CN102368685A - 半导体切换系统 - Google Patents

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Abstract

根据一个实施例，一种半导体开关包括第一元件，所述第一元件包括切换元件和反并联二极管。所述切换元件具有击穿电压并且耦合到控制端子以及第二和第三端子。所述半导体开关还包括具有比所述第一元件的击穿电压低的击穿电压的第二元件。所述第二元件耦合到控制端子以及第二和第三端子。所述半导体开关还包括具有基本上与所述第一元件的击穿电压类似的击穿电压的反激式二极管。所述第一元件的负电极连接到所述第二元件的负电极并且所述反激式二极管并联连接在所述第一元件的正端子和所述第二元件的正端子之间。用于所述第一元件的所述控制端子以及用于所述第二元件的所述控制端子彼此独立地耦合到一个或者多个控制电路。

Description

半导体切换系统
技术领域
这里描述的实施例一般地涉及电气设备。
背景技术
作为其中续流二极管反并联地连接到主电路的切换元件的传统功率转换电路的一个示例，已知一种功率转换电路，其中通过串联连接分别由电压驱动切换元件和反并联二极管形成的辅助元件和主元件来配置与桥电路的一个臂相对应的半导体开关。进而，将具有与主元件的耐受电压等效的耐受电压的高速续流二极管反并联地连接到主元件和辅助元件的串联连接。
在上述这样的功率转换电路中，如果由于诸如负载电流变得太高或者设备温度增加到指定值或者更多等原因而使设备异常停止，则桥电路的上下臂的相应主元件供应有关断信号并且进入到栅极关断状态。此时，辅助元件也与主元件同步地连续供应有关断信号。这使得难于向相应臂的辅助元件馈送电流。因而，主电流继续流经高速续流二极管。与正常操作相比较，在栅极关断状态下流动的电流示出其平均值的急剧增加，其中在正常操作中，在单相等效桥电路中电流仅在一个半导体开关的关断时间和另一半导体开关的接通时间之间的时间间隔期间(即在死时间间隔期间)流动。这伴随有损失(即在高速续流二极管中生成的热量)的显著增加。因此，引起如下问题：高速续流二极管要求更加严格的冷却设计。尽管近年来SiC二极管作为高速二极管的一个示例正在得到关注，但是SiC二极管保持昂贵。因此，需要能够以相对低价格实现的低耐受电压、低容量SiC二极管以及包括其的电路实施方式。
附图说明
图1是示出第一实施例的半导体开关的电路图；
图2是示出第二实施例的半导体开关的电路图；
图3是示出第三实施例的半导体开关的电路图；
图4是示出第四实施例的半导体开关控制设备的电路图；
图5是示出第五实施例的半导体开关控制设备的电路图；
图6是示出第六实施例的半导体开关控制设备的电路图；
图7是示出第七实施例的半导体开关控制设备的电路图；
图8是示出第八实施例的半导体开关控制设备的电路图；
图9是示出第九实施例的功率转换设备的电路图；
图10是示出第十实施例的功率转换设备的电路图；
图11示出显示了第十一实施例的功率转换电路元件的平面图和透视图；
图12A是示出在第一实施例的半导体开关中主元件关断并且辅助元件接通时电流的流动的电路图，并且
图12B是示出在主元件和辅助元件全部关断时电流的流动的电路图。
具体实施方式
根据一个实施例，一种半导体开关包括主元件，所述主元件包括切换元件和反并联二极管。切换元件具有高的耐受电压并且设置有一个控制端子和两个主端子。半导体开关还包括辅助元件，所述辅助元件具有比所述主元件的耐受电压低的耐受电压。辅助元件设置有一个控制端子和两个主端子。半导体开关还包括具有与主元件的耐受电压等效的耐受电压的续流二极管。主元件的负电极连接到辅助元件的负电极，以使得主元件的正电极用作正端子并且辅助元件的正电极用作负端子。进而，续流二极管并联连接在正端子和负端子之间，以使得从负端子朝向正端子的方向变为前向方向。半导体开关还包括用于彼此独立的主元件和辅助元件的开-关控制的端子。
现在将参照附图描述某些实施例。在本公开中，将使用相同或者类似的附图标记描述相同或者类似的电路部件。
第一实施例
图1示出了在第一实施例的功率转换设备中一个桥电路的上臂的半导体开关6a。由于下臂的半导体开关6b与半导体开关6a具有相同的电路配置，因此这里仅描述上臂的半导体开关6a。除非需要将上下臂的半导体开关6a和6b彼此区分开，将使用通用术语“半导体开关6”。
当前实施例的半导体开关6包括主元件3和辅助元件5，其中所述主元件3由具有高耐受电压的电压驱动切换元件1a和具有高耐受电压的反并联二极管2a形成，所述辅助元件5由其耐受电压分别低于主元件3的耐受电压的电压驱动切换元件1b和反并联二极管2b形成。主元件3和辅助元件5的负电极彼此连接。主元件3的正电极连接到正端子7，而辅助元件5的正端子连接到负端子8。高速续流二极管4反并联地连接到主元件3和辅助元件5的串联连接。在当前实施例的半导体开关6中，单独设置主元件3的控制端子11和辅助元件5的控制端子12，以使得能够单独控制主元件3和辅助元件5。在图1中，附图标记9表示主元件负端子，附图标记10表示辅助元件负端子。
半导体开关6如图12A和图12B所示操作。在主电流沿着前向方向流动时，即从正端子7朝向负端子8流动时，向辅助元件5和主元件3输入接通信号。这意味着电流流经主元件3的电压驱动切换元件1a和辅助元件5的电压驱动切换元件。即使在主电流沿后向方向流动时，即从负端子8朝向正端子7流动时，向辅助元件5输入接通信号。这意味着来自负端子8的主电流经过辅助元件5的电压驱动切换元件1b以及主元件3的反并联二极管2a朝向正端子7流动(参见图12A中的电流31a)。如果主元件3在此时关断，则辅助元件5也与其同步地关断。电流未经过辅助元件5的电压驱动切换元件1b，最终朝向高速续流二极管4换向(参见图12B中的电流31b)。利用该配置，在由上臂的半导体开关6a和下臂的半导体开关6b形成的单相等效桥电路中，即使一个半导体开关6a接通，主电流也朝向另一半导体开关6b(保持在关断状态)中的高速续流二极管4换向。这防止反向恢复电流朝向反并联二极管2a流动，从而有效地抑制反向恢复现象。在正常操作期间，仅在一个半导体开关6a的关断时间和另一半导体开关6b的接通时间之间的时间间隔期间，即在单相等效桥电路中的死时间间隔期间，电流朝向高速续流二极管4流动。因此，平均前向电流变得小于流经反并联二极管2a的电流。在典型的二极管中，随着电流在其中流动，发生与电流值相对应的压降(接通电压)，这导致电压损失。由于接通电压与流动的电流成比例增加，因此损失随着流动的电流变得更大而增加。在正常操作中，因此，高速续流二极管4的平均前向电流变得比主元件3的反并联二极管2a的小。这意味着，损失(即生成的热的量)变得比在主元件3的反并联二极管2a中生成的小。
在设备由于诸如负载电流变得太高或者设备温度增加到指定值或者更大的原因而异常停止时，如果将关断信号同时输入到位于上下臂的半导体开关6a和6b中的全部切换元件1a和1b，则该设备进入栅极关断状态。如果继续向主元件3的切换元件1a和辅助元件5的切换元件1b输入关断信号，则电流不会流经辅助元件5。为此，主电流继续朝向高速续流二极管4流动。结果，与其中电流仅在死时间间隔期间流动的正常操作相比较，平均电流值明显增加。这伴随着损失(即在高速续流二极管4中生成的热的量)的明显增加。
另一方面，当前实施例的半导体开关6设置有用于分别向主元件3的切换元件1a和辅助元件5的切换元件1b供应栅极信号的控制端子11和12。因此，如果发生栅极关断状态，则下面描述的实施例的半导体控制设备18的电路配置可以执行如下控制：其中通过向主元件3的切换元件1a施加关断信号同时向辅助元件5的切换元件1b施加接通信号而将辅助元件5的切换元件1b保持在接通状态。通过执行这样的控制，从负端子8朝向正端子7流动的主电流向上经过维持在接通状态的辅助元件5的切换元件1b并且然后沿前向方向流经主元件3的反并联二极管2a。这防止了在栅极关断状态下由SiC二极管形成的具有相对低的耐受电压和低容量的高速续流二极管4在长时间段内被供应有高电流，这有助于保护高速续流二极管4。利用这样的特征，能够实现高速续流二极管4的更简单的冷却设计。
第二实施例
图2示出了第二实施例的半导体开关6A。当前实施例的半导体开关6A与图1所示的第一实施例的半导体开关6的区别在于，主元件3和辅助元件5的位置彼此互换。半导体开关6A的操作原理保持与第一实施例的半导体开关6的相同。
第三实施例
图3示出了第三实施例的半导体开关6B。当前实施例的半导体开关6B具有如下配置：其中高速续流二极管4和辅助元件5串联连接而主元件3并联连接到高速续流二极管4和辅助元件5的串联连接。
由于辅助元件5和高速续流二极管4串联连接在当前实施例的半导体开关6B中，因此能够在辅助元件5处于接通状态时将电流馈送到高速续流二极管4。通过使辅助元件5进入关断状态来中断高速续流二极管4的电流流动路线。在当前实施例中，单独提供主元件3的控制端子11和辅助元件5的控制端子12，这使得能够单独控制主元件3和辅助元件5。在当前实施例中，然而，通过关断主元件3并且接通辅助元件5而使电流在死时间间隔期间流经高速续流二极管4。在栅极关断状态下，主元件3和辅助元件5同时关断以将主电流馈送到主元件3的反并联二极管2a。这使得能够保护高速续流二极管4。
第四实施例
图4示出了第四实施例的半导体开关控制设备。当前实施例的半导体开关控制设备18用于控制第一到第三实施例的半导体开关6、6A和6B中的任意一个。在当前实施例中，将描述如下示例情况：其中半导体开关控制设备18控制图1所示的第一实施例的半导体开关6。
半导体开关控制设备18包括用于单独生成分别由电压放大器电路14a和14b放大和输出的主元件控制信号16和辅助元件控制信号17的栅极信号生成器电路50。与主元件3相对应的电压放大器电路14a的输出经过电阻器13a耦合到主元件控制端子11。与主元件3相对应的电压放大器电路电源15a的负电极连接到主元件负端子9。另一方面，与辅助元件5相对应的电压放大器电路14b的输出经过电阻器13b耦合到辅助元件控制端子12。与辅助元件5相对应的电压放大器电路电源15b的负电极连接到辅助元件负端子10。
在当前实施例的半导体开关控制设备18中，彼此独立地生成主元件控制信号16和辅助元件控制信号17。这使得能够控制辅助元件5，以使得即使在主元件3由于异常停止而维持在关断状态时主电流也不会继续朝向高速续流二极管4流动。换句话说，如果发生栅极关断状态，则半导体控制设备18可以执行如下控制：其中通过向主元件3的切换元件1a的控制端子11施加关断信号同时向辅助元件5的切换元件1b的控制端子12施加接通信号而将辅助元件5的切换元件1b维持在接通状态。通过执行这样的控制，从负端子8朝向正端子7流动的主电流向上经过维持在接通状态的辅助元件5的切换元件1b并且然后沿前向方向流经主元件3的反并联二极管2a。这防止了处于栅极关断状态的由SiC二极管形成的具有相对低的耐受电压和低容量的高速续流二极管4在长的时间段内被供应有高电流，这有助于保护高速续流二极管4。利用这样的特征，能够实现高速续流二极管4的更加简单的冷却设计。
尽管图4所示的当前实施例的半导体开关6与图1所示的第一实施例的半导体开关具有相同的配置，但是可以代替其而使用图2所示的第二实施例的半导体开关6A。在这种情况下可以按照上面阐述的相同方式执行控制。作为进一步的替代，可以采用图3所示的第三实施例的半导体开关6B代替图1所示的半导体开关6。在这种情况下，可以按照这样的方式执行控制以使得，在栅极关断状态下，主元件3和辅助元件5按照与上述相反的方式同时关断，从而主电流能够从负端子8经过反并联二极管2a朝向正端子7流动。
第五实施例
图5示出了第五实施例的半导体开关控制设备。除了第四实施例的控制设备18的配置，当前实施例的半导体开关控制设备18还包括逻辑电路19a和19b以及强制关断信号生成器电路20。
在正常状态下，当前实施例的半导体开关控制设备18A允许栅极信号生成器电路50向逻辑电路19a和19b输出公共控制信号21。在正常状态下不从强制关断信号生成器电路20输入强制关断信号时，逻辑电路19a和19b用于向主元件控制信号16和辅助元件控制信号17输出公共控制信号21。另一方面，如果由电流检测器CT检测的负载电流变为过度大并且如果存在其中设备的温度超出指定值的异常条件，则强制关断信号生成器电路20输出强制关断信号22以使逻辑电路19a能够关断主元件3。同时，逻辑电路19b向主元件5施加接通信号，以使得主电流能够从负端子8经过辅助元件5和主元件3的反并联二极管2a流动到正端子7。
在当前实施例的半导体开关控制设备18A中，上述功能确保了在设备被异常停止时没有电流朝向高速续流二极管4流动。这使得能够降低高速续流二极管4的电流共享。
在当前实施例中，这防止了在栅极关断状态下由SiC二极管形成的具有相对低耐受电压和低容量的高速续流二极管4在长的时间段内被供应有高电流，这有助于保护高速续流二极管4。利用这样的特征，能够实现高速续流二极管4的更简单的冷却设计。
尽管图5所示的当前实施例的半导体开关6与如图1所示的第一实施例的半导体开关具有相同的配置，但是可以采用图2所示的第二实施例的半导体开关6A代替。在这种情况下可以按照与上面阐述的相同方式执行控制。作为进一步的替代，可以采用图3所示的第三实施例的半导体开关6B代替图1所示的半导体开关6。在这种情况下可以按照这样的方式执行控制，以使得，在栅极关断状态下，主元件3和辅助元件5同时关断，从而主电流能够从负端子8经过反并联二极管2a朝向正端子7流动。
在当前实施例中，如果负载电流异常增加，则会在负载输出中发现急剧的温度升高。鉴于此，可以安装温度传感器来代替电流检测器CT，以使得强制关断信号生成器电路20能够以温度检测信号为基础输出强制关断信号22。
第六实施例
图6示出了第六实施例的半导体开关控制设备。除了第四实施例的控制设备18的配置，当前实施例的半导体开关控制设备18B包括安装在辅助元件控制侧的逻辑电路19。将由栅极信号生成器电路50生成的栅极控制信号21直接施加到主元件电压放大器14a。同时，通过允许栅极控制信号21经过逻辑电路19来生成辅助元件控制信号17。将辅助元件控制信号17施加到辅助元件电压放大器14b。
在当前实施例的半导体开关控制设备18B中，将耦合到主元件控制信号16的栅极控制信号21输入到逻辑电路19。一些实施例中的逻辑电路19仅在从主元件控制信号16变为关断输出的时刻计数的等效于死时间间隔(在单相等效桥电路中一个半导体开关6a的关断时间和另一半导体开关6b的接通时间之间的时间间隔)的间隔期间向高速续流二极管4馈送电流，从而输出辅助元件控制信号17。在除了上述间隔之外的时间段中，辅助元件5维持在接通状态。
在当前实施例的半导体开关控制设备18B中，因此，能够在除了等效于死时间间隔的上述间隔之外的时间段中向主元件3的反并联二极管2a馈送电流。这使得能够降低高速续流二极管4的电流共享。与第四实施例类似，这防止了在栅极关断状态下由SiC二极管形成的具有相对低耐受电压和低容量的高速续流二极管4在长的时间段内被供应有高电流，这有助于保护高速续流二极管4。利用这样的特征，能够实现高速续流二极管4的更简单的冷却设计。
尽管图6所示的当前实施例的半导体开关6与如图1所示的第一实施例的半导体开关具有相同的配置，但是可以采用图2所示的半导体开关6A代替。在这种情况下可以按照与上面阐述的相同方式执行控制。作为进一步替代，可以采用图3所示的第三实施例的半导体开关6B代替图1所示的半导体开关6。在这种情况下可以按照这样的方式执行控制以使得，在栅极关断状态下，主元件3和辅助元件5同时关断，从而主电流能够从负端子8经过反并联二极管2a朝向正端子7流动。
第七实施例
图7示出了第七实施例的半导体开关控制设备。当前实施例的半导体开关控制设备18C与第四实施例的半导体开关控制设备18的区别在于栅极信号生成器电路50单独输出栅极控制信号16和17。逻辑电路19A以这样的方式涉及辅助元件的控制，从而将逻辑电路19A的输出用作辅助元件控制信号17’。进而，设置用于检测高速续流二极管4的温度的温度检测器31，以向逻辑电路19A输入温度检测信号。
在当前实施例的半导体开关控制设备18C中，在正常操作时间期间栅极信号生成器电路50的栅极控制信号16和17作为主元件控制信号16和辅助元件控制信号17’直接输入到半导体开关6的控制端子11和12。在栅极关断状态下，半导体开关控制设备18C按照在第四实施例中阐述的相同方式操作。
如果高速续流二极管4的温度增加并且如果由温度检测器31检测的温度值超出指定温度值，则逻辑电路19A输出辅助元件控制信号17’以保持电流朝向高速续流二极管4流动。换句话说，逻辑电路19A输出辅助元件控制信号17’，辅助元件5通过该辅助元件控制信号17’进入接通状态。利用这样的特征，除了由第四实施例提供的有利效果，当前实施例提供即使在高速续流二极管4的温度由于某些原因异常增加时也防止高速续流二极管4过热，同时保护处于栅极关断状态下的高速续流二极管4。
第八实施例
图8示出了第八实施例的半导体开关控制设备。配置当前实施例的半导体开关控制设备18D以提供用于检测流经高速续流二极管4的电流的电压的电压检测器32以及用于检测电流的电流检测器33，代替图7所示的第七实施例的温度检测器31，由此将电压检测器32和电流检测器33的检测信号输入到逻辑电路19B。
在当前实施例的半导体开关控制设备18D中，可以按照与第四实施例中阐述的相同方式执行主元件3和辅助元件5在正常时间期间以及在栅极关断时间期间的开/关控制。此外，半导体开关控制设备18D执行下面的保护操作。
如果高速续流二极管4在采用第一实施例的半导体开关6或者第二实施例的半导体开关6A的功率转换设备1中遭受开路故障，则如果辅助元件5处于关断状态，则续流模式(或者整流模式)中的电流流动路线消失。因而，在当前实施例中，分别由电压检测器32和电流检测器33检测高速续流二极管4的电压和电流。以所检测的电压和电流值为基础，逻辑电路19B确定在高速续流二极管4中是否发生了开路故障。在确定发生了开路故障时，辅助元件5维持在接通状态从而确保电流流动路线。
逻辑电路19B如下确定是否发生开路故障。由于二极管的特性，在正常操作中，在向二极管施加前向电压时允许电流流动。另一方面，在发生开路故障时，即使向二极管施加前向电流也没有电流流动。因而，在当前实施例中，以电压检测器32和电流检测器33的检测信号为基础检测前向电压。如果电流值变为零，则确定高速续流二极管4经历了开路故障。
在当前实施例的半导体开关控制设备18D中，使用由电压检测器32和电流检测器33检测的电压值和电流值确定高速续流二极管4中的开路故障的发生。如果确定发生了开路故障，则将辅助元件5维持在接通状态，从而确保电流流动路线。
第九实施例
图9示出了第九实施例的功率转换设备。当前实施例的功率转换设备包括通过串联连接第二或者第三实施例的两个半导体开关6A或者6B分别形成的一相或者多相桥电路24。在功率转换设备中，设计用于半导体开关6Aa(连接到正端子直流母线27)的主元件3a的电压放大器电路14a的电源以及用于半导体开关6Ab(连接到负端子直流母线28)的辅助元件5b的电压放大器电路14b的电源以共享单个电源15。
在使用第二实施例的半导体开关6A的情况下，可以通过串联连接上下半导体开关6Aa和6Ab形成桥电路24。在使用第三实施例的半导体开关6B的情况下，可以通过串联连接上下半导体开关6Ba和6Bb形成桥电路24。附图标记7a表示上正端子，而附图标记7b表示下正端子。附图标记8a表示上负端子，而附图标记8b表示下负端子。附图标记25表示主电源。
出于简化说明目的，图9仅示出了关于桥电路24的上臂的半导体开关6Aa的主元件3a，而省去了对辅助元件5a的描绘。关于桥电路24的下臂的半导体开关6Ab，图9仅示出了辅助元件5b，而省去了对主元件3b的描绘。
在当前实施例的功率转换设备中，按照与第四到第六实施例的半导体开关控制设备的相同方式执行正常栅极控制操作以及栅极关断状态下的操作，从而提供与在第四到第六实施例中提供的相同效果。在当前实施例的功率转换设备中，通过关于主元件3和辅助元件5的控制信号16和17而共同使用电压放大器电路电源15，能够简化电路。
第十实施例
图10示出了第十实施例的功率转换设备。当前实施例的功率转换设备包括通过串联连接第二或者第三实施例的两个半导体开关6A或者6B而分别形成的两相或者更多相桥电路24a和24b。在功率转换设备中，电源15a公用于分别连接到正端子直流母线27的半导体开关6Aa和6Ac的辅助元件5a和5c的电压放大器电路。而且，电源15b公用于分别连接到负端子直流母线28的半导体开关6Ab和6Ad的主元件3b和3d的电压放大器电路。
在使用第二实施例的半导体开关6A的情况下，将通过串联连接上下半导体开关6Aa和6Ab形成的第一桥电路24表示为桥电路24a，而将通过串联连接上下半导体开关6Ac和6Ad形成的另一桥电路24表示为桥电路24b。或者，在使用第三实施例的半导体开关6B的情况下，并联连接均通过串联连接上下半导体开关6Ba和6Bb形成的两相桥电路24，以提供桥电路24a和24b。在半导体开关6Aa、6Ab、6Ac和6Ad中，将主元件3分别表示为主元件3a、3b、3c和3d。而且，将辅助元件5分别表示为主元件5a、5b、5c和5d。将用于控制半导体开关6Aa和6Ac的控制设备分别表示为控制设备18a和18b。将用于控制半导体开关6Ab和6Ad的控制设备分别表示为控制设备18c和18d。附图标记26a和26b表示输出端子。
出于简化说明目的，图10仅示出了关于左侧第一相桥电路24a的上臂的半导体开关6Aa的辅助元件5a同时省去了对主元件3a的描绘。关于下臂的半导体开关6Ab，图10仅示出了主元件3b同时省去了对辅助元件5b的描绘。进而，关于右侧第二相桥电路24b的上臂的半导体开关6Ac，图10仅示出了辅助元件5c同时省去了对主元件3c的描绘。关于下臂的半导体开关6Ad，图10仅示出了主元件3d同时省去了对辅助元件5d的描绘。
在当前实施例的功率转换设备中，按照与第四到第六实施例的半导体开关控制设备相同的方式执行正常栅极控制操作和栅极关断状态下的操作，从而提供与第四到第六实施例所提供的效果相同的效果。在当前实施例的功率转换设备中，通过按照与在第九实施例的功率转换设备中提供的相同的方式公共使用电压放大器电路电源15a和15b，能够简化电路。
第十一实施例
图11示出了第十一实施例的特征在于模块化的功率转换电路元件。在当前实施例的功率转换电路中，将包括主元件3a、续流二极管4a和辅助元件5a的半导体芯片置于单个基底29a上以提供半导体开关6a。进而，将主元件3b、续流二极管4b和辅助元件5b的半导体芯片置于单个基底29b上以提供半导体开关6b。然后，通过将基底29a和29b放入单个封装30中形成模块化元件。
在当前实施例的功率转换电路元件中，通过诸如接合布线等的导体将具有相同极性的半导体芯片的端子彼此连接。在模块化元件的表面上，设置如下部件：正端子7c、负端子8c、主元件控制端子11、辅助元件控制端子12、主元件负端子9和辅助元件负端子10。主元件控制端子11、辅助元件控制端子11、辅助元件控制端子12、主元件负端子9和辅助元件负端子10用于输入用于驱动主元件3和辅助元件5的控制信号。通过将功率转换设备形成为模块化元件，能够简化电路并且降低电路电感。
尽管描述了某些实施例，但是仅作为示例提供这些实施例，而并非旨在限制本发明的范围。实际上，可以按照各种其它形式实施这里描述的新颖的实施例；而且，在不偏离本发明的精神的情况下可以对这里描述的实施例的形式做出各种省略、替代和改变。所附权利要求及其等同物旨在覆盖落入本发明的范围和精神内的这样的形式或者变型。

Claims (8)

1.一种半导体开关，包括：
包括切换元件和反并联二极管的第一元件，所述切换元件具有击穿电压并且耦合到控制端子以及第二和第三端子；
具有比所述第一元件的击穿电压低的击穿电压的第二元件，所述第二元件耦合到控制端子以及第二和第三端子；以及
具有基本上与所述第一元件的击穿电压类似的击穿电压的反激式二极管，
其中所述第一元件的负电极连接到所述第二元件的负电极，
其中所述反激式二极管并联连接在所述第一元件的正端子和所述第二元件的正端子之间，并且
其中用于所述第一元件的控制端子以及用于所述第二元件的控制端子彼此独立地耦合到一个或者多个控制电路。
2.一种半导体开关，包括：
包括切换元件和反并联二极管的第一元件，所述切换元件具有击穿电压并且耦合到控制端子以及第二和第三端子；
具有比所述第一元件的击穿电压低的击穿电压的第二元件，所述第二元件耦合到控制端子以及第二和第三端子；以及
具有基本上与所述第一元件的击穿电压类似的击穿电压的反激式二极管；
其中所述第一元件的正电极连接到所述第二元件的正电极，并且
其中所述反激式二极管并联连接在所述第一元件的正端子和所述第二元件的正端子之间。
3.一种半导体开关，包括：
包括切换元件和反并联二极管的第一元件，所述切换元件具有击穿电压并且耦合到控制端子以及第二和第三端子；
具有比所述第一元件的击穿电压低的击穿电压的第二元件，所述第二元件耦合到控制端子以及第二和第三端子；以及
具有基本上与所述第一元件的击穿电压类似的击穿电压的反激式二极管；
其中所述第二元件串联连接到所述反激式二极管；
其中续流二极管的正电极耦合到所述第一元件的负电极；并且
其中所述第一元件的正电极耦合到所述第二元件的负电极。
4.一种控制设备，该控制设备被配置成单独控制如权利要求1到3中的任意一项所述的半导体开关的所述第一元件和所述第二元件，以使得电流基本上仅在死时间间隔中朝向所述续流二极管流动。
5.如权利要求4所述的控制设备，该控制设备还被配置成输出用于强制关断所述第一元件的信号并且还被配置成控制所述第二元件，以使得在所述第一元件的关断时间间隔期间不向所述反激式二极管馈送电流。
6.如权利要求4所述的控制设备，该控制设备还被配置成控制所述第二元件以使得基本上仅在所述第一元件从接通状态切换到关断状态时维持引导到所述反激式二极管的电流流动路线。
7.如权利要求4所述的控制设备，还包括用于检测所述反激式二极管的温度的温度检测器，并且所述控制设备还被配置成控制所述第一元件和所述第二元件，以使得在所述反激式二极管的检测温度超出预定值时不向所述反激式二极管馈送电流。
8.如权利要求4所述的控制设备，还包括用于检测在所述反激式二极管的相反端子处产生的电压的电压检测器以及用于检测流经所述反激式二极管的电流的电流检测器，并且所述控制设备还被配置成以所检测的电压值和所检测的电流值为基础确定在所述反激式二极管中是否发生了开路故障并且被配置成控制所述第二元件，以维持接通状态，从而在确定发生了开路故障的情况下确保电流流动路线。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107317461A (zh) * 2016-04-19 2017-11-03 株式会社电装 电力转换装置
CN108011504A (zh) * 2016-11-01 2018-05-08 台达电子工业股份有限公司 驱动方法与驱动装置
CN109842311A (zh) * 2019-01-21 2019-06-04 江苏大学 一种带功率解耦电路的三端口反激式光伏并网微逆变器及调制方法
CN111164746A (zh) * 2017-10-02 2020-05-15 通用电器技术有限公司 具有故障保护的半导体组合件

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5830308B2 (ja) * 2011-09-01 2015-12-09 矢崎総業株式会社 負荷回路の制御装置
JP5596004B2 (ja) 2011-11-29 2014-09-24 株式会社東芝 半導体スイッチおよび電力変換装置
JP5917356B2 (ja) * 2012-10-01 2016-05-11 株式会社東芝 スイッチング装置
CN103091598B (zh) * 2013-01-28 2015-03-04 中国矿业大学 开关磁阻电机双开关功率变换器续流二极管故障诊断方法
JP6072645B2 (ja) * 2013-08-08 2017-02-01 株式会社日立製作所 電力変換装置
JPWO2015079762A1 (ja) * 2013-11-29 2017-03-16 シャープ株式会社 整流装置
DE102014208747A1 (de) * 2014-05-09 2015-11-12 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Wechsel eines Betriebszustands einer elektrischen Maschine und Vorrichtung zum Betriebszustandswechsel einer elektrischen Maschine
US10923952B2 (en) * 2015-04-05 2021-02-16 Chargedge, Inc. Secondary-side output boost technique in power converters and wireless power transfer systems
JP6619312B2 (ja) * 2016-09-16 2019-12-11 株式会社東芝 電力変換装置
JP6867780B2 (ja) * 2016-10-28 2021-05-12 矢崎総業株式会社 半導体スイッチ制御装置
JP6665757B2 (ja) * 2016-11-08 2020-03-13 株式会社デンソー 電源制御装置、及び電池ユニット
US10230364B2 (en) * 2017-04-26 2019-03-12 Futurewei Technologies, Inc. Hybrid power devices
CN108964458B (zh) * 2017-05-25 2023-04-21 太阳能安吉科技有限公司 高效开关电路
EP3625882A1 (en) * 2017-09-22 2020-03-25 Huawei Technologies Co., Ltd. Hybrid boost converters
DE102019208122A1 (de) * 2019-06-04 2020-12-10 Audi Ag Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Schaltung, elektrische Schaltung und Kraftfahrzeug
CN112803931B (zh) * 2020-12-28 2023-01-24 航天科技控股集团股份有限公司 一种三态开关量识别系统
US11658563B2 (en) 2021-06-15 2023-05-23 Atieva, Inc. Half-bridge power supply with dynamic dead time

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5910892A (en) * 1997-10-23 1999-06-08 General Electric Company High power motor drive converter system and modulation control
JP2000105257A (ja) * 1998-09-30 2000-04-11 Toyo Electric Mfg Co Ltd インバータ装置
JP2006158185A (ja) * 2004-10-25 2006-06-15 Toshiba Corp 電力用半導体装置
CN101044669A (zh) * 2004-11-15 2007-09-26 株式会社东芝 电力转换装置
CN101632214A (zh) * 2007-02-06 2010-01-20 株式会社东芝 半导体开关和配备半导体开关的功率转换系统

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07234162A (ja) * 1994-02-24 1995-09-05 Toshiba Corp 電力変換器の温度検出装置
KR100355962B1 (ko) * 2000-04-25 2002-10-11 삼성전기주식회사 영전압 스위칭을 위한 고효율 컨버터
JP2002084855A (ja) * 2000-09-13 2002-03-26 Japan Lake & Canal Co Ltd 水草刈取機
WO2002084855A1 (fr) * 2001-04-13 2002-10-24 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Dispositif de conversion de puissance
JP4212546B2 (ja) * 2004-11-15 2009-01-21 株式会社東芝 電力変換装置
JP5009680B2 (ja) * 2007-05-16 2012-08-22 三菱電機株式会社 開閉装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5910892A (en) * 1997-10-23 1999-06-08 General Electric Company High power motor drive converter system and modulation control
JP2000105257A (ja) * 1998-09-30 2000-04-11 Toyo Electric Mfg Co Ltd インバータ装置
JP2006158185A (ja) * 2004-10-25 2006-06-15 Toshiba Corp 電力用半導体装置
CN101044669A (zh) * 2004-11-15 2007-09-26 株式会社东芝 电力转换装置
CN101632214A (zh) * 2007-02-06 2010-01-20 株式会社东芝 半导体开关和配备半导体开关的功率转换系统

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107317461A (zh) * 2016-04-19 2017-11-03 株式会社电装 电力转换装置
CN107317461B (zh) * 2016-04-19 2020-07-28 株式会社电装 电力转换装置
CN108011504A (zh) * 2016-11-01 2018-05-08 台达电子工业股份有限公司 驱动方法与驱动装置
US10666148B2 (en) 2016-11-01 2020-05-26 Delta Electronics, Inc. Detecting current magnitude and direction in a non-isolated DC/DC converter
US10998821B2 (en) 2016-11-01 2021-05-04 Delta Electronics, Inc. Converter and control method thereof
CN111164746A (zh) * 2017-10-02 2020-05-15 通用电器技术有限公司 具有故障保护的半导体组合件
CN109842311A (zh) * 2019-01-21 2019-06-04 江苏大学 一种带功率解耦电路的三端口反激式光伏并网微逆变器及调制方法

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KR101317590B1 (ko) 2013-10-11
CN102368685B (zh) 2014-08-20

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