用于触发半导体开关的电子电路和方法
【专利摘要】本发明涉及一种电子电路（1），其包括至少一个设置于与一个将被触发的电感负载（2）串联的切换路径（D-S）处的半导体开关（S），和至少一个在切换相位期间与半导体开关（S）交互且同样设置为与负载（2）串联的续流元件（FD）。控制单元通过可变控制电流（iG(t)）控制半导体开关（S）的控制连接（G），将可变控制电流（iG(t)）作为在续流元件（FD）处测量的电压（uFD(t)）的时间分布函数，和/或作为在切换路径（D-S）处测量的电压（uDS(t)）的时间分布函数。本发明进一步涉及一种用于触发这样的电路（1）的半导体开关（S）的方法，半导体开关（S）通过可变控制电流（iG(t)）触发以用于切换，所述控制电流预定义作为在续流元件（FD）处测量的电压（uFD(t)）的时间分布函数，和/或作为在切换路径（D-S）处测量的电压（uDS(t)）的时间分布函数。依照本发明的电子电路被有利地用于触发桥逆变电路（10）的半导体开关，特别是用于操作EC电机。
【专利说明】用于触发半导体开关的电子电路和方法
【技术领域】
[0001]本发明首先涉及一种如权利要求1前序所述的电子电路，特别是作为电子逆变电路的一部分来优选地操作EC电机，该电路具有至少一个半导体开关，其切换路径与被控制的电感负载串联，以及至少一个在切换相位期间与半导体开关交互且同样与负载串联的续流元件。
[0002]此外，本发明还涉及一种如权利要求6前序所述的用于控制半导体开关的新方法，半导体开关在这样的电路中，与其切换路径和被控制的电感负载串联，并且在切换相位期间和同样与负载串联的续流元件交互。
【背景技术】
[0003]在切换电感负载时，例如特别地电再换向EC电机的线圈的电流流动时，作为常规的当前功率半导体设备被用作半导体开关且与作为常规的续流二极管的续流元件并联结合。功率晶体管如MOSFET或IGBT是常见的。
[0004]半导体开关被各自控制来通过它们的控制连接、使用控制信号进行切换或再换向，控制信号通常由微控制器产生并随后被馈入驱动电路，驱动电路随后使各自的半导体开关接通或断开。
[0005]为了保持切换半导体的功率损失为最小，将功率导体尽可能快地接通或断开是众所熟知的。这种测量可以实现更少的功率损失，并且冷却装置可以保持相应地小。
[0006]快速接通或断开电感负载的缺点在于，当切换功率晶体管时会带来陡峭边缘的结果，产生干扰电压，不得不通过使用所谓的EMC滤波器来再次进行抑制。
[0007]干扰频谱，即所谓的EMC干扰，当功率半导体接通或断开时形成为高频干扰。这种干涉光谱的阈值是在确定的EN标准下定义的，不得超过。因此，在许多情况下，在实践中有必要构造昂贵的、大体积的EMC滤波器，这需要大量的安装空间，并导致高成本。EMC滤波器一般是无源元件，通常是电感和电容的组合。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是为了防止或至少减少高频干扰，并且通过尽可能快地接通或断开各自的半导体来保证最小的切换损失，无需昂贵的EMC滤波器。换句话说，干扰光谱将被阻止在具有最小的功率损失的切换边缘，以便能够节省EMC元件。
[0009]这个目的是通过两个独立权利要求1和6各自的特征实现的。有利的实施例被包含在相应的从属权利要求中。
[0010]本发明的相应特征在于一种新的控制单元、一种通过将可变控制电流作为在关联的续流元件处测量的电压的时间分布函数而被控制的半导体开关的控制连接。凭借本发明中的这种测量，各自的切换边缘的分布可在上部区域被调制。此外，甚至可替代地，控制单元被设计成使得它控制将可变控制电流作为在半导体开关的切换路径处测量的电压的时间分布函数的半导体开关。通过这种测量，各自的切换边缘可在其下部区域被调制。通过这两项测量，实现了 dB频谱降低。
[0011]在一个优选的实施例中，这两项测量相结合，控制单元一方面测量在续流元件处的电压的同时，另一方面测量在被控制的半导体开关的切换路径处的电压，电流流量的函数在切换相位期间以两个测量电压的确定比例通过切换部件从一个电压到另一个电压被改变。以这种方式，切换边缘可以有利地在下部和上部区域都进行调制，以防止或至少减少干扰光谱。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]本发明通过举例的方式描述更多细节，参照下面的描述和附图，其中:
[0013]图1示出了根据本发明的电路的等效电路图，
[0014]图2示出了根据本发明第一实施例的控制电路框图及附加等效电路图，
[0015]图3示出了根据本发明第二实施例的控制电路的与图2类似的视图，
[0016]图4包括副图4a_4d，示出了根据本发明的测量来说明切换边缘的影响的示意图，
[0017]图5和6示出了控制电路的附加等效电路图，
[0018]图7不出了具有在局部桥切换的两个半导体开关的附加等效电路图，
[0019]图8示出了用于EC电机的三相逆变电路的主要电路图，
[0020]图9示出了切换脉冲的附加示意图，
[0021]图10-13各自示出了类似于图2和图3的有利实施例的附加视图，以及
[0022]图14示出了可能的切换边缘调制的附加示意图。
[0023]在附图的各图中相同的部件总是采用相同的参考标号。
【具体实施方式】
[0024]对于下面的描述，明确强调，本发明并不限于这些实施例，在这个过程中，不是对于描述的特征组合的所有或一个以上特征，而是对于每个实施例的每个单独的副特征，同样具有发明的意义，其自身从所有其他与之联合描述的副特征分离，并且同样与任何其他实施例的特征组合以及独立的特征组合和后面对权利要求的引用分离。
[0025]在图1中，根据本发明的电路I被作为等效电路图示出，并特别地，在一个最小的实施例中，作为所谓的“基本切换单元”。在恒定电压源u_st处，有效功率被转换。
[0026]
【权利要求】
1.一种电子电路(1)，包括至少一个半导体开关(S)，其切换路径(D-S)与被控制的电感负载(2)串联，以及至少一个在切换相位期间与半导体开关(S)交互并同样与负载(2)串联的续流元件(FD)， 其特征在于，控制单元(4)，通过可变控制电流(iG(t))控制半导体开关(S)的控制连接(G)，将可变控制电流(ie(t))作为在续流元件(FD)处测量的电压(uFD (t))的时间分布函数。
2.根据权利要求1前序所述的电子电路， 其特征在于，控制单元(4)，通过可变控制电流(iG(t))控制半导体开关(S)的控制连接(G)，将可变控制电流(ie(t))作为在半导体开关(S)的切换路径(D-S)处测量的电压(uDS (t))的时间分布函数。
3.根据权利要求1和2所述的电路， 其特征在于，控制单元(4) 一方面测量在续流元件(FD)处的电压(uFD(t))的同时，另一方面测量在被控制的半导体开关(S)的切换路径处的电压(uDS (t))，控制电流(ie(t))的对应电压在切换相位期间以两个测量电压(uFD(t)，uDS(t))的确定比例通过切换部件(6)从一个电压(UFD⑴或Uds⑴)切换到另一个电压(UFD⑴或UDS(t))。
4.根据权利要求1-3任一项所述的电路， 其特征在于，饱和部件(8)被安置于各测量电压(UFD (t)，UDS (t))的反馈路径。
5.根据权利要求1-4任一项所述的电路， 其特征在于，该电路为电子逆变电路(10)的组成部分，优选地控制EC电机，逆变电路(10)的组成包括具有至少四或六个半导体开关(S1-S6)、每个半导体开关与它们的切换路径(D-S)在彼此并联的桥路径处成对串联的桥电路，连接在各个桥路径的半导体开关之间且各个半导体开关(S1-S6)具有并联连接的续流元件(D1-D6)的各个负载(2)，控制半导体开关(S1-S6)的控制连接(G)以使可变操作AC电压施加于负载(2)的控制电路(4)。
6.一种用于控制半导体开关(S)的方法，半导体开关(S)位于电子电路(I)中，其切换路径(D-S)与被控制的电感负载(2)串联，并且其在切换相位期间与同样与负载(2)串联的续流元件(FD)交互， 其特征在于，半导体开关(S)通过可变控制电流(ie(t))被控制进行切换，将可变控制电流(ie(t))作为在续流元件(FD)处测量的电压(uFD⑴)的时间分布函数。
7.根据权利要求6前序所述的方法， 其特征在于，半导体开关(S)通过可变控制电流(ie(t))被控制进行切换，将可变控制电流(ie(t))作为在半导体开关(S)的切换路径(D-S)处测量的电压(uDS (t))的时间分布函数。
8.根据权利要求6和7所述的方法， 其特征在于，在续流元件(FD)处的电压(uFD(t))和在被控制的半导体开关(S)的切换路径处的电压(uDS(t))都被测量，控制电流(ie(t))的对应电压在切换相位期间以两个测量电压(UFD(t) , Uds (t))的确定比例从一个电压切换到另一个。
9.根据权利要求6-8任一项所述的方法， 其特征在于，在每个切换相位期间，在续流元件(FD)和半导体切换路径(D-S)处各自测量的电压(uFD (t) Aids⑴)与预定义或可调整的饱和电压(Usat)相比较，只有在各自测量的电压(uFD(t)/uDS(t))比饱和电压(Usat)低时，控制电流(ie(t))才可变，否则控制电流(iG(t))被指定为恒定，控制电流(ie(t))特别地通过恒定电压获得，特别是饱和电压(Usat)。
10.根据权利要求6-9任一项所述的方法， 其特征在于，可变控制电流(ie(t))以恒定部分(I_st)与可变部分(i)相加的和被提供，可变部分是在续流元件(FD)或半导体切换路径(D-S)处各自测量的电压(uFD(t)或Uds (t))的函数(f (Ufd))或(f (Uds) ) ο
11.根据权利要求10所述的方法， 其特征在于，恒定电路部分(I_st)和/或可变电流部分(i=f (U))在用于接通过程和断开过程时是不同的。
12.根据权利要求10或11任一项所述的方法， 其特征在于，可变电流部分(i)的函数成正比例，在最简单的情况下，比例系数为恒定加权因子(G)。
13.根据权利要求10或11任一项所述的方法， 其特征在于，可变电流部分(i)的函数描述为多项式。
14.根据权利要求6-13任一项所述的方法， 其特征在于，由应用程序来控制桥逆变电路(10)的半导体开关(S1-S6)，特别是用于操作EC电机。
【文档编号】H03K17/16GK103988431SQ201180074247
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2011年11月24日 优先权日:2011年11月24日
【发明者】赫尔穆特·利普, 拉尔夫·威斯特普, 费比恩·施内德, 塞巴斯蒂安·斯洛特 申请人:穆尔芬根依必派特股份有限公司