用于使功率半導體開關接通的控制電路和控制方法

用于使功率半導體開關接通的控制電路和控制方法
【專利摘要】一種用于使功率半導體開關接通的控制電路，包括：一個輸入，其被配置為接收表征該功率半導體開關的導通行為的信號；一個可變電流源，其被配置為向該功率半導體開關的控制輸入供應具有可變電平的電流以使該功率半導體開關導通，其中該控制電路被配置為響應于表征該功率半導體開關的導通行為的信號而在閉合控制環路中控制所述可變電流源。
【專利說明】
用于使功率半導體開關接通的控制電路和控制方法
技術領域
[0001] 為了改進功率半導體開關(諸如，像IGBT)的開關行為，現有技術中的控制電路使 用外部電阻器。外部電阻器在導通過程期間被耦合到功率半導體開關的控制端子，使得導 通電流可以流動到控制輸入以使功率半導體開關導通。在一些實例中，外部電阻器可以具 有8 Ω或更大的電阻，其在特定情況下會產生一些損耗。

【發明內容】

[0002] 在第一總體方面，一種用于使功率半導體開關接通的控制電路，包括:一個輸入， 其被配置為接收表征該功率半導體開關的導通行為的信號；一個可變電流源，其被配置為 向該功率半導體開關的控制輸入供應具有可變電平的電流以使該功率半導體開關導通，其 中該控制電路被配置為響應于表征該功率半導體開關的導通行為的信號來在閉合控制環 路中控制所述可變電流源。
[0003] 在根據第一方面的第二方面，該控制電路還包括一個階段檢測電路，該階段檢測 電路被配置為基于表征該功率半導體開關的導通行為的信號來檢測在該功率半導體開關 的導通過程期間的兩個或更多個階段，并且生成一個階段信號，該階段信號表明該功率半 導體開關當前正運行通過所述兩個或更多個階段中的哪一個;其中該可變電流源被配置為 響應于該階段信號而向該功率半導體開關的控制輸入供應具有可變電流強度的電流，以使 該功率半導體開關導通。
[0004] 在第三總體方面，一種用于使功率半導體開關接通的控制電路，包括:一個輸入， 其被配置為接收表征該功率半導體開關的導通行為的信號；一個階段檢測電路，其被配置 為基于表征該功率半導體開關的導通行為的信號來檢測在該功率半導體開關的導通過程 期間的兩個或更多個階段，并且生產一個階段信號，該階段信號表明該功率半導體開關當 前正運行通過所述兩個或更多個階段中的哪一個；以及一個可變電流源，其被配置為響應 于該階段信號而向該功率半導體開關的控制輸入供應具有可變電流強度的電流以使該功 率半導體開關導通。
[0005] 可變電流源的使用使得該控制電路能夠具有可變的跨導。這有助于優化該電路的 多種參數(例如，以減少導通過程期間的損耗）。這同樣適用于在閉合控制環路中對可變電 流源的控制。此外，在一些實施例中，與具有外部電阻器的電路相比，可變電流源在關于生 產影響的波動和溫度波動方面可以具有較高的穩定性。基于表征功率半導體開關的導通行 為的信號來對階段的檢測可以用相對低的電路開銷實施(尤其如果使用控制輸入電壓的 話）。這可以減少復雜度且因此可以降低該控制電路的價格。此外，在一些實施例中，包括階 段檢測電路的控制電路可以以相對簡單的方式適配不同的功率半導體開關。此外，在一些 實施例中，在具有中等柵極電荷或高柵極電荷的功率半導體開關的情況下，可以縮短響應 時間。
[0006] 在根據第二或第三方面的第四方面，表征功率半導開關的導通行為的信號是存在 于該功率半導體開關的控制輸入處的控制輸入電壓。
[0007] 在根據第四方面的第五方面，該控制輸入電壓是基極-發射極電壓或柵極-源極電 壓。
[0008] 在根據第二方面到第五方面中的任一個的第六方面，該階段檢測電路基于表征該 功率半導體開關的導通行為的信號的特性特征識別導通過程期間的兩個或更多個階段。
[0009] 在根據第二方面到第六方面中的任一個的第七方面，該階段檢測電路包含一個或 多個比較器，其中所述一個或多個比較器中的每一個都被配置為將表征該功率半導體開關 的導通行為的信號與一個或多個參考信號中的一個進行比較。
[0010]在根據第七方面的第八方面，如果表征該功率半導體開關的導通行為的信號超過 一個相應的參考信號，則該階段檢測電路檢測該功率半導體開關的導通過程期間在一個或 多個階段之間的轉變。
[0011] 在根據第二方面到第八方面中的任一個的第九方面，該階段檢測電路包括一個峰 值定時檢測電路，該峰值定時檢測電路被配置為識別在表征該功率半導體開關的導通行為 的信號中的一個峰值的時間點。
[0012] 在根據第九方面的第十方面中，該階段檢測電路被配置為如果表征該功率半導體 開關的導通行為的信號達到該峰值則檢測在第一階段和第二階段之間的轉變。
[0013] 在根據第二方面到第十方面中的任一個的第十一方面，該階段檢測電路被配置為 檢測該功率半導體開關的導通過程期間的至少四個階段。
[0014] 在根據第十一方面的第十二方面，如果該功率半導體開關的控制電路的導通信號 表明意在使該功率半導體開關導通則第一階段開始，并且其中如果表征該功率半導體開關 的導通行為的信號超過第一閾值則該第一階段結束。
[0015] 在根據第十二方面的第十三方面，如果表征該功率半導體開關的導通行為的信號 超過該第一閾值則第二階段開始，并且其中如果表征該功率半導體開關的導通行為的信號 達到一個峰值則第二階段結束。
[0016] 在根據第十三方面的第十四方面，如果表征該功率半導體開關的導通行為的信號 達到該峰值則第三階段開始，并且其中如果表征該功率半導體開關的導通行為的信號超過 第二閾值則第三階段結束，其中該第二閾值高于該第一閾值。
[0017] 在根據第十四方面的第十五方面，如果表征該功率半導體開關的導通行為的信號 超過該第二閾值則第四階段開始。
[0018] 在根據第二方面到第十五方面中的任一個的第十六方面，如果該功率半導體開關 的控制電路的導通信號表明意在使該功率半導體開關導通則第一階段開始。
[0019] 在根據第二方面到第十六方面中的任一個的第十七方面，如果該功率半導體開關 開始導電則第二階段開始。
[0020] 在根據第二方面到第十一方面中的任一個、第十六方面或第十七方面的第十八方 面，如果通過該功率半導體開關的操作電流達到一個峰值則第三階段開始。
[0021] 在根據第二方面到第十一方面中的任一個、第十六方面、第十七方面或第十八方 面的第十九方面，如果該功率半導體開關進入有源區域則第四階段開始。
[0022]在根據第二方面到第十九方面中的任一個的第二十方面，該可變電流源可以供應 多個離散電平的電流強度。
[0023]在根據第二方面到第二十方面中的任一個的第二十一方面，該可變電流源包括多 個并聯驅動器級。
[0024]在根據第二十一方面的第二十二方面，多個驅動器級中的每一個都被配置為向該 功率半導體開關的控制輸入供應預定電流。
[0025]在根據第二十二方面的第二十三方面，多個驅動器級中的每一個都被配置為按一 個具體因數來放大預定輸入電流。
[0026]在根據第二十三方面的第二十四方面，該控制電路包括一個具有較高電壓電平的 區域和一個具有較低電壓電平的區域，其中通過具有較低電壓電平的區域中的一個電流源 來供應輸入電流，且其中在沒有附加的電平移位器的情況下預定輸入電流被饋送到具有較 高電壓電平的區域內。
[0027]在根據第二十一方面到第二十四方面中的任一個的第二十五方面，該控制電路還 包括一個選擇電路，該選擇電路被配置為響應于階段檢測信號選擇供應預定輸入電流的一 個或多個驅動器級。
[0028]在根據第二十一方面到第二十五方面中的任一個的第二十六方面，所述驅動器級 包括電流鏡電路。
[0029] 在根據第二十六方面的第二十七方面，每個驅動器級中的電流鏡電路包括級聯電 路。
[0030] 在根據第二方面到第二十七方面中的任一個的第二十八方面，該可變電流源可以 生成具有至少四個不同電平的輸入電流的電流。
[0031] 在根據第二十八方面的第二十九方面，供應到該功率半導體開關的控制輸入的電 流在該功率半導體開關的導通過程期間的第一階段中具有第一電平，在該功率半導體開關 的導通過程期間的第二階段期間具有第二電平，且其中該電流在該功率半導體開關的導通 過程期間的第三階段中具有第三電平，且其中該第三電平低于該第一電平且高于該第二電 平。
[0032] 在根據第二十九方面的第三十方面，該電流從第一電平到第二電平逐步減少。 [0033]在根據第二十九方面或第三十方面的第三十一方面，該電流在第四階段中被設定 到一個預定最小電流，該預定最小電流剛好足以將該功率半導體開關保持在導通狀態中。 [0034]在根據第二方面到第三十一方面中的任一個的第三十二方面，該階段檢測電路包 括一個或多個電平移位器，所述一個或多個電平移位器被配置為將通過一個或多個比較器 輸出的一個內部信號從該控制電路中的高電壓電平轉換到該控制電路中的低電壓電平。 [0035]根據第二方面或第三方面的第三十三方面，表征該功率半導體開關的導通行為的 信號是存在于該功率半導體開關的功率端子上的電壓。
[0036]在根據第三十三方面的第三十四方面，該電壓是集電極-發射極電壓或漏極-源極 電壓。
[0037]在根據第二方面到第三十三方面中的任一個的第三十五方面，該控制電路包括一 個電荷栗電路和一個自舉電路。
[0038]在根據前述方面中的任一個的第三十六方面，該功率半導體開關是IGBT。
[0039]在根據前述方面中的任一個的第三十七方面，如果表征該功率半導體開關的導通 行為的信號采取最大值，則該控制電路識別導通過程的兩個階段之間的轉變。
[0040]在根據第三十七方面的第三十八方面，用于檢測該最大值的電路包括多個延時電 路，所述延時電路的延時適配于相應的功率半導體開關。
[0041] 在根據第二方面或第三方面的第三十九方面，該功率半導體開關的導通過程期間 的兩個或更多個階段是基于存在于該功率半導體開關的控制輸入處的控制輸入電壓、以及 附加地基于存在于該功率半導體開關的功率端子上的電壓被檢測的。
[0042] 在根據前述方面中的任一個的第四十方面，該控制電路被配置成使得在該功率半 導體開關的導通過程期間能夠更改該控制電路的跨導。
[0043] 在根據前述方面中的任一個的第四十一方面，該控制電路被配置為使得不需要使 用外部電阻器來使該功率半導體開關導通。
[0044] 在第四十二方面，用于使功率半導體開關導通的方法，包括:接收表征該功率半導 體開關的導通行為的信號;基于表征該功率半導體開關的導通行為的信號來在閉合控制環 路中控制到功率半導體開關的控制輸入的電流，以使該功率半導體開關導通。
[0045] 在根據第四十二方面的第四十三方面，該方法還包括檢測表征該功率半導體開關 的導通行為的信號中的兩個或更多個階段，其中控制到功率半導體開關的控制輸入的電流 包括響應于檢測到表征該功率半導體開關的導通行為的信號中的兩個或更多個階段來改 變所述電流。
[0046]在根據第三方面到第三十九方面以及第四十二方面中的任一個的第四十四方面， 該控制電路被配置為響應于表征該功率半導體開關的導通行為的信號來在閉合控制環路 中控制所述可變電流源。
【附圖說明】
[0047] 參考以下附圖描述本發明的非限制性且非窮舉性的示例性實施方案，其中在不同 附圖中相同的參考符號指代相同的部件，除非另外指明。
[0048] 圖1示出包括一個可變電流源和一個階段檢測電路的一個示例性控制電路。
[0049]圖2示出在包括控制電路的一個IGBT驅動器中的示例性信號分布，所述控制電路 包括可變電流源和階段檢測電路。
[0050]圖3示出一個示例性可變電流源和一個階段檢測電路。
[0051 ]圖4示出一個示例性控制電路的狀態圖。
[0052]圖5示出一個使用功率半導體開關的集電極-發射極電壓用于階段檢測的示例性 階段檢測電路。
【具體實施方式】
[0053]以下描述呈現了許多細節以使得能夠透徹理解本發明。然而，本領域技術人員清 楚的是，具體細節并非是實施本發明所必需的。另外，為了以免不必要地妨礙理解本發明， 沒有詳細闡述已知的設備或方法。
[0054]在本描述中，提及的"一個實施方案"、"一個配置"、"一個實施例"或"實施例"意味 著結合該實施方案描述的具體特征、結構或性能被包括在本發明的至少一個實施方案中。 就這一點而言，在該描述中的不同點處出現的短語"在一個實施方案中"、"一個實施例"或 "在一個實施例中"未必全部指相同的實施方案或相同的實施例。此外，所述具體特征、結構 或性能可以以任何合適的組合和/或子組合被組合在一個或多個實施方案或實施例中。具 體特征、結構或性能可以被包括在一個集成電路中、在一個電子電路中、在一個電路邏輯中 或在提供所描述的功能的其他合適的部件中。此外，指出的是，對于本領域技術人員而言附 圖用于說明目的且附圖不必按真實比例繪制。
[0055] 首先，參考圖1解釋一個示例性控制電路的示意性構造。然后結合圖2討論包括一 個示例性控制電路的電路中的示例性信號分布。在下文中討論該控制電路的示例性配置和 可選部件。圖3和圖5示出這樣的示例性配置。
[0056] 首先，將參考圖1討論示例性控制電路100的元件的功能。圖1示出用于功率半導體 開關108的示例性控制電路100。圖1中的控制電路100被配置為通過向半導體開關108的控 制輸入供應可變電流來控制功率半導體開關108的導通過程。在下文中僅討論對該導通過 程的控制。然而，本文中所公開的控制電路也可以被用于控制功率半導體開關的斷開過程 (尤其包括可變電流源和階段檢測電路的控制電路）。一般而言，斷開過程導致半導體開關 從導通狀態（"通(0N)態"）到截止狀態（"斷(OFF)態"）。在此情況下，在接通狀態中有電流流 動，然而在截止狀態中沒有電流流動。
[0057] 如在圖1中可以看到的，功率半導體開關108具有一個控制輸入G以及兩個另外的 輸入C、E，其中由控制輸入G處的信號來控制通過另外的輸入C、E的電流和/或另外的輸入C、 E之間的電壓。
[0058]下文基于IGBT的實施例說明所述設備和方法。然而，所述控制電路和控制方法不 限于與IGBT-起使用。而是，它們也可以與其他功率半導體開關結合使用。例如，有可能與 控制電路一起使用金屬氧化物半導體場效應晶體管(M0SFET)、雙極型晶體管、IEGT("注入 增強柵極晶體管"）以及GT0( "柵極斷開晶閘管"）。此外，用于檢測功率半導體開關上的電壓 的分布的設備、控制電路以及用于提供電能的設備可以與基于氮化鎵(GaN)半導體或碳化 硅(SiC)半導體的功率半導體開關一起使用。
[0059] 功率半導體開關在截止狀態中的最大標稱集電極-發射極電壓、陽極-陰極電壓或 漏極-源極電壓可以大于500V，優選地大于2k V。
[0060] 此外，所述控制電路不被限制于功率半導體開關。就這一點而言，也可能使其他半 導體開關與所述控制電路一起使用。在此所討論的效果和優點還至少部分出現在包括其他 半導體開關的系統中。
[0061]由于下文討論IGBT，因此功率半導體開關的端子被命名為"集電極"、"柵極"和"發 射極"。然而，如上文已經解釋的，所述設備和方法不被限制于IGBT。為了避免不必要地冗 長，本文中的名稱"發射極"也包含對應的功率半導體開關的命名為"源極"或"陰極"的端 子。同樣地，本文中的術語"集電極"也包含對應的功率半導體開關的命名為"漏極"或"陽 極"的端子，且術語"柵極"包含對應的功率半導體開關的命名為"基極"的端子。下文的術語 "集電極-發射極電壓"也包含"漏極-源極電壓"和"陰極-陽極電壓"，且術語"集電極電壓" 和"發射極電壓"也包含"漏極電壓"或"陽極電壓"以及分別地"源極電壓"或"陰極電壓"。 [0062]圖1中的控制電路包括一個可變電流源102、104以及一個階段檢測電路118。可變 電流源102、104被配置為響應于階段信號(U PS) 120向功率半導體開關108的控制輸入G施加 可變電流(IC)l〇6以使功率半導體開關108導通。在此情況下，在導通過程期間可變電流(Ic) 106可以采取兩個或更多個(例如，多于5個)離散值(在圖2中從上數第四個曲線中示出可變 電流的示例性分布）。在其他實施例中，可變電流源102、104使可變電流（I C) 106連續地變 化。
[0063] 在圖1中的實施例中，可變電流源102、104包括電流源電路102和多個半導體開關 (QiHiM。多個半導體開關(QJ104的功率端子被并聯連接在第一參考電壓(VJ124和半導體 開關108的控制端子G之間。因此，多個半導體開關(QO104可以向功率半導體開關的控制端 子G內傳導可變電流。通過示例方式，多個半導體開關104的僅一部分可以處于通態且因此 向控制端子G內傳導預定電流。替代地或附加地，可以選擇半導體開關以承載不同幅值的電 流（例如，借助于半導體開關的可變規格）。在圖1中的實施例中，多個半導體開關104是 M0SFET。在其他實施例中可以選擇其他半導體開關。
[0064] 除了多個半導體開關104之外，圖1中的可變電流源還包括電流源電路102。所述電 流源電路102被配置為接收階段信號(U PS)120,且響應于此信號切換多個半導體開關104使 得根據功率半導體開關的導通過程的相應的階段向控制端子G供應具有特定電平的電流。 下文將結合圖3進一步討論示例性可變電流源102、104。
[0065] 階段信號(UPS)120是由階段檢測電路118生成的。在圖1中的實施例中，階段檢測電 路118接收存在于功率半導體開關108的控制輸入G處的控制電壓(Vc) 114。基于所述電壓的 分布，階段檢測電路118可以確定功率半導體開關處于導通過程的哪個階段且生成對應的 階段信號(U PS)120。使用控制電壓(Vg)114(換言之，在IGBT的情況下柵極-發射極電壓)檢測 導通過程的階段可以在一些電路中提供優點。首先，該控制電壓含有關于導通過程的階段 的信息。此外，與控制電路中的其他信號相比，可以更容易檢測控制電壓。就這一點而言，例 如，在一些情況下，首先必須將高電壓(例如，集電極-發射極電壓)轉到較低電壓電平。那可 能涉及到電路系統方面的一些開銷。這同樣適用于功率半導體開關的操作電流(例如，集電 極-發射極電流）。然而，在其他實施例中，也有可能使用高電壓輸入上的電壓（例如，集電 極-發射極電壓)或操作電流(例如，集電極-發射極電流)作為用于階段檢測的檢測信號。這 些信號還含有關于導通過程的階段的所需信息。
[0066] 階段檢測電路118還可以包括一個輸入，該輸入可以接收用于功率半導體開關的 控制信號(UeMD) 116。如果意在接通功率半導體開關，所述控制信號(Uorn) 116可以具有例如 第一電平;且如果意在截止功率半導體開關，則所述控制信號(UCMD)116可以具有第二電平。 因此，控制信號(U CMD)116中的一個邊緣可以用信號表明意在切換所述功率半導體開關。階 段檢測電路118可以基于控制信號(U CMD)116檢測功率半導體開關的導通過程何時開始。此 時刻可以同時是導通過程的第一階段的開始(在此情況下可變電流源向控制輸入G供應具 有第一電平的電流）。
[0067] 圖1中的控制電路形成一個用于控制功率半導體開關108的導通過程的閉合控制 環路。受控變量是供應至控制輸入G的電流。在圖1的情況下，測量變量是控制輸入(V C)處的 電壓。導通過程的目前階段是從所述控制電壓確定的。根據功率半導體開關當前所處的階 段，該控制電路進而選擇固定電流或可變電流。此相應的電流被供應到功率半導體開關的 控制輸入(其"閉合"控制環路）。現有技術中的許多控制電路使用不具有反饋的控制（即，打 開控制環路）。與這些電路相比，圖1中的控制電路可以實現更好的結果，這是由于功率半導 體開關的目前狀態可以影響導通過程。此外，圖1中的控制可以在沒有外部控制端子電阻器 的情況下完成。
[0068] 由于結合圖1呈現一個示例性控制電路，因此下文將參考圖2中的曲線給出關于控 制電路檢測(且響應于該檢測使電流變化到功率半導體開關的控制輸入）的功率半導體開 關的導通過程的那些階段的解釋。
[0069] 圖2示出五個理想化且示例性的曲線。最上面的曲線202示出功率半導體開關的集 電極-發射極電流（Ice)，且第二曲線204示出集電極-發射極電壓（V CE)204。柵極電壓(VG) (即，IGBT的控制端子處的電壓）的分布被示意性地描繪在第三曲線214中。第四曲線206例 示從可變電流源饋送到功率半導體開關的控制輸入內的電流（Ic)的示例性分布。最后，在 最下面的曲線216中存在一個用于切換所述功率半導體開關的示例性控制信號(U CMD)。
[0070] 如圖2中描繪的，功率半導體開關的導通過程可以被劃分成不同的階段(Α0、Α、Β以 及C)。在每種情況下功率半導體開關處于一個階段長達一個特定持續時間。在所述階段中 的每個中，功率半導體開關具有特定狀態。階段的長度和表現除了別的以外取決于功率半 導體開關的參數、控制電路的參數和負載的參數以及操作參數。如上文已經描述的，本文中 所描述的控制電路被配置為識別導通過程的目前階段且基于此識別調整可變控制電流。
[0071] 圖2中示出的曲線例示了一個IGBT的導通行為。然而，其他半導體開關也展現至少 部分類似的導通行為。就這一點而言，也可以在功率M0SFET的導通行為或功率雙極型晶體 管的導通行為中識別不同的階段。因此，本文中所描述的控制電路也可以被用于其他功率 半導體開關。
[0072] 此外，對于控制電路，檢測圖2中示出的四個階段Α0、Α、Β和C并且響應于該檢測使 電流變化并非強制性的。而是，在一些實施例中，也有可能僅檢測圖2中示出的多個階段中 的選擇項(例如，兩個或三個）。在另一些實施例中，階段的劃分可以與圖2中示出的劃分有 偏差。就這一點而言，在一些控制電路中，第一階段和第二階段之間的轉變可以發生在與圖 2中示出的點不同的點處。然而，還在此實施例中，此處所描述的控制電路可以響應于導通 過程的分別出現的階段來改變被引入到功率半導體開關的控制輸入內的電流。
[0073] 現在將討論如圖2中示出的控制電路的控制信號的示例性分布，該控制線路基于 功率半導體開關的導通過程的檢測階段改變傳送到閉合控制環路中的控制輸入（I C)的電 流，以使功率半導體開關導通。
[0074]導通過程在時刻t0處以控制信號Ucmd的狀態改變(在圖2中的實施例中從低電壓電 平到高電壓電平)開始。由此功率半導體開關的控制單元發信號通知所述功率半導體開關 將要導通。階段檢測電路可以檢測控制信號(U CMD)中的此狀態改變。導通過程的第一階段A0 以該狀態改變開始。在圖2中的實施例中，在階段A0中，恒定電流（Ic)被引入到功率半導體 開關的控制輸入內（如可以在曲線206中看到的）。
[0075]在第一階段中，功率半導體開關還未導電(集電極-發射極電流(ICE)近似為零）。因 此，集電極-發射極電壓(VCE)保持在其在功率半導體開關的截止狀態期間具有的（高）電平 處。通過功率半導體開關中的不同的電容的充電過程確定控制輸入電壓(V C)(柵極-發射極 電壓）的分布。以實施例的方式，在IGBT的情況下，不同的電容可以出現在M0SFET控制頭的 柵極和源極之間（例如，氧化物電容、耗盡區的電容、柵極電極和發射極電極之間的電容 等）。這些電容通過在階段A0中施加到控制輸入的電流被充電。功率半導體開關的控制輸入 處的電壓隨后隨著通過功率半導體開關的內部電容所確定的時間常數上升。
[0076]功率半導體開關的導通過程的第二階段開始于時刻tl處，在該時刻tl處IGBT開始 導電。如果控制電壓Vg達到IGBT的M0SFET的閾電壓則上述情況發生。集電極-發射極電流 (Ice)然后大幅上升（在此階段中，高集電極-發射極電壓(VCE)存在于IGBT處；因此，通過 IGBT的飽和區域中的電流梯度確定集電極-發射極電流(ICE)中的上升）。集電極-發射極電 壓(V CE)還未大幅降低（例如，由于IGBT的續流二極管還不能夠接受電壓）。控制輸入電壓 (Vg)此外以通過IGBT的電容確定的速率增加。
[0077] 階段檢測電路可以基于控制輸入電壓(VC)檢測第二階段A的開始。例如，該階段檢 測電路可以被配置為如果控制輸入電壓(V C)超過一個預定閾值則檢測第二階段A的開始。 下文進一步呈現這方面的一些實施例。如已經提及的，階段檢測也可以基于其他信號發生。 就這一點而言，如可以在圖2中看到的。集電極-發射極電壓(V CE)的特性和集電極-發射極電 流(Ice)的特性在時刻tl處改變。因此，在其他實施例中，階段檢測電路可以基于集電極-發 射極電壓(V CE)或集電極-發射極電流(IceH只別第二階段A的開始。
[0078] 響應于第二階段A的開始的檢測，控制電路的可變電流源使傳導到功率半導體開 關的控制輸入內的電流的電平變化。在圖2中的實施例中，傳導到功率半導體開關的控制輸 入內的電流從其在第一階段A0中的值分級(例如，三級或四級)減小。各級的長度可以是預 定的且適配于相應的功率半導體開關。出于此目的，該控制電路可以限定可以由使用者選 擇的預定的延時集合。替代地，可以響應于控制輸入電壓(V C)達到閾電壓來設定各階段的 長度。在一些實施例中，選擇第二階段A的最后的子階段中的電流電平以對應于功率半導體 開關的標稱能量。在圖2中，傳導到功率半導體開關的控制輸入內的電流分級減少。在一個 實施例中，所述級的長度可以被選擇為使得如果通過功率半導體開關的負載電流達到與在 導通過程的米勒平坦區期間負載電流的電平對應的電平，則在正常操作期間發生到第二階 段A的最后的子階段的轉變。在其他實施例中，也可以使電流連續地減少。
[0079]傳導到功率半導體開關的控制輸入內的電流的分級減少(如圖2中示出的）可以引 起功率半導體開關的集電極-發射極電流(ICE)的電流梯度中的增加。作為其結果，與在不使 用分級減少控制輸入電流的電路中相比，集電極-發射極電流(Ice)的最大值較早達到。這可 以具有減少導通過程期間的能量損耗的效果。
[0080] 如果功率半導體開關的集電極-發射極電流(Ice)達到其最大值(在圖2中的時刻t2 處），則導通過程的第三階段B開始。隨后，IGBT的續流二極管接受電壓，集電極-發射極電壓 (V CE)因此降低且集電極-發射極電流（ICE)下降到恒定負載電流值。如可以在圖2中認識到 的，也可以基于集電極-發射極電壓(V CE)或集電極-發射極電流(ICE)檢測第三階段的開始。
[0081] 控制電路的階段檢測電路可以響應于控制輸入電壓(VC)達到峰值而檢測第三階 段的開始。響應于識別第三階段B的開始，控制電路再次使引入到控制輸入內的電流(Ic)的 電平變化。在一個實施例中，控制電路使電流(Ic)的電平增加到在來自第二階段A的最后的 子階段的值和第一階段A0的值(或所述值中的最小值)之間的一個值。流動到控制輸入內的 電流(Ic)在第三階段B中使功率半導體開關的內部電容放電。由于集電極-發射極電壓(Vce) 中的快速下降且由于功率半導體開關的內部電容中的增加，控制輸入電壓(Vc)在此階段中 具有大體上平坦的分布。
[0082] 如圖2中示出的，該控制電路也可以改變在第三階段B中的不同子階段中引入到控 制輸入內的電流(Ic)。就這一點而言，在來自圖2的實施例中，電流(Ic)首先具有恒定的值， 之后上升的控制輸入電壓(V C)在時刻t3處伴隨有下降的電流(Ic)。
[0083] 導通過程的第四且最后的階段C開始于時刻t4處。集電極-發射極電壓(VCE)下降很 大程度使得IGBT達到其有源范圍。集電極-發射極電流（ICE)已經達到其導通狀態中的標稱 值。控制輸入電壓(VC)朝著其穩態值努力。如果控制輸入電壓(VC)超過另外的(第二)預定閾 值，則可以通過階段檢測電路識別第四階段C的開始。
[0084]響應于第四階段C的開始的檢測，該控制電路可以再次使傳導到控制輸入內的電 流(Ic)的電平變化。在來自圖2的實施例中，該控制電路將電流(Ic)設定到一個恒定電平。該 恒定電平低于所有在先階段Α0、Α、Β中的可變電流(Ic)的電平。在一個實施例中，電流(Ic)被 選擇為使得它對應于保持IGBT處于操作中的最小電流(如果適當地考慮預定的安全裕度）。 在使用可變電流源的一些拓撲的情況下，此選擇可以是有利的，這是由于這些電路在IGBT 的整個導通持續時間期間消耗功率。電流（Ig)的最低可能的電平因此可以減少在IGBT的導 通持續時間期間控制電路的功率損耗。
[0085]上述的部分已經解釋了在功率半導體開關的導通過程期間示例性控制電路如何 改變供應到控制輸入的電流。如已經提及的，該控制電路也可以僅檢測圖2中的四個階段的 一部分且對應地使電流（Ig)變化(例如，僅第一階段、第二階段以及第三階段Α0、Α、Β;僅第 二階段、第三階段以及第四階段A、B、C;或者僅第二階段和第四階段A、C)。
[0086] 結合圖2，上述的部分已經功能性地描述了 一個示例性控制電路。接下來的部分將 結合圖3到圖5討論用于實施控制電路的示例性電路。
[0087] 如已經參考圖1解釋的，該控制電路可以包括可變電流源和階段檢測電路。可以在 圖3中看到這兩個部件的示例性配置。可變電流源102、104包括一個電流源電路102和多個 半導體開關(QdnM。階段檢測電路118包括用于檢測功率半導體開關當前處于導通過程的 哪一個階段的多個部件。下文將更確切詳細地解釋兩個部件(可變電流源102、104以及階段 檢測電路118)。
[0088] 首先將討論可變電流源102、104。如在圖3中可以看到的，在一個實施例中，可變電 流源102、104具有多個并聯電流源級。所述級中的每一個都包括電流放大器102和半導體開 關104,可以向功率半導體開關的控制輸入G供應電流。所述并聯電流源級的輸出電流可以 被選擇為使得由于導通和截止可以提供控制電路所需的不同電流電平。以此方式，在導通 過程期間，可以向功率半導體開關的控制輸入G施加可變電流。
[0089]在一個實施例中，電流放大器102可以被配置為接收階段信號(UPS)120和參考電流 ig號(Ucs)。在下文中，假定參考電流彳目號(Ucs)是參考電流。在其他實施例中，它可以是參考 電壓。可變電流源102、104可以響應于階段信號(U PS)120激活一個或多個并聯電流源級。預 定電流(取決于一個或多個電流源級的輸出電流)然后被傳導到控制輸入。所述電流源級可 以供應不同的或相同的輸出電流。在圖3中示意性地描繪四個并聯電流源級。然而，在其他 實施例中電流源級的數目可以是不同的（例如，兩個(或更多個）、三個或四個以上）。電流源 級的數目以及輸出電流可以被選擇為使得一個可變電流源可以提供所需的輸出電流的大 多數(通過一個或多個電流源級的激活）。
[0090] 在此情況下，階段檢測信號可以含有功率半導體開關已經進入上文結合圖2所討 論的階段中的一個(階段Α0、Α、Β或C)的信息。可變電流源102、104可以供應具有諸如同樣結 合圖2所解釋的性能（電平以及持續時間）的輸出電流。
[0091] 為了提供相應的輸出電流，并聯電流源級中的每個可以以預定因數放大參考電 流。在一個實施例中，該參考電流是從控制電路的具有較低電壓電平(例如，4V到6V)的區域 接收的。在另一方面，可變電流源102、104的半導體開關104被連接在功率半導體開關的控 制輸入G和控制電路的具有較高電壓電平VI (例如24V到26V)的區域的參考電壓之間。因此， 半導體開關104將可變電流源102、104的可變輸出電流從控制電路的具有較高電壓電平VI 的區域傳導到控制輸入。在一個實施例中，可變電流源102、104在不使用電平移位器的情況 下實現上文所描述的從具有低電壓電平的區域到具有較高電壓電平的區域的轉換。
[0092] 在一個實施例中，并聯電流源級中的每一個都包含一個將參考電流放大到相應的 輸出電流的電流鏡電路。在一個實施例中，每個電流鏡電路可以包括尺寸被設置以提供相 應的輸出電流的多個M0SFET半導體開關。此外，所述并聯電流源級中的一個或多個的半導 體開關可以以級聯方式安排。這可以提高電流源級的輸出電阻。附加地或替代地，所述并聯 電流源級中的每個中的半導體開關可以具有不同的設計。就這一點而言，在一個實施例中， 有可能使用具有低標稱電壓的半導體開關和具有較高標稱電壓的半導體開關。
[0093] 使用電流鏡電路生成可變電流源中的輸出電流可以提供許多優點。首先，可以通 過注入期望的電流使該電路的跨導變化。此外，可變的跨導可以使當導通功率半導體開關 時實現閉合控制環路成為可能。此外，在電流鏡電路中可以（至少部分地)補償過程波動和 溫度波動。而且，可變電流源的響應時間可以被減少(例如，與具有反相器鏈的電路比較）。 [0094] 如已經提及的，可變電流源102、104可以包括多個半導體開關。在一個實施例中， 半導體開關可以與一個分立的源阱集成(在M0SFET的情況下）。這可以減少輸出電流隨溫度 的變化。
[0095]在其他實施例中，半導體開關的有源區域(在電流源級中）可以被選擇作為一個參 考半導體開關的整數倍。這可以減少在生產期間由于過程影響的變化導致的輸出電流的波 動。
[0096]已經結合圖2解釋了可變電流源可以在一個階段(可見于，例如，圖2中的第二階段 A)提供具有不同電平的輸出電流。在一個實施例中，可以響應于一個脈沖生成電路的輸出 脈沖生成兩級或更多級輸出電流。脈沖生成電路可以在階段信號(Ups)信號通知一個具體階 段開始時的時刻開始生成一個或多個預定長度的脈沖。可變電流源可以生成自脈沖中的每 個的狀態改變開始的預定電流。因此，該脈沖生成電流可以在不使用振蕩器等的情況下實 現不同的子階段的持續時間。僅對于圖2中的第二階段A討論可變電流的多級配置。然而，此 技術(使用脈沖生成電路)也可以被用在導通過程的其他階段中。
[0097]前述部分討論了實施可變電流源102、104的一些實施例。以下部分將再次基于圖3 和圖5中的實施例討論關于階段檢測電路118的實施的多個方面。已經結合圖2討論階段檢 測電路可以檢測的功率半導體開關的導通過程的階段。
[0098]圖3中的階段檢測電路118包含狀態電路302、峰值定時檢測電路304、多個比較器 310、312、314以及多個可選電平移位器316、318、320。借助于這些部件，該階段檢測電路可 以確定功率半導體開關當前所處的導通過程的階段。
[0099]在圖3中，階段檢測電路118接收控制輸入電壓(VC)和控制信號(UCMD)。基于這些信 號，階段檢測電路118可以確定當前正運行通過導通過程的哪一個階段。如已經提及的，代 替控制輸出電壓(VC)，也有可能使用表征功率半導體開關的導通行為的一些其他信號（例 如，集電極-發射極電壓(V CE)或集電極-發射極電流(ICE)。如下文結合圖5進一步解釋的，除 了控制輸入電壓(V C)，此外有可能使用表征功率半導體開關的導通行為的一個或多個另外 的其他信號(例如，集電極-發射極電壓(Vce)或集電極-發射極電流(Ice)。
[0100] 該階段檢測電路生成指示相應的階段(和/或兩個階段之間的轉變)的階段檢測信 號(UPS)120。在一些實施例中，階段信號(U PS)120可以包括多個信道，每個信道均指示一個 具體階段的存在或在兩個具體階段之間的轉變的時刻。如上文進一步所描述的，階段信號 (U PS) 120通過可變電流源102、104接收，該可變電流源102、104響應于階段信號(UPS) 120輸 出對應的電流。
[0101] 階段檢測電路118被配置為檢測控制輸出電壓(VC)的兩個不同的特性:首先，階段 檢測電路118可以檢測控制輸入電壓(V C)何時超過一個或多個預定閾值(或下降到一個或 多個預定閾值以下）。其次，階段檢測電路118可以檢測控制輸入電壓(V C)何時具有一個峰 值。已經結合圖2解釋的是，這兩個檢測步驟可以足以識別在半導體開關的導通過程期間的 多個階段轉變。首先，現在將討論多個比較器310、312、314，在其幫助下，階段檢測電路118 可以查明控制輸入電壓(Vc)何時超過一個具體的閾值。在來自圖3的實施例中，以閃速ADC 方式配置比較電路（即，多個比較器310、312、314并聯操作）。控制輸入電壓(VC)分別與并聯 比較器310、312、314中的參考電壓TH1、TH2、THN比較。階段檢測電路118因此可以確定何時 超過一個具體限制值TH1、TH2、ΤΗΝ。在圖2中的實施例中，控制輸入電壓(V G)與一個閾值的 比較可能是識別從第一階段到第二階段的階段轉變(Α0-Α)所必需的以及識別從第三階段 到第四階段的轉變(B-C)所必需的。這些比較在每種情況下都可以通過多個并聯比較器 310、312、314中的一個執行。
[0102] 此外，在來自圖3的實施例中，多個并聯比較器310、312、314還被用于檢測控制輸 入電壓(VC)達到峰值的時間點。根據圖2這些比較值因此可以被用于檢測從第二階段到第 三階段的轉變(A-B)。這些將在下文結合峰值檢測電路304被進一步更詳細地解釋。
[0103] 在一個實施例中，可以參考第一參考電壓(Vi)生成參考電壓ΤΗ1、ΤΗ2、ΤΗΝ<^^η， 可以通過一個或多個分壓器(例如，每個比較器310、312、314-個分壓器)將第一參考電壓 (VO分壓到期望的參考電壓!'!11、1'!12、1'圓。如果控制輸入電壓(￥(〇被用于檢測輸入信號的階 段，則圖3中的快閃ADC方式的比較電路可能是有利的，這是由于圖3中的快閃ADC方式的比 較電路可以具有高輸入阻抗。控制輸入G可以具有高輸出電阻，其使它更難于使用具有低輸 入電阻的檢測電路（由于否則電荷可能流動遠離控制輸入，這可能干擾待要測量的信號）。 在一個實施例中，一個或多個比較器310、312、314被配置為具有推挽輸出級的折疊式跨導 放大器。在另一個實施例中，一個或多個比較器310、312、314被配置為具有推挽輸出級的鎖 存電路。兩個替代方案都可以具有大共模范圍，這是檢測控制輸入電壓(Vc)達到峰值的時 間點所必需的（控制輸入電壓(V C)的峰值處的電壓可以是例如第一參考電壓％的96%)。與 用具有推挽輸出級的跨導放大器的解決方案比較，用具有推挽輸出級的鎖存電路的解決方 案在此情況下可以具有更小結構尺寸的輸出級和更高的上升速率。
[0104] 由于在來自圖3的實施例中狀態電路302被安排在一個具有較低電壓的區域中，因 此通過對應的電平移位器316、318、320減少比較器310、312、314的輸出信號。最后形成的信 號CO^CO^COn可以通過狀態電路302和峰值檢測電路304接收和進一步處理。
[0105]以下部分現在將更詳細地討論示例性峰值定時檢測電路304。
[0106] 在一個實施例中，峰值定時檢測電路304可以從多個比較器310、312、314接收輸出 信號C0N、C0NfC03作為輸入信號。峰值定時檢測電路304可以被配置為在如下情況下識別 控制輸入電壓(VG)中的一個峰值，即，如果控制輸入電壓(VG)已經超過比較器310、312、314 的子集(例如一個或兩個比較器）的供應輸出信號C0n、C0n-r"C03的所有閾電壓且已經再次 下降到該子集的具有最高閾電壓的比較器的閾電壓以下。在此情況下，峰值定時檢測電路 304借助于檢測信號(UDT)306信號通知狀態電路302所述控制輸入電壓(VG)已經達到峰值。 在此實施例中，獨立于控制輸入電壓(Vc)的電壓最大值的幅值執行峰值檢測。
[0107] 在一些情況下，控制輸入電壓(VG)不具有明顯的峰值。此外，上文提供的峰值定時 檢測電路可能會受到從第二階段A向第三階段B轉變期間的振蕩的干擾。因此，峰值定時檢 測電路304(除了上文所討論的峰值定時檢測電路之外或作為上文所討論的峰值定時檢測 電路的替代)可以包括另外的電路。下文討論一個示例性的另外的電路。
[0108] 另外的示例性峰值定時檢測電路也具有比較器310、312、314的一個子集的輸出信 號作為輸入信號。此外，為比較器310、312、314的子集中的每一個生成延時了預定延時的另 外的信號。每個比較器310、312、314的延時的輸出信號和未延時的輸出信號被施加到0R門。 在每種情況下，因此確定對于每個閾電壓最早發生的信號。通過0R門的輸出信號的與運算 來確定峰值的時刻。在此情況下，有可能為相應類型的功率半導體開關選擇各延時（例如， 在導通過程開始之后考慮控制輸入電壓(V C)中的上升的梯度）。
[0109] 前述部分解釋了階段檢測電路如何可以檢測控制輸入電壓(vc)的多個特征。以下 部分將解釋如何可以從比較器310、312、314的輸出信號、控制信號(υ?)116以及峰值定時 檢測電路304的輸出信號來檢測當前正運行通過導通過程的哪個階段。
[0110] 此功能是通過狀態電路302執行的，結合圖4解釋該狀態電路的功能。如可以在圖4 中看到的，狀態電路302可以包括一個狀態機。在圖4中的實施例中，狀態電路302可以識別 功率半導體開關當前處于導通過程的四個階段中的哪一個。所述四個階段對應于結合圖2 所討論的四個階段(即，Α0、Α、Β以及C)。
[0111] 如已經提及的，可以基于用于半導體開關的控制信號(UCMD)116檢測導通過程的開 始。在一個實施例中，如果控制信號(U CMD)116具有一個上升邊緣或下降邊緣則可以檢測功 率半導體開關的導通過程的開始。響應于控制信號(UCMD)116的狀態改變，狀態電路302可以 識別功率半導體開關已經進入導通過程的階段402(A0)。
[0112] 此外，狀態電路302可以基于第一比較器的輸出信號（C(h)決定從第一階段402 (A0)到第二階段404(A)的轉變是否已經發生。如果控制輸入電壓(V G)超過第一比較器的閾 電壓，則第一比較器的輸出信號COi具有第一狀態(例如，高電平）。如果控制輸入電壓(Vc)下 降到第一比較器的閾電壓以下，則第一比較器的輸出信號C(h具有第一狀態(例如，低電平 ???)。在一些實施例中，比較器必須在檢測到階段改變之前維持一個具體的狀態長達預 定持續時間。
[0113] 在一些實施例中，可以在已經查明階段轉變之后斷開相應的比較器(例如，用于從 階段Α0到階段Α轉變的第一比較器)預定時間（例如，20ns到80ns)。結果減少了電路的功率 消耗。
[0114] 如已經討論的，可以基于峰值定時檢測電路的輸出信號406(對應于檢測信號(UDT) 306)識別到第三階段(B)408的轉變。如果所述輸出信號406信號通知控制輸入電壓(Vg)已 經達到峰值(或最大值），則狀態電路302將目前的階段改變到第二階段(B)406。如已經提及 的，峰值檢測電路的輸出信號406可以基于多個比較器的輸出信號確定控制輸入電壓(Vc) 的峰值的時間點。也可以在識別從第二階段到第三階段的階段轉變(A-B)之后使所述比較 器斷開預定持續時間（例如，20ns到80ns)。
[0115]從階段B 408(第三階段）到階段C 410(第四階段）的轉變可以對第二比較器的輸 出信號C02作出反應而發生。狀態電路302因此可以識別從第三階段(B)408到第四階段(C) 410的轉變是否發生。如果控制輸入電壓(V C)超過第二比較器的閾電壓，第二比較器的輸出 信號C02具有第一狀態(例如，高電平）。如果控制輸入電壓(V C)下降到第二比較器的閾電壓 以下，則第二比較器的輸出信號C02具有第一狀態）（例如，低電平麗）。
[0116]進入第四階段(C)410是通過狀態電路302識別的最后的階段轉變。在其他實施例 中，導通過程可以被劃分成可以基于控制輸入電壓(VC)的分布被檢測的更多個階段(例如， 五個、六個或七個或更多個階段）。在再一些實施例中，導通過程可以被劃分成可以基于控 制輸入電壓(V C)的分布被檢測的更少個階段(例如，兩個或三個）。在所有情況下，可以使用 如上文對于四個階段的導通過程的情況進一步討論的類型的階段檢測電路和可變電流源。
[0117] 一識別進入到具體階段內，狀態電路302就生成對應的階段信號(UPS)120。此階段 信號(U PS)120然后可以通過一個可變電流源接收，如上文所討論的。該可變電流源進而可以 將為相應的階段預定的輸出電流(恒定的或可變的)傳導到功率半導體開關的控制輸入，以 使該功率半導體開關導通。
[0118] 前述部分參考圖3和圖4討論了控制電路的示例性可變電流源和階段檢測電路。下 文將討論這些電路的另一個變體。
[0119] 圖5示出了圖3中的峰值定時檢測電路的一個替代方案，用于識別從第二階段到第 三階段的轉變(A-B)(即，集電極-發射極電流(I CE)具有最大值的時刻）。圖5中的階段電路 118包含一個階段轉變電路504,該階段轉變電路接收基于集電極-發射極電壓(V CE)的信號 (Vcef) 536作為輸入信號且基于此信號檢測階段轉變。
[0120] 基于集電極-發射極電壓(Vce)的信號(Vcef) 536是通過含有電容Ci和電阻兀件Ri的 濾波器530生成的，該電容和電阻元件被耦合在功率半導體開關的集電極端子C和發射極端 子E之間。
[0121 ]在一個實施例中，IGBT的控制電路可包括并聯連接的電容和電阻元件的串聯電 路，該串聯電路被耦合到功率半導體開關的集電極端子(例如，為了提供有源箝位功能）。濾 波器530可以被耦合在并聯連接的電容和電阻元件的串聯電路的最后的電容和參考電壓電 平112之間。
[0122]濾波器530可以被配置為如果已經超過集電極-發射極電流的峰值則生成一個電 壓尖峰。此信號(VCEF)536被轉發到階段轉變電路504。在階段轉變電路504中，在一個實施例 中，可以從信號(V CEF)536確定集電極-發射極電流(Ice)的峰值的時刻。此信息可以由階段轉 變電路504使用以檢測從導通過程的第二階段(A)到第三階段(B)的階段轉變。對應的檢測 信號(U DT)506進而可以被傳達到狀態檢測電路502。
[0123]在一個實施例中，階段轉變電路504可以放大信號(Vcef) 536且將放大的信號施加 到差分放大器。結果形成的信號可以在集電極-發射極電流（Ice)的峰值的時刻處具有一個 下降邊緣且因此識別從第二階段到第三階段的階段轉變(A-B)。通過示例的方式，為此可 以檢測到結果形成的信號的下降邊緣。
[0124]在一個實施例中，階段轉變電路504可以按三個放大器級將信號(Vcef)536放大。首 先，一個緩沖放大器可以減少待要在VCE節點處檢測的信號的輸出阻抗。后來，可以執行在該 信號的差分放大之后的非反相放大。
[0125] 本發明的例示的實施例的以上描述并不旨在窮舉或限于所述實施例。盡管出于例 示目的在本文中描述了本發明的具體實施方案和實施例，但是在不偏離本發明的前提下， 多種改型是可能的。電壓、電流、頻率、功率、范圍的值、時間等的具體例子僅是例示性的，且 因此也可以用這些變量的其他值實施本發明。
[0126] 可以鑒于上文的詳細描述對本發明的實施例進行這些改型。在以下權利要求中使 用的術語不應被解釋成使得本發明被限于說明書和權利要求中公開的具體實施方案。本說 明書和附圖應被認為是例示性而不是限制性的。
【主權項】
1. 用于使功率半導體開關接通的控制電路，包括： 一個輸入，其被配置為接收表征該功率半導體開關的導通行為的信號； 一個階段檢測電路，其被配置為基于表征該功率半導體開關的導通行為的信號來檢測 在該功率半導體開關的導通過程期間的兩個或更多個階段，并且生成一個階段檢測信號， 該階段檢測信號表明該功率半導體開關當前正運行通過所述兩個或更多個階段中的哪一 個；以及 一個可變電流源，其被配置為響應于該階段檢測信號來向該功率半導體開關的控制輸 入供應具有可變電流強度的電流，以使該功率半導體開關導通， 其中該控制電路被配置為響應于表征該功率半導體開關的導通行為的信號來在閉合 控制環路中控制所述可變電流源。2. 根據權利要求1所述的控制電路，其中表征該功率半導體開關的導通行為的信號是 存在于該功率半導體開關的控制輸入處的控制輸入電壓。3. 根據權利要求1和2中的任一項所述的控制電路，其中該階段檢測電路基于表征該功 率半導體開關的導通行為的信號的特性特征來識別導通過程期間的兩個或更多個階段。4. 根據權利要求1到3中的任一項所述的控制電路，其中該階段檢測電路包含一個或多 個比較器，其中所述一個或多個比較器中的每一個都被配置為將表征該功率半導體開關的 導通行為的信號與一個或多個參考信號中的一個進行比較，且其中如果表征該功率半導體 開關的導通行為的信號超過一個相應的參考信號，則該階段檢測電路檢測該功率半導體開 關的導通過程期間在一個或多個階段之間的轉變。5. 根據權利要求2到4中的任一項所述的控制電路，其中該階段檢測電路包括一個峰值 定時檢測電路，該峰值定時檢測電路被配置為識別在表征該功率半導體開關的導通行為的 信號中的一個峰值的時間點，且其中該階段檢測電路被配置為如果表征該功率半導體開關 的導通行為的信號達到該峰值則檢測在兩個階段之間的轉變。6. 根據權利要求1到4中的任一項所述的控制電路，其中該階段檢測電路被配置為檢測 該功率半導體開關的導通過程期間的至少四個階段。7. 根據權利要求1到6中的任一項所述的控制電路，其中該可變電流源包括多個并聯驅 動器級。8. 根據權利要求7所述的控制電路，其中多個驅動器級中的每一個都被配置為按一個 具體因數來放大預定輸入電流。9. 根據權利要求1到8中的任一項所述的控制電路，其中該控制電路包括一個具有較高 電壓電平的區域和一個具有較低電壓電平的區域，且其中通過具有較低電壓電平的區域中 的一個電流源來供應輸入電流，且其中在沒有附加的電平移位器的情況下預定輸入電流被 饋送到具有較高電壓電平的區域內。10. 根據權利要求7到9中的任一項所述的控制電路，其中所述驅動器級包括電流鏡電 路。11. 根據權利要求1到10中的任一項所述的控制電路，其中供應到該功率半導體開關的 控制輸入的電流在該功率半導體開關的導通過程期間的第一階段中具有第一電平，其中該 電流在該功率半導體開關的導通過程期間的第二階段期間具有第二電平，且其中該電流在 該功率半導體開關的導通過程期間的第三階段中具有第三電平，其中該第三電平低于該第 一電平且高于該第二電平。12. 根據權利要求1到11中的任一項所述的控制電路，其中該階段檢測電路包括一個或 多個電平移位器，所述一個或多個電平移位器被配置為將通過一個或多個比較器輸出的內 部信號從該控制電路中的高電壓電平轉換到該控制電路中的低電壓電平。13. 根據權利要求1到12中的任一項所述的控制電路，其中該功率半導體開關的導通過 程期間的兩個或更多個階段是基于存在于該功率半導體開關的控制輸入處的控制輸入電 壓、以及附加地基于存在于該功率半導體開關的功率端子上的電壓而被檢測的。14. 根據權利要求1到13中的任一項所述的控制電路，其中在該功率半導體開關的導通 過程期間更改該控制電路的跨導。15. 用于使功率半導體開關導通的方法，包括： 接收表征該功率半導體開關的導通行為的信號； 檢測在表征該功率半導體開關的導通行為的信號中的兩個或更多個階段，其中控制到 功率半導體開關的控制輸入的電流包括： 響應于檢測到在表征該功率半導體開關的導通行為的信號中的兩個或更多個階段而 改變所述電流;以及 基于所述表征該功率半導體開關的導通行為的信號而在閉合控制環路中控制到功率 半導體開關的控制輸入的電流，以使該功率半導體開關導通。
【文檔編號】H03K17/00GK105897229SQ201610087252
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年2月16日
【發明人】S·馬蒂亞斯
【申請人】電力集成瑞士有限公司