CN109643995B - 用于对半导体开关进行驱控的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对接连到负载电流回路(2)中的电子的半导体开关(14、16)进行驱控的方法，半导体开关接连在负载电流回路(2)的引向电源(6)的输入端子(10)与引向负载(4)的输出端子(12)之间，半导体开关具有与供给电压(UV)联接的控制切换回路(18)以及与变压器(20)的次级侧联接的负载切换回路(22)，控制切换回路具有与变压器(20)的初级侧联接的并且与供给电压(UV)联接的桥接电路(28)，负载切换回路具有用于半导体开关(14、16)的驱动电路(38)，其中，在驱控侧将阈值信号(S、Sa、Sb)输送到桥接电路(28)，其中，桥接电路(28)产生初级信号(A)，初级信号被传输到与控制切换回路(18)电气隔离的负载切换回路(22)上作为次级信号(B)，并且其中，次级信号(B)被输送给驱动电路(38)，驱动电路产生用于半导体开关(14、16)的驱控信号(G)。

Description

用于对半导体开关进行驱控的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于对半导体开关进行驱控的方法和装置。
背景技术
电动马达式运行的驱动机典型地具有电动马达，其借助逆变器与电网或蓄能器联接。为了给蓄能器充电或者用于反馈到电网中，通常在电动马达的再生式或发电式运行的情况下，将电能馈送到蓄能器或电网中。为了保护该(负载)电流回路，尤其需要双向的保护开关装置，其能够沿两个方向引导电流并进行切换。
这种保护开关装置通常具有控制和/或调节切换回路以及与之耦接的用于对负载电流回路进行切换的负载切换回路。为此目的，负载切换回路包括至少一个可电子操作的半导体开关，其借助负载切换回路的驱动电路来驱控。控制切换回路和负载切换回路优选彼此电气隔离，其中，控制切换回路的控制信号借助光耦合器来信号技术地被转送给负载切换回路。
发明内容
本发明的任务是：提供一种经改进的针对电子的半导体开关的驱控方法，电子的半导体开关接入负载电流回路中。本发明的任务还在于：说明一种特别合适的用于保护负载电流回路的电子的开关装置。
根据本发明，在方法方面，该任务以本发明的特征来解决，并且在开关装置方面以本发明的特征来解决。
根据本发明的方法适用于并被设立成用于，对被通连到负载电流回路中的电子的半导体开关进行驱控。为此目的，半导体开关接连在引向电源的输入端子与引向负载的输出端子之间。
为了驱控半导体开关，设置有与供给电压联接的控制切换回路，其具有与变压器初级侧联接并与供给电压联接的桥接电路。此外设置有与变压器次级侧联接的负载切换回路，其具有用于半导体开关的驱动电路。驱动电路或负载切换回路在此适宜地引向半导体开关的控制端子。
根据方法，以阈值信号来驱控桥接电路，依赖于该阈值信号地在在输出侧地在变压器的初级绕组上产生了初级信号。优选地，初级信号在此通过利用来自供给电压的阈值信号驱控桥接电路来产生。紧接着，初级信号利用变压器传输到与控制切换回路电气隔离的负载切换回路上作为次级信号。次级信号被输送给负载切换回路的驱动电路，其由此产生用于半导体开关的驱控信号。
因此，阈值信号基本上被用作用于半导体开关的控制信号，其中，用于触发通连或切断过程的信息不仅包含在初级信号中而且也包含在次级信号中。这意味着，将次级信号作为阈值类型的控制信号地输送给驱动电路，驱动电路依赖于该控制信号地产生用于半导体开关的驱控信号。例如，驱动电路产生高于次级信号的阈值的用于半导体开关的驱控信号。例如如果次级信号低于该阈值，则驱动器电路不产生运行电压。
一方面，通过借助变压器进行的信号传输确保了开关装置的非常低的开关延迟时间。这意味着，在控制切换回路侧的阈值信号改变时，能够实现负载切换回路侧的半导体开关的快速地转换。
另一方面，除了用于半导体开关的(转换)开关和控制信号之外，变压器还传输运行驱动电路所需的作用到负载切换回路的能量，并且这已经被电气隔离，从而不需要用于电气隔离的另外的器件。换句话说可行的是，负载切换回路的驱动电路仅以次级信号运行，也就是说，以传输到变压器的次级绕组上的功率或电压来运行。由此例如取消用于负载切换回路的附加的电网部件，由此能够尽可能构件减少地实施负载切换回路。
在一个有利的改进方案中，阈值信号借助接连在桥接电路之前的信号放大器放大。由此确保的是，利用变压器将足够高的用于运行驱动电路的功率传输给负载切换回路。
在一个合适的实施方案中，半导体开关以驱动电路的驱控信号的负电压值来驱控，以转换到切断状态(非导通状态、截止状态)下。在此，驱控信号的电压值尤其被理解为驱控信号的脉冲高度或水平或幅度。通过以驱控信号的负电压值进行的驱控能够实现对半导体开关的尽可能少的(转换)开关时间。在具有提高的安全要求的应用中在此例如能够想到的是，处于切断状态下的半导体开关被持久地以负电压值来驱控。
根据本发明的电子开关装置适用于并被设立成用于利用至少一个电子的半导体开关来中断负载电流回路。在此，一个或多个半导体开关接连在负载电流回路的引向电源的输入端子与引向负载的输出端子之间。
开关装置包括与供给电压联接的具有与变压器初级侧联接并与供给电压联接的桥接电路的控制切换回路以及与变压器次级侧联接的具有用于至少一个半导体开关的驱动电路的负载切换回路。负载切换回路或驱动电路在此引向半导体开关的控制端子。
在运行中，变压器将初级信号从控制切换回路电气隔离地传输到负载切换回路上，在负载切换回路中接连有用于半导体开关的驱动电路。变压器的次级信号引向驱动电路，该驱动电路随后产生用于半导体开关的驱控信号。由此实现了特别合适的电子的开关装置，其特别具有紧凑的结构，该结构具有较少的分立的电子构件。
在一个适宜的设计方案中，控制切换回路经由欠压触发器与供给电压联接。由此，开关装置具有集成的欠压保护。在供给电压失效的情况下，控制切换回路进而是负载切换回路中的一个或每个半导体开关自动被切断。由此有利且简单地避免了可能导致半导体开关损坏或破坏的不被限定的开关状态。
在一个有利的设计方案中，在桥接电路之前接连有信号放大器。信号放大器放大了用于驱控桥接电路的阈值信号。在合适的改进方案中，信号放大器尤其具有两个依次接连的放大器级，它们在输出侧分别引向桥接电路的桥臂。放大器级例如实施为倒相的推挽式放大器，其中，第一放大器级的输出信号一方面引向桥臂，另一方面引向第二放大器级的输入端。
本发明的附加的或另外的方面设置的是，一个或每个半导体开关借助负载切换回路的与驱动电路和变压器耦接的半导体保护电路来监控过电流。在此，半导体保护电路和驱动电路优选仅通过所传输的次级信号的功率来运行。半导体保护电路优选经由半导体开关本身上发生的电压降来检测负载切换回路的负载电流，这意味着，不需要附加的(测量)分流电阻。半导体开关实施为功率晶体管，其中，检测经由漏极-源极路径或集电极-发射极路径的负载电流。在此，负载电流由所使用的半导体开关的特性曲线得到。从可预设的临界的电流界限起，半导体开关被移位到切断状态。通过半导体保护电路与驱动电路的耦接防止了在发生过电流的情况下，由驱动电路产生驱控信号。
在一个优选的设计方案中，为了对负载切换回路进行双向的过载保护，两个串联连接的半导体开关接连在负载电流回路的输入端子与输出端子之间。由此利用开关装置能够朝两个方向，也就是从负载到电源并反之亦然地引导电流流动并进行切换。在此例如能够想到的是，半导体开关针对两个电流方向设置有不同的触发阈值。例如，这方面对于电动的机动车的再生运行中的应用是值得期待的。
在一个可想到的设计方案中，与半导体开关并联有压敏电阻作为过电压保护。由此可以保护半导体开关免受由于过电压所造成的破坏或损坏。
附图说明
在下文结合附图详细阐述本发明的实施例。在附图中以示意性且简化的框图：
图1示出开关装置，其具有控制切换回路和电气隔离的负载切换回路；
图2示出控制切换回路，其具有欠压触发器和信号放大器以及桥接电路；
图3示出负载切换回路，其具有驱动电路和半导体保护电路以及两个电子的半导体开关；
图4以截段示出欠压触发器；
图5以截段示出信号放大器，其具有两个放大器级；
图6以截段示出桥接电路，其具有两个引向变压器的桥臂；并且
图7以截段示出驱动电路。
彼此相应的部分和尺寸在所有附图中始终设有相同的附图标记。
具体实施方式
在图1中示出了负载4与电源6之间的负载电流回路2。开关装置8接入负载电流回路2中。电子的开关装置8适用于并被设立成用于，双向保护负载4或电源6免受过电流的影响。这意味着，开关装置8被设置成用于沿负载电流回路2的两个方向引导电流流动并进行切换。为此目的，开关装置8以输入端子10和输出端子12连在电源6与负载4之间。
在端子10和12之间设置有两个串联的半导体开关14和6，以用于双向地中断负载电流回路2的电流通路。在该实施例中，半导体开关14和16尤其实施为NMOS功率晶体管。
在所示的实施例中，负载4尤其是电动马达式的驱动机，而电源6是电能存储器。在正常运行中，负载4通过电源6来供应电能，从而使电流从负载4通过负载电流回路2流向电源6。在负载4的再生或发电式运行期间，电流从负载4(发电式地)被馈入到电源6中。
开关装置8基本上包括控制切换回路18，其借助变压器20与具有半导体装置14和16的负载切换回路22的电气隔离。在此，控制切换回路8连在变压器20的初级侧上，而负载切换回路22连在变压器20的次级侧上。半导体开关14和16利用控制切换回路18地经由尤其实施为铁氧体环形变压器的变压器20来控制。
在图2中单独示出的控制切换回路18借助作为欠压保护的欠压触发器24与供给电压联接。此外，控制切换回路18还具有信号放大器26，该放大器驱控具有两个桥臂30a和30b的桥接电路28。阈值信号S经由端子32输送给保护电路8。
阈值信号S例如由监控负载电流回路2的控制器或传感器单元产生。所馈入的阈值信号S借助信号放大器26放大，并为了驱控桥接电路28作为放大的阈值信号Sa地输送给桥臂30a并作为放大的阈值信号Sb地输送给桥臂30b。
变压器20的初级绕组34在输出侧连在桥臂30a和30b之间。桥接电路28与欠压触发器24联接并因此与供给电压UV联接。桥接电路28，尤其是桥臂30a和30b以与变压器20组合的方式在此实施为自振荡的变流器。在此，利用被放大的阈值信号Sa或Sb以如下方式来驱控桥臂30a和30b的开关元件，即，使桥臂30a和30b将来自供给电压UV的初级信号A馈入到变压器20的初级绕组34中。
初级信号(输入电压)A的功率被传输到变压器20的次级侧，在次级侧上，其作为次级信号(输出电压)B在与负载切换回路22互连的次级绕组36上被截取。次级信号B一方面引向驱动电路38，并且另一方面引向图1中被单独示出的负载切换回路22的半导体保护电路40。驱动电路38依赖于次级信号B地产生驱控信号G，该驱控信号引向半导体开关14和16的控制端子(栅极)。
在下文结合图2和4至6详细阐述控制切换回路18的结构。
在供给电压UV出现故障时，信号放大器26和桥接电路28通过欠压触发器24被安全切断。随后，因此半导体开关14和16同样通过图4中所示的欠压触发器24被自动切断。由此避免了半导体开关14和16的不被限定的开关状态。
欠压触发器24在输入侧具有二极管42，该二极管引向接地的电容器44。欠压触发器24还包括具有两个欧姆电阻48和50的分压器46，其中，电阻50具有比电阻48高得多的阻值。分压器46在一侧以电阻48接连在二极管42之前，在另一侧以电阻50接地。分压器46的电压截取引向晶体管52的基极端子。
晶体管52在发射极侧连在二极管42与电容器44之间。晶体管52的集电极端子经由欧姆电阻54与晶体管56的基极端子接触。晶体管56在发射极侧接地，并且在集电极侧引向信号放大器28的晶体管58的基极端子。
在运行中，电容器44经由二极管42充电。由于电阻50的阻止较高，使得尤其是实施为PNP晶体管的晶体管52的基极和发射极端子基本上处于相同(电压)电位。由此，晶体管52切换到截止状态下，这意味着不导电。
在供给电压UV下降时，阻止了电容器44经由二极管42放电。随后，晶体管52的发射极-基极电压上升，由此使其被切换到导通状态下。所生成的电流流动偏置导通过实施为NPN晶体管的晶体管56，该电流流动将信号放大器26的输入端(也就是说晶体管58)引到地。由此，使信号放大器26不依赖于阈值信号S地被切断，由此随后切断了半导体开关14和16(切断状态)。在供给电压UV联接处发生短路的情况下，电阻48限制了晶体管52的发射极-基极电流，由此保护该晶体管52免受损坏或破坏。
图5中所示的信号放大器26依赖于阈值信号(输入信号)S和欠压触发器24地分别产生经放大的阈值信号Sa、Sb作为用于桥臂30a和30b的控制信号(输出信号、控制电压)。信号放大器26基本上包括一个输入级60和两个放大器级62a和62b。
输入级60具有与晶体管56并联的接地的欧姆电阻64。在电阻64与晶体管58的基极端子之间并联有电容器66和欧姆电阻68，其中，阈值信号S经由电阻70输送到电容器66与电阻68之间。
晶体管58在发射极侧接地。在集电极侧，晶体管58经由欧姆电阻72与具有二极管42的线路74接触。与电阻72平行地，晶体管76在集电极侧与线路74联接，其中，该晶体管的基极端子接连在晶体管58的集电极端子与电阻72之间。在晶体管76的发射极端子与基极端子之间接连有二极管78。在晶体管76的发射极端子与二极管78之间连接有放大器级62a的欧姆电阻80。
放大器级62a和62b基本上相同地作为倒相的推挽式放大器来构建，因此仅示例性地在下文详细阐述放大器级62b的结构。此外，在附图中，示例性地仅给放大器级62b的构件设有附图标记。
两个分别借助二极管86或88接地或与线路74联接的欧姆电阻82和84与电阻80联接。在电阻80和82与二极管86之间或在电阻80和84与二极管88之间分别与电阻82和84并联有电容器90、92。
在发射极侧与线路74联接的晶体管94的基极端子被接触在电阻82与二极管86以及电容器90之间的节点上。相应地，在发射极侧接地的晶体管96被接触在基极端子电阻84与二极管88以及电容器92之间的节点上。在此，晶体管94在集电极侧与晶体管96的集电极端子联接，其中，在晶体管94和96之间是放大器级62a的输出端子。放大器级62b的输出端在此一方面引向放大器级62a的电阻80，而另一方面引向桥臂30b。放大器级62a的输出端引向桥臂30a。
阈值信号S被馈入输入级60中。经由电阻64和68的阻值能够预设的是，阈值信号S的哪种电压幅度(电压值、电压电平)导致晶体管58被接通。在通连瞬间，电容器66引起短时间的高基极电流，从而使晶体管58被相对较快地接通。电阻70在此限制了所流动的基极电流。
当晶体管58被接通时，其集电极端子上的电压基本上降到0V。由此，电流流过二极管78以及电阻80和82。此外，该电流短时间流过电容器90和晶体管94的基极端子。由此，使晶体管94被接通，从而使其集电极端子拉到线路74的运行电压上。同时，晶体管96不被导通，这是因为其基极端子经由电阻80和84以及二极管78和被接通的晶体管58而基本上处于地电位上。
如果晶体管58被切断，也就是说不导通或被截止，则在其集电极端子上的电位上升到线路74的运行电压。晶体管76在此作为电压跟随器工作，并且基于其在开关过程期间电流放大而作为阻抗变换器起作用。由此，短时间地产生针对接连在后面的放大器级62b的高的转换电流。当晶体管76被接通时，电流流过电阻80和84以及短时间地流过电容器92和晶体管96的基极端子。由此，接通了晶体管96，从而使其集电极端子被引到地。同时，晶体管94被截止，这是因为其基极端子经由电阻80和82和被接通的晶体管76而基本上处于线路74的运行电压上。
电容器90和92能够实现快速的转换过程，其中，各自的(转换)电流通过电阻80来限制。放大器级62b作为倒相的推挽式放大器工作，并且产生用于桥臂30b的阈值信号Sb，其还作为输入信号被馈入到放大器级62a中。随后，放大器级62a产生用于桥臂30a的阈值信号Sa。
结合图2和图6地在下文详细阐述桥接电路28的结构。桥接电路28为了驱控变压器20被实施为具有两个基本上相同的桥臂30a和30b的H全桥(H桥、H电路)。在下文尤其阐述了桥臂30a的结构。桥臂30a和30b的相应部分和大小分别设有附图标记“a”或“b”。桥臂30a与桥臂30b相比具有附加的组件98，其在图2中用虚线围边。
桥臂30a包括两个晶体管100a和102a以及续流二极管104a。相应地，桥臂30b具有两个晶体管100b和102b以及续流二极管104b。基于桥接电路28作为自振荡的变流器的结构能够实现的是，将不同幅度的正和负的输出电压脉冲作为初级信号A传输到负载切换回路22上。
放大器级62a的输出端接连在欧姆电阻106a与桥臂30a的齐纳二极管108a之间。齐纳二极管108a借助欧姆电阻110a被接驳到线路74上，其中，实施为PMOS晶体管的晶体管100a的栅极端子连在齐纳二极管108a与电阻110a之间。晶体管100a在源极侧与线路74联接，并且在漏极侧引向变压器20的初级绕组34的端子。在初级绕组34与晶体管100a之间布置有接地的续流二极管104a。
尤其实施为NPN晶体管的晶体管102a在集电极侧与晶体管100a的漏极端子接触，并且在发射极侧接地。在晶体管102a的集电极端子与基极端子之间并联有电流通路112a。电流通路112a包括具有串联的欧姆电阻116a的电容器114a。在电阻116a后面接连有接地的二极管118a，其中，晶体管120a的基极端子联接在电阻116a与二极管118a之间。晶体管120a在发射极侧接地，并且集电极侧利用电流通路112a引向晶体管102a的基极端子。晶体管102a的基极端子还借助欧姆电阻122a与放大器级62a的输出端以及齐纳二极管108a联接。
桥臂30a在放大器端子与电阻122a之间具有组件98。组件98具有连在齐纳二极管108a与电阻122a之间的电容器124。在电容器124与电阻122a之间，欧姆电阻126借助二极管128接地。
控制信号Sa和Sb基本上彼此倒相。这意味着，在通连过程中，桥臂30b的控制信号Sb基本上具有参考电位，其中，用于桥臂30a的控制信号Sa相当于地电位。由此，晶体管102a的基极端子处于接地，并且晶体管100a的栅极端子接地再加上齐纳二极管108a的击穿电压。由此，晶体管102a被切换到非导通状态下，而晶体管100a被切换到导通状态下。相应地，在桥臂30b中，晶体管102b导通，而晶体管100b不导通。由此能够实现通过晶体管100a和初级绕组34到晶体管102a的电流流动。
电流上升直到晶体管102a超过其饱和范围。在该情况下，晶体管102a的集电极端子上的电压上升，从而使电流流动通过电容器114b和电阻116b流入到晶体管120b的基极端子中。由此，晶体管120b变为导通，由此使晶体管102b的基极端子接地，并且使晶体管102b截止。存储在初级绕组34的电感器中的能量还驱动电流通过被偏置接通的晶体管100a以及通过晶体管100b的内部的续流二极管。随后，电流基本上完全降低。由此，晶体管120b截止，由此再次能够实现电流流动通过晶体管102b，从而使该晶体管再次偏置导通(振荡过程)。
当晶体管102b偏置接通时，变压器20的输出电压或次级信号B基本上由其传输比与运行电压或初级信号A的乘积给定。如果变流器处于空载阶段，则在初级绕组34上只经由续流二极管104a或104b来下降电压，从而使次级信号B基本上由传输比和作为初级信号A的该电压的乘积来给定。对于由硅制成的续流二极管104a、104b来说，该电压典型地约为0.7V。
在切断过程中，桥臂30a的控制信号Sa基本上具有参考电位，而用于桥臂30b的控制信号Sb处于地电位的电压水平上。由此，晶体管102b的基极端子接地，并且晶体管100b的栅极被切换在偏置接通的状态下。相应地，在桥臂30a中，晶体管100a被截止，而晶体管102a导通。
由于桥臂30a和30b的结构类似，使得振荡过程基本上与上述的通连过程相同。然而，由于组件98的电容器124，使得晶体管102a的基极电流随时间受到限制。结果是，这将导致晶体管102a在切断的状态下的电流消耗相对较低，从而自动终止振荡过程。在再次通连时，电容器124经由二极管128和电阻126放电。
变压器20的次级信号B在切断过程期间与通连相比基本上具有倒相的符号。
依赖于变压器20的次级信号B的不同的电压值地，驱动电路38产生运行电压作为用于半导体开关14和16的(驱控)控制信号G。驱动电路38的结构在下文结合图3和图7进行阐述。
驱动电路38与变压器20的次级绕组36联接，并且借助半导体保护电路40与半导体开关14和16接触。在此，负载切换回路22具有与次级绕组36联接的线路130。驱动电路38的电阻132接连到线路130上，在该电阻后面联接有晶体管134的基极端子。晶体管134在发射极侧利用二极管136接地，并且在集电极侧经由齐纳二极管138和电阻140引向线路130。
晶体管142在基极侧被联接在齐纳二极管138与电阻140之间。晶体管142的发射极端子与线路130联接，并且晶体管142的集电极端子经由二极管144引向半导体开关14和16的栅极。与晶体管142平行地，晶体管146在发射极侧与线路130接触。晶体管146的集电极端子借助二极管148被接触在二极管144与半导体开关14和16的栅极端子之间。与晶体管146平行地，电阻148的和二极管150的以及齐纳二极管152的接地的串联电路与线路130联接。在此，晶体管146的基极端子被接触在电阻148与二极管150之间。驱动电路38还包括接地的电容器154，其被接触在二极管148与半导体开关14和16的栅极端子之间。
为了保护半导体开关14和16免受由于过电压所造成的损坏或破坏，在端子10和12之间集成了压敏电阻156。
针对半导体开关14和16的通连过程，将正电压脉冲作为次级信号B转送给负载切换回路22。由于是正电压，使得晶体管134被接通。在次级信号B的(电压)幅度足够高的情况下，电流流过电阻140和齐纳二极管138以及流过晶体管134和二极管136。如果在电阻140上的足够高的电压下降的话，则尤其实施为PNP晶体管的晶体管142被接通，从而使电容器154和半导体开关14和16的栅极被充电。由此，使两个半导体开关14、16导通，从而能够实现电流流动通过端子10和12。
由于驱动电路38总是仅从次级信号B的幅度的特定的阈值起才被接通，所以在变压器20的空载阶段期间电容器154不被放电。由于电压脉冲在运行中被有规律地传输，使得电容器154周期性地被再充电，从而使半导体开关14和16总是可靠地被导通。在此，二极管144阻止了电容器154在变压器20的空载阶段期间放电。
在半导体开关14和16的切断过程中，将负电压脉冲作为次级信号B转送给负载切换回路22。如果次级信号B具有足够高的负(电压)幅度，则电流流过电阻48和二极管150和齐纳二极管152。当电阻148上的电压降足够高时，尤其实施为NPN晶体管的晶体管146被接通，从而使电容器154和半导体开关14和16的栅极被再充电到负电压。由此，半导体开关14和16不被导通，从而中断了通过端子10和12的电流流动。通过借助负电压的驱控，确保了半导体开关14和16的特别快速和可靠的切断。
在电容器154的适当的规格中，其电容量一方面尽可能低，从而确保即使在次级信号B的电压脉冲相对较短的情况下也完全被充电。由此防止半导体开关14和16被不完整偏置接通，并且因此防止损坏或破坏。
另一方面，电容器154的尽可能大的电容量是值得期待的，由此使控制半导体开关14和16的驱控信号G变平滑。这是有利的，这是因为电容器154和半导体开关14和16的栅极可以在变压器20的空载阶段期间经由寄生电阻放电。
此外，当瞬态电压经由半导体开关14和16的寄生电容被接通到各自的栅极时，电容器154抵抗半导体开关14和16的寄生驱控地起作用。为了改善安全性，例如可以想到的是，为半导体开关14和16的栅极供应具有持久为负的电压幅度(电压水平、电压值)的驱控信号G。
在开关装置8运行中，借助半导体保护电路40监控通过半导体开关14和16的电流流动。如果电流流动超过预设的阈值，则半导体开关14和16被切断，这意味着被转换到截止的状态下。半导体开关14和16保持截止状态直到半导体保护电路40借助切断信号复位。在下文将结合图3详细阐述半导体保护电路40的结构。
半导体保护电路40借助齐纳二极管158和欧姆电阻160以及接地的电容器162与线路130联接。此外，半导体保护电路40经由二极管164与驱动电路38的晶体管134的基极端子耦接。二极管164在正向方向上被接触到与在源极侧接地的晶体管166的漏极上。晶体管166的栅极端子引向晶体管168的栅极端子。晶体管168在源极侧接地，并在漏极侧借助在二极管148与电容器154之间的二极管170被接触到驱动电路38上。
在晶体管166和168的栅极端子之间，电容器172和电阻174分别接地。晶体管166和168的栅极端子还借助齐纳二极管176引向两个电流监控电路178a和178b。电流监控电路178a和178b与线路130耦接。在此，电流监控电路178a接触在端子10与半导体开关14之间。相应地，电流监控电路178b接触在端子12与半导体开关16之间。
电流监控电路178a和178b基本相同地构建，其中，在下文尤其阐述了电流监控电路178a的结构。电流监控电路178a和178b的相应的部分和大小分别设有相应的附图标记“a”和“b”。
电流监控电路178a包括晶体管180a、欧姆电阻182a、三个二极管184a、186a、188a和齐纳二极管190a。晶体管180a连在集电极侧与线路130，并且连在发射极侧与齐纳二极管176。在晶体管180a的发射极端子与齐纳二极管176之间连有二极管184a。二极管186a接连在二极管184a与晶体管180a的发射极端子之间，并且将晶体管180a的发射极端子与其基极端子连接起来。与晶体管180a平行地，电阻182a与线路130联接。借助齐纳二极管190a和二极管188a，电阻182a和晶体管180a的基极端子引向端子10与半导体开关14之间的互连位置。
在次级信号B为正值的情况下，经由齐纳二极管158和电阻160给电容器162充电。充电过程的时间常数在此确保了半导体开关14和16的接通与半导体保护电路40的激活之间的短暂延迟。在此，时间常数被相对较短地选择，从而即使在接通到短路的情况下也可以可靠且安全地保护半导体开关14和16。齐纳二极管158确保了在次级信号B具有负电压幅度的情况下能够实现电容器162的快速放电，从而使半导体保护电路40在再次接通时不被触发。
经由电阻182a、182b和二极管184a、184b以及齐纳二极管190a、190b，电容器162将电流馈送到半导体开关14或16的漏极-源极路径中。齐纳二极管190a、190b与电阻182a、182b之间的电位相当于半导体开关14和16的正向电压加上二极管150的饱和电压和齐纳二极管190a、190b的击穿电压。因此，由于知道了半导体开关14和16的特性曲线，而实现了对电流的监控。尤其地，在超过一定的电流值(触发电流)时，半导体开关14和16被切断。
电阻182a、182b是相对高阻抗的，从而电容器162在次级信号B的再充电脉冲之间仅稍微放电。为了在发生故障时能够实现快速切断，晶体管180a、180b在触发的情况下作为阻抗变换器起作用。
二极管186a、186b用于保护各自的晶体管180a、180b。二极管184a和184b在此能够实现电流监控电路178a和178b的并联。
如果经由齐纳二极管176的电压上升直到其击穿电压的值的话，则电容器172进而是尤其是实施为NMOS晶体管的晶体管166和168的栅极被充电。当该充电电压达到晶体管166和168的阈值电压范围内的值时，晶体管166和168的漏极-源极路径变为能导电。随后，半导体开关14和16的栅极端子上的电位降低，由此其可导电性同样降低。这将导致漏极-源极电压进一步上升，并且因此导致晶体管166和168提高了的偏置接通。基于该正反馈，使得半导体开关14和16可靠且快速地被切断。
触发电流能够通过齐纳二极管176的匹配提高，或借助齐纳二极管190a和190b能够降低。
在晶体管166偏置接通的情况下，晶体管134的基极电流被中断。由此，晶体管142不再被偏置导通，由此阻止了电容器154的再充电。
电容器172和电阻174用作(RC)滤波器，并防止在短时间超过触发电流的情况下触发半导体保护电路40的过电流保护。
本发明不限于上述实施例。相反，本领域技术人员可以在不脱离本发明主题的情况下从中得出本发明的其他变型方案。此外尤其地，在不脱离本发明的主题的情况下，与实施例相关联地描述的所有单独特征也可以以其他方式彼此组合。
附图标记列表
2 负载电流回路
4 负载
6 电源
8 开关装置
10 输入端子
12 输出端子
14、16 半导体开关
18 控制切换回路
20 变压器
22 负载切换回路
24 欠压触发器
26 信号放大器
28 桥接电路
30a、30b 桥臂
32 端子
34 初级绕组
36 次级绕组
38 驱动电路
40 半导体保护电路
42 二极管
44 电容器
46 分压器
48、50 电阻
52 晶体管
54 电阻
56、58 晶体管
60 输入级
62a、62b 放大器级
64 电阻
66 电容器
68、70、72 电阻
74 线路
76 晶体管
78 二极管
80、82、84 电阻
86、88 二极管
90、92 电容器
94、96 晶体管
98 组件
100a、100b 晶体管
102a、102b 晶体管
104a、104b 续流二极管
106a、106b 电阻
108a、108b 齐纳二极管
110a、110b 电阻
112a、112b 电流通路
114a、114b 电容器
116a、116b 电阻
118a、118b 二极管
120a、120b 晶体管
122a、122b 电阻
124 电容器
126 电阻
128 二极管
130 线路
132 电阻
134 晶体管
136 二极管
138 齐纳二极管
140 电阻
142 晶体管
144 二极管
146 晶体管
148 电阻
150 二极管
152 齐纳二极管
154 电容器
156 压敏电阻
158 齐纳二极管
160 电阻
162 电容器
164 二极管
166、168 晶体管
170 二极管
172 电容器
174 电阻
176 齐纳二极管
178a、178b 电流监控电路
180a、180b 晶体管
182a、182b 电阻
184a、184b 二极管
186a、186b 二极管
188a、188b 二极管
190a、190b 齐纳二极管
UV 供给电压
S、Sa、Sb 阈值信号
A 初级信号
B 次级信号/输出电压
G 驱控信号/运行电压

Claims (10)

1.用于对接连到负载电流回路(2)中的电子的半导体开关(14、16)进行驱控的方法，所述半导体开关接连在所述负载电流回路(2)的引向电源(6)的输入端子(10)与引向负载(4)的输出端子(12)之间，所述半导体开关具有：
-与供给电压(UV)联接的控制切换回路(18)，所述控制切换回路具有与变压器(20)的初级侧联接的并且与所述供给电压(UV)联接的桥接电路(28)，以及
-与所述变压器(20)的次级侧联接的负载切换回路(22)，所述负载切换回路具有用于所述半导体开关(14、16)的驱动电路(38)，
-其中，在驱控侧将阈值信号(S、Sa、Sb)输送到所述桥接电路(28)，
-其中，所述桥接电路(28)产生初级信号(A)，所述初级信号被传输到与所述控制切换回路(18)电气隔离的负载切换回路(22)上作为次级信号(B)，并且
-其中，所述次级信号(B)被输送给所述驱动电路(38)，所述驱动电路产生用于所述半导体开关(14、16)的驱控信号(G)，
桥接电路(28)包括两个桥臂(30a，30b)，在两个桥臂之间连接有变压器(20)的初级绕组(34)，其中，所述桥接电路(28)构造为自震荡的变流器。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述阈值信号(S)借助接连在所述桥接电路(28)之前的信号放大器(26)放大。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
所述半导体开关(14、16)被所述驱动电路(38)的驱控信号(G)的负电压值驱控，以转换到切断状态下。
4.用于中断负载电流回路(2)的电子的开关装置(8)，所述开关装置具有至少一个接连在引向电源(6)的输入端子(10)与引向负载(4)的输出端子(12)之间的电子的半导体开关(14、16)、与供给电压(UV)联接的控制切换回路(18)和与变压器(20)的次级侧联接的负载切换回路(22)，所述控制切换回路具有与所述变压器(20)的初级侧联接的并且与所述供给电压(UV)联接的桥接电路(28)，所述负载切换回路具有用于所述半导体开关(14、16)的驱动电路(38)，
-其中，所述变压器(20)从所述控制切换回路(18)将初级信号(A)传输到电气隔离的负载切换回路(22)上作为次级信号(B)，并且
-其中，所述变压器(20)的次级信号(B)引向所述驱动电路(38)，所述驱动电路产生用于所述半导体开关(14、16)的驱控信号(G)，
桥接电路(28)包括两个桥臂(30a，30b)，在两个桥臂之间连接有变压器(20)的初级绕组(34)，其中，所述桥接电路(28)构造为自震荡的变流器。
5.根据权利要求4所述的开关装置(8)，
其特征在于，
所述控制切换回路(18)经由欠压触发器(24)与所述供给电压(UV)联接。
6.根据权利要求4或5所述的开关装置(8)，
其特征在于，
在所述桥接电路(28)之前接连有信号放大器(26)。
7.根据权利要求6所述的开关装置(8)，
其特征在于，
所述信号放大器(26)具有两个依次接连的放大器级(62a、62b)，所述两个依次接连的放大器级在输出端侧分别引向所述桥接电路(28)的桥臂(30a、30b)。
8.根据权利要求4至5中任一项所述的开关装置(8)，
其特征在于，
所述半导体开关或每个半导体开关(14、16)借助所述负载切换回路(22)的与所述驱动电路(38)以及与所述变压器(20)耦接的半导体保护电路(40)来监控过电流。
9.根据权利要求4至5中任一项所述的开关装置(8)，
其特征在于，
为了对所述负载切换回路(22)进行双向过载保护，两个串联的半导体开关(14、16)接连在所述负载电流回路(2)的输入端子(10)与输出端子(12)之间。
10.根据权利要求9所述的开关装置(8)，
其特征在于，
与所述半导体开关(14、16)并联有压敏电阻(156)作为过电压保护。
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