驱控功率半导体器件的控制装置和驱控功率半导体器件的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于驱控功率半导体器件(1)的控制装置(2)，其中，功率半导体器件(1)具有至少两个电压受控制的功率半导体组件(V1、V2)，其是电并联的并且各自具有控制端子(3)，其中，控制装置(2)包括至少一个驱动元件(GU、GU1、GU2)，借助于驱动元件能调节在功率半导体组件(V1、V2))的控制端子(3)处的相应电压(UG1、UG2)，其中，控制装置(2)具有测量单元(5)，该测量单元设计用于检测流过功率半导体组件(V1、V2)的相应电流(IV1、IV2)，并且至少一个驱动元件设计为，根据相应电流(IV1、IV2)来设定相应的电压(UG1、UG2)的高低和/或时间变化曲线。

Control devices and methods of driving and controlling power semiconductor devices

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】驱控功率半导体器件的控制装置和驱控功率半导体器件的方法
本专利技术涉及一种用于驱控功率半导体器件的控制装置，其中，功率半导体器件具有至少两个电压受控制的功率半导体组件，它们是电并联的并且各自具有控制端子。控制装置包括至少一个驱动元件，借助于该驱动元件可设定施加在功率半导体组件的控制端子处的相应电压。此外，本专利技术涉及一种具有这种控制装置的功率半导体器件。最后，本专利技术涉及一种用于驱控功率半导体器件的方法。
技术介绍
在本文中，关注的是功率半导体器件，其可以设计为例如逆变器或整流器。这种功率半导体器件例如可用于三相电机的运行中。功率半导体器件可以包括电压受控制的功率半导体组件，其例如设计为IGBT或MOSFET。为了提高功率半导体器件的性能，在现有技术中公开了在功率半导体器件中使用多个功率半导体组件并将它们并联。为了全负荷地利用功率半导体组件而同时不会使并联的功率半导体组件过载，必要的是，在导通阶段期间流过相应的功率半导体组件的电流在功率半导体组件之间相同地分布或是对称的。此外，从现有技术中已知不同的方法，来实现并联功率半导体组件的对称化。例如，可以使用不同的阻抗来进行对称化。同样，已知并联连接的功率半导体组件的所谓的降额设计。另外，需要注意将控制装置或驱动电路和馈电线设计得尽可能对称。根据功率半导体组件的类型，还必须考虑良好的热耦合或去耦。另外，从现有技术中已知，并联的功率半导体组件的各个开关脉冲设置有彼此之间的时移。这尤其意味着一个或多个功率半导体组件比连接中的其他组件更早接通，并且因此承载更多电力。这同样适用于功率半导体器件的关断过程。为此目的，DE102011006788A1描述了一种用于设施的保护装置的电路装置，其具有带有可变电流和/或电压参数的电能源。该电路装置由至少两个并联的保险通道构成，保险通道分别包括一个电流测量装置和至少一个开关。保险通道的电阻值以如下的方式定义，即在保险通道之间对称地分配总电流。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种解决方案，该解决方案展示了如何以简单的方式更可靠地运行具有至少两个并联连接的功率半导体组件的功率半导体器件。该目的根据本专利技术通过具有相应独立权利要求的特征的控制装置、功率半导体器件和方法来实现。本专利技术的有利改进方案是从属权利要求的主题。根据本专利技术的控制装置用于驱控功率半导体器件。在此，功率半导体器件具有至少两个电压受控制的功率半导体组件，它们是电并联的并且分别具有控制端子。控制装置包括至少一个驱动元件，通过该驱动元件能设定在功率半导体器件的控制端子处的相应电压。此外，控制装置具有测量单元，该测量单元设计用于检测流过功率半导体器件的相应电流。此外，至少一个驱动元件设计用于根据相应电流来设定相应电压的大小和/或时间变化曲线。此外，至少一个驱动元件设计用于，当接通和/或断开功率半导体组件时，根据相应电流来设定施加到控制端子处的相应电压的时间变化。控制装置可以用于功率半导体器件，该功率半导体器件例如用于逆变器或整流器中。利用控制装置，可以控制功率半导体器件，其具有至少两个电并联的功率半导体组件。功率半导体组件分别具有可以被施加电压的控制端子。该控制端子也可以称为栅极或栅极端子。功率半导体组件尤其可以设计为IGBT、JFET或MOSFET。这些功率半导体组件在功率半导体器件内用作可控开关。控制装置具有至少一个驱动元件，该驱动元件与功率半导体组件的相应控制端子电连接。驱动元件也可以称为驱动器或栅极单元。使用驱动元件，可以输出电压并将其施加到功率半导体组件的相应控制端子处。根据本专利技术的一个基本方面，现在提出，控制装置具有测量单元，借助于该测量单元可以检测流过功率半导体组件的相应电流。例如，测量单元可以具有用于每个功率半导体组件的电流传感器。还可以设置有分流器或电阻器，在该分流器或电阻器处测量电压降以确定电流。因此，可以检测在导通阶段期间流过相应功率半导体器件的电流。至少一个驱动元件设计为，根据流过功率半导体组件的相应电流来设定施加到功率半导体组件的控制端子处的相应电压。在此，利用驱动元件一方面可以调节电压的高低。借助于驱动元件，还可以可变地输出高低不同的电压或不同的电压。因此可以相对自由地选择电压。特别是并未提出，电压不能仅设定为两个或三个固定值。可选择地或附加地，可以借助于驱动元件来控制电压的时间曲线。以这种方式，可以根据当前流过功率半导体组件的电流来调节相应功率半导体组件处的电压。因此，例如，可以实现流过功率半导体器件的功率半导体组件的相应电流基本相同。这允许流过功率半导体组件的电流对称化。以这种方式，可以避免功率半导体组件的过载。总之，因此可以实现功率半导体器件的可靠运行。另外，驱动器装置设计为根据相应电流来设定施加到控制端子的相应电压的时间变化。在此提出，在接通和/或断开时设定相应电压的时间变化。因此，在接通时和/或接通时可以实现动态并行化。可以为电压的变化提供不同的时间变化曲线。因此，一个功率半导体组件可以比另一个更快地导通。这也适用于功率半导体组件的关断。例如，这可以通过调节电压边沿的斜度来实现。优选地，这适用于补偿不同的漏电感。关于施加到控制端子的相应电压，可以调节电压的高低和/或时间变化曲线和/或开始时间点和/或结束时间点。优选地，至少一个驱动元件设计用于调节相应的电压，使得相应的电流基本相等。通过在功率半导体组件的控制端子处所施加的电压，可以控制功率半导体组件的电阻。在此，控制端子处的相对高的电压使得电阻低。相对低的电压确保了高电阻。以这种方式，可以相应地影响流过各个功率半导体组件的电流。以这种方式，可以防止相应功率半导体组件的过载或损坏。根据一个实施方式，至少一个驱动元件设计用于根据相应电流来设定相应的开始时间点和结束时间点，在开始时间点与结束时间点之间有电压施加在控制端子处。换句话说，并联的功率半导体组件的各个开关脉冲可以彼此偏移。因此，一个或多个功率半导体组件可以比其他功率半导体组件更早地被施加电压。这同样适用于结束时间点，从该结束时间点开始不再有电压施加到相应的控制端子处。以这种方式，可以控制功率半导体组件内的功率分布。此外，有利的是，至少一个驱动元件设计成基于在功率模块先前的运行期间所设定的电压来设定相应电压。在功率半导体器件的运行期间施加到功率半导体组件的相应电压可以存储在控制装置的相应的存储器中。这使得可以基于先前的设定来确定特定的开关特性，即电压分布、电压变化曲线，电压高低和/或开关时间点。此外，可以存储在关于电压的特定设置下流过功率半导体组件的电流。因此，可以提供一种自学习系统。在一个实施方式中，控制装置具有一个驱动元件，对于每个功率半导体组件来说，该驱动元件具有输出端和用于接收描述相应电流的测量值的至少一个输入端。根据该实施方式，控制装置具有唯一的驱动元件。在此，驱动元件的每个输出端都与功率半导体组件的控制端子连接。此外，驱动元件可以从测量装置接收描述通过功率半导体组件的相应电流的测量值。借助于驱动元件，然后可以将测量值相互比较，从而确定相应的功率半导体组件的电压。根据一个可选实施方式，控制装置对于每个功率半导体组件都具有一个驱动元件，其中，驱动元件中的每一个都具有用于功率半导体组件的输出端。在该实施方式中，每个功率半导体组件都本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于驱控功率半导体器件(1)的控制装置(2)，其中，所述功率半导体器件(1)具有至少两个电压受控制的功率半导体组件(V1、V2)，所述功率半导体组件是电并联的，并且各自具有控制端子(3)，其中，所述控制装置(2)包括至少一个驱动元件(GU、GU1、GU2)，借助于所述至少一个驱动元件能设定在所述功率半导体组件(V1、V2)的所述控制端子(3)处的相应电压(UG1、UG2)，其中，所述控制装置(2)具有测量单元(5)，所述测量单元设计用于检测流过相应的所述功率半导体组件(V1、V2)的相应电流(IV1、IV2)，并且所述至少一个驱动元件设计用于，根据所述相应电流(IV1、IV2)来设定所述相应电压(UG1、UG2)的高低和/或时间变化曲线，其特征在于，所述至少一个驱动元件(GU、GU1、GU2)设计用于，在接通和/或断开所述功率半导体组件(V1、V2)时，根据所述相应电流(IV1、IV2)来设定施加在所述控制端子(3)处的所述相应电压(UG1、UG2)的时间变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.14 EP 17156008.91.一种用于驱控功率半导体器件(1)的控制装置(2)，其中，所述功率半导体器件(1)具有至少两个电压受控制的功率半导体组件(V1、V2)，所述功率半导体组件是电并联的，并且各自具有控制端子(3)，其中，所述控制装置(2)包括至少一个驱动元件(GU、GU1、GU2)，借助于所述至少一个驱动元件能设定在所述功率半导体组件(V1、V2)的所述控制端子(3)处的相应电压(UG1、UG2)，其中，所述控制装置(2)具有测量单元(5)，所述测量单元设计用于检测流过相应的所述功率半导体组件(V1、V2)的相应电流(IV1、IV2)，并且所述至少一个驱动元件设计用于，根据所述相应电流(IV1、IV2)来设定所述相应电压(UG1、UG2)的高低和/或时间变化曲线，其特征在于，所述至少一个驱动元件(GU、GU1、GU2)设计用于，在接通和/或断开所述功率半导体组件(V1、V2)时，根据所述相应电流(IV1、IV2)来设定施加在所述控制端子(3)处的所述相应电压(UG1、UG2)的时间变化。2.根据权利要求1所述的控制装置(2)，其中，所述至少一个驱动元件(GU、GU1、GU2)设计用于设定所述相应电压(UG1、UG2)，使得所述相应电流(IV1、IV2)基本相等。3.根据权利要求1或2所述的控制装置(2)，其中，所述至少一个驱动元件(GU、GU1、GU2)设计用于根据所述相应电流(IV1、IV2)来设定相应的起始时间点(ts1、ts2)和结束时间点，在所述起始时间点与所述结束时间点之间在所述控制端子(3)上施加有电压(UG1、UG2)。4.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置(2)，其中，所述至少一个驱动元件(GU、GU1、GU2)设计用于基于在功率模块(1)的先前运行期间所设定的电压来设定所述相应电压(UG1、UG2)。5.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置(2)，其中，所述控制装置(2)具有一个驱动元件(GU)，所述一个驱动元件具有用于每个所述功率半导体组件(V1、V2)的输出端(4、4’)和用于接收描述所述相应电流(IV1、IV2)的测量值的至少一个输入端(7、7’)。6.根据权利要求1至4中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：马库斯·毛厄斯贝格尔，赖纳·索默，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE