用于功率半导体开关的有源钳位电路制造技术

一种钳位电路（１０），用于以基准电位（ＧＮＤ）为参考的功率半导体开关（２）的开关输入端（８），包括能够与开关输入端（８）相连的节点（１６），以及从所述节点（１６）引至基准电位（ＧＮＤ）的、包括激活输入端（１２）电阻元件（１１），所述电阻元件在非激活状态下具有第一电阻值（Ｒ↓［ＧＥ１］），而在激活状态下具有较高的第二电阻值（Ｒ↓［ＧＥ２］）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种有源钳位电路，可用于以基准电位为参考的功率半#开 关的开关输^V端。
技术介绍
功率半#开关(例如igbt )可用于大电压和大电流的通断控制。通过 ^口在功率半导体开关的开关输入端上的控制信号来操控功率半^开关扭軒适当的开关动作。由一个驱动电路(简称为驱动器)生成该控制信号。如果 驱动电路的控制信号^t,例如当没有电能供应给驱动电路时，则功率半*开关的开关状态就有可能变得无法确定，u不希m生的情况。无法确定确^L指无法确定IGBT究竟是导通还是断开，或者是^#在当 前的开关状态。例如当与IGBT的栅拟目连的开关输入端通过功率半*开 关的寄生电容(在IGBT的情况下例如为集电极和栅极之间的米勒电容)纟M^ 电时，IGBT会n意外的通断动作。例如，当IGBT的集电^Lh的电a^卜 部电压源作用下随时间变化时，就会J^jl这种充电现象。例如，在如整流器电 路中对中间回路电压进行开关辦的并联IGBT就可能会引^il种情况。在^f可情况下均应当i^出^ii种'Jf^。已知通过一个欧姆电iaii者保护 电阻将开关输入端与半导体开关的基准电位(例如地线)相连，就可moL出现 意外通断动作。功率半#开关的开关输入端的这种保护电游^^皮称作无源钳 位电路。钳位电路的电阻不可过大，从而即使当IGBT的集电极与发#^1之 间的电压波动dU/dt很大时，也能阻止IGBT导通。这种^^电路的铁存、在于，若电阻值较小，则在IGBT正常工作状态下由 该电阻所引起的功^J员耗就会增大。a常工作状态下，开关输入端Ji4斜目 对于基准电位的电压，作用于保护电阻上就会产生电流，从而产生功率损耗。因 此只育M財居应用情况，以^ 经济的方式^f錄电阻的阻值减'J、到一定的程度。
技术实现思路
本专利技术的任务在于，##一种可用于功率半导体开关的开关输入端的^ 型钳位电路。该任务通过一种用于半#开关的开关输入端的有源钳位电路来解决，其 中开关输入端参照M电位。这种类型的基准电&通常就是接地。有源钳位 电M有可与开关输入端相连的节点，并且具有从该节点《I JJJ^电位的电阻元件。iH^卜，该钳位电路还具有激活输入端。通过该激活输人端控制钳位电 路iiA^t活状态或者非激活状态，因此是一种有源电路。电PJL^L件在^JL活状态下具有第一电阻值。电阻元件在激活状态下具有大于所述第一电阻值的第二 电阻值。例如当钳位电路无电流^it时，f狄于非激活状态，与基准电位之间呈低 阻抗。通常在半#开关正常工作时进行激活，即由驱动电i^^^"^Hf关信 号，使#^位电路在开关输入端和絲电位之间切紗高阻抗。这样的好处在于，当处在非激活状态时，半徘开关的开关输入端与絲 电位之间为低阻抗，从而保证半"H^开关具有可靠、持久的开关状态。在半导 体开关工作时，可以##位电路切换为高阻抗，以便减小从开关输入端流向基 准电位的电流，进而明显减少功^^员耗。所述电阻元件可以具有一个连接在所述节点上且引至基准电位的欧姆电 阻，其阻錄第二电阻值的范围之内。这^^位电路附带地包括一^H十对该电 阻的旁路电路，当电PJJL件处在非激活状态时该旁路电3^通，而当电pil^t件 財激活状态时，则旁路电i^皮截止。在激活状态下，即当旁路电5^皮截止时， ^(5^斤^:姆电阻构成所述节点与基准电位之间的连接。钳位电#而还具有第 二电阻值。在非激活状态下，旁路电財通，从而抑制第一电阻，并ilit过其 自身的固有电阻在节点和基准电位之间形威辰低的第一电阻值。旁路电路可以包括至少一个第一晶体管，其集电;fe^接到所述节点，其基 M'j连接到所述电阻背向所述节点的一端。该晶体管的发4W引^J^电位。 这样，旁路电路包括一个^J斤迷电l2^者第一晶体管的l^l引^J^电位的开 关。通絲用晶体管和开关来形成钳位电路，当开关输入端空载时，该钳位电 ^基准电位之间呈低阻抗，可以通过闭^f关输入端和基准电位之间的开关而切M高阻抗。如果开关已断开，当通过晶体管的自身通断特性经由其集电 才脉发射极将相对于絲电位的电压或负M^到开关输入端上时，就会与基准电位之间形成具有第一电阻值的低阻^i^接。而与jH^目反，当开关闭合时， 晶体管的^ Ut于基准电位，晶体管截止，来自开关输入端的电流只能流经电 阻。电阻&匕时变成高阻抗，也i^l:在第二电阻值的范围内。开关可以包括一个第二晶体管。该开关同样也可以设计成半*形式，可 舰^J^A^l器件，从而使整^#位电路为纯电子形式。第一晶体管也可以是i^木顿晶体管类型的，晶体管的一部分。这样在钳 位电路中就有多个第一晶体管，它们可根据开关的开关状态在开关输入端和基 准电位之间形成低阻M高阻抗的连接。*顿晶体管类型的晶体管结构具有 非常高的增益，从而可以选择比较大的电阻(即保护电阻)，使得正常工作过 程中的功^l员耗比较小。在这种情况下，鄉晶体管中的^"-个晶体管均可分酉沐相应的开关，其 中所有开关均同步通断。^it种情况下，这些开关自身当然也包含晶体管。可以给所述电阻并联一个电容，该电容^^加速电容的作用，当开关输入端上的电压快速变化时，就会放大WuA^斤述一个或多个第一晶体管的錄中的电流。可以通过一个js^i管将所述节点与输入端相连。^ii常情况下，当存^f目 对于 电位的正向导通电压时，该^1管就会#^位电路与开关输入端断开， 使得当功率半*开关断开时，尤其是当IGBT断开时，在第一晶体管的狄 上就不会有负电压(相对于M电压的负电压)。附图说明关于本专利技术的进一步描述，可参考附图所示的实施例。相关附图均为示意 原理图图l 一种本专利技术所述钳位电路的原理图，图2钳位电路的一种实施方式，包括两个简单的晶体管，图3钳位电路的一种实施方式，包^i^顿电路和双重晶体管驱动。M实施方式图1示出了作为半#开关的IGBT 2，它由一个驱动电路4控制絲通 和断开。为此，驱动电路4具有一个连接到IGBT2的输入端8的输出端6。 除jtb^卜，在输入端8 Jiia^接了一个有源的钳位电路10,该钳位电路引至 赋GND，该赋同才ft^^示IGBT2的J^偉电位。通过^T入端8参考所 ^41^电位使^#位电*通或断开。在IGBT 2上绘出了其位于栅极G和集电极C之间的寄生米勒电容 CM。当驱动电路4絲活时，例如没有给絲电，或者無出端6为高阻抗， 则驱动电路就不会对输入端8产生驱动作用。;綠米勒电容CM的电流因jt讲 对栅极G或者输入端8进行充电，如^^殳有钳位电路10来将栅极G上的这 种电荷A/J^ GND传导走，则有可能导致IGBT2的意外通断动作。钳位电路10包括一个电PiLiL件11,并且具有可通it^L活输入端12进行 切换的两个工作状态。在非激活状态下，钳位电路10或电阻元件11具有低 阻抗的第一欧姆电阻Rgep使得聚集^t极G上的电荷能够由;hk^ GND导 出。而当驱动电路4激活时，也M当其^i"极G上产生电位时，在输入端8 和# GND之间的电位差作用下，将有很高的电流经过低阻抗电阻RgE1。因 jth4十对这种情况，可通微活输入端12激活钳位电路10，也^_使##位电 路或者电阻元件11的欧姆电阻Rge2^^増大。从栅极G经过钳位电路10 流向員GND的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钳位电路（１０），用于以基准电位（ＧＮＤ）为参考的功率半导体开关（２）的开关输入端（８），包括能够与开关输入端（８）相连的节点（１６），以及从所述节点（１６）引至基准电位（ＧＮＤ）的、具有激活输入端（１２）的电阻元件（１１），所述电阻元件在非激活状态下具有第一电阻值（Ｒ↓［ＧＥ１］），而在激活状态下具有比第一电阻值更高的第二电阻值（Ｒ↓［ＧＥ２］）。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：A米尔霍夫尔，G柯尼希斯曼，M霍夫梅尔，D奥伯恩奥德，
申请(专利权)人：塞米克朗电子有限及两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]