專利名稱：半導(dǎo)體切換系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里描述的實(shí)施例一般地涉及電氣設(shè)備。
背景技術(shù)：
作為其中續(xù)流二極管反并聯(lián)地連接到主電路的切換元件的傳統(tǒng)功率轉(zhuǎn)換電路的一個(gè)示例，已知一種功率轉(zhuǎn)換電路，其中通過(guò)串聯(lián)連接分別由電壓驅(qū)動(dòng)切換元件和反并聯(lián)二極管形成的輔助元件和主元件來(lái)配置與橋電路的一個(gè)臂相對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體開關(guān)。進(jìn)而，將具有與主元件的耐受電壓等效的耐受電壓的高速續(xù)流二極管反并聯(lián)地連接到主元件和輔助元件的串聯(lián)連接。在上述這樣的功率轉(zhuǎn)換電路中，如果由于諸如負(fù)載電流變得太高或者設(shè)備溫度增加到指定值或者更多等原因而使設(shè)備異常停止，則橋電路的上下臂的相應(yīng)主元件供應(yīng)有關(guān)斷信號(hào)并且進(jìn)入到柵極關(guān)斷狀態(tài)。此時(shí)，輔助元件也與主元件同步地連續(xù)供應(yīng)有關(guān)斷信號(hào)。 這使得難于向相應(yīng)臂的輔助元件饋送電流。因而，主電流繼續(xù)流經(jīng)高速續(xù)流二極管。與正常操作相比較，在柵極關(guān)斷狀態(tài)下流動(dòng)的電流示出其平均值的急劇增加，其中在正常操作中，在單相等效橋電路中電流僅在一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)的關(guān)斷時(shí)間和另一半導(dǎo)體開關(guān)的接通時(shí)間之間的時(shí)間間隔期間(即在死時(shí)間間隔期間)流動(dòng)。這伴隨有損失(即在高速續(xù)流二極管中生成的熱量)的顯著增加。因此，引起如下問(wèn)題高速續(xù)流二極管要求更加嚴(yán)格的冷卻設(shè)計(jì)。盡管近年來(lái)SiC 二極管作為高速二極管的一個(gè)示例正在得到關(guān)注，但是SiC 二極管保持昂貴。因此，需要能夠以相對(duì)低價(jià)格實(shí)現(xiàn)的低耐受電壓、低容量SiC二極管以及包括其的電路實(shí)施方式。


圖1是示出第一實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)的電路圖；圖2是示出第二實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)的電路圖；圖3是示出第三實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)的電路圖；圖4是示出第四實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備的電路圖；圖5是示出第五實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備的電路圖；圖6是示出第六實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備的電路圖；圖7是示出第七實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備的電路圖；圖8是示出第八實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備的電路圖；圖9是示出第九實(shí)施例的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備的電路圖；圖10是示出第十實(shí)施例的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備的電路圖；圖11示出顯示了第十一實(shí)施例的功率轉(zhuǎn)換電路元件的平面圖和透視圖；圖12A是示出在第一實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)中主元件關(guān)斷并且輔助元件接通時(shí)電流的流動(dòng)的電路圖，并且圖12B是示出在主元件和輔助元件全部關(guān)斷時(shí)電流的流動(dòng)的電路圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種半導(dǎo)體開關(guān)包括主元件，所述主元件包括切換元件和反并聯(lián)二極管。切換元件具有高的耐受電壓并且設(shè)置有一個(gè)控制端子和兩個(gè)主端子。半導(dǎo)體開關(guān)還包括輔助元件，所述輔助元件具有比所述主元件的耐受電壓低的耐受電壓。輔助元件設(shè)置有一個(gè)控制端子和兩個(gè)主端子。半導(dǎo)體開關(guān)還包括具有與主元件的耐受電壓等效的耐受電壓的續(xù)流二極管。主元件的負(fù)電極連接到輔助元件的負(fù)電極，以使得主元件的正電極用作正端子并且輔助元件的正電極用作負(fù)端子。進(jìn)而，續(xù)流二極管并聯(lián)連接在正端子和負(fù)端子之間，以使得從負(fù)端子朝向正端子的方向變?yōu)榍跋蚍较颉０雽?dǎo)體開關(guān)還包括用于彼此獨(dú)立的主元件和輔助元件的開-關(guān)控制的端子?，F(xiàn)在將參照附圖描述某些實(shí)施例。在本公開中，將使用相同或者類似的附圖標(biāo)記描述相同或者類似的電路部件。第一實(shí)施例圖1示出了在第一實(shí)施例的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備中一個(gè)橋電路的上臂的半導(dǎo)體開關(guān)6a。 由于下臂的半導(dǎo)體開關(guān)6b與半導(dǎo)體開關(guān)6a具有相同的電路配置，因此這里僅描述上臂的半導(dǎo)體開關(guān)6a。除非需要將上下臂的半導(dǎo)體開關(guān)6a和6b彼此區(qū)分開，將使用通用術(shù)語(yǔ)“半導(dǎo)體開關(guān)6”。當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)6包括主元件3和輔助元件5，其中所述主元件3由具有高耐受電壓的電壓驅(qū)動(dòng)切換元件Ia和具有高耐受電壓的反并聯(lián)二極管加形成，所述輔助元件5由其耐受電壓分別低于主元件3的耐受電壓的電壓驅(qū)動(dòng)切換元件Ib和反并聯(lián)二極管2b形成。主元件3和輔助元件5的負(fù)電極彼此連接。主元件3的正電極連接到正端子 7，而輔助元件5的正端子連接到負(fù)端子8。高速續(xù)流二極管4反并聯(lián)地連接到主元件3和輔助元件5的串聯(lián)連接。在當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)6中，單獨(dú)設(shè)置主元件3的控制端子 11和輔助元件5的控制端子12，以使得能夠單獨(dú)控制主元件3和輔助元件5。在圖1中，附圖標(biāo)記9表示主元件負(fù)端子，附圖標(biāo)記10表示輔助元件負(fù)端子。半導(dǎo)體開關(guān)6如圖12A和圖12B所示操作。在主電流沿著前向方向流動(dòng)時(shí)，即從正端子7朝向負(fù)端子8流動(dòng)時(shí)，向輔助元件5和主元件3輸入接通信號(hào)。這意味著電流流經(jīng)主元件3的電壓驅(qū)動(dòng)切換元件Ia和輔助元件5的電壓驅(qū)動(dòng)切換元件。即使在主電流沿后向方向流動(dòng)時(shí)，即從負(fù)端子8朝向正端子7流動(dòng)時(shí)，向輔助元件5輸入接通信號(hào)。這意味著來(lái)自負(fù)端子8的主電流經(jīng)過(guò)輔助元件5的電壓驅(qū)動(dòng)切換元件Ib以及主元件3的反并聯(lián)二極管加朝向正端子7流動(dòng)(參見圖12A中的電流31a)。如果主元件3在此時(shí)關(guān)斷，則輔助元件5也與其同步地關(guān)斷。電流未經(jīng)過(guò)輔助元件5的電壓驅(qū)動(dòng)切換元件lb，最終朝向高速續(xù)流二極管4換向(參見圖12B中的電流31b)。利用該配置，在由上臂的半導(dǎo)體開關(guān)6a 和下臂的半導(dǎo)體開關(guān)6b形成的單相等效橋電路中，即使一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)6a接通，主電流也朝向另一半導(dǎo)體開關(guān)6b (保持在關(guān)斷狀態(tài))中的高速續(xù)流二極管4換向。這防止反向恢復(fù)電流朝向反并聯(lián)二極管加流動(dòng)，從而有效地抑制反向恢復(fù)現(xiàn)象。在正常操作期間，僅在一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)6a的關(guān)斷時(shí)間和另一半導(dǎo)體開關(guān)6b的接通時(shí)間之間的時(shí)間間隔期間，即在單相等效橋電路中的死時(shí)間間隔期間，電流朝向高速續(xù)流二極管4流動(dòng)。因此，平均前向電流變得小于流經(jīng)反并聯(lián)二極管加的電流。在典型的二極管中，隨著電流在其中流動(dòng)，發(fā)生與電流值相對(duì)應(yīng)的壓降(接通電壓)，這導(dǎo)致電壓損失。由于接通電壓與流動(dòng)的電流成比例增加，因此損失隨著流動(dòng)的電流變得更大而增加。在正常操作中，因此，高速續(xù)流二極管 4的平均前向電流變得比主元件3的反并聯(lián)二極管加的小。這意味著，損失(即生成的熱的量)變得比在主元件3的反并聯(lián)二極管加中生成的小。在設(shè)備由于諸如負(fù)載電流變得太高或者設(shè)備溫度增加到指定值或者更大的原因而異常停止時(shí)，如果將關(guān)斷信號(hào)同時(shí)輸入到位于上下臂的半導(dǎo)體開關(guān)6a和6b中的全部切換元件Ia和lb，則該設(shè)備進(jìn)入柵極關(guān)斷狀態(tài)。如果繼續(xù)向主元件3的切換元件Ia和輔助元件5的切換元件Ib輸入關(guān)斷信號(hào)，則電流不會(huì)流經(jīng)輔助元件5。為此，主電流繼續(xù)朝向高速續(xù)流二極管4流動(dòng)。結(jié)果，與其中電流僅在死時(shí)間間隔期間流動(dòng)的正常操作相比較，平均電流值明顯增加。這伴隨著損失(即在高速續(xù)流二極管4中生成的熱的量)的明顯增加。另一方面，當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)6設(shè)置有用于分別向主元件3的切換元件Ia 和輔助元件5的切換元件Ib供應(yīng)柵極信號(hào)的控制端子11和12。因此，如果發(fā)生柵極關(guān)斷狀態(tài)，則下面描述的實(shí)施例的半導(dǎo)體控制設(shè)備18的電路配置可以執(zhí)行如下控制其中通過(guò)向主元件3的切換元件Ia施加關(guān)斷信號(hào)同時(shí)向輔助元件5的切換元件Ib施加接通信號(hào)而將輔助元件5的切換元件Ib保持在接通狀態(tài)。通過(guò)執(zhí)行這樣的控制，從負(fù)端子8朝向正端子7流動(dòng)的主電流向上經(jīng)過(guò)維持在接通狀態(tài)的輔助元件5的切換元件Ib并且然后沿前向方向流經(jīng)主元件3的反并聯(lián)二極管2a。這防止了在柵極關(guān)斷狀態(tài)下由SiC 二極管形成的具有相對(duì)低的耐受電壓和低容量的高速續(xù)流二極管4在長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)被供應(yīng)有高電流，這有助于保護(hù)高速續(xù)流二極管4。利用這樣的特征，能夠?qū)崿F(xiàn)高速續(xù)流二極管4的更簡(jiǎn)單的冷卻設(shè)計(jì)。第二實(shí)施例圖2示出了第二實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)6A。當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)6A與圖1所示的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)6的區(qū)別在于，主元件3和輔助元件5的位置彼此互換。半導(dǎo)體開關(guān)6A的操作原理保持與第一實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)6的相同。第三實(shí)施例圖3示出了第三實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)6B。當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)6B具有如下配置其中高速續(xù)流二極管4和輔助元件5串聯(lián)連接而主元件3并聯(lián)連接到高速續(xù)流二極管4和輔助元件5的串聯(lián)連接。由于輔助元件5和高速續(xù)流二極管4串聯(lián)連接在當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)6B中， 因此能夠在輔助元件5處于接通狀態(tài)時(shí)將電流饋送到高速續(xù)流二極管4。通過(guò)使輔助元件 5進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)來(lái)中斷高速續(xù)流二極管4的電流流動(dòng)路線。在當(dāng)前實(shí)施例中，單獨(dú)提供主元件3的控制端子11和輔助元件5的控制端子12，這使得能夠單獨(dú)控制主元件3和輔助元件 5。在當(dāng)前實(shí)施例中，然而，通過(guò)關(guān)斷主元件3并且接通輔助元件5而使電流在死時(shí)間間隔期間流經(jīng)高速續(xù)流二極管4。在柵極關(guān)斷狀態(tài)下，主元件3和輔助元件5同時(shí)關(guān)斷以將主電流饋送到主元件3的反并聯(lián)二極管加。這使得能夠保護(hù)高速續(xù)流二極管4。第四實(shí)施例圖4示出了第四實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備。當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備18用于控制第一到第三實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)6、6A和6B中的任意一個(gè)。在當(dāng)前實(shí)施例中，將描述如下示例情況其中半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備18控制圖1所示的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)6。半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備18包括用于單獨(dú)生成分別由電壓放大器電路1 和14b放大和輸出的主元件控制信號(hào)16和輔助元件控制信號(hào)17的柵極信號(hào)生成器電路50。與主元件3相對(duì)應(yīng)的電壓放大器電路14a的輸出經(jīng)過(guò)電阻器13a耦合到主元件控制端子11。與主元件3相對(duì)應(yīng)的電壓放大器電路電源15a的負(fù)電極連接到主元件負(fù)端子9。另一方面，與輔助元件5相對(duì)應(yīng)的電壓放大器電路14b的輸出經(jīng)過(guò)電阻器1 耦合到輔助元件控制端子 12。與輔助元件5相對(duì)應(yīng)的電壓放大器電路電源15b的負(fù)電極連接到輔助元件負(fù)端子10。在當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備18中，彼此獨(dú)立地生成主元件控制信號(hào)16 和輔助元件控制信號(hào)17。這使得能夠控制輔助元件5，以使得即使在主元件3由于異常停止而維持在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)主電流也不會(huì)繼續(xù)朝向高速續(xù)流二極管4流動(dòng)。換句話說(shuō)，如果發(fā)生柵極關(guān)斷狀態(tài)，則半導(dǎo)體控制設(shè)備18可以執(zhí)行如下控制其中通過(guò)向主元件3的切換元件Ia的控制端子11施加關(guān)斷信號(hào)同時(shí)向輔助元件5的切換元件Ib的控制端子12施加接通信號(hào)而將輔助元件5的切換元件Ib維持在接通狀態(tài)。通過(guò)執(zhí)行這樣的控制，從負(fù)端子8 朝向正端子7流動(dòng)的主電流向上經(jīng)過(guò)維持在接通狀態(tài)的輔助元件5的切換元件Ib并且然后沿前向方向流經(jīng)主元件3的反并聯(lián)二極管2a。這防止了處于柵極關(guān)斷狀態(tài)的由SiC 二極管形成的具有相對(duì)低的耐受電壓和低容量的高速續(xù)流二極管4在長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)被供應(yīng)有高電流，這有助于保護(hù)高速續(xù)流二極管4。利用這樣的特征，能夠?qū)崿F(xiàn)高速續(xù)流二極管4的更加簡(jiǎn)單的冷卻設(shè)計(jì)。盡管圖4所示的當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)6與圖1所示的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)具有相同的配置，但是可以代替其而使用圖2所示的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)6A。在這種情況下可以按照上面闡述的相同方式執(zhí)行控制。作為進(jìn)一步的替代，可以采用圖3所示的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)6B代替圖1所示的半導(dǎo)體開關(guān)6。在這種情況下，可以按照這樣的方式執(zhí)行控制以使得，在柵極關(guān)斷狀態(tài)下，主元件3和輔助元件5按照與上述相反的方式同時(shí)關(guān)斷，從而主電流能夠從負(fù)端子8經(jīng)過(guò)反并聯(lián)二極管加朝向正端子7流動(dòng)。第五實(shí)施例圖5示出了第五實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備。除了第四實(shí)施例的控制設(shè)備18 的配置，當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備18還包括邏輯電路19a和19b以及強(qiáng)制關(guān)斷信號(hào)生成器電路20。在正常狀態(tài)下，當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備18A允許柵極信號(hào)生成器電路 50向邏輯電路19a和19b輸出公共控制信號(hào)21。在正常狀態(tài)下不從強(qiáng)制關(guān)斷信號(hào)生成器電路20輸入強(qiáng)制關(guān)斷信號(hào)時(shí)，邏輯電路19a和19b用于向主元件控制信號(hào)16和輔助元件控制信號(hào)17輸出公共控制信號(hào)21。另一方面，如果由電流檢測(cè)器CT檢測(cè)的負(fù)載電流變?yōu)檫^(guò)度大并且如果存在其中設(shè)備的溫度超出指定值的異常條件，則強(qiáng)制關(guān)斷信號(hào)生成器電路 20輸出強(qiáng)制關(guān)斷信號(hào)22以使邏輯電路19a能夠關(guān)斷主元件3。同時(shí)，邏輯電路19b向主元件5施加接通信號(hào)，以使得主電流能夠從負(fù)端子8經(jīng)過(guò)輔助元件5和主元件3的反并聯(lián)二極管加流動(dòng)到正端子7。在當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備18A中，上述功能確保了在設(shè)備被異常停止時(shí)沒(méi)有電流朝向高速續(xù)流二極管4流動(dòng)。這使得能夠降低高速續(xù)流二極管4的電流共享。在當(dāng)前實(shí)施例中，這防止了在柵極關(guān)斷狀態(tài)下由SiC 二極管形成的具有相對(duì)低耐
7受電壓和低容量的高速續(xù)流二極管4在長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)被供應(yīng)有高電流，這有助于保護(hù)高速續(xù)流二極管4。利用這樣的特征，能夠?qū)崿F(xiàn)高速續(xù)流二極管4的更簡(jiǎn)單的冷卻設(shè)計(jì)。盡管圖5所示的當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)6與如圖1所示的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)具有相同的配置，但是可以采用圖2所示的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)6A代替。在這種情況下可以按照與上面闡述的相同方式執(zhí)行控制。作為進(jìn)一步的替代，可以采用圖3所示的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)6B代替圖1所示的半導(dǎo)體開關(guān)6。在這種情況下可以按照這樣的方式執(zhí)行控制，以使得，在柵極關(guān)斷狀態(tài)下，主元件3和輔助元件5同時(shí)關(guān)斷，從而主電流能夠從負(fù)端子8經(jīng)過(guò)反并聯(lián)二極管加朝向正端子7流動(dòng)。在當(dāng)前實(shí)施例中，如果負(fù)載電流異常增加，則會(huì)在負(fù)載輸出中發(fā)現(xiàn)急劇的溫度升高。鑒于此，可以安裝溫度傳感器來(lái)代替電流檢測(cè)器CT，以使得強(qiáng)制關(guān)斷信號(hào)生成器電路 20能夠以溫度檢測(cè)信號(hào)為基礎(chǔ)輸出強(qiáng)制關(guān)斷信號(hào)22。第六實(shí)施例圖6示出了第六實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備。除了第四實(shí)施例的控制設(shè)備18的配置，當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備18B包括安裝在輔助元件控制側(cè)的邏輯電路19。 將由柵極信號(hào)生成器電路50生成的柵極控制信號(hào)21直接施加到主元件電壓放大器14a。 同時(shí)，通過(guò)允許柵極控制信號(hào)21經(jīng)過(guò)邏輯電路19來(lái)生成輔助元件控制信號(hào)17。將輔助元件控制信號(hào)17施加到輔助元件電壓放大器14b。在當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備18B中，將耦合到主元件控制信號(hào)16的柵極控制信號(hào)21輸入到邏輯電路19。一些實(shí)施例中的邏輯電路19僅在從主元件控制信號(hào)16 變?yōu)殛P(guān)斷輸出的時(shí)刻計(jì)數(shù)的等效于死時(shí)間間隔(在單相等效橋電路中一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)6a 的關(guān)斷時(shí)間和另一半導(dǎo)體開關(guān)6b的接通時(shí)間之間的時(shí)間間隔)的間隔期間向高速續(xù)流二極管4饋送電流，從而輸出輔助元件控制信號(hào)17。在除了上述間隔之外的時(shí)間段中，輔助元件5維持在接通狀態(tài)。在當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備18B中，因此，能夠在除了等效于死時(shí)間間隔的上述間隔之外的時(shí)間段中向主元件3的反并聯(lián)二極管加饋送電流。這使得能夠降低高速續(xù)流二極管4的電流共享。與第四實(shí)施例類似，這防止了在柵極關(guān)斷狀態(tài)下由SiC 二極管形成的具有相對(duì)低耐受電壓和低容量的高速續(xù)流二極管4在長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)被供應(yīng)有高電流，這有助于保護(hù)高速續(xù)流二極管4。利用這樣的特征，能夠?qū)崿F(xiàn)高速續(xù)流二極管4的更簡(jiǎn)單的冷卻設(shè)計(jì)。盡管圖6所示的當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)6與如圖1所示的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)具有相同的配置，但是可以采用圖2所示的半導(dǎo)體開關(guān)6A代替。在這種情況下可以按照與上面闡述的相同方式執(zhí)行控制。作為進(jìn)一步替代，可以采用圖3所示的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)6B代替圖1所示的半導(dǎo)體開關(guān)6。在這種情況下可以按照這樣的方式執(zhí)行控制以使得，在柵極關(guān)斷狀態(tài)下，主元件3和輔助元件5同時(shí)關(guān)斷，從而主電流能夠從負(fù)端子 8經(jīng)過(guò)反并聯(lián)二極管加朝向正端子7流動(dòng)。第七實(shí)施例圖7示出了第七實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備。當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備18C與第四實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備18的區(qū)別在于柵極信號(hào)生成器電路50單獨(dú)輸出柵極控制信號(hào)16和17。邏輯電路19A以這樣的方式涉及輔助元件的控制，從而將邏輯電路19A的輸出用作輔助元件控制信號(hào)17’。進(jìn)而，設(shè)置用于檢測(cè)高速續(xù)流二極管4的溫度的溫度檢測(cè)器31，以向邏輯電路19A輸入溫度檢測(cè)信號(hào)。在當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備18C中，在正常操作時(shí)間期間柵極信號(hào)生成器電路50的柵極控制信號(hào)16和17作為主元件控制信號(hào)16和輔助元件控制信號(hào)17’直接輸入到半導(dǎo)體開關(guān)6的控制端子11和12。在柵極關(guān)斷狀態(tài)下，半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備18C按照在第四實(shí)施例中闡述的相同方式操作。如果高速續(xù)流二極管4的溫度增加并且如果由溫度檢測(cè)器31檢測(cè)的溫度值超出指定溫度值，則邏輯電路19A輸出輔助元件控制信號(hào)17’以保持電流朝向高速續(xù)流二極管4 流動(dòng)。換句話說(shuō)，邏輯電路19A輸出輔助元件控制信號(hào)17’，輔助元件5通過(guò)該輔助元件控制信號(hào)17’進(jìn)入接通狀態(tài)。利用這樣的特征，除了由第四實(shí)施例提供的有利效果，當(dāng)前實(shí)施例提供即使在高速續(xù)流二極管4的溫度由于某些原因異常增加時(shí)也防止高速續(xù)流二極管4 過(guò)熱，同時(shí)保護(hù)處于柵極關(guān)斷狀態(tài)下的高速續(xù)流二極管4。第八實(shí)施例圖8示出了第八實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備。配置當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備18D以提供用于檢測(cè)流經(jīng)高速續(xù)流二極管4的電流的電壓的電壓檢測(cè)器32以及用于檢測(cè)電流的電流檢測(cè)器33，代替圖7所示的第七實(shí)施例的溫度檢測(cè)器31，由此將電壓檢測(cè)器32和電流檢測(cè)器33的檢測(cè)信號(hào)輸入到邏輯電路19B。在當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備18D中，可以按照與第四實(shí)施例中闡述的相同方式執(zhí)行主元件3和輔助元件5在正常時(shí)間期間以及在柵極關(guān)斷時(shí)間期間的開/關(guān)控制。此外，半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備18D執(zhí)行下面的保護(hù)操作。如果高速續(xù)流二極管4在采用第一實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)6或者第二實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)6A的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備1中遭受開路故障，則如果輔助元件5處于關(guān)斷狀態(tài)，則續(xù)流模式(或者整流模式)中的電流流動(dòng)路線消失。因而，在當(dāng)前實(shí)施例中，分別由電壓檢測(cè)器 32和電流檢測(cè)器33檢測(cè)高速續(xù)流二極管4的電壓和電流。以所檢測(cè)的電壓和電流值為基礎(chǔ)，邏輯電路19B確定在高速續(xù)流二極管4中是否發(fā)生了開路故障。在確定發(fā)生了開路故障時(shí)，輔助元件5維持在接通狀態(tài)從而確保電流流動(dòng)路線。邏輯電路19B如下確定是否發(fā)生開路故障。由于二極管的特性，在正常操作中，在向二極管施加前向電壓時(shí)允許電流流動(dòng)。另一方面，在發(fā)生開路故障時(shí)，即使向二極管施加前向電流也沒(méi)有電流流動(dòng)。因而，在當(dāng)前實(shí)施例中，以電壓檢測(cè)器32和電流檢測(cè)器33的檢測(cè)信號(hào)為基礎(chǔ)檢測(cè)前向電壓。如果電流值變?yōu)榱悖瑒t確定高速續(xù)流二極管4經(jīng)歷了開路故障。在當(dāng)前實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備18D中，使用由電壓檢測(cè)器32和電流檢測(cè)器 33檢測(cè)的電壓值和電流值確定高速續(xù)流二極管4中的開路故障的發(fā)生。如果確定發(fā)生了開路故障，則將輔助元件5維持在接通狀態(tài)，從而確保電流流動(dòng)路線。第九實(shí)施例圖9示出了第九實(shí)施例的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備。當(dāng)前實(shí)施例的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備包括通過(guò)串聯(lián)連接第二或者第三實(shí)施例的兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)6A或者6B分別形成的一相或者多相橋電路 24。在功率轉(zhuǎn)換設(shè)備中，設(shè)計(jì)用于半導(dǎo)體開關(guān)6Aa(連接到正端子直流母線27)的主元件3a 的電壓放大器電路14a的電源以及用于半導(dǎo)體開關(guān)6Ab(連接到負(fù)端子直流母線觀)的輔助元件恥的電壓放大器電路14b的電源以共享單個(gè)電源15。在使用第二實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)6A的情況下，可以通過(guò)串聯(lián)連接上下半導(dǎo)體開關(guān)6Aa和6Ab形成橋電路24。在使用第三實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)6B的情況下，可以通過(guò)串聯(lián)連接上下半導(dǎo)體開關(guān)6Ba和6 形成橋電路24。附圖標(biāo)記7a表示上正端子，而附圖標(biāo)記 7b表示下正端子。附圖標(biāo)記8a表示上負(fù)端子，而附圖標(biāo)記8b表示下負(fù)端子。附圖標(biāo)記25 表示主電源。出于簡(jiǎn)化說(shuō)明目的，圖9僅示出了關(guān)于橋電路M的上臂的半導(dǎo)體開關(guān)6Aa的主元件3a，而省去了對(duì)輔助元件fe的描繪。關(guān)于橋電路M的下臂的半導(dǎo)體開關(guān)6Ab，圖9僅示出了輔助元件恥，而省去了對(duì)主元件北的描繪。在當(dāng)前實(shí)施例的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備中，按照與第四到第六實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備的相同方式執(zhí)行正常柵極控制操作以及柵極關(guān)斷狀態(tài)下的操作，從而提供與在第四到第六實(shí)施例中提供的相同效果。在當(dāng)前實(shí)施例的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備中，通過(guò)關(guān)于主元件3和輔助元件5的控制信號(hào)16和17而共同使用電壓放大器電路電源15，能夠簡(jiǎn)化電路。第十實(shí)施例圖10示出了第十實(shí)施例的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備。當(dāng)前實(shí)施例的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備包括通過(guò)串聯(lián)連接第二或者第三實(shí)施例的兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)6A或者6B而分別形成的兩相或者更多相橋電路2 和Mb。在功率轉(zhuǎn)換設(shè)備中，電源1 公用于分別連接到正端子直流母線27的半導(dǎo)體開關(guān)6Aa和6Ac的輔助元件fe和5c的電壓放大器電路。而且，電源15b公用于分別連接到負(fù)端子直流母線28的半導(dǎo)體開關(guān)6Ab和6Ad的主元件北和3d的電壓放大器電路。在使用第二實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)6A的情況下，將通過(guò)串聯(lián)連接上下半導(dǎo)體開關(guān) 6Aa和6Ab形成的第一橋電路M表示為橋電路Ma，而將通過(guò)串聯(lián)連接上下半導(dǎo)體開關(guān)6Ac 和6Ad形成的另一橋電路M表示為橋電路Mb?；蛘撸谑褂玫谌龑?shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)6B 的情況下，并聯(lián)連接均通過(guò)串聯(lián)連接上下半導(dǎo)體開關(guān)6Ba和6 形成的兩相橋電路M，以提供橋電路2 和Mb。在半導(dǎo)體開關(guān)6Aa、6Ab、6Ac和6Ad中，將主元件3分別表示為主元件3a、3b、3c和3d。而且，將輔助元件5分別表示為主元件fe、5b、5c和5d。將用于控制半導(dǎo)體開關(guān)6Aa和6Ac的控制設(shè)備分別表示為控制設(shè)備18a和18b。將用于控制半導(dǎo)體開關(guān) 6Ab和6Ad的控制設(shè)備分別表示為控制設(shè)備18c和18d。附圖標(biāo)記26a和26b表示輸出端子。出于簡(jiǎn)化說(shuō)明目的，圖10僅示出了關(guān)于左側(cè)第一相橋電路2 的上臂的半導(dǎo)體開關(guān)6Aa的輔助元件fe同時(shí)省去了對(duì)主元件3a的描繪。關(guān)于下臂的半導(dǎo)體開關(guān)6Ab，圖10 僅示出了主元件北同時(shí)省去了對(duì)輔助元件恥的描繪。進(jìn)而，關(guān)于右側(cè)第二相橋電路Mb 的上臂的半導(dǎo)體開關(guān)6Ac，圖10僅示出了輔助元件5c同時(shí)省去了對(duì)主元件3c的描繪。關(guān)于下臂的半導(dǎo)體開關(guān)6Ad，圖10僅示出了主元件3d同時(shí)省去了對(duì)輔助元件5d的描繪。在當(dāng)前實(shí)施例的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備中，按照與第四到第六實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)控制設(shè)備相同的方式執(zhí)行正常柵極控制操作和柵極關(guān)斷狀態(tài)下的操作，從而提供與第四到第六實(shí)施例所提供的效果相同的效果。在當(dāng)前實(shí)施例的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備中，通過(guò)按照與在第九實(shí)施例的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備中提供的相同的方式公共使用電壓放大器電路電源1 和15b，能夠簡(jiǎn)化電路。
第^^一實(shí)施例圖11示出了第十一實(shí)施例的特征在于模塊化的功率轉(zhuǎn)換電路元件。在當(dāng)前實(shí)施例的功率轉(zhuǎn)換電路中，將包括主元件3a、續(xù)流二極管如和輔助元件fe的半導(dǎo)體芯片置于單個(gè)基底29a上以提供半導(dǎo)體開關(guān)6a。進(jìn)而，將主元件北、續(xù)流二極管4b和輔助元件釙的半導(dǎo)體芯片置于單個(gè)基底29b上以提供半導(dǎo)體開關(guān)6b。然后，通過(guò)將基底29a和29b放入單個(gè)封裝30中形成模塊化元件。在當(dāng)前實(shí)施例的功率轉(zhuǎn)換電路元件中，通過(guò)諸如接合布線等的導(dǎo)體將具有相同極性的半導(dǎo)體芯片的端子彼此連接。在模塊化元件的表面上，設(shè)置如下部件正端子7c、負(fù)端子Sc、主元件控制端子11、輔助元件控制端子12、主元件負(fù)端子9和輔助元件負(fù)端子10。主元件控制端子11、輔助元件控制端子11、輔助元件控制端子12、主元件負(fù)端子9和輔助元件負(fù)端子10用于輸入用于驅(qū)動(dòng)主元件3和輔助元件5的控制信號(hào)。通過(guò)將功率轉(zhuǎn)換設(shè)備形成為模塊化元件，能夠簡(jiǎn)化電路并且降低電路電感。盡管描述了某些實(shí)施例，但是僅作為示例提供這些實(shí)施例，而并非旨在限制本發(fā)明的范圍。實(shí)際上，可以按照各種其它形式實(shí)施這里描述的新穎的實(shí)施例；而且，在不偏離本發(fā)明的精神的情況下可以對(duì)這里描述的實(shí)施例的形式做出各種省略、替代和改變。所附權(quán)利要求及其等同物旨在覆蓋落入本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)的這樣的形式或者變型。
1權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體開關(guān)，包括包括切換元件和反并聯(lián)二極管的第一元件，所述切換元件具有擊穿電壓并且耦合到控制端子以及第二和第三端子；具有比所述第一元件的擊穿電壓低的擊穿電壓的第二元件，所述第二元件耦合到控制端子以及第二和第三端子；以及具有基本上與所述第一元件的擊穿電壓類似的擊穿電壓的反激式二極管， 其中所述第一元件的負(fù)電極連接到所述第二元件的負(fù)電極，其中所述反激式二極管并聯(lián)連接在所述第一元件的正端子和所述第二元件的正端子之間，并且其中用于所述第一元件的控制端子以及用于所述第二元件的控制端子彼此獨(dú)立地耦合到一個(gè)或者多個(gè)控制電路。
2.一種半導(dǎo)體開關(guān)，包括包括切換元件和反并聯(lián)二極管的第一元件，所述切換元件具有擊穿電壓并且耦合到控制端子以及第二和第三端子；具有比所述第一元件的擊穿電壓低的擊穿電壓的第二元件，所述第二元件耦合到控制端子以及第二和第三端子；以及具有基本上與所述第一元件的擊穿電壓類似的擊穿電壓的反激式二極管； 其中所述第一元件的正電極連接到所述第二元件的正電極，并且其中所述反激式二極管并聯(lián)連接在所述第一元件的正端子和所述第二元件的正端子之間。
3.一種半導(dǎo)體開關(guān)，包括包括切換元件和反并聯(lián)二極管的第一元件，所述切換元件具有擊穿電壓并且耦合到控制端子以及第二和第三端子；具有比所述第一元件的擊穿電壓低的擊穿電壓的第二元件，所述第二元件耦合到控制端子以及第二和第三端子；以及具有基本上與所述第一元件的擊穿電壓類似的擊穿電壓的反激式二極管； 其中所述第二元件串聯(lián)連接到所述反激式二極管； 其中續(xù)流二極管的正電極耦合到所述第一元件的負(fù)電極；并且其中所述第一元件的正電極耦合到所述第二元件的負(fù)電極。
4.一種控制設(shè)備，該控制設(shè)備被配置成單獨(dú)控制如權(quán)利要求1到3中的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體開關(guān)的所述第一元件和所述第二元件，以使得電流基本上僅在死時(shí)間間隔中朝向所述續(xù)流二極管流動(dòng)。
5.如權(quán)利要求4所述的控制設(shè)備，該控制設(shè)備還被配置成輸出用于強(qiáng)制關(guān)斷所述第一元件的信號(hào)并且還被配置成控制所述第二元件，以使得在所述第一元件的關(guān)斷時(shí)間間隔期間不向所述反激式二極管饋送電流。
6.如權(quán)利要求4所述的控制設(shè)備，該控制設(shè)備還被配置成控制所述第二元件以使得基本上僅在所述第一元件從接通狀態(tài)切換到關(guān)斷狀態(tài)時(shí)維持引導(dǎo)到所述反激式二極管的電流流動(dòng)路線。
7.如權(quán)利要求4所述的控制設(shè)備，還包括用于檢測(cè)所述反激式二極管的溫度的溫度檢測(cè)器，并且所述控制設(shè)備還被配置成控制所述第一元件和所述第二元件，以使得在所述反激式二極管的檢測(cè)溫度超出預(yù)定值時(shí)不向所述反激式二極管饋送電流。
8.如權(quán)利要求4所述的控制設(shè)備，還包括用于檢測(cè)在所述反激式二極管的相反端子處產(chǎn)生的電壓的電壓檢測(cè)器以及用于檢測(cè)流經(jīng)所述反激式二極管的電流的電流檢測(cè)器，并且所述控制設(shè)備還被配置成以所檢測(cè)的電壓值和所檢測(cè)的電流值為基礎(chǔ)確定在所述反激式二極管中是否發(fā)生了開路故障并且被配置成控制所述第二元件，以維持接通狀態(tài)，從而在確定發(fā)生了開路故障的情況下確保電流流動(dòng)路線。
全文摘要
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種半導(dǎo)體開關(guān)包括第一元件，所述第一元件包括切換元件和反并聯(lián)二極管。所述切換元件具有擊穿電壓并且耦合到控制端子以及第二和第三端子。所述半導(dǎo)體開關(guān)還包括具有比所述第一元件的擊穿電壓低的擊穿電壓的第二元件。所述第二元件耦合到控制端子以及第二和第三端子。所述半導(dǎo)體開關(guān)還包括具有基本上與所述第一元件的擊穿電壓類似的擊穿電壓的反激式二極管。所述第一元件的負(fù)電極連接到所述第二元件的負(fù)電極并且所述反激式二極管并聯(lián)連接在所述第一元件的正端子和所述第二元件的正端子之間。用于所述第一元件的所述控制端子以及用于所述第二元件的所述控制端子彼此獨(dú)立地耦合到一個(gè)或者多個(gè)控制電路。
文檔編號(hào)H03K17/78GK102368685SQ20111017509
公開日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者松下晃久, 瀧本和靖, 田井裕通, 餅川宏 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝