金属氧化物半导体场效应晶体管的驱控制造技术

本发明专利技术涉及一种用于驱控MOSFET(1)、特别是基于具有宽的带隙的半导体的MOSFET(1)的方法和驱控装置(3)。根据本发明专利技术，监控MOSFET(1)的体二极管(2)是否是电导通的。当体二极管(2)是电导通的时，接通MOSFET(1)，并且当体二极管(2)是电阻断的时，根据驱控信号(S1)驱控MOSFET(1)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属氧化物半导体场效应晶体管的驱控
本专利技术涉及一种用于驱控金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET＝金属氧化物半导体场效应晶体管)、特别是基于具有宽的带隙(宽带隙半导体)的半导体的MOSFET的方法和驱控装置。
技术介绍
MOSFET是反向导通的，并且在基极和漏极之间具有pn结，在基极和漏极电连接时，pn结作为本征二极管，该本征二极管被称为MOSFET的反向二极管或体二极管。如果MOSFET断开，则反向电流流过体二极管。由于体二极管具有高电阻，在此产生高损耗。当在故障的情况中，变流器的所有MOSFET断开，并且反向电流从与变流器连接的供电网或与变流器连接的负载流过变流器的MOSFET的体二极管时，这种类型的重大的损耗尤其出现在以MOSFET技术实施的变流器中。目前，在特定的变流器、例如在牵引变流器中使用越来越多的MOSFET，该MOSFET基于具有宽的带隙的半导体，例如基于碳化硅或氮化镓，并承受高电流负载。因此在这些变流器中尤其出现以下问题，即在错误地断开所有MOSFET时，穿过MOSFET的反向电流导致高损耗。德州仪器的文献“UCD71384-Aand6-ASingle-ChannelSynchronous-RectifierDriverWithBody-DiodeConductionSensingandReporting”(2015年5月31日，链接http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ucd7138.pdf)公开了一种具有栅极驱动器的MOSFET驱动器、用于检测体二极管导通状态的电路和用于优化接通延迟的电路。
技术实现思路
本专利技术的目的在于给出一种用于驱控MOSFET的方法和驱控装置，该方法和驱控装置在减少由反向电流导致的损耗方面得到改进。根据本专利技术，该目的通过具有权利要求1的特征的方法和具有权利要求9的特征的驱控装置实现。本专利技术的有利的设计方案是从属权利要求的主题。根据本专利技术的方法涉及MOSFET，特别是基于具有宽的带隙的半导体的MOSFET的驱控，MOSFET有漏极端子、源极端子、栅极端子以及体二极管，其中，MOSFET布置在具有多个MOSFET的变流器中。在此，在出现导致了变流器的所有MOSFET断开的故障情况后，监控体二极管是否是电导通的。如果体二极管是电导通的，则接通MOSFET，并且如果体二极管是电阻断的，则根据驱控信号来驱控MOSFET。因此，本专利技术提出，在出现导致了变流器的所有MOSFET断开的故障情况后，如果MOSFT的体二极管是导通的并且因此是载流的，则接通该MOSFET。通过接通MOSFET，在MOSFET的断开状态下仅流过二极管的反向电流至少部分地被引导通过在源极端子与漏极端子之间的MOSFET沟道，从而显著减少流过体二极管的反向电流以及由此导致的损耗。如果体二极管是电阻断的，通常根据驱控信号驱控MOSFET，使得MOSFET的驱控在这种情况下不变。本专利技术的一个设计方案提出，对于MOSFET的漏极端子与源极端子之间的漏极源极间电压U预先给定第一电压阈值，检测漏极源极间电压，如果漏极源极间电压低于第一电压阈值，推导出体二极管是电导通的。此外能够对于漏极源极间电压预先给定第二电压阈值，如果漏极源极间电压高于第二电压阈值，推导出体二极管是电阻断的。两个电压阈值例如是负的，并且第二电压阈值大于第一电压阈值。本专利技术的上述设计方案使用漏极源极间电压，以便识别体二极管是否是电导通的或者是否是电阻断的。对此，使用电压阈值，未达到或超过电压阈值信号通知体二极管是否是电导通或者是否是电阻断的。本专利技术的另一设计方案提出，对于在MOSFET的漏极端子与源极端子之间的体二极管流通方向流动上流动的漏极源极间电流的漏极源极间电流强度预先给定第一电流阈值，检测漏极源极间电流强度并且如果漏极源极间电流强度超过第一电流阈值，则推导出体二极管是电导通的。此外，对于漏极源极间电流强度能够预先给定第二电流阈值，第二电流阈值小于第一电流阈值，并且当漏极源极间电流强度未达到第二电流阈值时，则推导出体二极管是电阻断的。本专利技术的另一设计方案提出，检测MOSFET的漏极端子和源极端子之间流动的漏极源极间电流的方向，并且如果漏极源极间电流沿体二极管的流通方向流动，则推导出体二极管是电导通的。此外，如果漏极源极间电流沿与体二极管的流通方向相反的方向流动，则推导出体二极管是电阻断的。本专利技术的前述设计方案使用漏极源极间电流，以便识别体二极管是否是电导通的或者是否是电阻断的。对此，对于在在体二极管流通方向上的漏极源极间电流的电流强度使用电流阈值，未达到或者超过该电流阈值标志着体二极管是否是电导通的或者是否是电阻断的。例如用布置在漏极源极间电流的电流路径中的分流电阻器测量漏极源极间电流强度。替代地或附加地，检测漏极源极间电流的方向，以便识别体二极管是否是电导通的或者是否是电阻断的。漏极源极间电流的方向例如通过对触发电压脉冲进行计数或者通过触发器来确定，触发器随着触发电压脉冲改变其状态。根据本专利技术的用于执行本专利技术的方法的驱控装置包括监视单元和控制单元，该监视单元设计用于得出体二极管是否是电导通的或者是否是电阻断的，控制单元设计用于在出现导致了变流器的所有MOSFET断开的故障情况后，如果监视单元得出体二极管是电导通的，则接通MOSFET，如果体二极管是电阻断的，则根据驱控信号驱控MOSFET。根据本专利技术的驱控装置的设计方案提出，监视单元设计用于检测漏极源极间电压，并且根据漏极源极间电压得出体二极管是否是电导通的或者是否是电阻断的，和/或监视单元设计用于检测漏极源极间电流强度，并且根据漏极源极间电流强度得出体二极管是否是电导通的或者是否是电阻断的，和/或监视单元设计用于检测漏极源极间电流的方向，并且根据漏极源极间电流的方向得出体二极管是否是电导通的或者是否是电阻断的。根据本专利技术的驱控装置的另一设计方案提出，监视单元设计用于通过附加驱控信号通知控制单元体二极管是否是电导通的或者是否是电阻断的，并且控制单元具有用于根据附加驱控信号和驱控信号驱控MOSFET的端级。根据本专利技术的驱控装置的替代的设计方案提出，监视单元设计用于通过附加驱控信号通知控制单元体二极管是否是电导通的或者是否是电阻断的，并且控制单元具有在体二极管电阻断的情况下用于根据驱控信号驱控MOSFET的第一端级和在体二极管电导通的情况下用于根据附加驱控信号驱控MOSFET的第二端级。根据本专利技术的驱控装置能够实现执行根据本专利技术的方法。因此，根据本专利技术的驱控装置的优点对应上面已经提及的根据本专利技术的方法的优点，并且这里不再特别叙述。总体上，在体二极管电导通的情况下，本专利技术上仅在出现导致了变流器的所有MOSFET断开的故障情况后修改MOSFET的驱控。对此，在出现故障的情况后，当体二极管电导通时，使用驱控装置接通MOSFET，该驱控装置将通常的驱控器扩展了附加功能。除此之外，MOSFET的常规驱动器和本专利技术的普通保护方案不受影响。根据本专利技术的变流器、特别是牵引变流器具有多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于驱控MOSFET(1)的方法，所述MOSFET特别是基于具有宽的带隙的半导体的MOSFET(1)，所述方法用于驱控具有多个MOSFET(1)的变流器(19)，其中，在导致了所述变流器(19)的所有MOSFET(1)断开的故障出现之后，/n-监控：所述MOSFET(1)的体二极管(2)是否是电导通的；/n-当所述体二极管(2)是电导通的时，接通所述MOSFET(1)；并且/n-当所述体二极管(2)是电阻断的时，根据驱控信号(S1)驱控所述MOSFET(1)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180529 EP 18174802.11.一种用于驱控MOSFET(1)的方法，所述MOSFET特别是基于具有宽的带隙的半导体的MOSFET(1)，所述方法用于驱控具有多个MOSFET(1)的变流器(19)，其中，在导致了所述变流器(19)的所有MOSFET(1)断开的故障出现之后，
-监控：所述MOSFET(1)的体二极管(2)是否是电导通的；
-当所述体二极管(2)是电导通的时，接通所述MOSFET(1)；并且
-当所述体二极管(2)是电阻断的时，根据驱控信号(S1)驱控所述MOSFET(1)。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，预先给定用于所述MOSFET(1)的漏极端子(D)与源极端子(S)之间的漏极源极间电压(U)的第一电压阈值(U1)，检测所述漏极源极间电压(U)，并且当所述漏极源极间电压(U)未达到所述第一电压阈值(U1)时，推导出所述体二极管(2)是电导通的。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，预先给定用于所述漏极源极间电压(U)的第二电压阈值(U2)，并且当所述漏极源极间电压(U)超过所述第二电压阈值(U2)时，推导出所述体二极管(2)是电阻断的。


4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，两个电压阈值(U1、U2)是负的，并且所述第二电压阈值(U2)大于所述第一电压阈值(U1)。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，预先给定用于在所述MOSFET(1)的漏极端子(D)与源极端子(S)之间沿所述体二极管(2)的流通方向流动的漏极源极间电流的漏极源极间电流强度的第一电流阈值，检测所述漏极源极间电流强度，并且当所述漏极源极间电流强度超过所述第一电流阈值时，推导出所述体二极管(2)是电导通的。


6.根据权利要求5所述的方法，其中，预先给定用于所述漏极源极间电流强度的第二电流阈值，所述第二电流阈值小于所述第一电流阈值，并且当所述漏极源极间电流强度未达到所述第二电流阈值时，推导出所述体二极管(2)是电阻断的。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，检测在所述MOSFET(1)的漏极端子(D)与源极端子(S)之间流动的漏极源极间电流的方向，并且当所述漏极源极间电流沿所述体二极管(2)的流通方向流动时，推导出所述体二极管(2)是电导通的。


8.根据权利要求7所述的方法，其中，当所述漏极源极间电流沿与所述体二极管(2)的流通方向相反的方向流动时，推导出所述体二极管(2)是电阻断的。

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【专利技术属性】
技术研发人员：马克马蒂亚斯·巴克兰，于尔根·伯默尔，马丁·黑尔斯佩尔，埃伯哈德·乌尔里希·克拉夫特，贝恩德·拉斯卡，安德烈亚斯·纳格尔，斯特凡·汉斯·维尔纳·舍内沃夫，简·魏格尔，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE