用于防止馈线断路器寄生导通的电力电子装置组件的制作方法

本发明涉及用于防止馈线断路器(feeder circuit-breaker)寄生导通(PARASITIC SWITCHING-ON)的电力电子装置组件，以及涉及在适用如上所述的电力电子装置组件的状态下用于在驱动器供给电压过低或者不存在驱动器供给电压的情况下防止馈线断路器寄生导通的方法。本发明的适用领域涉及与半导体通电的组件，这些组件具有用于对电源开关进行驱动的驱动电路，尤其具有还被称作逆变器且用于驱动尤其以电动式驱动的制冷剂压缩机用电动马达的变换器。

背景技术：

例如，微控制器等的逻辑电路无法直接供给驱动具有被绝缘的控制端子电极(绝缘栅双极型晶体管(IGBT))的双极型晶体管(bipolar transistor)、晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET，Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)等电源开关所需的电流及电压。因此，在电力电子装置组件中，一级或多级的驱动电路插入于逻辑电路与电源开关之间。一方面，上述驱动电路用于控制所需的电流及电压，另一方面，在上述驱动电路的内部实现保护及安全功能，这属于现有技术。现如今，驱动电路大多被集成电路(IC，integrated circuit)所代替。

在驱动集成电路领域经常碰到的保护及安全功能为短路电路，即，使电源开关的控制输入端(栅极、基极)及基准引脚(发射极、源极)发生短路的短路电路的“米勒钳位(Miller-Clamp)”功能。此时，当电源开关不驱动时，上述电源开关的输入端(栅极、基极)通过驱动器主动向远低于上述电源开关的导通临界值的电位移动。由此，最重要的一点在于，电源开关因寄生电容的充电而被意外导通。此时，当将绝缘栅双极型晶体管用作电源开关时，寄生电容为在电源开关的输入端(栅极)与集电极(collector)之间产生的寄生电容，当将金属氧化物半导体场效应晶体管用作电源开关时，寄生电容为在电源开关的输入端(栅极)与输出端(漏极(drain))之间产生的寄生电容，尤其可涉及密勒电容(Miller-Capacitance)。

通过电源开关的寄生电容的导通隐患尤其发生在具有用于导通频率高、高电流及高电压的电源开关的组件。现有技术通过集成在驱动集成电路内的开关来实现米勒钳位。通常，这种开关在集成电路内体现为N沟道场效应晶体管(FET，field effect transistor)或者NPN晶体管。

开关的联接，换句话说，米勒钳位的活性化仅在向集成电路内的晶体管供给正(﹢)电压的情况下形成，其理由在于，为了使N沟道场效应晶体管或npn晶体管联接而需要供给正电压。若未向驱动集成电路供给用于运行集成电路的供给电压或者向上述驱动集成电路所供给的上述供给电压过低，则米勒钳位的保护功能也不会起作用。例如，在开启上部电源开关时，即每当开启通过“自举”电路向高侧电源开关用驱动供给电力的逆变器时总会发生上述情况。在自举的情况下，首先，在半桥电路(half-bridge)内通过下部电源开关的联接，即，通过低侧开关的联接来产生用于高侧驱动器的驱动供给电压，由此，使逆变器主动进行工作，但由于电压不足(under voltage)，在驱动器的集成电路集成的保护功能尚未起到作用。在这种情况下，可导致电源端破损。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供如下的电力电子装置组件：上述电力电子装置组件包括逻辑电路、电源开关及驱动端，当尚未向上述驱动端本身传递供给电压或者为了保护功能而向上述驱动端本身供给的电压不足时，也防止电源开关的意外接通。

本发明的目的通过具有权利要求1中的特征的用于防止电源开关寄生导通的电力电子装置组件来实现。优选实施例记载于从属权利要求。用于防止馈线断路器寄生导通的电力电子装置组件包括：逻辑电路；电源开关，具有作为电源开关的输入端的控制端子及基准引脚；以及一级或多级的驱动电路，插入于上述逻辑电路与上述电源开关之间，用于对电源开关进行驱动。驱动电路具有驱动单元，以及优选地具有短路电路形态的安全功能，当电源开关的输入端不驱动时，上述安全功能利用电源开关的基准引脚来使上述输入端发生短路，由此，输入端中的电位下降到电源开关的导通临界值以下。根据本发明，追加的接线装置配置于驱动电路与电源开关之间，上述追加的接线装置与在未施加用于驱动电路或根据情况来用于驱动电路的短路电路的供给电压或者所供给的供给电压过低的情况下使电源开关的输入端因电源开关的基准引脚而短路或保证使电源开关的输入端放电的安全电位相连接，以保证使在电源开关的输入端产生的寄生充电电流放电。

根据本发明的概念，在未施加供给电压或者所施加的供给电压过低的情况下，通过在驱动端与电源开关之间形成的追加的接线，保证使在电源开关的输入端产生的寄生充电电流放电。如上所述的情况可通过电源开关的基准引脚(发射极)使电源开关的输入端(栅极)发生短路来实现。但是，还存在甚至提供负(－)供给电压的更高电力等级的驱动电路。在此情况下，为了安全，可使电源开关的输入端与负供给电压相连接，从而使寄生充电电流放电。

优选地，追加的接线装置借助自导电追加开关构成，例如，可借助为了驱动而通过输入充分的供给电压来实现断开的PNP-晶体管或P沟道场效应晶体管(P-channel Field-Effect Transistor)构成，或者可借助二极管与自举电路的相互作用来构成。

本发明的一重要优点在于，可通过米勒钳位功能继续使用可在市场上购买的驱动电路。但是，在临界的驱动电位上也可以防止寄生导通。此时，电路成本及费用支出少。同样也可通过追加接线来简单、经济地完善以往的电源末端。

附图说明

通过针对参照相关附图的实施例的以下说明来表示本发明实施例的追加的细节、特征及优点。

图1为包括逻辑电路、驱动电路及电源开关的现有技术的电力电子装置组件的简图。

图2为示出由与米勒钳位的驱动端驱动的现有技术的电源开关(IGBT)的驱动方式的简图。

图3为示出产生寄生电容的现有技术的具有绝缘栅极电极(IGBT)的双极型晶体管的简图。

图4为示出在驱动电路的内部形成基于N沟道场效应晶体管(FET)的米勒钳位功能的现有技术的电力电子装置组件的简图。

图5为示出在驱动电路与电源开关之间设置有追加的接线部的电力电子装置组件的简图。

图6为通过自举供给电力且参照具有追加的二极管的高侧驱动电路来示出追加的接线状态的一例的图，在驱动器内集成的短路电路(米勒钳位)及驱动供给电压低的情况下，上述追加的二极管用于对米勒钳位功能进行图像化。

附图标记的说明

1：电力电子装置组件

2：逻辑电路、微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)

3：电源端、电源开关、高侧电源开关

4：驱动(driver)电路、驱动端、驱动器

5：用于对电源开关3进行驱动的驱动单元

5a：输出端

6：控制晶体管的短路电路、米勒钳位功能、米勒钳位

6a：集成开关

7：电源开关的输入端、栅极、控制端子

8：基准引脚、发射极、源极(Soure)

9：集电极、电源插座(outlet)、漏极

10：驱动供给电压、(用于驱动的)供给电压

11：追加的接线部、接线装置

12：自举电路

13：(自举电路12的)二极管

14：(自举电路12的)电容器

15：追加的接线部的二极管

16：针对低侧电源开关的电联接部

17：驱动基准电位

C_GC：寄生电容、米勒电容

C_GE：寄生电容

C_CE：寄生电容

VCC：正(+)供给电压(相对于驱动基准电位，电压为正(+)的驱动集成电路的供给电压)

具体实施方式

图1为示出借助逻辑电路2，例如，借助微控制器2、现场可编程门阵列2(FPGA，field programmable gate array)或数字信号处理器2(DSP，digital signal processor)，通过驱动端4驱动电源端3的电力电子装置组件1的简图。微控制器等的逻辑电路无法直接供给驱动双极型晶体管等的电源开关所需的电流及电压，上述双极型晶体管具有被绝缘的控制端子电极或金属氧化物半导体场效应晶体管。因此，在电力电子装置组件中，一级或多级的驱动电路4插入于逻辑电路2与电源开关3之间，通常，这种情况属现有技术的公知技术，图1简要示出了上述内容。图2为电力电子装置组件1的驱动电路4的详图。一方面，驱动电路用于控制通过驱动单元5开闭电源开关3所需的电流及电压，另一方面，在上述驱动电路的内部实现保护及安全功能，这属于现有技术。驱动电路4大多被集成电路所代替。与上述现有技术相应地，图2简要示出通过具有短路电路6的驱动端4来驱动电源端3的方式，上述短路电路6是指在驱动集成电路领域经常碰到的起到保护及安全功能的米勒钳位6。此时，在电源开关3不驱动的情况下，通过驱动器4使电源开关3的输入端7主动向远低于电源开关3的导通临界值的电位移动，上述电源开关3的输入端7也可被称为控制端子7或栅极7。借助电源开关3的基准引脚8(在绝缘栅双极型晶体管的情况下为发射极8，或者在金属氧化物半导体场效应晶体管的情况下为源极8)使电源开关3的输入端7发生短路来实现如上所述的过程。由此，最重要的一点在于，防止电源开关3因寄生电容，尤其因被所谓的密勒电容所充电而意外导通的情况。在将具有被绝缘的控制端子电极的双极型晶体管用作电源开关3的情况下，密勒电容为在电源开关3的输入端7与电源开关3的集电极9之间产生的寄生电容，上述电源开关3的输入端7也称作栅极7。在将金属氧化物半导体场效应晶体管用作电源开关3的情况下，米勒电容为在电源开关的输入端(栅极7)与电源开关3的输出端9(漏极9)之间产生的寄生电容。

图3示出具有被绝缘的控制端子电极的双极型晶体管形态的电源开关3，上述被绝缘的控制端子电极具有作为控制端子7或电源开关3的输入端7的栅极7、集电极9以及电源开关3的基准引脚8，即，发射极8。本附图中简要示出所产生的寄生电容C_GC、C_GE及C_CE。如上所述，密勒电容C_GC为在电源开关3的栅极7与集电极9之间产生的电容。在电源开关3的栅极7与发射极8之间以电容C_GE的形状产生追加的寄生电容，而在集电极9与发射极8之间以电容C_CE的形状生成上述追加的寄生电容。

图4简要示出在逻辑电路2与电源开关3之间设置有驱动电路4的基于现有技术的组件1，在上述组件的内部中，通过在驱动器4的集成电路内集成的开关6a来实现米勒钳位6。此时，如图4简要示出，通常在集成电路中以N沟道场效应晶体管实现上述开关6a或者以NPN-晶体管实现上述开关6a。只有在向集成电路中的开关6a或晶体管6a供给正(+)电压的情况下才能实现开关6a的联接，也就是激活米勒钳位6。若未向驱动集成电路供给用于运行的驱动供给电压10或者向上述驱动集成电路所供给的上述驱动供给电压10过低，则米勒钳位6的保护功能也无法被激活，电源开关3的输入端7及基准引脚8也无法发生短路。

图5示出具有几种不同之处的与图4相应的电力电子装置组件1，上述组件在驱动电路4与电源开关3之间具有追加的接线部11。在未向驱动器4施加供给电压10或者向上述驱动器4所施加的供给电压10过低的情况下，通过在驱动电路4与电源开关3之间形成的追加的接线，来保证电源开关3的输入端7(栅极7)通过电源开关3的基准引脚8(发射极8)而发生短路。

图6举例示出具有高侧驱动电路4的电力电子装置组件1的一截面，上述高侧驱动电路4具有驱动单元5，上述驱动单元5具有用于高侧电源开关3的输出端5a，电力电子装置组件1通过自举电路12提供驱动供给电压10。在电路的一部分所发生的电位变动还对其他部分产生效力的电子电路被称为自举电路。在此情况下，当电流较少时，利用多个电容器仅以降低的趋势改变自身电压的效果。这些电容器将一侧的电位变动一同移动至另一侧。自举电路12包括二极管13及电容器14。除了用于电源开关3的驱动单元5以外，驱动电路4还包括米勒钳位6，在电源开关3的输入端7不驱动的情况下，上述米勒钳位6利用电源开关3的基准引脚8(发射极8)来使输入端7发生短路，上述米勒钳位6为具有集成开关6a的短路电路6。在所示的实施例中，形成于驱动电路4与电源开关3之间的追加的接线部11包括追加的二极管15，在驱动供给电压10较低的情况下，上述追加的二极管15用于对米勒钳位功能6进行图像化。

当启动组件1时，如同向电容器14输入的情况，正驱动供给电压VCC为0V，驱动器4的米勒钳位功能6不起作用。虽然未在图6中示出，但是，通过联接形成电联接部16的低侧电源开关，使驱动基准电位17相对于供给电压VCC发生变动，并对电容器14进行充电。例如，通过追加的二极管15来使充电电流在电源开关3的栅极7发生放电，从而防止基于密勒电容C_GC的寄生导通。当驱动器4处于自身的最低供给电压状态，换句话说，当电容器14以所需的最小供给电压VCC的程度被充电时，因驱动器4而形成米勒钳位功能6，此时，二极管15向断开方向移动，由此保持不被激活的状态。若正电压VCC在电容器14上连续工作的过程中再次降至驱动器4的最小供给电压以下，则二极管15将再次起到米勒钳位功能。上述情况的前提条件如下，即，电容器14中的电压(+)、自举电路12的二极管13上的正向偏压(forward bias)处于电源开关3的最小导通临界值以下。在近来以具有二极管13及电源开关3的方式设计驱动电路4的情况下，可容易实现如上所述的前提条件。