具有功率電子器件的電路布置的製作方法

2023-09-22 02:35:20

本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分的具有功率電子器件連同驅動器的電路布置，該驅動器驅控在電源、dc-dc變換器、逆變器、升壓斬波器或者降壓斬波器或者類似的供電裝置的橫向支路中的至少一個功率半導體，用以使負載的電流供應或者電壓供應安全。

背景技術：

已知功率半導體作為開關元件用於dc-dc變換器、逆變器、電源或者類似裝置中。通常這類的電源具有針對過電壓的集成的精密保護。作為精密保護器件特別是使用可變電阻。

ep0757420b1示出了一種具有接通電流限制和/或過電壓保護的電子鎮流器。為了避免來自電源的過電壓而構造自復位的保護電路，該保護電路也識別並引開短時間的、脈衝型的出現在交流電網中的過電壓。就此而言設置如下的可變電阻，該可變電阻在過電壓情況下短時間地導通並且引開相應的衝擊電流脈衝。此外，存在mosfet，該mosfet可通過二極體出於縱向解耦目的而關斷。因此為了極為有效的保護始終需要在橫向支路中的可變電阻的布置。

在根據ep0637118b1的電子鎮流器的用於限制接通電流和過電壓的電路布置中應當保證針對過電壓的保護在器件上具有最小耗費。

就此而言，開關以n溝道場效應電晶體來實現。當施加在上述已知的電路布置的主連接端子上的電壓大於齊納二極體的截止電壓時，設置在後面的電晶體被導通並且由此使場效應電晶體的柵極-源極-電壓短路。由此開關保持打開。當在主連接端子上的電壓下降到低於齊納二極體的截止電壓時，電晶體喪失其導通功能，場效應電晶體的柵極-源極-電壓可以升高並且使提及的開關短路。根據ep0637118b1的標記為s1的開關由此實現兩個任務。一方面限制在那裡的升壓斬波器的接通電流。當電壓施加在主連接端子上時開關s1首先閉合。開關的打開相對慢地通過電阻r2實現。在過電壓情況中——如已經描述的那樣——打開電晶體，這導致開關的閉合，從而引起負載的縱向解耦。防止脈衝波形8/20μs或者10/350μs的過電壓的保護是不可能的，因為保護元件以開關s1的形式僅僅處在縱向線路中。此外，在縱向線路中這樣的布置的截止能力是有限的。

關於現有技術還可注意到de102004025420b4，該文獻公開了用於保護負載電路的電路元件和具有這樣的電路元件的晶片。在保護事件中、例如過電壓或者過電流的保護事件中接通在負載前的晶閘管/igbt，從而大電流可以從負載旁流過並且不持久地影響負載。所述大通過電流可能燒壞設置在設計布局中的導線中的狹窄位置，從而產生過電流保護。問題是，在燒壞導線之後負載持續地與電源保持分離。所使用的igbt最終僅僅用於觸發保險元件。而無法保護以免脈衝波形8/20μs或者10/350μs的瞬態過電壓。

技術實現要素：

因此從上述提及的內容出發，本發明的任務是：給出一種改進的具有功率電子器件的電路布置，該電路布置省去了用於精密保護的附加機構例如熔斷元件、可變電阻或者類似元件並且能實現保證針對瞬態過電壓、尤其是脈衝波形8/20μs或者10/350μs的瞬態過電壓的有效保護。

利用根據權利要求1的特徵組合實現本發明的任務的解決方案，其中，從屬權利要求是至少符合目的的設計方案和改進方案。

因此，從具有功率電子器件的電路布置出發，所述電路布置包括驅動器，其中，驅動器驅控在電源、dc-dc變換器、逆變器、升壓斬波器或者降壓斬波器或者類似的供電裝置的橫向支路中的至少一個功率半導體，用以使負載的電流供應或者電壓供應安全。

根據本發明，用於識別瞬態過電壓的傳感器與驅動器連接，其中，隨著識別出過電壓事件，該驅動器這樣引起在橫向支路中的所述至少一個功率半導體接通，使得相應的過電壓事件不對電路布置的原本的功能造成不利的影響。

因此，本發明的基本構思在於，出於過電壓保護的目的而主動使用本來就存在於常規的電源的橫向支路中的功率半導體，由此可以節約附加的器件。經使用或者經調整的驅動器必須能夠與提及的傳感器連接，用以可靠地識別出過電壓事件並且能實現對在納秒範圍內的過電壓產生響應。

當存在過電壓事件時，根據本發明存在如下可行性方案：由過電壓事件的脈衝能量導出驅動器和/或傳感器的供應電壓。因此即使在電力故障期間也保證了過電壓保護。

此外確保，能實現區分瞬態過電壓和暫時過電壓。

功率半導體在過電壓時利用升高的柵極電壓接通。在接通過程之後通過邏輯電路確保，功率半導體不會立即再接通。就此而言能實現例如針對一分鐘的時間間隔的時間上的截止。

因此根據本發明教導，一方面作為開關器件並且另一方面作為過電壓保護元件地雙重功能地使用所述功率半導體。由此本來就存在的功率半導體通過它的其他功能而能夠承擔所需的精密儀器保護的任務。

附圖說明

接下來應藉助實施例以及附圖進一步說明本發明。在此，

圖1示出了具有在那裡處在橫向支路中的功率半導體的雙重用途的升壓斬波器的原理圖，以及

圖2示出了同樣具有處在橫向支路中的功率半導體(nmos)的降壓斬波器的原理圖。

具體實施方式

在圖1和圖2中示出的升壓斬波器或者降壓斬波器的例子中設有驅動器電路1，該驅動器電路相應地連接功率半導體lh，用以實現期望的功能。

在根據圖1的示圖中功率電晶體lh通過其基極開關。在根據圖2的例子中，nmos場效應電晶體在柵極上施加有相應的控制電壓。

根據圖1的升壓斬波器給負載r1供電，其中，根據圖2的降壓斬波器驅動負載r2。器件l1、d1、c1、l2、c2以及設置在根據圖2的縱向分支中的其它電晶體2是已知的用於升壓斬波器或者降壓斬波器的電路組成部分。

當識別到以瞬態過電壓(istoβ)的形式的衝擊電流事件時——對此可以使用未示出的傳感器——引起驅動器1接通功率半導體lh。因為功率半導體lh處在相應的布置的橫向支路中，所以衝擊電流可以被可靠地引開，而不會持久地損壞或者毀壞所涉及的電路布置的主要功能的部分。

利用前面提出的原理性的電路技術的可行性方案保證，實現避免脈衝波形8/20μs或者10/350μs的過電壓。

在過電壓事件後經過預給定的時間之後，驅動器又採取其最初按照規定的功能並且所涉及的電路布置保證所涉及的負載r1或者r2的供電。