CN104714164B - 检测功率半导体开关中的短路状态或过电流状态的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检测功率半导体开关的电压变化过程的示例性设备，其包括电阻性‑电容性网络、计时器电路，其中该计时器电路设计成，如果该功率半导体开关接通后在功率半导体开关上的电压不低于预定值，则将该检测信号的水平提高到高于预定的阈电压，并且其中该电阻性‑电容性网络如此设计，以致补偿或过补偿该用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备的寄生电容，以防止该计时器电路将该检测信号的水平提高到高于预定的阈电压，尽管该功率半导体开关接通后在功率半导体开关上的电压降到低于该预定值，该设备还包括任选的第一和第二箝位电路。

Description

检测功率半导体开关中的短路状态或过电流状态的设备和 方法
技术领域
本发明涉及一种用于检测功率半导体开关上的电压降的变化过程的设备。这类设备例如用于检测IGBT(“Insulated Gate Bipolar Transistor(绝缘栅双极型晶体管)”)中的短路状态或过电流状态。
背景技术
在一些功率半导体开关中可施加高电压和输送高电流。因此，短路或过高电流可快速导致该功率半导体开关的热损坏。功率半导体开关可具有用于检测短路状态或过电流状态的保护电路。检测这种状态的一种可能性是借助该功率半导体开关上的电压降以间接监测通过该功率半导体开关的电流。该功率半导体开关上的电压应在该功率半导体开关接通后快速地从断路状态(该“断路状态”或“AUS状态”是该功率半导体开关呈“断开”和无电流流过的状态)的较高水平下降到通路状态(该“通路状态”或“AN状态”是该功率半导体开关呈“闭合”和可传导电流的状态)的较低水平。相应地，功率半导体开关的控制信号(如栅极驱动信号)具有该功率半导体开关保持闭合的AN状态和该功率半导体开关保持断开的AUS状态。
图1B中左下方的曲线示出在正常运行中从断路状态转换成通路状态后，IGBT(IGBT是一个示例性的功率半导体开关)的集电极-发射极电压的示例性变化过程(所相关的示例性控制信号的变化过程示于左上方)。如所显示的，该集电极-发射极电压剧烈降低到非常低的值(例如0-10V)。IGBT的示例性的短路特性示于图1B的右下方。与正常运行相反，该集电极-发射极电压未降低到非常低的值，但同时在该IGBT中还可以流过高的电流(例如该IGBT的额定电流的3-10倍)。在另一些短路情况下，该集电极-发射极电压虽首先降低到正常运行的值，但然后再升高。由此可造成该功率半导体开关的高的热负荷，并在较短时间后可受损。因此例如一些IGBT在通路状态下仅能耐受短时间(例如约10μs)的短路而不受损。用于检测短路状态或过电流状态的保护电路可在此时间到期前负责断开该功率半导体开关。在除IGBT外的其它功率半导体开关中也发现类似的特性。过电流状态如短路状态一样可通过提高的集电极-发射极电压表明。但在过电流情况下，该集电极-发射极电压比在短路情况下更接近于正常情况下的集电极-发射极电压。
在接通该功率半导体开关后一些时间，所发生的短路状态或过电流状态也可导致这种情况(在图1B中未示出)。在该出错情况下，该集电极-发射极电压首先降低到正常运行的低值，然后才出现例如导致短路的出错。这时该集电极-发射极电压再剧烈升高。这对该功率半导体开关同样会有上述的负作用。
在正常运行和短路状态和/或过电流状态之间该集电极-发射极电压的变化过程的所述差别可在保护电路中用来检测短路状态或过电流状态，以达检测短路状态或过电流状态的目的。
发明内容
用于检测功率半导体开关的电压变化过程的第一种设备包括具有第一、第二、第三和第四节点的电阻性-电容性网络，其中该电阻性-电容性网络设计成在第一节点上与功率半导体开关的第一连接端相连，并在第二节点上提供代表该功率半导体开关的电压的信号，其中该电阻性-电容性网络包括至少一个耦合在第一和第二节点之间的阻抗、耦合在第二节点和第三节点之间的第一电阻性元件和耦合在第二节点和第四节点之间的第一电容性元件，其中该用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备还包括计时器电路，该计时器电路与该电阻性-电容性网络的第三节点相连，并设计成产生代表在该功率半导体开关接通后该功率半导体开关的电压变化过程的检测信号，其中该计时器电路设计成，如果在该功率半导体开关接通后该功率半导体开关上的电压未降到预定值以下，则将该检测信号的水平升高到高于预定的阈电压，其中该电阻性-电容性网络设计成对该用于检测该功率半导体开关的电压变化过程的设备的寄生电容进行补偿或过补偿，以防止该计时器电路将检测信号的水平升高到高于预定的阈电压，即使在该功率半导体开关接通后该功率半导体开关的电压降到低于预定值。
该“功率半导体开关的电压”意指该功率半导体开关的连接端之间的电压，正常运行时在这些连接端之间传送在功率半导体开关上流过的大部分电能。这些相应的连接端对于不同的功率半导体开关有不同的名称(如集电极和发射极、漏极和源极或阴极和阳极)。
如果在接通该功率半导体开关后，该功率半导体开关的电压(例如集电极-发射极电压或漏极-源极电压)剧烈降低到非常低的值(近0伏，例如0-10V)，则“代表该功率半导体开关的电压的信号”具有第一种特性变化过程，如果在接通该功率半导体开关后，该功率半导体开关的电压未降低到非常低的值(近0伏)，“代表该功率半导体开关的电压的信号”具有不同的第二种特性变化过程。此外，如果在接通状态下，该功率半导体开关的电压在接通该功率半导体开关后一些时间从非常低的值(近0伏)强烈上升，则“代表该功率半导体开关的电压的信号”具有另一种不同的特性变化过程。
“电阻性-电容性网络”包括一些元件，这些元件至少在该用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备所设计的运行区域中呈电阻性(元件上的电压和电流呈同相)或电容性(电流超前于电压)。因此，该电阻性-电容性网络的这些元件在另一些运行区域或电路中可具有另外的特性。“电阻性元件”可以是欧姆元件，也可以是具有非线性电流-电压曲线的元件。
使用用于检测功率半导体开关上的电压变化过程的设备有利于检测功率半导体开关中的短路状态和/或过电流状态。特别可降低短路状态和/或过电流状态的误检测几率。这尤其可通过该电阻性-电容性网络补偿或过补偿该设备的寄生电容而实现。因此可防止在功率半导体开关的电压已降低到非常低的水平后(即在正常情况下，见图1B左方)其影响计时器电路(例如提供检测信号的计时器电路的电容)，并因此发生短路状态或过电流状态的误检测。
根据第一种设备的第二种设备还包括第一箝位电路，其设计成将该电阻性-电容性网络的第三节点上的电压限制在预定的最大电压。
在根据第二种设备的第三种设备中，该预定的最大电压相应于该功率半导体开关的栅极驱动信号的AN水平。
在根据第一种至第三种设备之一的第四种设备中，该第四节点设置成第二基准电位。
在根据第一种至第四种设备之一的第五种设备中，该用于检测该功率半导体开关的电压变化过程的设备的寄生电容通过该至少一个阻抗进行补偿或过补偿。
在根据第一种至第五种设备之一的第六种设备中，该至少一个阻抗包括电容性元件和与其并联的电阻性元件。
在根据第六种设备的第七种设备中，该电阻性-电容性网络包括一个或多个其它阻抗，这些阻抗与该电阻性-电容性网络的第一节点和第二节点之间的所述至少一个阻抗呈串联耦合，其中该一个或多个其它阻抗的每个阻抗均包括电容性元件和与其并联的电阻性元件。
在根据第一种至第七种设备之一的第八种设备中，该设备还包含第二箝位电路，其设计成将第三节点限制在预定的最小电压。
在根据第八种设备的第九种设备中，该预定的最小电压相应于该功率半导体开关的栅极驱动信号的AUS水平。
在根据第一种至第九种设备之一的第十种设备中，该计时器电路包括一个电容，该电容以对该电阻性-电容性网络的第三节点上的电压水平的反应而经充电或放电，其中在该计时器电路的该电容的一端上的电压水平是检测信号。
在根据第十种设备的第十一种设备中，该计时器电路还包括电阻性元件，该电阻性元件耦合在用于输出检测信号的输出端和该电阻性-电容性网络的第三节点之间。
在根据第一种至第九种设备之一的第十二种设备中，该计时器电路包括数字电路，该数字电路设计成探测该电阻性-电容性网络的第三节点上的电压水平，并产生取决于第三节点上的电压水平的检测信号。
在根据第一种至第十一种设备之一的第十三种设备中，该计时器电路不包含有源部件。
在根据第一种至第十三种设备之一的第十四种设备中，该电阻性-电容性网络包括耦合在第二节点和该第一电容性元件之间另一电容性元件，其中该至少一个阻抗包括电容性元件和并联的电阻性元件，并且其中该电阻性元件耦合在第二节点上且该至少一个阻抗的电容性元件耦合在该第一电容性元件上。
在根据第十四种设备的第十五种设备中，该第一电容性元件具有为所述另一电容性元件的至少5倍的值。
在根据第二种设备和第十四种设备或第十五种设备的第十六种设备中，该另一个电容性元件如此配置，如果代表该功率半导体开关的电压的信号位于预定的最大电压和预定的阈电压之间，则其减少该第一电容性元件对第二节点上的电压水平的影响。
在根据第十四种设备至第十六种设备的第十七种设备中，该另一电容性元件设计成用以减少在第一电容性元件和第二节点之间振荡的电荷的量。
在根据第七种设备或该第七种设备和前述的设备之一的第十八种设备中，该电阻性-电容性网络包括并联于第一电容性元件的另一个第一电阻性元件，以及另一个电阻性元件，该另一个电阻性元件并联于该至少一个阻抗的或该电阻性-电容性网络的一个或多个其它阻抗的第二电容性元件。
在根据第十八种设备的第十九种设备中，该另一个第一和第二电阻性元件设计成用以限制在该第一和第二电容性元件上的静态电压。
在根据前述设备之一的第二十种设备中，该设备包括耦合在第三节点和基准电位之间的另一个电阻性元件，并且设计成用以至少部分调节该检测信号的静态水平。
在根据前述设备之一的第二十一种设备中，该计时器电路包括另一个第二电阻性元件、第二电容和二极管，其设计成用以影响该检测信号的动态水平。
用于检测功率半导体开关中的短路状态或过电流状态的第一种设备包括根据设备1-21之一的用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备和比较器，该比较器接收用于检测功率半导体开关的电压的设备的检测信号和基准信号，并且发出误差信号，该误差信号表明该检测信号是否超过该基准信号。
在根据用于检测短路状态或过电流状态的第一种设备的用于检测短路状态或过电流状态的第二种设备中，该基准信号是静态的。
根据该用于检测短路状态或过电流状态的第一种或第二种设备以及第十种设备的用于检测短路状态或过电流状态的第三种设备包括另一开关，该开关设计成当该功率半导体开关断开时，使该计时器电路的电容的一端处在固定的电位。
在根据用于检测短路状态或过电流状态的第三种设备的用于检测短路状态或过电流状态的第四种设备中，如果当该功率半导体开关断开时该计时器电路的所述电容端处在固定的电位，则该计时器电路的该电容至少部分放电。
用于功率半导体开关的第一种控制电路包括根据第一种至第四种设备之一的用于检测功率半导体开关中的短路状态或过电流状态的设备和驱动电路，该驱动电路接收误差信号，并在检测信号超过基准信号的情况下断开功率半导体开关或提供用于***控制的另一误差信号。
第二种控制电路设备包括由该控制电路所控制的功率半导体开关。
在根据前述设备之一的另一设备中，功率半导体开关的电压相应于集电极-发射极电压、阳极-阴极电压或漏极-源极电压。
在根据前述设备之一的另一设备中，在断开状态下的功率半导体开关的额定电压的最大值大于500V，优选大于2kV。
附图说明
本发明的非限定性的和非穷举性的实施例参照下列附图进行描述，其中，只要未另行指出，在不同附图中相同的标号表示相同部件。
图1A示出用于提供电能的示例性设备。
图1B示出正常状态和示例性的短路状态和/或过电流状态下，图1A设备的各种不同的信号。
图2示出示例性的控制电路。
图3示出用于检测功率半导体开关的电压变化过程的另一示例性设备。
图4示出用于检测功率半导体开关的电压变化过程的另一示例性设备。
图5示出图4的用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备中的各种不同的信号。
图6示出用于检测功率半导体开关的电压变化过程的另一示例性设备。
图7示出用于检测功率半导体开关的电压变化过程的另一示例性设备。
具体实施方式
下面的说明书中描述大量细节，以可更深入地理解本发明。但对本领域技术人员而言，很明显的是无需特别的详述即可实施本发明。另外，不详述己知的设备和方法，以避免不必要地使得对本发明的理解变得困难。
在本说明书中，提及“方案”、“构型”、“实例”或“例证”意指与该实施方案相结合描述的某种特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，在本说明书的不同位置的短语“在方案中”、“在实施方案中”、“实例”或“在实例中”不是绝对涉及本实例方案或本实例的全部。另外，某些特征、结构或特性可以以合适的任意组合和/或子组合而组合成一个或多个实施方案或实例。特殊的特征、结构或特性可包括在集成电路中、电子电路中、电路逻辑线路中或其它合适的组件中，其提供所述的功能性。此外要指出的是，附图用于对本领域技术人员进行阐明目的，并且这些附图不一定按精确比例绘制。
如在图1B所示和已在上面所述的，在正常状态下，在该功率半导体开关接通后功率半导体开关的集电极-发射极电压125(UCE)快速地从较高水平降到低水平(并保持在该水平)。与此相反，在某些短路情况或过电流情况下，该集电极-发射极电压125(UCE)在接通后不剧烈下降，而是保持在较高水平。在保护电路中可利用这种特性，以借助于集电极-发射极电压的变化过程推断可能存在短路状态或过电流状态，并在需要时断开该功率半导体开关。如也己描述过的，在用于检测功率半导体开关的集电极-发射极电压、阳极-阴极电压或漏极-源极电压的设备中的寄生电容可引起短路状态或过电流状态的误检测，这是由于该寄生电容也在集电极-发射极电压125(UCE)降低到正常状态的低水平后通过放电过程影响保护电路的检测信号。
例如在现有技术的一些电路中提供多个电阻的串接电路，以将该功率半导体开关的所检测的可为几千伏的集电极-发射极电压125(UCE)再分成特定的电压水平。为了限制在这种电路中的损耗，并且由于电路技术的原因，在有些电路中也希望将通过这些电阻的电流限制在1mA或更低。为此，必需使用兆欧姆范围的电阻。因为寄生电容的值可在皮法拉范围内变化并且其在兆欧姆范围的电阻上放电，所以该寄生电容的放电的时间常数为几微秒。这些时间常数可位于一些功率半导体开关所希望的短路-断开时间的范围内(该所希望的断开时间可相应于该功率半导体开关可承受的而不会受损的时间)，该断开时间可在10μs数量级变化，并由此影响用于短路状态或过电流状态的检测电路。
在检测短路状态或过电流状态的一个实例中，将代表集电极-发射极电压的变化过程的信号与基准电压(其可以是静态的或随时间可变化的)相比较。如果该代表集电极-发射极电压的变化过程的信号大于基准电压，则检测出故障。该寄生电容可由于其放电时间常数而在虽然不存在短路状态或过电流状态的情况下导致该代表集电极-发射极电压的变化过程的信号超过该基准电压。因此该寄生电容的放电过程会干扰该短路状态或过电流状态的检测。
例如在保护电路中可提供电容，该电容设计成如果在接通过程后该功率半导体开关的集电极-发射极电压125(UCE)超过预定值，则该电容被充电。即使该功率半导体开关的集电极-发射极电压125(UCE)已降到低于预定值，该电容还可通过寄生电容进一步充电。其可产生的结果是，该保护电路错误地认为高的集电极-发射极电压125(UCE)存在，并且检测到短路情况或过电流情况。这种效果在几千伏(如在一些IGBT中为2.2kV-4.5kV)范围内的高集电极-发射极电压125(UCE)下和对具有较缓慢开关特性的组件是特别严重的。
在这里所述的设备中使用与补偿或过补偿寄生电容的电阻性-电容性网络相组合的计时器电路。由此可确保减少或防止该寄生电容对短路状态或过电流状态的检测的影响。这特别可产生的结果是，避免短路状态或过电流状态的误检测。术语“补偿”在这里包括对寄生电容欠补偿到一定程度的情况，只要如果接通该功率半导体开关后，代表该功率半导体开关的电压的信号降到低于预定值时(即正常情况下)，该检测信号的水平不超过该预定的阈电压。因此，只要接通该功率半导体开关后在第三节点上的动态电压水平降到该预定的阈电压的值，就可对该寄电容进行欠补偿。如果该计时器电路包含电容，就可超过该点进行继续的欠补偿。该可能的欠补偿的限值通过该计时器电路的该电容的充电确定。在另一些实例中，可对该寄生电容欠补偿至多5％(即在第一节点和第二节点之间的该电阻性-电容性网络的电容的值比准确补偿情况下所需的电容值大至多5％或该第一电容性元件的值比准确补偿情况下所需的电容值小至多5％)。
图1A示出用于对负载110提供电能的设备100(也称为功率转换器)。但该能流也可指向另一方向。元件110是发电机。在另一些设备中，元件110可以呈不同运行状态工作，既可作为负载，也可作为发电机。下面仅述及用于提供能量的设备，其包括所有刚才所述的情形(可在不同的输出端提供能量)。该设备包括两个呈串联的功率半导体开关104、106。此外，设备100可接收输入直流由压102(UIN)。该设备设计成使得电能通过功率半导体开关104、106的控制从输入端转移到连接负载110的输出端(或呈相反方向)。在这种情况下，用于提供电能的设备可控制输送给负载的电压水平、电流水平或该两者的组合。在图1A的实例中，该功率半导体开关104、106是IGBT。
下面以IGBT为实例阐述该设备和方法。但该用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备、控制电路和用于提供电能的设备不限于使用IGBT。而其也可与另一些功率半导体开关相组合使用。例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、双极型晶体管、IEGT(“注入增强栅晶体管(injection enhancement gate transistor)”)和GTO(“门极可关断晶闸管(gate turn-off thyristor)”)与用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备、控制电路和用于提供电能的设备相组合使用。该用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备、控制电路和用于提供电能的设备也可与基于氮化镓(GaN)半导体或碳化硅(SiC)半导体的功率半导体开关相组合使用。
断开状态下的功率半导体开关的最大的额定的集电极-发射极电压、阳极-阴极电压或漏极-源极电压可大于500V，优选大于2kV。
此外，该用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备、控制电路和用于提供电能的设备不局限于功率半导体开关。因此也可与用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备、控制电路和用于提供电能的设备一起使用其它的半导体开关。这里述及的效果和优点至少部分地也在具有其它半导体开关的***中出现。
因为下面讨论IGBT，所以该功率半导体开关的连接端称为“集电极”“栅极”和“发射极”。但如已在上面说明的，该设备和方法不局限于IGBT。为避免不必要的篇幅过长，这里名称“发射极”也包括用“源极”或“阴极”表示的相应的功率半导体开关的连接端。同样，这里术语“集电极”也包括用“漏极”或“阳极”表示的连接端，并且术语“栅极”包括用“基极”表示的相应的功率半导体开关的连接端。下面术语“集电极-发射极电压”也包括“漏极-源极电压”和“阴极-阳极电压”，并且术语“集电极电压”和“发射极电压”也包括“漏极电压”或“阳极电压”或者“源极电压”或“阴极电压”。
功率半导体开关104、106各由第一和第二控制电路118、120控制(示例性的控制电路结合图2加以说明)。这些功率半导体开关提供第一和第二栅极-发射极驱动信号130、132(UGE1、UGE2)，以控制该第一和第二IGBT的开关时间点。控制电路118、120两者可任选地再由***控制114控制。该***控制114可具有用于接收***输入信号116的输入端。在图1A的实例中，该两个功率半导体开关104、106以半电桥构型示出。但该用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备、控制电路和用于提供电能的设备也可以其它布局形式使用。例如单个功率半导体开关(如单个的IGBT)可以与用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备或控制电路连接。在另一些实例中，在具有6个功率半导体开关或12个功率半导体开关的三相***中，每个功率半导体开关可具有用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备。
该控制电路118、120除了输出栅极-发射极驱动信号外，还接收代表功率半导体开关104、106上存在的电压的信号。该信号可以是电压信号或电流信号。在图1A的实例中，每个控制电路118、120各接收信号，该信号代表集电极-发射极电压并称为集电极-发射极电压信号122、124(UCE1、UCE2)。
在图1A中，该控制电路118、120作为分开的控制电路绘成略图。但该两个控制电路118、120也可组合成单一的电路。在此情况下，单一的控制电路控制两个功率半导体开关104、106。此外，第二栅极-发射极驱动信号132(UGE2)可以是反向的第一栅极-发射极驱动信号130(UGE1)。
两个控制电路118、120均包括用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备。基于各自的集电极-发射极电压信号122、124(UCE1、UCE2)可确定各功率半导体开关的短路状态和/或过电流状态。作为对确定短路状态和/或过电流状态的反应，可断开各自的功率半导体开关104、106。
图1B示出图1A中的用于对负载提供电能的设备在正常状态和在短路状态和/或过电流状态下的各种不同的示例性信号。图1B的最上面的曲线示出该功率半导体开关的控制信号130(UGE)的示例性变化过程。该控制信号130的电压水平从断开状态下的水平VOFF转换成在接通状态下的水平VON。原则上该VON和VOFF水平可任意选择。在一个实例中，该控制信号130控制该功率半导体开关的栅极，并且该VOFF和VON水平相应于在断开或接通状态下该功率半导体开关的栅极-发射极电压。例如对IGBT在断开状态下的VOFF水平可为-20V至0V(优选-15V至-10V)，对IGBT在接通状态下的VON水平可为10V至20V(优选14.5V至15.5V)。对功率MOSFET，该VOFF和VON水平可相应于在断开或接通状态下该功率MOSFET的栅极-源极电压的电压。例如对功率MOSFET在断开状态下的VOFF水平可为-15V至0V，对MOSFET在接通状态下的VON水平可为10V至20V。
图2中示出示例性的控制电路218(该电路是图1A中的控制电路118、120的实例)。该控制电路218包括：用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备242、比较器244、驱动电路236和任选的驱动接口234。该用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备242和比较器244可组合进短路保护电路或过电流保护电路240中。但在控制电路218中也可分开包括该两部件。在一个实例中，该比较器244包括在驱动电路236中，并且该驱动电路236接收由用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备242所输出的检测信号246(UDET)。
该用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备242接收代表功率半导体开关的集电极-发射极电压的信号222(例如图1A中的信号122或124)。作为对代表功率半导体开关的集电极-发射极电压的该信号222的应答，该用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备242产生代表在接通该功率半导体开关后的功率半导体开关的集电极-发射极电压的变化过程的检测信号246(UDET)。
此外，配置该短路保护电路或过电流保护电路240，以接收基准信号248(UREF)。该比较器244将基准信号248(UREF)和检测信号246(UDET)进行比较，并确定是否存在短路状态和/或过电流状态。在一个实例中，如果代表接通该功率半导体开关后的功率半导体开关的集电极-发射极电压的变化过程的检测信号246(UDET)大于基准信号248(UREF)，则该短路保护电路或过电流保护电路240检测到短路状态和/或过电流状态的存在。该基准信号248(UREF)可以是外部基准信号或也可以由驱动电路236提供于短路保护电路或过电流保护电路240上。
如上面已描述过的，接通该功率半导体开关后集电极-发射极电压应当快速降低到较小的值。高于该值的集电极-发射极电压是存在短路状态和/或过电流状态的指示符。图1B中的下面的曲线说明这种情况。在图1B的左侧示出正常的切换过程。切换过程后该集电极-发射极电压125(UCE)快速降低。由代表集电极-发射极电压125(UCE)的信号，该用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备242产生检测信号246(UDET)。在如图1B的左方所示，在该集电极-发射极电压125(UCE)的变化过程中，在图2的电路中的该检测信号246(UDET)应保持低于基准信号248(UREF)。此时正常情况下未检测到短路情况或过电流情况。如已提及的，该用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备可防止可由寄生电容引起的短路状态和/或过电流状态的误检测，这通过降低或抑制寄生电容的影响而实现。也可由该电路本身为在不同运行状态下的各种不同的功率半导体开关的集电极-发射极电压的不同电压水平(如200V和4.5kV)提供这种功能或为不同的功率半导体开关的不同的切换滞后提供这种功能。
如果短路保护电路或过电流保护电路240检测到短路状态和/或过电流状态，则该短路保护电路或过电流保护电路240可输出误差信号250(UFT)。在图2的实例中，将误差信号250(UFT)输出给驱动电路236。该驱动电路236以对误差信号250反应而断开该功率半导体开关，以防止其受到损害。但在一些替代性的配置中，该误差信号也可以以另外的方式处理。例如可将该误差信号250(UFT)仅传送给另一控制元件。该另一元件可再以所预定的顺序断开两个或多个功率半导体开关。
如己所述，该驱动电路236可接收表明短路状态和/或过电流状态的误差信号250(UFT)，并作为对所检测到的短路状态和/或过电流状态的反应而断开该功率半导体开关。该短路保护电路或过电流保护电路240的一个或多个部件可任选地包括在驱动电路236中。例如比较器244可包括在驱动电路236中，并且该驱动电路236可接收基准信号248(UREF)和代表集电极-发射极电压的变化过程的检测信号246(UDET)。在另一实例中，该基准信号248(UREF)可在驱动电路内部产生，并且该驱动电路可包括比较器244。这时该驱动电路接收检测信号246(UDET)。此外，该驱动电路236也可输出栅极-发射极驱动信号230(UGE)以控制该功率半导体开关。
在图2的实例中，该驱动电路236经电流隔离238(如变压器)与任选的驱动接口234相连，以接收***控制214的控制信号。该驱动接口234可再与接收***输入216的***控制214相连。该驱动电路236可由所接收的***输入216来控制。
图3中示出一种用于检测功率半导体开关的电压变化过程的示例性设备342(其是图2中的检测电路242的一个实例)，该设备可用于功率半导体开关的控制电路中。该用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备342包括：电阻性-电容性网络352、计时器电路362和任选的第一和第二箝位电路358、360。
在该电阻性-电容性网络352的第一节点上可耦合代表功率半导体开关的集电极-发射极电压的输入信号322(UCE)。此外，该电阻性-电容性网络352还在第二节点A上提供也代表功率半导体开关的集电极-发射极电压的信号(其具有比输入信号322(UCE)更低的电压水平)。该计时器电路362经电阻性元件372与该第二节点A相连接(任选经其它元件)。该计时器电路362耦合在电阻性-电容性网络352的第三节点上。作为对第三节点上的电压水平的反应，该计时器电路362产生检测信号346(UDET)，该信号代表接通该功率半导体开关后的功率半导体开关的集电极-发射极电压的变化过程。在有些实例中，该计时器电路362可包含一个电容，该电容设计成如果接通该功率半导体开关后在第二节点A上的电压未降到低于预定值，则对该电容充电到高于预定的阈电压。由此，处于该计时器电路362的电容上的电压可用作检测信号346(UDET)。但该计时器电路也可以以其它方式实施。例如可使用数字电路作为计时器电路。
该电阻性-电容性网络352包含第一电容性元件370，该元件耦合在该电阻性-电容性网络352的第四节点和第二节点A之间。该电阻性-电容性网络352的第四节点处于第二基准电位366(VL)上。此外，如上面所述，该电阻性-电容性网络352还包含耦合在第二节点A和第三节点之间的第一电阻性元件372。一个或多个阻抗355、356接在第一节点和该第二节点A之间，输入信号322(UCE)耦合于第一节点上。
该任选的第一箝位电路358耦合在该电阻性-电容性网络352的第三节点和第一基准电位364(VH)之间。该任选的第一箝位电路358设计成将该第三节点上的电压限制在第一基准电位364(VH)。该第一基准电位364(VH)的值可自由选定在低于该输入信号322(UCE)的水平。该第一基准电位364(VH)可随时间而变。因为该输入信号322(UCE)的水平相应于功率半导体开关的(可能是高的)集电极-发射极电压，所以该第一基准电位364(VH)的值可低于该最大输入信号322(UCE)水平的1/10或甚至低于1/100。此外，如果使用如图2的比较器将用于检测短路状态或过电流状态的检测信号346与基准信号相比较，则该第一基准电位364(VH)的值必须高于该基准信号UREF 248的水平(见图2)。在一个实例中，可将接通状态VON下的控制信号130(UGE)的水平用作第一基准电位364(VH)。这可以是有利的，因为驱动电路236(见图2)中的该电压已可提供使用。
只要该输入信号322(UCE)具有如此高的值，以致于在电阻性-电容性网络的第三节点上的电压水平高于该第一基准电位364(VH)(需要时包括经该第一箝位电路358的元件如二极管的压降)，则在第三节点上的电压由该第一箝位电路358固定为该第一基准电位364(VH)(需要时包括经该第一箝位电路的元件如二极管的压降)。在此状态下，该电阻性-电容性网络352的这些元件在动态等效电路中构成电阻性-电容性分压器。在动态等效电路中，该第一电阻性元件372并联于该第一电容性元件370(因为在该第二基准电位366(VL)和该第一基准电位364(VH)之间仅存在静态的电压差，所以在该动态等效电路中该第三节点和该第四节点被短接)。该第一电阻性元件372和该第一电容性元件370就可组合或(虚拟的)第一阻抗354。该输入信号322(UCE)的动态部分就经该一个或多个阻抗355、356和第一阻抗(354)的串接电路而降低。其产生的结果是，在该第二节点A 368上，该输入信号322(UCE)的动态部分按该一个或多个阻抗355、356和第一阻抗354的比例分配。
如果该输入信号322(UCE)降低到如此低值，以致于在电阻性-电容性网络的第三节点上的电压水平低于该第一基准电位364(VH)(需要时再次包括该第一箝位电路358的元件如二极管的压降)，则该第一箝位电路358释放在该电阻性-电容性网络的第三节点上的电压。在此情况下，该电阻性-电容性网络352的这些元件在动态等效电路中再构成电阻性-电容性分压器，其中需要时该计时器电路362的电阻性元件呈动态地处于与该第一电阻性元件372串接。这可导致该电阻性-电容性分压器的动态特性通过接通该计时器电路362的电阻性元件而变化。尽管如此，在该第二节点A 368上再次分配该输入信号322(UCE)的动态部分。
在上述的该两种运行状态下，该通过电阻性-电容性网络352(和需要时该计时器电路362的元件)构成的电阻性-电容性分压器将该输入信号322(UCE)的动态部分分成在该第二节点A上的所预定的较低电压水平。
该电阻性-电容性网络352的阻抗数目可自由选择。因此，对该输入信号322(UCE)的某一电压水平可通过阻抗的不同组合调节该节点A上的电压水平的所需值。一方面可串接具有较低值的更多个阻抗。另一方面也可使用少量的或甚至仅两个需具有相应高的值的阻抗。在一个实例中，该阻抗可如此选择，以致于在功率半导体开关的集电极-发射极电压(UCE)接通时在电阻性-电容性网络352中流过的电流不超过预定的电流强度(例如静态或作为平均值为1.5mA)。
如上面已述，该电阻性-电容性网络352补偿用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备342的寄生电容或过补偿该寄生电容。由此在降低的输入信号322(UCE)情况下，在该第二节点A上的电压的下降要比不补偿用于检测集电极-发射极电压的变化过程的设备342的寄生电容的情况更剧烈。由此在接通过程开始后的预定时间，该第二节点A上的电压低于在该寄生电容无补偿时的电压。其结果是，如果无短路状态或过电流状态存在(因此该输入信号322(UCE)具有如图1B中左侧所示的变化过程)，则防止使该计时器电路362的电容充电超过预定的阈电压(该阈电压也称为基准信号，其用于检测是否存在短路情况或过电流情况)。如果使用替代性的计时器电路，则在第二节点A上的低电压水平也可防止具有太高水平的检测信号输出，并避免短路状态或过电流状态的误检测。此外，使用电阻性-电容性网络352(其在动态等效电路中构成电阻性-电容性分压器)还负责降低输入信号322(UCE)的变化，而同时该第二节点A上的电压水平的变化无实质性滞后。
该任选的第二箝位电路360设计成将该第三节点上的电压限制在预定的最小电压。如果使用图2中的比较器，以将该检测信号346与基准信号相比较(为检测短路状态或过电流状态)，则该预定的最小电压值可自由选择(并且也可随时间变化)，并且必须低于基准信号UREF 248的水平(见图2)。在一个实例中，在断开状态VOFF下，该控制信号130的水平可用作预定的最小电压。这可以是有利的，因为在驱动电路236(见图2)中的该电压已可提供使用。此外，该第二箝位电路360可任选地将该第三节点的电压固定为该第二基准电位366(VL)，该电阻性-电容性网络352的第四节点的电压也为此值。该任选的第二箝位电路360可用于保护用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备342的组件和与其相连接的组件(例如图2的驱动电路236)。
图4示出用于检测功率半导体开关的电压变化过程的另一示例性设备442。也如图3的设备，该图4中的设备具有：电阻性-电容性网络452、计时器电路462和任选的第一和第二箝位电路458、460。这些电路的配置和功能与相关于图3的描述完全一样。
该电阻性-电容性网络452的第一电容性元件470耦合在第二节点A468和第四节点之间。例如该第四节点可处于第二箝位电络460的预定的最小电压的电压水平。此外，该第一电阻性元件472(R1)耦合在第二节点A 468和该电阻性-电容性网络452的第三节点之间。该第一电阻性元件472(R1)的值可为10kΩ-1MΩ。如与图3相关的描述，该第一电阻性元件472(R1)和该第一电容性元件470两者从动态看构成电阻性-电容性分压器的第一阻抗454。
此外，该电阻性-电容性网络452具有一个或多个其它的阻抗455、456，这些阻抗连接在该电阻性-电容性网络452的第一节点和第二节点A 468之间，该第一节点上耦合有集电极-发射极电压422(UCE)。在图4的实例中，该电阻性-电容性网络452含N-1个另外的阻抗455、456(其中N是大于1的自然数)。此外，该N-1个阻抗455、456的每一个均具有另一电容性元件474、478(C2,CN)和一个各自与电容性元件474、478(C2,CN)并联耦合的另一电阻性元件476、480(R2,RN)。但这种配置不是绝对必要的。因此，多个阻抗455、456可具有共同的电容性元件，该电容性元件与各电阻性元件并联。反之，多个阻抗455、456可具有共同的电阻性元件，该电阻性元件与各电容性元件并联。在一个实例中，该连接在第二节点A 468和电阻性-电容性网络452的第一节点之间的阻抗455、456的电容性元件474、478(C2,CN)的值相等(如0.5pF-200pF)。此外，该连接在第二节点A 468和电阻性-电容性网络452的第一节点之间的阻抗455、456的电阻性元件476、480(R2,RN)也可有相等的值(如10kΩ-1MΩ)。如与图3相关的描述，该另一些阻抗455、456和第一阻抗454两者在动态等效电路中构成电阻性-电容性分压器，该分压器对该输入信号422(UCE)的动态部分进行分压。
可选择该第一电容性元件470(C1)和另一些电容性元件474、478(C2,CN)的值，以补偿或过补偿(或稍欠补偿)该用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备442的寄生电容。通常该另一些电容性元件474、478(C2,CN)之一的值的升高向过补偿方向进行。同样，该第一电容性元件470(C1)的值的降低向过补偿方向进行。反之，该另一些电容性元件474、478(C2,CN)之一的值的降低向欠补偿方向进行。同样，该第一电容性元件470(C1)的值的升高向欠补偿方向进行。所以为实现过补偿，该另一些电容性元件474、478(C2,CN)的一个或多个的值可高于在准确补偿情况下的值。或者，为实现欠补偿，该另一些电容性元件474、478(C2,CN)之一的值小于在准确补偿情况下的值。
例如该第一电容性元件470(C1)的值可比其它阻抗455、456的其它电容性元件474、478(C2,CN)的值低几十皮法拉(例如3pF-20pF)，以补偿该寄生电容。或者，该第一电容性元件470(C1)的值可小于在补偿情况下的值，以过补偿该寄生电容(或也可高于在补偿情况下的值，以至多在某种程度上欠补偿该寄生电容)。在一个实例中，该其它电容性元件474、478(C2,CN)的值也可超过该补偿情况下的值至多20pF，以过补偿该寄生电容。
此外，该电阻性-电容性网络452的每个电容性元件的值可至少相应于该用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备442的寄生电容值的8倍。
在图4的用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备442中可设置第一和第二箝位电路458、460，这些箝位电路的构型如图3中所相应的第一和第二箝位电路360、358。在一个实例中，该第一和第二箝位电路458、460各包含二极管。
该任选的电阻性元件471(RE)并联于该第一电容性元件470。可设置该任选的电阻性元件471(RE)，以(至少部分地)确定检测信号446的静态水平。其值可为1MΩ-20MΩ。如果切换过程后一些时间该集电极-发射极电压422(UCE)的电压水平大致是静态的，则节点A上的电压(至少部分)通过该电阻性-电容性网络452的电阻性元件来确定。该任选的电阻性元件471(RE)可有利于确定在第二节点A上的电压水平。在第二节点A上的电压水平影响到在正常情况和短路情况或过电流情况下该计时器电路462的电容(下面还要阐明)充电和放电到何值，并因此影响该检测信号446的静态水平。因此可选择该任选的电阻性元件471(RE)，以确定该检测信号446的静态水平。如果未引入该第一或第二箝位电路458、460，则在无该任选的电阻性元件471(RE)时，在静态下该第二节点A上的电压水平相应于该输入信号422(UCE)的水平。
如已所述，该电阻性-电容性网络452补偿用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备442的寄生电容(或过补偿该寄生电容)。依据设备442的具体构型，不同组件均可有助于该寄生电容。例如PCB线路电容可有助于该用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备442的寄生电容。此外，该第一和第二箝位电路458、460的二极管的电容也可有利于该用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备442的寄生电容。在一个实例中，作为寄生电容的PCB线路电容与该第一电容性元件470(C1)并联。
该计时器电路462包含RC组成部分，该组成部分包括该计时器电路462的电容484(CT)和电阻性元件482(RT)。在该计时器电路462的电容484(CT)的第一端上的电压水平可以是检测信号446，其代表在接通该功率半导体开关后功率半导体开关的集电极-发射极电压的变化过程。但时间电路的其它构型也是可能的。例如数字电路可探测在该电阻性-电容性网络452的第三节点上的电压水平，并产生与该第三节点上的电压水平相关的检测信号446。
如果使用如图2中的比较器来对比该检测信号446和基准电压以检测短路状态或过电流状态，则只要该功率半导体开关处于断开状态，则该电容484(CT)就保持在低于基准电压的水平。例如在断开状态VOFF下，该电容484(CT)可保持在该控制信号130的电压水平。
在一个实例中，该电容484(CT)的第一端与一个开关(图4中未示出)相连接。作为对该功率半导体开关断开的应答，该开关将该电容484(CT)的第一端固定在低于基准电压的水平。在此该电容484(CT)被放电直到达到低于该基准电压的水平(图5中未示出)。
接通该功率半导体开关后，该计时器电路462的电容484(CT)被充电，以使得代表在接通该功率半导体开关后功率半导体开关的集电极-发射极电压的变化过程的检测信号446的电压水平增高。如在上一段中所述，如果使用开关以使该电容484(CT)的第一端固定在低于该基准电压的水平，则作为对接通该功率半导体开关的反应而断开该开关。由此，该电容484(CT)的第一端被断开，并且该检测信号446的电压水平可依功率半导体开关的集电极-发射极电压的变化过程而增高。
如果在接通该功率半导体开关后，该集电极-发射极电压422(UCE)未降到低于预定值，则该计时器电路462的电容484(CT)被充电到高于预定的阈电压(例如图2中基准信号248的电压水平)。这种特性示于图5的右侧。例如在短路情况或过电流情况下的控制信号530、集电极-发射极电压522、节点A 568上的电压和检测信号546的变化过程均示于图5的右侧。最上面的曲线示出示例性的控制信号530(UGE)的理想化的变化过程。如右方的中间曲线中看出，在某些短路情况下，该功率半导体开关的集电极-发射极电压522(UCE)仅稍有下降，并且再又返回到较高水平。在另一些短路情况下，该集电极-发射极电压首先下降到正常情况下的水平，并经一些时间后再上升。接着，在节点A 568(UA)上的电压水平高于正常情况的水平。继之，该计时器电路的电容一端上的电压(检测信号546)升高到高于该基准信号548(UREF)的电压水平。换言之，该电容484(CT)被充电，以致于该检测信号546(UDET)升高到高于预定的阈电压。这可检测短路保护电路或过电流保护电路(例如图2中的电路240)，并输出相应的误差信号。接着，控制电路可断开该功率半导体开关，并且AN时间531(tON)保持得足够短，以致于该功率半导体开关未受损。该检测信号546的上升时间常数至少部分地可通过该计时器电路462的电容484(CT)和电阻性元件482(RT)的值来确定。在该功率半导体开关的集电极-发射极电路已降低到其在AN状态下的稳定值后，如果发生短路情况或过电流情况，则该电容484(CT)也可被充电到高于基准信号548(UREF)的电压水平。
如果在接通该功率半导体开关后，该集电极-发射极电压422(UCE)降到低于所预定的值，则该设备442防止对该计时器电路462的电容484(CT)的电压充电超过所预定的阈电压(例如图2中的该基准信号248的电压水平)。换言之，该设备442防止该电容484被充电到使得检测信号546不超过所预定的阈电压。控制信号530、集电极-发射极电压522、节点A568上的电压和正常情况下的检测信号546的示例性变化过程示于图5的左侧。在图5的左侧示出正常情况下的一些信号。最上面又略绘出功率半导体开关的示例性控制信号530(UGE)。AN时间531(tON)的长度和AUS时间533(tOFF)的长度可按功率转换器的要求由***控制(例如图2中的***控制214)来控制。该控制电路218还可对不同的误差情况反应而断开该功率半导体开关(例如在图2中对误差信号250(UFT)反应)。如左侧的中间曲线所示，在正常情况下，该功率半导体开关的集电极-发射极电压522(UCE)剧烈下降(直到近0V的水平)。同时在第二节点A 568(UA)上的电压水平也下降。接着，首先对该计时器电路的电容进行充电，以使该检测信号546的电压水平升高。但如果该功率半导体开关的集电极-发射极电压522(UCE)(由此还有节点A 568上的电压)降到低于所预定的值，则不再对该计时器电路462的电容484进行充电。反之，该用于检测功率半导体开关上电压的变化过程的设备442可将该计时器电路462的电容484放电。因此，该检测信号546的电压水平保持低于基准电压548，并且不触发短路检测电路或过电流检测电路。
通过该第一箝位电路458可使短路状态或过电流状态的检测时间点基本上与在断开状态下的功率半导体开关的集电极-发射极电压(UCE)的幅度无关。例如对功率半导体开关的检测时间点在接通过程启动后的约4μs-20μs，其与在断开状态下的该功率半导体开关的集电极-发射极电压(UCE)无关(该电压例如在第一运行模式下可为1.2kV，在第二运行模式下可为4.5kV)。如已所述，该第一箝位电路458可将电阻性-电容性网络452的第三节点上的电压水平固定为第一基准电位464(VH)，只要在第二节点A上的电压水平高于该第一基准电位(VH)(需要时包括通过该第一箝位电路458的元件的电压降)。如果电阻性元件471(RE)并联于该第一电容性元件470，只要所分配的输入信号422(UCE)的电压水平高于该第一基准电位464(VH)，则该第一箝位电路458就固定了(需要时还包括通过该第一箝位电路458的元件的电压降)。这种特性与接通状态下的该功率半导体开关的各个集电极-发射极电压(UCE)无关。因此对该时间电路462的电容484(CT)也进行同样快速的充电，而与该功率半导体开关的各集电极-发射极电压(UCE)无关。
在目前为止的实例中己阐述，电阻性-电容性网络如何可补偿或过补偿该用于检测功率半导体开关的集电极-发射极或漏极-源极电压的变化过程的设备的寄生电容，以避免短路状态或过电流状态的误检测。然而该电阻性-电容性网络的电容性元件不一定是附加的部件。在一个实例中，该电阻性-电容性网络的一个或多个电容性元件本身就是该用于检测功率半导体开关的集电极-发射极或漏极-源极电压的变化过程的设备的寄生电容。例如该用于检测功率半导体开关的集电极-发射极电压的变化过程的设备的PCB线路电容可用作电阻性-电容性网络的电容性元件。该用于检测功率半导体开关的集电极-发射极或漏极-源极电压的变化过程的设备的部件的配置可选择为使得PCB线路电容具有合适的值，以作为该电阻性-电容性网络的一个或多个电容性元件起作用。
图6中用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备642具有图4中用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备442的所有部件。此外，该图6中的设备642还具有另一电容性元件686(CC)，其耦合在节点A 668和该第一电容性元件670(C1)的第一端之间。该另一电容性元件686(CC)的值可显著小于(1/5或更小，或1/10或更小)该电容性元件670(C1)的值。在此情况下，在该第二节点A 668和该第四节点(其位于该第二基准电位666(VL)上)之间的电容几乎等于该另一电容元件686(CC)的值(约等于1/(1/CC+1/C1))。该另一电容性元件686(CC)也显著小于(1/5或更小，或1/10或更小)该计时器电路662的电容684(CT)。以此方式，如果该代表功率半导体开关的电压的信号低于该第一最大电压664并高于基准电压248，则该另一电容性元件686(CC)可降低该第一电容性元件670(C1)对该第二节点A的电压水平的影响。其结果是，该计时器电路662的电容684(CT)的充电时间和由此直到检测出短路状态或过电流状态的时间间隔，在此运行范围内与在断开状态下的功率半导体开关的集电极-发射极电压(UCE)相关度较低。因此，该另一电容性元件686(CC)可减少检测出短路状态或过电流状态的时间间隔的差别，特别是在处于断开状态下的功率半导体开关的较低的集电极-发射极电压(UCE)范围内(如200-400V)。
附加或另行的是，也可将其它的电容性元件引入该电阻性-电容性网络652的其它阻抗656、655中。因此，在该第二阻抗656中可平行于第二电阻性元件676(R2)且与第二电容性元件674(C2)呈串接地引入另一第二电容性元件(图6中未示出)。此外，与第二电容性元件674(C2)连接的该另一第二电容性元件的一端也与相邻阻抗的电容性元件相连接。在图6的实例中，其中在阻抗655和656之间不存在其它阻抗，附加的第二电容性元件在一端与电阻性元件676和680(R2和RN)相连接，并在另一端与电容性元件674和678(C2和CN)相连接。该另一第二电容性元件的大小可设定为显著小于(1/5或更小，或1/10或更小)该第二阻抗(656)的电容性元件674(C2)。因此，相关于该第二阻抗656的第二电容性元件674(C2)，其作用类似于相关于电容性元件670(C1)的该另一第一电容性元件686(CC)的作用。该另一第二电容性元件基本上确定该配置的电容，并降低该第二电容性元件674(C2)对该计时器电路662的电容684(CT)的充电时间的影响。
附加地且与其它电容无关地，图6的用于检测功率半导体开关的集电极-发射极电压的变化过程的设备642具有另一电阻性元件688(RE1)，其与该第二阻抗656的第二电容性元件674(C2)并联。该元件可有利于确定该检测信号646的静态电压水平(与任选的并联于该第一电容性元件670(C1)的电阻性元件671(RE)一起)。该附加的任选的电阻性元件688(RE1)和671(RE)也可有利于确定在另一电容性元件686(CC)和任选的电阻性元件688(RE1)及671(RE)之间的节点上的静态电压水平。由此，可避免该电容性元件670、674(C1,C2)和该另一电容性元件686(CC)的静态过电压。例如，该电容性元件670、674(C1,C2)和该另一电容性元件686(CC)的绝缘电阻本身对于具有相同规格的两组件可以是明显不同的。因此，在静态状态下，在这些组件上所下降的电压也可依电路而变化。其结果可以是，在静态情况下，在该电容性元件670、674(C1,C2)之一和该另一电容性元件686(CC)上的电压超过允许电压。此外，该电容性元件670、674(C1,C2)和该另一电容性元件686(CC)的绝缘电阻也可随时间而变化，以致在各个电容性元件上也可出现过高的电压。
替代该任选的电阻性元件688(RE1)和671(RE)，在该用于检测功率半导体开关的集电极-发射极电压的变化过程的设备642中，也可将一个电阻性元件与该另一电容性元件686(CC)相并联。该电阻性元件可以是该第一电阻性元件672(R1)的至少5倍至10倍。
图7中的用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备742具有图4中用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备442的所有组件，但任选的电阻性元件471(RE)除外。此外，图7电路还包含另一电阻性元件790(Rth)，该元件耦合在计时器电路的输入端和下面的基准电压766之间。如在图4或图6的设备中的该任选的第一电阻性元件(RE)一样，该另一电阻性元件790(Rth)(至少部分地)用于确定该检测信号746的水平。如果该集电极-发射极电压(UCE)的电压水平在切换过程后一些时间是大约静态的，则在该第二节点A 768上的电压至少部分通过该电阻性-电容性分压器752来确定。该任选的另一电阻性元件790(Rth)可有利于确定该电阻性-电容性网络752的第三节点上的电压水平。在该第三节点上的电压水平确定该计时器电路762的电容在正常情况和短路情况或过电流情况下被充电或放电到何值并因此确定该检测信号746的静态水平。可选择该任选的另一电阻性元件790(Rth)以确定该检测信号746的静态水平。
与此无关地，图7的计时器电路具有另一第二电阻性元件792(RDYN)、第二电容794(CDYN)和二极管796(D3)，其设计成影响该检测信号746的动态水平。这可有益于接通高压IGBT，同时不必明显升高该静态检测阈。在有些高压IGBT中，其将持续几十秒，直到达到AN状态的静态电压。
本发明的所示实例的上面的描述不意指仅限于或穷举这些实例。在此，是为阐述目的而描述本发明的特定的实施方案和实例，而在不偏离本发明条件下可有各种不同的变更。对于电压、电流、频率、功率、范围值、时间等的特定实例仅是说明性的，因此本发明也可用这些量的另一些值来置换。
对本发明的实例的变更可参照上面的详述来进行。在下面权利要求中所用的术语不应理解为将本发明局限于在本说明书和权利要术中所公开的特定实施方案。本说明书和附图应视为是说明性的，而非限定性的。

Claims (14)

1.一种用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备，其中该设备包括：
具有第一、第二、第三和第四节点的电阻性-电容性网络，
其中该电阻性-电容性网络设计成，在该第一节点上与功率半导体开关的主连接端相连接，并在该第二节点上提供代表该功率半导体开关的电压的信号，
其中该电阻性-电容性网络包括耦合在第一和第二节点之间的至少一个阻抗、耦合在第二节点和第三节点之间的第一电阻性元件和耦合在第二节点和第四节点之间的第一电容性元件，
其中该用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备还包括：
计时器电路，该计时器电路的输入与该电阻性-电容性网络的第三节点相连接，其中该计时器电路设计成产生代表该功率半导体开关接通后该功率半导体开关的电压变化过程的检测信号，
其中该计时器电路设计成，如果该功率半导体开关接通后该功率半导体开关的电压未降到低于预定的值，则该计时器电路将该检测信号的水平升高到高于预定的阈电压，和
其中该电阻性-电容性网络设计成补偿或过补偿该用于检测该功率半导体开关的电压变化过程的设备的寄生电容，以防止该计时器电路在以下情况下将该检测信号的水平升高到高于所述预定的阈电压：即使该功率半导体开关接通后该功率半导体开关的电压降到低于所述预定的值，
其中该设备还包括箝位电路，该箝位电路设计成将该电阻性-电容性网络的第三节点上的电压限制在预定的最大电压。
2.权利要求1的设备，其中：
该耦合在第一和第二节点之间的至少一个阻抗是并联的电容性元件和电阻性元件；
该至少一个阻抗和该第一电容性元件补偿或过补偿用于检测该功率半导体开关的电压变化过程的设备的寄生电容；并且
该第一电容性元件的值低于第一和第二节点之间的该至少一个阻抗的电容性元件的值。
3.权利要求1或2的设备，其中该电阻性-电容性网络包括一个或多个其它的阻抗，所述一个或多个其它的阻抗与该至少一个阻抗成串接地耦合在该电阻性-电容性网络的第一节点和第二节点之间，并且其中该至少一个阻抗和该一个或多个其它的阻抗中的每一个均包括相并联的电容性元件和电阻性元件。
4.权利要求1或2的设备，还包括第二箝位电路，该第二箝位电路设计成将该第三节点限制在预定的最小电压。
5.权利要求4的设备，其中该预定的最小电压相应于该功率半导体开关的栅极驱动信号的AUS水平，和/或其中该预定的最大电压相应于该功率半导体开关的栅极驱动信号的AN水平。
6.权利要求1或2的设备，其中该计时器电路包括电容和电阻性元件，该电容以对该电阻性-电容性网络的第三节点上的电压水平反应而被充电或放电，并且其中在计时器电路的该电容的一端上的电压水平是该检测信号。
7.权利要求1或2的设备，其中该电阻性-电容性网络包括另一电容性元件，该另一电容性元件耦合在该第二节点和该第一电容性元件之间，其中该至少一个阻抗包括相并联的一个电容性元件和一个电阻性元件，并且其中该至少一个阻抗的电阻性元件耦合在该第二节点上，该至少一个阻抗的电容性元件耦合在该第一电容性元件上。
8.权利要求7的设备，其中该第一电容性元件的值为该另一电容性元件的值的至少5倍。
9.权利要求3的设备，其中该电阻性-电容性网络包括另一第一电阻性元件和一个第二电阻性元件，该另一第一电阻性元件并联于该第一电容性元件，该第二电阻性元件并联于该电阻性-电容性网络的该至少一个阻抗的或该一个或多个其它阻抗的电容性元件。
10.权利要求9的设备，其中该另一第一电阻性元件和该第二电阻性元件设计成限制该第一电容性元件和该电阻性-电容性网络的该至少一个阻抗的或该一个或多个其它阻抗的电容性元件的静态电压。
11.权利要求1或2的设备，其中该设备包括另一电阻性元件，该另一电阻性元件耦合于第三节点和基准电位之间，并设计成至少部分调节该检测信号的静态水平。
12.权利要求1或2的设备，其中该计时器电路还包括另一第二电阻性元件、第二电容和一个二极管，所述另一第二电阻性元件、第二电容和二极管设计成影响该检测信号的动态水平。
13.一种用于检测功率半导体开关中短路状态或过电流状态的设备，其中该设备包括：
权利要求1-12之一的用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备；和
比较器，该比较器接收该用于检测功率半导体开关的电压变化过程的设备的检测信号和基准信号，并输出误差信号，该误差信号表明该检测信号是否超过该基准信号。
14.一种用于功率半导体开关的控制电路，其中该控制电路包括：
权利要求13的用于检测功率半导体开关中短路状态或过电流状态的设备；
一个驱动电路，该驱动电路接收误差信号，并且如果该检测信号超过该基准信号，则该驱动电路断开功率半导体开关或提供用于***控制的另一误差信号；和
一个由该控制电路控制的功率半导体开关。
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