專利名稱：具有電壓驅動開關元件的功率轉換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有例如MOS-FET、IGBT(絕緣柵雙極晶體管)、IEGT(注入增強柵晶體管)作為電壓驅動開關元件的MOS柵結構的絕緣柵半導體器件的功率轉換器。
可獲得電壓驅動開關元件作為功率轉換器中使用的開關元件，例如驅動感應電動機將直流功率轉換為交流功率的倒相器而不是諸如晶閘管、可關斷晶閘管(GTO)或晶體管的電流驅動開關元件。作為電壓驅動開關元件的一般示例有MOS柵結構的絕緣柵半導體器件，例如MOS-FET、IGBT(絕緣柵雙極晶體管)、IEGT(注入增強柵晶體管)。


圖1表示常規(guī)功率轉換器中的IGBT的選通驅動電路。在圖1中，如果開關指令Vin將IGBT7設置在導電狀態(tài)(通)或非導電狀態(tài)(斷)中，則對應開關指令Vin的柵電壓Vge通過晶體管3、4和柵電阻6加在IGBT7的柵極與發(fā)射極之間，從而在IGBT7中執(zhí)行諸如接通或關斷的開關操作。即，如果正開關指令Vin從未在圖2中示出的選通控制電路中輸入，晶體管3處于導通狀態(tài)，而晶體管4處于關斷狀態(tài)，輸出電壓Vg變?yōu)檎妷?，并且通過柵電阻6給出的柵電壓Vge偏置至正側以便接通IGBT7。如果開關指令Vin為負，則晶體管3處于關斷狀態(tài)，晶體管4處于導通狀態(tài)，柵電壓Vg變?yōu)樨撾妷?，并且柵電壓偏置至負側以關斷IGBT7。
用于正偏置的柵電源(電壓Ep)1和用于負偏置的柵電源(電壓En)2通過限流電阻5分別連到晶體管3、4。在這種情況中，限流電阻5連在柵電源2與晶體管4之間或連到它們二者。
IGBT在如圖3所示的柵極、發(fā)射極與集電極中間具有等效電容Cge8、Ccg9、Cce10等。因此，在高頻條件下集電極與發(fā)射極之間產(chǎn)生短路，Ccg+Cge表示IGBT的柵極與發(fā)射極之間的輸入電容Cies。因此，為了使IGBT進行開關操作，要求通過柵電阻6對輸入電容Cies進行充放電。
在圖1所示的常規(guī)選通驅動電路中，在由柵電阻6與輸入電容Cies確定的時間常數(shù)(R6·Cies)中產(chǎn)生延遲，這有時引起IGBT開關操作中的故障。
為了使時間常數(shù)中這樣的延遲更少，考慮使柵電阻值更小或使給出負偏置的柵電源2的電壓En變得更高。
然而，在使柵電阻6的值更小時，IGBT7的關斷速率變大和浪涌電壓變高，并因此IGBT有遭受過壓破壞的危險。在柵電源2的電壓En偏置更高時，也出現(xiàn)類似的問題。
電流驅動開關元件和電壓開關元件將認為是功率轉換器中的開關元件。
諸如GTO的電流驅動開關元件的關斷特性一般是當負載電流較小時，關斷時間更短，而當負載電流較大時，關斷時間由于如圖4所示的半導體元件中累積充電的影響而更長。因此，在諸如其中使用電流驅動開關元件的倒相器的功率轉換器中，至正與負支路(arm)的各個半導體元件的導通柵極(on-gate)電源禁止時間(稱為空載時間)相對被拉長，并且長于最大關斷時間，如果考慮關斷元件的最大電流時的最大關斷時間的話，而且因此防止正與負支路之間的短路(直流短路)。
另一方面，實際觀察到諸如絕緣柵開關元件的電壓驅動開關元件的關斷特性與圖5所示的電流驅動半導體開關元件的關斷特性完全相反，即在負載電流較大時的特性，關斷時間更短，而在負載電流較小時，關斷時間更長。
其原因是如圖6所示，由于在集電極與發(fā)射極之間電壓更小時(諸如在器件導通狀態(tài)中)柵極電容更大，而在集電極與發(fā)射極之間電壓較大時，柵極電容較小(基本上大小改變兩個數(shù)量級)，如果負載電流非常小，則從集電極對柵電容的充電緩慢。
因此，在絕緣柵開關元件中，為了防止正與負支路之間的短路(直流短路)，考慮到關斷此元件的非常小的電流時的關斷時間，只要求將正與負支路的空載時間設置得更長。然而，在那種情況下，不能利用具有高速轉換特性的絕緣柵開關元件的特性。雖然為使負載電流呈現(xiàn)正弦波形而希望采用較高開關頻率，但最好盡可能在PWM倒相器等的情況下，由于對空載時間的限制而限制上限頻率。
本發(fā)明目的是通過減少電壓驅動開關元件的柵電壓延遲提供具有以穩(wěn)定方式實施電壓驅動開關元件的關斷控制的選通驅動電路的功率轉換器。
本發(fā)明另一目的是提供具有能利用電壓驅動開關元件具有的并以穩(wěn)定方式在零電流至額定負載電流范圍中執(zhí)行開關操作的高頻操作的選通驅動電路的功率轉換器。
本發(fā)明還有一個目的是提供使用電壓驅動開關元件的功率轉換器，此功率轉換器實現(xiàn)具有高可靠性的操作。
本發(fā)明又一個目的是提供壓焊絕緣柵開關元件，此元件最好用作可用于功率轉換器的電壓驅動開關元件。
本發(fā)明公開了為達到上述目的而遵循下列原則的一種器件。
本發(fā)明的概念是具有至少一對電壓驅動開關元件的功率轉換器，此轉換器包括選通控制電路，此選通控制電路包括檢測裝置，用于檢測電壓驅動開關元件的一組器件參數(shù)與一組電參數(shù)中至少一個參數(shù)；監(jiān)視裝置，根據(jù)由檢測裝置檢測的電壓驅動開關元件的一組器件參數(shù)與一組電參數(shù)中至少一個參數(shù)，監(jiān)視電壓驅動開關元件的接通與關斷狀態(tài)中至少一個狀態(tài)；和控制裝置，根據(jù)監(jiān)視裝置的監(jiān)視結果控制電壓驅動開關元件的柵極。
遵循上述概念的本發(fā)明第一原則具有上述選通控制電路為特性，此選通控制電路包括判定裝置，根據(jù)電壓驅動開關元件的柵電壓判定電壓驅動開關元件關斷的完成；和偏移裝置，在判定裝置判定電壓驅動開關元件關斷完成時，將電壓驅動開關元件的柵電壓向負側偏移。
遵循上述概念的本發(fā)明第二原則具有上述選通控制電路為特性，此選通控制電路包括檢測裝置，用于檢測一對電壓驅動開關元件中的電流；和控制裝置，用于控制，以便在由檢測裝置檢測的檢測電流大于預定值時，降低空載時間，直至柵極上信號加到此對電壓驅動開關元件的一個電壓驅動開關元件并且在關斷另一電壓驅動開關元件之后加到另一電壓驅動開關元件，或在檢測電流小于預定值時，增加空載時間，直至柵極上信號在關斷另一電壓驅動開關元件之后加到此對電壓驅動開關元件的一個電壓驅動開關元件。
遵循上述概念的本發(fā)明第三原則具有選通控制電路為特性，此選通控制電路還包括自保護裝置，用于執(zhí)行有關電壓驅動開關元件中電流的保護操作；自保持裝置，用于在啟動自保護裝置時，保持保護操作；和復位裝置，根據(jù)外部信號復位由自保護裝置保持的保護操作。
遵循上述概念的本發(fā)明第四原則具有電壓驅動開關元件為特性，此電壓驅動開關元件包括一個電極，壓焊到電壓驅動開關元件，和一個電感元件，以具有圓柱與螺線特性的形狀形成，加在電壓驅動開關元件一端與電極之間。
本發(fā)明的附加目的和優(yōu)點將在隨后的描述中提出并且一部分的目的與優(yōu)點從描述中是顯而易見或可以利用本發(fā)明的實踐了解。本發(fā)明的目的與優(yōu)點可利用具體在所附權利要求中特別指出的裝置與組合實現(xiàn)和獲得。
組合入并構成說明書一部分的附圖表示本發(fā)明目前優(yōu)選的實施例，并與上面給出的一般描述和下面給出的優(yōu)選實施例的詳細描述一起用于解釋本發(fā)明原理。
圖1是表示常規(guī)功率轉換器結構的圖；圖2是用于表示常規(guī)功率轉換器操作的波形圖；圖3是表示IGBT等效電容的圖；圖4是表示GTO關斷特性的曲線圖；圖5是表示電壓驅動半導體元件關斷特性的曲線圖；圖6是表示圖5所示的電壓驅動半導體元件的電容與電壓的曲線圖7是表示本發(fā)明第一優(yōu)選實施例結構的圖；圖8是表示用于說明圖7中本發(fā)明第一實施例操作的波形的圖；圖9是表示本發(fā)明第二實施例結構的圖；圖10是表示用于說明圖9中本發(fā)明第二實施例操作的波形的圖；圖11是表示本發(fā)明第三實施例結構的圖；圖12是表示用于說明圖11中本發(fā)明第三實施例操作的波形的圖；圖13是表示本發(fā)明第四實施例結構的圖；圖14是表示用于說明圖13中本發(fā)明第四實施例操作的波形的圖；圖15是表示本發(fā)明第五實施例結構概況的方框圖；圖16是表示圖15所示的第五實施例的電平鑒別電路的電路圖；圖17是表示本發(fā)明第六實施例結構的方框圖；圖18是表示本發(fā)明第七實施例結構的方框圖；圖19是表示本發(fā)明第八實施例結構的圖；圖20是表示圖19所示半導體器件操作的圖；圖21是表示本發(fā)明第九實施例結構的方框圖；圖22是表示本發(fā)明第十實施例結構概況的方框圖；圖23A-23D是表示圖22中所示的自保護裝置與自保持裝置操作的操作波形；圖24A-24C是表示圖22中所示的自保護裝置與自保持裝置操作的操作波形；圖25是表示本發(fā)明第十一實施例結構概況的方框圖；圖26是表示本發(fā)明第十二實施例結構概況的方框圖；圖27是表示本發(fā)明第十三實施例中功率轉換器的開關元件結構概況的方框圖；圖28A與28B是表示本發(fā)明第十四實施例的功率轉換器的自保護裝置操作與電流限制之間關系表與曲線圖；圖29A-29C是表示本發(fā)明第十五實施例的功率轉換器的自保護裝置操作與電流限制之間關系的表和曲線圖；圖30是表示本發(fā)明第十六實施例的扁平型IEGT組件的部分剖視圖31是圖30的線XXXI-XXXI剖視圖；圖32是圖30中所示的(圓柱體)形狀線圈的透視圖；圖33是圖30所示的四棱柱形狀線圈的透視圖；圖34是圖32與33所示線圈的中心線的剖視圖；圖35采用絕緣涂層的圖30所示圓柱體形狀線圈的透視圖；和圖36是圖35所示線圈中心線的剖視圖。
本發(fā)明概念在于根據(jù)電壓驅動開關元件的一組器件參數(shù)與一組電參數(shù)中至少一個參數(shù)監(jiān)視電壓驅動開關元件接通與關斷狀態(tài)中至少一個狀態(tài)，并根據(jù)監(jiān)視結果控制電壓驅動開關元件的柵極。這里，器件參數(shù)與電參數(shù)是那些元件的器件、柵極、發(fā)射極與集電極有關的參數(shù)。
本發(fā)明第一原則遵循下面概念根據(jù)電壓驅動開關元件的柵電壓確定電壓驅動開關元件關斷完成，并在確定完成關斷時，電壓驅動開關元件的柵電壓移到負側。
因此，減少電壓驅動開關元件柵電壓的延遲，并且能以穩(wěn)定方式執(zhí)行電壓驅動開關元件的關斷控制。
遵循本發(fā)明第一原則的第一優(yōu)選實施例將結合圖7進行描述。如圖7所示，在此實施例的功率轉換器的選通驅動電路中，第二柵電阻11通過開關14連在功率轉換器的開關元件的IGBT11柵極之間。開關14根據(jù)判定信號S操作在ON(通)或OFF(斷)狀態(tài)中，并且利用開關14的OFF狀態(tài)將負壓(-En)加到第二柵電阻11。從根據(jù)IGBT7的柵極與發(fā)射極之間的電壓Vge確定IGBT7關斷完成的關斷判定部分30給開關14加上判定信號S，其他組成部分與圖1的常規(guī)電路相同并給出相同標號。
在上述結構中，如果正或負電壓的開關指令Vin從未示出的選通控制電路中輸入，如常規(guī)地進行那樣實施相同的開關操作。即，如果給出正或負電壓的開關指令Vin，從晶體管3或4輸出對應開關指令Vin的電壓Vg，正或負的柵電壓通過柵電阻6加在IGBT7的柵極與發(fā)射極之間。從而，接通或關斷IGBT7，此開關操作與常規(guī)進行的相同。
在這種情況中，如果輸入負電壓的開關指令Vin，則晶體管4導通并輸出對應柵電源2的負電壓的電壓Vg，IGBT7開始關斷操作，此時，柵極與發(fā)射極之間的電壓Vg保持在稱為Miller電壓(一般為5V數(shù)量級)的電平上，直至利用IGBT7的關斷特性流入集電極的電流變?yōu)榱?，如圖8所示。在電流為零時，電壓迅速轉移到負偏置狀態(tài)。在關斷中，由于以預定電流變化率di/dt減少集電極電流，由于開路電流較大，Miller電壓產(chǎn)生時間越長，而當開路電流較小時，Miller(米勒)電壓產(chǎn)生時間越短，如虛線所示。
在柵電壓Vge轉為負偏置狀態(tài)時，從關斷判定部分30輸出關斷完成的判定信號S，并且開關14處于導通狀態(tài)，而且柵電源2的負電壓(-En)通過第二柵電阻11并聯(lián)加在IGBT7的柵極與發(fā)射極之間。
從而，柵電壓Vge快速偏移并偏置為負壓。因此，IGBT7的集電極與發(fā)射極之間電壓迅速上升，并且如果采用較大dv/dt，則IGBT7不再進行觸發(fā)和可保持其關斷狀態(tài)。因此IGBT7能以穩(wěn)定方式完成關斷操作。
圖9以具體方式表示本發(fā)明選通驅動電路的第二實施例。此選通驅動電路包括如圖9所示，晶體管12、13、14；電阻15、16、17；和二極管18。其它組成部分與圖1中常規(guī)電路相同，并使用相同標號。
在圖9結構中，如果從未示出的選通控制電路輸入負電壓的開關指令Vin，則晶體管3處于關斷狀態(tài)中，晶體管4處于導通狀態(tài)，電壓-En輸入到柵電阻6，晶體管12處于關斷狀態(tài)，而晶體管13與14處于導通狀態(tài)。從而，電壓-En輸入到第二柵電阻11，第二柵電阻11來的柵電壓Vge與從柵電阻6提供的柵電壓Vge并行地提供給IGBT7。
在這種情況中，當開關指令Vin改變?yōu)檎妷海瑒t晶體管4處于關斷狀態(tài)，而晶體管3處于導通狀態(tài)，并且柵電阻6的輸入電壓Vg從-En變?yōu)?Ep。同時，晶體管12從以前的關斷狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)，并且晶體管14處于關斷狀態(tài)，而且第二柵電阻11的輸入電壓從-En變?yōu)榱汶妷海虼嘶鶞蕱烹妷篤ge開始以時間常數(shù)(R6·Cies)變化速率正向改變。
在柵電壓Vge從負變化為正的同時，晶體管13處于關斷狀態(tài)并且增加柵電壓Vge，于是控制IGBT為導通狀態(tài)。
此后，當開關指令Vin在電流流入IGBT7集電極的條件下從正電壓變?yōu)樨撾妷簳r，晶體管3處于關斷狀態(tài)，而晶體管4處于導通狀態(tài)。因此，電壓-En輸入給柵電阻6，并且同時晶體管12進入關斷狀態(tài)。
然而，在電流流入IGBT7的集電極時，如圖10所示，柵極與發(fā)射極之間的電壓Vge不立即改變?yōu)樨撾妷海侨缟纤霰３衷贛iller電壓上。因此，晶體管13不立即變?yōu)閷顟B(tài)，但基極電流不流入晶體管14并且晶體管14保持在關斷狀態(tài)中，即使晶體管12處于關斷狀態(tài)。
因此，IGBT7只受從柵電阻6提供的柵電壓Vge的關斷控制。在集電極電流減為零并且Miller電壓消失和柵極-發(fā)射極電壓Vge為負時，晶體管13處于導通狀態(tài)和晶體管14也處于導通狀態(tài)，并且輸入至第二柵電阻11的電壓從零電壓變?yōu)?En。因而，負柵電壓Vge從柵電阻6與第二柵電阻11并聯(lián)加到IGBT7。
因此，根據(jù)此實施例，在IGBT完成關斷操作之后，柵電壓Vge以短于由虛線表示的常規(guī)示例(圖1)的時間常數(shù)[Cge·(Rg1·Rg2)/(Rg1·Rg2)]快速偏置至負側，從而，能防止由于IGBT7的集電極-發(fā)射極電壓dv/dt而引起的第二觸發(fā)的發(fā)生。
在此實施例中，由于檢測到IGBT7關斷完成并因此控制柵電壓，所以以開路為特征的變化或以器件之間不同為特征的擴散(dispersion)不影響效果。
圖11表示選通驅動電路的第三實施例。在圖11中，此實施例的選通驅動電路除了包含在圖9與1之間的那些部分之外還包括二極管19、20和電阻21、22。
在此實施例中，晶體管13由柵電阻6的輸出側的電壓Vge或輸入側的電壓帶入導通或關斷狀態(tài)，無論哪個電壓更高。在圖11的結構中，如果從未示出的選通控制電路輸入負電壓的開關指令Vin，則晶體管3處于關斷狀態(tài)，而晶體管4處于導通狀態(tài)。從而，電壓-En輸入給柵電阻6并且晶體管13、14都處于導通狀態(tài)，而且電壓-En輸入給第二柵電阻11。負的柵電壓Vge并聯(lián)加到IGBT7。
在開關指令Vin從這種情況變?yōu)檎妷簳r，晶體管4進入關斷狀態(tài)，而晶體管3進入導通狀態(tài)。與此同時，柵電阻6的輸入電壓Vg從-En變?yōu)镋P。同時，晶體管13將其狀態(tài)從導通變?yōu)殛P斷和晶體管14進入關斷狀態(tài)，結果是第二柵電阻11的輸入端呈現(xiàn)開路狀態(tài)。因此，柵電壓Vge以時間常數(shù)(R6·Cies)的變化速率正向地增加，并且控制IGBT7處于圖12所示的導通狀態(tài)。
此后，在電流流入IGBT7集電極的條件下開關指令Vin變?yōu)樨撾妷簳r，晶體管3再次處于關斷狀態(tài)，晶體管4處于導通狀態(tài)并且電壓-En輸入到柵電阻6。
然而，由于在電流流入IGBT7的集電極時，柵極-發(fā)射極電壓Vge不立即變?yōu)樨撾妷憾潜３衷贛iller電壓上，所以晶體管13不立即進入導通狀態(tài)，而是如圖12所示保持晶體管14的關斷狀態(tài)。
因此，IGBT7只受從柵電阻6提供的柵電壓Vge的關斷控制。在集電極電流變?yōu)榱愫蚆iller電壓消失并且柵電壓Vge變?yōu)樨摃r，晶體管13帶入導通狀態(tài)并且晶體管13也獲得導通狀態(tài)。因此，輸入到第二柵電阻11的電壓從零變?yōu)?En，并因此負的柵電壓Vge以并聯(lián)方式從柵電阻6和第二柵電阻11加到IGBT7。
從上面描述中可以看出根據(jù)本發(fā)明，在IGBT完成關斷操作之后，柵電壓Vge以類似于上述實施例中的方式迅速變化并偏置至負側，從而能防止由于集電極-發(fā)射極電壓的dv/dt增加而引起的第二觸發(fā)的發(fā)生。
圖13以具體方式表示本發(fā)明的選通驅動電路的第四實施例。圖13所示的選通驅動電路具有除了圖1與11所示的電路之外還包括二極管23、24的結構。
在此實施例的選通驅動電路中，在給出具有負電壓的開關指令Vin時，使柵電阻6的輸入電壓Vg為零電壓以便通過柵電阻6使IGBT7的柵極與發(fā)射極之間短路。
在此實施例中，如果在IGBT7呈現(xiàn)導通狀態(tài)和集電極電流流動的條件下開關指令Vin從正電壓變?yōu)樨撾妷?，IGBT7開始關斷操作，從而柵電壓Vge保持在Miller電壓上，如上所述。在集電極電流變?yōu)榱愫蚆iller電壓消失時，則柵電壓Vge減為負電壓，并且通過二極管20和電阻17加到晶體管13的基極電壓V0變?yōu)樨摗Ｒ虼?，如圖14所示，晶體管13呈現(xiàn)導通狀態(tài)并且晶體管14也呈現(xiàn)導通狀態(tài)，而且電壓-En加到第二柵電阻11。由此，柵電壓Vge快速偏置至負側，并防止由集電極-發(fā)射極電壓dv/dt引起IGBT7第二觸發(fā)的發(fā)生。
根據(jù)此實施例，由于使IGBT7的關斷操作以相當慢的速度進行以便利用di/dt控制浪涌電壓，并且柵電壓Vge從而能快速地從完成關斷的時間開始偏置至負側，能防止由于集電極-發(fā)射極電壓dv/dt引起IGBT7第二觸發(fā)的發(fā)生。
二極管24用于防止過大的反向電壓加在晶體管4的集電極與發(fā)射極之間。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的電壓驅動開關元件的選通驅動電壓，由于在電壓驅動開關元件完成關斷操作時，柵電壓能迅速變?yōu)樨撈珘?，從而防止由主電路dv/dt引起的不穩(wěn)定觸發(fā)，并能執(zhí)行具有穩(wěn)定性和高可靠性的通/斷開關控制。
現(xiàn)描述遵循本發(fā)明第二概念的一個實施例，本發(fā)明的第二概念是以這樣一種方式執(zhí)行控制以便檢測一對電壓驅動開關元件中的電流，如果檢測到的電流等于或大于預定值，在此對電壓驅動開關元件中另一元件被關斷之后，至導通柵極信號加到此對電壓驅動開關元件中一個元件的空載時間被縮短，而如果檢測到的電流小于預定值，則在此對電壓驅動開關元件中另一元件被關斷之后，至導通柵極信號加到此對電壓驅動開關元件中一個元件的空載時間較長。
從而，能利用開關元件具有的高頻操作，并且能以穩(wěn)定方式執(zhí)行從零電壓到額定負載電流的開關操作。
遵循本發(fā)明第二概念的第五優(yōu)選實施例將結合圖15、16進行描述。如圖15所示，本發(fā)明的功率轉換器的主電路包括直流電源101；其間串聯(lián)連接的絕緣柵半導體元件111至114，反向并聯(lián)連接各個元件111至114的二極管111a至114a。功率轉換器的主電路利用兩組或更多組絕緣柵半導體元件111至114和反向并聯(lián)連到器件的二極管111a至114a支路能輸出交流電源，其中一組絕緣柵元件111至114和二極管111a至114a稱為一個支路。
功率轉換器的控制電路包括為每個支路提供的變流器121至124；電平鑒別電路131，用于鑒別每個變流器的輸出電平或極性；控制電路，例如電壓頻率(V/F)控制電路132，用于提供通或斷信號給元件111至114的每個元件；空載時間控制電路133；柵脈沖分配器134和選通驅動電路135。
電平鑒別電路131鑒別提供給每個支路的變流器121至124的輸出電平。在空載時間控制電路133中設置的空載時間根據(jù)電平鑒別電路131的輸出信號進行改變。即，在分支電流小于預定值時，空載時間調整為更長，而在分支電流大于預定值時，空載時間調整為更小。
如圖16所示，在電平鑒別電路131中，在給利用反向極性交聯(lián)的每個支路提供的變流器121的次級裝備兩個光耦合器PH1，并根據(jù)電流是正向還是反向流動得到A與B信號，以及利用A與B信號鑒別主電路的輸出電平。
本發(fā)明的第六實施例表示在圖17中。如圖17所示，功率轉換器包括直流電源101；絕緣柵半導體元件111至114；和反向并聯(lián)連接到各個元件111至114的二極管111a至114a。在功率轉換器中，能利用兩支路或更多支路的器件或二極管得到交流輸出，其中一個支路包括組合的元件111至114和二極管111a至114a。
功率轉換器的控制電路包括變流器125，用于檢測直流；電平鑒別電路131，用于鑒別變流器125的輸出電平；V/F控制電路132，用于提供通或斷信號給元件111至114的每一個元件；空載時間控制電路133；選通分配器134；和選通驅動電路135。
電平鑒別電路131鑒別用于檢測直流的變流器125的輸出電平。在選通控制電路中設置的空載時間根據(jù)電平鑒別電路131的輸出信號進行改變。即，在直流小于預定值時，空載時間調整為更長，而在直流大于預定值時，空載時間調整為更小。
本發(fā)明第七實施例將結合圖18進行描述。在圖18中，與圖15、16相同的標號表示相同組成部分，而與圖15、16不同的是只在輸出線中提供變流器126。即，在空載時間控制電路133中設置的空載時間根據(jù)電平鑒別電路131的輸出信號進行改變。即，以這種方式進行控制，以致在直流小于預定值時，空載時間調整為更長，而在直流大于預定值時，空載時間調整為更小。
本發(fā)明的第八實施例將結合圖19進行描述。在圖19中，與圖15、16相同的標號表示相同的組成部分，并且只表示出變流器的兩個支路。在圖19中，提供發(fā)光器件140，諸如用于檢測元件111、112的柵極與發(fā)射極之間負偏置的裝置的光耦合器，并根據(jù)光檢測信號檢測元件111、112實際已關斷。柵信號GA、GB通過AND(與)電路AND1、AND2和放大器AMP1、AMP2提供給此對支路的元件111、112，其中AND1、AND2用于獲得信號X、Y與一對支路柵信號A、B的共軛運算。
圖20表示在元件被關斷時集電極電壓VCE和集電極電流IC、集電集電流和柵極與發(fā)射極之間電壓VGE。在關斷相當大的電流時，加上如以實線表示的波形的選通信號并因此產(chǎn)生Miller電壓，而且此后立即出現(xiàn)負電壓。另一方面，已發(fā)現(xiàn)在關斷非常小的電流時，加上以略微傾斜的虛線表示的形狀的波形，并因此關斷時間花費兩倍以上。
在圖19中，由于在關斷元件并且電流為零時，如圖20所示，在柵極與發(fā)射極之間產(chǎn)生負偏壓，利用負偏壓電流流入發(fā)光元件140。由此，檢測到此元件被關斷，獲得一對元件的檢測信號與柵極上指令的共軛運算并輸出柵信號。從而，由于防止正與負支路同時呈現(xiàn)導通狀態(tài)，所以即使在器件關斷時間改變時，也能防止直流短路的發(fā)生。
本發(fā)明的第九實施例將結合圖21進行描述。即，在圖21中，與圖19相同的號表示相同的組成部分，提供在關斷元件時檢測負的柵極電流的電流檢測器150以及由檢測器150信號操作的觸發(fā)電路151。
電流檢測器150在關斷柵電流流入一個元件111時檢測正電流，并因此電流檢測器150加上一個信號給觸發(fā)電路150，于是導通柵信號不加到此對元件的一個元件111，另一元件112。因此，復位觸發(fā)電路151。另一方面，電流檢測器150給觸發(fā)電路151加上一個信號，以便在電流檢測器150檢測到負的柵電流時設置觸發(fā)電路151。對應一個器件111的觸發(fā)電路151的信號a和對應此對元件的另一元件112的觸發(fā)電路151的信號a進行組合以便利用AND電路AND1生成共軛，并且AND電路AND1的輸出通過放大器AMP7和電阻7作為柵信號GA加到器件111。
在這樣的結構中，由于能通過與上述實施例相同的操作利用電流檢測器150的輸出信號防止正與負支路同時呈現(xiàn)導通狀態(tài)，所以即使在器件關斷時間改變時，也能防止直流短路的發(fā)生。
從上面描述可看出，根據(jù)本發(fā)明，由于提供用于檢測半導體器件中流過的電流及其極性的檢測裝置，所以根據(jù)檢測裝置結果以這種方法進行控制在檢測的電流小于預定值時，轉換器的正與負支路的空載時間調整為持續(xù)較長，或在檢測的電流大于預定值時，空載時間調整為持續(xù)較短時間，即使半導體器件具有其特有的關斷特性，即，在電流較大時，關斷時間較短，而在負載電流較小時，關斷時間較長，從而能應用半導體器件的高頻操作，于是能提供具有選通驅動系統(tǒng)的功率轉換器，此選通驅動系統(tǒng)可利用高可靠性以穩(wěn)定方式在零電流至額定負載電流范圍中進行驅動。
現(xiàn)描述遵循上述概念的本發(fā)明第三原則。第三原則是在自保護裝置用于執(zhí)行與電壓驅動開關元件中電流有關的保護操作時保持保護操作，并利用外部信號復位自保護裝置的保護操作的保持。
因此，可提供使用實現(xiàn)可靠性操作的電壓驅動開關元件的功率轉換器。
遵循本發(fā)明第三原則的優(yōu)選的第十實施例將結合圖22進行描述。在遵循第三原則的優(yōu)選實施例中，具有自我保護裝置的IPM(智能電源模塊)用作功率轉換器的開關元件。
在圖22中，功率轉換器的開關元件的IPM226包括二極管218反向連接的IGBT元件217，選通驅動器件225連到IGBT元件217的柵極，IPM226包括用于IGBT元件217的過電流保護的過電流保護電路220和用于短路電流保護的短路電流保護電路221。IPM226接收過電流保護電路220與短路電流保護電路221的輸出并且有用于保護IGBT元件217的故障檢測的故障檢測器214。另外，IPM包括自保持電路227、自保持電路的輸出信號端271和自保持電路227的復位信號端272，這些是本實施例的特征部分。
在這種結構中，提供過電流保護電路220與短路電流保護電路221作為IGBT元件217的自保護功能。在這些電路220、221操作時，通過停止從選通驅動電路225提供給IGBT元件217的選通控制信號執(zhí)行保護操作，并同時提供操作信號給自保持電路227。在故障檢測器224中，可以檢測這些保護電路的操作，并且可以使用自保持電路227的輸出信號端271的信號。自保護電路227自我保持保護操作，直至利用復位信號端272的輸入信號復位電路227，并且在此自我保護期間也提供信號給選通驅動電路225。
作為與圖22的IGBT217中的電流相關的自保護裝置的過電流保護電路220或短路電流保護電路221的操作與自保護電路操作之間的關系將結合圖23A-23D和圖24A-24C進行描述。圖23A表示通過選通驅動電路225提供給IGBT元件217的選通控制信號的波形圖，圖23B表示短路電流保護電路221的保護輸出控制信號的波形圖，圖23C表示自保持電路227的輸出信號的波形圖，而圖23D表示從復位信號端272提供給自保持電路227的復位信號的波形。
在圖23A-23D中，IGBT元件217通常通過接收選通控制信號進行操作直至時間t1，在保護電路操作的同時，啟動自保持電路227，并在時間t1啟動短路電流保護電路221和在時間t2通常從復位信號端272提供復位信號來復位自保護電路時繼續(xù)自保持，以便提供選通控制信號給IGBT元件217。以這種方式，圖22所示的是半導體器件的IPM226可利用自保持電路227自保持自保護電路的操作，直至從IPM226的外部提供復位信號。
圖24A是通過選通驅動電路225提供給IGBT元件217的選通控制信號的波形圖，圖24B是短路電流保護電路221的保護輸出信號的波形圖，和圖24C是自保持電路227的輸出信號波形圖。在圖23A至23C中，在短路電流保護電路221的保護輸出信號操作的同時，自保護電路227開始自保持操作，而在圖24A-24C中，自保持電路227在時間t1開始，并在保護輸出信號生成次數(shù)達到預定數(shù)量或生成保護輸出信號的時間間隔過去預定間隔之后繼續(xù)自保持。
如圖24A-24C所示，圖22的IPM226只對例如由混合入選通控制信號中的噪聲引起的IGBT元件217的瞬時不穩(wěn)定觸發(fā)實施自保護。圖22的IPM226對在時間t6之后發(fā)生的并應利用固有的自保護進行計數(shù)的諸如由瞬時不穩(wěn)定觸發(fā)重復引起的IGBT元件217故障的現(xiàn)象而啟動自保持電路227，而且能繼續(xù)自保持操作直至從IPM226的外部提供復位信號。
本發(fā)明的第十一實施例將結合圖25進行描述。是圖25的半導體器件IPM226’，除了圖22所示的組成部分之外還包括選通驅動電路228、柵電阻229和自保持電路的輸出信號端273。
在此實施例的IPM226’中，表示四個IGBT元件217和四個二極管以等效方式并聯(lián)連接的情況，其中每個IGBT元件作為器件組件中的芯片。雖然不限制組件中并聯(lián)的芯片數(shù)量，但調節(jié)這四個IGBT元件217，并且其中兩個與另外兩個分別并聯(lián)連接，而且通過柵電阻229從選通驅動電路228提供公用選通信號。此組合的兩組元件以等效方式在組件中并聯(lián)連接，并完成四個IGBT元件217的并聯(lián)結構。對于由公用選通驅動電路228控制的并行連接的每個單元，提供過電流保護電路(OCC)220和短路電流保護電路(SCC)221作為與電流有關的自保護功能。
在半導體器件組件中不具體限制以等效方式并聯(lián)連接的芯片數(shù)量，為其組成部分并聯(lián)連接的每個預定并聯(lián)連接單元提供自保護功能，從而在每個降級并聯(lián)連接單元中能獨立地實施自保護操作。
如圖25所示，由于給每個并聯(lián)連接單元提供自保持電路(SHC)227，在組件中提供多個自保持電路227，并且在半導體器件的組件中所有芯片同時出現(xiàn)故障的概率較低，只有有限數(shù)量的并行連接單元進入自保護模式，而其他并聯(lián)連接單元能以正常方式利用選通驅動電路228的選通控制信號繼續(xù)作為半導體器件的開關操作。
以這種方式，即使在IPM226’繼續(xù)其操作時，能利用來自自保持電路227的輸出信號終端271、273的每個輸出信號鑒別自保持電路227的操作條件。
在諸如IGBT元件217的MOS柵結構的半導體器件中，選通驅動電路228具有由于已實施自保護操作的IGBT元件217的柵端子故障而使IGBT元件217的柵端呈現(xiàn)低輸入阻抗的高可能性。在這種方法中，如果柵端呈現(xiàn)低阻抗，影響選通驅動電路228輸入端上的信號電平，從而可減少沒有實施自保護操作的IGBT元件217的其他并聯(lián)連接單元的選通控制信號。為了防止這樣的影響出現(xiàn)，可在選通驅動電路228中提供開關功能，以便在已實施自保護操作的并聯(lián)連接單元的自保持電路227繼續(xù)自保持操作期間，不從相應的選通驅動電路228提供選通控制信號，從而能使自保持操作繼續(xù)而對順序并聯(lián)連接單元或外部并聯(lián)連接的順序IPM226’的選通控制信號沒有任何外部干擾。
可由選通驅動電路228操作并聯(lián)連接單元，在此并聯(lián)連接單元中不通過激活選通驅動電路228的開關功能提供選通控制信號，以便IGBT元件217的柵極端和發(fā)射極端只在不提供選通控制信號期間以等效方式呈現(xiàn)短路條件。
第十二實施例將結合圖26進行描述，即，圖26表示在如圖22所示的半導體器件的IPM226(或圖25所示的IPM226’)用作功率轉換器的開關元件的情況下的電路結構。在圖26中，功率轉換器包括自保護監(jiān)視電路230和控制電路231。在激活自保護裝置并從而在圖22所示的IPM226(或圖25所示的IPM226’)內部激活自保持裝置時，自保護監(jiān)視電路230檢測此情況并發(fā)送信息給控制電路231。
然而，由于控制電路231操作以使控制電路231在預定保持裝置操作范圍內繼續(xù)提供選通控制信號給IPM226，所以使用半導體器件的功率轉換器能繼續(xù)其操作。
因此，與在只有一個芯片出現(xiàn)故障之后立即停止其操作的常規(guī)功率轉換器相比，能很大程度地改善功率轉換器的操作可靠性。
本發(fā)明的第十三實施例將結合圖27進行描述。在圖27所示電路中，半導體器件的三個IPM226(或圖25所示的三個IPM226’)并聯(lián)連接。能使半導體器件的并聯(lián)連接以等效方式作為一個開關元件215操作。
在圖27所示的情況中，IPM26并聯(lián)連接并用作圖26所示的功率轉換器的開關元件，在監(jiān)視自保持裝置的操作條件的同時，使用半導體器件的功率轉換器操作可繼續(xù)，如果激活并聯(lián)連接的IPM226內部的自保護裝置，由自保護監(jiān)視電路230進行檢測。
在自保護監(jiān)視電路230中，由于監(jiān)視自保持裝置的操作條件，監(jiān)視電路230根據(jù)自保持裝置的操作情況輸出信號給控制電路231，并從而控制功率轉換器的電流。在根據(jù)自保持裝置的操作情況控制功率轉換器的電流時，由于減少并聯(lián)連接的其他IPM226上的電流負載，在利用電流大小有限制地改善操作可靠性的同時，功率轉換器繼續(xù)操作。
本發(fā)明的的第十四實施例結合圖28A、28B進行描述。圖28A表示利用圖26所示的六個IPM(開關元件)處于操作中的自保持裝置的數(shù)量。圖28A表示功率轉換器電流的限制值。在圖28A、28B中，U與X、V與Y、W與Z是兩個IPM(開關元件)的結合，每個IPM相互串連并插在直流總線之間。
雖然在時間ta沒有自保持裝置操作，但在時間ta之后，自保持監(jiān)視電路230在三組IPM(開關元件)之間的比較中鑒別自保持功能最大操作數(shù)量，在每組IPM中兩個IPM并聯(lián)連接，并通過控制電路231控制功率轉換器的電流。
在ta、tb和tc順序改變電流的限制值，而在圖28中，由于具有相同自保持功能的IPM(開關元件)總數(shù)在時間td共計4，所以終止功率轉換器的操作。
以這種方式，如果利用IPM(開關元件)鑒別在哪個電路部分中由自保持監(jiān)視電路230激活自保持電路230時使功率轉換器在電流限制條件下繼續(xù)其操作，與常規(guī)功率轉換器相比，能大大改善操作可靠性。即，雖然甚至僅由操作中的一個自保持裝置停止常規(guī)功率轉換器，但利用對應連續(xù)操作的速率能改善功率轉換器的操作可靠性，直至自保持裝置總數(shù)在此實施例中達到9。
本發(fā)明的第十五實施例將結合圖29A-29C進行描述。圖29A表示利用圖26所示的六個IPM(開關元件)處于操作中的自保持裝置數(shù)量。圖29B表示功率轉換器電流的限制值，圖29C表示輸入給圖22或圖25所示的IPM的復位信號端272的信號。
雖然由自保持監(jiān)視電路230監(jiān)視自保持裝置的操作情況并以類似于圖28A-28B的方式在時間ta和tb限制功率轉換器的電流，但在時間te從控制電路231輸入一個復位信號給是半導體器件的IPM226的復位信號端272。由于在時間te輸入復位信號給IPM226的復位信號端，在操作不是由于IPM自身因素而是由于負載上的臨時因素引起時，能復位自保持裝置的操作。因此，如果能復位自保持裝置，在輸入復位信號時的時間td之后改變功率轉換器電流的限制值，并因而能改善功率轉換器的操作可靠性。
雖然在上述實施例中，采用使用IGBT元件217的IPM226，但類型與數(shù)量不限制于此。不具體限制在半導體器件中提供的自保護裝置類型，但可使用任何自保護裝置，只要它至少對應電流因素，并且也不限制半導體器件中自保護裝置和自保持裝置的數(shù)量。使用半導體器件的功率轉換器不在其電路系統(tǒng)或其電流限制方法中具體進行限制。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，能提供半導體器件和使用此半導體器件的功率轉換器，利用此半導體器件能改善操作可靠性。
在本發(fā)明的第三原則中，在自保持裝置操作與自保護裝置的保護操作同時進行期間不能從驅動電路提供信號給預定芯片。
至少在預定半導體器件中激活自保護裝置時，能使對應已被激活的自保護裝置的自保持裝置操作，同時使用其自保護裝置不被激活的半導體器件繼續(xù)操作。
能提供用于監(jiān)視與檢測自我保護裝置的監(jiān)視檢測裝置和用于根據(jù)來自監(jiān)視檢測裝置的檢測信號改變電流的限制電平的變量控制裝置。
現(xiàn)描述遵循上述概念的本發(fā)明第四原則。第四原則以具有電壓驅動開關元件為特征。此器件是壓焊絕緣柵開關元件并包括壓焊到此器件上的電極；和以具有柱面與螺線特征形狀形成的電感元件，裝備在元件末端與電極之間。
根據(jù)此原則，能提供最好用作適用于功率轉換器的電壓驅動開關元件的壓焊絕緣柵開關元件。
現(xiàn)描述遵循第三原則最好用于電壓驅動開關元件的第十六實施例。此實施例公開扁平型IEGT并將結合圖30-32進行描述。
圖30表示扁平型IEGT組件的部分剖視圖，與連接在上端和下端的由金屬板311組成的蓋鉚合的環(huán)狀陶瓷絕緣子310還與銅接線柱312、312連接，銅線312、313用作集電極與發(fā)射極電極，是導電部件并能進行塑性變形。由鉬制成的熱緩沖板314插入在由柵極部分、集電極部分以及發(fā)射極部分構成的芯片2的兩端的銅接線柱312、313之間，以抑制由于電流通過而引起的器件的熱應力，并插入圖31所示的多個四角棱柱形狀的多個芯片以產(chǎn)生扁平型IEGT。銅線圈315a作為電感元件插入在發(fā)射極電極的銅接線柱313與熱緩沖板314之間，柵極管腳316形成在預定芯片2的一端上。
如圖32所示，線圈315a利用銅接線柱的機械處理準備為空心柱體形狀，并在空心柱體的側邊開出螺線形狀的凹槽，而且諸如normex的隔離層317嵌入作為線圈之間的絕緣層。
在這種方式中，由于圓柱體形狀的線圈315a用作電感元件并且關斷時線圈315a兩端產(chǎn)生的電壓E小于50V，加在隔離層317上的電壓是將電壓E除以線圈315a匝數(shù)得到的數(shù)值電壓，并因此在電介質強度上沒有問題出現(xiàn)。
線圈315a的值能壓縮為小于50nH，理由是器件柵極耐壓極限是50V的數(shù)量級，而如果加上大于此值的電壓，則出現(xiàn)電介質擊穿。
在此結構中，由于高壓下器件中的開路電流di/dt是1KA/μs的數(shù)量級，L＝E1(di/dt)＝50V/1KA＝50nH。例如，具有安全系數(shù)2的線圈315a在25nH時的外尺寸是直徑10mm、匝數(shù)5和長度6mm的數(shù)量級。
因此，根據(jù)此實施例，由于線圈315a的材料是銅，給銅接線柱312、313加壓，并因此對線圈315a進行塑性變形，能減少尺寸誤差以保證均勻壓力加到芯片上。
在特性的一個方面，如同在焊接類型器件的情況中，在電流截止時，產(chǎn)生電壓L·di/dt，并且實際加到器件上的柵電壓Vge不是Eoff，而減至Eoff-L·di/dt，而且能忍受關斷電壓。因此，開路現(xiàn)象不出現(xiàn)，從而關斷的dv/di較適中并能防止器件擊穿。
而且，在截止較大電流時，dv/dt更適中并能更容易地防止器件擊穿，這是因為di/dt更大并且與此同時自動降低關斷的柵電壓。
根據(jù)此實施例，因為與在焊接類型器件情況中一樣，在器件耐壓更高并因此電壓E更高時，電流增長率為di/dv＝E/L(其中L表示互連電感等)的di/dt相反變小，所以能防止電流集中在某些器件中，而如果器件并聯(lián)連接，則器件被擊穿。
此實施例中所示的電感元件的修改示例將結合圖33-36進行描述。
圖32所示的電感元件是四棱柱形狀的線圈315b，而線圈315a是圖32所示的圓柱體形狀。由于與圖32所示的圓柱體形狀的線圈相比，電流通過的截面面積可以更大，所以能增加電流容量。
在四棱柱形狀的線圈315b的情況中，與圓柱體形狀線圈的情況一樣，由于要求電壓一般限制低于柵極與發(fā)射極之間的耐壓，所以在電流截止時出現(xiàn)的線圈315b兩端之間的電壓E低于50V，因此加到隔離層316上的電壓是將電壓E除以線圈315b的匝數(shù)所得到的值，并且加到隔離層的電壓是在耐壓上沒有問題的值。
圖34是沿圖32所示的圓柱體形狀線圈315a的中心線的截面圖和沿圖33所示的圓柱體形狀線圈315b的中心線的截面圖。所圖所示，圓柱體形狀的圖32線圈315a和四棱柱形狀的圖33線圈315b的柵電極Eg都通過插入柵管腳321形成，柵管腳321具有利用導線連到在較低部分形成的截止部分320或線圈315b的彈性特征。
圖35表示涂復諸如環(huán)氧樹脂的絕緣涂層330的圓柱形線圈315a。在這種情況中，雖然圓柱體形狀的線圈315a是實體，但如果四棱狀形狀的圖33的線圈315b涂復諸如環(huán)氧樹脂的絕緣涂層330，也能獲得類似效果。
圖36是沿圖35中心線的截面圖，并通過一個處理形成絕緣涂層330，在此處理中，為形成螺線形凹槽而已進行機械處理的線圈315a首先進行預熱，然后經(jīng)過液體浸漬(fluid dipping)方法和靜電涂敷方法的處理，以便隔離螺線形狀的凹槽。吸附在線圈315a兩端的絕緣涂層330能機械地除去以形成電極。這個絕緣涂層330與隔離層316的情況一樣在耐壓上沒有問題。
雖然未示出，但在圖30所示的多個線圈315a或圖33所示的線圈315a并聯(lián)連接并希望較大的電流容量時，發(fā)射極電極的銅接線柱312，313與多個圓柱柱形狀的線圈315a或多個四棱柱形狀的多個線圈315b進行排列。作為多個線圈的排列，線圈315a或315b利用銀焊料分別連到是發(fā)射極電極的銅接線柱313，或者線圈315a或315b利用銅接線柱313分別整體進行壓制加工或鑄造。此后，進行螺線形狀的開槽處理，隨后插入隔離板316或嵌入絕緣涂層330。
遵循本發(fā)明第四原則的開關元件的特征在于在其中元件與電極是壓焊的絕緣柵半導體元件中，在元件兩端和元件以及電極上提供熱緩沖板，并且元件與電感元件利用其間置入的熱緩沖板分別相互連接；
電感元件的匝之間的空隙能進行絕緣處理；通過在電感元件的匝之間插入電絕緣材料可進行絕緣處理；通過在電感元件的匝之間進行電絕緣涂敷可執(zhí)行絕緣處理；和多個電感元件能并聯(lián)連接；和電極和多個電感元件能形成為一個整體。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于電感元件能在器件中以均勻方式進行壓焊，所以能提供絕緣柵半導體元件，在此元件中能緩和dv/dt并能抑制并聯(lián)連接時關斷電流的不平衡，同時能實現(xiàn)壓焊的絕緣柵半導體元件的決定性優(yōu)點。
另外的優(yōu)點和修改對于本領域技術人員來說將容易想到。因此，本發(fā)明在其較寬方面不限于本文所表示和描述的具體細節(jié)和代表性的實施例。因此，可以進行各種修改而不脫離由所附權利要求書及其等效物定義的總的發(fā)明概念的精神或范疇。
權利要求
1.具有至少一對電壓驅動開關元件的一種功率轉換器，包括選通控制電路，此選通控制電路包括檢測裝置，用于檢測電壓驅動開關元件的一組器件參數(shù)與一組電參數(shù)中的至少一個參數(shù)；監(jiān)視裝置，根據(jù)檢測裝置所檢測的電壓驅動開關元件的一組器件參數(shù)和一組電參數(shù)中的至少一個參數(shù)監(jiān)視電壓驅動開關元件的導通與關斷狀態(tài)中至少一個狀態(tài)；和控制裝置，根據(jù)監(jiān)視裝置的監(jiān)視結果控制電壓驅動開關元件的柵極。
2.根據(jù)權利要求1的功率轉換器，其中選通控制電路包括判定裝置，用于根據(jù)電壓驅動開關元件的選通電壓判定電壓驅動開關元件關斷的完成；和偏移裝置，用于在判定裝置判定電壓驅動開關元件關斷完成時將電壓驅動開關元件的柵電壓偏移至負側。
3.根據(jù)權利要求2的功率轉換器，其中選通控制電路包括在柵電壓小于預定值時是導通的并利用導通判定關斷完成的開關元件。
4.根據(jù)權利要求3的功率轉換器，其中選通控制電路包括第二開關元件，如果加上柵電壓，則此開關元件處于非導通狀態(tài)，而如果第一電壓驅動驅動開關元件是導通的，則它也是導通的；和柵電阻，從第二開關元件傳送負電壓給第一電壓驅動開關元件的柵極。
5.根據(jù)權利要求2的功率轉換器，其中選通控制電路包括開關元件，當加在連到電壓驅動開關元件柵極的柵電阻上的電壓或柵電壓小于預定值，不管哪個更高，此開關元件是導通的并利用導通判定關斷完成。
6.根據(jù)權利要求5的功率轉換器，其中選通控制電路包括第二開關元件，在第一開關元件導通時它是導通的；和柵電阻，此電阻通過第二開關元件傳送負電壓給第一電壓驅動開關元件的柵極。
7.根據(jù)權利要求1的功率轉換器，其中選通控制電路包括檢測裝置，用于檢測流入此對電壓驅動開關元件的電流；和用于控制的控制裝置，以便在由檢測裝置檢測的檢測電流大于預定值時，減少空載時間，直至在此對電壓驅動開關元件的另一個電壓驅動開關元件被關斷之后導通柵信號加在此對電壓驅動開關元件的一個電壓驅動開關元件為止，或者在檢測電流小于預定值時，增加空載時間，直至在另一電壓驅動開關元件被關斷之后導通柵信號加在此對電壓驅動開關元件的這一個電壓驅動開關元件為止。
8.根據(jù)權利要求1的功率轉換器，其中選通控制電路包括極性鑒別裝置，根據(jù)檢測裝置的輸出信號鑒別此對電壓驅動開關元件中的電流極性；和控制裝置，用于控制空載時間，以便根據(jù)極性鑒別裝置的鑒別結果將加到此對電壓驅動開關元件上的導通柵信號延遲而使空載時間更長。
9.根據(jù)權利要求1的功率轉換器，其中選通控制電路包括電源電流檢測器，用于檢測連到此對電壓驅動開關元件的直流電源的電流；和用于控制的控制裝置，以便在由電源電流檢測器檢測的電流大于預定值時，減少空載時間，直至在另一個電壓驅動開關元件被關斷之后導通柵信號加在此對電壓驅動開關元件中一個電壓驅動開關元件為止，或者在檢測的電流小于預定值時，增加空載時間，直至在另一個電壓驅動開關元件被關斷之后導通柵信號加在此對電壓驅動開關元件為止。
10.根據(jù)權利要求1的功率轉換器，其中選通控制電路包括交流電源檢測器，用于檢測此對電壓驅動開關元件的交流電源；和用于控制的控制裝置，以便在交流電源檢測器檢測的電流大于預定值時，減少空載時間，直至在這一個電壓驅動開關元件被關斷之后導通柵信號加在此對電壓驅動開關元件的一個電壓驅動開關元件和另一開關元件為止，或者在檢測電流小于預定值時，增加空載時間，直至在這一個電壓驅動開關元件被關斷之后導通柵信號加在此對電壓驅動開關元件為止。
11.根據(jù)權利要求1的功率轉換器，其中選通控制電路包括負偏壓檢測裝置，用于檢測此對電壓驅動開關元件的柵極負偏壓的絕對值是否大于預定值；和用于控制的控制裝置，以便根據(jù)負偏壓檢測裝置的輸出信號與此對電壓驅動開關元件的一個電壓驅動開關元件的導通柵信號的共軛運算將導通柵信號加在此對電壓驅動開關元件上，其中此對電壓驅動開關元件的另一個開關元件是負偏壓檢測裝置檢測的目標。
12.根據(jù)權利要求1的功率轉換器，其中選通控制電路包括柵電流檢測裝置，用于檢測此對電壓驅動開關元件的負柵極電流；和控制裝置，根據(jù)柵電流檢測裝置的輸出信號與此對電壓驅動開關元件的一個電壓驅動開關元件的導通柵信號的共軛運算將柵信號加在此對電壓驅動開關元件上，其中此對電壓驅動開關元件的另一個開關元件是負偏壓檢測裝置檢測的目標。
13.根據(jù)權利要求1的功率轉換器，其中選通控制電路還包括自保護裝置，用于執(zhí)行與流入此對電壓驅動開關元件的電流有關的保護操作；自保持裝置，在啟動自保護裝置時保持保護操作；和復位裝置，根據(jù)外部信號復位自保護裝置的保護操作的保持。
14.根據(jù)權利要求1的功率轉換器，其中選通控制電路還包括自保護裝置，用于執(zhí)行與流入此對電壓驅動開關元件的電流有關的保護操作；自保持裝置，在啟動自保護裝置時保持保護操作；和復位裝置，根據(jù)內部信號和外部信號復位自保護裝置的保護操作的保持，該內部信號是直至自保護裝置的保護操作數(shù)量達到預定數(shù)量或其中執(zhí)行保護操作的時間間隔過去了預定間隔為止，而外部信號是在保護操作數(shù)量達到預定數(shù)量之后或在時間間隔過去了預定的時間間隔之后。
15.根據(jù)權利要求1的功率轉換器，其中選通控制電路還包括在預定并聯(lián)單元中裝備的并聯(lián)連接的多個電壓驅動開關元件；和自保護裝置，執(zhí)行與流入此對電壓驅動開關元件中的電流有關的保護操作。
16.根據(jù)權利要求1的功率轉換器，其中選通控制電路還包括在預定并聯(lián)單元中裝備的并聯(lián)連接的多個電壓驅動開關元件；自保護裝置，執(zhí)行與流入此對電壓驅動開關元件中的電流有關的保護操作；和復位裝置，根據(jù)外部信號復位自保護裝置的保護操作的保持。
17.根據(jù)權利要求1的功率轉換器，其中選通控制電路還包括在預定并聯(lián)單元中裝備的并聯(lián)連接的多個電壓驅動開關元件；自保護裝置，執(zhí)行與流入此對電壓驅動開關元件中電流有關的保護操作；和復位裝置，根據(jù)內部信號和外部信號復位自保護裝置的保護操作的保持，內部信號是直至自保護裝置的保護操作數(shù)量達到預定數(shù)量，或其中執(zhí)行保護操作的時間間隔過去了預定間隔為止，而外部信號是在保護操作數(shù)量達到預定數(shù)量之后或在時間間隔過去了預定時間間隔之后。
18.根據(jù)權利要求1的功率轉換器，其中電壓驅動開關元件包括壓焊到電壓驅動開關元件上的電極；和以具有圓柱體和螺線特性的形狀形成的電感元件，裝備在電壓驅動開關元件的一端與電極之間。
19.根據(jù)權利要求1的功率轉換器，其中電壓驅動開關元件包括壓焊到電壓驅動開關元件上的電極；和以具有四棱柱和螺線特性的形狀形成的電感元件，裝備在電壓驅動開關元件的一端與電極之間。
20.根據(jù)權利要求1的功率轉換器，其中電壓驅動開關元件包括壓焊到電壓驅動開關元件上的電極；和以螺線形狀形成的電感元件，裝備在電壓驅動開關元件的一端與電極之間。
全文摘要
具有至少一對電壓驅動開關元件的功率轉換器包括選通控制電路,此選通控制電路包括:檢測部分,用于檢測電壓驅動開關元件的一組器件參數(shù)和一組電參數(shù)中的至少一個參數(shù);監(jiān)視部分,根據(jù)由檢測部分檢測的電壓驅動開關元件的一組器件參數(shù)與一組電參數(shù)中的至少一個參數(shù)監(jiān)視電壓驅動開關元件的導通與關斷狀態(tài)中至少一個狀態(tài);和控制部分,用于根據(jù)監(jiān)視部分的監(jiān)視結果控制電壓驅動開關元件的柵極。
文檔編號H02M1/08GK1201291SQ9811511
公開日1998年12月9日 申請日期1998年4月22日 優(yōu)先權日1997年4月22日
發(fā)明者市川耕作, 平田昭生, 佐藤和弘, 川上和人 申請人:株式會社東芝