本发明涉及一种用于操控至少一个半桥的半导体开关的方法和一种电路组件。
背景技术：
1、脉冲变换器(或称为脉冲逆变器，即pulswechselrichter)是电动交通(或称为电动汽车，即e-mobilität)的关键部件。该部件的优化会影响交通工具的整个驱动系，且由此导致针对终端用户的真正的附加值。脉冲变换器的核心件是所谓的整流单元，其包括中间回路和半桥。脉冲变换器的优化不仅可以在机械(半桥的布局、到中间回路处的连接......)而且可以在电气(栅极驱动电路的优化、半导体特性的优化等)方面进行。
2、从us2021/0152158a1已知带有宽带隙(wbg)的功率半导体系统。在一个方面，该系统包括配置成生成开关控制信号的控制器和配置成接收开关控制信号并响应于开关控制信号生成开关驱动信号的栅极驱动器。该系统还包括wbg功率半导体结构元件，其与栅极驱动器耦合并且其包括用于接收开关驱动器信号的栅极端子并且其被配置为响应于开关驱动器信号而被切换。开关驱动信号具有三个信号电平中的一个：高于零电压电平的第一电压电平、低于零电压电平的第二电压电平、以及任意时间点的零电压电平。结果，栅极驱动器以三个电压电平控制wbg功率半导体结构元件。
技术实现思路
1、本发明基于如下目的，即提出一种用于操控至少一个半桥的半导体开关的方法和一种在其中改进操控的电路组件。
2、该目的根据本发明通过方法和电路组件来解决。本发明的有利的设计方案从本发明得出。
3、尤其，提供了一种用于操控至少一个半桥的半导体开关的方法，其中带有相应的反向二极管的至少一个半桥的两个半导体开关借助于栅极驱动电路被操控，其中半导体开关中的相应一个半导体开关的操控电压在考虑相应另一半导体开关借助通过电压切换到通过的切换时间点的情况下从阻断电压变为至少一个中间电压。
4、此外，尤其提出了一种电路组件，其包括具有带有相应的反向二极管的两个半导体开关的至少一个半桥，以及被设立用于操控半导体开关的栅极驱动电路，其中栅极驱动电路此外设立成将半导体开关中的相应一个半导体开关的操控电压在考虑相应另一半导体开关借助通过电压切换为通过的切换时间点的情况下从阻断电压变为至少一个中间电压。
5、该方法和电路组件能够实现，如此改善至少一个半桥的半导体开关的操控，使得可以减少在半导体开关接通时出现的振荡。由此，可以减少由振荡引起的过电压。此外，总体上可以减少振荡，从而它们尤其更快地衰减。其后存在的基本思想是，通过将阻断的半导体开关的操控电压在考虑应切换到通过或传导的半导体开关被切换的切换时间点的情况下从阻断电压变为至少一个中间电压，降低阻断的半导体开关的反向二极管的电阻。因为这减小了阻断的半导体开关的反向二极管的电阻，所以可以降低振荡幅度并因此降低过电压。例如，如果阻断电压(栅极电压)为-4v且通过电压为+15v，则可以选择0v的中间电压。例如，开关序列那么如下：两个半导体开关都处于阻断状态(栅极电压在-4v的情形中)。半导体开关中的一个半导体开关应被切换到通过，也就是说传导(栅极电压在+15v的情形中)。在考虑该半导体开关的切换时间点的情况下，(相应)另一半导体开关的操控电压从阻断电压(-4v)变为中间电压(0v)。同时或紧接着，应切换到通过的半导体开关的操控电压然后可以从阻断电压(-4v)变为通过电压(+15v)。在(相应)设置的(脉冲模式的)脉冲持续时间之后，半导体开关的操控电压又变为阻断电压。尤其，然后以相应的方式对两个半导体开关中的另一半导体开关重复该方式，其中相应的“角色”在操控时被交换。
6、通过将一个半导体开关的操控电压从阻断电压变为中间电压尤其减小了该半导体开关的反向二极管的电阻。结果，降低了在(相应)另一半导体开关接通(通过)时发生的振荡和初始过电压。在半桥的半导体开关中的一个半导体开关每次(交替地)接通(或切换为通过)时，相应另一半导体开关的操控电压从阻断电压切换到至少一个中间电压。在其它方面，至少一个半桥的半导体开关的操控以本身已知的方式进行。
7、本发明的优点是，由于过电压降低，半导体开关可以设计得总体上更小。此外，由于还可以通过减小振荡来减小电流和电压的重叠积分(或称为叠加积分，即überlappintegrals)的值，所以可以减小损耗功率。这导致降低的对所需结构空间和散热的要求。总体上，可以降低成本。此外，减少的振荡也导致更好的在电磁兼容性(emv)方面的特性。
8、半导体开关尤其是金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)。具体而言，半导体开关是由带有宽带隙的半导体材料(例如gan、sic)构成的mosfet。尤其，半导体开关是sic-mosfet。反向二极管(英语，body diode体二极管)尤其是由mosfet自身在源极和漏极触点之间构造的二极管。
9、阻断状态尤其表示半导体开关的非传导状态。通过向半导体开关的栅极施加阻断电压来设定阻断状态。通过尤其指在如下状态，在其中半导体开关是传导的。通过向半导体开关的栅极施加通过电压来设定通过(状态)。
10、中间电压尤其是具有在阻断电压和通过电压之间的值的电压。中间电压尤其可以是0v。
11、尤其，栅极驱动电路可以包括控制设备和多个栅极驱动器。控制设备提供用于运行栅极驱动器的控制电压。尤其，控制电压构造用于操控多个半桥的半导体开关的脉冲模式(例如以脉宽调制的形式)。栅极驱动器接收控制电压并生成相应于操控电压的栅极电压，该栅极电压被供应给半导体开关的相应的栅极触点。控制设备和栅极驱动器也可以一起构造为集成电路。
12、电路组件的部分，尤其控制设备，可以单独或总地构造为硬件和软件的组合，例如作为在微控制器或微处理器上实施的程序代码。然而，也可以设置成，这些部分单独或总地构造为专用集成电路(asic)和/或现场可编程门阵列(fpga)。
13、在一个实施形式中设置成，一个半导体开关的操控电压在考虑切换时间点的情况下对此经历中间电压的序列。由此，可以进一步减少发生的振荡。中间电压的数量、值和持续时间可以例如根据经验和/或借助模拟来规定和/或确定。
14、在一个实施形式中设置成，一个半导体开关的操控电压在相应另一半导体开关被切换为通过的切换时间点之前或之后的预定时间间隔从阻断电压变为至少一个中间电压和/或在切换时间点之前或之后的预定时间间隔开始经历中间电压的序列。由此，当另一半导体开关切换为通过时，非传导的半导体开关的操控电压已经处于中间电压。由此，可以特别有效地减少振荡，因为一个半导体开关的反向二极管的电阻在另一半导体开关接通时已经减小。备选地，可以在切换时间点之后的预定时间间隔将操控电压设置为中间电压。例如，预定时间间隔可以根据经验以测试次序和/或从模拟出发来规定，以便有效地减少振荡和过电压。
15、在一种实施形式中设置成，至少一个中间电压和/或中间电压的序列存在预定的持续时间。例如，预定的持续时间可以根据经验以测试次序和/或从模拟出发来规定，以便有效地减少振荡和过电压。预定的持续时间包括例如至少一个时间段，在该时间段中另一半导体开关被切换到通过。然而，原则上，预定的持续时间也可以更短或更长。
16、在一种实施形式中设置成，在考虑半桥的一个半导体开关的结点温度和/或中间回路电压和/或相电流的情况下，执行将阻断电压变为至少一个中间电压和/或中间电压的序列。由此，可以从一个半导体开关的状态和/或电路组件(中间回路、半桥等)的状态出发来选择至少一个中间电压和/或中间电压的序列。这能够实现对当前状态的动态匹配。尤其，可以在考虑半桥的一个半导体开关的结点温度和/或中间回路电压和/或相电流的情况下确定中间电压和/或中间电压的序列的时间点和/或值和/或持续时间。例如，可以设置成，取决于特性曲线(或特性域，即kennfeld)(例如查找表)设定一个或多个中间电压的时间点、高度和/或持续时间，其中在特性曲线中相应的值取决于相电流、中间回路电压和/或结点温度被存储并且可以从中调取。
17、在一种改进实施形式中设置成，至少一个中间电压的值和/或中间电压的序列的值从一个半导体开关的结点温度的值和/或中间回路的值和/或相电流的值出发来确定。由此，至少一个中间电压的值和/或中间电压的序列的值可以直接由电路组件的状态影响。影响的类型可以例如以一条或多条特性线的形式和/或以栅极驱动电路中的函数的形式存储。然后，在一条或多条特性线和/或一个或多个函数中，针对至少一个中间电压的值和/或中间电压的序列的值取决于一个半导体的结点温度的值和/或中间回路电压的值和/或相电流的值被存储并可从中调取。特性线和/或函数例如可以根据经验和/或借助模拟来规定和/或确定。
18、在另一实施形式中设置成，只有在一个半导体开关的结点温度的值低于预定温度阈值和/或如果中间回路电压的值低于预定中间回路电压阈值和/或如果相电流值的低于预定电流阈值时，执行将阻断电压变为至少一个中间电压或中间电压的序列。由此，可以提高安全性。尤其，可以防止在某些边界条件下发生跨桥短路(brückenquerkurzschluss)。在包括电路组件的脉冲变换器在低电流下的效率确定的部分负载运行中，然后可以发生从阻断电压到至少一个中间电压和/或中间电压的序列的变化；在更高的电流的情形中，其中跨桥短路的风险提高，操控电压然而可以保留在阻断电压上。相应的阈值可以在此根据经验和/或通过模拟来规定。
19、在电路组件的一种实施形式中设置成，电路组件具有至少三个半桥，其中栅极驱动电路根据预定脉冲模式如此操控至少三个半桥，使得构造多相脉冲变换器。原则上也可以设置更多的半桥，例如六个半桥，从而构造六相脉冲变换器。
20、对于电路组件的设计方案的其它特征由方法的设计方案的描述得出。电路组件的优点在此相应与在该方法的设计方案的情形中相同。
21、另外，还提出了一种交通工具，其包括至少一个根据所描述的实施形式中的一个的电路组件。交通工具尤其是机动车，例如电动车辆或混合动力车辆。然而，原则上，交通工具也可以是其它陆地、轨道、水上、空中或太空交通工具，例如无人机或空中出租车。