一种用于控制半导体开关的方法和开关装置的制造方法_4

文档序号:8399461阅读:来源:国知局
体开关HSl至HS6在所示出的实施方式中是η沟道IGBT0
[0064]针对这六个半导体开关HSl至HS6中的每个半导体开关,变流器SR分别具有电路装置SA1、SA2、SA3、SA4、SA5或SA6以用于控制相应的半导体开关HSl至HS6,其中六个电路装置SAl至SA6尽可能彼此功能相同地构造。为了简化对驱动设备AV的描述,随后仅详细描述六个电路装置SAl至SA6中的一个电路装置。
[0065]如同其余的五个电路装置SA2至SA6,第一电路装置SAl具有半桥电路单元HB形式的驱动电路单元、第一比较单元VE1、第二比较单元VE2、存储单元SE以及控制单元ΑΕ。电路装置SAl除了半桥电路单元HB之外在ASIC构件中构造。这能够实现显著减小构件数量和构件成本,需要更小的电路板空间并且引起较小的生产成本,尤其是在储存、安装和测试部件的情况下。此外,能够集成附加的功能。此外,由此能够设定更高的开关速度,能够实现相对于EMV干扰的更高的可靠性以及提高的鲁棒性并且扩展诊断可能性。
[0066]半桥电路单元HB在其侧具有各一个在半导体开关HSl的控制端子SHS和第一负供应电压端子NA之间布置的可控的第一驱动开关Tl和在半导体开关HSl的控制端子SHS和第二正供应电压端子HA之间布置的可控的第二驱动开关T2的串联电路,其中两个驱动开关Tl和T2之间的将这两个驱动开关Tl和T2连接的节点与三重半桥电路DHS的半导体开关HSl的控制端子SHS电连接。由此,三重半桥电路DHS的半导体开关HSl由所述半桥电路单元HB可控地切换。驱动开关Tl和T2在所示出的实施方式中是以MOSFET的形式的半导体开关。
[0067]第一比较单元VEl具有第一和第二输入端子Ell、E12和输出端子A11并且经由第一输入端子Ell与半导体开关HSl的输入电流端子EHS电连接。经由所述第一输入端子E11,第一比较单元VEl测量半导体开关HSl的输入电流端子EHS上的电压电势UE。经由第二输入端子E12,第一比较单元VEl获得没有详细示出的单元的第一参考电压电势UE_TH。第一比较单元VEl将所测量的电压电势UE与参考电压电势UE_TH进行比较并且根据比较结果将输出信号在输出端子All上输出,所述输出信号被传递给电路装置SAl的控制单元AE0
[0068]第二比较单元VE2具有第一和第二输入端子E21、E22和输出端子A21并且经由第一输入端子E21与半导体开关HSl的控制端子SHS电连接。经由所述第一输入端子E21,第二比较单元VE2测量半导体开关HSl的控制端子SHS上的电压电势US。经由第二输入端子E22,第二比较单元VE2得到没有详细示出的单元的第二参考电压电势US_TH。第二比较单元VE2将所测量的电压电势US与参考电压电势US_TH进行比较并且根据比较结果将输出信号在输出端子A21上输出,所述输出信号被传递给电路装置SAl的控制单元AE。
[0069]第一比较单元VEl和第二比较单元VE2典型地分别被构造为比较器。
[0070]控制单元AE被构造用于通过利用由没有详细示出的中央控制单元提供的脉宽调制的控制信号PWM并且尤其利用脉宽调制的控制信号PWM的上升的信号沿SSF和下降的信号沿FSF受控地、分阶段地接通和关断两个驱动开关Tl和T2来控制半导体开关HSl。对此,半导体开关HSl的控制端子SHS借助预设的第一控制电流IAS1、预设的第二控制电流IAS2或预设的第五控制电流IAS5放电并且借助预设的第三控制电流IAS3或预设的第四控制电流IAS4充电。此外,控制端子SHS能够经由驱动开关T2固定地连接到第二正供应电压端子HA的电压上或经由驱动开关Tl固定地连接到第一负供应电压端子NA的电压上。施加在第二正供应电压端子HA上的电压因此在该情况下对应于预设的第二控制电压并且施加在第一负供应电压端子NA上的电压对应于预设的第一电压端子。
[0071]此外,电路装置SAl具有时间测量单元ZME,例如以时钟生成器或振荡器的形式的时间测量单元,以用于在半导体开关HSl的分阶段的接通的第一和第二阶段开始时并且在分阶段的关断的第一和第二阶段开始时开始时间测量以用于确定相应的持续时间,其中时间测量如结合图1所描述的那样进行。此外,电路装置SAl具有第三比较单元VE3,以用于将所确定的持续时间与预设的相应的最大持续时间进行比较,如同样结合图1详细描述的那样。控制单元AE被构造用于借助于两个驱动开关Tl和T2来控制半导体开关HS1,使得如果相应的所确定的持续时间超过所属的预设的最大持续时间,那么将半导体开关HSl分别切换到预设的运行状态中,如结合图1阐述的那样。此外,控制端子SHS在图1中描述的故障状态ST_ERR_0FF中能够通过闭合开关S经由电阻Rl与负供应电压端子NA耦合。
[0072]所述控制电流IASl至IAS5以及预设的最大持续时间在所示出的实施方式中保存在电路装置SAl的存储单元SE中。
[0073]两件式的设计用作为控制和监控开关阶段的基础,所述设计作为数字逻辑来实施。
[0074]直接的路径能够实现最快可能地实现没有详细示出的中央控制单元的PWM开关指令和对例如半导体开关HSl的栅极和集电极比较器信号做出反应。通过借助于纯组合逻辑的实施,此外实现无抖动的开关行为并且生成近似一致的开关循环。这能够实现快速且低损耗的半导体开关控制。经由并联路径,将输入信号时钟同步并且其时间上正确的顺序例如通过时钟自动状态机和耦合的计时模块来监控。
[0075]没有详细示出的中央控制单元根据状态反馈识别故障情况并且将相应的反应导入到系统面上。自动状态机监控正确的故障处理进而能够实现重新接通半导体开关HS1。经由没有详细示出的诊断线路,还能够反馈关于相应的故障图的准确的信息。所述诊断信息简化了故障消除以及故障鲁棒的系统的发展。
[0076]此外,相应的集电极比较器状态的反馈能够经由没有详细示出的状态线路进行,所述状态线路由中央控制单元监控。
【主权项】
1.用于借助控制信号通过受控的、分阶段的接通和关断来控制可控的半导体开关(HSl)的方法,其中所述方法具有下述方法步骤: -在所述分阶段的接通和关断的至少一个阶段开始时,开始时间测量,以用于确定持续时间,其中所述时间测量一直继续直到所述分阶段的接通和关断的跟随所述至少一个阶段的阶段开始, -将所确定的持续时间与预设的最大的持续时间进行比较, -如果所确定的持续时间超过预设的最大的持续时间,那么控制所述半导体开关(HSl),使得所述半导体开关(HSl)被切换到预设的运行状态中。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述半导体开关(HSl)具有控制端子(SHS)、输入电流端子(EHS)以及输出电流端子(AHS)并且经由所述控制端子(SHS)可控,并且其中所述控制信号是脉宽调制的控制信号(PWM),并且其中所述半导体开关(HSl)的控制此外借助于驱动电路单元来进行,其中所述驱动电路单元具有在所述半导体开关(HSl)的控制端子(SHS)和第一负供应电压端子(NA)之间布置的可控的第一驱动开关(Tl)和在所述半导体开关(HSl)的控制端子(SHS)和第二正供应电压端子(HA)之间布置的可控的第二驱动开关(T2),并且所述半导体开关(HSl)的控制通过受控地、分阶段地接通和关断所述第一驱动开关(Tl)和所述第二驱动开关(T2)来进行,并且其中所述方法还具有下述方法步骤: -识别所述控制信号(PWM)中的信号沿的第一类型或与所述第一类型不同的第二类型, -测量所述半导体开关(HSl)的输入电流端子(EHS)上的输入端子电压(UE), -将所测量的输入端子电压(UE)与参考输入电压(UE_TH)进行比较, -测量所述半导体开关(HSl)的控制端子(SHS)上的控制端子电压(US), -将所测量的控制端子电压(US)与参考控制电压(US_TH)进行比较, -其中所述半导体开关(HSl)的控制通过根据以下内容受控地、分阶段地接通和关断所述第一驱动开关(Tl)和所述第二驱动开关(T2)来进行: ?所述控制信号(PWM)中的信号沿的被识别的直接在之前存在的第一类型或第二类型和/或 ?当前测量的输入端子电压(UE)和所述参考输入电压(UE_TH)之间的比较结果和/或 ?当前测量的控制端子电压(US)和所述参考控制电压(US_TH)之间的比较结果。
3.根据权利要求2所述的方法,其中所述半导体开关(HSl)的控制通过下述方式进行:可选地用预设的第一控制电压、预设的第二控制电压、预设的第一控制电流(I
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