CN109417346B - 用于驱控并联布置的、能反向导通的半导体开关的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对至少两个可反向导通的半导体开关(1)的驱控方法，其中，至少两个可反向导通的半导体开关(1)布置在并联电路(2)中。为了改进开关性能而提出，布置在并联电路中的能反向导通的半导体开关(1)中的至少两个至少有时候以不同电压来驱控。本发明此外还涉及一种开关元件(3)，其具有两个布置在并联电路(2)中的、可反向导通的半导体开关(1)和一个用于驱控这些可反向导通的半导体开关(1)的驱控单元(4)或者驱控单元(4)的至少一部分(5)，其中，可以将用于获取穿流过并联电路(2)的负载电流(iL)的电流传感器(6)与用于评估电流传感器(6)的测量值的调节模组(7)相连，其中，借助于驱控单元(4)或者通过驱控单元(4)的这个部分(5)可以分别以不同的电压驱控各个可反向导通的半导体开关(1)。

Description

用于驱控并联布置的、能反向导通的半导体开关的方法

技术领域

本发明涉及一种驱控至少两个能反向导通的半导体开关的方法，其中，至少两个能反向导通的半导体开关布置在并联电路中。本发明此外还涉及一种具有至少两个布置在并联电路中的、能反向导通的半导体开关的开关元件。此外本发明还涉及一种具有由至少两个这种开关元件组成的串联电路的整流器。

背景技术

在能反向导通的半导体开关中，开关元件的功能和二极管功能统一到一个芯片中。尤其是已知IGBT(绝缘栅双极型晶体管)是能反向导通的IGBT。它们也被称为RC-IGBT。与传统的IGBT相反，借助对栅极触点的驱控，不仅能够影响开关元件的性能、在这种情况下是IGBT的功能，还能够影响二极管模式下的性能。

在DE 10 2011 003 938 A1中公知一种用于控制两个串联连接的、能反向导通的IGBT的方法。文本描述了一种对半电桥的两个串联的IGBT进行电开关的控制方法，在半桥处排有运行直流电压，其中，能反向导通的IGBT具有三种开关状态。

为了提高例如整流器的工作能力，可以将多个半导体开关布置在一个并联电路中。这个并联电路允许升高要接通的电流，因为这个电流被划分到并联电路的不同的分支上。从而让例如整流器中的一个开关元件的工作能力提升，这是因为让可接通的总电流也相应地高。在此，半导体开关用于将整流器的、也被称为相位连接端的负载连接端与其中一个中间回路电压电势相连。因为并联布置的半导体开关连接着相同的相位连接端，所以已经证明可行的是，分别利用相同的驱控信号对并联布置的半导体开关进行驱控。不仅对于传统的IGBT是如此，对于能反向导通的IGBT也是如此。

能反向导通的IGBT依据电流方向，可以或者处于IGBT模式、或者处于二极管模式。如果电流从集电极流向发射极，那么这个能反向导通的IGBT就处于IGBT模式。相反地，如果电流从发射极流向集电极，那么这个能反向导通的IGBT就处于二极管模式。当负载电流的方向逆转，这个能反向导通的IGBT就从二极管模式切换到IGBT模式或从IGBT模式切换到二极管模式。因此，通过IGBT的电流方向的变化起到改变相应的模式的作用。为了在IGBT模式下运行，需要一个正的、栅极-发射极电压(用于电流的开放沟道)，而为了二极管模式却需要负的、栅极-发射极电压(封闭沟道，以阻止电子流走)。因此能够高度精确地确定负载电流的过零，进而确定通过半导体开关的相应电流的过零，这是因为提供了在所述模式之间进行切换的时间点。栅极-连接端上过早或过晚的电压变化可能造成RC-IGBT处的损伤，或者歪曲通过上级控制系统预设的开关状态，此时会在逆变器的输出端上产生错误的电压时间区域。

二极管在负载电流小的时候倾向于断流。这种断流也被称为猝然的行为(有缺陷的软恢复)。因为电流持续时间结束时的二极管电流具有很高的di/dt，所以二极管此外还倾向于诱发高电压，这可能危害构造元件本身并且触发EMV(电磁辐射)方面的问题。

在IGBT不能反向导通、却具有一个与IGBT并联的二极管的情况下，二极管没有控制连接端。于是不能反向导通的IGBT就无法控制二极管所存储的电荷。因此也就不可能影响二极管的性能。

当穿流过半导体开关的负载电流从这个半导体开关传递到另一个半导体开关时，就被称为换向。负载电流因为这一个半导体开关而消失也被称为换向完成。只要通过半导体开关的电流消失，就完成了换向。

发明内容

本发明的目的在于，改进并联布置的半导体开关的开关性能。

所述目的通过一种用于驱控至少两个能反向导通的半导体开关的方法得以实现，其中，至少两个能反向导通的半导体开关布置在一个并联电路中，其中，至少有时候以不同的电压来驱控这些能反向导通的半导体开关中的至少两个。此外该目的还通过一种开关元件得以实现，这种开关元件具有：至少两个能反向导通的半导体开关，它们布置在并联电路中；和一个驱控单元或者驱控单元的至少一部分，其用于驱控能反向导通的半导体开关，其中，用于获取穿流过并联电路的负载电流的电流传感器可以与用于评估电流传感器的测量值的调节模组相连，其中，借助驱控单元或者借助驱控单元的该部分能够分别以不同的电压来驱控各个能反向导通的半导体开关。此外，本发明的目的还通过一种整流器来实现，其具有至少一个串联电路，这个串联电路由至少两个这种开关元件、一个用于评估电流传感器的测量值的调节模组和一个用于连接负载的相位连接端组成，其中，两个开关元件的连接点与相位连接端电连接，其中，电流传感器布置在相位连接端与这个连接点之间，其中，为了传输测量信号，电流传感器与调节模组相连。

本发明所基于的认识是，RC-IGBT的并联电路通过以下方式得以改进，即，至少有时候以不同的栅极电压、也就是不同的栅极-发射极电压来驱控各个并联的半导体开关，从而影响通过各个半导体开关、尤其是处于二极管模式下的半导体开关的电流分布。根据本发明的解决方案一方面是基于，在RC-IGBT并联时，以不同的栅极电压来驱控这些并联的RC-IGBT的栅极-发射极路段。借此，在各个RC-IGBT中、例如在二极管模式下，设定不同的集电极-发射极电流，进而也设定不同的存储电荷。借此能够显著减少在运行时的损耗、例如开关损耗。

特别有利的是，如下地驱控并联的RC-IGBT，例如在二极管模式下，即，至少在电流过零时以负栅极电压来驱控RC-IGBT的一部分，并且并联的半导体开关的余下部分以正栅极电压来驱控。借此能够明显更加简单地实现对电流方向的识别，因为大大降低了对识别电流过零的精确度要求。借此，有可能简化电流方向识别、或省去电流方向识别，并且让为了调节技术的目的已经存在的电流测量工作来完成这件事。事实证明，为了调节技术的目的本来已经存在的负载电流测量的精确度对于识别电流过零已经足够了。可以不用直接在半导体开关的各个并联电路上、例如在整流器内额外地进行一次准确的、能够非常精确地识别电流方向的电流测量。因为精确度高的电流转换器非常贵，所以这样就获得了明显的、在经济方面的优点。

本发明建议的方法基于以下认识，即，在负载电流的方向发生变化的时间环境内，负载电流的绝对值很小，以至于不需要让并联电路中的所有RC-IGBT都来引导这个负载电流。因此，在一个开关由至少两个RC-IGBT组成时，在二极管模式下，以负栅极电压来驱控仅仅半导体开关的第一部分、也就是所谓的第一半导体开关或者至少一个第一半导体开关，并且以正栅极电压来驱控并联半导体开关的(余下的)第二部分、即所谓的第二半导体开关或至少一个第二半导体开关。因此，电流在过零之前优选地、也就是首先、流经这个或这些第一半导体开关，并且在电流过零以后，流过这个或这些第二半导体开关，而不必对半导体开关的栅极上的驱控情况进行改变。因此也不必更精确地确定出过零的那个瞬间。之所以有这个可能，还因为在负载电流快要过零时，负载电流的绝对值很小，以至于不需要让并联电路中的所有半导体开关都用来引导这个负载电流。

通过分开的驱控通道，可以以不同的栅极-发射极电压来驱控在二极管模式下的并联RC-IGBT。如下地选择驱控方式，即，依据所希望存储的载流子量(也就是一般而言依据需要引导的负载电流)向所需数量的、二极管模式下的RC-IGBT输送负驱控电压(或者换句话说，将MOS沟道封闭)。向二极管模式下的、剩余的并联RC-IGBT都输送正栅极-发射极电压，这就导致，它们对电流输送的参与度极其小。借此，不仅减少了在相同相位时处于IGBT模式下进行换向的RC-IGBT的接通损耗，而且还减少处于二极管模式下的RC-IGBT的断开损耗。此外，负载电流以有利的方式最大化地分配到刚好必须数量的、处于二极管模式下的RC-IGBT上，这就防止了伴随高感应电压的、电流的“断流”现象。

当在过零环境电流的绝对值很小，以至于基于最大的电流可负载能力为了输送电流无需使用所有并联布置的RC-IGBT来承载电流时，可能的是，以施加在栅极上的正负不同的驱控电压来进行驱控。换句话说，此外还可以由此定义来过零环境，即在用于承载电流的时间环境中只需要并联布置的半导体开关的一部分。尤其是在电流的变化曲线是正弦形式或者几乎是正弦形式时，所述方法被证明被特别有利，因为在零位置附近存在一个环境，在该环境，电流的值很小，以至于不需要让所有的并联半导体开关都用来承载电流，与此同时，在零位置范围内的上升很大，以至于当人们想要相同地驱控所有的并联半导体开关，以防止半导体开关因为快速升高的电流和不合适的驱控方式而受损时，就必须非常精确地确定这个零位置。

尤其是对于并联电路包含两个半导体开关的情况，在电流小于最大值的一半、尤其是小于正弦变化曲线中振幅的一半时，可以分别以正栅极电压来驱控一个半导体开关，并且以负栅极电压来驱控第二个半导体。

这种想法可以直接套用在IGBT模式上。在这种情况下也是在过零之前、也就是在RC-IGBT从IGBT模式切换到二极管模式之前，以负栅极电压来驱控并联布置的半导体的第一部分，并且(剩余的)第二部分以正栅极电压来驱控。这种驱控方式的作用也在于：不再需要精确地识别电流过零。在过零之前，负载电流穿流过第二半导体开关，并且在过零以后穿流过第一半导体开关，而不需要在过零时进行开关操作，也就是说不需要要改变半导体开关的栅极电压。借此，分别在负载电流过零之前和之后，各另外的部分引导电流穿过并联电路。因为负载电流的di/dt比较小(几个A/μs)，所以留下充足的时间让否则要用于完成调节任务的上级电子设备能承担电流方向识别的工作。因此也可以分开驱控多个处于IGBT模式下的RC-IGBT或者并联布置的传统IGBT。由此使得在IGBT模式下也可以设定并联IGBT的载流子量，并且减少断开损耗。通过分开驱控，还可以防止在小负载电流时产生过高的di/dt。为此要确保在小负载电流时总是只有为了电流通过所需数量的、在IGBT模式下的RC-IGBT或者标准的IGBT以正栅极-发射极电压来驱控。这提升了输送电流的IGBT中的电流密度。

除了以正负不同的电压来驱控第一半导体开关和第二半导体开关以外，同样有可能的是，以正负相同但是绝对值不同的电压来驱控第一半导体开关和第二半导体开关。借此可以优化到并联电路的各个半导体开关上的电流分配。例如因此可以为冷却效果更好的半导体开关分配更高的电流，而给冷却效果较差的半导体开关分配较低的电流。

当这些开关元件中的两个布置在一个串联电路中进而得到具有一个相位的整流器时，采用这样的开关元件特别地有利。串联电路的连接点在这里是负载电流流经的负载连接端。负载连接端于是可以与相位模块的这一个末端或另一个末端电连接。在串联电路的两个末端上布置有一个中间回路电容器。于是，一般而言，也就是只要给电容器以电压充电，这两个末端就具有不同的电势。这些电势也被称为中间回路电势。例如通过脉宽调制能够在负载连接端上用时间平均的方式生成任意的、在两个中间回路电势之间的电势。因此能够以简单的方式简单并且低成本地实现整流器的一个相位，或者在使用多个相位时，实现一个多相位的整流器。

在本发明的一种有利的构造方案中，至少有时候以负电压来驱控至少两个能反向导通的半导体开关的至少一个第一半导体开关，并且以正电压来驱控至少两个能反向导通的半导体开关的至少一个第二半导体开关。借此能够实现所有前述的优点。通过不同的正负号明确地确定了，并联电路中的哪些半导体开关引导电流、并且哪些不引导。借此能够以简单的方式确定各个并联的半导体开关上的电流分配情况。在负载电流即将发生方向变换时、也被称为正负变换时，半导体开关的仅一部分用来引导电流，另一个优点在于，相比电流穿流过所有并联布置的半导体开关，各个被用到的半导体开关中的电流较高。借此可以同时防止：穿流过一个半导体开关的电流低于一个最小值并且断流。通过这样的驱控可以让二极管电流可能发生断流的范围向较小的负载电流推移，由此显著地失去重要性。

在本发明的另一种有利的构造方案中，并联电路具有许多个能反向导通的半导体开关，其中，第一半导体开关的数量和/或第二半导体开关的数量是依据负载电流大小来确定的。在此，可以在任何时间点以如下方式调整参与到电流引导中的半导体开关的数量，即，使得这些半导体开关不会因为电流过高而过载。与此同时确保如下大小的电流(最小电流)，即，其不会导致电流因为“猝然的行为”而断流。只要RC-IGBT还要承载电流，它就必须依据电流方向总是被属于栅极-发射极-路段上的驱控电压驱控。否则，或者RC-IGBT在IGBT模式下当栅极-发射极电压为负时，不被接通；或者在二极管模式下当栅极-发射极电压为正时，因为电流集中到个别芯片上或者芯片的个别区域上而受损坏。通过电路流方向识别必须在非常接近负载电流/RC-IGBT电流的自然电流过零时设定出正确的栅极-发射极电压。在两个或者多个RC-IGBT并联运行时，可以在接近电流过零时以正栅极-发射极电压来驱控一个或者多个RC-IGBT，并且以负栅极-发射极电压来驱控一个或者多个RC-IGBT。如果现在电流流向二极管方向，那么具有负栅极-发射极电压的RC-IGBT就负责运输这个电流。具有正栅极-发射极电压的RC-IGBT因为它的击穿电压要高得多，所以不参与到电流动中。反之，当电流流向IGBT方向时(从C到E)，就只有具有正栅极-发射极电压的RC-IGBT引导电流。只有当负载电流升高到需要这两个或者说所有的RC-IGBT都用来引导电流时，才将所有所需的RC-IGBT的栅极-发射极电压设为相同，相应于电流方向。借此可以显著简化电流方向识别，因为可以大幅度降低对精确度的要求。事实显示，为了调节技术的目的已经现有的电流测量装置可以承担这个任务。

在本发明的另一种有利的构造方案中，并联电路的、能反向导通的半导体开关处于二极管模式，其中，直到第一时间点t₁，所有在并联电路中布置的、能反向导通的半导体开关都以负电压来驱控，其中，在第一时间点t₁之后且第二时间点t₂之前，在并联电路中布置的、能反向导通的半导体开关的第一半导体开关以负电压来驱控，并且在并联电路中布置的、能反向导通的半导体开关的第二半导体开关以正电压来驱控，其中，第一时间点t₁在第二时间点t₂之前，其中，第二时间点t₂相应于一时间点，在该时间点由能反向导通的半导体开关使负载电流完成换向。通过分开的驱控通道，可以以不同的栅极-发射极电压来驱控二极管模式下的并联RC-IGBT。如下地选择驱控方式，即，使得在负载电流小时，并联的RC-IGBT的所允许的部分从即将换向之前的某个时间t₁开始就被输送正栅极-发射极电压(去饱和脉冲)，并且仅从时间t₂开始才为二极管模式下的RC-IGBT的剩余部分输送。在t₁与t2之间的时间段内，负载电流转移到二极管模式下的RC-IGBT上，它们还不具有正栅极-发射极电压。因此二极管模式下的并联RC-IGBT的一部分被卸去负载，并且在这个时间点就已经消掉了它存储的电荷。在换向时就只需要消掉很少的存储电荷。这样又再次能够防止电流的“断流”。

在本发明的另一种有利的构造方案中，并联电路具有至少三个能反向导通的半导体开关，它们处于二极管模式下，其中，随着负载电流绝对值的下降，驱控这些能反向导通的半导体开关中的至少一个第三半导体开关的电压从负电压变为正电压。通过在电流绝对值下降时进行开关，可以确保的是，尤其是在电流为正弦形式时，避免因为短期的和意料之外的电流提升而发生过载。通过下降的绝对值此外还可以确保的是，将电流设定在一个能够确保不会损坏任何一个导电的半导体开关的范围内。

在本发明的另一个有利的构造方案中，当能反向导通的半导体开关即将从二极管模式切换到IGBT模式时，尤其是在负载电流的过零的时间点，以负来电压驱控刚好一个能反向导通的半导体开关，并且以正电压来驱控在并联电路中布置的半导体开关的其余半导体开关。因为负载电流在变小、进而通过并联电路的电流也在变小，所以在某个时间点会达到一个电流值，在该电流值时，一个单个的半导体开关就能够引导电流。其余的半导体开关借助正电压就已经可以为IGBT模式状态做好准备。从而不再需要在这些模式之间的切换的精确认知。

在本发明的另一种有利的构造方案中，对不同的、能反向导通的半导体的驱控，至少有时候在时间上相互错开地完成。不同时而是前后依次地进行开关操作的简单可能性在于，预设出对各个并联的、能反向导通的半导体开关的驱控电压之间的固定时间差。作为替选，这个时间差也可以依据负载电流的值、尤其是依据负载电流的绝对值、频率或者相位来设计。通过这种时间差能够尤其是在二极管运行状态下可靠地避免电流的断流。在此，这种关联性可以基于测得的或者估算的电流值实现。恰恰在正弦形式的变化曲线中，可以足够良好地估计出电流变化曲线，例如针对下半个或者整个周期持续时间，从而可以不用评估准确的测量值。

通过在时间上错开地进行驱控，使得利用一时间差的形式产生开关损耗，从而可以将产生的热量更好地排导走。此外还可以影响损耗的产生。在此已经被证明有利的是，关断通过半导体开关的高电流，以替代关断通过两个半导体开关的中等电流。因此，可以通过在时间上错开的开关减少开关损耗的总和。

附图说明

下面借助附图中所示的实施例更详尽地说明和阐述本发明。图中示出：

图1能反向导通的IGBT(RC-IGBT)，

图2开关元件，

图3驱控并联的RC-IGBT的时间变化曲线，

图4整流器，以及

图5驱控在换向时的时间变化曲线。

具体实施方式

图1的上部分示出了能反向导通的半导体开关1的功能图，实施为RC-IGBT。在集电极C与发射极E之间存在一个由IGBT和二极管组成的并联电路。这个并联电路布置在一个芯片上。结果是，利用这个栅极-连接端、尤其是利用在栅极G与发射极E之间接通的电压，不仅可以影响IGBT开关的性能，还能够影响二极管的性能。根据这个半导体开关1是被栅极G与发射极E之间的正电压或负电压驱控，该半导体开关属于第一半导体开关11这一组(负驱控)或者属于第二半导体开关12这一组(正驱控)。如下地定义通过RC-IGBT的电流i，即，使得从集电极C到发射极E的电流动是正的。因此，具有正电流i的RC-IGBT在IGBT模式下，并且具有负电流i的RC-IGBT在二极管模式下。在下部分中给出了具有上述功能的RC-IGBT的开关时间。

图2示出了一个具有并联电路2的开关元件3，并联电路由三个半导体开关1组成。这些实施为RC-IGBT的半导体开关1经由它们的栅极-连接端G被驱控单元4或驱控单元4的一些部件5驱控。驱控单元4或驱控单元4的这些部件5基于来自调节模组7的信号生成它们的驱控命令。又将测量负载电流i_L的电流传感器6的测量值输入调节模组7中。负载电流i_L由通过各个并联的半导体开关1的电流i的总和组成。

图3针对一个由三个半导体开关1组成的并联电路2示出了驱控电压U_GE的和负载电流i_L的、随着时间t而变化的时间变化曲线。这些时间变化曲线因此例如可以相应于在图1中所示的开关元件3的运行。在负载电流i_L为负时，正如在图3的左侧所示的那样，那里示出的半导体开关1处于二极管模式，因为RC-IGBT内部的二极管负责引导电流i。随着电流i_L的绝对值变小，不再需要所有三个半导体开关1都用于引导电流。在这种情况下，这些半导体开关1中的两个可以引导电流，而不会过载。这两个半导体开关1就被称为第一半导体开关11。仍然存在于这个并联电路2中的额外的半导体开关1就不需要用来引导电流，并且可以借助正驱控电压U_GE，pos驱控，从而让它不引导或者仅仅引导很少的电流。通过这样正驱控这个半导体开关1，它被称为属于第二半导体开关12这一组。如果电流i_L的绝对值进一步下降，那么其中一个第一半导体开关就同样可以有正驱控电压，使得其不再承载负载电流。在这种情况下就只有一个半导体开关1还是属于第一半导体开关11这一组。那么负载电流i_L的绝对值就很小，以至于只需要这一个半导体开关1用于引导全部的负载电流i_L就够了。两个其余的半导体开关1现在就在第二半导体开关12这一组中，并且经历栅极G上的正驱控。因此它们在二极管模式下是不引导电流的。如果现在负载电流i_L达到绝对值零，也就是说，它在图表上与时间轴t相交，那么半导体开关1就从二极管模式切换到IGBT模式。第二半导体开关12这一组的、已经具有正驱控电压的现有半导体开关1现在就承担负载电流i_L。因此在过零的时间点不需要切换最后留下的第一半导体开关11，而是可以以后再切换，这是因为第二半导体开关12这一组的半导体开关1在过零的时间点能够毫无问题地、并且没有受损风险地承担电流。所以现在就可以在负载电流i_L的正负变化之后，也就是在负载电流为正值之后，才以负驱控电压来驱控这个半导体开关1。

图3右边的部分示出了从IGBT模式到二极管模式的过渡。随着电流i_L的绝对值变小，这里也不再需要所有三个半导体开关1都用于引导电流。在这种情况下，这些半导体开关1中的两个可以引导电流，而不会过载。仍然存在于这个并联电路2中的额外的半导体开关1不需要用来引导电流，并且可以借助负驱控电压U_GE，neg驱控，因此它不引导或者仅引导很小的电流。如果电流i_L的绝对值继续下降，那么另一个半导体开关就同样也可以接通负驱控电压，因此它不再承载负载电流。在这种情况下，就只有一个半导体开关1还会引导电流。如果现在负载电流i_L达到了绝对值零，也就是说，它与图表上的时间轴t相交，那么半导体开关1就从IGBT模式转换到二极管模式。已经以负驱控电压来驱控的半导体开关1现在就承担负载电流i_L。于是不再需要在负载电流i_L的正负号变化的准确时间点进行切换，从而也不需要关于过零的那一瞬间的准确认知。

但是，为了保持低驱控耗费，也可以将在这里示出的三个半导体中的两个在一个时间点切换到正栅极-电压上，只要负载电压还能够被余下的那一个具有负栅极电压的半导体所引导的话。出于这个原因，在图3中用虚线示出了中间的开关操作，因为如果在电流的绝对值已经足够小的情况下，这次开关操作可以和前一次开关操作同时完成。

通过在时间上错开进行开关，不再需要负载电流i_L的过零的精确认知。不仅在过零之前而且在过零之后，负载电流i_L都可以由串联电路2的半导体开关1来引导。因此就不需要本来在RC-IGBT中经常要遇到的、对电流过零的准确获取，此时，所有的RC-IGBT都在栅极上改变驱控电压。此外，通过将负载电流i_L分配到仅仅少数的或仅一个半导体开关1上，确保了通过半导体开关1的电流足够大，以便防止电流的断流。同样有可能的是，这种方法、也就是在时间上错开地驱控一个并联电路2上的各个半导体开关1也是为从IGBT模式过渡到二极管模式而设计的。在此，用于进行驱控的电压连续地从正驱控U_GE，pos变为负驱控U_GE，neg。

图4示出了一种具有串联电路16的整流器15的一个实施例，串联电路由两个并联电路2组成，其中，各个并联电路2分别具有两个半导体开关1。串联电路的连接点18构成相位连接端17。在这个相位连接端17中布置了一个用于测量负载电流i_L的电流传感器6。电流传感器6将它的测量值传输给一个调节模组7。这个调节模组7与驱控单元4相连。驱控单元4在这个实施例中由驱控单元4的两个部分5构成。驱控单元4的第一个部分5驱控与正中间回路电势P+相连的半导体开关1。驱控单元4的另一个部分5驱控与中间回路的负电势P-相连的半导体开关1。因此，标识的电流i+以及i-在相应的半导体开关1中从集电极流向发射极。因此正电流i+和i-代表着相应的半导体开关1在二极管模式下运行。在这里示出的整流器15可以扩展出更多的、分别具有其他相位连接端17的相，其中，这些其他相也可以通过调节模组7调节和控制。各个相位在它们的中间回路电势P+和P-处彼此相连。这些整流器15通常具有三个用于三相电流系统的相位连接端17。此外还有可能的是，利用两个相位连接端将一个相位连接端设计成用于一个相位，并且将第二个相位连接端设计成用于零线。

为了给接在相位连接端17上的负载供应电能，位连接端17与两个中间回路电势中的一个P+或P-相连。这是通过半导体开关1的相应的并联电路2实现的。在此例如采用脉宽调制。因此，或者是与正中间回路电势P+相连的半导体开关1导通，或者是与负电势P-相连的半导体开关1导通。必须一定要避免的状态是：不仅与正电势相连的半导体开关而且与负电势相连的半导体开关都导通，因为否则会导致中间回路中发生短路，这时两个电势P+和P-相连。这将会导致过高的短路电流。在与正中间回路电势P+相连的半导体开关1和与中间回路的负电势P-相连的半导体开关1之间的传导性的切换被称为换向。关断的过程在此被称为完成换向。

图5示出了在根据图4所示的布置中，对并联电路2的半导体开关1的驱控在换向期间的时间变化曲线。在此，来自并联电路2的半导体开关1处于二极管模式。当负载电流i_L为负时，与中间回路的正电势P+相连的半导体开关1就是这种情况，或者当负载电流i_L为正时，与中间回路的负电势P-相连的半导体开关1就是这种情况。为了能够实现二极管运行，半导体开关1被负驱控电压U_GE，neg控制。在时间点t₁，将至少一个半导体开关1的驱控从负电压切换到正电压。如果并联电路2应具有两个以上的半导体开关1，那么就可以让多个半导体开关1前后依次地或者同时(较少驱控耗费)地将它们的驱控电压从负电压变为正电压。仅仅留下对于引导负载电流i_L所必须数量的半导体开关1来以负电压驱控。这也确保了，能可靠地避免通过半导体开关1的电流i断流。在时间上晚于t₁的时间点t₂，应该在串联电路的相应的其他半导体开关上进行换向。然后处于二极管模式下的半导体开关就输出电流。在此就必须确保，不以正驱控电压来驱控并联电路2的半导体开关1。之所以要避免这种情况，是因为串联电路的另一部分半导体开关在换向以后以正栅极-电压来驱控，其中这些半导体开关在二极管模式下运行。因此那些电流已经完成换向的半导体开关不能再以正栅极-电压来驱控，因为否则可能会导致中间回路中发生短路。有可能的是，以任意的负电压或者也可以以电压0来驱控电流已经完成换向的半导体开关1。

总而言之，本发明涉及一种用于驱控至少两个能反向导通的半导体开关的方法，其中，至少两个能反向导通的半导体开关布置在一个并联电路中。为了改良开关性能而提出，在一个并联电路中布置的、能反向导通的半导体开关中的至少两个至少有时候以不同的电压来驱控。本发明此外还涉及一种开关元件，其具有两个布置在一个并联电路中的、能反向导通的半导体开关和一个用于驱控这些能反向导通的半导体开关的驱控单元或者驱控单元的至少一部分，其中，可以将用于获取穿流过并联电路的负载电流的电流传感器与用于评估电流传感器的测量值的调节模组相连，其中，借助驱控单元或者借助驱控单元的这个部分可以分别以不同的电压来驱控各个可反向导通的半导体开关。

Claims (8)

1.一种对至少两个能反向导通的半导体开关(1)的驱控方法，其中，借助对栅极触点的驱控，不仅能够影响能反向导通的所述半导体开关(1)的开关元件的性能，还能够影响二极管模式下的所述性能，其中，至少两个能反向导通的所述半导体开关(1)布置在并联电路(2)中，其中，至少有时候以不同的电压来驱控能反向导通的所述半导体开关(1)中的至少两个，其中，至少有时候以负电压来驱控至少两个能反向导通的所述半导体开关(1)中的至少一个第一半导体开关(11)，并且以正电压来驱控至少两个能反向导通的所述半导体开关(1)中的至少一个第二半导体开关(12)。

2.根据权利要求1所述的驱控方法，其中，所述并联电路(2)具有多个能反向导通的半导体开关(1)，其中，所述第一半导体开关(11)的数量和/或所述第二半导体开关(12)的数量是依据负载电流(i_L)来确定的。

3.根据权利要求1或2所述的驱控方法，其中，所述并联电路(2)的能反向导通的所述半导体开关(1)处于二极管模式，其中，直到第一时间点(t₁)，所有在所述并联电路(2)中布置的、能反向导通的所述半导体开关(1)都以负电压来驱控，其中，在所述第一时间点(t₁)之后且第二时间点(t₂)之前，在所述并联电路(2)中布置的、能反向导通的所述半导体开关(1)的所述第一半导体开关(11)以负电压来驱控，并且在所述并联电路(2)中布置的、能反向导通的所述半导体开关(1)的所述第二半导体开关(12)以正电压来驱控，其中，所述第一时间点(t₁)在所述第二时间点(t₂)之前，其中，所述第二时间点(t₂)相应于由能反向导通的所述半导体开关(1)使负载电流(i_L)完成换向的时间点。

4.根据权利要求1或2所述的驱控方法，其中，所述并联电路(2)具有至少三个能反向导通的半导体开关(1)，至少三个能反向导通的半导体开关处于二极管模式下，其中，随着负载电流(i_L)的绝对值的下降，驱控能反向导通的半导体开关(1)中的至少一个第三半导体开关(13)的电压从负电压变为正电压。

5.根据权利要求1至2中任一项所述的驱控方法，其中，当能反向导通的所述半导体开关(1)即将从所述二极管模式切换到IGBT模式时，以负电压来驱控刚好一个能反向导通的半导体开关，并且以正电压来驱控在所述并联电路(2)中布置的所述半导体开关(1)的余下的半导体开关。

6.根据权利要求1至2中任一项所述的驱控方法，其中，对不同的、能反向导通的所述半导体开关(1)的所述驱控至少有时候在时间上相互错开地完成。

7.一种开关元件(3)，具有：

-至少两个在一个并联电路(2)中布置的能反向导通的半导体开关(1)，

-用于驱控能反向导通的所述半导体开关(1)的驱控单元(4)或者驱控单元(4)的至少一部分(5)，

其中，用于获取穿流过所述并联电路(2)的负载电流(i_L)的电流传感器(6)能与用于评估所述电流传感器(6)的测量值的调节模组(7)相连，其中，借助所述驱控单元(4)或者借助所述驱控单元(4)的所述部分(5)能分别以不同的电压来驱控各个能反向导通的所述半导体开关(1)，其中，至少有时候以负电压来驱控至少两个能反向导通的所述半导体开关(1)中的至少一个第一半导体开关(11)，并且以正电压来驱控至少两个能反向导通的所述半导体开关(1)中的至少一个第二半导体开关(12)。

8.一种整流器(15)，具有：

-至少一个串联电路(16)，所述串联电路由至少两个根据权利要求7所述的开关元件(3)组成，以及

-用于评估所述电流传感器(6)的测量值的调节模组(7)，

-用于连接负载的相位连接端(17)，

其中，两个所述开关元件(3)的连接点(18)与所述相位连接端(17)电连接，其中，所述电流传感器(6)布置在所述相位连接端(17)与所述连接点(18)之间，其中，为了传输测量信号，所述电流传感器(6)与所述调节模组(7)相连。

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