用于功率半导体开关的控制装置的制作方法

本发明涉及用于功率半导体开关的控制装置。

背景技术：

由de102015120166b3已知一种用于功率半导体开关的控制装置。控制装置具有驱动装置，驱动装置根据上级控制机构产生的、用于驱动功率半导体开关的控制信号在功率半导体开关的控制装置端上产生驱动电压。上级控制机构为了传输控制信号例如经由线缆与控制装置电连接。控制信号具有在时间上彼此间隔开的控制脉冲。通过例如emc干扰可将干扰脉冲耦入上级控制机构和控制单元之间的电连接，这可导致功率半导体开关的错误切换操作。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于功率半导体开关的控制装置，该控制装置识别出通过其接收的控制信号中的干扰脉冲。

该目的通过一种用于功率半导体开关的控制装置实现，该功率半导体开关具有第一功率电流连接端和第二功率电流连接端以及控制端，其中，控制装置构造成能够接收具有在时间上彼此间隔开的控制脉冲的控制信号，该控制装置具有：

-第一电控制装置端和第二电控制装置端，第一电控制装置端设置用于与第一功率电流连接端电连接，第二电控制装置端设置用于与控制端电连接，

-驱动装置，驱动装置构造成，根据用于驱动功率半导体开关的控制信号在第二控制装置端上产生驱动电压，

-监测装置，监测装置构造成，在存在至少两个彼此紧接的控制脉冲的情况下，当从相应的控制脉冲的起始直至紧接在其后的控制脉冲的起始的相应第一时间段低于第一阈值且从相应的控制脉冲的终止直至紧接在其后的控制脉冲的终止的相应第二时间段低于第二阈值时产生报错信号。

本发明的有利的构造方案由如下技术方案得出。

证实有利的是，第一阈值和第二阈值具有相同的值，因为此时监测装置具有对称的响应行为。

此外证实有利的是，第一阈值和第二阈值小于或大小等于为功率半导体开关的运行而设置的切换频率的倒数，尤其小于为功率半导体开关的运行而设置的切换频率的倒数的95％，因为此时可靠地识别出干扰脉冲。

在这一点上，证实有利的是，为功率半导体开关的运行而设置的切换频率相应于功率半导体开关的允许的最大切换频率。本发明此时可用于探测不允许的高切换频率。

此外证实有利的是，监测装置构造成，在存在至少三个彼此紧接的控制脉冲的情况下，当从相应的控制脉冲的起始直至紧接在其后的控制脉冲的起始的相应第一时间段低于第一阈值且从相应的控制脉冲的终止直至紧接在其后的控制脉冲的终止的相应第二时间段低于第二阈值时产生报错信号。因此，监测装置可在识别干扰脉冲方面有针对性地构造得不那么灵敏。

此外证实有利的是，驱动装置构造成，在存在报错信号时产生用于断开功率半导体开关的驱动电压。由此能可靠地保护功率半导体开关。

此外证实有利的是，功率半导体电路具有功率半导体开关和根据本发明的控制装置，其中，第一控制装置端与功率半导体开关的第一功率电流连接端电连接且第二控制装置端与功率半导体开关的控制端电连接。

此外证实有利的是，控制组件具有根据本发明的控制装置和连接至控制装置、用于信号传输的上级控制机构，其中，控制机构构造成用于产生控制信号且将控制信号传输给控制装置。

在这一点上，证实有利的是，第一控制装置端与功率半导体开关的第一功率电流连接端电连接且第二控制装置端与功率半导体开关的控制端电连接。

附图说明

下面参考以下附图阐述本发明的实施例。对此示出了：

图1示出了一种控制组件，该控制组件具有根据本发明的用于功率半导体开关的控制装置，具有与控制装置连接以便传输信号的上级控制机构以及具有与控制装置电连接的功率半导体开关；以及

图2示出了在控制组件中产生的信号。

具体实施方式

在图1中示出了一种控制组件6，该控制组件具有根据本发明的用于功率半导体开关t的控制装置1、具有与控制装置1连接以便进行信号传输的上级控制机构5以及具有与控制装置1电连接的功率半导体开关t。控制装置1和与其电连接的功率半导体开关t一起形成功率半导体电路4。

功率半导体开关t具有第一功率电流连接端e和第二功率电流连接端c以及控制端g。在该实施例中，在功率半导体开关t的第二功率电流连接端c上施加电压ue且功率半导体开关t的第二功率电流连接端e与电负载l(例如电动马达)电连接。功率半导体开关t例如可为半桥电路的组成部分。

功率半导体开关t优选以晶体管、例如igbt(绝缘栅双极晶体管)或mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)的形式存在。在该实施例中，功率半导体开关t以igbt的形式存在，其中，第一功率电流连接端e以igbt的发射极的形式存在，第二功率电流连接端c以igbt的集电极的形式存在且控制端g以igbt的栅极的形式存在。

控制装置1具有第一电控制装置端a1和第二电控制装置端a2，该第一电控制装置端设置用于与功率半导体开关t的第一功率电流连接端e电连接且该第二电控制装置端设置用于与功率半导体开关t的控制端g电连接。

在功率半导体电路4中，第一控制装置端a1与功率半导体开关t的第一功率电流连接端e电连接且第二控制装置端a2与功率半导体开关t的控制端g电连接。

控制装置1还具有驱动装置2，驱动装置构造成，根据用于驱动功率半导体开关t的控制信号s在第二控制装置端a2上产生驱动电压ua。为此，驱动装置2根据由上级控制机构5产生的控制信号s在第二控制装置端a2上以及进而在功率半导体开关t的控制端g上产生驱动电压ua。在该实施例中，驱动装置2产生15v的驱动电压ua以接通功率半导体开关t以及产生-8v的驱动电压ua以断开功率半导体开关t。功率半导体开关t根据驱动电压ua的电压值接通和断开。

控制信号s具有在时间上彼此间隔开的控制脉冲，在图2上部示例性地示出了其中的控制脉冲p1至p5。第二控制脉冲p2紧接在第一控制脉冲p1之后。第三控制脉冲p3紧接第二控制脉冲p2。第四控制脉冲p4紧接第三控制脉冲p3之后。第五控制脉冲p5紧接第四控制脉冲p4之后。各个控制脉冲p1至p5的上升边侧表示各个控制脉冲p1至p5的起始b且各个控制脉冲p1至p5的下降边侧表示各个控制脉冲p1至p5的终止e。在该实施例中，在各个控制脉冲p1至p5占据逻辑高电平时，接通功率半导体开关t，且在各个控制脉冲p1至p5占据逻辑低电平时，断开功率半导体开关t。可注意的是，这一般也可完全相反地实现。

从各个控制脉冲p1至p4的起始b直至紧接其后的控制脉冲p2至p5的起始b分别经过第一时间段t1。从各个控制脉冲p1至p4的终止e直至紧接其后的控制脉冲p2至p5的终止e分别经过第二时间段t2。控制信号s优选经过脉冲宽度调制。在该实施例中，控制信号s如此经脉冲宽度调制，即，第一时间段t1为不同的且第二时间段t2为恒定的。可替代地，控制信号s也可如此经脉冲调制，即，第二时间段t2为不同的且第一时间段t1为恒定的，或第一时间段t1为不同的且第二时间段t2同样为不同的。

控制信号s优选通过以下方式由上级控制机构5产生，即，如在图2中下部示例性示出地，通过上级控制机构比较具有基础周期时间tg的正弦形的基础信号gs与具有切换周期时间ta的切换信号sz，该切换周期时间小于基础周期时间tg。切换周期时间ta优选如此选择，即，切换周期时间ta的整数倍相当于基础周期时间tg。在该实施例中获得控制脉冲p1至p5的起始b作为切换信号sz高于基础信号gs的时间点ds1，并且控制脉冲p1至p5的终止e作为切换信号sz低于基础信号gs的时间点ds2。但是需要注意的是，反之亦然。切换信号sz可如在实施例中那样具有锯齿形状，虽然任意其他的信号形状也是可能的。通过改变切换信号sz的幅度，可在功率半导体开关t的运行中使控制脉冲的宽度发生变化。

切换频率fa由fa＝1/ta得出。功率半导体开关t由此以为功率半导体开关t的运行而设置的切换频率fa运行。为功率半导体开关t的运行而设置的切换频率fa的倒数得到切换周期时间ta。

在本发明中，控制装置1具有监测装置3，监测装置构造成：在存在至少两个彼此紧接的控制脉冲的情况下，尤其是例如如在该实施例中那样两个彼此紧接的控制脉冲，例如p1和p2，当从相应的控制脉冲p1或p2的起始b直至紧接在其后的控制脉冲p2或p3的起始b的相应第一时间段t1低于第一阈值gw1，且从相应的控制脉冲p1或p2的终止e直至紧接在其后的控制脉冲p2或p3的终止的相应第二时间段t2低于第二阈值gw2时，产生报错信号f。对此，连续地检测在彼此紧接的控制脉冲之间的第一时间段t1和第二时间段t2并且在连续两次低于第一阈值gw1和第二阈值gw2时产生报错信号f。

在该实施例中，从第一控制脉冲p1的起始b直至第二控制脉冲p2的起始b的时间段t1具体用t1a表示，从第二控制脉冲p2的起始b直至第三控制脉冲p3的起始b的时间段t1具体用t1b表示，从第三控制脉冲p3的起始b直至第四控制脉冲p4的起始b的时间段t1具体用t1c表示以及从第四控制脉冲p4的起始b直至第五控制脉冲p5的起始b的时间段t1具体用t1d表示。此外在该实施例中，从第一控制脉冲p1的终止e直至第二控制脉冲p2的终止e的时间段t2具体用t2a表示，从第二控制脉冲p2的终止e直至第三控制脉冲p3的终止e的时间段t2具体用t2b表示，从第三控制脉冲p3的终止e直至第四控制脉冲p4的终止e的时间段t2具体用t2c表示以及从第四控制脉冲p4的终止e直至第五控制脉冲p5的终止e的时间段t2具体用t2d表示。

因此，在该实施例中，在满足以下条件时产生报错信号f：

t1a<gw1且t1b<gw1且t2a<gw2且t2b<gw2。

在正常的运行中，即，在控制信号s中不存在表现为控制脉冲的干扰脉冲时，在恰当地选择了第一阈值gw1和第二阈值gw2的情况下该条件绝不会被全部满足。这即使在控制脉冲的脉冲宽度发生变化时也如此。由此避免了对不存在的干扰脉冲的误探测。在第一控制脉冲p1和第二控制脉冲p2之间出现干扰脉冲的情况下，所有这些条件都满足且通过监测装置3产生报错信号f。

第一阈值gw1和第二阈值gw2可具有相同的值。

第一阈值gw1和第二阈值gw2优选小于或大小等于为功率半导体开关t的运行而设置的切换频率fa的倒数ta＝1/fa，，特别是它们小于为功率半导体开关t的运行而设置的切换频率fa的倒数ta＝1/fa的95％，特别是它们小于为功率半导体开关t的运行而设置的切换频率fa的倒数ta＝1/fa的80％。

监测装置3也可构造成，在存在至少三个彼此紧接的控制脉冲p1、p2和p3的情况下，当从相应的控制脉冲p1、p2或p3的起始b直至紧接在其后的控制脉冲p2、p3或p4的起始b的相应第一时间段t1低于第一阈值gw1且从相应的控制脉冲p1、p2或p3的终止e直至紧接在其后的控制脉冲p2、p3或p4的终止e的相应第二时间段t2低于第二阈值gw2时产生报错信号f。监测装置3此时构造得不那么灵敏，因为单个干扰脉冲没有导致产生报错信号f。

驱动装置2优选构造成，在存在报错信号f时产生用于断开功率半导体开关t的驱动电压ua。通过断开功率半导体开关t保护功率半导体开关t。为此，监测装置3将报错信号f传输给驱动装置2。

需要注意的是，在为功率半导体开关t的运行而设置的切换频率fa相当于功率半导体开关t的例如在数据页中给出的允许的最大切换频率famax时，本发明可额外地用于探测不允许的高切换频率fa。如果就上级控制机构5而言切换频率fa高得不可接受，这被监测装置3识别出且产生报错信号f。