CN104620504B - 用于操控半导体开关元件的电路装置 - Google Patents

用于操控半导体开关元件的电路装置 Download PDF

Info

Publication number
CN104620504B
CN104620504B CN201380022790.7A CN201380022790A CN104620504B CN 104620504 B CN104620504 B CN 104620504B CN 201380022790 A CN201380022790 A CN 201380022790A CN 104620504 B CN104620504 B CN 104620504B
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit device
electrode
resistor
impulse generator
thyristor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201380022790.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104620504A (zh
Inventor
M·里德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vitesco Technologies Germany GmbH
Original Assignee
Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Conti Temic Microelectronic GmbH filed Critical Conti Temic Microelectronic GmbH
Publication of CN104620504A publication Critical patent/CN104620504A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104620504B publication Critical patent/CN104620504B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/04—Modifications for accelerating switching
    • H03K17/0406—Modifications for accelerating switching in composite switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/04—Modifications for accelerating switching
    • H03K17/041—Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/0412—Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit
    • H03K17/04123—Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit in field-effect transistor switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/04—Modifications for accelerating switching
    • H03K17/041—Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/0416—Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the output circuit
    • H03K17/04163—Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the output circuit in field-effect transistor switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/06—Modifications for ensuring a fully conducting state
    • H03K17/063—Modifications for ensuring a fully conducting state in field-effect transistor switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/689—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors with galvanic isolation between the control circuit and the output circuit
    • H03K17/691—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors with galvanic isolation between the control circuit and the output circuit using transformer coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/06—Modifications for ensuring a fully conducting state
    • H03K2017/066—Maximizing the OFF-resistance instead of minimizing the ON-resistance

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)

Abstract

公开了一种用于操控具有第一电极(3)、第二电极(4)和控制电极(5)的半导体开关元件(2、2’)的电路装置(1)，其中电路装置(1)包括：‑脉冲发生器，其用于产生控制电压输入信号(7、7’)，‑偏压电容器(8)，‑第一电阻(9)，其中该第一电阻(9)和偏压电容器(8)在脉冲发生器的第一连接端子(10)与该脉冲发生器的第二连接端子(11)之间电串联，控制电极(5)与偏压电容器(8)和第一电阻(9)电连接，并且第一电极(3)与脉冲发生器和第一电阻(9)电连接，以及‑另外的电容器(17)，其与脉冲发生器、第一电阻(9)和偏压电容器(8)串联。

Description

用于操控半导体开关元件的电路装置
技术领域
本申请涉及用于操控电压控制的第一半导体开关元件的电路装置以及具有这种电路装置的桥电路和变流器。
背景技术
从DE 697 20 176 T2中已知一种供电电路，该供电电路具有电流源、功率变压器和带控制连接端子的电压控制的开关元件，所述功率变压器的次级侧与要由供电电路供给的电路装置连接。此外供电电路包括：与所述开关元件串联的LC振荡电路，其电感构成功率变压器的第一绕组；反馈绕组，其用于将相应于LC振荡电路的高频电流的反馈电压输送给开关元件的控制连接端子；以及与LC振荡电路和开关元件的串联电路并联的偏压电路，该偏压电路与反馈绕组连接，以便通过反馈绕组向控制连接端子输送偏压。另外所述供电电路具有：用于控制偏压的偏压控制电路，该偏压控制电路连接在偏压电路和LC振荡电路与开关元件的串联电路之间；和与开关元件的控制连接端子连接的电阻，其中所述偏压和反馈电压通过该电阻被输送给开关元件的控制连接端子，并且其中所述电阻被选择为将反馈电压延迟预先给定的持续时间。
发明内容
本申请的任务是，说明用于操控电压控制的第一半导体开关元件的电路装置以及具有这种电路装置的桥电路和变流器，所述电路装置以及桥电路和变流器使得能够减小用于提供经匹配的断开电压的持续时间。
该任务用独立权利要求的主题解决。有利的扩展从从属权利要求中得出。
用于操控具有第一电极、第二电极和控制电极的电压控制的第一半导体开关元件的电路装置根据本申请的一个方面具有脉冲发生器，该脉冲发生器被构造用于产生尤其是单极的控制电压输入信号以用于操控第一半导体开关元件，其中该控制电压输入信号包含用于接通第一半导体开关元件的接通电压信号和用于断开第一半导体开关元件的断开电压信号。此外所述电路装置具有偏压电容器，其中该偏压电容器与脉冲发生器电连接或电耦合，使得借助该偏压电容器能够改变可施加到控制电极上的断开电压信号的幅度。另外所述电路装置具有第一电阻。该第一电阻和偏压电容器在脉冲发生器的第一连接端子和该脉冲发生器的第二连接端子之间的电路径中电串联。控制电极与偏压电容器的第一连接端子和第一电阻的第一连接端子电连接。另外第一电极与脉冲发生器的第二连接端子和第一电阻的第二连接端子电连接。所述电路装置还具有另外的电容器，其在脉冲发生器的第一连接端子和该脉冲发生器的第二连接端子之间的线路路径中与第一电阻和偏压电容器电串联。
在此，在这里和在下面应将脉冲发生器的第一连接端子和该脉冲发生器的第二连接端子理解为，该第一连接端子和该第二连接端子与脉冲发生器电连接或电耦合并且由此处于与该脉冲发生器的有效连接中，然而不需要在此通过线路路径与该脉冲发生器连接。另外应将第一电阻在这里和在下面理解为无源的电器件而不是物理量。
根据所述实施方式的电路装置使得能够缩短用于提供可变的或经匹配的断开电压的持续时间。在此可以借助于将控制电压输入信号与偏压电容器的充电电压重叠来改变可施加到控制电极上的断开电压信号的幅度。偏压电容器的充电在接通电路装置或在接通包含该电路装置的器件的情况下逐步地通过用于对控制电极充电的能量来发生。该过程通常持续几毫秒，在此期间第一半导体开关元件与随后的持续运行相比能够较慢地断开。借助所示的实施方式使得能够有利地对提供经匹配的断开电压进行加速。这尤其是通过提供第一电阻进行。在此从这样的考虑出发，即偏压电容器的充电依赖于电路装置在每一次接通过程中向第一半导体开关元件的控制电极所输出的能量。由此偏压电容器的充电通过如下方式被加速，即在电路装置的输出端上连接附加的负载。这在所示实施方式中通过第一电阻进行，所述第一电阻设置在第一半导体开关元件的控制电极和第一电极之间。用于整个电路装置的成本在此有利地没有明显提高。
在上述实施方式中，第一电阻和偏压电容器由此在第一电极和控制电极之间的线路路径中互相电并联设置。
在所述电路装置的一种优选的实施方式中，能施加到控制电极上的断开电压信号的幅度能够借助偏压电容器改变为，使得断开电压信号具有与接通电压信号相反的极性。由此能够减小第一半导体开关元件的易受干扰性。
在一种优选的实施方式中，所述电路装置还具有第一二极管，其中该第一二极管在脉冲发生器的第一连接端子和该脉冲发生器的第二连接端子之间的电路径中与第一电阻和偏压电容器电串联。在此，第一二极管优选从由肖特基二极管和双极二极管组成的组中选择。另外，第一电阻和第一二极管可以在电路装置中单片式集成。
在另一种优选的实施方式中，偏压电容器具有第一电容C1并且电容器具有第三电容C3，其中第一电容C1基本上对应于第三电容C3。在此优选成立：C1＝C3。
借助所述实施方式以尽可能小的程度改变电路装置的另外的开关行为，也就是说除了加速提供经匹配的断开电压以外的开关行为。尤其是使得能够在起振之后第一电阻形式的附加负载尽可能不加重所述电路装置的负荷。这借助于提供电容器和第一二极管进行，所述电容器和第一二极管与第一电阻串联。由此第一电阻仅在电容器尚未充电时对电路装置加负荷。
第一半导体开关元件尤其是可以构造为MOSFET。在该构型中，第一电极构成MOSFET的源极，第二电极构成MOSFET的漏极，并且控制电极构成MOSFET的栅极。第一半导体开关元件尤其是可以构造为常断的n沟道MOSFET。改变的断开电压信号在该构型中具有负极性，而接通电压信号具有正极性。
另外，第一半导体开关元件可以构造为IGBT。在此，第一电极构成IGBT的发射极，第二电极构成IGBT的集电极，并且控制电极构成IGBT的栅极。
在另一种优选的实施方式中，所述电路装置还具有放电电路，该放电电路构造用于控制电极的放电。该放电电路在此从脉冲发生器看与偏压电容器电并联并且具有第二电阻和第二半导体开关元件。该第二半导体开关元件尤其是可以构造为MOSFET或者双极晶体管。
在另一种优选的实施方式中，所述电路装置还具有第二二极管，其中该第二二极管与偏压电容器电并联。在该实施方式中，第一电阻在脉冲发生器的第一连接端子和该脉冲发生器的第二连接端子之间的电路径中与由该第二二极管和偏压电容器组成的并联电路电串联。借助该第二二极管能够确定用于偏压电容器的最大充电电压。为此该第二二极管优选构造为齐纳二极管。
在一种优选的实施方式中，第一电阻为100欧姆。由此能够保证，第一电阻在起振过程期间也不使电路装置短路。
本申请还涉及一种桥电路，其具有根据所述实施方式之一的电路装置。尤其是，该桥电路可以构造为半导体桥电路。
另外，本申请涉及一种变流器，尤其是涉及一种直流电压转换器，其具有根据所述实施方式之一的电路装置。
根据本申请的桥电路和变流器具有与根据本申请的电路装置相关联地已经提到的优点，这些优点在此处为避免重复不再次详述。
附图说明
现在根据附图详细阐述本申请的实施方式。
图1A示出根据本申请的第一实施方式的电路装置的电路框图；
图1B示出根据本申请的第二实施方式的电路装置的电路框图；
图2示出根据本申请的第三实施方式的电路装置的电路框图；
图3A示出根据本申请的第四实施方式的电路装置的电路框图；
图3B示出根据本申请的第五实施方式的电路装置的电路框图；
图4示出根据本申请的第六实施方式的电路装置的电路框图；
图5A示出为模拟目的的电路装置的示意性电路框图；
图5B示出为模拟目的的电路装置的示意性电路框图；
图6A和6B示出针对第一参数组的电压-时间图表；
图7A和7B示出针对第二参数组的电压-时间图表；
图8A和8B示出针对第三参数组的电压-时间图表；
图9A和9B示出针对第四参数组的电压-时间图表；
图10A和10B示出针对第五参数组的电压-时间图表；
图11A和11B示出针对第六参数组的电压-时间图表。
具体实施方式
图1A示出用于操控电压控制的半导体开关元件2和2’的电路装置1的电路框图。
半导体开关元件2和2’在所示实施方式中作为常断的n沟道MOSFET构造，并且分别具有源极形式的第一电极3、漏极形式的第二电极4和栅极形式的控制电极5。由此电路装置1在所示实施方式中构成栅极驱动电路并且第一电极3构成用于控制电极5的参考电极。半导体开关元件2和2’是半桥电路的组成部分，其中半导体开关元件2构成该半桥电路的所谓的高侧开关，而半导体开关元件2’构成该半桥电路的所谓的低侧开关。
电路装置1具有第一脉冲发生器以及第二脉冲发生器。在此，第一脉冲发生器包括第一放大器6和具有初级侧25和次级侧26的变压器24，其中第一放大器6与变压器24的初级侧25电连接。类似地第二脉冲发生器包括第二放大器6’和具有初级侧25和次级侧26的变压器24，其中第二放大器6与变压器24的初级侧25电连接。由此，第一和第二脉冲发生器具有共同的变压器24。变压器24在其方面在初级侧25上具有共同的输入线圈，该输入线圈连接在第一和第二放大器6、6’之间。在次级侧26上，变压器24分别具有输出线圈，所述输出线圈具有各一个第一电连接端子10和各一个第二电连接端子11。在此，第一脉冲发生器被构造用于产生单极的控制电压输入信号7，并且第二脉冲发生器被构造用于产生单极的控制电压输入信号7’。控制电压输入信号7和7’分别具有用于接通半导体开关元件2或2’的接通电压信号和用于断开半导体开关元件2或2’的断开电压信号，其中控制电压输入信号7和7’关于脉冲/停歇比彼此相移180°。借助可施加到相应的控制电极5上的断开电压信号，使得在半导体开关元件2或2’中不构成导电沟道，相反借助接通电压信号将控制电压施加到控制电极5上，在该控制电压情况下构成导电的沟道。用于操控半导体开关元件2和2’的另外的详情在下面详细阐述。
在变压器24的次级侧26上，电路装置1分别具有用于半导体开关元件2和2’的偏压电容器8。在此，偏压电容器8通过相应的第一连接端子10和相应的第二连接端子11与相应的脉冲发生器电连接，使得能够借助相应的偏压电容器8改变可施加到对应的半导体开关元件2或2’的控制电极5上的断开电压信号的幅度。该幅度在这里可以如此改变，使得能够提供负的断开电压信号，该负的断开电压信号由此相对于正的接通电压信号具有相反的极性。
另外，电路装置1在变压器24的次级侧26上分别具有用于半导体开关元件2和2’的第一电阻9。此外电路装置1在所示实施方式中分别具有用于半导体开关元件2和2’的第二二极管21，其中所述第二二极管21与相应的偏压电容器8电并联。由此第一电阻9在所示实施方式中在对应的脉冲发生器的第一连接端子10和第二连接端子11之间的电路径中与由第二二极管21和偏压电容器8组成的并联电路串联。第二二极管21例如构造为齐纳二极管。由此借助第二二极管21能够确定偏压电容器8的最大充电电压。相应的半导体开关元件2或2’的控制电极5与对应的偏压电容器8的第一连接端子12和对应的第一电阻9的第一连接端子13电连接。另外相应的半导体开关元件2或2’的第一电极3与对于的偏压电容器8的第二连接端子14和对应的第一电阻9的第二连接端子15电连接。由此第一电阻9和由第二二极管21和偏压电容器8组成的并联电路在第一电极3和控制电极5之间的线路路径中互相电并联地设置并且与第一电极3和控制电极5电连接。
在所示实施方式中，电路装置1另外具有第一二极管16以及电容器17，其中第一二极管16和电容器17在对应的脉冲发生器的第一连接端子10和第二连接端子11之间的电路径中与第一电阻9和由第二二极管21和偏压电容器8组成的并联电路电串联。第一二极管16例如从由肖特基二极管和双极二极管组成的组中选择，并且偏压电容器8典型地具有第一电容C1，该第一电容基本上对应于电容器17的第三电容C3。尤其是可以有关系C1＝C3成立。
在所示实施方式中，偏压电容器8的第一连接端子12与第一二极管16电连接，并且第一二极管16另外与第一电阻9的第一连接端子13电连接。第一电阻9的第二连接端子15另外与电容器17电连接。
借助变压器24，控制电压输入信号7和7’被传输到半导体开关元件2和2’上以用于操控半导体开关元件2或2’。相应的栅极的放电在变压器24的次级侧26上借助放电电路18进行，其中放电电路18与由相应的偏压电容器8和相应的控制电极5组成的串联电路电并联并且具有第二电阻19和第二半导体开关元件20，其中第二半导体开关元件20在所示实施方式中构成断开MOSFET。
为用负的栅极电压断开半导体开关元件2和2’，给相应的栅极信号叠加对应的偏压电容器8的充电电压。在此，在接通的情况下偏压电容器8的充电逐步地通过给相应的MOSFET栅极充电的能量来发生。在此借助所示实施例能够加速负的断开电压的准备，而不用改变电路装置1的其他的开关行为。因为偏压电容器8的充电依赖于栅极驱动器在每一次接通过程中向半导体开关元件2或2’的相应栅极所输出的能量，所以所述充电可以通过如下方式加速，即在栅极驱动器的输出端上连接附加的负载。所示实施方式通过在两个MOSFET的相应的栅极连接端子和源极连接端子之间的相对低欧姆的第一电阻9来实现这点。在此，第一电阻9的大小被确定为，使得其在起振期间也不会使电路装置1短路并且其通常为100欧姆。
因为在起振之后第一电阻9形式的附加负载应当尽可能不加重栅极驱动器的负荷，所以电容器17和第一二极管16与第一电阻9串联。由此第一电阻9仅在电容器17尚未充电时对电路装置1加负荷。
另外电路装置1在所示实施方式中具有第二电阻22，该第二电阻22与电容器17电并联并且用于电容器17的放电。另外电路装置1具有第三电阻23，该第三电阻23与由第二二极管21和偏压电容器8组成的并联电路电串联并且构成用于偏压电容器8的充电电阻。
图1B示出根据本申请的第二实施方式的电路装置1的电路框图。具有与在图1A中相同功能的部件用相同的附图标记表示并且在下面不再次阐述。
图1B中示出的第二实施方式与在图1A中示出的第一实施方式的不同在于，第一电阻9和第一二极管16在第一连接端子10与第二连接端子11之间的电路径中的设置顺序互换，也就是说偏压电容器8的第一连接端子12与第一电阻9的第一连接端子13电连接并且第一电阻9的第二连接端子15与第一二极管16电连接。另外第一二极管16与电容器17连接。
另外，第一电阻9、第一二极管16和电容器17在通过这些部件构成的串联电路中的设置顺序可以以任意的方式变换，其中第二电阻22始终与电容器17电并联。
图2示出根据本申请的第三实施方式的电路装置1的电路框图。具有与在上面的图中相同功能的部件用相同的附图标记表示并且在下面不再次阐述。
图2中示出的第三实施方式与上面的实施方式的不同在于，仅一个脉冲发生器设置在变压器24的初级侧25上，其中又示出了脉冲发生器的放大器6。由此电压幅度与上面的实施方式相比减半。相应地仅借助脉冲发生器产生控制电压输入信号7以用于操控半导体开关元件2和2’。
图3A示出根据本申请的第四实施方式的电路装置1的电路框图。具有与在上面的图中相同功能的部件用相同的附图标记表示并且在下面不再次阐述。
图3A中示出的实施方式与上面的实施方式的不同在于，电路装置1仅具有常断的n沟道MOSFET形式的半导体开关元件2。另外，所示实施方式不具有变压器。因此，脉冲发生器不与其他的部件电分离。
另外在图3A中示出的实施方式除偏压电容器8外不包含另外的电容器以及与其并联设置的第二电阻并且不包含按照上述实施方式的放电电路。
图3B示出根据本申请的第五实施方式的电路装置1的电路框图。具有与在上面的图中相同功能的部件用相同的附图标记表示并且在下面不再次阐述。
图3B中示出的实施方式与图3A中示出的实施方式的不同在于，电路装置1除了偏压电容器8还具有电容器17，其中电容器17在脉冲发生器的第一连接端子10与该脉冲发生器的第二连接端子11之间的线路路径中与第一电阻9和由第二二极管21和偏压电容器8组成的并联电路电串联。另外，电路装置1具有第二电阻22，该第二电阻22与电容器17并联。
图4示出根据本申请的第六实施方式的电路装置1的电路框图。具有与在上面的图中相同功能的部件用相同的附图标记表示并且在下面不再次阐述。
图4中示出的实施方式与在图2中示出的实施方式的不同在于，放电电路18具有双极晶体管形式的第二半导体开关元件20。
在图1A至4中示出的电路装置1的实施方式仅示出了示范性的栅极驱动器电路。在此，根据本申请的加速电路能够在每一种具有偏压电容器8的栅极驱动器中使用，所述偏压电容器8通过栅极能量被充电。
这种栅极驱动器例如在中等功率等级、也就是几百瓦到几千瓦的DC/DC转换器中使用。尤其是可以将所述电路装置1用于在太阳能技术设施中使用的DC/DC转换器。
图5A示出一种电路装置的示意性电路框图，该电路装置构成在图6A和6B中示出的模拟的基础，并且图5B示出一种电路装置的示意性电路框图，该电路装置构成在图7A到11B中示出的模拟的基础。具有与在上面的图中相同功能的部件用相同的附图标记表示并且在下面不再次阐述。
在此，图5A示出一种电路装置的示意性电路框图，该电路装置不具有根据本申请的加速电路，而图5B示出根据本申请的电路装置。
脉冲发生器在图5A和5B中仅示意性地作为电压源示出。另外要操控的MOSFET形式的半导体开关元件在图5A和5B中未详细示出。
脉冲发生器产生单极的矩形形状的控制电压输入信号，该控制电压输入信号位于零伏和18V之间，其中上升沿或下降沿分别具有100ns的上升或下降时间。脉冲持续时间为4.9μs并且周期持续时间为10μs，也就是说脉冲之间的停歇在考虑上升和下降时间的情况下为4.9μs。
在表1中针对相应的、模拟所基于的参数组列出电路装置的在图5A和5B中示出的部件的大小，其中C2是作为MOSFET构造的半导体开关元件的输入电容并且因此不表示自己的结构元件。
参数组 C1(nF) C2(nF) C3(nF) R1(Ω) R2(Ω) R3(Ω)
1 330 50 - 10 10000 -
2 330 50 330 10 10000 100
3 330 50 330 10 10000 470
4 330 50 330 10 10000 33
5 330 50 1000 10 10000 100
6 330 50 68 10 10000 100
表1
图6A和6B示出针对第一参数组的电压-时间图表。在此，图6A示出关于电压在2ms的时间区间内的时间变化曲线的概况，并且图6B示出200μs的时间区间的详细视图，其中在相应的上面的电压-时间图表中示出由脉冲发生器产生的控制电压输入信号，并且在相应的下面的电压-时间图表中示出在栅极形式的控制电极上施加的电压。
图7A和7B示出针对第二参数组的电压-时间图表，该第二参数组在此包括最优选择的参数。在此，图7A示出关于电压在2ms的时间区间内的时间变化曲线的概况，并且图7B示出200μs的时间区间的详细视图，其中在相应的上面的电压-时间图表中示出电容器的电压，在相应的中间的电压-时间图表中示出由脉冲发生器产生的控制电压输入信号，并且在相应的下面的电压-时间图表中示出栅极形式的控制电极上施加的电压。
如借助在图7A和7B中示出的图表所能看出的那样，通过设置偏压电容器8能够将能施加到控制电极上的断开电压信号的负的幅度从0V改变到-2V并且由此能够提供负的断开电压。提供该负的断开电压的持续时间在此可以通过设置第一电阻9而与在图5A中示出的电路装置的持续时间相比被有利地缩短。
图8A至11B示出了针对另外的参数组的电压-时间图表，其中又示出了关于电压在2ms的时间区间内的时间变化曲线的概况以及200μs的时间区间的详细视图。
如用图8A至11B所示那样，如果减小电阻和/或电容，则能够减小用于提供负的断开电压的持续时间。然而这导致驱动器电路的提高的负载。因此需要在所述参数之间进行权衡。

Claims (11)

1.用于操控电压控制的第一半导体开关元件（2、2’）的电路装置（1），所述电压控制的第一半导体开关元件（2、2’）具有第一电极（3）、第二电极（4）和控制电极（5），其中所述电路装置（1）具有下面的特征：
- 脉冲发生器，其构造用于产生用于操控第一半导体开关元件（2、2’）的控制电压输入信号（7、7’），其中该控制电压输入信号（7、7’）包含用于接通第一半导体开关元件的接通电压信号和用于断开第一半导体开关元件（2、2’）的断开电压信号，
- 偏压电容器（8），其中该偏压电容器（8）与脉冲发生器电连接为使得借助偏压电容器（8）能够改变能施加到控制电极（5）上的断开电压信号的幅度，
- 第一电阻（9），其中该第一电阻（9）和偏压电容器（8）在脉冲发生器的第一连接端子（10）与该脉冲发生器的第二连接端子（11）之间的电路径中电串联，并且其中控制电极（5）与偏压电容器（8）的第一连接端子（12）和第一电阻（9）的第一连接端子（13）电连接，并且其中第一电极（3）与脉冲发生器的第二连接端子（11）和第一电阻（9）的第二连接端子（15）电连接，
- 另外的电容器（17），其在脉冲发生器的第一连接端子（10）与该脉冲发生器的第二连接端子（11）之间的线路路径中与第一电阻（9）和偏压电容器（8）电串联，并且在第一压控半导体开关元件（2、2’）的第一电极（3）与控制电极（5）之间的线路路径中与第一电阻（9）电串联。
2.根据权利要求1所述的电路装置（1），其中借助偏压电容器（8）能够改变能施加到控制电极（5）上的断开电压信号的幅度，使得断开电压信号具有与接通电压信号相反的极性。
3.根据权利要求1或者权利要求2所述的电路装置（1），还具有第一二极管（16），其中该第一二极管（16）在脉冲发生器的第一连接端子（10）与该脉冲发生器的第二连接端子（11）之间的电路径中与第一电阻（9）和偏压电容器（8）电串联。
4.根据权利要求3所述的电路装置（1），其中第一电阻（9）和第一二极管（16）在电路装置（1）中单片式集成。
5.根据权利要求1或者权利要求2所述的电路装置（1），其中偏压电容器（8）具有第一电容C1并且其中所述另外的电容器（17）具有第三电容C3，其中第一电容C1对应于第三电容C3。
6.根据权利要求1或者权利要求2所述的电路装置（1），其中第一半导体开关元件（2、2’）构造为MOSFET，并且其中第一电极（3）构成MOSFET的源极，第二电极（4）构成MOSFET的漏极，并且控制电极（5）构成MOSFET的栅极。
7.根据权利要求1或者权利要求2所述的电路装置（1），其中第一半导体开关元件（2、2’）构造为IGBT，并且其中第一电极（3）构成IGBT的发射极，第二电极（4）构成IGBT的集电极，并且控制电极（5）构成栅极。
8.根据权利要求1或者权利要求2所述的电路装置（1），还具有放电电路（18），其构造用于控制电极（5）的放电，其中放电电路（18）与偏压电容器（8）电并联并且具有第二电阻（19）和第二半导体开关元件（20）。
9.根据权利要求1或者权利要求2所述的电路装置（1），还具有第二二极管（21），其中该第二二极管（21）与偏压电容器（8）电并联，并且其中第一电阻（9）在脉冲发生器的第一连接端子（10）与该脉冲发生器的第二连接端子（11）之间的电路径中与由第二二极管（21）和偏压电容器（8）组成的并联电路电串联。
10.根据权利要求9所述的电路装置（1），其中第二二极管（21）构造为齐纳二极管。
11.变流器，其具有根据上述权利要求之一所述的电路装置（1）。
CN201380022790.7A 2012-04-30 2013-04-23 用于操控半导体开关元件的电路装置 Active CN104620504B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012207155.5 2012-04-30
DE201210207155 DE102012207155B4 (de) 2012-04-30 2012-04-30 Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines Halbleiter-Schaltelements
PCT/EP2013/058371 WO2013164222A1 (de) 2012-04-30 2013-04-23 Schaltungsanordnung zum ansteuern eines halbleiter-schaltelements

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104620504A CN104620504A (zh) 2015-05-13
CN104620504B true CN104620504B (zh) 2018-06-12

Family

ID=48170483

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380022790.7A Active CN104620504B (zh) 2012-04-30 2013-04-23 用于操控半导体开关元件的电路装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9496862B2 (zh)
CN (1) CN104620504B (zh)
DE (1) DE102012207155B4 (zh)
WO (1) WO2013164222A1 (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012207155B4 (de) 2012-04-30 2013-11-21 Conti Temic Microelectronic Gmbh Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines Halbleiter-Schaltelements
WO2015016891A1 (en) * 2013-07-31 2015-02-05 Schneider Electric Solar Inverters Usa, Inc. Isolated uni-polar transistor gate drive
CN104716816A (zh) * 2013-12-17 2015-06-17 台达电子企业管理（上海）有限公司 功率转换装置、隔离驱动电路与隔离驱动方法
US9461642B1 (en) * 2015-08-26 2016-10-04 Southwest Research Institute Radiation-tolerant high-speed high-voltage pulser
US9966837B1 (en) 2016-07-08 2018-05-08 Vpt, Inc. Power converter with circuits for providing gate driving
JP6745660B2 (ja) * 2016-07-08 2020-08-26 ローム株式会社 ゲート駆動回路
KR101806731B1 (ko) * 2016-08-17 2017-12-08 현대자동차주식회사 게이트 구동 장치
US10211828B2 (en) * 2016-09-08 2019-02-19 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Driving device for insulated gate semiconductor element, and driving system for the same element
JP6985600B2 (ja) * 2018-01-25 2021-12-22 富士通株式会社 波形成形回路、半導体装置及びスイッチング電源装置
JP6863337B2 (ja) * 2018-05-30 2021-04-21 横河電機株式会社 パルス信号出力回路
CN110868073B (zh) * 2019-08-26 2021-04-13 哈尔滨工业大学 一种基于多绕组变压器耦合的串联SiC MOSFET驱动电路
DE102021214521A1 (de) 2021-12-16 2023-06-22 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Vorrichtung, Halbbrücke und Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4052623A (en) * 1976-08-10 1977-10-04 General Electric Company Isolated semiconductor gate control circuit
JP2010130786A (ja) * 2008-11-27 2010-06-10 Denso Corp パワースイッチング素子の駆動回路
CN201781466U (zh) * 2010-09-07 2011-03-30 中国电子科技集团公司第十四研究所 单脉冲变压器沿触发小型浮动板调制器
CN102044971A (zh) * 2009-10-14 2011-05-04 Smk株式会社 自激式开关电源电路
CN102227875A (zh) * 2008-11-27 2011-10-26 丰田自动车株式会社 电绝缘型开关元件驱动装置及其控制方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4441492A1 (de) * 1994-11-22 1996-05-23 Abb Research Ltd Potentialtrennende Treiberschaltung zur Ansteuerung spannungsgesteuerter Halbleiterventile
JPH0993908A (ja) * 1995-09-22 1997-04-04 Denshi Seigyo Group:Kk 半導体スイッチ駆動回路
US5786687A (en) * 1996-12-03 1998-07-28 Compaq Computer Corporation Transformer-isolated pulse drive circuit
JP3391999B2 (ja) 1996-12-24 2003-03-31 松下電工株式会社 電源回路
US6094087A (en) * 1997-07-30 2000-07-25 Lucent Technologies Inc. Gate drive circuit for isolated gate devices and method of operation thereof
DE102005029353A1 (de) * 2005-06-22 2006-12-28 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Steuerschaltung für spannungsgesteuerte Halbleiterschalter vorzugsweise in Halbbbrückenkonfiguration
JP5786281B2 (ja) * 2010-05-19 2015-09-30 サンケン電気株式会社 駆動回路
CN102315757B (zh) * 2010-07-07 2014-07-09 台达能源技术（上海）有限公司 驱动功率开关元件的驱动器
DE102012207155B4 (de) 2012-04-30 2013-11-21 Conti Temic Microelectronic Gmbh Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines Halbleiter-Schaltelements

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4052623A (en) * 1976-08-10 1977-10-04 General Electric Company Isolated semiconductor gate control circuit
JP2010130786A (ja) * 2008-11-27 2010-06-10 Denso Corp パワースイッチング素子の駆動回路
CN102227875A (zh) * 2008-11-27 2011-10-26 丰田自动车株式会社 电绝缘型开关元件驱动装置及其控制方法
CN102044971A (zh) * 2009-10-14 2011-05-04 Smk株式会社 自激式开关电源电路
CN201781466U (zh) * 2010-09-07 2011-03-30 中国电子科技集团公司第十四研究所 单脉冲变压器沿触发小型浮动板调制器

Also Published As

Publication number Publication date
CN104620504A (zh) 2015-05-13
DE102012207155A1 (de) 2013-10-31
US9496862B2 (en) 2016-11-15
WO2013164222A1 (de) 2013-11-07
DE102012207155B4 (de) 2013-11-21
US20150124507A1 (en) 2015-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104620504B (zh) 用于操控半导体开关元件的电路装置
US10340906B2 (en) Integrated bootstrap high-voltage driver chip and technological structure thereof
US9590617B2 (en) Semiconductor device, and inverter, converter and power conversion device employing the same
JP2007505596A5 (zh)
CN105934818A (zh) 用于驱动高侧功率晶体管的集成高侧栅极驱动器结构和电路
CN102769379A (zh) 一种绝缘硅工艺上的正负压产生电路
CN105706366B (zh) 栅极驱动电路以及使用该栅极驱动电路的电力变换装置
EP3284173A1 (en) Paralleling power switches using a differential mode choke in the gate drive loop
JP6337615B2 (ja) Ｒｃ−ｉｇｂｔ駆動回路
CN105048855A (zh) 一种脉宽和输出阻抗可调的纳秒脉冲电源
CN112821482A (zh) 充电器
CN102545560B (zh) 一种功率开关驱动器、ic芯片及直流-直流转换器
CN106603055A (zh) 一种功率开关管的驱动电路及开关电源
CN1960173A (zh) 功率输出级
CN203180876U (zh) 全固态高压刚管开关
CN209250479U (zh) 一种增强型mosfet驱动电路及车载直流电源转换装置
CN107154724B (zh) 栅极电压控制装置
CN106357146A (zh) 全固态Marx发生器
CN206272587U (zh) 触发脉冲产生电路
KR102163054B1 (ko) 신호 생성 장치
JP6185032B2 (ja) 半導体装置と、それを用いたインバータ、コンバータおよび電力変換装置
CN219420733U (zh) 一种脉冲发生电路
CN109495092B (zh) 功率开关管驱动电路及驱动方法
CN104025436B (zh) 包括低功率开关和用来控制开关以生成具有参考值和至少两个控制值的脉冲的设备的高功率转换器
CN102368664B (zh) 一种芯片变频控制电路

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230626

Address after: Regensburg, Germany

Patentee after: WeiPai technology Germany Co.,Ltd.

Address before: Nuremberg, Germany

Patentee before: CONTI TEMIC MICROELECTRONIC GmbH

TR01 Transfer of patent right