用于受控電源開關(guān)模塊的拓?fù)涞闹谱鞣椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及受控電源開關(guān)。更具體地，本發(fā)明涉及用于受控電源開關(guān)模塊的拓?fù)洹?br>【背景技術(shù)】
[0002]在本領(lǐng)域中公知受控電源開關(guān)模塊。它們例如以下述形式被發(fā)現(xiàn):絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)和雙極型晶體管。
[0003]受控電源開關(guān)模塊通常具有:兩個輸入連接端連接，其被設(shè)計來連接到DC (直流)電源；以及至少一個輸出連接端連接，其被設(shè)計來提供AC (交流)輸出。傳統(tǒng)上，例如在DC至AC轉(zhuǎn)換器中使用一個或多個模塊。
[0004]每一個模塊具有一個、兩個或更多受控電源開關(guān)、一個、兩個或更多的二極管和可能諸如電阻器和二極管的其他無源組件。
[0005]而且，在對于在電動和/或電動混和汽車應(yīng)用中的電源逆變器電路允許的有限空間和半導(dǎo)體的高成本的情況下，對于電源電子裝置的集成的要求增加。
[0006]減少由在汽車逆變器中的半導(dǎo)體占用的空間的一種已知方式是增大它們的效率，以允許減少冷卻表面的大小。
[0007]在傳統(tǒng)的逆變器設(shè)計中存在的受控電源開關(guān)模塊中的損耗主要由兩個來源引起:傳導(dǎo)損耗和開關(guān)損耗。用于改善受控電源開關(guān)模塊開關(guān)損耗的一種方式一般是通過加速受控電源開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷。然而，隨著較快的受控電源開關(guān)關(guān)斷，因為高頻回路的寄生電感引起的過壓增大使得經(jīng)常要求關(guān)斷的變慢以保護該裝置，由此嚴(yán)重地影響逆變器的效率。
[0008]可以向轉(zhuǎn)換器傳遞的電力與最大運行電壓和最大輸出電流相關(guān)。限制在受控電源開關(guān)上的過壓允許在較高的電壓下運行，并且然后提供較高的功率。
【附圖說明】
[0009]在附圖中:
[0010]圖1(標(biāo)注為“現(xiàn)有技術(shù)”)是具有高頻回路的典型的柵極驅(qū)動IGBT配置的電路圖，用于圖示寄生電感和其中柵極驅(qū)動器獲取它們的參考的邏輯連接；
[0011]圖2是使用在發(fā)射極寄生電感上連接的電阻分壓器來降低過壓的柵極驅(qū)動IGBT的電路圖；
[0012]圖3(標(biāo)注為“現(xiàn)有技術(shù)”)圖示了用于IGBT模塊的典型拓?fù)洌?br>[0013]圖4圖示了根據(jù)第一說明性實施例的IGBT模塊的拓?fù)洌?br>[0014]圖5圖示了根據(jù)第二說明性實施例的IGBT模塊的拓?fù)?；以?br>[0015]圖6圖示了根據(jù)第三說明性實施例的IGBT模塊的拓?fù)洹?br>【具體實施方式】
[0016]詞“一個”當(dāng)與在權(quán)利要求和/或說明書中的詞語“包括”相結(jié)合地使用時的使用可以表示“一個”，但是它也與“一個或多個”、“至少一個”和“一個或超過一個” 一致。類似地，詞“另一個”可以表示至少第二個或更多。
[0017]如在本說明書和權(quán)利要求中使用，詞“包括”(和包括的任何形式)、“具有”(和具有的任何形式)或“包含”(和包含的任何形式)是包含性的或開放性的，并且不排除另外的、未描述的元件或處理步驟。
[0018]在本申請中和在所附的權(quán)利要求中，使用在本質(zhì)上為方向、地理和/或空間的各個術(shù)語，諸如“縱向”、“水平”、“前”、“后”、“向上”、“向下”等。應(yīng)當(dāng)明白，這樣的術(shù)語為了說明容易并且僅在相對的含義上被使用，并且不以任何方式被看作對于本公開的范圍的限制。
[0019]在本申請中和在所附的權(quán)利要求中，將使用同一術(shù)語來用于受控電源開關(guān)的互連。更具體地，將使用術(shù)語IGBT。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員容易明白，IGBT的集電極具有與MOSFET的漏極和雙極的集電極相同的功能；IGBT的發(fā)射極具有與MOSFET的源極和雙極的發(fā)射極相同的功能；并且，IGBT的柵極具有與MOSFET的柵極和雙極的基極相同的功能。為了精確和簡單的目的，在此作為示例給出IGBT。然而，這不限制本公開的范圍。因此，表達IGBT在本公開中和在所附的權(quán)利要求中要被解釋為任何受控電源開關(guān)，除了別的之外包括IGBT,MOSFET和雙極晶體管。
[0020]類似地，在在此描述和圖示受控電源開關(guān)模塊的同時，本拓?fù)湟策m用于管芯和包。因此，表達“模塊”在此和在所附的權(quán)利要求中要被解釋為模塊、管芯或包。
[0021]通過閱讀參考附圖僅通過示例給出的受控電源開關(guān)模塊的拓?fù)涞南旅娴恼f明書實施例的下面的非限定性說明，用于受控電源開關(guān)模塊的拓?fù)涞钠渌康摹?yōu)點和特征將變得更清楚。
[0022]根據(jù)一個說明性實施例，提供了一種用于受控電源開關(guān)模塊的拓?fù)?，該受控電源開關(guān)模塊被配置使得被頂部和底部柵極驅(qū)動器電路控制，該受控電源開關(guān)模塊包括:
[0023]頂部受控電源開關(guān)，其包括柵極、集電極和發(fā)射極；
[0024]底部受控電源開關(guān)，其包括柵極、集電極和發(fā)射極；
[0025]頂部集電極軌跡，其連接到該頂部受控電源開關(guān)的該集電極；
[0026]底部集電極軌跡，其連接到該底部受控電源開關(guān)的該集電極；
[0027]頂部發(fā)射極軌跡，其連接到該頂部受控電源開關(guān)的該發(fā)射極；
[0028]底部發(fā)射極軌跡，其連接到該底部受控電源開關(guān)的該發(fā)射極；
[0029]-Vbus連接端，其連接到該底部發(fā)射極軌跡；
[0030]+Vbus連接端，其連接到該頂部集電極軌跡；
[0031]至少一個相位連接端，其連接到該底部集電極軌跡和該頂部發(fā)射極軌跡的任何一個；
[0032]其中，所述頂部發(fā)射極軌跡到所述底部集電極軌跡的互連限定了寄生發(fā)射極電感，所述寄生發(fā)射極電感具有這樣的值，使得在dl/dt期間在其上產(chǎn)生的電壓被注入在所述頂部柵極驅(qū)動器電路中，以在所述頂部IGBT的所述發(fā)射極處產(chǎn)生正電壓，以使處于導(dǎo)通的所述柵極-發(fā)射極電壓(Vge)的斜率變緩。
[0033]一般而言，用于受控電源開關(guān)模塊(以下稱為IGBT模塊)的本拓?fù)渖婕耙环NIGBT模塊，其中，頂部IGBT的發(fā)射極不直接地連接到底部IGBT的集電極，但是其中，這兩個元件經(jīng)由在DBC(直接敷銅)上的軌跡連接到外部連接端，該外部連接端限定可以內(nèi)部或外部地互連的兩個相位連接端。頂部IGBT的發(fā)射極到底部IGBT的集電極的該間接連接允許在IGBT模塊中的DBC上的IGBT的重新定位，以由此允許優(yōu)化、配置和/或預(yù)定寄生電感。
[0034]用于IGBT模塊的本拓?fù)湟惨话闵婕癐GBT模塊，其中，優(yōu)化頂部IGBT的發(fā)射極的寄生電感，以允許作為反饋在該頂部IGBT的柵極驅(qū)動電路中的這個寄生電感上注入過壓的采樣，以在大于預(yù)定值的過壓期間將下降的柵極電壓的斜率變緩。
[0035]本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員公知，在該IGBT的關(guān)斷出后的dl/dt在IGBT上施加的高頻回路的寄生電感上產(chǎn)生大于總線電壓的電壓。在此提出了一種解決方案，該解決方案基于作為反饋在柵極驅(qū)動電路中的IGBT上過壓的采樣的注入，以在大于預(yù)定值的過壓期間將下降的柵極電壓的斜率變緩，以將過壓值限制在這個預(yù)定值出。
[0036]本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員已知，該換流過程包含兩個主要步驟:dl/dt和dV/dt。該dl/dt與在半導(dǎo)體中的電流的改變的速率相關(guān)，并且dV/dt與在半導(dǎo)體上的電壓的改變的速率相關(guān)。在受控電源開關(guān)中的dl/dt與在半導(dǎo)體上的電壓的改變的速率相關(guān)。在受控電源開關(guān)中的dl/dt首先在導(dǎo)通處出現(xiàn)，并且然后dV/dt —旦從二極管向受控電源開關(guān)完全地傳送電流則出現(xiàn)。在導(dǎo)通處理的結(jié)尾，從二極管向受控電源開關(guān)傳送電壓，并且從受控電源開關(guān)向二極管傳送電流。在受控電源開關(guān)中的dl/dt在導(dǎo)通處具有正斜率，并且在關(guān)斷處具有負(fù)斜率。DV/dt在關(guān)斷處在受控電源開關(guān)上具有正斜率，并且在導(dǎo)通處具有負(fù)斜率。
[0037]在