用于受控电源开关模块的拓扑的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及受控电源开关。更具体地，本发明涉及用于受控电源开关模块的拓扑。
【背景技术】
[0002]在本领域中公知受控电源开关模块。它们例如以下述形式被发现:绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和双极型晶体管。
[0003]受控电源开关模块通常具有:两个输入连接端连接，其被设计来连接到DC (直流)电源；以及至少一个输出连接端连接，其被设计来提供AC (交流)输出。传统上，例如在DC至AC转换器中使用一个或多个模块。
[0004]每一个模块具有一个、两个或更多受控电源开关、一个、两个或更多的二极管和可能诸如电阻器和二极管的其他无源组件。
[0005]而且，在对于在电动和/或电动混和汽车应用中的电源逆变器电路允许的有限空间和半导体的高成本的情况下，对于电源电子装置的集成的要求增加。
[0006]减少由在汽车逆变器中的半导体占用的空间的一种已知方式是增大它们的效率，以允许减少冷却表面的大小。
[0007]在传统的逆变器设计中存在的受控电源开关模块中的损耗主要由两个来源引起:传导损耗和开关损耗。用于改善受控电源开关模块开关损耗的一种方式一般是通过加速受控电源开关的导通和关断。然而，随着较快的受控电源开关关断，因为高频回路的寄生电感引起的过压增大使得经常要求关断的变慢以保护该装置，由此严重地影响逆变器的效率。
[0008]可以向转换器传递的电力与最大运行电压和最大输出电流相关。限制在受控电源开关上的过压允许在较高的电压下运行，并且然后提供较高的功率。
【附图说明】
[0009]在附图中:
[0010]图1(标注为“现有技术”)是具有高频回路的典型的栅极驱动IGBT配置的电路图，用于图示寄生电感和其中栅极驱动器获取它们的参考的逻辑连接；
[0011]图2是使用在发射极寄生电感上连接的电阻分压器来降低过压的栅极驱动IGBT的电路图；
[0012]图3(标注为“现有技术”)图示了用于IGBT模块的典型拓扑；
[0013]图4图示了根据第一说明性实施例的IGBT模块的拓扑；
[0014]图5图示了根据第二说明性实施例的IGBT模块的拓扑；以及
[0015]图6图示了根据第三说明性实施例的IGBT模块的拓扑。
【具体实施方式】
[0016]词“一个”当与在权利要求和/或说明书中的词语“包括”相结合地使用时的使用可以表示“一个”，但是它也与“一个或多个”、“至少一个”和“一个或超过一个” 一致。类似地，词“另一个”可以表示至少第二个或更多。
[0017]如在本说明书和权利要求中使用，词“包括”(和包括的任何形式)、“具有”(和具有的任何形式)或“包含”(和包含的任何形式)是包含性的或开放性的，并且不排除另外的、未描述的元件或处理步骤。
[0018]在本申请中和在所附的权利要求中，使用在本质上为方向、地理和/或空间的各个术语，诸如“纵向”、“水平”、“前”、“后”、“向上”、“向下”等。应当明白，这样的术语为了说明容易并且仅在相对的含义上被使用，并且不以任何方式被看作对于本公开的范围的限制。
[0019]在本申请中和在所附的权利要求中，将使用同一术语来用于受控电源开关的互连。更具体地，将使用术语IGBT。本领域内的技术人员容易明白，IGBT的集电极具有与MOSFET的漏极和双极的集电极相同的功能；IGBT的发射极具有与MOSFET的源极和双极的发射极相同的功能；并且，IGBT的栅极具有与MOSFET的栅极和双极的基极相同的功能。为了精确和简单的目的，在此作为示例给出IGBT。然而，这不限制本公开的范围。因此，表达IGBT在本公开中和在所附的权利要求中要被解释为任何受控电源开关，除了别的之外包括IGBT,MOSFET和双极晶体管。
[0020]类似地，在在此描述和图示受控电源开关模块的同时，本拓扑也适用于管芯和包。因此，表达“模块”在此和在所附的权利要求中要被解释为模块、管芯或包。
[0021]通过阅读参考附图仅通过示例给出的受控电源开关模块的拓扑的下面的说明书实施例的下面的非限定性说明，用于受控电源开关模块的拓扑的其他目的、优点和特征将变得更清楚。
[0022]根据一个说明性实施例，提供了一种用于受控电源开关模块的拓扑，该受控电源开关模块被配置使得被顶部和底部栅极驱动器电路控制，该受控电源开关模块包括:
[0023]顶部受控电源开关，其包括栅极、集电极和发射极；
[0024]底部受控电源开关，其包括栅极、集电极和发射极；
[0025]顶部集电极轨迹，其连接到该顶部受控电源开关的该集电极；
[0026]底部集电极轨迹，其连接到该底部受控电源开关的该集电极；
[0027]顶部发射极轨迹，其连接到该顶部受控电源开关的该发射极；
[0028]底部发射极轨迹，其连接到该底部受控电源开关的该发射极；
[0029]-Vbus连接端，其连接到该底部发射极轨迹；
[0030]+Vbus连接端，其连接到该顶部集电极轨迹；
[0031]至少一个相位连接端，其连接到该底部集电极轨迹和该顶部发射极轨迹的任何一个；
[0032]其中，所述顶部发射极轨迹到所述底部集电极轨迹的互连限定了寄生发射极电感，所述寄生发射极电感具有这样的值，使得在dl/dt期间在其上产生的电压被注入在所述顶部栅极驱动器电路中，以在所述顶部IGBT的所述发射极处产生正电压，以使处于导通的所述栅极-发射极电压(Vge)的斜率变缓。
[0033]一般而言，用于受控电源开关模块(以下称为IGBT模块)的本拓扑涉及一种IGBT模块，其中，顶部IGBT的发射极不直接地连接到底部IGBT的集电极，但是其中，这两个元件经由在DBC(直接敷铜)上的轨迹连接到外部连接端，该外部连接端限定可以内部或外部地互连的两个相位连接端。顶部IGBT的发射极到底部IGBT的集电极的该间接连接允许在IGBT模块中的DBC上的IGBT的重新定位，以由此允许优化、配置和/或预定寄生电感。
[0034]用于IGBT模块的本拓扑也一般涉及IGBT模块，其中，优化顶部IGBT的发射极的寄生电感，以允许作为反馈在该顶部IGBT的栅极驱动电路中的这个寄生电感上注入过压的采样，以在大于预定值的过压期间将下降的栅极电压的斜率变缓。
[0035]本领域内的技术人员公知，在该IGBT的关断出后的dl/dt在IGBT上施加的高频回路的寄生电感上产生大于总线电压的电压。在此提出了一种解决方案，该解决方案基于作为反馈在栅极驱动电路中的IGBT上过压的采样的注入，以在大于预定值的过压期间将下降的栅极电压的斜率变缓，以将过压值限制在这个预定值出。
[0036]本领域内的技术人员已知，该换流过程包含两个主要步骤:dl/dt和dV/dt。该dl/dt与在半导体中的电流的改变的速率相关，并且dV/dt与在半导体上的电压的改变的速率相关。在受控电源开关中的dl/dt与在半导体上的电压的改变的速率相关。在受控电源开关中的dl/dt首先在导通处出现，并且然后dV/dt —旦从二极管向受控电源开关完全地传送电流则出现。在导通处理的结尾，从二极管向受控电源开关传送电压，并且从受控电源开关向二极管传送电流。在受控电源开关中的dl/dt在导通处具有正斜率，并且在关断处具有负斜率。DV/dt在关断处在受控电源开关上具有正斜率，并且在导通处具有负斜率。
[0037]在