RU2763377C1 - Управление полевым транзистором металл-оксид-полупроводник - Google Patents

Управление полевым транзистором металл-оксид-полупроводник Download PDF

Info

Publication number
RU2763377C1
RU2763377C1 RU2020143234A RU2020143234A RU2763377C1 RU 2763377 C1 RU2763377 C1 RU 2763377C1 RU 2020143234 A RU2020143234 A RU 2020143234A RU 2020143234 A RU2020143234 A RU 2020143234A RU 2763377 C1 RU2763377 C1 RU 2763377C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
drain
mosfet
source
current
internal diode
Prior art date
Application number
RU2020143234A
Other languages
English (en)
Inventor
Марк-Маттиас БАКРАН
Юрген БЕМЕР
Мартин ХЕЛЬСПЕР
Эберхард Ульрих КРАФФТ
Бернд ЛАСКА
Андреас НАГЕЛЬ
Штефан Ханс Вернер ШЕНЕВОЛЬФ
Ян ВАЙГЕЛЬ
Original Assignee
Сименс Акциенгезелльшафт
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 Сименс Акциенгезелльшафт filed Critical Сименс Акциенгезелльшафт
Application granted granted Critical
Publication of RU2763377C1 publication Critical patent/RU2763377C1/ru

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/083—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the ignition at the zero crossing of the voltage or the current
    • 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
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac 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
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac 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
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac 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 with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac 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 with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1588—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac 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 with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load comprising at least one synchronous rectifier element
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0822—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit 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
    • H03K17/16—Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • H03K17/161—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches
    • H03K17/165—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches by feedback from the output circuit to the control circuit
    • 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
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электротехнике, к способам и системам (3) управления MOSFET (1), в частности MOSFET (1), базирующегося на широкозонном полупроводнике. Техническим результатом заявленного изобретения является уменьшение потерь в преобразователе, вызванных обратными токами. Согласно изобретению наблюдают, является ли внутренний диод (2) MOSFET (1) электрически проводящим. MOSFET (1) включается, если внутренний диод (2) является электрически проводящим, и управляется в зависимости от управляющего сигнала (S1), если внутренний диод (2) является электрически запирающим. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение касается способа и системы управления для управления полевым транзистором металл-оксид-полупроводник (MOSFET=Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor МОП транзистор = Полевой транзистор типа металл-окисел-полупроводник), в частности, MOSFET, базирующимся на широкозонном полупроводнике (Wide-Bandgap Semiconductor).
MOSFET обладает обратной проводимостью и имеет p-n-переход между подложкой и стоком, при электрическом соединении подложки и истока работающий как интринсивный диод, который обозначается как обратный диод или как внутренний диод MOSFET. Обратные токи текут через внутренний диод, если MOSFET отключен. Поскольку внутренний диод имеет высокое сопротивление, то при этом возникают большие потери. Значительные потери такого рода могут возникать, в частности, в преобразователе тока, выполненном по MOSFET-технологии, если в случае неисправности все MOSFET преобразователя тока выключаются, и обратные токи текут из снабжающей сети, соединенной с преобразователем тока или из нагрузки, соединенной с преобразователем тока, через внутренние диоды MOSFET преобразователя тока. В настоящее время в определенных преобразователях тока, например, в преобразователях тягового тока, в большом числе применяются MOSFET, которые базируются на широкозонных полупроводниках, например, на карбиде кремния или нитрите галлия, и подвержены высоким токовым нагрузкам. Поэтому, в частности, в этих преобразователях тока возникает такая проблема, что обратные токи через MOSFET при обусловленном неисправностью выключении всех MOSFET могут привести к большим потерям.
Документ Texas Instruments: "UCD7138 4-A and 6-A Single-Channel Synchronous-Rectifier Driver With Body-Diode Conduction Sensing and Reporting", 31. Mai 2015 (2015-05-31), URL: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ucd7138.pdf раскрывает MOSFET-драйвер с затвор-драйвером, схемой для регистрации состояния проводимости внутренних диодов и схемой для оптимизации задержки включения.
Публикация DE 112016002958 T2 раскрывает способ управления электрическим устройством рулевого управления с сервомеханизмом, включающим в себя несколько инверторных мостиков, которые соответственно соединены с многофазным мотором, который сконфигурирован для предоставления поддержки мощности для рулевого управления транспортного средства. Способ включает в себя, после определения отказа внутри одного из инверторных мостиков, управление потоком тока внутри неисправного инверторного мостика и использование одного или нескольких из других инверторных мостков, чтобы тем самым предоставить поддержку мощности.
В основе изобретения лежит задача показать способ и систему управления для управления MOSFET, которые улучшены в отношении сокращения потерь, вызванных обратными токами.
Согласно изобретению задача решается с помощью способа с признаками пункта 1 формулы изобретения и системы управления с признаками пункта 7.
Предпочтительные формы исполнения изобретения являются предметом подпунктов.
Соответствующий изобретению способ касается управления MOSFET, в частности, MOSFET, базирующегося на широкозонном полупроводнике, со выводом стока, выводом истока, выводом затвора и внутренним диодом, причем MOSFET расположен в преобразователе тока, имеющем несколько MOSFET. При этом после возникновения неисправности, приведшей к выключению всех MOSFET преобразователя тока, наблюдают, является ли внутренний диод MOSFET электрически проводящим. MOSFET включается, если внутренний диод является электрически проводящим, и MOSFET управляется в зависимости от управляющего сигнала, если внутренний диод является электрически запирающим.
Итак, изобретение предусматривает, после возникновения неисправности, приведшей к выключению всех MOSFET преобразователя тока, включение MOSFET, если его внутренний диод является проводящим и, тем самым, токоведущим. С помощью включения MOSFET обратные токи, которые в выключенном состоянии MOSFET в одиночку текли бы через внутренний диод, по меньшей мере, частично проводятся через MOSFET-канал между выводом истока и выводом стока, поэтому текущие через внутренний диод обратные токи и вызванные этим потери сильно сокращаются. Если внутренний диод является электрически запирающим, то MOSFET, как обычно, управляется в зависимости от управляющего сигнала, поэтому управление MOSFET в этом случае не изменяется.
Изобретение предусматривает далее, чтобы предварительно задавалась первая пороговая величина напряжения для напряжения сток-исток между выводом стока и выводом истока MOSFET, регистрировалось напряжение сток-исток и на основании этого делалось заключение, что внутренний диод является электрически проводящим, если напряжение сток-исток не превышает первой пороговой величины напряжения. Далее предварительно задается вторая пороговая величина напряжения для напряжения сток-исток и на этом основании делается заключение, что внутренний диод является электрически запирающим, если напряжение сток-исток превышает вторую пороговую величину напряжения. Например, обе пороговые величины напряжения являются отрицательными, и вторая пороговая величина напряжения больше, чем первая пороговая величина напряжения.
Указанные ранее аспекты изобретения используют напряжение сток-исток, чтобы распознать, является ли внутренний диод MOSFET электрически проводящим или запирающим. Для этого используются пороговые величины напряжения, недостижения, или соответственно, превышения которых сигнализируют о том, что внутренний диод является электрически проводящим или запирающим.
Форма исполнения изобретения предусматривает, чтобы предварительно задавалась первая пороговая величина тока для силы тока сток-исток для тока сток-исток, текущего в направлении пропускания внутреннего диода между выводом стока и выводом истока MOSFET, регистрировалась сила тока сток-исток и из этого делалось заключение, что внутренний диод является электрически проводящим, если сила тока сток-исток превышает первую пороговую величину тока. Далее, может быть предварительно задана вторая пороговая величина тока для силы тока сток-исток, которая меньше, чем первая пороговая величина тока, и из этого может быть сделано заключение, что внутренний диод является электрически запирающим, если сила тока сток-исток не достигает второй пороговой величины тока.
Изобретение предусматривает, чтобы регистрировалось направление текущего между выводом стока и выводом истока MOSFET тока сток-исток и на основании этого делалось заключение, что внутренний диод является электрически проводящим, если ток сток-исток течет в направлении пропускания внутреннего диода. Далее на этом основании может быть сделано заключение, что внутренний диод является электрически запирающим, если ток сток-исток течет противоположно направлению пропускания внутреннего диода.
При этом изобретение использует ток сток-исток, чтобы распознать, является ли внутренний диод электрически проводящим или запирающим. Для этого используются пороговые величины тока для силы тока для тока сток-исток в направлении пропускания внутреннего диода, недостижения, или соответственно, превышения которых сигнализируют о том, что внутренний диод является электрически проводящим, или соответственно, запирающим. Сила тока сток-исток измеряется, например, с помощью шунтового сопротивления, которое расположено в токовой цепи тока сток-исток. Альтернативно или дополнительно регистрируется направление тока сток-исток, чтобы распознать, является ли внутренний диод электрически проводящим или запирающим. Направление тока сток-исток определяется, например, с помощью подсчета выданных импульсов напряжения или с помощью триггера, изменяющего свое состояние при каждом выданном импульсе напряжения.
Соответствующая изобретению система управления для проведения соответствующего изобретению способа включает в себя блок наблюдения, сформированный для того, чтобы определить, является ли внутренний диод электрически проводящим или запирающим, и блок управления, сформированный для того, чтобы после возникновения неполадки, приведшей к выключению всех MOSFET преобразователя тока, включать MOSFET, если блок наблюдения определяет, что внутренний диод является электрически проводящим, и чтобы управлять MOSFET в зависимости от управляющего сигнала, если внутренний диод является электрически запирающим.
Блок наблюдения сформирован для того, чтобы регистрировать напряжение сток-исток и с помощью напряжения сток-исток определять, является ли внутренний диод электрически проводящим или запирающим. Формы исполнения соответствующей изобретению системы управления предусматривают, чтобы блок наблюдения был сформирован для того, чтобы регистрировать силу тока сток-исток и с помощью силы тока сток-исток определять, является ли внутренний диод электрически проводящим или запирающим, или/и чтобы блок наблюдения был сформирован для того, чтобы регистрировать направление тока сток-исток и с помощью направления тока сток-исток определять, является ли внутренний диод электрически проводящим или запирающим.
Следующая форма исполнения соответствующей изобретению системы управления предусматривает, чтобы блок наблюдения был сформирован для того, чтобы сообщать блоку управления через дополнительный управляющий сигнал, является ли внутренний диод электрически проводящим или запирающим, а блок управления имел конечную ступень для управления MOSFET в зависимости от дополнительного управляющего сигнала и управляющего сигнала. Альтернативная этому форма исполнения соответствующей изобретению системы управления предусматривает, чтобы блок наблюдения был сформирован для того, чтобы сообщать блоку управления через дополнительный управляющий сигнал, является ли внутренний диод электрически проводящим или запирающим, а блок управления имел первую конечную ступень для управления MOSFET в зависимости от управляющего сигнала в случае, когда внутренний диод является электрически запирающим, и вторую конечную ступень для управления MOSFET в зависимости от дополнительного управляющего сигнала в случае, когда внутренний диод является электрически проводящим.
Соответствующая изобретению система управления делает возможным проведение соответствующего изобретению способа. Поэтому преимущества соответствующей изобретению системы управления соответствуют уже упомянутым выше преимуществам соответствующего изобретению способа и здесь еще раз особо не приводятся.
В общем, изобретение модифицирует управление MOSFET только после возникновения неисправности, приведшей к выключению всех MOSFET преобразователя тока, в случае, когда внутренний диод является электрически проводящим. Для этого используется система управления, которая расширяет обычное управление на дополнительную функцию включать MOSFET после возникновения неисправности, если внутренний диод является электрически проводящим. Помимо этого, изобретение не касается обычного управления MOSFET и обычного концепта защиты.
Соответствующий изобретению преобразователь тока, в частности, преобразователь тягового тока, имеет несколько MOSFET, в частности несколько MOSFET, базирующихся на широкозонном полупроводнике, и для каждого MOSFET соответствующую изобретению систему управления для управления MOSFET. В частности, изобретение пригодно для управления MOSFET преобразователя тягового тока, так как токовые нагрузки для MOSFET преобразователя тягового тока могут быть очень высокими, в частности, из-за обратных токов и поэтому могут быть причинами больших потерь.
Описанные выше свойства, признаки и преимущества этого изобретения, а также способ их достижения, будут яснее и понятнее с учетом нижеследующего описания примеров исполнения, которые более подробно поясняются с учетом рисунков. При этом показывают:
ФИГ. 1 схему MOSFET,
ФИГ. 2 схему MOSFET и первого примера исполнения системы управления для управления MOSFET,
ФИГ. 3 дополнительный управляющий сигнал в зависимости от напряжения сток-исток MOSFET,
ФИГ. 4 схему преобразователя тока,
ФИГ. 5 блок-схему способа для управления MOSFET.
Соответствующие друг другу части снабжены на фигурах одними и теми же ссылочными обозначениями.
ФИГ. 1 показывает схему MOSFET 1 со выводом D стока, выводом S истока, выводом G затвора и внутренним диодом 2. MOSFET 1 сформирован как обычно запирающий n-канальный MOSFET, базирующийся на широкозонном полупроводнике, например, на карбиде кремния или нитриде галлия. Обратные токи, то есть токи, которые (согласно техническому направлению тока) направлены от вывода S истока к выводу D стока, при выключенном состоянии MOSFET 1 текут через внутренний диод 2.
ФИГ. 2 показывает схему MOSFET 1, сформированного как на ФИГ. 1 и первого примера исполнения соответствующей изобретению системы 3 управления для управления MOSFET 1.
Система 3 управления включает в себя блок 5 наблюдения и блок 7 управления. Блок 5 наблюдения сформирован для того, чтобы определять, является ли внутренний диод 2 MOSFET 1 электрически проводящим или запирающим, и сообщать это блоку 7 управления. Для этого блок 5 наблюдения регистрирует напряжение U сток-исток между выводом D стока и выводом S истока MOSFET 1 и выдает на блок 7 управления зависящий от напряжения U сток-исток двоичный дополнительный управляющий сигнал S2, принимающий значение 0 или значение 1. Значение 1 дополнительного управляющего сигнала S2 сигнализирует, что внутренний диод 2 является электрически проводящим. Значение 0 дополнительного управляющего сигнала S2 сигнализирует, что внутренний диод 2 является электрически запирающим.
ФИГ. 3 показывает выданный блоком 5 наблюдения дополнительный управляющий сигнал S2 в зависимости от напряжения U сток-исток. Дополнительный управляющий сигнал S2 принимает значение 1, если напряжение U сток-исток не достигает предварительно заданной первой пороговой величины U1 напряжения. Дополнительный управляющий сигнал S2 принимает значение 0, если напряжение U сток-исток превышает предварительно заданную вторую пороговую величину U2 напряжения. Обе пороговые величины U1, U2 напряжения являются отрицательными, причем вторая пороговая величина U2 напряжения больше, чем первая пороговая величина U1 напряжения. Например, первая пороговая величина U1 напряжения имеет значение примерно -1 V, а вторая пороговая величина U2 напряжения имеет значение примерно -0,5 V. При значениях напряжения U сток-исток, лежащих между обеими пороговыми величинами U1, U2 напряжения, дополнительный управляющий сигнал S2 не изменяется, это значит сохраняет свое моментальное значение.
MOSFET 1 расположен в преобразователе 19 тока, имеющем несколько MOSFET 1 (смотри также ФИГ. 4). Блок 7 управления управляет MOSFET 1 в зависимости от двоичного управляющего сигнала S1, принимающего значение 0 или значение 1, а после возникновения неисправности, приведшей к выключению всех MOSFET 1 преобразователя 19 тока, дополнительно в зависимости от дополнительного управляющего сигнала S2. Для этого блок 7 управления имеет ИЛИ-элемент 9 и конечную ступень 11. К ИЛИ-элементу 9 подводятся управляющий сигнал S1 и дополнительный управляющий сигнал S2. ИЛИ-элемент 9 выдает значение 0 на конечную ступень 11, если как управляющий сигнал S1, так и дополнительный управляющий сигнал S2 принимают значение 0. В противном случае ИЛИ-элемент 9 выдает значение 1 на конечную ступень 11. Если ИЛИ-элемент 9 выдает значение 1, то конечная ступень 11 включает MOSFET 1, накладывая положительное напряжение включения между выводом G затвора и выводом истока S MOSFET 1. В противном случае конечная ступень 11 выключает MOSFET 1, накладывая напряжение выключения между выводом G затвора и выводом истока S MOSFET 1.
ФИГ. 4 показывает схему преобразователя 19 тока с MOSFET 1 и вторым примером исполнения соответствующей изобретению системы 3 управления для управления MOSFET 1. Преобразователь 19 тока - это, например, преобразователь тягового тока с другими (здесь не изображенными) MOSFET 1, подключенными известным образом по схеме в полумост или полный мост, и со следующей конфигурацией 3 управления для каждого следующего MOSFET 1.
Системы 3 управления этого примера исполнения отличаются от показанного на ФИГ. 2 примера исполнения лишь только исполнением блока 7 управления. Блок 7 управления этого примера исполнения имеет две конечные ступени 11, 13 и включатель 15. К первой конечной ступени 11 подводится управляющий сигнал S1. Ко второй конечной ступени 13 после возникновения неисправности, приведшей к выключению всех MOSFET 1 преобразователя 19 тока, подводится выданный блоком 5 наблюдения соответствующей системы 3 управления дополнительный управляющий сигнал S2. Включатель 15 отключает выход первой конечной ступени 11 от вывода G затвора MOSFET 1, управляемого конфигурацией 3 управления, если дополнительный управляющий сигнал S2 принимает значение 1. В этом случае MOSFET 1 включается от второй конечной ступени 13 посредством наложения второй конечной ступенью 13 положительного напряжения включения между выводом G затвора и выводом S истока MOSFET 1. Если дополнительный управляющий сигнал S2 принимает значение 0, то выход первой конечной ступени 11 включателем 15 соединяется с выводом G затвора MOSFET 1, управляемым конфигурацией 3 управления, и MOSFET 1 управляется первой конечной ступенью 11, это значит, что от второй конечной ступени 13 не накладывается напряжение между выводом G затвора и выводом S истока MOSFET 1, и MOSFET 1 включается первой конечной ступенью 11, если управляющий сигнал S1 принимает значение 1, и выключается, если управляющий сигнал S1 принимает значение 0.
Управляющие сигналы S1 для MOSFET 1 преобразователя 19 тока генерируются управлением 17 преобразователя 19 тока. Может быть предусмотрено, чтобы управление MOSFET 1 активировалось в зависимости от дополнительных управляющих сигналов S2 с помощью вторых конечных ступеней 13 только тогда, когда управление 17 выдает для этого разрешение.
ФИГ. 5 показывает блок-схему примера исполнения соответствующего изобретению способа управления MOSFET 1 с исполненной согласно ФИГ. 2 или ФИГ. 4 конфигурацией 3 управления.
На первом этапе 21 способа предварительно задаются пороговые величины U1, U2 напряжения для напряжения U сток-исток.
На втором этапе 22 способа блоком 5 наблюдения регистрируется напряжение U сток-исток, и формируется дополнительный управляющий сигнал S2 в зависимости от напряжения U сток-исток описанным выше с помощью ФИГ. 3 образом и выдается на блок 7 управления.
На третьем этапе 23 способа MOSFET 1 включается блоком 7 управления после возникновения неисправности, приведшей к выключению всех MOSFET 1 преобразователя 19 тока, это значит, что накладывается напряжение включения между выводом G затвора и выводом S истока MOSFET 1, если дополнительный управляющий сигнал S2 принимает значение 1. В противном случае MOSFET 1 управляется блоком 7 управления в зависимости от управляющего сигнала S1, это значит, что накладывается напряжение включения между выводом G затвора и выводом S истока MOSFET 1, если управляющий сигнал S1 принимает значение 1, или накладывается напряжение выключения между выводом G затвора и выводом S истока MOSFET 1, если управляющий сигнал S1 принимает значение 0. После третьего этапа 23 способа способ продолжается по второму этапу 22 способа.
Описанные выше с помощью фигур примеры исполнения соответствующей изобретению системы 3 управления и соответствующего изобретению способа могут быть модифицированы различными способами до альтернативных примеров исполнения. В частности, блок 5 наблюдения может быть сформирован иначе, чем в описанных выше с помощью фигур примерах исполнения.
Например, блок 5 наблюдения может быть сформирован для того, чтобы вместо напряжения U сток-исток регистрировать и анализировать силу тока сток-исток текущего в направлении пропускания внутреннего диода 2 между выводом стока D и выводом истока S тока сток-исток. В этом случае предварительно задаются первая пороговая величина тока для силы тока сток-исток и вторая пороговая величина тока для силы тока сток-исток, меньшая, чем первая пороговая величина тока. Дополнительный управляющий сигнал S2 устанавливается на значение 1, если сила тока сток-исток превышает первую пороговую величину тока. Дополнительный управляющий сигнал S2 устанавливается на значение 0, если сила тока сток-исток не достигает первой пороговой величины тока. При значениях силы тока сток-исток, лежащих между обеими пороговыми величинами тока, дополнительный управляющий сигнал S2 не меняется, это значит сохраняет свое моментальное значение. Сила тока сток-исток измеряется, например, шунтовым сопротивлением, расположенным в токовой цепи тока сток-исток.
Альтернативно блок 5 наблюдения может быть сформирован для того, чтобы регистрировать направление тока сток-исток. В этом случае дополнительный управляющий сигнал S2 выставляется на значение 1, если ток сток-исток течет в направлении пропускания внутреннего диода 2. В противном случае дополнительный управляющий сигнал S2 выставляется на значение 0. Например, направление тока сток-исток измеряется с применением ферро-магнитного сердечника, который при каждой смене направления тока сток-исток выдает импульс напряжения. Направление тока сток-исток определяется, например, путем подсчета выданных импульсов напряжения или с помощью триггера, который при каждом выданном импульсе напряжения изменяет свое состояние.
Альтернативные ФИГ. 4 примеры исполнения преобразователя 19 тока получаются путем замены показанной на ФИГ. 4 системы 3 управления на систему 3 управления описанного на фигуре 2 примера исполнения или одного из упомянутых ранее модифицированных примеров исполнения.
Хотя изобретение и было более подробно иллюстрировано в деталях и описано с помощью предпочтительных примеров исполнения, изобретение не ограничивается раскрытыми примерами, а другие вариации из этого могут быть выведены специалистом без выхода за объем охраны изобретения.

Claims (27)

1. Способ управления MOSFET (1), в частности MOSFET (1), базирующегося на широкозонном полупроводнике, преобразователя (19) тока, имеющего несколько MOSFET (1), при этом после возникновения неисправности, приведшей к выключению всех MOSFET (1) преобразователя (19) тока,
- наблюдают, является ли внутренний диод (2) MOSFET (1) электрически проводящим,
- MOSFET (1) включают, если внутренний диод (2) является электрически проводящим, и
- управляют MOSFET (1) в зависимости от управляющего сигнала (S1), если внутренний диод (2) является электрически запирающим,
- при этом регистрируют напряжение (U) сток-исток между выводом (D) стока и выводом (S) истока MOSFET (1),
- при этом предварительно задают первую пороговую величину (U1) напряжения для напряжения (U) сток-исток и делают заключение, что внутренний диод (2) является электрически проводящим, если напряжение (U) сток-исток не достигает первой пороговой величины (U1) напряжения,
- при этом предварительно задают вторую пороговую величину (U2) напряжения для напряжения (U) сток-исток и делают заключение, что внутренний диод (2) является электрически запирающим, если напряжение (U) сток-исток превышает вторую пороговую величину (U2) напряжения,
- при этом регистрируют направление тока сток-исток, текущего между выводом (D) стока и выводом (S) истока MOSFET (1), и делают заключение, что внутренний диод (2) является электрически проводящим, если ток сток-исток течет в направлении пропускания внутреннего диода (2), и
- при этом делают заключение, что внутренний диод (2) является электрически запирающим, если ток сток-исток течет противоположно направлению пропускания внутреннего диода (2),
- при этом на первом этапе (21) способа предварительно задают пороговые величины (U1, U2) напряжения для напряжения (U) сток-исток,
- при этом на втором этапе (22) способа блоком (5) наблюдения регистрируют напряжение (U) сток-исток и формируют дополнительный управляющий сигнал (S2) в зависимости от напряжения (U) сток-исток и выдают на блок (7) управления и
- при этом на третьем этапе (23) способа включают MOSFET (1) блоком (7) управления после возникновения неполадки, приведшей к выключению всех MOSFET (1) преобразователя (19) тока.
2. Способ по п. 1, в котором обе пороговые величины (U1, U2) напряжения являются отрицательными, и вторая пороговая величина (U2) напряжения больше, чем первая пороговая величина (U1) напряжения.
3. Способ по любому из пп. 1 или 2, в котором предварительно задают первую пороговую величину тока для силы тока сток-исток, текущего в направлении пропускания внутреннего диода (2) между выводом (D) стока и выводом (S) истока MOSFET (1) тока сток-исток, регистрируют силу тока сток-исток и делают заключение, что внутренний диод (2) является электрически проводящим, если сила тока сток-исток превышает первую пороговую величину тока.
4. Способ по п. 3, в котором предварительно задают вторую пороговую величину тока для силы тока сток-исток, которая меньше, чем первая пороговая величина тока, и делают заключение, что внутренний диод (2) является электрически запирающим, если сила тока сток-исток не достигает второй пороговой величины тока.
5. Способ по п. 1, в котором прикладывают напряжение включения между выводом (G) затвора и выводом (S) истока MOSFET (1), если дополнительный управляющий сигнал (S2) принимает значение 1, при этом в противном случае управляют MOSFET (1) от блока (7) управления в зависимости от управляющего сигнала (S1), при этом напряжение включения прикладывают между выводом (G) затвора и выводом (S) истока MOSFET (1), если управляющий сигнал (S1) принимает значение 1, или прикладывают напряжение выключения между выводом (G) затвора и выводом (S) истока MOSFET (1), если управляющий сигнал (S1) принимает значение 0, при этом после третьего этапа (23) способ продолжают со второго этапа (22) способа.
6. Система (3) управления для проведения способа по любому из предыдущих пунктов, при этом система (3) управления включает в себя
- блок (5) наблюдения, выполненный для определения, является ли внутренний диод (2) электрически проводящим или запирающим, и
- блок (7) управления, выполненный для того, чтобы после возникновения неисправности, приведшей к выключению всех MOSFET (1) преобразователя (19) тока, включать MOSFET (1), если блок (5) наблюдения определяет, что внутренний диод (2) является электрически проводящим, и управлять MOSFET (1) в зависимости от управляющего сигнала (S1), если внутренний диод (2) является электрически запирающим,
- при этом блок (5) наблюдения выполнен с возможностью регистрировать напряжение (U) сток-исток и на основании напряжения (U) сток-исток определять, является ли внутренний диод (2) электрически проводящим или запирающим,
- при этом блок (5) наблюдения выполнен с возможностью регистрировать силу тока сток-исток и на основании силы тока сток-исток определять, является ли внутренний диод (2) электрически проводящим или запирающим,
- при этом блок (5) наблюдения выполнен с возможностью регистрировать направление тока сток-исток и на основании направления тока сток-исток определять, является ли внутренний диод (2) электрически проводящим или запирающим,
- при этом блок (5) наблюдения выполнен с возможностью сообщать блоку (7) управления с помощью дополнительного управляющего сигнала (S2), является ли внутренний диод (2) электрически проводящим или запирающим, и
- при этом блок (7) управления имеет конечную ступень (11) для управления MOSFET (1) в зависимости от дополнительного управляющего сигнала (S2) и управляющего сигнала (S1).
7. Система (3) управления по п. 6, в которой блок (5) наблюдения выполнен с возможностью сообщать блоку (7) управления с помощью дополнительного управляющего сигнала (S2), является ли внутренний диод (2) электрически проводящим или запирающим, и при этом блок (7) управления имеет первую конечную ступень (11) для управления MOSFET (1) в зависимости от управляющего сигнала (S1) в случае, когда внутренний диод (2) является электрически запирающим, и вторую конечную ступень (13) для управления MOSFET (1) в зависимости от дополнительного управляющего сигнала (S2) в случае, когда внутренний диод (2) является электрически проводящим.
8. Преобразователь (19) тока с несколькими MOSFET (1), при этом преобразователь (19) тока имеет для каждого MOSFET (1) систему (3) управления для управления MOSFET (1), выполненную согласно любому из пп. 6, 7.
9. Преобразователь (19) тока по п. 8, причем преобразователь (19) тока является преобразователем тягового тока.
RU2020143234A 2018-05-29 2019-05-15 Управление полевым транзистором металл-оксид-полупроводник RU2763377C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18174802.1 2018-05-29
EP18174802.1A EP3576269A1 (de) 2018-05-29 2018-05-29 Ansteuern eines metall-oxid-halbleiter-feldeffekttransistors
PCT/EP2019/062457 WO2019228808A1 (de) 2018-05-29 2019-05-15 Ansteuern eines metall-oxid-halbleiter-feldeffekttransistors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2763377C1 true RU2763377C1 (ru) 2021-12-28

Family

ID=62486446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020143234A RU2763377C1 (ru) 2018-05-29 2019-05-15 Управление полевым транзистором металл-оксид-полупроводник

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20210211123A1 (ru)
EP (2) EP3576269A1 (ru)
CN (1) CN112204865A (ru)
CA (1) CA3101845C (ru)
RU (1) RU2763377C1 (ru)
WO (1) WO2019228808A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114123737A (zh) * 2021-11-03 2022-03-01 哈尔滨工业大学（深圳） 一种降低mosfet功率损耗的系统与方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA006458B1 (ru) * 2001-06-09 2005-12-29 Зд Инструментс Лимитед Преобразователь мощности и способ преобразования мощности
DE112016002958T5 (de) * 2015-07-27 2018-03-15 Trw Limited Steuerung für elektrische servolenkung
RU2647792C1 (ru) * 2016-11-24 2018-03-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет путей сообщения Императора Николая II" МГУПС (МИИТ) Способ синхронизации системы управления тяговыми преобразователями с питающим напряжением тяговой сети

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6060943A (en) * 1998-04-14 2000-05-09 Nmb (Usa) Inc. Circuit simulating a diode
US7906948B2 (en) * 2007-07-23 2011-03-15 Intersil Americas Inc. Threshold voltage monitoring and control in synchronous power converters
JP5522824B2 (ja) * 2009-03-17 2014-06-18 Ｆｄｋ株式会社 スイッチング素子の損失低減回路
CN202334466U (zh) * 2011-12-09 2012-07-11 重庆电子工程职业学院 切换开关电路

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA006458B1 (ru) * 2001-06-09 2005-12-29 Зд Инструментс Лимитед Преобразователь мощности и способ преобразования мощности
DE112016002958T5 (de) * 2015-07-27 2018-03-15 Trw Limited Steuerung für elektrische servolenkung
RU2647792C1 (ru) * 2016-11-24 2018-03-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет путей сообщения Императора Николая II" МГУПС (МИИТ) Способ синхронизации системы управления тяговыми преобразователями с питающим напряжением тяговой сети

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Helen Ding, Peter Green: "IR11688 Smart Rectifier™ Control IC Design Notes", 31.07.2015, pages 1-35. *

Also Published As

Publication number Publication date
CA3101845A1 (en) 2019-12-05
CN112204865A (zh) 2021-01-08
EP3576269A1 (de) 2019-12-04
CA3101845C (en) 2023-12-19
WO2019228808A1 (de) 2019-12-05
US20210211123A1 (en) 2021-07-08
EP3769409A1 (de) 2021-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109075782B (zh) 结温度和电流感测
CN107132466B (zh) 用于功率半导体开关中的短路检测的方法和器件
KR100300651B1 (ko) 반도체 회로 및 파워 트랜지스터 보호회로
US6541947B1 (en) Step-down constant-current transformer
JP4575441B2 (ja) 三つの電圧レベルのスイッチングのためのコンバータ回路における漏電処理のための方法
KR101155620B1 (ko) 전원 제어 회로, 전원 장치, 및 전원 제어 장치의 제어 방법
JP5717915B2 (ja) 電力用スイッチング回路
WO2016189817A1 (ja) パワートランジスタ駆動装置
US20100254055A1 (en) Overcurrent protection in a dimmer circuit
TWI508405B (zh) Power conversion device
US20100134174A1 (en) Circuit Arrangement Comprising Feedback Protection For Switching In Power Applications
CN110311664B (zh) 驱动装置以及功率模块
US20180254695A1 (en) Dc-dc converter
US6434019B2 (en) Method for reducing losses during the commutation process
JP2015008611A (ja) Ｄｃ−ｄｃコンバータ
US8570780B2 (en) Semiconductor device
RU2763377C1 (ru) Управление полевым транзистором металл-оксид-полупроводник
CN104253414B (zh) Dc‑dc转换器
US11722053B2 (en) Over current protection concept for negative load current of power device gate drivers
WO2020105414A1 (ja) 電力変換装置
JP2022016749A (ja) スイッチング装置および電力変換装置
US5576615A (en) Method and circuit for detecting faulty recirculation diode in a switched mode power supply
CN105359413A (zh) 用于保护两线电流环路的至少一个部件的电路布置
CN112671053A (zh) 具有双电压供应电路的电子电路
JP7435359B2 (ja) 負荷駆動回路