用于觸發(fā)半導(dǎo)體開關(guān)的電子電路和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電子電路（1），其包括至少一個(gè)設(shè)置于與一個(gè)將被觸發(fā)的電感負(fù)載（2）串聯(lián)的切換路徑（D-S）處的半導(dǎo)體開關(guān)（S），和至少一個(gè)在切換相位期間與半導(dǎo)體開關(guān)（S）交互且同樣設(shè)置為與負(fù)載（2）串聯(lián)的續(xù)流元件（FD）?？刂茊卧ㄟ^可變控制電流（iG(t)）控制半導(dǎo)體開關(guān)（S）的控制連接（G），將可變控制電流（iG(t)）作為在續(xù)流元件（FD）處測(cè)量的電壓（uFD(t)）的時(shí)間分布函數(shù)，和/或作為在切換路徑（D-S）處測(cè)量的電壓（uDS(t)）的時(shí)間分布函數(shù)。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種用于觸發(fā)這樣的電路（1）的半導(dǎo)體開關(guān)（S）的方法，半導(dǎo)體開關(guān)（S）通過可變控制電流（iG(t)）觸發(fā)以用于切換，所述控制電流預(yù)定義作為在續(xù)流元件（FD）處測(cè)量的電壓（uFD(t)）的時(shí)間分布函數(shù)，和/或作為在切換路徑（D-S）處測(cè)量的電壓（uDS(t)）的時(shí)間分布函數(shù)。依照本發(fā)明的電子電路被有利地用于觸發(fā)橋逆變電路（10）的半導(dǎo)體開關(guān)，特別是用于操作EC電機(jī)。
【專利說明】用于觸發(fā)半導(dǎo)體開關(guān)的電子電路和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明首先涉及一種如權(quán)利要求1前序所述的電子電路，特別是作為電子逆變電路的一部分來優(yōu)選地操作EC電機(jī)，該電路具有至少一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)，其切換路徑與被控制的電感負(fù)載串聯(lián)，以及至少一個(gè)在切換相位期間與半導(dǎo)體開關(guān)交互且同樣與負(fù)載串聯(lián)的續(xù)流元件。
[0002]此外，本發(fā)明還涉及一種如權(quán)利要求6前序所述的用于控制半導(dǎo)體開關(guān)的新方法，半導(dǎo)體開關(guān)在這樣的電路中，與其切換路徑和被控制的電感負(fù)載串聯(lián)，并且在切換相位期間和同樣與負(fù)載串聯(lián)的續(xù)流元件交互。
【背景技術(shù)】
[0003]在切換電感負(fù)載時(shí)，例如特別地電再換向EC電機(jī)的線圈的電流流動(dòng)時(shí)，作為常規(guī)的當(dāng)前功率半導(dǎo)體設(shè)備被用作半導(dǎo)體開關(guān)且與作為常規(guī)的續(xù)流二極管的續(xù)流元件并聯(lián)結(jié)合。功率晶體管如MOSFET或IGBT是常見的。
[0004]半導(dǎo)體開關(guān)被各自控制來通過它們的控制連接、使用控制信號(hào)進(jìn)行切換或再換向，控制信號(hào)通常由微控制器產(chǎn)生并隨后被饋入驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路隨后使各自的半導(dǎo)體開關(guān)接通或斷開。
[0005]為了保持切換半導(dǎo)體的功率損失為最小，將功率導(dǎo)體盡可能快地接通或斷開是眾所熟知的。這種測(cè)量可以實(shí)現(xiàn)更少的功率損失，并且冷卻裝置可以保持相應(yīng)地小。
[0006]快速接通或斷開電感負(fù)載的缺點(diǎn)在于，當(dāng)切換功率晶體管時(shí)會(huì)帶來陡峭邊緣的結(jié)果，產(chǎn)生干擾電壓，不得不通過使用所謂的EMC濾波器來再次進(jìn)行抑制。
[0007]干擾頻譜，即所謂的EMC干擾，當(dāng)功率半導(dǎo)體接通或斷開時(shí)形成為高頻干擾。這種干涉光譜的閾值是在確定的EN標(biāo)準(zhǔn)下定義的，不得超過。因此，在許多情況下，在實(shí)踐中有必要構(gòu)造昂貴的、大體積的EMC濾波器，這需要大量的安裝空間，并導(dǎo)致高成本。EMC濾波器一般是無源元件，通常是電感和電容的組合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是為了防止或至少減少高頻干擾，并且通過盡可能快地接通或斷開各自的半導(dǎo)體來保證最小的切換損失，無需昂貴的EMC濾波器。換句話說，干擾光譜將被阻止在具有最小的功率損失的切換邊緣，以便能夠節(jié)省EMC元件。
[0009]這個(gè)目的是通過兩個(gè)獨(dú)立權(quán)利要求1和6各自的特征實(shí)現(xiàn)的。有利的實(shí)施例被包含在相應(yīng)的從屬權(quán)利要求中。
[0010]本發(fā)明的相應(yīng)特征在于一種新的控制單元、一種通過將可變控制電流作為在關(guān)聯(lián)的續(xù)流元件處測(cè)量的電壓的時(shí)間分布函數(shù)而被控制的半導(dǎo)體開關(guān)的控制連接。憑借本發(fā)明中的這種測(cè)量，各自的切換邊緣的分布可在上部區(qū)域被調(diào)制。此外，甚至可替代地，控制單元被設(shè)計(jì)成使得它控制將可變控制電流作為在半導(dǎo)體開關(guān)的切換路徑處測(cè)量的電壓的時(shí)間分布函數(shù)的半導(dǎo)體開關(guān)。通過這種測(cè)量，各自的切換邊緣可在其下部區(qū)域被調(diào)制。通過這兩項(xiàng)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了 dB頻譜降低。
[0011]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，這兩項(xiàng)測(cè)量相結(jié)合，控制單元一方面測(cè)量在續(xù)流元件處的電壓的同時(shí)，另一方面測(cè)量在被控制的半導(dǎo)體開關(guān)的切換路徑處的電壓，電流流量的函數(shù)在切換相位期間以兩個(gè)測(cè)量電壓的確定比例通過切換部件從一個(gè)電壓到另一個(gè)電壓被改變。以這種方式，切換邊緣可以有利地在下部和上部區(qū)域都進(jìn)行調(diào)制，以防止或至少減少干擾光譜。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]本發(fā)明通過舉例的方式描述更多細(xì)節(jié)，參照下面的描述和附圖，其中:
[0013]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的電路的等效電路圖，
[0014]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的控制電路框圖及附加等效電路圖，
[0015]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的控制電路的與圖2類似的視圖，
[0016]圖4包括副圖4a_4d，示出了根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量來說明切換邊緣的影響的示意圖，
[0017]圖5和6示出了控制電路的附加等效電路圖，
[0018]圖7不出了具有在局部橋切換的兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)的附加等效電路圖，
[0019]圖8示出了用于EC電機(jī)的三相逆變電路的主要電路圖，
[0020]圖9示出了切換脈沖的附加示意圖，
[0021]圖10-13各自示出了類似于圖2和圖3的有利實(shí)施例的附加視圖，以及
[0022]圖14示出了可能的切換邊緣調(diào)制的附加示意圖。
[0023]在附圖的各圖中相同的部件總是采用相同的參考標(biāo)號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0024]對(duì)于下面的描述，明確強(qiáng)調(diào)，本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例，在這個(gè)過程中，不是對(duì)于描述的特征組合的所有或一個(gè)以上特征，而是對(duì)于每個(gè)實(shí)施例的每個(gè)單獨(dú)的副特征，同樣具有發(fā)明的意義，其自身從所有其他與之聯(lián)合描述的副特征分離，并且同樣與任何其他實(shí)施例的特征組合以及獨(dú)立的特征組合和后面對(duì)權(quán)利要求的引用分離。
[0025]在圖1中，根據(jù)本發(fā)明的電路I被作為等效電路圖示出，并特別地，在一個(gè)最小的實(shí)施例中，作為所謂的“基本切換單元”。在恒定電壓源u_st處，有效功率被轉(zhuǎn)換。
[0026]
【權(quán)利要求】
1.一種電子電路(1)，包括至少一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)(S)，其切換路徑(D-S)與被控制的電感負(fù)載(2)串聯(lián)，以及至少一個(gè)在切換相位期間與半導(dǎo)體開關(guān)(S)交互并同樣與負(fù)載(2)串聯(lián)的續(xù)流元件(FD)， 其特征在于，控制單元(4)，通過可變控制電流(iG(t))控制半導(dǎo)體開關(guān)(S)的控制連接(G)，將可變控制電流(ie(t))作為在續(xù)流元件(FD)處測(cè)量的電壓(uFD (t))的時(shí)間分布函數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1前序所述的電子電路， 其特征在于，控制單元(4)，通過可變控制電流(iG(t))控制半導(dǎo)體開關(guān)(S)的控制連接(G)，將可變控制電流(ie(t))作為在半導(dǎo)體開關(guān)(S)的切換路徑(D-S)處測(cè)量的電壓(uDS (t))的時(shí)間分布函數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的電路， 其特征在于，控制單元(4) 一方面測(cè)量在續(xù)流元件(FD)處的電壓(uFD(t))的同時(shí)，另一方面測(cè)量在被控制的半導(dǎo)體開關(guān)(S)的切換路徑處的電壓(uDS (t))，控制電流(ie(t))的對(duì)應(yīng)電壓在切換相位期間以兩個(gè)測(cè)量電壓(uFD(t)，uDS(t))的確定比例通過切換部件(6)從一個(gè)電壓(UFD⑴或Uds⑴)切換到另一個(gè)電壓(UFD⑴或UDS(t))。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的電路， 其特征在于，飽和部件(8)被安置于各測(cè)量電壓(UFD (t)，UDS (t))的反饋路徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的電路， 其特征在于，該電路為電子逆變電路(10)的組成部分，優(yōu)選地控制EC電機(jī)，逆變電路(10)的組成包括具有至少四或六個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)(S1-S6)、每個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)與它們的切換路徑(D-S)在彼此并聯(lián)的橋路徑處成對(duì)串聯(lián)的橋電路，連接在各個(gè)橋路徑的半導(dǎo)體開關(guān)之間且各個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)(S1-S6)具有并聯(lián)連接的續(xù)流元件(D1-D6)的各個(gè)負(fù)載(2)，控制半導(dǎo)體開關(guān)(S1-S6)的控制連接(G)以使可變操作AC電壓施加于負(fù)載(2)的控制電路(4)。
6.一種用于控制半導(dǎo)體開關(guān)(S)的方法，半導(dǎo)體開關(guān)(S)位于電子電路(I)中，其切換路徑(D-S)與被控制的電感負(fù)載(2)串聯(lián)，并且其在切換相位期間與同樣與負(fù)載(2)串聯(lián)的續(xù)流元件(FD)交互， 其特征在于，半導(dǎo)體開關(guān)(S)通過可變控制電流(ie(t))被控制進(jìn)行切換，將可變控制電流(ie(t))作為在續(xù)流元件(FD)處測(cè)量的電壓(uFD⑴)的時(shí)間分布函數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6前序所述的方法， 其特征在于，半導(dǎo)體開關(guān)(S)通過可變控制電流(ie(t))被控制進(jìn)行切換，將可變控制電流(ie(t))作為在半導(dǎo)體開關(guān)(S)的切換路徑(D-S)處測(cè)量的電壓(uDS (t))的時(shí)間分布函數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6和7所述的方法， 其特征在于，在續(xù)流元件(FD)處的電壓(uFD(t))和在被控制的半導(dǎo)體開關(guān)(S)的切換路徑處的電壓(uDS(t))都被測(cè)量，控制電流(ie(t))的對(duì)應(yīng)電壓在切換相位期間以兩個(gè)測(cè)量電壓(UFD(t) , Uds (t))的確定比例從一個(gè)電壓切換到另一個(gè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8任一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于，在每個(gè)切換相位期間，在續(xù)流元件(FD)和半導(dǎo)體切換路徑(D-S)處各自測(cè)量的電壓(uFD (t) Aids⑴)與預(yù)定義或可調(diào)整的飽和電壓(Usat)相比較，只有在各自測(cè)量的電壓(uFD(t)/uDS(t))比飽和電壓(Usat)低時(shí)，控制電流(ie(t))才可變，否則控制電流(iG(t))被指定為恒定，控制電流(ie(t))特別地通過恒定電壓獲得，特別是飽和電壓(Usat)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9任一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于，可變控制電流(ie(t))以恒定部分(I_st)與可變部分(i)相加的和被提供，可變部分是在續(xù)流元件(FD)或半導(dǎo)體切換路徑(D-S)處各自測(cè)量的電壓(uFD(t)或Uds (t))的函數(shù)(f (Ufd))或(f (Uds) ) ο
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法， 其特征在于，恒定電路部分(I_st)和/或可變電流部分(i=f (U))在用于接通過程和斷開過程時(shí)是不同的。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11任一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于，可變電流部分(i)的函數(shù)成正比例，在最簡(jiǎn)單的情況下，比例系數(shù)為恒定加權(quán)因子(G)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11任一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于，可變電流部分(i)的函數(shù)描述為多項(xiàng)式。
14.根據(jù)權(quán)利要求6-13任一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于，由應(yīng)用程序來控制橋逆變電路(10)的半導(dǎo)體開關(guān)(S1-S6)，特別是用于操作EC電機(jī)。
【文檔編號(hào)】H03K17/16GK103988431SQ201180074247
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2011年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月24日
【發(fā)明者】赫爾穆特·利普, 拉爾夫·威斯特普, 費(fèi)比恩·施內(nèi)德, 塞巴斯蒂安·斯洛特 申請(qǐng)人:穆爾芬根依必派特股份有限公司