專利名稱：用于保護(hù)晶體管的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于保護(hù)布置在至少一個(gè)線路中的晶體管的方法，其中被施加輸入電壓的串聯(lián)連接的兩個(gè)晶體管布置在線路中，線路中的所述晶體管在導(dǎo)通狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)之間交替地切換，以便在所述線路的中央處產(chǎn)生輸出電壓。本發(fā)明還涉及用于保護(hù)布置在至少一個(gè)線路中的晶體管的設(shè)備，其中被施加輸入電壓的串聯(lián)連接的兩個(gè)晶體管布置在線路中，其中所述晶體管被布置成在導(dǎo)通狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)之間交替地切換，以便產(chǎn)生在所述線路的中央處形成的輸出電壓
背景技術(shù)：
US 5737169A示出了一種保護(hù)場(chǎng)效應(yīng)晶體管免受過熱的電路，其中如果晶體管的柵極引出線的閾值被超過則確定并且截止漏電壓。通過所述電路不能防止在線路中串聯(lián)連接的兩個(gè)晶體管同時(shí)觸發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是防止串聯(lián)連接的兩個(gè)晶體管同時(shí)切換到導(dǎo)通狀態(tài)，所述兩個(gè)晶體管在導(dǎo)通狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)之間交替地切換。本發(fā)明的目的通過所述方法來實(shí)現(xiàn)，其中在將晶體管切換到所述導(dǎo)通狀態(tài)之前檢查第二晶體管的截止?fàn)顟B(tài)，并且通過在所述檢查過程中產(chǎn)生的信號(hào)允許所述切換。由于依賴布置在所述線路中的另一晶體管的狀態(tài)進(jìn)行所述晶體管的切換過程，能夠保證串聯(lián)連接的兩個(gè)晶體管絕不會(huì)同時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)，因而避免了短路。其結(jié)果是，可以在不同應(yīng)用中使用晶體管，因而能夠使功率耗散最小，并增加了效率。另外能夠保證由晶體管構(gòu)建的電路可靠地操作，這是因?yàn)榫w管將只在特定時(shí)間才被切換到導(dǎo)通狀態(tài)，從而排除了電路的未確定行為。有利的是，通過電壓測(cè)量部和評(píng)價(jià)電路在線路的至少兩個(gè)截止晶體管處進(jìn)行所述檢查。在所述檢查過程中，通過與線路的所述晶體管并聯(lián)連接的分壓器預(yù)先確定所述線路的中央出的電位。由此生成作為檢查的起始點(diǎn)的確定電位。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的特征，將所述預(yù)先確定的電位與參考電壓比較，并由此產(chǎn)生所述信號(hào)。所述信號(hào)將用于允許所述晶體管的切換。所產(chǎn)生的信號(hào)優(yōu)選包括兩個(gè)不同狀態(tài)，其中在一個(gè)狀態(tài)即所謂的允許狀態(tài)中允許所述切換。當(dāng)在所述檢查過程中產(chǎn)生的信號(hào)在預(yù)定切換時(shí)間具有所述允許狀態(tài)時(shí)通過控制器(1)進(jìn)行所述切換。本發(fā)明的目的還通過上述設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，其中為每個(gè)線路布置至少一個(gè)測(cè)量裝置， 所述測(cè)量裝置被設(shè)計(jì)成用于在將第二晶體管切換到所述導(dǎo)通狀態(tài)之前檢查晶體管的截止?fàn)顟B(tài)。這種保護(hù)裝置或保護(hù)電路的特征在于其特別簡(jiǎn)單。
當(dāng)通過與所述晶體管并聯(lián)連接的分壓器預(yù)先確定所述線路的中央處的電位時(shí)，以及當(dāng)所述分壓器與所述測(cè)量裝置連接使得所預(yù)先確定的電位被供應(yīng)至所述測(cè)量裝置時(shí)，可以保證檢查電路不會(huì)不期望地產(chǎn)生允許信號(hào)。這例如在啟動(dòng)過程中或功率較小的情況下有可能發(fā)生。有利的是，所述測(cè)量裝置與用于所述晶體管的控制器連接，并且所述測(cè)量裝置被設(shè)計(jì)成用于產(chǎn)生用于晶體管的切換的信號(hào)。有利的是，線路中的一個(gè)晶體管由絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)或金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)形成，并且該線路的第二晶體管由金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)形成。


下面通過所附的示意圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明，其中圖1示出了以晶體管作為切換元件的公知全橋電路的示意圖；以及圖2示出了包括本發(fā)明的晶體管保護(hù)的全橋電路的示意圖。
具體實(shí)施例方式如從圖1明顯可見的，由全橋電路形成的輸出級(jí)由包括晶體管Sl和S3的第一線路和包括晶體管S2和S4的第二線路形成。線路中的晶體管串聯(lián)連接。根據(jù)輸入電壓化產(chǎn)生輸出電壓Ua，該輸出電壓fe可以在所述線路的中央接出。為此，線路中的晶體管由控制器1完全相反地或交替地驅(qū)動(dòng)。因而，在作為示例示出的該全橋電路中，同時(shí)地驅(qū)動(dòng)不同線路的相應(yīng)的兩個(gè)晶體管。同時(shí)被驅(qū)動(dòng)的晶體管的數(shù)量與所使用的電路(全橋電路、半波整流器、橋接整流器等)對(duì)應(yīng)地匹配。在所描繪的全波電路的情況下，根據(jù)從逆變器的中間電路作為輸入電壓Ue施加在電容器Cl處的直流電壓，通過晶體管Sl和S4產(chǎn)生輸出電壓Ua 的正半波，并且通過晶體管S2和S3產(chǎn)生負(fù)半波。關(guān)于此點(diǎn)，在正半波產(chǎn)生過程中，晶體管 Sl和S4導(dǎo)通，而晶體管S2和S3截止。對(duì)于負(fù)半波的產(chǎn)生，通過控制器1對(duì)應(yīng)地切換晶體管，使得晶體管Sl和S4截止，晶體管S2和S3導(dǎo)通。如從現(xiàn)有技術(shù)中的逆變器可知，產(chǎn)生了作為能夠饋送至電網(wǎng)的輸出電壓fe的交流電壓。在切換過程中的預(yù)定切換時(shí)間，晶體管 Sl至S4截止較短時(shí)間，使得電位實(shí)質(zhì)上由電網(wǎng)確定，并且輸出級(jí)處于所謂的非正常操作。 因此，來自電網(wǎng)的其他對(duì)應(yīng)干涉會(huì)影響線路中央處的電位，在該處，晶體管Sl至S4的反激二極管導(dǎo)通。因?yàn)橥ㄟ^將與反激二極管串聯(lián)連接的晶體管切換到導(dǎo)通狀態(tài)引起高電流變化 di/dt，所以反激二極管也可以通過它們所謂的在相反方向上的“反向恢復(fù)特性”而變得導(dǎo)通。由于晶體管的內(nèi)部電容，由此產(chǎn)生的漏電壓的快速變化會(huì)導(dǎo)致在控制作用發(fā)生自我開啟或自我切換到導(dǎo)通狀態(tài)?？赡艿氖?，當(dāng)晶體管S3 (S4)的反激二極管由于電網(wǎng)引起的電位而導(dǎo)通時(shí)，例如如果晶體管Sl (S2)被切換到導(dǎo)通狀態(tài)，則這會(huì)導(dǎo)致Cl或輸入電壓Ue的短路。這會(huì)致使晶體管毀壞。關(guān)于此點(diǎn)，特別是在使用像MOSFET之類的晶體管時(shí)，反激二極管是從現(xiàn)有技術(shù)中普遍公知的由所述晶體管的結(jié)構(gòu)的層構(gòu)造產(chǎn)生的內(nèi)部二極管。為了避免上述狀態(tài)，根據(jù)本發(fā)明，在線路中串聯(lián)連接的晶體管Sl或S2被切換到導(dǎo)通狀態(tài)之前檢查晶體管S3或S4的反激二極管的狀態(tài)。為此，如從圖1明顯可見的，首先， 預(yù)先確定輸入電壓化在線路的中央處的電位，例如對(duì)稱化或從350V 二等分為175V，使得基本在晶體管Sl和S3之間，施加輸入電壓化的電位的一半。這可以通過具有兩個(gè)電阻器 Rl和R3的分壓器來實(shí)現(xiàn)。由于這些電阻器通過晶體管被切換到導(dǎo)通狀態(tài)而短路，電位的預(yù)先確定將僅僅在非正常操作時(shí)進(jìn)行。為了能夠監(jiān)測(cè)在非正常操作(由此確定電位)時(shí)產(chǎn)生的電位變化，其次設(shè)置具有電壓測(cè)量部的測(cè)量裝置2。所述電壓測(cè)量?jī)?yōu)選在晶體管S3和S4 處進(jìn)行，使得在晶體管S3和S4的反激二極管由于電位變化而將變成導(dǎo)通的情況下晶體管 Sl和S2不會(huì)被切換到導(dǎo)通狀態(tài)。因此，電壓測(cè)量部例如測(cè)量MOSFET的漏-源電壓或預(yù)定電位，二者均表示晶體管的反激二極管的導(dǎo)通性。因此，當(dāng)電位下降時(shí)，該電位下降將被不斷地測(cè)量非正常操作時(shí)的電位的電壓測(cè)量部檢測(cè)到。測(cè)量裝置2根據(jù)電壓測(cè)量部和評(píng)價(jià)電路(例如比較器)產(chǎn)生信號(hào)。所述信號(hào)特別可以是方波信號(hào)，控制器1可以根據(jù)該方波信號(hào)的狀態(tài)(高或低)推斷出關(guān)于晶體管Sl (S2)是否能夠被切換到導(dǎo)通狀態(tài)的信息。關(guān)于此點(diǎn)，電壓測(cè)量部由分壓器形成，該分壓器將電阻器R2的電壓供應(yīng)至比較器并對(duì)應(yīng)地降低預(yù)定電位，電阻器R2與Rl串聯(lián)連接并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電阻器R1。比較器將在R2 處測(cè)量的所述電壓與參考電壓Aef比較并產(chǎn)生信號(hào)。如果在R2處測(cè)量的電壓小于參考電壓 Uref，則比較器的輸出具有低狀態(tài)，因而所產(chǎn)生的信號(hào)也具有低狀態(tài)。但是如果在R2處測(cè)量的電壓大于參考電壓Uref，則輸出具有高狀態(tài)，因而所產(chǎn)生的信號(hào)也具有高狀態(tài)，該高狀態(tài)對(duì)應(yīng)于用于晶體管Sl (S2)的切換的允許狀態(tài)。相應(yīng)地，如果電位已經(jīng)下降至設(shè)定閾值(例如90V)以下，則所產(chǎn)生的方波信號(hào)具有低狀態(tài)。如果此時(shí)所確定的切換時(shí)間與方波信號(hào)的該時(shí)間點(diǎn)一致，晶體管Sl (S2)將不會(huì)被切換到導(dǎo)通狀態(tài)，即所述切換不會(huì)被允許。這可能是由于如下事實(shí)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到電位具有下降趨勢(shì)，通過該趨勢(shì)晶體管的反激二極管將很快變成導(dǎo)通。因而，控制器1等待，直到信號(hào)輸出高狀態(tài)，使得能夠進(jìn)行所述切換。因而切換的時(shí)間點(diǎn)將被例如推遲到下一個(gè)確定的切換時(shí)間。然而，當(dāng)電位在切換時(shí)間處高于上述閾值時(shí)，則晶體管Sl (S2)將切換到導(dǎo)通狀態(tài)，即切換將被允許。通過這種電壓測(cè)量，具體是通過永久地測(cè)量電位，能夠檢測(cè)到電壓的快速變化，使得也能夠檢測(cè)到毫微秒范圍內(nèi)的變化。電壓的這種快速變化具體是由不對(duì)稱性和疊加的 “浪涌”(像閃電和過零時(shí)交流電壓的浪涌電壓)引起的。因此，通過本發(fā)明的方法和本發(fā)明的設(shè)備，能夠確保晶體管Sl (S》將僅僅在線路中的第二晶體管S3(S4)截止時(shí)才隨后被切換到導(dǎo)通狀態(tài)。因而，同樣在非正常操作時(shí)電位的快速變化的情況下，也避免了晶體管發(fā)生不明確的切換。非正常操作時(shí)的這種電位快速變化具體是由串聯(lián)連接的晶體管同時(shí)開啟引起的，即當(dāng)晶體管切換到導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，另一個(gè)晶體管的反激二極管是導(dǎo)通的。這里也可以說直接切換到晶體管的導(dǎo)通通反激二極管。所述快速變化致使元件因?yàn)榫w管的漏柵電容而發(fā)生不期望的開啟。根據(jù)本發(fā)明，將始終發(fā)生可靠的狀態(tài)切換，并且確保了輸出級(jí)的輸入-即中間電路電壓-將不會(huì)短路。關(guān)于此點(diǎn)， 像上述事實(shí)方式那樣，根據(jù)本發(fā)明的方法與直流電壓是否轉(zhuǎn)換成交流電壓或交流電壓是否轉(zhuǎn)換成直流電壓無關(guān)。當(dāng)使用導(dǎo)致極低功率耗散的類型的晶體管S3和S4時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的方法特別重要。這種晶體管具有非常低的漏源導(dǎo)通電阻RDS(。n)，使得它們對(duì)電位變化的反應(yīng)非常敏感。 例如在使用Advanced Power ^Technology 的C00LM0S類型的晶體管時(shí)尤其如此。根據(jù)類型 APT60N60BCS，APT60N60BCSG, APT60N60SCS, APT60N60SCSG 的所述晶體管 050_7239Rev B3-2006的數(shù)據(jù)表(參見www. advancedpower. com)，可以推斷出，當(dāng)期望快速電流變化或電位變化時(shí)不建議使用所述類型。另一方面，然而，所述晶體管使得能夠獲得實(shí)質(zhì)上更好的效率，并且根據(jù)本發(fā)明，它們可以用在逆變器、電池充電器、焊接設(shè)備等的輸出級(jí)中。
權(quán)利要求
1.一種用于保護(hù)布置在至少一個(gè)線路中的晶體管(S1，S3;S2，S4)的方法，其中被施加輸入電壓(Ue)的串聯(lián)連接的兩個(gè)晶體管(Si，S3 ；S2, S4)布置在線路中，線路中的所述晶體管(S1，S3;S2，S4)在導(dǎo)通狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)之間交替切換，以在所述線路的中央處產(chǎn)生輸出電壓( )，其特征在于，在將晶體管(Si ；S2)切換到所述導(dǎo)通狀態(tài)之前檢查第二晶體管 (S3 ；S4)的截止?fàn)顟B(tài)，并且通過在所述檢查過程中產(chǎn)生的信號(hào)允許所述切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過電壓測(cè)量部和評(píng)價(jià)電路在線路的至少兩個(gè)截止晶體管(Si，S3 ；S2, S4)處進(jìn)行所述檢查。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在所述檢查過程中，通過與所述晶體管 (S3 ；S4)并聯(lián)連接的分壓器預(yù)先確定所述線路的中央處的電位。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，將所述預(yù)先確定的電位與參考電壓(Uref) 比較，并由此產(chǎn)生所述信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所產(chǎn)生的信號(hào)包括兩個(gè)狀態(tài)，其中在一個(gè)狀態(tài)即允許狀態(tài)中允許所述切換。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，當(dāng)所產(chǎn)生的信號(hào)在預(yù)定切換時(shí)間具有所述允許狀態(tài)時(shí)通過控制器(1)進(jìn)行所述切換。
7.一種用于保護(hù)布置在至少一個(gè)線路中的晶體管(S1，S3;S2，S4)的設(shè)備，其中被施加輸入電壓(Ue)的串聯(lián)連接的兩個(gè)晶體管(Si，S3 ；S2, S4)布置在線路中，其中所述晶體管 (Si，S3 ；S2, S4)被布置成在導(dǎo)通狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)之間交替切換，以產(chǎn)生在所述線路的中央處形成的輸出電壓⑴a)，其特征在于，為每個(gè)線路布置至少一個(gè)測(cè)量裝置O)，所述測(cè)量裝置( 被設(shè)計(jì)成用于在將第二晶體管(Si ；S2)切換到所述導(dǎo)通狀態(tài)之前檢查晶體管(S3 ； S4)的截止?fàn)顟B(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，通過與所述晶體管(S3;S4)并聯(lián)連接的分壓器預(yù)先確定所述線路的中央處的電位，并且所述分壓器與所述測(cè)量裝置( 連接，使得所預(yù)先確定的電位被供應(yīng)至所述測(cè)量裝置O)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的設(shè)備，其特征在于，所述測(cè)量裝置(2)與用于所述晶體管 (Si，S3 ；S2，S4)的控制器(1)連接，并且所述測(cè)量裝置( 被設(shè)計(jì)成產(chǎn)生用于晶體管(Si ； S2)的切換的信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，線路中的一個(gè)晶體管(Si； S2)由絕緣柵雙極型晶體管即IGBT或金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管即MOSFET形成，并且該線路的第二晶體管(S3;S4)由金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管即MOSFET形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于保護(hù)布置在至少一個(gè)線路中的晶體管(S1，S3；S2，S4)的方法和設(shè)備，其中串聯(lián)連接的晶體管(S1，S3；S2，S4)布置在線路(2)中，并且向它們施加輸入電壓(Ue)，線路中的所述晶體管(S1，S3；S2，S4)在導(dǎo)通狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)之間交替切換，以在所述線路的中央處產(chǎn)生輸出電壓(Ua)。為了防止線路的兩個(gè)晶體管(S1，S3；S2，S4)都觸發(fā)，在將晶體管(S1；S2)切換到所述導(dǎo)通狀態(tài)之前檢查第二晶體管(S3；S4)的截止?fàn)顟B(tài)，并且通過在所述檢查過程中產(chǎn)生的信號(hào)允許所述切換。
文檔編號(hào)H03K17/567GK102422535SQ201080020191
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日
發(fā)明者于爾根·皮爾貞費(fèi)爾內(nèi)爾, 斯特凡·霍爾茨英格爾, 瓦爾特·帕默, 金特·阿赫萊特納 申請(qǐng)人:弗羅紐斯國(guó)際有限公司