的损坏，已经提出使用绝缘栅双极型晶体管（IGBT）来代替IGFET（绝缘栅场效应晶体管）。然而，对于一些应用，IGFET的使用由于有用性质而是优选的。可替代地，当DC电压源用错误极性进行连接时，处于相反方向上的二极管可能被圈进短路的路径中。当DC电压源用正确极性进行连接时，该方案受到在二极管上的电压降的影响。此外，已经提出了瞬态电压抑制二极管与熔线一起的使用。然而，在DC电压源已经用错误极性进行连接之后需要更换熔线。最后，已知的是有源极性保护装置，其受到需要外部电源供应器的影响。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种具有改进极性保护的电路布置。上述目的是通过如开头描述的电路布置来解决，该电路布置包括在与体二极管从源极端子连接至漏极端子的方向相对应的方向上从第二端子连接至栅极端子的二极管。本专利技术是基于如下考虑因素：将电路布置配置为使得在DC电压源用错误极性连接至第一连接器和第二连接器的情况下，经由处于正向方向上的二极管将由DC电压源供应的电压施加至栅极端子。通过将电压施加至栅极端子，处于相反模式中的晶体管的操作特点不与作为晶体管的正在传导的沟道的体二极管的操作特点相对应。在其中，相比于与处于正向方向上的体二极管相对应的操作特点，开关元件的功率损失显著地减小。有利地，当DC电压源用错误极性进行连接时，有效地防止了由IGFET实现的开关元件受到损坏。尤其，根据本专利技术的电路布置不需要外部电源供应器，而是完全无源地进行工作。此外，避免了熔线和在与开关元件和负载串联连接的二极管上的电压降。如果晶体管具有n沟道，则体二极管处于从源极端子至漏极端子的正向方向上。于是，二极管在正向方向上从第二连接器连接至栅极端子。优选地，连接至或者可连接至第一连接器的DC电源的极是正极并且/或者DC电源的相反极是负极。开关元件可以作为高侧开关相互连接。如果晶体管具有p沟道，则体二极管处于从源极端子至漏极端子的相反方向上。于是，二极管在相反方向上从第二连接器连接至栅极端子。优选地，连接至或者可连接至第一连接器的DC电源的极是负极并且/或者DC电源的相反极是正极。开关元件可以作为低侧开关相互连接。通常，晶体管是金属绝缘体半导体场效应晶体管（MISFET），尤其是金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。开关元件的端子的命名与形成开关元件的端子的相应晶体管端子的命名相对应。电路布置可以包括第三连接器，负载连接至或者可连接至该第三连接器。尤其，第三连接器和源极端子具有共同电位，并且/或者二极管和栅极端子具有共同电位，并且/或者第一连接器和漏极端子具有共同电位。优选的是使二极管具有显著较低的正向电压。因此，二极管可以是肖特基二极管或者锗二极管。此外，根据本专利技术的电路布置的开关元件可以是由至少一个又一绝缘栅场效应晶体管实现，其中，晶体管并联地连接。这意味着晶体管端子各自与开关元件的同等命名端子具有共同电位。使用多个晶体管允许开关元件传导更高的电流。当使DC电源用错误极性连接至常规电路布置（具有并联地连接的多个绝缘栅场效应晶体管）时，由于随机生产公差，所以只有一个晶体管在体二极管的操作特点下进行操作直到该晶体管被损坏。其后，其它晶体管将像瀑布一样连续被损坏。有利地，电路布置允许均衡平行电流通过晶体管。此外，根据本专利技术的电路布置可以包括连接在二极管的栅极侧端子与源极端子之间的电容器。当DC电压源用错误极性连接至第一端子和第二端子时，电容器被加载并且有利地缓冲由DC电压源供应的电压。电路布置可以进一步包括第二二极管，该第二二极管在与体二极管的方向相对应的方向上从第一二极管和电容器连接至栅极端子。第一二极管、第二二极管和电容器可以具有共同电位。有利地，当DC电压源用正确极性进行连接时，第二二极管避免电容器并联地连接至晶体管的栅电容。第二二极管可以是肖特基二极管或者锗二极管。为了允许栅电容的排放，优选的是使根据本专利技术的电路布置可以包括连接在栅极端子与源极端子之间的放电电阻器。放电电阻器可以与栅极端子具有共同电位并且/或者与源极端子具有共同电位并且/或者与未连接至第一二极管的电容器的端子具有共同电位。优选地，作为放电电阻器的电阻与电容器的电容的乘积的时间常数被选择为使得开关元件的栅源电压高于开关元件的阈值电压长达预定时间跨度。注意，开关元件可以在该时间跨度之后保持导通，这是因为其栅极端子仍受到用错误极性连接的DC电压源的控制。此外，根据本专利技术的第二布置可以包括又一连接器，该又一连接器连接至栅极端子并且配置为当在正向模式中操作时获取控制电压以转换开关元件。又一连接器可以被命名为第四连接器。此外，本专利技术涉及一种用于车辆的电力变换器，该电力变换器包括根据本专利技术的电路布置，其中，负载是电力变换器的动力单元。电力变换器优选地是DC/DC变换器。此外，本专利技术涉及一种车辆，该车辆包括电力系统、DC电压源以及根据本专利技术的电力变换器，电力变换器配置为给电力系统供应电压。电力变换器和/或车辆可以包括控制单元，该控制单元连接至第四连接器并且配置为给栅极端子提供控制电压以使DC电压源连接至动力单元并且使DC电压源从动力单元上断开连接。参照专利技术性变换器进行的所有陈述均类似地应用于专利技术性电机和专利技术性车辆，因此也可以实现专利技术性变换器的上述优点。附图简介在下文公开了本专利技术的其它细节和优点，其中，对示意性附图进行参照，在附图中：图1是根据本专利技术的电路布置的第一实施例的简图；图2是在图1电路布置的电压随着时间的进展的简图；图3是根据本专利技术的电路布置的第二实施例的简图；图4是在图3电路布置的电压随着时间的进展的简图；图5是根据本专利技术的电路布置的第三实施例的开关元件的简图；图6是根据本专利技术的电路布置的第四实施例的框图；图7是根据本专利技术的电力变换器的实施例的框图；图8是根据本专利技术的车辆的实施例的框图。具体实施方式图1是电路布置1、DC电压源2和由DC电压源2供电的负载3的第一实施例的简图。在图1中，从DC电压源2传出的实线表示用正确极性与电路布置1的连接，并且对应的虚线表示用错误极性与电路布置1的连接。电路布置1包括第一连接器4，第一连接器4在正本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于电力变换器的电路布置，所述电路布置（1）包括：第一连接器（4），所述第一连接器（4）能够连接至或者连接至DC电压源（2）的一极（5、6），第二连接器（7），所述第二连接器（7）能够连接至或者连接至所述DC电压源（2）的相反极（5、6），以及开关元件（9），所述开关元件（9）具有：（i）连接至所述第一连接器（4）的漏极端子（10），（ii）连接至或者能够连接至负载（3）的源极端子（11），以及（iii）栅极端子（12），并且所述开关元件（9）由至少一个具有一个体二极管（14）的绝缘栅场效应晶体管（13）实现，其特征在于一个二极管（15），在与所述体二极管（14）的从所述源极端子（11）至所述漏极端子（10）的方向相对应的方向上从所述第二端子（7）连接至所述栅极端子（12）。

【技术特征摘要】
2017.11.10 EP EP17201084.51.用于电力变换器的电路布置，所述电路布置（1）包括：第一连接器（4），所述第一连接器（4）能够连接至或者连接至DC电压源（2）的一极（5、6），第二连接器（7），所述第二连接器（7）能够连接至或者连接至所述DC电压源（2）的相反极（5、6），以及开关元件（9），所述开关元件（9）具有：（i）连接至所述第一连接器（4）的漏极端子（10），（ii）连接至或者能够连接至负载（3）的源极端子（11），以及（iii）栅极端子（12），并且所述开关元件（9）由至少一个具有一个体二极管（14）的绝缘栅场效应晶体管（13）实现，其特征在于一个二极管（15），在与所述体二极管（14）的从所述源极端子（11）至所述漏极端子（10）的方向相对应的方向上从所述第二端子（7）连接至所述栅极端子（12）。2.根据权利要求1所述的电路布置，其特征在于：所述二极管（15）是肖特基二极管或者锗二极管。3.根据权利要求1或者权利要求2所述的电路布置，其特征在于：所述开关元件（9）是由至少一个另外的绝缘栅场效应晶体管（13）实现，其中，所述晶体管（13）并联地连接。4.根据前述权利要求中任一项所述的电路布置，其特征在于：其包括连接在所述二极管（15）的栅极侧端子与所述源极端子（11）之间的电容器（2...

【专利技术属性】
技术研发人员：马蒂亚斯·鲍曼，
申请(专利权)人：法雷奥西门子新能源汽车德国有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE