本發(fā)明涉及用于防止饋線斷路器(feeder circuit-breaker)寄生導通(PARASITIC SWITCHING-ON)的電力電子裝置組件，以及涉及在適用如上所述的電力電子裝置組件的狀態(tài)下用于在驅動器供給電壓過低或者不存在驅動器供給電壓的情況下防止饋線斷路器寄生導通的方法。本發(fā)明的適用領域涉及與半導體通電的組件，這些組件具有用于對電源開關進行驅動的驅動電路，尤其具有還被稱作逆變器且用于驅動尤其以電動式驅動的制冷劑壓縮機用電動馬達的變換器。

背景技術：

例如，微控制器等的邏輯電路無法直接供給驅動具有被絕緣的控制端子電極(絕緣柵雙極型晶體管(IGBT))的雙極型晶體管(bipolar transistor)、晶體管、金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET，Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)等電源開關所需的電流及電壓。因此，在電力電子裝置組件中，一級或多級的驅動電路插入于邏輯電路與電源開關之間。一方面，上述驅動電路用于控制所需的電流及電壓，另一方面，在上述驅動電路的內(nèi)部實現(xiàn)保護及安全功能，這屬于現(xiàn)有技術?，F(xiàn)如今，驅動電路大多被集成電路(IC，integrated circuit)所代替。

在驅動集成電路領域經(jīng)常碰到的保護及安全功能為短路電路，即，使電源開關的控制輸入端(柵極、基極)及基準引腳(發(fā)射極、源極)發(fā)生短路的短路電路的“米勒鉗位(Miller-Clamp)”功能。此時，當電源開關不驅動時，上述電源開關的輸入端(柵極、基極)通過驅動器主動向遠低于上述電源開關的導通臨界值的電位移動。由此，最重要的一點在于，電源開關因寄生電容的充電而被意外導通。此時，當將絕緣柵雙極型晶體管用作電源開關時，寄生電容為在電源開關的輸入端(柵極)與集電極(collector)之間產(chǎn)生的寄生電容，當將金屬氧化物半導體場效應晶體管用作電源開關時，寄生電容為在電源開關的輸入端(柵極)與輸出端(漏極(drain))之間產(chǎn)生的寄生電容，尤其可涉及密勒電容(Miller-Capacitance)。

通過電源開關的寄生電容的導通隱患尤其發(fā)生在具有用于導通頻率高、高電流及高電壓的電源開關的組件?，F(xiàn)有技術通過集成在驅動集成電路內(nèi)的開關來實現(xiàn)米勒鉗位。通常，這種開關在集成電路內(nèi)體現(xiàn)為N溝道場效應晶體管(FET，field effect transistor)或者NPN晶體管。

開關的聯(lián)接，換句話說，米勒鉗位的活性化僅在向集成電路內(nèi)的晶體管供給正(﹢)電壓的情況下形成，其理由在于，為了使N溝道場效應晶體管或npn晶體管聯(lián)接而需要供給正電壓。若未向驅動集成電路供給用于運行集成電路的供給電壓或者向上述驅動集成電路所供給的上述供給電壓過低，則米勒鉗位的保護功能也不會起作用。例如，在開啟上部電源開關時，即每當開啟通過“自舉”電路向高側電源開關用驅動供給電力的逆變器時總會發(fā)生上述情況。在自舉的情況下，首先，在半橋電路(half-bridge)內(nèi)通過下部電源開關的聯(lián)接，即，通過低側開關的聯(lián)接來產(chǎn)生用于高側驅動器的驅動供給電壓，由此，使逆變器主動進行工作，但由于電壓不足(under voltage)，在驅動器的集成電路集成的保護功能尚未起到作用。在這種情況下，可導致電源端破損。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供如下的電力電子裝置組件：上述電力電子裝置組件包括邏輯電路、電源開關及驅動端，當尚未向上述驅動端本身傳遞供給電壓或者為了保護功能而向上述驅動端本身供給的電壓不足時，也防止電源開關的意外接通。

本發(fā)明的目的通過具有權利要求1中的特征的用于防止電源開關寄生導通的電力電子裝置組件來實現(xiàn)。優(yōu)選實施例記載于從屬權利要求。用于防止饋線斷路器寄生導通的電力電子裝置組件包括：邏輯電路；電源開關，具有作為電源開關的輸入端的控制端子及基準引腳；以及一級或多級的驅動電路，插入于上述邏輯電路與上述電源開關之間，用于對電源開關進行驅動。驅動電路具有驅動單元，以及優(yōu)選地具有短路電路形態(tài)的安全功能，當電源開關的輸入端不驅動時，上述安全功能利用電源開關的基準引腳來使上述輸入端發(fā)生短路，由此，輸入端中的電位下降到電源開關的導通臨界值以下。根據(jù)本發(fā)明，追加的接線裝置配置于驅動電路與電源開關之間，上述追加的接線裝置與在未施加用于驅動電路或根據(jù)情況來用于驅動電路的短路電路的供給電壓或者所供給的供給電壓過低的情況下使電源開關的輸入端因電源開關的基準引腳而短路或保證使電源開關的輸入端放電的安全電位相連接，以保證使在電源開關的輸入端產(chǎn)生的寄生充電電流放電。

根據(jù)本發(fā)明的概念，在未施加供給電壓或者所施加的供給電壓過低的情況下，通過在驅動端與電源開關之間形成的追加的接線，保證使在電源開關的輸入端產(chǎn)生的寄生充電電流放電。如上所述的情況可通過電源開關的基準引腳(發(fā)射極)使電源開關的輸入端(柵極)發(fā)生短路來實現(xiàn)。但是，還存在甚至提供負(－)供給電壓的更高電力等級的驅動電路。在此情況下，為了安全，可使電源開關的輸入端與負供給電壓相連接，從而使寄生充電電流放電。

優(yōu)選地，追加的接線裝置借助自導電追加開關構成，例如，可借助為了驅動而通過輸入充分的供給電壓來實現(xiàn)斷開的PNP-晶體管或P溝道場效應晶體管(P-channel Field-Effect Transistor)構成，或者可借助二極管與自舉電路的相互作用來構成。

本發(fā)明的一重要優(yōu)點在于，可通過米勒鉗位功能繼續(xù)使用可在市場上購買的驅動電路。但是，在臨界的驅動電位上也可以防止寄生導通。此時，電路成本及費用支出少。同樣也可通過追加接線來簡單、經(jīng)濟地完善以往的電源末端。

附圖說明

通過針對參照相關附圖的實施例的以下說明來表示本發(fā)明實施例的追加的細節(jié)、特征及優(yōu)點。

圖1為包括邏輯電路、驅動電路及電源開關的現(xiàn)有技術的電力電子裝置組件的簡圖。

圖2為示出由與米勒鉗位的驅動端驅動的現(xiàn)有技術的電源開關(IGBT)的驅動方式的簡圖。

圖3為示出產(chǎn)生寄生電容的現(xiàn)有技術的具有絕緣柵極電極(IGBT)的雙極型晶體管的簡圖。

圖4為示出在驅動電路的內(nèi)部形成基于N溝道場效應晶體管(FET)的米勒鉗位功能的現(xiàn)有技術的電力電子裝置組件的簡圖。

圖5為示出在驅動電路與電源開關之間設置有追加的接線部的電力電子裝置組件的簡圖。

圖6為通過自舉供給電力且參照具有追加的二極管的高側驅動電路來示出追加的接線狀態(tài)的一例的圖，在驅動器內(nèi)集成的短路電路(米勒鉗位)及驅動供給電壓低的情況下，上述追加的二極管用于對米勒鉗位功能進行圖像化。

附圖標記的說明

1：電力電子裝置組件

2：邏輯電路、微控制器、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、數(shù)字信號處理器(DSP)

3：電源端、電源開關、高側電源開關

4：驅動(driver)電路、驅動端、驅動器

5：用于對電源開關3進行驅動的驅動單元

5a：輸出端

6：控制晶體管的短路電路、米勒鉗位功能、米勒鉗位

6a：集成開關

7：電源開關的輸入端、柵極、控制端子

8：基準引腳、發(fā)射極、源極(Soure)

9：集電極、電源插座(outlet)、漏極

10：驅動供給電壓、(用于驅動的)供給電壓

11：追加的接線部、接線裝置

12：自舉電路

13：(自舉電路12的)二極管

14：(自舉電路12的)電容器

15：追加的接線部的二極管

16：針對低側電源開關的電聯(lián)接部

17：驅動基準電位

C_GC：寄生電容、米勒電容

C_GE：寄生電容

C_CE：寄生電容

VCC：正(+)供給電壓(相對于驅動基準電位，電壓為正(+)的驅動集成電路的供給電壓)

具體實施方式

圖1為示出借助邏輯電路2，例如，借助微控制器2、現(xiàn)場可編程門陣列2(FPGA，field programmable gate array)或數(shù)字信號處理器2(DSP，digital signal processor)，通過驅動端4驅動電源端3的電力電子裝置組件1的簡圖。微控制器等的邏輯電路無法直接供給驅動雙極型晶體管等的電源開關所需的電流及電壓，上述雙極型晶體管具有被絕緣的控制端子電極或金屬氧化物半導體場效應晶體管。因此，在電力電子裝置組件中，一級或多級的驅動電路4插入于邏輯電路2與電源開關3之間，通常，這種情況屬現(xiàn)有技術的公知技術，圖1簡要示出了上述內(nèi)容。圖2為電力電子裝置組件1的驅動電路4的詳圖。一方面，驅動電路用于控制通過驅動單元5開閉電源開關3所需的電流及電壓，另一方面，在上述驅動電路的內(nèi)部實現(xiàn)保護及安全功能，這屬于現(xiàn)有技術。驅動電路4大多被集成電路所代替。與上述現(xiàn)有技術相應地，圖2簡要示出通過具有短路電路6的驅動端4來驅動電源端3的方式，上述短路電路6是指在驅動集成電路領域經(jīng)常碰到的起到保護及安全功能的米勒鉗位6。此時，在電源開關3不驅動的情況下，通過驅動器4使電源開關3的輸入端7主動向遠低于電源開關3的導通臨界值的電位移動，上述電源開關3的輸入端7也可被稱為控制端子7或柵極7。借助電源開關3的基準引腳8(在絕緣柵雙極型晶體管的情況下為發(fā)射極8，或者在金屬氧化物半導體場效應晶體管的情況下為源極8)使電源開關3的輸入端7發(fā)生短路來實現(xiàn)如上所述的過程。由此，最重要的一點在于，防止電源開關3因寄生電容，尤其因被所謂的密勒電容所充電而意外導通的情況。在將具有被絕緣的控制端子電極的雙極型晶體管用作電源開關3的情況下，密勒電容為在電源開關3的輸入端7與電源開關3的集電極9之間產(chǎn)生的寄生電容，上述電源開關3的輸入端7也稱作柵極7。在將金屬氧化物半導體場效應晶體管用作電源開關3的情況下，米勒電容為在電源開關的輸入端(柵極7)與電源開關3的輸出端9(漏極9)之間產(chǎn)生的寄生電容。

圖3示出具有被絕緣的控制端子電極的雙極型晶體管形態(tài)的電源開關3，上述被絕緣的控制端子電極具有作為控制端子7或電源開關3的輸入端7的柵極7、集電極9以及電源開關3的基準引腳8，即，發(fā)射極8。本附圖中簡要示出所產(chǎn)生的寄生電容C_GC、C_GE及C_CE。如上所述，密勒電容C_GC為在電源開關3的柵極7與集電極9之間產(chǎn)生的電容。在電源開關3的柵極7與發(fā)射極8之間以電容C_GE的形狀產(chǎn)生追加的寄生電容，而在集電極9與發(fā)射極8之間以電容C_CE的形狀生成上述追加的寄生電容。

圖4簡要示出在邏輯電路2與電源開關3之間設置有驅動電路4的基于現(xiàn)有技術的組件1，在上述組件的內(nèi)部中，通過在驅動器4的集成電路內(nèi)集成的開關6a來實現(xiàn)米勒鉗位6。此時，如圖4簡要示出，通常在集成電路中以N溝道場效應晶體管實現(xiàn)上述開關6a或者以NPN-晶體管實現(xiàn)上述開關6a。只有在向集成電路中的開關6a或晶體管6a供給正(+)電壓的情況下才能實現(xiàn)開關6a的聯(lián)接，也就是激活米勒鉗位6。若未向驅動集成電路供給用于運行的驅動供給電壓10或者向上述驅動集成電路所供給的上述驅動供給電壓10過低，則米勒鉗位6的保護功能也無法被激活，電源開關3的輸入端7及基準引腳8也無法發(fā)生短路。

圖5示出具有幾種不同之處的與圖4相應的電力電子裝置組件1，上述組件在驅動電路4與電源開關3之間具有追加的接線部11。在未向驅動器4施加供給電壓10或者向上述驅動器4所施加的供給電壓10過低的情況下，通過在驅動電路4與電源開關3之間形成的追加的接線，來保證電源開關3的輸入端7(柵極7)通過電源開關3的基準引腳8(發(fā)射極8)而發(fā)生短路。

圖6舉例示出具有高側驅動電路4的電力電子裝置組件1的一截面，上述高側驅動電路4具有驅動單元5，上述驅動單元5具有用于高側電源開關3的輸出端5a，電力電子裝置組件1通過自舉電路12提供驅動供給電壓10。在電路的一部分所發(fā)生的電位變動還對其他部分產(chǎn)生效力的電子電路被稱為自舉電路。在此情況下，當電流較少時，利用多個電容器僅以降低的趨勢改變自身電壓的效果。這些電容器將一側的電位變動一同移動至另一側。自舉電路12包括二極管13及電容器14。除了用于電源開關3的驅動單元5以外，驅動電路4還包括米勒鉗位6，在電源開關3的輸入端7不驅動的情況下，上述米勒鉗位6利用電源開關3的基準引腳8(發(fā)射極8)來使輸入端7發(fā)生短路，上述米勒鉗位6為具有集成開關6a的短路電路6。在所示的實施例中，形成于驅動電路4與電源開關3之間的追加的接線部11包括追加的二極管15，在驅動供給電壓10較低的情況下，上述追加的二極管15用于對米勒鉗位功能6進行圖像化。

當啟動組件1時，如同向電容器14輸入的情況，正驅動供給電壓VCC為0V，驅動器4的米勒鉗位功能6不起作用。雖然未在圖6中示出，但是，通過聯(lián)接形成電聯(lián)接部16的低側電源開關，使驅動基準電位17相對于供給電壓VCC發(fā)生變動，并對電容器14進行充電。例如，通過追加的二極管15來使充電電流在電源開關3的柵極7發(fā)生放電，從而防止基于密勒電容C_GC的寄生導通。當驅動器4處于自身的最低供給電壓狀態(tài)，換句話說，當電容器14以所需的最小供給電壓VCC的程度被充電時，因驅動器4而形成米勒鉗位功能6，此時，二極管15向斷開方向移動，由此保持不被激活的狀態(tài)。若正電壓VCC在電容器14上連續(xù)工作的過程中再次降至驅動器4的最小供給電壓以下，則二極管15將再次起到米勒鉗位功能。上述情況的前提條件如下，即，電容器14中的電壓(+)、自舉電路12的二極管13上的正向偏壓(forward bias)處于電源開關3的最小導通臨界值以下。在近來以具有二極管13及電源開關3的方式設計驅動電路4的情況下，可容易實現(xiàn)如上所述的前提條件。