半导体设备控制器的制造方法

半导体设备控制器的制造方法
【专利摘要】本发明描述了用于控制半导体开关设备(132)进入多个状态中所选择的一者的控制器(130)，该状态包括全关闭状态、饱和开启状态、以及至少一个中间状态。该开关设备控制器包括用于感测设备上的电压的电压感测输入(142)；用于感测流经设备的电流的电流感测输入(电流反馈)；耦合至感测输入、控制输出(136)以向功率半导体开关设备提供具有根据一个或多个可调参数的响应的驱动信号的负反馈控制电路(138)；以及用于控制响应于状态指令数据的可调参数以控制开关设备进入所选择的状态的电路控制器，尤其是通过控制设备的有效阻抗。优选的中间状态包括激活低电流状态和激活低电压状态。
【专利说明】半导体设备控制器

【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于控制半导体开关设备的技术，尤其是用于功率半导体开关设备的 技术。

【背景技术】
[0002] 我们非常关心的功率半导体开关设备典型地具有大于1安培的载流能力和大于 100伏特的可操作电压。我们所关心的设备的实施例能够承载大于10安培、50安培或100 安培的电流和/或能够维持大于500伏特或1KV的设备两端的压差。
[0003] 该设备的示例包括绝缘栅双极晶体管（IGBT)，以及诸如M0SFETS(垂直或横向） 和JFET的FET，以及诸如LILET (横向反转层发射极三极管）、GT0(栅极可关断晶闸管）、 IGCT(集成门极换向晶闸管）等的可能设备。我们描述的技术不限于任何特定类型的设备 结构，并且因此功率开关设备可以例如为垂直或横向设备；其可以在包括但不仅限于硅和 碳化硅的技术范围内被制造。
[0004] 该类型的开关设备具有包括在高电压传输线（尤其是可以例如运载来自离岸风 设施的功率的该类型的直流传输线）中开关以及在用于诸如机车发动机的发动机等的中 等电压（例如大于1KV)中开关的应用。
[0005] 控制这种设备有特殊的问题，部分由于涉及的高电流/电压意味着错误（例如控 制系统中的错误或过度功率消耗或功率半导体设备的过压）可能具有潜在的一系列后果。 此外，这些设备经常在电噪声环境中操作，并且几十或几百个设备可以被串联和/或并联 地连接以达到需要的等级。在这种布置中开关设备需要谨慎地同步。同样优选的是，控制 技术可以解决多个连接的设备中的一者发生故障时的情况。


【发明内容】

[0006] 根据本发明，提供了一种用于控制半导体开关设备进入多个状态中所选择的一者 的半导体开关设备控制器，所述状态包括全关闭状态、饱和开启状态、以及在所述全关闭状 态和所述饱和开启状态之间的至少一个中间状态，所述半导体开关设备具有第一和第二输 入/输出端和控制端，所述开关设备控制器包括：接口，该接口用于接收设备指令数据以及 为所述开关设备定义所指令的所述状态；电压感测输入，该电压感测输入用于感测在所述 输入/输入端的电压；电流感测输入，该电流感测输入用于感测经由所述输入/输出端流经 所述半导体开关设备的电流；控制输出，该控制输出用于向所述控制端提供驱动信号；反 馈控制电路，该反馈控制电路被耦合至所述电压感测输入、所述电流感测输入以及所述控 制输出，以提供响应于所感测的电压和所感测的电流的所述驱动信号，其中所述反馈控制 电路具有一个或多个可调参数，并且其中所述驱动信号对所述感测的电压和所述感测的电 流的所述响应依赖于所述一个或多个可调参数；以及电路控制器，该电路控制器被耦合至 所述接口和所述反馈控制电路，其中所述电路控制器被配置为控制响应于所述指令数据的 所述一个或多个可调参数；以及其中所述一个或多个参数的状态确定由来自所述反馈控制 电路的所述驱动信号设置的所述开关设备的状态，并且其中所指令的状态定义所述一个或 多个可调参数的状态，以用于所述电路控制器控制所述功率半导体开关设备进入所述全关 闭状态、所述饱和开启状态和所述至少一个中间状态。
[0007] 这种控制器的实施方式使潜在的几百个功率半导体开关设备能够以可控、同步的 方式进行开关。广义地说提供在全关闭和饱和开启状态之间的一个或多个中间状态使设备 的导电状态能够被控制，并且因此多个设备的导电状态能够被控制前后紧接地改变。如同 进行同步开关，这也有助于保证电流/电压负载均匀地在多个设备两端共享。用于确定开 关设备的状态的可调参数可以是电流或电压值，例如栅极电压参考级别，和/或反馈控制 电路的一个或多个反馈环路的缩放或偏置参数（如在后文所述），和/或定义了控制器的控 制环路的开关形成部分的状态的参数。
[0008] 所控制的功率半导体开关设备可以是包括在介绍中提到的那些类型的任意范围 的设备，但是本发明的实施方式在应用于绝缘栅设备，尤其是IGBT (绝缘栅双极晶体管）或 M0SFET时是尤其有优势的。优选地，采用该设备，反馈控制电路包括可控电流驱动电路以控 制在一个或多个可调参数被改变时的流入/流出开关设备的控制端（栅极）的电荷。这便 于驱动栅极电容和（可变）米勒（Miller)电容。虽然这些电容可以由低阻抗电压源来驱 动，但是难以控制。相比之下，电流（电荷）控制便于控制随着时间推移设备两端的电压的 变化率以及流经设备的电流的变化率。
[0009] 在控制器的一些特定有益的实施方式中，反馈控制电路是负反馈电路，参数包括 电路的控制环路增益参数，并且电路被配置为控制开关设备至一阻抗值，电路控制器控制 环路增益参数来调整阻抗值从而使开关设备在状态之间转移。
[0010] 控制器的实施方式提供了采用负反馈的控制系统，从而在这种方式下基于感测的 电压和电流反馈信号控制开关设备的行为以使得开关设备表现为似乎是无源阻抗。接下来 可以改变控制环路的参数来改变该有效阻抗，从而例如将设备从高阻抗转移至低阻抗。该 阻抗中改变的附加效果是达到正在被切换的外部电路的"切换转变事件"。因此在实施方式 中，控制系统具有控制控制环路中的开关设备的行为的多个缩放参数，并且这些参数可以 被调整以使得开关设备表现为似乎是无源电阻。这涉及到欧姆原理，R = V/I，即通过改变 V和I的所感知的反馈值，电路改变控制环路的有效R。
[0011] 可以在模拟电路或者在数字电路或二者的结合中实施反馈控制电路。
[0012] 控制器的一些优选实施方式包括开关设备状态检测系统，用于检测何时达到所指 令的中间状态，并且在接口上发送回确认数据以响应。这便于用于前后紧接地进行开关的 多个设备的同步。根据被检测到的中间状态，状态检测系统可以感测控制端（栅极）电压、 设备两端电压和经过设备的电流中的一者或多者。
[0013] 在一些优选实施方式中，除了全关闭和饱和开启状态之外，控制器还提供了中间 状态。在全关闭状态中，开关设备被关闭并且经过设备的电流基本为零，即只有漏电流流 通。一种可以被提供的随后中间状态是关闭阈值状态，在该关闭阈值状态中，设备仍然是关 闭的，但具有大于全关闭状态（尤其是大于零）但是小于设备的开启阈值电压的栅极电压。 可选择地，控制器可以被配置为学习来自设备本身的该电压的值（这是可行的，由于栅极 电压可以被控制并且流经设备的电流是可以被感测）。可以被提供的进一步的中间状态是 该状态的"镜像图像"，即栅极电压小于设备的饱和开启（饱和的）状态但是大于设备的关 闭阈值的开启阈值状态。再次地，该开启阈值电压可以由控制器学习和/或根据设备两端 的感测的电压来调整。可替换地，控制器可以包括在易失或非易失存储器中的定义了这些 电压值的一个或多个寄存器（例如可以从设备数据表中得到被编程的值）。
[0014] 模拟控制电路的实施方式可以包括从控制输出开始的反馈环路，用于控制驱动信 号电压至由可调电压控制参数定义的值。接下来可以调整（此处包括选择）该参数以控制 设备进入关闭阈值或开启阈值状态。当这种阈值状态控制反馈环路被提供用于模拟控制电 路时，其优选地是可切换的，从而该反馈环路可以被切换出并且另一个控制环路被切换进 (如随后所描述的）。因此，更一般地，控制器的实施方式具有多个反馈环路并且需要的反 馈环路可以是可切换选择的，例如在典型地为数字控制器的电路控制器的控制下。
[0015] 控制开关设备从全关闭状态至关闭阈值状态，以及从饱和开启状态至开启阈值状 态（反之亦然）可以拟自动化地被执行，尤其仅通过控制栅极电压，这是由于流经设备的电 流/设备两端的电压只有很少的变化或没有变化。然而控制器的一些优选实施方式还提供 了一个或多个被定义的激活中间状态，其中设备处于激活在这种意义上是指：流经设备的 电流/设备两端的电压被控制并且设备没有被完全关闭或完全开启一更精确地说，其中 设备是开启的但不是饱和开启状态。在该激活状态中，反馈控制电路包括用于经过功率设 备的电流和功率设备两端的电压的激活控制的控制环路，控制该控制环路的一个或多个参 数以达到被指令的激活状态。因此对于该激活状态控制，如果被实现，上文描述的阈值状态 控制环路可以被切换出。在一些特定的优选实施方式中，反馈控制电路控制开关设备至一 目标阻抗，并且电路控制器控制该目标阻抗达到期望的激活状态。因此，广义地说，开关设 备控制器的一些优选实施方式实际上使得功率半导体开关设备表现为无源电阻。
[0016] 该激活状态控制环路的实施方式便于在不同的中间激活状态之间进行开关设备 的双向控制。这是有用的，由于其使得设备能够在故障被检测到时（例如在受控设备中或 者在其故障会影响受控设备的其它设备中）控制回至先前的"已知良好"或一些其他安全 状态。由于在高功率系统中一个设备的故障会经常导致引起其它设备的故障的连锁反应， 所以这可以有助于限制并行损坏。
[0017] 由控制器实现的一个优选的激活状态是激活低电流状态，在激活低电流状态中开 关是激活的但是在有流经设备的被定义的低电流的状态中，设备两端的电压接近全电压。 因此在这种激活低电流状态中，感测的电流大于零，但是仍然相对低，至少低于饱和开启电 流，例如小于5安培、1安培、0. 1安培、10mA、1mA或100 μ A。在这种状态中，设备两端的电 压可以大于100伏特、500伏特或1KV，例如大于感测的电压的最大值的90%。然而原则上 来说，在低电流状态中设备两端的电压可以是任意电压（如果逆向并联二极管导通时甚至 可以是负值，这是因为当随着驱动导电负载的发生时电流逆向通过开关）。
[0018] 在控制器的实施方式中被实现的另一种可用状态是激活低电压状态，在激活低电 压状态中，设备两端有定义的低电压（高于饱和电压但是小于全关闭电压/全切换电源电 压的电压）。因此在实施方式中，设备两端感测的电压可以小于50伏特、30伏特或20伏特， 例如10伏特的级别的电压；或者小于感测的电压的最大电压的10%或5%。此外，感测的 电压大于饱和开启状态的电压（可以例如是2伏特级别）并且因此感测的电压可以大于2 伏特、3伏特、5伏特或10伏特。在激活低电压状态中，流经设备的电流可以接近全电流，虽 然原则上在该状态中可以有任意电流流经设备。
[0019] 如上文所述，在一些优选实施中，激活状态控制环路将开关设备控制为表现为似 乎是无源阻抗。因此在实施方式中，激活状态控制环路包括第一控制电路和第二控制电路， 该第一控制电路耦合至电压感测输入并且结合了响应于电压缩放参数的电路，该第二控制 电路耦合至电流感测输入并结合了响应于电流缩放参数的电路。接下来激活状态控制环路 可以（例如在差分电路中）组合这两个缩放的参数。接下来被组合的结果可以被用于控制 来自控制输出的驱动信号。在这种方式中，（数字）电路控制器可以通过改变电压缩放和 电流缩放参数中的一者或二者（实际上改变设备的目标阻抗）来控制至/从激活状态的转 变或激活状态之间的转变。
[0020] 在优选实施方式中，控制器使用组合的控制电路实现两个激活中间状态和两个阈 值中间状态二者，其中该组合控制电路具有一对可切换控制环路，该对切换控制环路针对 各自的激活和阈值中间状态对中的每一者。
[0021] 本发明的相关方面提供了一种使用开关设备控制器来控制半导体开关设备的开 关的方法，该方法包括：接收使得所述半导体开关设备从初始全关闭或饱和开启状态切换 至中间状态的指令；控制所述半导体开关设备从所述初始状态进入所述中间状态；确定所 述半导体开关设备处于所述中间状态；响应于所述确定，确认所述开关设备处于所述中间 状态；在所述确认之后接收从所述中间状态切换至随后状态的进一步指令；以及控制所述 半导体开关设备进入所述随后状态。
[0022] 在实施方式中，提供了开关设备可以被控制达到的一个或多个被定义的中间状 态，以及在达到被定义的中间状态时发送确认信号，这便于同步地控制多个这种设备。此 夕卜，方法的实施方式还使得设备能够被控制从中间状态返回至先前的状态（例如当检测到 设备或另一个设备的故障时），以作为失效保护（fail-safe)机制。
[0023] 在方法的优选实施方式中，当在全关闭和饱和开启状态之间切换时，开关设备被 控制进入多个连续的中间状态，在转移至随后状态之前报告这些中间状态的每一者并等待 随后状态改变指令。如上文所述，在一些优选实施方式中，中间状态包括关闭阈值状态、开 启阈值状态、激活低电流状态和激活低电压状态中的一者或多者。
[0024] 本发明的相关方面提供了一种用于控制半导体开关设备的开关设备控制器，该开 关设备控制器包括：接口，用于接收指令和发送确认；用于接收使得所述半导体开关设备 从初始全关闭或饱和开启状态切换至中间状态的指令的装置；用于控制所述半导体开关设 备从所述初始状态进入所述中间状态的装置；用于确定所述半导体开关设备处于所述中间 状态的装置；用于响应于所述确定，确认所述开关设备处于所述中间状态的装置；以及用 于在所述确认之后接收从所述中间状态切换至随后状态的进一步指令的装置；以及用于控 制所述半导体开关制备进入所述随后状态的装置。
[0025] 如上文所述，功率半导体开关设备控制器的一些优选实施方式使得受控的开关设 备实际上表现为无源电阻。
[0026] 因此本发明的又一个相关方面提供了一种用于控制半导体开关设备的半导体开 关设备控制器，所述半导体开关设备具有第一和第二输入/输入端以及控制端，该开关设 备控制器包括：控制输入，该控制输入用于接收用于控制所述半导体开关设备的状态的控 制信号；电压感测输入，该电压感测输入用于感测在所述输入/输入端的电压；电流感测输 入，该电流感测输入用于感测经由所述输入/输出端流经开关设备的电流；控制输出，该控 制输出用于向所述控制端提供驱动信号；以及反馈控制系统，该反馈控制系统被耦合至所 述电压感测输入、所述电流感测输入以及所述控制输入和所述控制输出；其中所述控制信 号定义了所述半导体开关设备的目标有效阻抗，并且其中所述反馈控制电路被配置为控制 所述驱动信号以使得所感测的电压和所感测的电流一起实现所述目标有效阻抗。
[0027] 再次地，控制器可以在模拟电路或数字电路（可选择地包括部分或全部在软件控 制下的电路）或二者的组合中被实施。
[0028] 控制信号可以依据一组目标开关状态中的一者定义目标阻抗。在一些优选实施方 式中，控制输入控制各自控制电路的电压缩放和电流缩放参数，以为设备/电路定义目标 有效阻抗。如前文所述，接下来可以通过改变目标有效阻抗来控制设备的状态，从而控制设 备从一个状态至另一个。在优选实施方式中，对来自第一和第二控制电路的信号进行差运 算，并且得到的错误信号被用于控制驱动电路，尤其是栅极驱动电路。如上文所述，驱动器 电路（栅极驱动电路）优选地是电流（电荷计量）驱动器电路。
[0029] 由感测的电压和电流测量的完整控制系统的行为为设备给定有效阻抗，并且缩放 参数定义了该目标有效阻抗。因此，在实施方式中，负反馈控制系统被配置为给定驱动信 号，该驱动信号与定义的目标阻抗和通过感测的电压和电流测量的实际有效阻抗之差成比 例，以这种方式使该差值趋向零。
[0030] 在实施方式中，差值信号是控制环路错误信号，该控制环路错误信号由于负反馈 在该方向下驱动主开关设备的控制栅极并且采用与错误的幅值比例，以使得随着时间的逝 去将错误信号减小至零。这是控制器的实施方式的重要操作原则，因为这便于固有地非线 性的开关设备的控制，尤其是将固有非线性设备变为表现为具有线性阻抗、完全不同于其 本性的类似无源电阻的东西。
[0031] 本发明的又一个相关方面提供了一种控制半导体开关设备的方法，该方法包括： 感测在所述半导体开关设备的第一和第二输入/输出端两端的电压；感测通过所述半导体 开关设备流经所述第一和第二输入/输出端之间的电流；以及响应于所感测的电压和电 流，控制在所述半导体开关设备的控制端上的信号以使得所述半导体开关设备表现为类似 无源电阻。
[0032] 再次地，在优选实施方式中开关设备具有绝缘栅。向栅极注入或从栅极移除的电 荷被控制，以控制栅极的电场，尤其地控制感测的电压与感测的电流的比例，从而达到用于 中间状态中的一者或多者的开关设备的目标有效阻抗。
[0033] 本发明的又一个相关方面提供了一种用于控制IGBT的开关的半导体开关设备控 制器，该开关设备控制器包括：一个或多个寄存器的组合，用于储存定义了目标栅极电压值 Vg、目标集电极电流值Ic、目标集电极-发射极电压值Vce以及目标有效阻抗值Re中的一 者或多者的数据；反馈控制环路，被配置为控制所述IGBT的所述Vg、Ic和Vce ;以及控制 器，用于根据所述所储存的数据控制所述反馈控制环路来将用于所述IGBT的所述Vg、Ic和 Vce中的一者或多者作为目标；以及其中所述控制器被配置为将由所述Vg、Ic、VCe和Re中 的一者或多者定义的中间状态作为目标来控制所述IGBT的所述开关。
[0034] 在实施方式中，寄存器还储存用于状态的Vg值、一对Ic和Vce值和/或Re值（定 义了完整控制系统/IGBT的目标阻抗）。接下来控制器可以被配置为将IGBT保持在多个中 间状态中的每一者，其中每一者所储存的Vg、I C、Vce和Re值中的一者或多者定义。相应的 技术可以被用于控制MOSFET。
[0035] 因此在相应的方面中，提供了一种用于控制M0SFET的开关的半导体开关设备控 制器，该开关设备控制器包括：一个或多个寄存器的组合，用于储存定义了目标栅极电压值 Vg、目标漏极电流值ID、目标漏极-源极电压值VDS以及目标有效阻抗值Re中的一者或多者 的数据；反馈控制环路，被配置为控制所述M0SFET的所述Vg、I D和VDS ;以及控制器，用于根 据所储存的数据控制所述反馈控制环路来将所述M0SFET的所述Vg、ID和V DS中的一者或多 者作为目标；以及其中所述控制器被配置为将由所述Vg、ID、VDS和Re中的一者或多者定义 的中间状态作为目标来控制所述M0SFET的开关。

【专利附图】

【附图说明】
[0036] 本发明的这些和其它方面将仅以示例的方式参照附图进一步被描述，其中：
[0037] 图la和lb分别示出了根据本发明实施方式的开关设备控制器，以及用于该控制 器的数字逻辑的细节，该开关设备控制器与包括耦合至子控制器的中央控制器的协调控制 系统相结合；
[0038] 图2a和2b分别示出了在桥应用中的功率半导体设备控制系统的示例和图2a的 布置的细节；
[0039] 图3a至3c示出了 IGBT的电流/电压对应栅极电荷的曲线，示出了 IGBT可以根 据本发明由开关设备控制器控制进入的多个不同的中间状态，以及设备电路拓扑开关的第 一和第二不例，分别为电阻负载和电感负载；
[0040] 图4示出了 IGBT的电压/电流对应时间的曲线，示出了由开关设备控制器和开关 状态改变指令一起提供的设备的状态和转变，以及当至新状态的转变完成时的响应；
[0041] 图5示出了根据本发明的功率半导体开关设备控制器的实施方式的示意性电路 图；以及
[0042] 图6示出了结合了一对配置寄存器储备的开关设备控制器。

【具体实施方式】
[0043] 参照图1，示例性功率半导体开关设备控制系统100包括耦合至多个子控制器 120 (仅示出一个）的中央控制器110,并且多个子控制器120转而耦合至多个开关设备控 制器130 (再次仅示出一个）。虽然在图1的示例中，子控制器被提供，但是控制系统可以仅 采用中央控制器，或者可以采用多级别的（嵌套的）子控制器。功率电子系统或电路一般 包括多个开关，每个开关可以包括一个或典型的多个开关设备。虽然诸如MOSFET、JFET等 的其它设备也可以被采用，但是在图1的示例中，功率半导体开关设备是IGBT132。
[0044] 如图所示，开关设备控制器（开关设备）130包括数字逻辑来与总线122接合，该 总线122将设备控制器130连接至子控制器120。在优选实施方式中，设备控制器130也在 总线上接收功率，并且控制器包括电源电路141，用于将从总线传递的功率用于为设备控制 器/开关设备130的低电压部分供电。在操作中，数字逻辑140通过总线122接收指令和 配置信息，并且以确认或其它数据来回复。对于更详细的参考可以参见与本申请同日提交 的共同待决的英国专利申请。
[0045] 数字逻辑140与在示出的示例中被耦合至驱动IGBT132的栅极驱动器136的反馈 控制电路138接合。在一种示例性实施中，反馈控制电路包括模拟和数字电路的混合。在 示出的示例中，在开关设备控制器和子控制器之间的连接是高速点对点链路，但是共享总 线也可以被采用。在一种实施方式中，该连接包括双绞铜线对，相同对或者附加对可以被采 用以向开关设备控制器提供电力。可选择地，光纤连接可以被采用。这种布置促进了高速 数据传递，例如用于控制在开关状态之间的转变的大于l〇〇Mbit/s或lGbit/s的数据传递。
[0046] 随后进一步被描述的图6示出了图1的数字逻辑140的细节。如随后所描述的，开 关状态由来自中央控制器的实时消息进行请求（并且当到达时类似地被确认），同时配置 和监控数据可以由非实时消息来发送和接收。因此至总线122的接口包括实时逻辑150和 非实时逻辑152。在实施方式中，控制器包括两个寄存器储备154a、b，用于储存为多路复用 器156可选择的配置数据。寄存器储备通过数字逻辑编程，该数字逻辑也控制哪个寄存器 储备是激活的，以及哪个可以被写入。激活的寄存器储备提供参数信息，该参数信息构建随 后描述的激活的反馈控制环路的状态。非激活的寄存器储备可以通过通信接口被更新，并 且接下来进行激活以使得新的参数数据控制系统状态。这允许了控制器配置的实时更新， 以及在具有多个开关/控制器的系统中被同步更新。
[0047] 如在随后更详细的描述，图1中的开关设备控制器130的优选实施方式包括用于 感测在半导体开关设备上的电压的电压感测电路142以及用于感测流经设备的电流的电 流感测电路144。在整个系统的一些优选实施方式中，来自这些感测电路中的一者或二者的 数据可以应请求而被反馈至子控制器120和中央控制器110中的一者或二者。
[0048] 在诸如全（H-)桥、半桥或3相逆变器的电功率转换器中，每个开关位置可以包括 一个或多个半导体开关设备。在介绍中描述的类型的高电压和/或高电流应用中，多个半 导体开关设备中的每一者可以串联和/或并联地与各自的开关设备控制器连接。图2a示 出了 H-桥电功率转换器200的实施例，该H-桥电功率转换器200可以例如被采用以将DC 转换至AC，反之亦然。在该示例中，Η-桥204的每个开关202a-d包括一组半导体开关设备 管芯，如在图2b中更具体的细节。在图2b的延展图示中，单个可控开关202包括9个功率 半导体开关设备210,例如，其中每个功率半导体开关设备包括碳化硅管芯，多个设备被并 联地连接以生成电压电平，接下来多组多个设备被串联地连接以串联连接电压电平。在其 它实施方式中，单个开关设备控制器可以控制两个或更多开关或设备管芯。每个开关210 具有各自的开关设备控制器130,该开关设备控制器130转而被耦合至子控制器120a、b中 的一者。
[0049] 如图所示，单独的总线运行在子控制器和开关设备控制器之间，从而对于每个开 关设备控制器有一个这种总线。在一种示意性系统中，子控制器向各自的开关设备控制器 提供30个单独的总线连接并且因此用于图2a的采用36个半导体开关的全桥示例性H-桥， 两个子控制器被采用。技术人员将领会的是，在具有多个开关的高电压和/或电流功率电 路中，几百或者可能几千个半导体开关设备可以被采用。在该布置中，功率半导体开关设备 可以是以串联和并联方式可连接的，并且开关设备控制器系统能够控制这些设备的开关从 而同步进行开关，实际上是基本同时的。
[0050] 为了便于同时控制，多个开关状态被定义。这些状态概括地如下所示（虽然可以 在其它实施方式中采用更多或更少的状态）：
[0051] 状态1 :全关闭 开关被关闭，只有漏电流流过；
[0052] 状态2 :低栅极电压关闭--开关被关闭但接近栅极阈值电压；
[0053] 状态3 :激活低电流--开关是激活的，但处于具有定义的低电流经过开关的状 态；
[0054] 状态4 :激活低电压--开关是激活的，但处于开关两端有定义的低电压（高于饱 和电压）的状态；
[0055] 状态5 :高栅极电压开启--开关被开启并且处于饱和但可以不是全饱和的；
[0056] 状态6 :饱和开启--开关处于饱和开启情况。
[0057] 所需的开关状态的通信是通过从中央控制器至开关设备的实时消息。此外，配置 和监控数据可以通过非实时消息交换。
[0058] 广义地来说，当设备（即IGBT功率半导体开关设备）关闭时设备两端会有例如 1KV级别的高电压。会有基本上零电流（只有漏电流）和基本上零栅极电压（或者根据设备 的负栅极电压）。向栅极注入电流少量地增加了栅极电压，从而开始经过例如级别为〇. 1-1 安培的小电流；这有效地使得串联耦合的设备同时地激活。为了达到这种状态可能花费例 如级别为50ns_l μ s的时间，包括对栅极充电的时间和传播延时。从这种状态开始，进一 步向栅极注入电流进一步增加栅极电压以达到设备基本经过更多电流的状态，例如级别为 100安培的电流，并且设备两端还有例如级别为10伏特的剩余的或"激活"低电压。最终栅 极电压被驱动至其可以全电压，例如为对于硅设备的级别为15伏特的电压或者对于碳化 硅设备的20伏特的电压，其中在该电压下设备饱和，流经其全电流并且设备两端具有最小 的饱和（全）开启电压，例如为级别为2伏特的电压。
[0059] 上述的概括描述是简化描述，并且接下来将详细地描述一些示例性状态和转变。
[0060] 现在参照图3a，示出了针对图1中的IGBT的集电极发射极电压Vce、集电极电流 Ic以及栅极电压Vg对应栅极电荷Qg的图表。开关设备控制器的优选实施方式将IGBT视 作电流控制的或电荷控制的设备，而不是电压控制的设备，并且通过驱动具有可控电流源 的IGBT的栅极来实现这一点。虽然栅极电场（和栅极电压）是栅极电荷的函数，但是将 设备视作电流控制并且从电流源驱动设备相比较于从电压源驱动设备，即使是低阻抗电压 源，是有明显区别的。这是因为设备具有固有的栅极电容（在栅极与发射极或源极之间） 和米勒（Miller)电容，该米勒电容具有根据Vce的改变率的值（在栅极与集电极或漏极之 间）。使用电流驱动来驱动IGBT使设备能够通过状态而被转变，在该状态中Vce和Ic中的 一者或二者变化，但是Vg基本上恒定。此外，驱动具有可控电流/电荷的设备便于对Vce 的dV/dt和Ic的dl/dt进行控制。
[0061] 因此参照图3a，在初始状态S1中，设备完全关闭，基本上有零栅极电荷，并且栅极 电压也基本为零。在这种情况中，Vce基本上最大，即，设备支持集电极和发射极端子两端 全部的施加的电压，并且Ic基本为零，即，只有可以忽略的漏电流流过。图3a示出了示例 性设备的曲线，该设备以零栅极电压被关闭，然而本领域技术人员将意识到的是，根据特定 设备，当设备完全关闭时，栅极电荷Qg和栅极电压Vg均可以可替换地为负。
[0062] 随着电荷被注入IGBT的栅极，栅极电压逐渐地上升，并且设备可以进入第二状态 S2,在第二状态S2中设备仍然是全关闭的，但是栅极电压仅仅低于设备开始开启的电压。 我们将其称为低阈值电压VthL，并且在该栅极电压下可以保证在设备的使用条件定义的环 境下（温度范围）设备不会变为激活。该低阈值电压是温度的和设备本身的函数。通常对 于功率IGBT，该电压可以是级别为3伏特的电压。
[0063] 继续向IGBT的栅极注入电荷将使设备从状态S2转移至状态S3。在状态S3,设备 被部分地开启（激活）并且受控的低电流流经设备。随着电荷被注入栅极，达到设备的低 阈值电压，并且IGBT开始导电。如图所示，随着被注入设备的电荷越多，就越导电，并且集 电极电流Ic随着注入的电荷而提升。状态S3的位置由定义集电极电流的值来定义，在该 集电极电流下，设备保持在低电流稳定（即，定义的集电极电流流经由反馈控制系统维持 恒定的设备的点）。
[0064] 随着更多的电荷被注入开关设备的栅极，设备从状态S3转变至状态S4。在该转变 期间，集电极电流加强至最大值并且集电极-发射机电压降至接近设备两端的最小值。在 状态S3和S4之间的Vce和Ic的曲线的精确形状取决于电路的拓扑，在该电路的拓扑中， 设备被连接并且相关联的电路电感/电容/阻抗：例如采用电阻负载，集电极电流随着集电 极-发射极电压的线性减小而线性地增加。通过与二极管负载对比，一旦达到二极管开关 阈值，集电极电流可以迅速地增加。这在图3b和3c中示意性示出，其中图3b和3c分别示 出了切换电阻负载的IGBT以及例如在具有切换电感负载的IGBT典型的升压型转换器配置 中发现的类型的电感二极管钳位电路。采用电感二极管钳位负载，在电压保持不改变的同 时，集电极电流可以在电压线性地降至最小点而同时电流维持不变之前首先线性地增加至 最大点。
[0065] 然而本领域技术人员将理解的是，由于起始和结束点（即，各自的状态）二者被明 确地定义，在状态S3和S4之间的区域中的Vce和Ic曲线的精确转变是不相关的。因此 在状态S4中，设备是开启的（激活的），但仍然当设备是饱和开启时支持高于Vce的集电 极-发射极电压。状态S4的位置由该低电压稳定的Vce电压值定义；可以例如是级别为 10-50伏特的电压。
[0066] 在状态S4,栅极电压低于我们所称作的高阈值电压VthH。该高阈值电压是在栅极 电压减小时设备刚开始脱离饱和的最小电压。因此在从状态S4转移至状态S5过程中，设 备被完全开启并且被带入饱和。在继续向IGBT的栅极注入电荷的过程中，栅极电压仍然 基本恒定，直到相关联的栅极电容被充电，以及接下来上升直到达到高阈值电压VthH，状态 S5由等于（或者大于）该高阈值电压的栅极电压来定义。换言之，可以保证的是，如果栅 极电压降至VthH，则设备维持饱和。VthH的典型值在7-9伏特的范围；在电压大于该电压 时（例如10-15伏特）（或者碳化硅设备的高至20伏特）设备是完全饱和的。上阈值电压 部分地取决于设备流经的电流。在实施方式中，状态S2和S5可以由栅极电压和被定义的 参考电压值的比较来定义。这些可以被编程写入控制器，例如写入控制器的一个或多个寄 存器和/或控制器可以被提供有学习模式来学习设备刚开始脱离饱和/刚开始变为激活的 点，可选择地接下来采用温度变化的错误范围。
[0067] 此时继续向IGBT的栅极注入电荷继续增加了栅极电压直到达到设备完全饱和开 启的状态S6。状态S6由栅极电压值来定义，该栅极电压值可以例如被编程写入控制器。
[0068] 图3a中示出的曲线是双向的：也就是说，通过向IGBT的栅极注入电荷或者从 IGBT的栅极移除电荷，设备可以在示出的任意状态之间转移。尤其是，状态S3和S4的达到 是由设备的低电流稳定和低电压稳定的值定义的，虽然在操作中计时是根据设备操作的电 路的，例如从状态S3至S4的转变的计时是根据Vce的崩溃速度有多快。
[0069] 在控制器的一些优选实施方式中，激活的反馈控制环路被采用以使开关设备在状 态S3和S4之间，尤其在状态S2和S5之间转移。在优选实施方式中，该激活的控制采用了 控制环路，该控制环路通过控制设备表现为无源电阻来一前一后地同步地控制Vce和Ic二 者。因此在实施方式中，该激活的反馈控制定义了 Vce和Ic之间的比例。这为开关设备确 定了有效阻抗，并且通过改变设备的有效目标阻抗，设备从一个状态转移至另一个，接下来 反馈回路操作将电压和电流维持在被定义的比例。
[0070] 因此广义地说，控制器操作以在状态S1至S6之间双向地转移开关设备，其中S2 和S5 (以及实际上的S1和S6)可以根据设备数据表被固定，并且其中S3和S4由低电流稳 定和低电压稳定的级别的选择来定义。在实施方式中，低电流稳定可以包括非常低的电流， 例如小于 100mA、10mA、1mA 或 0. 1mA。
[0071] 图4中示出了随着时间在各种状态之间的转移。图4在Y轴上示出了电压/电流， 该Y轴还示出了 Vce、Ic和Vg的变化，但是在该图中这些变化是对应X轴上的时间被示出 的，而不是对应栅极电荷。在示出的示例中，设备以饱和关闭状态S1开启并且转移向饱和 开启状体S6,并且因此显示了设备开启。然而相应地，类似的一组曲线可以顺着相反的方向 来将设备关闭。如时间轴上的注释所示，通过开关控制器接收转移至特定状态的指令（例 如"转移至S2"），设备被从一个状态转变至另一个，并且一旦达到相关状态，开关控制器返 回确认"0K"。在上文描述的系统的环境中，开关设备控制器从中央或子控制器接收状态改 变指令。为了同步控制多个开关，中央或子控制器向多个设备发送所有设备都移动至相同 的、定义的状态的指令，并且接下来在继续发送出用于下一个状态改变的指令之前等待来 自所有这些开关设备控制器的确认。在这种方式中，控制开关同步进行转移。这也便于在 开关过程中平衡多个设备之间的电流/电压，以使得例如在一个设备其它设备被切换之前 看不到组合的整个电压/电流。此外，由于在状态之间的转移是可逆的，所以如果故障被检 测到（或者由开关设备控制器指示），一个设备或设备组可以转移回至较早的状态。这可以 被用于在检测到故障或潜在故障时将一组开关设备返回至已知"良好的"或安全的状态，以 为了减少设备中附带损坏的风险。
[0072] 在图4中示出的状态对应于在图3a中示出的状态，但是在图4中，由于状态存留 持续时间周期，所以每个状态由稳定指示而不是由相关曲线上的点指示。在图4中示出的 状态之间的一些转变没有时间约束：例如在状态S1和S2以及S5和S6之间的转变会缓慢 地发生，这是由于在这些区域中Vce或Ic没有变化。因此对于这些状态，由中央/子控制 器发出的指令上没有时间限制。相比较之下，对于状态S3和S4来说优选的是相对短的持 续时间，并且在状态S2和S5之间的Vce和Ic 一起改变的区域上，优选的是采用本地反馈 控制来控制这些状态之间的转变。
[0073] 现在参照图5,示出了根据本发明实施方式的功率半导体开关设备控制器500,被 配置为控制功率半导体开关设备进入上述的状态S1至S6中所选择的一者。类似于图1中 的元件以相同的参考标号来指示。
[0074] 在图5中，模拟控制电路138包括放大器502,该放大器502驱动可控电流源（以 及汇点）504,该可控电流源504转而向IGBT132的栅极提供电流驱动信号。电压反馈电路 142向缩放电路506提供电压感测信号以由系数α缩放被感测的信号，并且电流感测电路 144向第二缩放电路508提供电流感测信号，该第二缩放电路508由系数β缩放电流感测 信号。缩放的电压和电流感测信号被提供至结合的电路510,尤其是为电流放大器502、504 提供错误信号的差分电路。这些电路模块在一起提供了激活的反馈控制机制，该激活的反 馈控制机制被设计为根据在外部开关电路中的被感测的电压和电流将开关设备保持在被 定义的状态。
[0075] 第二、阈值状态控制回路通过栅极电压反馈线516提供，在电路518中，该栅极电 压反馈线516与栅极电压参考相比较以得到栅极电压控制输出520,也用于向电流放大器 502/504提供错误信号。开关522能够在激活状态控制回路和栅极电压控制回路的输出之 间切换，以使得栅极电压控制可以被采用直到状态S2并超过在状态S5,并且激活状态控制 回路在状态S2和S5之间采用。
[0076] 数字控制器130提供了一组控制信号以设置反馈增益参数α和β、电压和电流偏 置值、栅极电压参考以及开关522的位置。控制器还接收感测信号以感测Vce、Ic和Vg的 值。控制器包括一组寄存器530,用于储存用于状态S1至S6的每一个状态的各个控制系统 参数。
[0077] 在示出的开关位置中，所感测的栅极电压与参考（或者要求的）栅极电压信号相 比较以生成错误信号。该错误信号不仅驱动进出负反馈控制环路中的开关设备的控制栅极 的电流，而且还可以被与零相比较以确定何时达到目标栅极电压，以从而达到期望的状态 S2或S5。（值得注意的是，由于Vce基本上没有改变，素以米勒电容在此处没有起到作用）。
[0078] 为了经由状态S3和S4在状态S2和S5之间转移，数字控制器140定义了有效阻 抗值，用于计算电压和电流反馈增益参数，继而定义了控制环路的性能。测得的Vce和Ic 感测信号被用于确定有效阻抗，以及数字控制器控制α和β以将IGBT转移至由目标有效 阻抗定义的操作曲线上的位置。在低电流稳定状态S3中，设备具有高目标阻抗，在低电压 稳定状态S4中，设备具有低目标阻抗。目标阻抗被改变，以在状态S3和S4之间转移，并且 目标电阻可以符合等式：
[0079]

【权利要求】
1. 一种用于控制半导体开关设备进入多个状态中所选择的一者的半导体开关设备控 制器，所述状态包括全关闭状态、饱和开启状态、以及在所述全关闭状态和所述饱和开启状 态之间的至少一个中间状态，所述半导体开关设备具有第一和第二输入/输出端和控制 端，所述开关设备控制器包括： 接口，该接口用于接收设备指令数据以及为所述开关设备定义所指令的所述状态； 电压感测输入，该电压感测输入用于感测在所述输入/输入端的电压； 电流感测输入，该电流感测输入用于感测经由所述输入/输出端流经所述半导体开关 设备的电流； 控制输出，该控制输出用于向所述控制端提供驱动信号； 反馈控制电路，该反馈控制电路被耦合至所述电压感测输入、所述电流感测输入以及 所述控制输出，以提供响应于所感测的电压和所感测的电流的所述驱动信号，其中所述反 馈控制电路具有一个或多个可调参数，并且其中所述驱动信号对所述感测的电压和所述感 测的电流的所述响应依赖于所述一个或多个可调参数；以及 电路控制器，该电路控制器被耦合至所述接口和所述反馈控制电路，其中所述电路控 制器被配置为控制响应于所述指令数据的所述一个或多个可调参数；以及 其中所述一个或多个参数的状态确定由来自所述反馈控制电路的所述驱动信号设置 的所述开关设备的状态，并且其中所述所指令的状态定义所述一个或多个可调参数的状 态，以用于所述电路控制器控制所述功率半导体开关设备进入所述全关闭状态、所述饱和 开启状态和所述至少一个中间状态。
2. 根据权利要求1所述的开关设备控制器，其中所述半导体开关设备是绝缘栅设备， 并且其中所述反馈控制电路包括可控电流驱动电路来控制响应于所述一个或多个可调参 数的所述状态的流入/流出所述控制端的电荷。
3. 根据权利要求1或2所述的半导体开关设备控制器，其中所述反馈控制电路是负反 馈控制电路，该负反馈控制电路被配置为控制所述半导体开关设备至一阻抗值，其中所述 一个或多个可调参数包括所述负反馈控制电路的一个或多个控制环路增益参数，并且其中 所述电路控制器被配置为控制所述一个或多个控制环路增益参数以调整所述阻抗值，以使 得所述半导体开关设备在所述多个状态中的状态之间转移。
4. 根据权利要求1、2或3所述的半导体开关设备控制器，还包括耦合至所述电压感测 输入、所述电流感测输入以及所述控制输入中的一者或多者的开关设备状态检测系统，用 于检测何时所述开关设备处于所指令的状态，并且其中所述电路控制器被配置为当达到所 述所指令的状态时从所述接口发送确认数据。
5. 根据前面任一权利要求所述的半导体开关设备控制器，其中所述至少一个中间状态 包括关闭阈值状态，在该关闭阈值状态中，所述驱动信号的电压大于零并且小于所述半导 体开关设备的开启阈值电压，并且其中所述参数包括第一电压参考参数。
6. 根据前面任一权利要求所述的半导体开关设备控制器，其中所述至少一个中间状态 包括开启阈值状态，在该开启阈值状态中，所述驱动信号的电压小于用于所述饱和开启状 态的所述驱动信号的电压并且大于所述半导体开关设备的关闭阈值电压，并且其中所述参 数包括第二电压参考参数。
7. 根据前面任一权利要求所述的半导体开关设备控制器，其中所述至少一个中间状态 包括由所述驱动信号的值定义的阈值状态，并且其中所述反馈控制电路包括阈值状态控制 反馈环路，该环路具有来自所述控制输出的输入并且被配置为控制所述驱动信号至由对应 于所指令的所述阈值状态的所述可调参数定义的值。
8. 根据前面任一权利要求所述的半导体开关设备控制器，其中所述至少一个中间状态 包括所述功率半导体开关设备的激活状态，并且其中所述反馈控制电路包括激活状态控制 环路，该环路具有来自所述电压感测输入和所述电流感测输入中的一者或二者的输入并且 被配置为控制所述驱动信号至由对应于所指令的所述激活状态的一个或多个所述可调参 数定义的值。
9. 根据权利要求8所述的半导体设备控制器，其中所述激活状态包括激活低电流状 态，在所述激活低电流状态中，所述感测的电流大于零并且小于在所述半导体开关设备的 所述饱和开启状态中所述所感测的电流的值。
10. 根据权利要求8或9所述的半导体设备控制器，其中所述激活状态包括激活低电压 状态，在所述激活低电压状态中，所述所感测的电压小于在所述全关闭状态中所述所感测 的电压并且大于所述饱和开启状态的所述所感测的电压。
11. 根据权利要求8、9或10所述的半导体设备控制器，其中所述激活状态控制环路包 括被耦合至所述电压感测输入的第一控制电路和被耦合至所述电流感测输入的第二控制 电路，其中所述第一控制电路包括响应于第一、电压缩放参数来缩放所述所感测的电压的 电路，其中所述第二控制电路包括响应于第二、电流缩放参数来缩放所述所感测的电流的 电路，并且其中所述电路控制器被配置为通过改变所述电压缩放参数和所述电流缩放参数 中的一者或二者来控制至/从所述所指令的激活状态的转变，以控制所述半导体开关设备 的有效阻抗。
12. 根据前面任一权利要求所述的半导体设备控制器，其中所述电路控制器被配置为 控制所述一个或多个可调参数以定义两个或四个所述中间状态。
13. 根据权利要求12所述的半导体设备控制器，其中所述中间状态包括激活低电流状 态和激活低电压状态，在所述激活低电流状态中，流经所述半导体开关设备的所述电流在 全关闭电流和饱和开启电流之间的中间，在所述激活低电压状态中，所述所感测的电压在 所述半导体开关设备的全关闭电压和饱和开启电压之间的中间。
14. 一种使用开关设备控制器来控制半导体开关设备的开关的方法，该方法包括： 接收使得所述半导体开关设备从初始全关闭或饱和开启状态切换至中间状态的指 令； 控制所述半导体开关设备从所述初始状态进入所述中间状态； 确定所述半导体开关设备处于所述中间状态； 响应于所述确定，确认所述开关设备处于所述中间状态； 在所述确认之后，接收从所述中间状态切换至随后状态的进一步指令；以及 控制所述半导体开关制备进入所述随后状态。
15. 根据权利要求14所述的方法，包括当在所述全关闭状态和所述饱和开启状态之间 切换时，控制所述半导体开关设备进入多个连续的所述中间状态，该方法还包括在转移至 随后的所述中间状态之前，确定所述半导体开关设备处于每个连续的所述中间状态。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中所述中间状态包括下述中的两个或更多： 关闭阈值状态，其中所述半导体开关设备的控制电压大于零并且小于所述半导体开关 设备的开启阈值电压； 开启阈值状态，其中所述半导体开关设备的控制电压小于所述设备的饱和开启电压并 且大于所述半导体设备的关闭阈值电压； 激活低电流状态，其中通过所述半导体开关设备的电流在全关闭电流和饱和开启电流 之间的中间；以及 激活低电压状态，其中在所述半导体开关设备两端的电压小于所述设备两端的全关闭 电压并且大于当所述设备饱和开启时所述设备两端的电压。
17. -种用于控制半导体开关设备的开关设备控制器，该开关设备控制器包括： 接口，用于接收指令和发送确认； 用于接收使得所述半导体开关设备从初始全关闭或饱和开启状态切换至中间状态的 指令的装置； 用于控制所述半导体开关设备从所述初始状态进入所述中间状态的装置； 用于确定所述半导体开关设备处于所述中间状态的装置； 用于响应于所述确定，确认所述开关设备处于所述中间状态的装置；以及 用于在所述确认之后接收从所述中间状态切换至随后状态的进一步指令的装置；以及 用于控制所述半导体开关设备进入所述随后状态的装置。
18. -种用于控制半导体开关设备的半导体开关设备控制器，所述半导体开关设备具 有第一和第二输入/输入端以及控制端，该开关设备控制器包括： 控制输入，该控制输入用于接收用于控制所述半导体开关设备的状态的控制信号； 电压感测输入，该电压感测输入用于感测在所述输入/输入端上的电压； 电流感测输入，该电流感测输入用于感测经由所述输入/输出端流经开关设备的电 流； 控制输出，该控制输出用于向所述控制端提供驱动信号；以及 反馈控制系统，该反馈控制系统被耦合至所述电压感测输入、所述电流感测输入以及 所述控制输入和所述控制输出； 其中所述控制信号定义了所述半导体开关设备的目标有效阻抗，并且其中所述反馈控 制电路被配置为控制所述驱动信号以使得所述所感测的电压和所述所感测的电流一起实 现所述目标有效阻抗。
19. 根据权利要求18所述的半导体开关设备控制器，其中所述反馈控制系统是负反馈 控制系统，该负反馈控制系统被配置为根据在所述目标有效阻抗与从所述所感测的电压和 所述所感测的电流确定的设备阻抗之间的差值来提供驱动信号，并且其中所述负反馈控制 系统被配置为将所述差值向零降低。
20. 根据权利要求18或19所述的半导体开关设备控制器，其中所述负反馈控制系统包 括被耦合至所述电压感测输入的第一控制电路和被耦合至所述电流感测输入的第二控制 电路，其中所述第一控制电路包括响应于第一、电压缩放参数来缩放所述所感测的电压的 电路，其中所述第二控制电路包括响应于第二、电流缩放参数来缩放所述所感测的电流的 电路，其中所述第一控制电路和所述第二控制电路被耦合以提供定义了所述半导体开关设 备的所感测的设备阻抗的信号，并且其中所述驱动信号响应于所述目标有效阻抗和所述所 感测的设备阻抗的结合。
21. 根据权利要求20所述的半导体开关设备控制器，其中所述控制输入被耦合以控制 所述第一和第二控制电路各自的所述电压缩放参数和所述电流缩放参数来定义所述目标 有效阻抗。
22. 根据权利要求19、20或21所述的半导体开关设备控制器，还包括差分器和驱动器 电路，该差分器耦合至所述第一和第二控制电路，用于根据在所述所缩放的感测的电压和 所述所缩放的感测的电流的差值来提供差值信号，该驱动器电路耦合至所述差分器和所述 控制输出，用于提供响应于所述差值信号的所述驱动信号。
23. 根据权利要求22所述的半导体开关设备控制器，其中所述半导体开关设备是绝缘 栅设备，并且其中所述驱动器电路包括可控电流设备电路以控制响应于所述差值信号的流 入/流出所述半导体开关设备的所述控制端的电荷。
24. -种控制半导体开关设备的方法，该方法包括： 感测在所述半导体开关设备的第一和第二输入/输出端两端的电压； 感测通过所述半导体开关设备流经所述第一和第二输入/输出端之间的电流；以及 响应于所感测的电压和电流，控制所述半导体开关设备的控制端上的信号，以使得所 述半导体开关设备表现为类似无源电阻。
25. 根据权利要求24所述的方法，其中所述半导体开关设备是绝缘栅设备，并且其中 所述控制连接包括至所述绝缘栅的连接,所述方法还包括控制向所述绝缘栅注入电荷或从 所述绝缘栅移除电荷，以响应于设备的目标有效阻抗控制所述所感测的电压与所述所感测 的电流的比。
26. -种用于控制IGBT的开关的半导体开关设备控制器，该开关设备控制器包括： 一个或多个寄存器的组合，用于储存定义了目标栅极电压值Vg、目标集电极电流值 Ic、目标集电极-发射极电压值Vce以及目标有效阻抗值Re中的一者或多者的数据； 反馈控制环路，被配置为控制所述IGBT的所述Vg、Ic和Vce ;以及 控制器，用于根据所述所储存的数据控制所述反馈控制环路来将用于所述IGBT的所 述Vg、Ic和Vce中的一者或多者作为目标；以及 其中所述控制器被配置为将由所述Vg、Ic、Vce和Re中的一者或多者定义的中间状态 作为目标来控制所述IGBT的所述开关。
27. 根据权利要求26所述的半导体开关设备控制器，其中所述寄存器被配置为储存定 义了所述Vg以及所述Ic和Vce或所述Re的数据，并且其中所述数字控制器被配置为将所 述IGBT保持在多个所述中间状态，其中每个所述中间状态由所述Vg、Ic、Vce和Re中的一 者或多者定义。
28. 根据权利要求26或27所述的半导体开关设备控制器，其中所述数字控制器被配置 为通过根据由所述IGBT的集电极发射极电压和集电极电流的组合所定义的目标IGBT阻抗 控制所述反馈控制环路来将所述中间状态作为目标。
29. -种用于控制MOSFET的开关的半导体开关设备控制器，该开关设备控制器包括： 一个或多个寄存器的组合，用于储存定义了目标栅极电压值Vg、目标漏极电流值I D、目 标漏极-源极电压值VDS以及目标有效阻抗值Re中的一者或多者的数据； 反馈控制环路，被配置为控制所述MOSFET的所述Vg、ID和VDS ;以及 控制器，用于根据所储存的数据控制所述反馈控制环路来将所述MOSFET的所述Vg、ID 和VDS中的一者或多者作为目标；以及 其中所述控制器被配置为将由所述Vg、ID、VDS和Re中的一者或多者定义的中间状态作 为目标来控制所述MOSFET的所述开关。
30. 根据权利要求20所述的半导体开关设备控制器，其中所述寄存器被配置为储存定 义了所述Vg以及所述ID和V DS或所述Re的数据，并且其中所述数字控制器被配置为将所 述MOSFET保持在多个所述中间状态，每个所述中间状态由所述Vg、I D、VDS和Re中的一者或 多者定义。
31. 根据权利要求29或30所述的半导体开关设备控制器，其中所述数字控制器被配置 为通过根据由所述MOSFET的漏极-源极电压和漏极电流的组合所定义的目标MOSFET阻抗 控制所述反馈控制环路来将所述中间状态作为目标。
【文档编号】H03K17/082GK104054264SQ201280063894
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2012年11月19日 优先权日:2011年12月23日
【发明者】E·谢尔顿, M·斯努克 申请人:阿曼提斯有限公司