本發(fā)明涉及包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管的功率半導(dǎo)體電路。

背景技術(shù)：

如例如根據(jù)DE 10 2011 087 087 A1所已知的，本領(lǐng)域常規(guī)的功率半導(dǎo)體電路分別包括具體實(shí)施為MOSFET的功率半導(dǎo)體開關(guān)以及用于驅(qū)動(dòng)該功率半導(dǎo)體開關(guān)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。通常，這里由正串聯(lián)電連接的第一功率半導(dǎo)體電路和第二功率半導(dǎo)體電路的功率半導(dǎo)體開關(guān)來(lái)形成半橋電路裝置。半橋電路裝置通常被用于對(duì)電壓和電流進(jìn)行整流和逆變。在這種情況下，通常DC電壓被施加到半橋電路裝置，并且經(jīng)由電線路將電中心節(jié)點(diǎn)連接到諸如AC電動(dòng)機(jī)或AC電網(wǎng)的電負(fù)載，在該電中心節(jié)點(diǎn)處第一功率半導(dǎo)體電路和第二功率半導(dǎo)體電路的功率半導(dǎo)體開關(guān)相互電連接。

如根據(jù)US 8 553 430 B2已知的，半橋電路裝置的功率半導(dǎo)體電路的串聯(lián)電連接的功率半導(dǎo)體開關(guān)通常相對(duì)于彼此交替地導(dǎo)通和截?cái)唷?/p>

通過(guò)示例，諸如MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)或JFET(結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管)被用作功率半導(dǎo)體開關(guān)。續(xù)流二極管與功率半導(dǎo)體開關(guān)反向并聯(lián)連接。參照?qǐng)D1，如果例如上面的MOSFET T1被導(dǎo)通且電流I通過(guò)電線路流到AC電壓端子AC，并且隨后上面的MOSFET T1被截?cái)?，則由于電線路的寄生電感Lp或連接到AC電壓端子AC的負(fù)載(未示出)的電感，電流I繼續(xù)流過(guò)下面的續(xù)流二極管D’或D”，其與下面的功率半導(dǎo)體開關(guān)T2反向并聯(lián)電連接。由于續(xù)流二極管D’或D”通常相對(duì)高的閾值電壓，因此在續(xù)流二極管D’或D”處產(chǎn)生相對(duì)高的能量損失，使得下面的功率半導(dǎo)體電路4’或半橋電路裝置1具有高能量損失。

場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有以下性質(zhì)，當(dāng)它們被導(dǎo)通時(shí)，在不被破壞或損壞的情況下，它們也可以在反方向上傳導(dǎo)電流，即在n溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的情況下從場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極到漏極的方向和在p溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的情況下從場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極到源極的方向。在本領(lǐng)域中慣常將該性質(zhì)用于降低續(xù)流二極管D’或D”處的能量損失。出于此目的，本領(lǐng)域中慣常在例如上MOSFET T1已經(jīng)接收到截?cái)嘈盘?hào)之后的特定的所固定分配的時(shí)間間隔后，下MOSFEET T2被導(dǎo)通并且因此在圖1中，下續(xù)流二極管D’或D”通過(guò)MOSFET T2橋接，這降低了功率半導(dǎo)體電路的能量損失。為了防止通過(guò)半橋電路裝置的高并聯(lián)通路電路或短路電流的產(chǎn)生，有必要在上MOSFET T1仍處于截?cái)噙^(guò)程的起始階段且仍然具有殘余的導(dǎo)通狀態(tài)導(dǎo)電性的時(shí)候防止下MOSFET T2被導(dǎo)通。因此，選擇上述固定的預(yù)定時(shí)間間隔具有一量值，使得在因下MOSFET T2被導(dǎo)通而使所述續(xù)流二極管由MOSFET T2橋接之前的相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，全部電流I流過(guò)圖1中的下續(xù)流二極管D’或D”，以致在續(xù)流二極管D’或D”處仍然產(chǎn)生相對(duì)高的能量損失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供具有低能量損失的功率半導(dǎo)體電路。

該目的通過(guò)功率半導(dǎo)體電路的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，該功率半導(dǎo)體電路包括具有漏極、源極和柵極作為端子的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，以及包括具有驅(qū)動(dòng)設(shè)備和欠壓檢測(cè)電路的控制設(shè)備，其中所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備被設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管并且電連接至所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的所述柵極，其中所述欠壓檢測(cè)電路被設(shè)計(jì)用于如果存在于所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的所述漏極和所述源極之間的功率半導(dǎo)體電壓降至低于特定電壓值則生成欠壓檢測(cè)信號(hào)，其中驅(qū)動(dòng)設(shè)備被設(shè)計(jì)用于當(dāng)存在用于導(dǎo)通所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通命令和所述欠壓檢測(cè)信號(hào)時(shí)導(dǎo)通所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

本發(fā)明的有利實(shí)施例根據(jù)從屬權(quán)利要求是清楚的。

被證明有利的是，特定電壓值在絕對(duì)值為閾值電壓的90％的負(fù)值和所述功率半導(dǎo)體電壓的+30％之間，該閾值電壓為所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的反向并聯(lián)連接的內(nèi)部續(xù)流二極管的閾值電壓或與所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管反向并聯(lián)連接的外部續(xù)流二極管的閾值電壓，所述功率半導(dǎo)體電壓在所述功率半導(dǎo)體電路的操作期間在所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的截?cái)酄顟B(tài)下以穩(wěn)態(tài)形式存在，這是因?yàn)檫@樣最多會(huì)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生相對(duì)小的并聯(lián)通路電流甚至完全不發(fā)生并聯(lián)通路電流。

此外，被證明有利的是，特定電壓值的值依賴于恰好在所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管被導(dǎo)通之前發(fā)生的所述功率半導(dǎo)體電壓的變化的速度，而且較之變化的低速度(Vu)，在功率半導(dǎo)體電壓的變化的較高速度下，所述值更高。因此，即使在功率半導(dǎo)體電路的操作期間發(fā)生了負(fù)載或操作條件大幅度變化的情況下，仍確保了具有盡可能低的能量損失的功率半導(dǎo)體電路的操作。

此外，被證明有利的是，場(chǎng)效應(yīng)晶體管(T1,T2)被實(shí)施為MOSFET或JFET，這是因?yàn)樵谶@種情況下涉及場(chǎng)效應(yīng)晶體管的慣用實(shí)施例。

此外，被證明有利的是，場(chǎng)效應(yīng)晶體管被實(shí)施為n溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中所述欠壓檢測(cè)電路具有限值監(jiān)測(cè)單元、第一二極管、第一電容器以及電阻器，其中所述限值監(jiān)測(cè)單元的第一輸入、所述第一電容器的第一端子、所述第一二極管的正極以及所述電阻器的第一端子電連接至電路節(jié)點(diǎn)，其中所述第一二極管的負(fù)極電連接至所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的所述漏極，其中所述第一電容器的第二端子電連接至所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的所述源極，其中所述限值監(jiān)測(cè)單元被設(shè)計(jì)用于如果存在于所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極和源極之間的功率半導(dǎo)體電壓降至低于所述特定電壓值則生成欠壓檢測(cè)信號(hào)，因此使得在所述限值監(jiān)測(cè)單元的第一輸入與所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的所述源極之間存在的電壓降至低于所述限值監(jiān)測(cè)單元的第二輸入處存在的參考電壓。這樣該欠壓檢測(cè)電路被實(shí)施得尤其簡(jiǎn)單且可靠。

此外，被證明有利的是，場(chǎng)效應(yīng)晶體管被實(shí)施為p溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中所述欠壓檢測(cè)電路具有限值監(jiān)測(cè)單元、第一電容器、第一二極管以及電阻器，其中所述限值監(jiān)測(cè)單元的第一輸入、所述第一電容器的第一端子、所述第一二極管的負(fù)極以及所述電阻器的第一端子電連接至電路節(jié)點(diǎn)，其中所述第一二極管的正極電連接至所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的所述漏極，其中所述第一電容器的第二端子電連接至所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的所述源極，其中所述限值監(jiān)測(cè)單元被設(shè)計(jì)用于如果存在于所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極和源極之間的功率半導(dǎo)體電壓降至低于所述特定電壓值則生成欠壓檢測(cè)信號(hào)，因此使得在所述限值監(jiān)測(cè)單元的第一輸入與所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的所述源極之間存在的電壓降至低于所述限值監(jiān)測(cè)單元的第二輸入處存在的參考電壓。這樣該欠壓檢測(cè)電路被實(shí)施得尤其簡(jiǎn)單且可靠。

此外，被證明有利的是，所述限值監(jiān)測(cè)單元具有替代所述第一二極管或除所述第一二極管之外的第二電容器，其中所述第二電容器的第一端子電連接至所述電路節(jié)點(diǎn)，以及所述第二電容器的第二端子電連接至所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的所述漏極。因此，能夠用簡(jiǎn)單的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)特定電壓值關(guān)于恰好在場(chǎng)效應(yīng)晶體管被導(dǎo)通之前發(fā)生的功率半導(dǎo)體電壓變化的速度的上述依賴關(guān)系，使得在較高的功率半導(dǎo)體電壓的變化速度下的特定電壓值的值高于在低的變化速度下的特定電壓值的值。

此外，半導(dǎo)體橋式電路裝置，包括根據(jù)本發(fā)明的第一功率半導(dǎo)體電路和第二功率半導(dǎo)體電路，其中所述第二功率半導(dǎo)體電路的場(chǎng)效應(yīng)晶體管與所述第一功率半導(dǎo)體電路的場(chǎng)效應(yīng)晶體管串聯(lián)電連接，這被證明是有利的。由此提供了具有低能量損失的半導(dǎo)體橋式電路裝置。

附圖說(shuō)明

在附圖中圖示了本發(fā)明的示例性實(shí)施例并在以下對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)解釋。其中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的包括第一功率半導(dǎo)體電路和第二功率半導(dǎo)體電路的半導(dǎo)體橋式電路裝置；

圖2示出了示意性電壓分布；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體電路；以及

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的功率半導(dǎo)體電路。

具體實(shí)施方式

圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的包括第一功率半導(dǎo)體電路4和第二功率半導(dǎo)體電路4’的半導(dǎo)體橋式電路裝置1，其中可以完全一樣地來(lái)實(shí)施第一功率半導(dǎo)體電路4和第二功率半導(dǎo)體電路4’。第一功率半導(dǎo)體電路4包括第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1，以及第二功率半導(dǎo)體電路4’包括第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2，在示例性實(shí)施例的背景中將所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2分別實(shí)施為MOSFET。續(xù)流二極管D’或D”分別與第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2反向并聯(lián)電連接。如果功率半導(dǎo)體開關(guān)T1以MOSFET的形式存在，則續(xù)流二極管通常是相應(yīng)的MOSFET的組成部分而不作為分立元件存在，使得在示例性實(shí)施例中續(xù)流二極管以相應(yīng)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1和T2的內(nèi)部續(xù)流二極管D’的形式存在。此外，如以圖1中由虛線所繪出的方式所圖示，也能夠?qū)⑼獠坷m(xù)流二極管D”分別與第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2反向并聯(lián)電連接。

第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2分別具有作為端子的漏極、源極和柵極。第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2分別具有漏極和源極之間的寄生電容Cp。

第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2被串聯(lián)電連接，其中在示例性實(shí)施例的背景中，在該串聯(lián)連接的兩端存在DC電壓Uk。該DC電壓Uk經(jīng)由半橋電路裝置1的DC電壓端子DC+和DC-來(lái)饋給。電中心節(jié)點(diǎn)20經(jīng)由具有寄生線路電感Lp的半橋電路裝置1的電線路電連接到半橋電路裝置1的AC電壓端子AC，在該電中心節(jié)點(diǎn)20處第一功率半導(dǎo)體開關(guān)T1和第二功率半導(dǎo)體開關(guān)T2相互電連接。AC電壓端子AC電連接到諸如AC電動(dòng)機(jī)或AC電網(wǎng)(圖1中未示出)的電負(fù)載。

在示例性實(shí)施例的背景下，在半橋電路裝置1的操作期間，第一功率半導(dǎo)體開關(guān)T1和第二功率半導(dǎo)體開關(guān)T2相對(duì)于彼此交替地導(dǎo)通和截?cái)唷Ｈ绻谝还β拾雽?dǎo)體開關(guān)T1被導(dǎo)通，則第二功率半導(dǎo)體開關(guān)T2被截?cái)啵粗嗳弧?/p>

功率半導(dǎo)體電壓U1存在于第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1的漏極D與源極S之間，以及功率半導(dǎo)體電壓U2存在于第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2的漏極D與源極S之間。

此處應(yīng)當(dāng)注意到，在本發(fā)明的意義下，如果第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1被實(shí)施為n溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，則功率半導(dǎo)體電壓U1相對(duì)于第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1的源極，并且如果第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1被實(shí)施為p溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，則功率半導(dǎo)體電壓U1相對(duì)于第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1的漏極。

此處應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步注意到，在本發(fā)明的意義下，如果第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2被實(shí)施為n溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，則功率半導(dǎo)體電壓U2相對(duì)于第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2的源極，并且如果第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2被實(shí)施為p溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，則功率半導(dǎo)體電壓U2相對(duì)于第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2的漏極。

在依據(jù)圖1和圖3的示例性實(shí)施例中，第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2被實(shí)施為n溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，更確切地說(shuō)被實(shí)施為n溝道MOSFET，而在依據(jù)圖4的示例性實(shí)施例中，第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2被實(shí)施為p溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，更確切地說(shuō)被實(shí)施為p溝道MOSFET。

第一功率半導(dǎo)體電路4和第二功率半導(dǎo)體電路4’分別包括具有驅(qū)動(dòng)設(shè)備2和欠壓(undervoltage)檢測(cè)電路5的控制設(shè)備3。相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備2被設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1或T2，并且電連接到相應(yīng)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1或T2的柵極G。此外，相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備2和相應(yīng)的欠壓檢測(cè)電路5電連接到相應(yīng)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1或T2的源極S。相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備2在相應(yīng)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1或T2的控制端子G處生成相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電壓Ua，該電壓Ua除其他外依賴于相應(yīng)的控制信號(hào)A1或A2，該控制信號(hào)A1或A2例如由共同分配給兩個(gè)驅(qū)動(dòng)設(shè)備2的上級(jí)控制器(未示出)來(lái)分別生成。第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2依賴于相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電壓Ua的幅值來(lái)導(dǎo)通和截?cái)?。相?yīng)的控制信號(hào)A1或A2能夠以導(dǎo)通命令的形式(例如以存在于相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備2的輸入處的邏輯“1”的形式)存在，該導(dǎo)通命令發(fā)信號(hào)給相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備2來(lái)指示分配給該驅(qū)動(dòng)設(shè)備2的場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1或T2被意圖導(dǎo)通，或者相應(yīng)的控制信號(hào)A1或A2能夠以截?cái)嗝畹男问?例如以存在于相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備2的輸入處的邏輯“0”的形式)存在，該截?cái)嗝畎l(fā)信號(hào)給相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備2來(lái)指示分配給該驅(qū)動(dòng)設(shè)備2的場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1或T2被意圖截?cái)唷?/p>

相應(yīng)的欠壓檢測(cè)電路5被設(shè)計(jì)用于如果存在于相應(yīng)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1或T2的漏極與源極之間的功率半導(dǎo)體電壓U1或U2降至低于特定電壓值Uw則生成欠壓檢測(cè)信號(hào)F。

相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備2被設(shè)計(jì)用于在存在分配給所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備的用于導(dǎo)通相應(yīng)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1或T2的導(dǎo)通命令以及存在相應(yīng)的欠壓檢測(cè)信號(hào)F的情況下導(dǎo)通相應(yīng)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1或T2。換言之，僅當(dāng)導(dǎo)通命令和欠壓檢測(cè)信號(hào)(即由欠壓檢測(cè)電路5檢測(cè)到欠壓)這兩者都存在時(shí)，相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備2將分配給它的場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1或T2導(dǎo)通。

如果驅(qū)動(dòng)設(shè)備2接收到截?cái)嗝睿瑒t驅(qū)動(dòng)設(shè)備2優(yōu)選地立即截?cái)喾峙浣o它的場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1或T2。

圖2示出了示意性電壓分布，以及如果從第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1被導(dǎo)通且第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2被截?cái)嘁约半娏鱅流過(guò)第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1的切換狀態(tài)出發(fā)，至第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1被截?cái)嗲业诙?chǎng)效應(yīng)晶體管T2被導(dǎo)通時(shí)發(fā)生的時(shí)刻。

在t0時(shí)刻，第一功率半導(dǎo)體電路4的驅(qū)動(dòng)設(shè)備2從上級(jí)控制器接收到截?cái)嗝畈⑹沟玫谝粓?chǎng)效應(yīng)晶體管T1截?cái)?，在t1時(shí)刻所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管被完全截?cái)啵丛趖1時(shí)刻不再有電流從第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1的漏極通過(guò)第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1流到第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1的源極。由于場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電容的電荷反轉(zhuǎn)需要一定時(shí)間，總是會(huì)發(fā)生截?cái)嗝畹慕邮张c場(chǎng)效應(yīng)晶體管的實(shí)際完全截?cái)嘀g的時(shí)間延遲(t1-t0)。優(yōu)選地，在t0時(shí)刻或者t0時(shí)刻后不久在示例性實(shí)施例中在t2時(shí)刻，第二功率半導(dǎo)體電路4’的驅(qū)動(dòng)設(shè)備2從上級(jí)控制器接收到導(dǎo)通命令，然而由于此時(shí)刻第二功率半導(dǎo)體電路4’的驅(qū)動(dòng)設(shè)備2還沒(méi)有接收到欠壓檢測(cè)信號(hào)F，因此第二功率半導(dǎo)體電路4’的驅(qū)動(dòng)設(shè)備2不實(shí)施該導(dǎo)通命令。

一旦在t1時(shí)刻截?cái)嗟谝粓?chǎng)效應(yīng)晶體管T1，就會(huì)發(fā)生電荷反轉(zhuǎn)過(guò)程，其中存在于源極和漏極之間的第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2的寄生電容Cp經(jīng)歷電荷反轉(zhuǎn)。在這種情況下，功率半導(dǎo)體電壓U2一直下降直到t5時(shí)刻，第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2的內(nèi)部續(xù)流二極管D’或者——如果存在的話——第二功率半導(dǎo)體電路4’的外部續(xù)流二極管D”的閾值電壓Us被超過(guò)，并且相關(guān)的續(xù)流二極管D’或D”變?yōu)閷?dǎo)電并且承載電流I。閾值電壓Us是續(xù)流二極管D’或D”變?yōu)榍跋驅(qū)щ姇r(shí)的電壓，也就是說(shuō)，流過(guò)續(xù)流二極管D’或D”的電流開始被啟動(dòng)。例如在硅基續(xù)流二極管的情況下，閾值電壓Us通常約為0.7V，其中例如通過(guò)將肖特基二極管用作續(xù)流二極管，該閾值電壓Us還可以顯著降低。在基于例如碳化硅的續(xù)流二極管的情況下，閾值電壓Us還可以顯著提高。

在第二功率半導(dǎo)體電路4’的續(xù)流二極管D’或D”中或在第二功率半導(dǎo)體電路4’中，如果在功率半導(dǎo)體電壓U2的過(guò)零點(diǎn)的區(qū)域中以及理想地在功率半導(dǎo)體電壓U2的過(guò)零點(diǎn)處導(dǎo)通第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2，則會(huì)產(chǎn)生非常少的能量損失。從能量角度來(lái)看，如果在功率半導(dǎo)體電壓U1的過(guò)零點(diǎn)的區(qū)域中以及理想地在功率半導(dǎo)體電壓U1的過(guò)零點(diǎn)處導(dǎo)通第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1，則對(duì)于第一功率半導(dǎo)體電路4的續(xù)流二極管D’或D”中或?qū)τ诘谝还β拾雽?dǎo)體電路4而言也同樣會(huì)有相應(yīng)的效果。

在t3時(shí)刻，功率半導(dǎo)體電壓U2降至低于特定電壓值Uw，從而第二功率半導(dǎo)體電路4’的欠壓檢測(cè)電路5生成欠壓檢測(cè)信號(hào)F。第二功率半導(dǎo)體電路4’的驅(qū)動(dòng)設(shè)備2接收到欠壓檢測(cè)信號(hào)F，并且由于欠壓檢測(cè)信號(hào)F和對(duì)于第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2的導(dǎo)通命令這兩者都存在，使得第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2被導(dǎo)通，在t6時(shí)刻所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管被完全導(dǎo)通。由于場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電容的電荷反轉(zhuǎn)需要一定時(shí)間，總是會(huì)發(fā)生第二功率半導(dǎo)體電路4’的驅(qū)動(dòng)設(shè)備2接收到欠壓檢測(cè)信號(hào)F與實(shí)際完全導(dǎo)通第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2之間的時(shí)間延遲(t6-t3)。

驅(qū)動(dòng)設(shè)備2連同欠壓檢測(cè)電路5所實(shí)現(xiàn)的是：由于與續(xù)流二極管D’或D”反向并聯(lián)連接的相關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通，續(xù)流二極管D’或D”總是在其兩端存在的功率半導(dǎo)體電壓的過(guò)零點(diǎn)的區(qū)域中被橋接，并且因此在與續(xù)流二極管D’或D”反向并聯(lián)連接的場(chǎng)效應(yīng)晶體管接受大部分的電流I之前，續(xù)流二極管D’或D”最多僅在很短的一段時(shí)間里必須承載全部電流I。這利用了場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有以下性質(zhì)的事實(shí)，當(dāng)它們被導(dǎo)通時(shí)，在不被破壞或損壞的情況下，它們也可以在反方向上傳導(dǎo)電流，即在n溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的情況下從場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極到漏極的方向和在p溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的情況下從場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極到源極的方向。

與之相反，在本領(lǐng)域慣常的功率半導(dǎo)體電路的情況下，在第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1已接收到截?cái)嘈盘?hào)后直到較長(zhǎng)的固定預(yù)定的時(shí)間間隔后，第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2才被導(dǎo)通，使得在本領(lǐng)域慣常的功率半導(dǎo)體電路的情況下，圖2中的第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2直到時(shí)刻t6后的較長(zhǎng)時(shí)間之后才被導(dǎo)通并且因此在續(xù)流二極管D’或D”處產(chǎn)生較高的能量損失。

為了補(bǔ)償?shù)诙β拾雽?dǎo)體電路4的驅(qū)動(dòng)設(shè)備2接收到欠壓檢測(cè)信號(hào)F與實(shí)際完全導(dǎo)通第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2之間的時(shí)間延遲(t6-t3)，以及為了實(shí)現(xiàn)盡可能接近所述晶體管兩端存在的功率半導(dǎo)體電壓U2的過(guò)零點(diǎn)的完全導(dǎo)通，特定電壓值Uw在0伏與功率半導(dǎo)體電壓U2的+30％之間是有利的，該功率半導(dǎo)體電壓U2是在第二功率半導(dǎo)體電路4’的操作期間在第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2的截?cái)酄顟B(tài)下以穩(wěn)態(tài)方式存在的。在示例性實(shí)施例的背景下，在第二功率半導(dǎo)體電路4’的操作期間在第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2的截?cái)酄顟B(tài)下以穩(wěn)態(tài)方式存在的功率半導(dǎo)體電壓U2對(duì)應(yīng)于在包括第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2的串聯(lián)連接兩端存在的DC電壓Uk，這是因?yàn)?，在第二功率半?dǎo)體電路4’的操作期間，第一功率半導(dǎo)體電路4也處于操作中，并且如果第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2被截?cái)鄤t第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1被導(dǎo)通，使得在第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2的截?cái)酄顟B(tài)下DC電壓Uk存在于第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2的漏極D與源極S之間。在這種情況下，術(shù)語(yǔ)“以穩(wěn)態(tài)方式”被用來(lái)表示處于穩(wěn)定狀態(tài)的功率半導(dǎo)體電壓U2，由此忽略掉例如可能存在并且恰好在開關(guān)動(dòng)作期間發(fā)生的功率半導(dǎo)體電壓U2的瞬時(shí)電壓過(guò)沖。

如果要保證，在從第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1到第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2的電流I的換路(commutation)時(shí)，在例如第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2的開關(guān)行為區(qū)別很大的情況下，例如由于較大的元件容差，不會(huì)發(fā)生并聯(lián)通路電流，即不會(huì)出現(xiàn)從正DC電壓端子DC+通過(guò)第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2到負(fù)DC電壓端子DC-的電流，則有利的是，特定電壓值Uw的值在一個(gè)負(fù)值到0伏之間，該負(fù)值的絕對(duì)值是第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2的反向并聯(lián)連接的內(nèi)部續(xù)流二極管D’的閾值電壓Us的90％或與第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2反向并聯(lián)連接的外部續(xù)流二極管D”的閾值電壓Us的90％。

因此有利的是，特定電壓值Uw在絕對(duì)值為閾值電壓Us的90％的負(fù)值與功率半導(dǎo)體電壓U2的+30％之間，閾值電壓Us是第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2的反向并聯(lián)連接的內(nèi)部續(xù)流二極管D’的閾值電壓或與第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2反向并聯(lián)連接的外部續(xù)流二極管D”的閾值電壓，功率半導(dǎo)體電壓U2在第二功率半導(dǎo)體電路4’的操作期間在第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2的截?cái)酄顟B(tài)下以穩(wěn)態(tài)形式存在。圖2示出了特定電壓值Uw的有利范圍。

優(yōu)選地，特定電壓值Uw的值依賴于恰好在第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2被導(dǎo)通之前發(fā)生的功率半導(dǎo)體電壓U2的變化的速度Vu，而且，較之變化的低速度Vu，在功率半導(dǎo)體電壓U2的變化的較高速度Vu下，所述值更高。在這種情況下，功率半導(dǎo)體電壓U2在特定時(shí)間間隔Δt上的變化的速度Vu被定義為功率半導(dǎo)體電壓U2的變化ΔU除以特定時(shí)間間隔Δt所得商的絕對(duì)值(Vu＝|ΔU/Δt|)?？梢詫?shí)現(xiàn)的結(jié)果是，如果功率半導(dǎo)體電壓U2快速下降，則較之功率半導(dǎo)體電壓U2緩慢下降的情況，第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2被更快導(dǎo)通。因此，即使在第二功率半導(dǎo)體電路4’的操作期間發(fā)生了負(fù)載或操作條件大幅度變化的情況下，仍確保了具有盡可能低的能量損失的第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2的開關(guān)。

在合適的情況下，可設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備2，使得一旦接收到導(dǎo)通命令，在經(jīng)過(guò)特定等待時(shí)間之后，無(wú)論欠壓檢測(cè)信號(hào)F是否存在，該驅(qū)動(dòng)設(shè)備2均導(dǎo)通分配給它的場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1或T2。等待時(shí)間優(yōu)選為3ns至8μs。如果出于某些原因，例如在功率半導(dǎo)體電路4’的極端操作狀況的情況下，功率半導(dǎo)體電壓U2在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)沒(méi)有降到特定電壓值Uw以下，則在驅(qū)動(dòng)設(shè)備2接收到導(dǎo)通命令后經(jīng)過(guò)等待時(shí)間之后，第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2無(wú)論如何都被驅(qū)動(dòng)設(shè)備2導(dǎo)通。

第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2優(yōu)選分別被被實(shí)施為MOSFET或JFET。

圖3圖示了第二功率半導(dǎo)體電路4’并且特別詳細(xì)圖示了欠壓檢測(cè)電路5的有利實(shí)施例，其中第一功率半導(dǎo)體電路4和第二功率半導(dǎo)體電路4’被完全一樣地實(shí)施。在這種情況下，第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2被實(shí)施為n溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

第一功率半導(dǎo)體電路4和第二功率半導(dǎo)體電路4’相應(yīng)的欠壓檢測(cè)電路5包括限值監(jiān)測(cè)單元6、第一二極管D1、第一電容器C1以及電阻器R1，其中限值監(jiān)測(cè)單元6的第一輸入、第一電容器C1的第一端子、第一二極管D1的正極以及電阻器R1的第一端子電連接至電路節(jié)點(diǎn)7，其中第一二極管D1的負(fù)極電連接至被分配給相應(yīng)的欠壓檢測(cè)電路5的場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1或T2的漏極D，其中第一電容器C1的第二端子電連接至相應(yīng)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1或T2的源極S，其中限值監(jiān)測(cè)單元6被設(shè)計(jì)用于如果被分配給相應(yīng)的欠壓檢測(cè)電路5的場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1或T2的漏極D與源極S之間存在的功率半導(dǎo)體電壓U1或U2降至低于特定電壓值Uw則生成欠壓檢測(cè)信號(hào)F，因此使得在限值監(jiān)測(cè)單元6的第一輸入與被分配給相應(yīng)的欠壓檢測(cè)電路5的場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1或T2的漏極D之間存在的電壓U3下降至低于限值監(jiān)測(cè)單元6的第二輸入處存在的參考電壓Ur。

充電電壓Uv優(yōu)選存在于電阻器R1的第二端子處。特定電壓值Uw的幅值由選擇的參考電壓Ur的幅值來(lái)限定。在示例性實(shí)施例的背景下，充電電壓Uv和參考電壓Ur由欠壓檢測(cè)電路5的內(nèi)部電路來(lái)生成，為清晰起見并且由于這不是理解本發(fā)明所必需的，因此圖3中未示出。替換地，電阻器R1的第二端子也能夠電連接至第一電容器C1的第二端子(圖3中未示出)。由此能夠?qū)崿F(xiàn)欠壓檢測(cè)電路5的尤其簡(jiǎn)單的構(gòu)造。

相應(yīng)的限值監(jiān)測(cè)單元6能夠具有替代第一二極管D1或除第一二極管D1之外的第二電容器C2，其中第二電容器C2的第一端子電連接至電路節(jié)點(diǎn)7而第二電容器C2的第二端子電連接至被分配給相應(yīng)的欠壓檢測(cè)電路5的場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1或T2的漏極D。第二電容器C2使得功率半導(dǎo)體電壓U1或U2能夠電容過(guò)耦合至相應(yīng)的電路節(jié)點(diǎn)7。第二電容器C2的電容越大以及功率半導(dǎo)體電壓U1或U2的變化速度Vu越大，過(guò)耦合至相應(yīng)的電路節(jié)點(diǎn)7的功率半導(dǎo)體電壓U1或U2就越多，使得在限值監(jiān)測(cè)單元6的第一輸入與被分配給相應(yīng)的欠壓檢測(cè)電路5的場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1或T2的漏極D之間存在的電壓U3在較高的變化速度Vu下比低的變化速度Vu下變化更大。因此，可實(shí)現(xiàn)特定電壓值Uw關(guān)于恰好在第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2被導(dǎo)通之前發(fā)生的功率半導(dǎo)體電壓U2的變化的速度Vu的上述依賴關(guān)系，使得較之變化的低速度，在較高的功率半導(dǎo)體電壓U2的變化的速度Vu下，特定電壓值Uw的值更高。

圖4圖示了第二功率半導(dǎo)體電路4’并且特別圖示了欠壓檢測(cè)電路5的有利實(shí)施例，其中第一功率半導(dǎo)體電路4和第二功率半導(dǎo)體電路4’被完全一樣地實(shí)施。在這種情況下，與圖3相反，第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2被實(shí)施為p溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管。因此在圖4中第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2的源極和漏極端子相對(duì)于圖3或圖1互換。依據(jù)圖4的示例性實(shí)施例，包括特征的可能的有利實(shí)施例和可選實(shí)施例以及就其功能而言，除以下特征外以別的方式對(duì)應(yīng)于依據(jù)圖3的示例性實(shí)施例：在依據(jù)圖4的示例性實(shí)施例中，第一二極管D1的負(fù)極電連接至電路節(jié)點(diǎn)7，以及第一二極管D1的正極電連接至被分配給相應(yīng)的欠壓檢測(cè)電路5的場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1或T2的漏極D。

在本發(fā)明的情況下，存在于相應(yīng)限值監(jiān)測(cè)單元6的第一輸入和第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1或第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2的源極之間的電壓U3，在第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1或第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2為n溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(見圖3)的實(shí)施例的情況下，與相應(yīng)的功率半導(dǎo)體電路4或4’的第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1或第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2的源極相關(guān)，并且，在第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1或第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2為p溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(見圖4)的實(shí)施例的情況下，該電壓U3與相應(yīng)的功率半導(dǎo)體電路4或4’的限值監(jiān)測(cè)單元6的第一輸入相關(guān)。

圖2圖示了示意性電壓分布，以及從第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1被導(dǎo)通且第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2被截?cái)嘁约半娏鱅流過(guò)第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1的切換狀態(tài)出發(fā)，至第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1被截?cái)嗲业诙?chǎng)效應(yīng)晶體管T2被導(dǎo)通時(shí)發(fā)生的時(shí)刻。如果反過(guò)來(lái)，從第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2被導(dǎo)通且第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1被截?cái)嘁约半娏鱅流過(guò)第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2的切換狀態(tài)出發(fā)，至第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2被截?cái)嗲业谝粓?chǎng)效應(yīng)晶體管T1被導(dǎo)通，切換處理以相對(duì)應(yīng)的方式進(jìn)行，其中圖2中的功率半導(dǎo)體電壓U1和U2的附圖標(biāo)記應(yīng)當(dāng)互換，或者在概念上應(yīng)當(dāng)將涉及圖2的相關(guān)聯(lián)的描述中的第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1和第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2進(jìn)行互換，或者在概念上應(yīng)當(dāng)將涉及圖2的相關(guān)聯(lián)的描述中的第一功率半導(dǎo)體電路4和第二功率半導(dǎo)體電路4’進(jìn)行互換。

應(yīng)當(dāng)注意到，另外的第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管能夠與第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1并聯(lián)電連接，并且另外的第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管能夠與第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管T2并聯(lián)電連接。這樣，第一功率半導(dǎo)體電路4和第二功率半導(dǎo)體電路4’的電流承載能力也能夠由此增加。

此外，當(dāng)然應(yīng)當(dāng)注意到，本發(fā)明的不同示例性實(shí)施例的特征，在特征不相互排斥的情況下能夠任意相互結(jié)合。