CN109891729B - 改变开关半桥的开关状态的方法及开关装置和变流器 - Google Patents

改变开关半桥的开关状态的方法及开关装置和变流器 Download PDF

Info

Publication number
CN109891729B
CN109891729B CN201780061442.9A CN201780061442A CN109891729B CN 109891729 B CN109891729 B CN 109891729B CN 201780061442 A CN201780061442 A CN 201780061442A CN 109891729 B CN109891729 B CN 109891729B
Authority
CN
China
Prior art keywords
level
effect transistor
field effect
gate
source voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780061442.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109891729A (zh
Inventor
安德烈亚斯·梅尔滋
马克-马蒂亚斯·巴克兰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of CN109891729A publication Critical patent/CN109891729A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109891729B publication Critical patent/CN109891729B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/06—Modifications for ensuring a fully conducting state
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/38—Means for preventing simultaneous conduction of switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/539—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/06—Modifications for ensuring a fully conducting state
    • H03K17/063—Modifications for ensuring a fully conducting state in field-effect transistor switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/06—Modifications for ensuring a fully conducting state
    • H03K2017/066—Maximizing the OFF-resistance instead of minimizing the ON-resistance
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/009—Resonant driver circuits

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于将开关半桥(1)的开关状态从第一开关状态改变至第二开关状态的方法，开关半桥具有两个场效应晶体管(5、7)，在第一开关状态中，第一场效应晶体管(5)的栅极‑源极电压(UGS1)处于接通能级(Uon)并且第二场效应晶体管(7)的栅极‑源极电压(UGS2)处于第一关断能级(Uoff1)；在第二开关状态中，第一场效应晶体管(5)的栅极‑源极电压(UGS1)处于第一关断能级(Uoff1)并且第二场效应晶体管(7)的栅极‑源极电压(UGS2)处于接通能级(Uon)。在此，第一场效应晶体管(5)的栅极‑源极电压(UGS1)首先从接通能级(Uon)改变到第二关断能级(Uoff2)，第二关断能级的绝对值大于第一关断能级(Uoff1)的绝对值。随后，第二场效应晶体管(7)的栅极‑源极电压(UGS2)从第一关断能级(Uoff1)改变到接通能级(Uon)。此后，第一场效应晶体管(5)的栅极‑源极电压(UGS1)从第二关断能级(Uoff2)改变到于第一关断能级(Uoff1)。

Description

改变开关半桥的开关状态的方法及开关装置和变流器
技术领域
本发明涉及用于将开关半桥的开关状态从第一开关状态改变至第二开关状态的一种方法和一种开关装置，开关半桥具有两个场效应晶体管，在第一开关状态中第一场效应晶体管接通并且第二场效应晶体管关断，在第二开关状态中第一场效应晶体管关断并且第二场效应晶体管接通。
背景技术
本发明特别涉及用于改变开关半桥的开关状态的方法和开关装置，开关半桥具有两个所谓的WBG场效应晶体管(WBG＝宽带隙)。将WBG场效应晶体管理解为如下场效应晶体管，该场效应晶体管的基础材料是具有宽带隙(＝价带与导带之间的能带)的半导体，如碳化硅或氮化镓。相对于常用的、具有绝缘栅电极(IGBT)的双极晶体管而言，WBG场效应晶体管的开关损耗较小，因此这种场效应晶体管尤其有利地适于改进如脉冲逆变器的变流器或直流电压变换器的功率密度。以此能够在开关损耗相同的情况下显著提高开关频率，系统中的无源部件如滤波器、变压器和中间回路电容器的结构大小能够由此降低。
在高速开关的情况下，在关断开关半桥的场效应晶体管时能够出现场效应晶体管的寄生偏置再导通效应。该效应也称作为寄生再接通或“自开启”。在此，在关断的场效应晶体管的栅极与源极之间的栅极-源极电压由于电容性的位移电流而暂时地提高超过场效应晶体管的阈值电压(Threshhold Voltage)，由此使场效应晶体管再次导通。这体现为：开关半桥的进行关断的场效应晶体管的关断损耗显著提高，并且开关半桥的进行接通的互补场效应晶体管的接通损耗显著提高。
发明内容
本发明所基于的目的是：提供用于改变开关半桥的开关状态的一种方法和一种开关装置，开关半桥具有两个场效应晶体管，尤其在避免当开关半桥的场效应晶体管关断时出现寄生再接通的方面，该方法和开关装置进行了改进。
在根据本发明的方法中，将开关半桥的开关状态从第一开关状态改变至第二开关状态，开关半桥具有两个场效应晶体管，在第一开关状态中，第一场效应晶体管的栅极-源极电压处于接通能级并且第二场效应晶体管的栅极-源极电压处于第一关断能级；在第二开关状态中，第一场效应晶体管的栅极-源极电压处于第一关断能级并且第二场效应晶体管的栅极-源极电压处于接通能级。在此，第一场效应晶体管的栅极-源极电压首先从接通能级改变到第二关断能级，第二关断能级的绝对值大于第一关断能级的绝对值。随后，第二场效应晶体管的栅极-源极电压从第一关断能级改变到接通能级。此后，第一场效应晶体管的栅极-源极电压从第二关断能级改变到于第一关断能级。
根据本发明的方法因此提出：在切换开关半桥的开关状态时，将进行关断的(第一)场效应晶体管的栅极-源极电压暂时改变到绝对值提高的(第二)关断能级，并且在进行关断的场效应晶体管的栅极-源极电压处于该绝对值提高的关断能级期间接通另一(第二)场效应晶体管。通过暂时地改变第一场效应晶体管的栅极-源极电压，在换向过程持续时间期间短时间地增大了关断能级与第一场效应晶体管的阈值电压之间的间距，因此避免第一场效应晶体管的寄生再接通。由此有利地在场效应晶体管快速开关时，避免了通过各自进行关断的场效应晶体管的寄生再接通而引起开关损耗提高。
该方法的第一实施例提出：通过将第一场效应晶体管的控制电压从接通能级改变到第二关断能级，使得第一场效应晶体管的栅极-源极电压从接通能级改变到第二关断能级。因此该实施例提出：通过相应地改变第一场效应晶体管的控制电压，引起第一场效应晶体管的关断能级的暂时改变。
该方法的第一实施例的一个设计方案提出：预设第一持续时间，并且在一时间点将第二场效应晶体管的栅极-源极电压从第一关断能级改变到接通能级，该时间点以一时间间隔晚于第一场效应晶体管的控制电压从接通能级到第二关断能级的改变，该时间间隔由第一持续时间来限定。预定第一持续时间用于在第一场效应晶体管的控制电压改变之后改变第二场效应晶体管的栅极-源极电压，该预定实现了将适合的时间点定义用于在关断第一场效应晶体管之后接通第二场效应晶体管。
该方法的第一实施例的另一设计方案提出：通过将第一场效应晶体管的控制电压从第二关断能级改变到第一关断能级，使得第一场效应晶体管的栅极-源极电压从第二关断能级改变到第一关断能级。由此，在关断第一场效应晶体管之后，通过控制电压将第一场效应晶体管的栅极-源极电压再次改变到正常的(第一)关断能级。
该方法的第一实施例的另一设计方案提出：预设第二持续时间，并且在一时间点将第一场效应晶体管的栅极-源极电压从第二关断能级改变到第一关断能级，该时间点以一时间间隔晚于第二场效应晶体管的栅极-源极电压从第一关断能级到接通能级的改变，该时间间隔由第二持续时间来限定。预定第二持续时间用于改变第一场效应晶体管的栅极-源极电压，该预定实现了将适合的时间点定义用于使关断能级的绝对值从提高的值下降到标准值。
该方法的第二实施例提出：将具有电感的附加电路连接在第一场效应晶体管的栅极端子的上游，在第一场效应晶体管的控制电压从接通能级改变到第一关断能级时，该电感使得第一场效应晶体管的栅极-源极电压暂时改变到第二关断能级，并且第二实施例还提出：为了将第一场效应晶体管的栅极-源极电压从接通能级改变到第二关断能级，将第一场效应晶体管的控制电压从接通能级改变到第一关断能级。因此，该实施例提出：通过附加的电感引起第一场效应晶体管的关断能级的绝对值暂时提高，该电感连接在第一场效应晶体管的栅极端子的上游。该电感与第一场效应晶体管的输入电容以及开关装置的其他部件的寄生电感一起作为串联谐振回路起作用，其中，输入电容是第一场效应晶体管的栅极与源极之间以及栅极与漏极之间的电容总和，串联谐振回路由第一场效应晶体管的控制电压的改变而激发，并且使得第一场效应晶体管的栅极-源极电压过冲到第二关断能级。由此，与第一实施例不同，不需要将第一场效应晶体管的控制电压暂时改变至第二关断能级以改变第一场效应晶体管的关断能级。
该方法的第二实施例的一个设计方案提出：预设持续时间，并且在一时间点将第二场效应晶体管的栅极-源极电压从第一关断能级改变到接通能级，该时间点以一时间间隔晚于第一场效应晶体管的控制电压从接通能级到第一关断能级的改变，该时间间隔通过持续时间来限定。在此，预设持续时间，使得当第一场效应晶体管的栅极-源极电压处于第二关断能级时，则通过改变第二场效应晶体管的栅极-源极电压来将第二场效应晶体管接通。
根据本发明的开关装置用于将开关半桥的开关状态从第一开关状态改变至一开关状态，开关半桥具有两个场效应晶体管，在第一开关状态中，第一场效应晶体管的栅极-源极电压处于接通能级并且第二场效应晶体管的栅极-源极电压处于第一关断能级；在所述一开关状态中，第一场效应晶体管的栅极-源极电压处于第一关断能级并且第二场效应晶体管的栅极-源极电压处于接通能级，开关装置对每个场效应晶体管均具有：用于以控制电压来控制场效应晶体管的栅极驱动器，和能够连接在场效应晶体管的栅极端子与栅极驱动器之间的附加电路。在此，通过栅极驱动器和附加电路能够将场效应晶体管的栅极-源极电压调整到接通能级、第一关断能级和第二关断能级，其中第二关断能级的绝对值大于第一关断能级的绝对值。根据本发明的开关装置能够实现具有上述优点的根据本发明的方法。
该开关装置的第一实施例提出：每个附加电路具有用于将控制电压设定在第一关断能级的附加栅极驱动器，并且能够利用栅极驱动器将控制电压设定在接通能级和第二关断能级。开关装置的该实施例能够实现根据本发明的方法的上述第一实施例。
该开关装置的第二实施例提出：每个附加电路具有一电感，在控制电压从接通能级改变到第一关断能级时，该电感使得相应的第一场效应晶体管的栅极-源极电压暂时改变到第二关断能级。开关装置的该实施例能够实现根据本发明的方法的上述第二实施例。
在根据本发明的方法和根据本发明的开关装置的全部实施例中，每个场效应晶体管均可以是WBG场效应晶体管，即每个场效应晶体管能够具有宽带隙的半导体作为基础材料，半导体尤其是碳化硅。本发明尤其有利地适合于具有WGB场效应晶体管的开关半桥，因为这些开关半桥能实现高速开关，但其中可能出现各自进行关断的场效应晶体管的寄生再接通。
根据本发明的变流器具有至少一个开关半桥和用于改变开关半桥的开关状态的根据本发明的开关装置，开关半桥具有两个场效应晶体管。这种变流器的优点从根据本发明的方法或根据本发明的开关装置的上面已经提出的优点中得出。
附图说明
本发明的上述特征、特性和优点以及如何实现其的方式和方法在实施例的下述描述的上下文中变得更清晰易懂，结合附图详细阐述这些实施例。在此示出：
图1示出具有用于改变开关半桥的开关状态的开关装置和开关半桥的变流器的电路图，
图2示出用于改变开关半桥的开关状态的开关装置的第一实施例和开关半桥的部分电路图，
图3示出利用图2中示出的开关装置产生的、开关半桥的场效应晶体管的控制电压和栅极-源极电压，
图4示出用于改变开关半桥的开关状态的开关装置的第二实施例和开关半桥的部分电路图，和
图5示出利用图4中示出的开关装置产生的、开关半桥的场效应晶体管的控制电压和栅极-源极电压随时间的走势。
彼此相对应的部件在全部附图中设有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出具有开关半桥1和开关装置3的变流器100的电路图，开关装置用于改变开关半桥1的开关状态。变流器100构成为单相的脉冲逆变器。
开关半桥1具有第一场效应晶体管5和第二场效应晶体管7，并且可选地具有与第一场效应晶体管5反并联的第一续流二极管9和与第二场效应晶体管7反并联的第二续流二极管11。开关半桥1的桥支路连接到负载13。
场效应晶体管5、7例如是自截止的(常闭的)n沟道碳化硅场效应晶体管，即自截止的n沟道场效应晶体管，其基础材料是碳化硅并且其在室温下的阈值电压处于1V与4V之间。
开关装置3具有用于控制第一场效应晶体管5的第一栅极驱动器15和第一附加电路17，并且具有用于控制第二场效应晶体管7的第二栅极驱动器19和第二附加电路21。
开关半桥1连接到直流电压中间回路22处，使得在开关半桥1处施加直流电压中间回路22的中间回路电压UZK。
开关装置3的不同的实施例和其工作方式在下文中根据图2至5来描述。
图2示出开关装置3的第一实施例，其中仅示出第一栅极驱动器15和第一附加电路17，它们用于控制开关半桥1的第一场效应晶体管5。第二栅极驱动器19和第二附加电路21分别如第一栅极驱动器15和第一附加电路17那样构成和连接，第二栅极驱动器和第二附加电路用于控制开关半桥1的第二场效应晶体管7。将串联电阻23连接在相应的场效应晶体管5、7的栅极端子G1、G2与该场效应晶体管5、7的附加电路17、21之间。
每个附加电路17、21具有用于控制相应的场效应晶体管5、7的附加栅极驱动器24。第一栅极驱动器15和第一附加电路17的附加栅极驱动器24产生第一控制电压UC1，利用第一控制电压来控制第一场效应晶体管5的栅极端子G1与源极端子S1之间的栅极-源极电压UGS1。能利用第一附加电路17的附加栅极驱动器24将第一控制电压UC1调整到第一关断能级Uoff1。能利用第一栅极驱动器15将第一控制电压UC1调整到接通能级Uon或第二关断能级Uoff2，其中第二关断能级Uoff2的绝对值比第一关断能级Uoff1的大。对于构成为自截止的n沟道碳化硅场效应晶体管的场效应晶体管5、7而言，例如第一关断能级Uoff1位于-3V与-5V之间，并且第二关断能级Uoff2位于-5V与-10V之间，并且接通能级Uon位于15V与20V之间。
相应地，第二栅极驱动器19和第二附加电路21产生第二控制电压UC2，利用第二控制电压来控制第二场效应晶体管7的栅极端子G2与源极端子S2之间的栅极-源极电压UGS2，其中能利用第二附加电路21将第二控制电压UC2调整到第一关断能级Uoff1，并且能利用第二栅极驱动器19将第二控制电压调整到接通能级Uon或第二关断能级Uoff2。
接通能级Uon是栅极-源极电压UGS1、UGS2的如下值，在该值的情况下，相应的场效应晶体管5、7被接通，即其是导通的。关断能级Uoff1、Uoff2是栅极-源极电压UGS1、UGS2的如下值：在该值的情况下，相应的场效应晶体管5、7被关断，即其是不导通的。
图3示出如下电压随时间的走势：场效应晶体管5、7的、利用图2中所示的开关装置3产生的控制电压UC1、UC2和由此产生的栅极-源极电压UGS1、UGS2。所示出的是：在根据本发明将开关半桥1的开关状态从第一开关状态改变至第二开关状态时，控制电压UC1、UC2和栅极-源极电压UGS1、UGS2与时间t相关的走势，其中，在第一开关状态中接通第一场效应晶体管5并且关断第二场效应晶体管7，在第二开关状态中关断第一场效应晶体管5并且接通第二场效应晶体管7。在第一开关状态中，第一场效应晶体管5的栅极-源极电压UGS1处于接通能级Uon，并且第二场效应晶体管7的栅极-源极电压UGS2处于第一关断能级Uoff1。在第二开关状态中，第一场效应晶体管5的栅极-源极电压UGS1处于第一关断能级Uoff1，并且第二场效应晶体管7的栅极-源极电压UGS2处于接通能级Uon。
从第一开关状态开始，首先在第一时间点t1，由第一栅极驱动器15将第一控制电压UC1从接通能级Uon改变至第二关断能级Uoff2，其中第一附加电路17的附加栅极驱动器24保持关断。随后，在第二时间点t2，由第二栅极驱动器19将第二控制电压UC2从第一关断能级Uoff1改变到接通能级Uon，其中关断第二附加电路21的附加栅极驱动器24。此后，在第三时间点t3，由第一附加电路17的附加栅极驱动器24将第一控制电压UC1从第二关断能级Uoff2改变到第一关断能级Uoff1，其中关断第一栅极驱动器15。在此，第一场效应晶体管5的栅极-源极电压UGS1实际上立即跟随第一控制电压UC1，使得图3中的第一场效应晶体管5的栅极-源极电压UGS1与第一控制电压UC1重合。在此，第二时间点t2和第三时间点t3通过定义了t1与t2之间的时间间距的第一持续时间T1和定义了t2与t3之间的时间间距的第二持续时间T2来确定，其中这两个持续时间T1、T2是预设的并且被固定地设定。
图4示出开关装置3的第二实施例，其中又仅示出用于控制开关半桥1的第一场效应晶体管5的第一附加电路17和第一栅极驱动器15。用于控制开关半桥1的第二场效应晶体管7的第二栅极驱动器19和第二附加电路21分别如第一栅极驱动器15和第一附加电路17那样构成和连接。
第一栅极驱动器15产生用于控制第一场效应晶体管5的栅极端子G1与源极端子S1之间的栅极-源极电压UGS1的第一控制电压UC1。相应地，第二栅极驱动器19产生用于控制第二场效应晶体管7的栅极端子G2与源极端子S2之间的栅极-源极电压UGS2的第一控制电压UC2。
每个附加电路17、21均具有两个彼此并联的电路支路，其中第一电路支路具有阻尼电阻25和与其串联的电感27，并且第二电路支路具有串联电阻23和辅助开关29。
通过断开辅助开关29，能够中断第二电路支路，使得仅附加电路17、21的第一电路支路起作用。于是，第一电路支路与相应的场效应晶体管5、7的输入电容31和开关装置1的其他部件的寄生电感一起形成串联谐振回路，该串联谐振回路由相应的控制电压UC1、UC2的改变而激发，其中输入电容是场效应晶体管5、7的栅极与源极之间的电容和栅极与漏极之间的电容的总和。
在辅助开关29闭合的情况下，抑制了串联谐振回路的作用，并且相应的附加电路17、21所起的作用基本上和连接在相应的栅极端子G1、G2上游的欧姆电阻一样。
图5示出如下电压随时间的走势：场效应晶体管5、7的、利用图4中所示的开关装置3产生的控制电压UC1、UC2和由此产生的栅极-源极电压UGS1、UGS2。所示出的是：在根据本发明将开关半桥1的开关状态从第一开关状态改变至第二开关状态时，控制电压UC1、UC2和栅极-源极电压UGS1、UGS2与时间t相关的走势，其中，在第一开关状态中接通第一场效应晶体管5并且关断第二场效应晶体管7，在第二开关状态中关断第一场效应晶体管5并且接通第二场效应晶体管7。在第一开关状态中，第一场效应晶体管5的第一栅极-源极电压UGS1处于接通能级Uon，并且第二场效应晶体管7的第二栅极-源极电压UGS2处于第一关断能级Uoff1。在第二开关状态中，第一场效应晶体管5的第一栅极-源极电压UGS1处于第一关断能级Uoff1，并且第二场效应晶体管7的第二栅极-源极电压UGS2处于接通能级Uon。
从第一开关状态开始，首先在第一时间点t1，由第一栅极驱动器15将第一控制电压UC1从接通能级Uon改变至第一关断能级Uoff1，其中断开第一附加电路17的辅助开关29，使得第一附加电路17、第一场效应晶体管5的输入电容31和开关装置1的其他部件的寄生电感如上面描述的那样形成串联谐振回路。将附加电路17的电感27和阻尼电阻25选择成，使得在持续时间T之后，第一控制电压UC1从接通能级Uon至第一关断能级Uoff1的改变引起第一场效应晶体管5的栅极-源极电压UGS1直至第二关断能级Uoff2的过冲，并且第一场效应晶体管5的栅极-源极电压UGS1随后以一衰减快速地稳定到第一关断能级Uoff1。在第二时间点t2，由第二栅极驱动器19将第二控制电压UC2从第一关断能级Uoff1改变到接通能级Uon，其中闭合第二附加电路21的辅助开关29，使得第二附加电路21所起的作用基本上和连接在第二场效应晶体管7的栅极端子G2上游的欧姆电阻一样，并且第二场效应晶体管7的栅极-源极电压UGS2实际上快速跟随第二控制电压UC2。在此，第二时间点t2与第一时间点t1之间的时间间距通过事先确定的且固定设定的持续时间T来定义。
因此，在两个上述实施例中，在关断第一场效应晶体管5时，在第二场效应晶体管7被接通且将第一场效应晶体管5的栅极-源极电压UGS1设定到第一关断能级Uoff1或达到第一关断能级Uoff1之前，第一场效应晶体管的栅极-源极电压UGS1首先下降到第二关断能级Uoff2。通过栅极-源极电压UGS1的暂时下降，有利地防止第一场效应晶体管5在其快速关断时的寄生再次接通(自开启)。
在两个上述实施例中，类似于开关状态从第一开关状态至第二开关状态的所述改变，开关半桥1的开关状态从第二开关状态至第一开关状态进行改变，其中仅栅极驱动器15、19和附加电路17、21进行功能互换。
尽管详细地通过优选的实施例详细地阐述和表述了本发明，然而本发明不通过所公开的实例而限制，并且能够由本领域技术人员从中推导出其他的变型形式，而没有偏离本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于将开关半桥(1)的开关状态从第一开关状态改变至第二开关状态的方法，所述开关半桥具有两个场效应晶体管，在所述第一开关状态中，第一场效应晶体管(5)的栅极-源极电压(UGS1)处于接通能级(Uon)并且第二场效应晶体管(7)的栅极-源极电压(UGS2)处于第一关断能级(Uoff1)；在所述第二开关状态中，所述第一场效应晶体管(5)的栅极-源极电压(UGS1)处于所述第一关断能级(Uoff1)并且所述第二场效应晶体管(7)的栅极-源极电压(UGS2)处于所述接通能级(Uon)，其中
-所述第一场效应晶体管(5)的栅极-源极电压(UGS1)首先从所述接通能级(Uon)改变到第二关断能级(Uoff2)，所述第二关断能级的绝对值大于所述第一关断能级(Uoff1)的绝对值，
-随后，所述第二场效应晶体管(7)的栅极-源极电压(UGS2)从所述第一关断能级(Uoff1)改变到所述接通能级(Uon)，
-并且此后，所述第一场效应晶体管(5)的栅极-源极电压(UGS1)从所述第二关断能级(Uoff2)改变到所述第一关断能级(Uoff1)，
-其中，将具有两个彼此并联的电路支路的附加电路(17)连接在所述第一场效应晶体管(5)的栅极端子(G1)与栅极驱动器之间，其中第一电路支路具有阻尼电阻(25)和与所述阻尼电阻串联的电感(27)，并且第二电路支路具有串联电阻(23)和辅助开关(29)，并且在所述第一场效应晶体管(5)的控制电压(UC1)随着所述辅助开关(29)的断开而从所述接通能级(Uon)改变到所述第一关断能级(Uoff1)时，所述电感(27)和所述阻尼电阻(25)使得所述第一场效应晶体管(5)的栅极-源极电压(UGS1)暂时改变到所述第二关断能级(Uoff2)，
-并且为了将所述第一场效应晶体管(5)的栅极-源极电压(UGS1)从所述接通能级(Uon)改变到所述第二关断能级(Uoff2)，将所述第一场效应晶体管(5)的所述控制电压(UC1)随着所述辅助开关(29)的断开而从所述接通能级(Uon)改变到所述第一关断能级(Uoff1)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预设有持续时间(T)，并且在一时间点(t2)将所述第二场效应晶体管(7)的栅极-源极电压(UGS2)从所述第一关断能级(Uoff1)改变到所述接通能级(Uon)，所述时间点以一时间间隔晚于所述第一场效应晶体管(5)的所述控制电压(UC1)从所述接通能级(Uon)到所述第一关断能级(Uoff1)的改变，所述时间间隔由所述持续时间(T)来限定。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，每个场效应晶体管均具有宽带隙的半导体作为基础材料。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基础材料是碳化硅。
5.一种开关装置(3)，用于将开关半桥(1)的开关状态从第一开关状态改变至第二开关状态，所述开关半桥具有两个场效应晶体管，在所述第一开关状态中，第一场效应晶体管(5)的栅极-源极电压(UGS1)处于接通能级(Uon)并且第二场效应晶体管(7)的栅极-源极电压(UGS2)处于第一关断能级(Uoff1)，在所述第二开关状态中，所述第一场效应晶体管(5)的栅极-源极电压(UGS1)处于所述第一关断能级(Uoff1)并且所述第二场效应晶体管(7)的栅极-源极电压(UGS2)处于所述接通能级(Uon)，所述开关装置(3)
-对每个场效应晶体管均具有用于以控制电压来控制该场效应晶体管的栅极驱动器(15、19)，并且
-对于每个场效应晶体管均具有能够连接在该场效应晶体管的栅极端子与所述栅极驱动器(15、19)之间的附加电路，
-其中，通过所述栅极驱动器(15、19)和所述附加电路能将所述场效应晶体管的栅极-源极电压调整到所述接通能级(Uon)、所述第一关断能级(Uoff1)和第二关断能级(Uoff2)，所述第二关断能级的绝对值大于所述第一关断能级(Uoff1)的绝对值，
-其中，每个附加电路均具有两个彼此并联的电路支路，其中第一电路支路具有阻尼电阻(25)和与所述阻尼电阻串联的电感(27)，并且第二电路支路具有串联电阻(23)和辅助开关(29)，并且在所述控制电压随着所述辅助开关(29)的断开而从所述接通能级(Uon)改变到所述第一关断能级(Uoff1)时，所述电感(27)和所述阻尼电阻(25)使得相应的场效应晶体管的栅极-源极电压暂时改变到所述第二关断能级(Uoff2)。
6.根据权利要求5所述的开关装置(3)，其特征在于，每个场效应晶体管均具有宽带隙的半导体作为基础材料。
7.根据权利要求6所述的开关装置(3)，其特征在于，所述基础材料是碳化硅。
8.一种变流器(100)，具有至少一个开关半桥(1)和根据权利要求5至7中任一项构成的开关装置(3)。
CN201780061442.9A 2016-10-27 2017-10-16 改变开关半桥的开关状态的方法及开关装置和变流器 Active CN109891729B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16196035.6 2016-10-27
EP16196035.6A EP3316463A1 (de) 2016-10-27 2016-10-27 Ändern eines schaltzustands einer schalt-halbbrücke
PCT/EP2017/076335 WO2018077650A1 (de) 2016-10-27 2017-10-16 Ändern eines schaltzustands einer schalt-halbbrücke

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109891729A CN109891729A (zh) 2019-06-14
CN109891729B true CN109891729B (zh) 2020-12-25

Family

ID=57208220

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780061442.9A Active CN109891729B (zh) 2016-10-27 2017-10-16 改变开关半桥的开关状态的方法及开关装置和变流器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10778087B2 (zh)
EP (2) EP3316463A1 (zh)
CN (1) CN109891729B (zh)
WO (1) WO2018077650A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6791087B2 (ja) * 2017-10-04 2020-11-25 株式会社デンソー スイッチの駆動回路
US10868667B2 (en) * 2018-11-06 2020-12-15 GM Global Technology Operations LLC Blockchain enhanced V2X communication system and method
EP3726719A1 (en) * 2019-04-15 2020-10-21 Infineon Technologies Austria AG Power converter and power conversion method
DE102019208122A1 (de) * 2019-06-04 2020-12-10 Audi Ag Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Schaltung, elektrische Schaltung und Kraftfahrzeug
JP7384714B2 (ja) 2020-03-11 2023-11-21 株式会社 日立パワーデバイス 半導体装置の配線回路、半導体装置の配線回路の制御方法、半導体装置、電力変換装置、並びに鉄道車両用電気システム
FR3119280A1 (fr) * 2021-01-28 2022-07-29 Safran Circuit de commande de transistors de puissance d’un bras d’onduleur

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001037411A2 (en) * 1999-11-19 2001-05-25 Iwatt Isolated power converter having primary feedback control
CN1956305A (zh) * 2005-10-27 2007-05-02 沃福森微电子有限公司 电流感应电路的改进
CN203933395U (zh) * 2014-07-01 2014-11-05 王帅 低功耗直流-直流转换器
CN105471417A (zh) * 2014-09-29 2016-04-06 英飞凌科技股份有限公司 用于反向导通的igbt的控制电路

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993022835A1 (de) * 1992-05-07 1993-11-11 Siemens Nixdorf Informationssysteme Aktiengesellschaft Schaltungsanordnung zum ansteuern eines mos-feldeffekttransistors
DE10131961A1 (de) * 2001-07-02 2003-01-23 Siemens Ag N-Punkt-Stromrichterschaltung
DE10306809A1 (de) * 2003-02-18 2004-09-02 Siemens Ag Betrieb einer Halbbrücke, insbesondere einer Feldeffekttransistor-Halbbrücke
JP4739059B2 (ja) * 2006-02-23 2011-08-03 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Ｄｃ／ｄｃコンバータ用半導体装置
JP4380726B2 (ja) * 2007-04-25 2009-12-09 株式会社デンソー ブリッジ回路における縦型ｍｏｓｆｅｔ制御方法
JP2010278849A (ja) * 2009-05-29 2010-12-09 Toshiba Corp スイッチング制御回路
JP2011244191A (ja) * 2010-05-18 2011-12-01 Panasonic Corp 駆動装置
JP5267616B2 (ja) * 2010-07-29 2013-08-21 株式会社デンソー 駆動制御装置
DE102011017712A1 (de) * 2011-04-28 2012-10-31 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Steuereinrichtung zur Schutzzeiteinstellung in einem elektrischen Antriebssystem
JP5767018B2 (ja) * 2011-05-17 2015-08-19 トヨタ自動車株式会社 絶縁ゲート型スイッチング素子のゲートの電位を制御する回路
JP5938852B2 (ja) * 2011-05-25 2016-06-22 富士電機株式会社 電圧制御型スイッチング素子のゲート駆動回路
JP5961042B2 (ja) * 2012-05-28 2016-08-02 ローム株式会社 ブリッジ出力回路およびそれを用いたモータ駆動装置、電子機器
CN105379086B (zh) * 2013-07-10 2018-11-20 株式会社电装 驱动控制装置
WO2015116031A1 (en) * 2014-01-28 2015-08-06 Schneider Electric It Corporation Bipolar gate driver
JP6294970B2 (ja) * 2014-08-25 2018-03-14 株式会社日立製作所 駆動回路、電力変換装置、およびモータシステム
ITUB20160122A1 (it) * 2016-01-29 2017-07-29 St Microelectronics Srl Circuito di pilotaggio per un transistor di potenza a effetto di campo, relativo sistema e circuito integrato
JP6274287B1 (ja) * 2016-09-30 2018-02-07 ダイキン工業株式会社 電流推定装置
CN107634745B (zh) * 2017-09-26 2019-09-13 电子科技大学 一种用于栅控器件的栅极充放电调节电路

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001037411A2 (en) * 1999-11-19 2001-05-25 Iwatt Isolated power converter having primary feedback control
CN1956305A (zh) * 2005-10-27 2007-05-02 沃福森微电子有限公司 电流感应电路的改进
CN203933395U (zh) * 2014-07-01 2014-11-05 王帅 低功耗直流-直流转换器
CN105471417A (zh) * 2014-09-29 2016-04-06 英飞凌科技股份有限公司 用于反向导通的igbt的控制电路

Also Published As

Publication number Publication date
US20190319531A1 (en) 2019-10-17
EP3316463A1 (de) 2018-05-02
EP3507895B1 (de) 2020-08-12
US10778087B2 (en) 2020-09-15
CN109891729A (zh) 2019-06-14
EP3507895A1 (de) 2019-07-10
WO2018077650A1 (de) 2018-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109891729B (zh) 改变开关半桥的开关状态的方法及开关装置和变流器
US9793260B2 (en) System and method for a switch having a normally-on transistor and a normally-off transistor
US9362903B2 (en) Gate drivers for circuits based on semiconductor devices
CN104170256B (zh) 驱动半桥连接的半导体功率开关的方法和驱动电路
US9350342B2 (en) System and method for generating an auxiliary voltage
JP4903214B2 (ja) 半導体スイッチをガルバニック絶縁で制御する方法および回路装置
EP3001563B1 (en) A cascode transistor circuit
US9729060B2 (en) Power conversion apparatus having DC-DC converters with different gate resistances
US20160314914A1 (en) Power switch circuit
KR101986475B1 (ko) 구동 장치
WO2019207977A1 (ja) ゲート駆動回路およびゲート駆動方法
US11469684B2 (en) Active damping of soft switching resonant converters
JP5968702B2 (ja) ノーマリーオン電界効果トランジスタを使用したインバータ・モジュールを備える電力変換器
US8737101B2 (en) Switch driving circuit and switch driving method
KR100671788B1 (ko) 파워 모듈 회로
CN111758210B (zh) 整流电路以及电源装置
CN110741546B (zh) 整流电路以及电源装置
JP2019024289A (ja) 電力変換装置の駆動方法
JP6278874B2 (ja) 制御回路
JP2019041514A (ja) 半導体素子の駆動回路
WO2021140889A1 (ja) 同期整流回路、電源装置、及び電子機器
JP6370524B1 (ja) ゲート駆動回路
JP2012147647A (ja) 負荷制御装置
US20230170812A1 (en) Power supply system with active clamping
CN118382999A (zh) 具有为第一可控半导体开关的控制输入端供电的驱动电路的电气设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant