5的集電極-發(fā)射極電SUra也接著下降。通過合適地選擇在該晶體管TlO與該半導(dǎo)體開關(guān)5的柵極G之間的電阻Rll和與該電阻Rll并聯(lián)的電容C10，可以在出現(xiàn)過電壓時(shí)有目的地調(diào)節(jié)該控制特性。
[0025]該保護(hù)裝置另外還包含有動(dòng)態(tài)過電壓保護(hù)2。該半導(dǎo)體開關(guān)5的最小集電極-發(fā)射極電壓Ura的閾值在此通過半導(dǎo)體器件D20確定。該半導(dǎo)體器件D20可以與半導(dǎo)體器件DlO相類似地是齊納二極管、雪崩二極管或在預(yù)給定電壓時(shí)可逆地從截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)入到導(dǎo)通狀態(tài)的其他器件。在超過該半導(dǎo)體開關(guān)元件5上的集電極-發(fā)射極電壓Ura的閾值之后，半導(dǎo)體器件D20就開始導(dǎo)通。接著通過電容C21來控制晶體管T20。這進(jìn)一步導(dǎo)致在該晶體管T20斷開時(shí)該半導(dǎo)體開關(guān)5的柵極G被控制，并且該半導(dǎo)體開關(guān)5接著至少輕微地轉(zhuǎn)入到導(dǎo)通狀態(tài)。
[0026]在該晶體管T20與該半導(dǎo)體開關(guān)5的柵極之間在此設(shè)置了電阻R21和電容C20的并聯(lián)電路。通過這些器件可以在動(dòng)態(tài)過電壓保護(hù)2響應(yīng)時(shí)形成控制信號(hào)。
[0027]通過設(shè)置在限壓的半導(dǎo)體器件D20與該晶體管T20的控制信號(hào)輸入端之間的電容C21，對(duì)通過該動(dòng)態(tài)過電壓保護(hù)2的控制的時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行限制。從而在超過由該電容C21預(yù)給定的時(shí)長(zhǎng)時(shí)，即使在該時(shí)間點(diǎn)在該半導(dǎo)體開關(guān)5上的集電極-發(fā)射極電壓％￡還超過了由該半導(dǎo)體器件D20預(yù)給定的閾值，在超過高于由該半導(dǎo)體器件D20預(yù)給定的閾值的閾值的情況下對(duì)該半導(dǎo)體開關(guān)5的控制也被再次減少。
[0028]如果在該半導(dǎo)體開關(guān)5上的集電極-發(fā)射極電壓Ura還進(jìn)一步上升，那么由于通過該動(dòng)態(tài)過電壓保護(hù)2的時(shí)間上有限的控制已在該半導(dǎo)體開關(guān)5的柵極G上施加了偏壓。從而當(dāng)后續(xù)靜態(tài)過電壓保護(hù)I在高于由該半導(dǎo)體器件DlO預(yù)給定的電壓而響應(yīng)時(shí)，通過該靜態(tài)過電壓保護(hù)I對(duì)該半導(dǎo)體開關(guān)5的柵極G的控制可以明顯更快地導(dǎo)致該半導(dǎo)體開關(guān)5斷開。該半導(dǎo)體開關(guān)5的特別快速的響應(yīng)導(dǎo)致該集電極-發(fā)射極電壓Ura的瞬時(shí)過電壓尖峰出現(xiàn)得明顯小于沒有事先通過該動(dòng)態(tài)過電壓保護(hù)2的控制的情況。
[0029]因?yàn)樵搫?dòng)態(tài)過電壓保護(hù)2的控制可以通過該電容C21有目的地進(jìn)行時(shí)間上的限制，所以不存在該動(dòng)態(tài)過電壓保護(hù)2導(dǎo)致持續(xù)地控制該半導(dǎo)體開關(guān)5的危險(xiǎn)。從而可以為該半導(dǎo)體器件D20選擇低于該半導(dǎo)體開關(guān)5的最大運(yùn)行電壓的閾值電壓。由此實(shí)現(xiàn)了過電壓保護(hù)的特別及早的響應(yīng)。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的保護(hù)裝置此外還可以包含電路部分3，該電路部分3進(jìn)一步限制該動(dòng)態(tài)過電壓保護(hù)2的響應(yīng)。由此例如實(shí)現(xiàn)了僅當(dāng)所探測(cè)的過電壓也由通過柵極驅(qū)動(dòng)器4的開關(guān)操作引起時(shí)，該動(dòng)態(tài)過電壓保護(hù)2才響應(yīng)。從而尤其當(dāng)該動(dòng)態(tài)過電壓保護(hù)的響應(yīng)的閾值低于最大運(yùn)行電壓時(shí)，能夠在開關(guān)操作之外的時(shí)間防止當(dāng)在該半導(dǎo)體開關(guān)上的電壓接近該最大運(yùn)行電壓并從而該半導(dǎo)體器件D20將觸發(fā)保護(hù)響應(yīng)時(shí)該動(dòng)態(tài)過電壓保護(hù)進(jìn)行響應(yīng)。
[0031]為此通過該電路片段3形成開關(guān)探測(cè)器，該開關(guān)探測(cè)器分析在柵極驅(qū)動(dòng)器4與該半導(dǎo)體開關(guān)5的柵極G之間的柵極電阻RG上的電壓降。通過這種方式，僅當(dāng)要保護(hù)的半導(dǎo)體開關(guān)5的斷開過程實(shí)際就是在該半導(dǎo)體開關(guān)5上的集電極C與發(fā)射極E之間過電壓的原因時(shí)，才借助晶體管T30和T31激活該動(dòng)態(tài)過電壓保護(hù)2。否則該電路保持不激活。該半導(dǎo)體開關(guān)5的斷開從而被限制于該柵極驅(qū)動(dòng)器4的開關(guān)操作之后的時(shí)間點(diǎn)。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的用于保護(hù)半導(dǎo)體開關(guān)免遭過電壓的保護(hù)裝置在此可以被應(yīng)用在其中應(yīng)該保護(hù)半導(dǎo)體開關(guān)免遭開關(guān)過程之后的瞬時(shí)過電壓的情況。根據(jù)本發(fā)明的過電壓保護(hù)裝置尤其可以例如應(yīng)用在具有半導(dǎo)體開關(guān)的直流電壓變換器中或者應(yīng)用在具有半導(dǎo)體開關(guān)的逆變器中。另外根據(jù)本發(fā)明的過電壓保護(hù)也可以例如應(yīng)用在用于控制電驅(qū)動(dòng)裝置的逆變器中，因?yàn)樵谶@種構(gòu)造中的寄生電感在開關(guān)操作時(shí)可能導(dǎo)致高的過電壓。
[0033]圖3示出了運(yùn)行用于半導(dǎo)體開關(guān)的保護(hù)電路的方法100的示意圖。在步驟110中，在此識(shí)別在該半導(dǎo)體開關(guān)5上的開關(guān)操作。例如這可以是來自柵極驅(qū)動(dòng)器4的信號(hào)的變化，由該開關(guān)探測(cè)器3來識(shí)別所述變化。接著該開關(guān)探測(cè)器3釋放第一過電壓保護(hù)2。接著在另一步驟120中，當(dāng)在該半導(dǎo)體開關(guān)5上的電壓％￡超過第一閾值時(shí)，持續(xù)控制該半導(dǎo)體開關(guān)5 —個(gè)預(yù)定的時(shí)長(zhǎng)。在該預(yù)定時(shí)長(zhǎng)之后，即使該電壓％￡超過該第一閾值，也不控制該半導(dǎo)體開關(guān)5。
[0034]此外在另一步驟130中，只要在該半導(dǎo)體開關(guān)5上的電Sura超過第二閾值，該半導(dǎo)體開關(guān)5就一直被控制。在此沒有時(shí)間限制地來進(jìn)行在高于該第二閾值時(shí)對(duì)該半導(dǎo)體開關(guān)5的這種控制。從而為該第二閾值選擇高于最大運(yùn)行電壓的電壓，以避免對(duì)該半導(dǎo)體開關(guān)5的持續(xù)控制，并從而預(yù)防該半導(dǎo)體開關(guān)5的熱損壞。
[0035]總之，本發(fā)明涉及具有改善的響應(yīng)特性的用于半導(dǎo)體開關(guān)的保護(hù)裝置。該保護(hù)裝置除了靜態(tài)部件之外還包含有動(dòng)態(tài)部件以及對(duì)該半導(dǎo)體開關(guān)上的開關(guān)操作的分析裝置。過電壓保護(hù)的動(dòng)態(tài)部件在較小的過電壓時(shí)進(jìn)行響應(yīng)，但此外在響應(yīng)特性上是有時(shí)間限制的。另外過電壓保護(hù)的動(dòng)態(tài)部件的響應(yīng)也可以被限制為，使得僅在該半導(dǎo)體開關(guān)上的開關(guān)操作之后進(jìn)行響應(yīng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.用于半導(dǎo)體開關(guān)(5)的保護(hù)裝置，該保護(hù)裝置具有 第一過電壓保護(hù)(2)，該第一過電壓保護(hù)被構(gòu)造用于當(dāng)在該半導(dǎo)體開關(guān)(5)上的電壓(Ura)超過第一閾值時(shí)持續(xù)控制該半導(dǎo)體開關(guān)(5)—個(gè)預(yù)定的時(shí)長(zhǎng)；以及 第二過電壓保護(hù)(1)，該第二過電壓保護(hù)被構(gòu)造用于當(dāng)在該半導(dǎo)體開關(guān)(5)上的電壓(Uce)超過第二閾值時(shí)就控制該半導(dǎo)體開關(guān)(5)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護(hù)裝置，其中該第一閾值小于該第二閾值。3.根據(jù)前述權(quán)利要求1或2之一所述的保護(hù)裝置，另外還包含有開關(guān)探測(cè)器(3)，該開關(guān)探測(cè)器被構(gòu)造用于識(shí)別在該半導(dǎo)體開關(guān)(5)上的開關(guān)操作。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的保護(hù)裝置，其中該開關(guān)探測(cè)器(3)被構(gòu)造用于當(dāng)該半導(dǎo)體開關(guān)(5)斷開時(shí)就把該第一過電壓保護(hù)(2)設(shè)置為激活狀態(tài)。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4之一所述的保護(hù)裝置，其中該開關(guān)探測(cè)器(3)被構(gòu)造用于只要該半導(dǎo)體開關(guān)(5)閉合就把該第一過電壓保護(hù)(2)設(shè)置為不激活狀態(tài)。6.根據(jù)前述權(quán)利要求1至5之一所述的保護(hù)裝置，其中該半導(dǎo)體開關(guān)(5)是具有絕緣柵極的雙極晶體管或者是MOSFET。7.具有半導(dǎo)體開關(guān)(5)的逆變器，該半導(dǎo)體開關(guān)具有根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的保護(hù)裝置。8.用于運(yùn)行半導(dǎo)體開關(guān)(5)的保護(hù)裝置的方法，具有以下的步驟: 當(dāng)在該半導(dǎo)體開關(guān)(5)上的電壓(Ura)超過第一閾值時(shí)，持續(xù)控制(120)該半導(dǎo)體開關(guān)(5) —個(gè)預(yù)定的時(shí)長(zhǎng)； 只要該半導(dǎo)體開關(guān)(5)上的電壓(Ura)超過第二閾值，就控制(130)該半導(dǎo)體開關(guān)(5)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，另外還包含有用于識(shí)別在該半導(dǎo)體開關(guān)(5)上的開關(guān)操作的步驟(I 10)； 其中僅當(dāng)識(shí)別到在該半導(dǎo)體開關(guān)(5)上的開關(guān)操作時(shí)，才實(shí)施持續(xù)控制該半導(dǎo)體開關(guān)(5)—段預(yù)定時(shí)間的步驟(120)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有改善的響應(yīng)特性的、用于半導(dǎo)體開關(guān)的一種過電壓保護(hù)裝置。該保護(hù)裝置除了靜態(tài)部件之外另外還包含有動(dòng)態(tài)部件以及對(duì)該半導(dǎo)體開關(guān)上的開關(guān)操作的分析裝置。過電壓保護(hù)的動(dòng)態(tài)部件在較小的過電壓時(shí)就進(jìn)行響應(yīng)，但此外在響應(yīng)特性上是有時(shí)間限制的。另外過電壓保護(hù)的動(dòng)態(tài)部件的響應(yīng)也可以被限制為，使得僅在該半導(dǎo)體開關(guān)上的開關(guān)操作之后進(jìn)行響應(yīng)。
【IPC分類】H03K17/082
【公開號(hào)】CN104995837
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380073292
【發(fā)明人】P.辛恩, S.萊希
【申請(qǐng)人】羅伯特·博世有限公司
【公開日】2015年10月21日
【申請(qǐng)日】2013年12月27日
【公告號(hào)】DE102013202641A1, WO2014127872A1