專利名稱：用于功率半導(dǎo)體器件的控制器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及功率電子設(shè)備。特別地，本實(shí)用新型涉及用于功率半導(dǎo)體器件的控制器件和用于控制功率半導(dǎo)體的高電流的系統(tǒng)以及用于控制該半導(dǎo)體器件的控制器件。
背景技術(shù)：
例如高功率整流器的功率電子系統(tǒng)典型地包括許多功率半導(dǎo)體，例如與用于控制 各自的功率半導(dǎo)體的功率半導(dǎo)體控制器件關(guān)聯(lián)的高功率晶閘管。一般來說，這些控制器件 與功率電子系統(tǒng)的中央控制單元通信，其例如可與具體的控制器件通信。例如，晶閘管的門 極可由控制器件開關(guān)，其從中央控制單元獲得開關(guān)源的定時(shí)。一種特殊類型的功率半導(dǎo)體 是晶閘管。晶閘管由門極信號(hào)接通，但即使在門極信號(hào)被解除宣稱后，晶閘管保持在導(dǎo)通狀 態(tài)直到任何關(guān)斷條件出現(xiàn)，其可以是反向電壓施加到端子，或當(dāng)流過的電流(正向電流)降 至稱為“保持電流”的某一閾值以下時(shí)。因而，晶閘管在它開啟或“激發(fā)”后表現(xiàn)像是正常 的半導(dǎo)體二極管。另一類型的晶閘管可以由門極信號(hào)開啟，并且也可以由負(fù)極性的門極信號(hào)關(guān)斷。 關(guān)斷由門極和陰極端子之間的“負(fù)電壓”脈沖完成。正向電流中的一些(大約1/3至1/5) 被“偷走”并且用于引起陰極-門極電壓，其進(jìn)而引起正向電流降低并且晶閘管將切斷(轉(zhuǎn) 換到“阻斷狀態(tài)”)。然而這些晶閘管遭受長切斷時(shí)間，其中在正向電流降低之后，存在長的拖尾時(shí)間， 其中剩余電流繼續(xù)流動(dòng)直到所有來自器件的剩余電荷已經(jīng)被帶走。

實(shí)用新型內(nèi)容因此本實(shí)用新型的目的是提供改進(jìn)的功率半導(dǎo)體器件的控制和功能性。這個(gè)目的通過根據(jù)權(quán)利要求1和14的用于功率半導(dǎo)體器件的控制器件和用于控 制高電流的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。其他優(yōu)選實(shí)施例從從屬權(quán)利要求明顯可見。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，用于功率半導(dǎo)體器件的控制器件包括連接，其中控制 器件設(shè)計(jì)成用于控制功率半導(dǎo)體器件的電流。該連接設(shè)計(jì)成用于連接控制器件到功率半導(dǎo) 體器件并且用于提供一定水平的電感以致不需要在功率半導(dǎo)體器件周圍增加緩沖器電路 以限制在功率半導(dǎo)體器件的關(guān)斷時(shí)電壓的升高。這樣的控制器件和功率半導(dǎo)體器件之間的連接可有利地提供大約1至2納亨(nH) 的低電感使得關(guān)于具有大約300nH的門極電感的需要緩沖器電路的門極關(guān)斷晶閘管不需 要外部器件以整形開啟和關(guān)斷電流以防止功率半導(dǎo)體器件的破壞。由于該連接，GCT可以被均勻地關(guān)斷并且因此可以使用而不需要緩沖器以限制電 壓的升高的速率。此外與GTO器件相比，這樣的通過連接的用于功率半導(dǎo)體器件的控制器 件顯著減少功率半導(dǎo)體器件的切斷時(shí)間。由于設(shè)計(jì)成用于提供低水平電感的連接，高電磁抗擾性可提供有這個(gè)功率半導(dǎo)體器件的高可靠性。這樣的設(shè)計(jì)成用于提供低水平電感應(yīng)率的連接的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是各自的低關(guān)斷損耗 ο這樣的連接的另外的優(yōu)勢(shì)是關(guān)斷脈沖可具有低電感性，其使得用于功率半導(dǎo)體器 件的控制器件能夠關(guān)斷非常高的電流。此外，這樣的連接提供低于1毫歐的低歐姆電阻。這樣的連接有利地提供半導(dǎo)體器件的簡單關(guān)斷的可能性，并且由于緩沖器電路不 是必需的，具有低的空間要求。上文提及的通過連接用于功率半導(dǎo)體器件提供低水平電感的控制器件可用于采 用1兆瓦到100兆瓦功率的變速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的變頻器。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，控制器件還包括觸發(fā)脈沖單元，其中觸發(fā)脈沖 單元設(shè)計(jì)成用于提供電流脈沖以開啟功率半導(dǎo)體器件。觸發(fā)脈沖單元可以是觸發(fā)脈沖電路，適用于均勻地開啟功率半導(dǎo)體器件。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，控制器件還包括保持電流單元，其中保持電流 單元設(shè)計(jì)成用于提供連續(xù)的電流以保持功率半導(dǎo)體器件處于導(dǎo)通狀態(tài)。保持電流單元可以是保持電流電路。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，控制器件還包括關(guān)斷單元，其設(shè)計(jì)成用于提供 電流脈沖以關(guān)斷功率半導(dǎo)體器件。 關(guān)斷單元可以是關(guān)斷電路。這樣的關(guān)斷單元可提供大約與必須關(guān)斷的電流中之一相同的幅度的電流脈沖。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，該連接設(shè)計(jì)成用于連接控制器件到功率半導(dǎo)體 器件的端子，其中該連接設(shè)計(jì)為多層器件，也就是說多層連接。多層連接可以包括，例如，四層印刷(門極、陰極、門極、陰極)或六層印刷(門極、 陰極、門極、陰極、門極、陰極)。多層連接可包括兩個(gè)凸緣，其中該連接的凸緣被設(shè)計(jì)以夾住 功率半導(dǎo)體器件的門極，使得門極被該連接的凸緣夾住。多層連接可連到印刷電路板或可是印刷電路板的一部分，并且功率半導(dǎo)體器件例 如通過板或夾子可連到印刷電路板。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，功率半導(dǎo)體器件是晶閘管，其中控制器件是門 極驅(qū)動(dòng)器。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，功率半導(dǎo)體器件是門極可控晶閘管(GCT)。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，控制器件設(shè)計(jì)為集成門極可控晶閘管(IGCT) 門極驅(qū)動(dòng)器。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，控制器件具有抵抗電磁場的抗擾性。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，觸發(fā)脈沖單元設(shè)計(jì)為電路，每個(gè)電路包括電感 器，其中電感器在脈沖被釋放之前用電流供給能量。電流被非?？斓?fù)Q向到半導(dǎo)體器件的 門極。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，觸發(fā)脈沖單元和保持電流單元設(shè)計(jì)為具有電感 器的電路，其中電感器由分立元件或在印刷電路板上的銅跡線中的一個(gè)組成。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，關(guān)斷單元包括并行連接的多個(gè)電解電容器，和 并行連接的多個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。[0033]根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，并行連接的若干MOSFET的和并行連接的若干 電解電容器設(shè)計(jì)成用于提供例如大約1至2納亨的低電感和例如小于1毫歐的歐姆電阻。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，電解電容器設(shè)計(jì)成用于緩沖功率半導(dǎo)體器件的 脈沖功率消耗。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，該連接被連接到用若干層構(gòu)成的印 刷電路板， 其中印刷電路板到功率半導(dǎo)體器件的連接由交替的功率半導(dǎo)體器件的門極層和陰極層提 供以便提供例如大約1至2nH的低電感。到功率半導(dǎo)體器件的該連接可包括兩層。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，控制器件還包括控制單元。從控制單元到控制 器件的門極驅(qū)動(dòng)器的通信可以設(shè)計(jì)為光纖鏈路以提供用于控制器件和功率半導(dǎo)體器件的 高電壓隔離和電磁抗擾性。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，為了配合功率半導(dǎo)體器件的需求并且減少在控 制器件上的功率耗散，由保持電流單元提供的電流是溫度依賴性的。溫度控制器件可設(shè)置 在半導(dǎo)體器件的門極上用于控制到門極的電流，因?yàn)殡娏餍枨箅S功率半導(dǎo)體的溫度而變 化。例如半導(dǎo)體器件所需要的電流在0°C (攝氏)的溫度下將是大約IOA(安培)并且在超 過60°C的溫度下是2A。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，系統(tǒng)提供用于控制高電流，該系統(tǒng)包括半導(dǎo)體 器件和根據(jù)上文提及的實(shí)施例中的任一個(gè)的用于控制功率半導(dǎo)體器件的控制器件。本實(shí)用新型還涉及包括用于控制器件的一個(gè)或多個(gè)處理器的計(jì)算機(jī)程序代碼的 計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，該器件適用于控制功率半導(dǎo)體器件的電流，特別地，計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括 計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其包含該計(jì)算機(jī)程序代碼于其中。本實(shí)用新型的這些和其它方面將從下文中說明的實(shí)施例明顯可見并且參考在下 文中說明的實(shí)施例闡明。

本實(shí)用新型的主旨將在下列關(guān)于優(yōu)選示范實(shí)施例的正文中更加詳細(xì)地說明，優(yōu)選 實(shí)施例在附圖中示出。圖Ia示出門極關(guān)斷晶閘管(GTO)共發(fā)共基放大器的圖示。圖Ib示出根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的門極可控晶閘管(GCT)的圖示。圖2示出根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的門極可控晶閘管(GCT)/ 二極管組合的截面 的圖示。圖3示出根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的用于控制高電流的具有控制器件和功率半 導(dǎo)體器件的系統(tǒng)的圖示。圖4示出根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的通過連接與門極可控晶閘管(GCT)連接的集 成門極換流晶閘管(IGCT)門極驅(qū)動(dòng)器的控制器件的圖示。圖5a示出根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的在用于大功率器件的印刷電路板上具有門 極驅(qū)動(dòng)器的門極可控晶閘管(GCT)的示意透視圖。圖5b示出根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例的在用于大功率器件的印刷電路板上 具有門極驅(qū)動(dòng)器的門極可控晶閘管(GCT)的示意透視圖。圖6a示出根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的在用于小功率器件的印刷電路板上具有門極驅(qū)動(dòng)器的門極可控晶閘管(GCT)的圖示。圖6b示出根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例的在用于小功率器件的印刷電路板上 具有門極驅(qū)動(dòng)器的門極可控晶閘管(GCT)的圖示。圖6c示出根據(jù)本實(shí)用新型的另外的實(shí)施例的在用于小功率器件的印刷電路板上 具有門極驅(qū)動(dòng)器的門極可控晶閘管(GCT)的圖示。在附圖中使用的標(biāo)號(hào)和它們的含義在標(biāo)號(hào)列表中以摘要的形式列出。原則上，相 同的部件在圖中提供有相同的標(biāo)號(hào)。
具體實(shí)施方式
圖Ia示出包括陽極101、陰極102和門極103以及包含過剩自由電子的兩個(gè)η型 基極105(對(duì)于電子是負(fù)的)和包含過?？昭ǖ膬蓚€(gè)ρ型基極104(對(duì)于空穴是正的)的 GTO晶閘管共發(fā)共基放大器(GTOthyristor cascod e) 100。GTO晶閘管開啟/關(guān)斷電路106 通過提供相應(yīng)的電流來控制GTO晶閘管100以開啟和關(guān)斷GTO 100。GTO晶閘管開啟/關(guān) 斷電路106連接到陰極102和門極103，門極103設(shè)置在兩個(gè)η型基極105之間的ρ型基極 104處。GTO晶閘管開啟/關(guān)斷電路106可連接到緩沖器電路以整形開啟和關(guān)斷電流以防 止GTO晶閘管100的破壞。GTO晶閘管開啟/關(guān)斷電路106可以由開關(guān)108激活。GTO晶閘管100用電流門極脈沖開啟并且在正向?qū)ㄖ虚V鎖。為了關(guān)斷GTO晶閘 管共發(fā)共基放大器100，通過斷開與陰極102串聯(lián)的開關(guān)108迫使全部陽極電流換向到門 極103。于是，GTO晶閘管100轉(zhuǎn)變?yōu)棣薛铅丫w管而沒有基極接觸。陰極發(fā)射極的再生動(dòng)作 被阻止并且共發(fā)共基放大器GTO 100均勻地關(guān)斷。這在理論上使GTO共發(fā)共基放大器100 成為極其耐用的開關(guān)。最大關(guān)斷電流顯著高于常規(guī)GTO的等級(jí)并且保護(hù)性緩沖器電路可省 略，因?yàn)樵诮鼏挝辉鲆嫣幋嬖陉P(guān)斷。圖Ib示出具有陽極101、陰極102、門極103和兩個(gè)η型基極105以及兩個(gè)ρ型基 極104的門極可控晶閘管(GCT) 110，其中門極103連到兩個(gè)η型基極105之間的ρ型基極 104。電壓Veg在陰極102和陽極101之間提供。GCT開啟/關(guān)斷電路107向門極103提供門極電壓Vg以便開啟和關(guān)斷GCT 110， 也就是說控制GCT 110。大約1至2納亨的非常低的電感應(yīng)率Ls — 0必須由根據(jù)圖Ib的
設(shè)置提供。根據(jù)圖Ib的GCT 110根據(jù)圖Ia的共發(fā)共基放大器原理的改進(jìn)的實(shí)現(xiàn)并且工作如 下為了關(guān)斷GCT 110，ρ型基極-η型發(fā)射極結(jié)通過施加負(fù)電壓而反向偏置，于是立刻停止 陰極102的注入并且轉(zhuǎn)換GCTllO為ρηρ型晶體管。該概念僅在如果在空間電荷區(qū)可以在 P型基極η型基極結(jié)處形成之前，即在器件開始建立阻斷電壓之前，全部的陽極電流可以被 換向進(jìn)入門極103的情況下成功。粗略地，向門極103的電流換向必須在小于一微秒內(nèi)發(fā)生。這個(gè)要求暗指對(duì)門極 驅(qū)動(dòng)器的最大阻抗的緊約束。例如，為了關(guān)斷100(^且\ = 20V，連接到門極103的門極驅(qū) 動(dòng)器的最大雜散電感是大約20納亨(ηΗ)。這樣的低門極電感只可以通過特殊的具有共面的門極陰極導(dǎo)體的GCT外殼結(jié)構(gòu)獲得。GCT 110可設(shè)計(jì)為對(duì)于相同的正向擊穿電壓，與傳統(tǒng)的GCT 110相比，具有高達(dá)30%的減少的厚度的緩沖層功率半導(dǎo)體。這個(gè)減少的厚度的主要益處是更低的導(dǎo)通狀態(tài)損耗和顯著減少的關(guān)斷損耗。圖2示出GCT/二極管組合200的截面的圖示。GCT包括陰極202、設(shè)置在陰極202 周圍的門極203、以及與二極管共享的陽極205。二極管包括陰極204、與GCT共享的陽極 205、以及ρ型基極104和三個(gè)η型基極105。GCT包括η型基極105，其連接到陰極202并且與η型基極105直接連接的是與門 極203連接的ρ型基極104。沿著門極連接ρ型基極104有η型基極105，其與二極管共享。 沿著η型基極105有另外兩個(gè)η型基極105，其中一個(gè)η型基極連接到由GCT和二極管共享 的陽極105。圖2示出通過反向?qū)℅CT 201的示意橫截面。二極管和GCT共享共用的阻斷結(jié) (GCT ρ型基極和二極管陽極接合部)。兩個(gè)ρ型基極的完全分離避免GCT門極203和二極 管陽極204之間不期望有的電阻路徑。由于產(chǎn)生的ρηρ型結(jié)構(gòu)，一個(gè)ρη結(jié)將一直被反向偏 置，因而防止GCT門極和二極管陽極之間顯著的電流。圖3示出用于控制高電流300的系統(tǒng)的圖示，其中例如晶閘管或門極可控晶閘管 等的功率半導(dǎo)體器件302，通過例如多層連接等的連接303連接到例如門極驅(qū)動(dòng)器或集成 門極可控晶閘管(IGCT)的控制器件301?？刂破骷?01通過光纖鏈路305連接到控制單元 304。從控制單元304到控制器件301的門極驅(qū)動(dòng)器的通信設(shè)計(jì)為光纖鏈路305以便向 控制器件301和功率半導(dǎo)體器件302提供高電壓隔離和電磁抗擾性?？刂破骷?01設(shè)計(jì)成用于控制功率半導(dǎo)體器件302的電流流動(dòng)，也就是說開啟或 關(guān)斷功率半導(dǎo)體器件302。連接303設(shè)計(jì)成用于提供一定水平的電感以致可不需要在功率半導(dǎo)體器件302周 圍增加緩沖器電路以限制在功率半導(dǎo)體器件302的關(guān)斷時(shí)電壓的升高以防止功率半導(dǎo)體 器件302的破壞。電感的水平可是1至2納亨。圖4示出通過連接303與功率半導(dǎo)體器件302特別是GCT 302連接的控制器件 301特別是IGCT門極驅(qū)動(dòng)器301的示意圖。GCT 302包括陰極102、陽極101和門極103。 連接303設(shè)計(jì)成用于連接IGCT門極驅(qū)動(dòng)器301與端子404和GCT 302的門極103?？刂破骷?01包括觸發(fā)脈沖單元401，特別是觸發(fā)脈沖電路401，其設(shè)計(jì)成用于提 供電流脈沖以開啟功率半導(dǎo)體器件302。觸發(fā)脈沖單元401可以設(shè)計(jì)成用于均勻地開啟功 率半導(dǎo)體器件302。觸發(fā)脈沖單元401可以包括電感器，其在脈沖被釋放之前用電流供給能 量。然后電流可以非常快地?fù)Q向到門極103?？刂破骷?01還包括保持電流單元402，特別是保持電流電路402，并且設(shè)計(jì)成用 于提供連續(xù)的電流以保持功率半導(dǎo)體器件302處于導(dǎo)通狀態(tài)。保持電流可以是溫度依賴 的，以配合GCT 302的需求并且減少在門極驅(qū)動(dòng)器301上的功率耗散。因此可以在控制器 件301上提供溫度控制單元，其以GCT 302的溫度為基礎(chǔ)來控制電流。GCT 302通常具有與 控制器件301相比相同的溫度或更高的溫度。在GCT 302的0°C的溫度下有例如IOA的電 流并且在GCT 302的超過60°C的溫度下有大約2A的電流，所有電流必須調(diào)節(jié)為恒定電流到 門極103。觸發(fā)電路401和保持電流電路402包括電感器，其是分立元件或用印刷電路板上的銅跡線組成。如在圖4中示出的控制器件301還包括關(guān)斷單元403，特別是關(guān)斷電路403，其設(shè) 計(jì)成用于提供具有與必須關(guān)斷的電流大約相同振幅的電流脈沖以關(guān)斷功率半導(dǎo)體器件。在 圖4中說明的實(shí)施例中關(guān)斷電壓大約是-20V。關(guān)斷電路403可以包括并行連接的若干電解 電容器501 (參見例如圖5a)和并行連接的若干金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET) 以提供需要的大約1至2納亨的低電感和小于1毫歐的低歐姆電阻。觸發(fā)脈沖單元401、保持電流單元402和關(guān)斷單元403并行連接到連 接控制器件 301與功率半導(dǎo)體器件302的連接303。圖5a示出通過具有四層印刷(門極，陰極，門極，陰極)的多層連接303 (其可以 是印刷電路板502的一部分)連接到包括多個(gè)電解電容器501的門極驅(qū)動(dòng)器301的GCT 302。GCT 302通過板或夾子503連到印刷電路板502。該多層連接303包括兩個(gè)凸緣，其 夾住GCT 302的門極。連接303可是印刷電路板的一部分。以門極驅(qū)動(dòng)器301的形式的具有多個(gè)電容器501的控制器件301也連到印刷電路 板 502。電容器501可以是電解電容器501并且提供以緩沖設(shè)計(jì)為GCT302的功率半導(dǎo)體 器件302的高脈沖功率消耗。印刷電路板502是多層構(gòu)造。GCT 302與門極驅(qū)動(dòng)器301的連接交替的門極層和 陰極層來制成以獲得大約1至2納亨的低電感。通過在圖5a的印刷電路板502上的連接303連接的控制器件301和功率半導(dǎo) 體器件302提供用于采用5麗至30麗的高功率的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的變頻器(frequency converter)。用根據(jù)圖5a和5b的GCT 320，可以獲得例如用于鐵路網(wǎng)的從16. 7Hz至50Hz的變頻器。圖5b示出通過在根據(jù)圖5a的印刷電路板502上的多層連接303彼此連接的控制 器件301與功率半導(dǎo)體器件302，其中連接303設(shè)計(jì)為具有六層印刷(門極，陰極，門極，陰 極，門極，陰極)的多層連接。圖6a示出用沿GCT 302圓周的八個(gè)夾子503連到印刷電路板502的GCT 302?？梢允请娊怆娙萜?01的十個(gè)電容器501設(shè)置在GCT 302的每一側(cè)(十個(gè)電容器 501在左邊而十個(gè)電容器在GCT 302的右邊)并且連到印刷電路板502上。印刷電路板還包括電源連接器601、用于機(jī)械固定的塑料支持器602和可以連接 到控制單元的光纖接收器603。連到印刷電路板502的GCT 302設(shè)計(jì)成用于采用1麗至7麗 的低功率器件的變頻器。圖6b示出連到具有根據(jù)圖6b的電容器501的印刷電路板502的GCT 302的示意 性表示，其中GCT 302通過彼此相對(duì)設(shè)置的一對(duì)三個(gè)夾子503連到印刷電路板502，并且一 對(duì)八個(gè)電容器靠近印刷電路板502的邊緣設(shè)置在GCT 302的每一側(cè)。圖6c示出連到具有根據(jù)圖6a的電容器501的印刷電路板502的GCT 302的示 意性表示，其中GCT 302通過五個(gè)夾子503連到印刷電路板502 (兩個(gè)夾子503與三個(gè)夾 子503相對(duì))并且具有一共七個(gè)靠近印刷電路板502的邊緣連到印刷電路板502的電容器501 (三個(gè)電容器501與四個(gè)電容器501相對(duì))。優(yōu)選地，用于功率半導(dǎo)體器件302的控制器件301、控制單元和用于控制高電流的系統(tǒng)300分別作為可編程的軟件模塊或程序?qū)崿F(xiàn)；然而，一位本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將理解用 于功率半導(dǎo)體器件302的控制器件301、控制單元和用于控制高電流的系統(tǒng)300可以完全地 或部分地以硬件實(shí)現(xiàn)。盡管本實(shí)用新型已經(jīng)在附圖和前述說明中詳細(xì)地圖示和說明，這樣的圖示和說明 要認(rèn)為是說明性的或示范的而不被限制；本實(shí)用新型不限于公開的實(shí)施例。對(duì)公開的實(shí)施 例的其他變化形式可以被那些本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員理解和實(shí)現(xiàn)并且從對(duì)附圖、公開和附加權(quán) 利要求的學(xué)習(xí)實(shí)踐本要求權(quán)利的實(shí)用新型。在權(quán)利要求中，單詞“包括”不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個(gè)” 不排除多數(shù)。單個(gè)控制器件或功率半導(dǎo)體器件或控制單元或用于控制高電流的系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn) 在權(quán)利要求中陳述的若干項(xiàng)的功能。某些措施在互相不同的從屬權(quán)利要求中陳述的少數(shù)事 實(shí)不僅指示這些措施的組合不可以有利地使用。在權(quán)利要求中的任何標(biāo)號(hào)不應(yīng)該解釋為限 制范圍。標(biāo)號(hào)列表101陽極300用于控制高電流的系統(tǒng)102陰極303連接，多層連接103門極603光纖接收器106 GTO晶閘管開啟/關(guān)斷電路 304控制單元107 GCT開啟/關(guān)斷電路305光纖鏈路110門極可控晶閘管(GCT)401觸發(fā)脈沖單元，觸發(fā)脈沖電路200 GCT/二極管組合402保持電流單元，保持電流電路201 二極管403關(guān)斷單元，關(guān)斷電路202 GCT的陰極501電容器，電解電容器203 GCT的門極502 印刷電路板(PCB)204 二極管的陰極503夾子，板205 GCT和二極管的陽極601電源連接器602用于機(jī)械固定的塑料支持器100門極關(guān)斷(GTO)晶閘管共 302功率半導(dǎo)體器件，晶閘管，門發(fā)共基放大器極可控晶閘管(GCT)104 ρ型基極(包含過剩空穴)，105 η型基極(包含過剩自由電對(duì)于空穴是正的子)，對(duì)于電子是負(fù)的301控制器件，門極驅(qū)動(dòng)器，集108用于GTO晶閘管開啟/關(guān)斷電成門極可控晶閘管(IGCT)路的開關(guān)門極驅(qū)動(dòng)器
權(quán)利要求一種用于功率半導(dǎo)體器件(302)的控制器件(301)，包括連接(303)；其中所述控制器件(301)設(shè)計(jì)成用于控制所述功率半導(dǎo)體器件(302)的電流流動(dòng)；其中所述連接(303)將所述控制器件(301)連接到所述功率半導(dǎo)體器件(302)；其中所述連接(303)提供一定水平的電感，以致不需要在所述功率半導(dǎo)體器件(302)周圍增加緩沖器電路以限制在所述功率半導(dǎo)體器件(302)的關(guān)斷時(shí)電壓的升高。
2.如權(quán)利要求1所述的控制器件(301)，包括 觸發(fā)脈沖單元(401)；其中所述觸發(fā)脈沖單元(401)設(shè)計(jì)成用于提供電流脈沖以開啟所述功率半導(dǎo)體器件 (302)。
3.如權(quán)利要求1-2中的一項(xiàng)所述的控制器件(301)，還包括 保持電流單元(402)；其中所述保持電流單元(402)設(shè)計(jì)成用于提供連續(xù)的電流以保持所述功率半導(dǎo)體器 件(302)處于導(dǎo)通狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求1所述的控制器件(301)，還包括 關(guān)斷單元(403)；其中所述關(guān)斷單元(403)設(shè)計(jì)成用于提供電流脈沖以關(guān)斷所述功率半導(dǎo)體器件 (302)。
5.如權(quán)利要求1所述的控制器件(301)，其中所述連接(303)將所述控制器件(301)連接到所述功率半導(dǎo)體器件(302)的端子 (404)，其中所述連接(303)設(shè)計(jì)為多層器件。
6.如權(quán)利要求1所述的控制器件(301)， 其中所述功率半導(dǎo)體器件(302)是晶閘管， 其中所述控制器件(301)是門極驅(qū)動(dòng)器。
7.如權(quán)利要求1所述的控制器件(301)，其中所述控制器件(301)具有抵抗電磁場的抗擾性。
8.如權(quán)利要求1所述的控制器件(301)，其中所述觸發(fā)脈沖單元(401)和所述關(guān)斷單元(403)設(shè)計(jì)為電路，每個(gè)電路包括 電感器；其中所述電感器在所述脈沖被釋放之前用電流供給能量；其中所述電流被非?？斓?fù)Q向到所述功率半導(dǎo)體器件(302)的門極(103)。
9.如權(quán)利要求1所述的控制器件(301)，其中所述觸發(fā)脈沖單元(401)和所述保持電流單元(402)設(shè)計(jì)為電路，每個(gè)電路包括由分立元件或在印刷電路板(502)上的銅跡線中之一組成的電感器。
10.如權(quán)利要求1所述的控制器件(301)， 其中所述關(guān)斷單元(403)包括并行連接的多個(gè)電解電容器(501)，以及并行連接的多個(gè)MOSFET。
11.如權(quán)利要求10所述的控制器件(301)，耗。
12.如權(quán)利要求1所述的控制器件(301)，其中所述連接(303)連接到用若干層構(gòu)成的印刷電路板(502)； 其中所述印刷電路板(502)到所述功率半導(dǎo)體器件(302)的所述連接(303)由交替的 所述功率半導(dǎo)體器件(302)的門極(103)層和陰極(102)層提供以便提供大約1至2納亨 (nH)的低電感。
13.如權(quán)利要求1所述的控制器件(301)，還包括 控制單元(304)；其中從所述控制單元(304)到所述控制器件(301)的通信設(shè)計(jì)為光纖鏈路(305)以提 供用于所述控制器件(301)的高電壓隔離和電磁抗擾性。
14.一種用于控制高電流的系統(tǒng)(300)，所述系統(tǒng)包括 功率半導(dǎo)體器件(302)，如權(quán)利要求1至13中的一項(xiàng)所述的用于控制所述功率半導(dǎo)體器件(302)的控制器件 (301)。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種用于功率半導(dǎo)體器件的控制器件。用于控制高電流的系統(tǒng)(300)提供有用于功率半導(dǎo)體器件(302)的控制器件(301)。控制器件(301)，特別是IGCT門極驅(qū)動(dòng)器，設(shè)計(jì)成用于控制功率半導(dǎo)體器件(302)的電流流動(dòng)并且包括用于連接控制器件(301)到功率半導(dǎo)體器件(302)的連接(303)。用于門極驅(qū)動(dòng)器通過連接門極驅(qū)動(dòng)器到晶閘管的多層連接來控制例如該晶閘管的功率半導(dǎo)體器件。該連接(303)設(shè)計(jì)成用于提供一定水平的電感以致不需要在功率半導(dǎo)體器件(302)周圍增加緩沖器電路以限制在功率半導(dǎo)體器件(302)的關(guān)斷時(shí)電壓的升高使得功率半導(dǎo)體器件(302)不被破壞。
文檔編號(hào)H02M1/08GK201577025SQ20092016672
公開日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2009年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
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