具有MOSFET和IGBT的電路布置制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及具有MOSFET和IGBT的電路布置。一種電路包括至少一個FET和至少一個IGBT，它們的負載路徑并聯(lián)連接。限壓電路耦合到至少一個IGBT的柵極端子。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)的實施例涉及一種用于開關(guān)電壓源和電負載之間的電流、特別地用于開關(guān)高電流的電路布置。
技術(shù)介紹
在許多應(yīng)用中，比如在具有轉(zhuǎn)換器控制的電 動機(負載)的驅(qū)動系中，需要由開關(guān)控制諸如蓄電池或電池的能量源和負載之間的電流。該類型的開關(guān)通常被稱為主開關(guān)或者主開關(guān)模塊。公知的是，將主開關(guān)模塊實施為繼電器，其是電磁操作的機械開關(guān)。對于主開關(guān)模塊，特別是在應(yīng)用于功率電路中時，存在一些要求(a)在正常操作條件下時，即使在高電流下，仍期望主開關(guān)模塊提供低損耗操作；(b)主開關(guān)模塊必須允許安全的電流中斷，即安全的過載斷開或者短路斷開。不論繼電器應(yīng)用于低功率應(yīng)用還是高功率應(yīng)用，繼電器具有若干缺陷。作為電磁開關(guān)，繼電器包括具有固有慣性的移動部分。該固有慣性引起在將開關(guān)命令施加到繼電器時的時間和在繼電器實際開關(guān)時的時間之間的延遲。當(dāng)在負載中出現(xiàn)短路時，在檢測到短路并且生成開關(guān)命令時的時刻和在繼電器開關(guān)時的時刻之間的延遲時間期間可能出現(xiàn)短路電流的顯著增加。然而，存在其中短路電流的延遲中斷可能是有害的應(yīng)用。此外，當(dāng)繼電器斷開時可能生成電弧。因此，需要采取額外的措施以便使繼電器是電弧安全的。然而，這些額外的措施使得這些繼電器昂貴、沉重并且體積相當(dāng)大。因此，需要提供一種能夠開關(guān)在電壓源和電負載之間的電流、迅速地開關(guān)且可以低成本地實施的電路布置。
技術(shù)實現(xiàn)思路
—個實施例涉及一種電路布置，其包括輸入端子和輸出端子；至少一個FET，具有柵極端子和漏極-源極路徑，漏極-源極路徑連接在輸入端子和輸出端子之間；以及至少一個IGBT，具有柵極端子和集電極-發(fā)射極路徑，集電極-發(fā)射極路徑連接在輸入端子和輸出端子之間。限壓電路連接到至少一個IGBT的柵極端子并且被配置為當(dāng)跨越集電極發(fā)射極路徑的電壓達到限壓閾值時將至少一個IGBT驅(qū)動到接通狀態(tài)。該電路布置進一步包括控制電路，其具有耦合到至少一個FET的柵極端子的第一驅(qū)動輸出。附圖說明現(xiàn)在將參照附圖對示例進行說明。附圖用于圖示基本原理，使得僅圖示了對于理解基本原理所需的方面。附圖并非依比例繪制。在附圖中相同的附圖標記表示相同的特征。圖I圖示了具有連接在輸入端子和輸出端子之間的至少一個FET和至少一個IGBT以及具有控制電路的電路布置的第一實施例； 圖2圖示了具有并聯(lián)連接的多個FET的實施例； 圖3圖示了具有并聯(lián)連接的多個IGBT的實施例；圖4圖示了 IGBT的限壓電路的實施例； 圖5圖示了電路布置的第二實施例； 圖6圖示了電路布置的第三實施例； 圖7圖示了根據(jù)第一實施例的驅(qū)動方法中的圖5的控制電路的第一和第二驅(qū)動信號的時序圖；以及 圖8圖示了根據(jù)第二實施例的驅(qū)動方法中的圖5的控制電路的第一和第二驅(qū)動信號的時序圖。 具體實施例方式在下文中，將在具體的背景下，即在電路布置充當(dāng)主開關(guān)并且可以連接在諸如電池的電壓源和諸如電動機的負載之間的背景下，描述電路布置的實施例。這些主開關(guān)例如用在工業(yè)應(yīng)用中或者在諸如電動車輛或混合動力車輛的汽車應(yīng)用中。然而，電路布置不限于用作主開關(guān)，而是可以用在其中將開關(guān)電壓源和電負載之間的電流的每個應(yīng)用中。圖I圖示了被配置為開關(guān)電壓源和負載之間的電流的電路布置的第一實施例。該電路布置包括輸入端子11和輸出端子12、至少一個FET (場效應(yīng)晶體管)2、至少一個IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)3、限壓電路4和控制電路5。至少一個EFT 2包括柵極端子G、漏極端子D、源極端子S以及漏極和源極端子D、S之間的漏極-源極路徑D-S，漏極-源極路徑D-S還被稱為負載路徑。至少一個IGBT 3包括柵極端子G、集電極端子C、發(fā)射極端子E以及集電極和發(fā)射極端子C、E之間的集電極-發(fā)射極路徑C-E，集電極-發(fā)射極路徑C-E還被稱為負載路徑。在圖I中示出了僅一個FET 2和僅一個IGBT 3。然而，這僅是一個示例。代替僅一個FET 2，可以提供多個即兩個或更多個FET，它們的漏極-源極路徑D-S并聯(lián)連接并且它們的柵極端子G彼此連接，它們可以被使用。圖2圖示了如下實施例，其中代替單個M0SFET，具有多個單獨的FET 2^2,的FET布置2連接在輸入端子11和輸出端子12之間。單獨的FET 21,2ffl的漏極-源極路徑并聯(lián)連接并且它們的柵極端子G彼此連接，使得可以通過公共驅(qū)動信號來驅(qū)動FET 2^2^在下文中，除非另外說明，否則“FET 2”意指單個FET或者具有多個即m個并聯(lián)連接的FET的FET布置。就此而言，“漏極端子”意指單個FET的漏極端子或者多個FET的公共漏極端子，“源極端子”意指單個FET的源極端子或者多個FET的公共源極端子，而“柵極端子”意指單個FET的柵極端子或者多個FET的公共柵極端子。代替僅一個IGBT 3，可以提供多個即兩個或更多個IGBT，它們的集電極-發(fā)射極路徑C-E并聯(lián)連接并且它們的柵極端子G彼此連接，它們可以被使用。圖3圖示了具有多個IGBT S1^p的IGBT布置3的實施例，多個IGBT S1^p的集電極-發(fā)射極路徑C-E并聯(lián)連接。這些IGBT的柵極端子G彼此連接，使得可以使用公共驅(qū)動信號來驅(qū)動這些IGBT。在下文中，除非另外說明，否則“ IGBT 3”意指單個IGBT或者具有多個即p個并聯(lián)連接的IGBT的IGBT布置。就此而言，“集電極端子”意指單個IGBT的集電極端子或者多個IGBT的公共集電極端子，“發(fā)射極端子”意指單個IGBT的發(fā)射極端子或者多個IGBT的公共發(fā)射極端子，而“柵極端子”意指單個IGBT的柵極端子或者多個IGBT的公共柵極端子。參照圖1，F(xiàn)ET 2的漏極-源極路徑D-S連接在輸入端子11、12之間，并且IGBT 3的集電極-發(fā)射極端子C-E連接在輸入端子11和輸出端子12之間，使得FET 2的漏極-源極路徑和IGBT 3的集電極-發(fā)射極路徑并聯(lián)連接。在圖I中所示的實施例中，F(xiàn)ET 2是n型增強FET，其漏極端子D耦合到輸入端子11并且其源極端子S耦合到輸出端子12。然而，將FET 2實施為n型增強MOSFET僅是示例。也可以使用任何其他類型的M0SFET，諸如p型增強M0SFET、n型耗盡MOSFET或者p型耗盡M0SFET、或者甚至結(jié)型FET(JFET)。FET 2可以被實施為硅器件，或者可以使用其他半導(dǎo)體材料來實施，諸如碳化硅(SiC)、砷化鎵(GaAs)或者氮化鎵(GaN)。在下文中，僅出于說明目的將假設(shè)FET 2是MOSFET。限壓電路4耦合到IGBT 3的柵極端子G。限壓電路4被配置為當(dāng)跨越集電極-發(fā)射極路徑C-E的電壓Vce達到限壓閾值時將IGBT 3驅(qū)動到接通狀態(tài)。這些類型的限壓電 路是公知的。出于說明目的，在圖4中圖示了限壓電路的一個可能的實施例。圖4的限壓電路4連接在IGBT 3的集電極端子C和柵極端子G之間。限壓電路4包括具有多個齊納二極管4p4n的串聯(lián)電路。這些齊納二極管l、4n中的每個具有齊納電壓，齊納電壓是齊納二極管開始在其反向方向上傳導(dǎo)電流時施加在齊納二極管的反向方向上的電壓。Vz表示具有多個齊納二極管4p4n的串聯(lián)電路的總齊納電壓。該總齊納電壓Vz是單獨的齊納二極管4p4n的齊納電壓之和。該限壓電路4在集電極-發(fā)射極電壓Vce達到與齊納電壓Vz加上IGBT 3的閾值電壓Vth對應(yīng)的電壓值時接通IG本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】

【技術(shù)特征摘要】
2011.03.15 US 13/0484711.一種電路,包括 輸入端子和輸出端子； 至少ー個FET，具有柵極端子和漏極-源極路徑，所述漏極-源極路徑耦合在所述輸入端子和所述輸出端子之間； 至少ー個IGBT，具有柵極端子和集電極-發(fā)射極路徑，所述集電扱-發(fā)射極路徑耦合在所述輸入端子和所述輸出端子之間； 限壓電路，耦合到所述至少ー個IGBT的柵極端子并且被配置為當(dāng)跨越所述集電極-發(fā)射極路徑的電壓達到閾值電壓時將所述至少ー個IGBT驅(qū)動到接通狀態(tài)；以及 控制電路，具有耦合到所述至少ー個FET的柵極端子的第一驅(qū)動輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，進一歩包括 電阻器，耦合在所述輸入端子和所述輸出端子之間。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其中所述電阻器是PTC電阻器。4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其中所述至少ー個FET具有電壓阻擋能力，并且其中所述閾值電壓在所述電壓阻擋能力以下。5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其中所述限壓電路包括 至少ー個限壓元件，連接在漏極端子和所述至少ー個IGBT的柵極端子之間。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其中所述限壓電路是齊納ニ極管。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其中多個齊納ニ極管串聯(lián)連接在所述漏極端子和所述至...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：G德博伊，W勒斯勒，
申請(專利權(quán))人：英飛凌科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：