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JP7083338B2 - Control of semiconductor switch in switch mode - Google Patents
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Description

本発明は、半導体スイッチをスイッチモードで制御する方法及び回路に関する。 The present invention relates to a method and a circuit for controlling a semiconductor switch in a switch mode.

半導体スイッチの制御電極におけるスイッチング電位に応じて半導体スイッチのスイッチパスがスイッチON状態またはスイッチOFF状態となるように、スイッチパスがスイッチング電位によって制御され、スイッチパスのスイッチON状態からスイッチOFF状態へのスイッチングプロセスにおいて、スイッチパスにおけるスイッチパス電圧が測定され、スイッチパス電圧が最大電圧に達すると、スイッチパス電圧を最大電圧に制限するために、スイッチパスを導電状態にする制限電位を制御電極に印加する。
半導体スイッチは、制御電極を介して制御可能であり、半導体スイッチの制御電極におけるスイッチング電位に応じてスイッチON状態またはスイッチOFF状態となるスイッチパスを備え、制御電極にスイッチング電位を印加するために、駆動ユニットが制御電極に接続可能であり、スイッチパス電圧を測定するためにスイッチパスに接続可能な電圧センサが設けられ、駆動ユニットは、少なくともスイッチパスのスイッチON状態からスイッチOFF状態へのスイッチングプロセスにおいて、スイッチパス電圧が最大電圧に達すると、制御電極に制限電位を印加してスイッチパスを導電状態にすることにより、スイッチパス電圧を最大電圧に制限する。
さらに、本発明は、第1の電気端子と第2の電気端子と、少なくとも1つの半導体スイッチと、少なくとも1つの半導体スイッチの制御電極に接続された制御回路とを備え、第1の電気端子と第2の電気端子を電力的に接続するために半導体スイッチを制御するように構成されたクロックドエネルギコンバータに関する。
The switch path is controlled by the switching potential so that the switch path of the semiconductor switch is in the switch ON state or the switch OFF state according to the switching potential in the control electrode of the semiconductor switch, and the switch path is changed from the switch ON state to the switch OFF state. In the switching process, the switch path voltage in the switch path is measured, and when the switch path voltage reaches the maximum voltage, a limiting potential that makes the switch path conductive is applied to the control electrode in order to limit the switch path voltage to the maximum voltage. do.
The semiconductor switch is controllable via a control electrode, has a switch path that switches on or off depending on the switching potential in the control electrode of the semiconductor switch, and applies the switching potential to the control electrode. The drive unit can be connected to the control electrode, a voltage sensor that can be connected to the switch path is provided to measure the switch path voltage, and the drive unit is at least the switching process from the switch ON state to the switch OFF state of the switch path. When the switch path voltage reaches the maximum voltage, the switch path voltage is limited to the maximum voltage by applying a limiting potential to the control electrode to bring the switch path into a conductive state.
Further, the present invention includes a first electric terminal, a second electric terminal, at least one semiconductor switch, and a control circuit connected to a control electrode of at least one semiconductor switch, and the first electric terminal. It relates to a clocked energy converter configured to control a semiconductor switch to electrically connect a second electrical terminal.

クロックドエネルギコンバータ、半導体スイッチ、および半導体スイッチの制御方法は、従来技術において原理的に周知であるため、この点に関して個別に文献を提示することは不要である。半導体スイッチは、クロックドエネルギコンバータが電気エネルギを所望の形態に変換することができるように多用されている。この用途では、半導体スイッチは一般的にスイッチモードで動作する。半導体スイッチを有する回路の信頼性に対して、ひいてはこのような半導体スイッチを有するクロックドエネルギコンバータの信頼性に対しても、悪影響を及ぼすという特有の問題が、半導体スイッチのスイッチモードにより引き起こされる。 Since the clocked energy converter, the semiconductor switch, and the control method of the semiconductor switch are well known in principle in the prior art, it is not necessary to separately present the literature in this regard. Semiconductor switches are often used so that clocked energy converters can convert electrical energy into the desired form. In this application, semiconductor switches generally operate in switch mode. The switch mode of the semiconductor switch causes a peculiar problem that the reliability of the circuit having the semiconductor switch is adversely affected, and thus the reliability of the clocked energy converter having such a semiconductor switch.

たとえば、半導体スイッチに還流パスがない場合のスイッチOFFプロセスにおいて、寄生インダクタンスおよび/または個別インダクタンスにより、半導体スイッチのスイッチパスに高電圧、特に短時間の高電圧ピークが発生することがあり得る。スイッチパスにかかるスイッチパス電圧は、半導体スイッチの損傷や破壊を引き起こすレベルに達することがあり得る。このような半導体スイッチの損傷により、半導体スイッチ全体の劣化が促進されることがあり得る。 For example, in a switch-off process when the semiconductor switch does not have a return path, parasitic inductance and / or individual inductance can cause high voltage, especially short-term, high voltage peaks in the switch path of the semiconductor switch. The switchpath voltage across the switchpath can reach levels that cause damage or destruction of the semiconductor switch. Such damage to the semiconductor switch may accelerate the deterioration of the entire semiconductor switch.

そこで、たとえば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)のように、半導体スイッチにおけるアクティブクランプが一般的に行われている。IGBTは、制御パス端子としてエミッタ端子とコレクタ端子を有する制御パスであって、制御電極(この場合はゲート)により導電性を制御可能な制御パスを備えている。ゲートにスイッチング電位が印加されると、IGBTはスイッチモードで動作する。この制御パスは、本質的に電気機械スイッチのように動作し、それゆえ以下においてスイッチパスとも呼称される。スイッチパス電圧(IGBTではコレクタ‐エミッタ電圧)が、電子回路により制御電極(IGBTではゲート)にフィードバックされる。これによりスイッチパスの不完全導電性を得ることができ、スイッチパス電圧の電圧勾配が低減され、スイッチOFFプロセスにおける電圧ピークの低減を達成することができる。このような問題は、IGBTに限るものではなく、一般的なトランジスタのスイッチング動作において起こり得るものである。すなわち、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ(特に金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET))などにおいても起こり得る。 Therefore, active clamping in a semiconductor switch is generally performed, for example, such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT). The IGBT is a control path having an emitter terminal and a collector terminal as control path terminals, and has a control path whose conductivity can be controlled by a control electrode (in this case, a gate). When a switching potential is applied to the gate, the IGBT operates in switch mode. This control path behaves essentially like an electromechanical switch and is therefore also referred to below as the switch path. The switch path voltage (collector-emitter voltage in the IGBT) is fed back to the control electrode (gate in the IGBT) by an electronic circuit. As a result, incomplete conductivity of the switch path can be obtained, the voltage gradient of the switch path voltage can be reduced, and a reduction in the voltage peak in the switch OFF process can be achieved. Such a problem is not limited to the IGBT, but can occur in a general transistor switching operation. That is, it can also occur in bipolar transistors, field effect transistors (particularly metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs)) and the like.

半導体スイッチのスイッチパスにかかる過電圧は、アクティブクランプにより固定された最大値に制限することができる。この方法のメリットは、概してスイッチOFF速度を低くすることになる、スイッチOFF速度の最大値をかかり得る最大過電圧に対応して設定する必要がなく、単にスイッチパスに発生する過電圧に都度対応して固定設定値すなわち固定既定値に制限することができる。これにより、スイッチOFF速度は比較的高く維持され、全体として半導体スイッチのスイッチ損失を低減することができる。 The overvoltage applied to the switch path of the semiconductor switch can be limited to the maximum value fixed by the active clamp. The merit of this method is that it does not need to be set corresponding to the maximum overvoltage that can take the maximum value of the switch OFF speed, which generally lowers the switch OFF speed, but simply corresponds to the overvoltage generated in the switch path each time. It can be limited to a fixed set value, that is, a fixed default value. As a result, the switch OFF speed is maintained relatively high, and the switch loss of the semiconductor switch can be reduced as a whole.

従来技術のこのような方法は上記内容において有効であるものの、さらなる改善が望まれている。たとえば、スイッチパスの電気強度は、はっきりと半導体スイッチの温度(ここでは特にチップの温度)の関数となることが分かっている。概して、アクティブクランプの設計によれば、スイッチパスに基づいて電気強度が最小になる。これによれば、半導体スイッチの温度に基づいた対応が全く必要でない場合であってもアクティブクランプがアクティブになっていることになる。これにより、半導体スイッチとその半導体スイッチを備えたクロックドエネルギコンバータの仕様は、不必要に制限されている。 Although such a method of the prior art is effective in the above contents, further improvement is desired. For example, the electrical strength of a switch path has been found to be clearly a function of the temperature of a semiconductor switch, especially the temperature of the chip. In general, the active clamp design minimizes electrical strength based on the switch path. According to this, the active clamp is active even when no temperature-based response of the semiconductor switch is required. As a result, the specifications of the semiconductor switch and the clocked energy converter including the semiconductor switch are unnecessarily limited.

本発明の目的は、スイッチモードにおける半導体スイッチの制御方法およびそのための制御回路とクロックドエネルギコンバータを改善することである。 An object of the present invention is to improve a method for controlling a semiconductor switch in a switch mode, a control circuit for the control, and a clocked energy converter.

解決策として、本発明は、独立請求項に示す方法、制御回路、およびクロックドエネルギコンバータを提案する。 As a solution, the present invention proposes the methods, control circuits, and clocked energy converters set forth in the independent claims.

付加的に有利な形態は、従属請求項の特徴を採用することで得られる。 An additional advantageous form is obtained by adopting the characteristics of the dependent claim.

本発明は、スイッチパスや半導体スイッチを損傷せずにスイッチパスに印加される最大許容スイッチパス電圧ははっきりと温度の関数となっているという知見に基づいている。低温、特に氷点より低い温度における最大許容スイッチパス電圧は、氷点より高い温度と比べて非常に低くなることが分かっている。このような温度に対する依存性は、当然ながらスイッチパスの温度、たとえば半導体スイッチのチップの温度に関連している。温度に基づくスイッチパスの遮断性への影響は、当然ながら氷点付近には限定されず、氷点より高い温度でも氷点より低い温度でも著しい。しかし、実務的には、特に自動車用のクロックドエネルギコンバータに関しては、氷点が特に注目される。原理的には、当然ながら他の周辺環境も、たとえば、空間距離や沿面距離など設計に基づく制約の要因となり得る。たとえば、より大きな空間距離や沿面距離が半導体スイッチに実現されれば、迅速なスイッチングに関する他の改善も得られる。しかし、適切に設定しようとすればより大きな構成が必要となり、半導体スイッチの寸法が大きくなってしまう。 The present invention is based on the finding that the maximum permissible switchpath voltage applied to a switchpath without damaging the switchpath or semiconductor switch is clearly a function of temperature. It has been found that the maximum permissible switchpath voltage at low temperatures, especially below freezing, is much lower than above freezing. Such dependence on temperature is, of course, related to the temperature of the switch path, eg, the temperature of the chip of the semiconductor switch. The effect of temperature-based switch path isolation is, of course, not limited to near freezing, and is significant at temperatures above and below freezing. However, in practice, the freezing point is of particular interest, especially with respect to clocked energy converters for automobiles. In principle, of course, other surrounding environments can also be factors in design-based constraints such as spatial distance and creepage distance. For example, if greater spatial and creepage distances are realized in semiconductor switches, other improvements in rapid switching can be obtained. However, if it is attempted to be set appropriately, a larger configuration is required, and the dimensions of the semiconductor switch become large.

本発明は、このような知見を活用し、スイッチパスの温度を測定し、測定した温度の関数として本発明の方法に適切な最大電圧を決定する。 The present invention utilizes such findings to measure the temperature of the switch path and determine the maximum voltage suitable for the method of the present invention as a function of the measured temperature.

結果として、本発明が特に提案する包括的な方法によれば、スイッチパスに熱的に接続された温度センサのよりスイッチパスの温度が測定され、測定された温度の関数として最大電圧が決定される。 As a result, according to the comprehensive method specifically proposed by the present invention, the temperature of the switch path is measured by the temperature sensor thermally connected to the switch path, and the maximum voltage is determined as a function of the measured temperature. To.

本発明が特に提案する包括的な制御回路によれば、駆動ユニットは、スイッチパスの温度を測定するために熱的にスイッチパスに接続された温度センサを有し、測定された温度の関数として最大電圧を決定するように構成されている。 According to the comprehensive control circuit specifically proposed by the present invention, the drive unit has a temperature sensor thermally connected to the switch path to measure the temperature of the switch path, as a function of the measured temperature. It is configured to determine the maximum voltage.

本発明が特に提案する包括的なクロックドエネルギコンバータによれば、本発明による制御回路を備えている。 According to the comprehensive clocked energy converter specifically proposed by the present invention, the control circuit according to the present invention is provided.

このように、本発明によれば、これまで通常は柔軟性に欠けるアクティブクランプを、最大許容スイッチパス電圧を超えるスイッチパス電圧からスイッチパスを保護するために必要なときのみアクティブクランプによる対応が行われるように、スイッチパスの測定温度の関数として調整することが可能となる。このように、本発明によれば、アクティブクランプは絶対的に必要な場合のみに限定される。結果として、アクティブクランプによるデメリット(特に半導体スイッチの効率と出力損失)が低減される。 Thus, according to the present invention, the normally inflexible active clamp can only be addressed by the active clamp when necessary to protect the switch path from switch path voltages that exceed the maximum permissible switch path voltage. As such, it can be adjusted as a function of the measured temperature of the switch path. Thus, according to the present invention, active clamps are limited only when absolutely necessary. As a result, the disadvantages of active clamping (especially the efficiency and output loss of semiconductor switches) are reduced.

半導体スイッチは、好ましくは電子部品であり、特に、たとえばバイポーラトランジスタ、IGBT、電界効果トランジスタ(接合ゲート電界効果トランジスタも含む)などのトランジスタである。 The semiconductor switch is preferably an electronic component, and in particular, a transistor such as a bipolar transistor, an IGBT, or a field effect transistor (including a junction gate field effect transistor).

トランジスタは、半導体スイッチ内に形成された2つの電極の間に制御可能なパスをスイッチパスとして有している。バイポーラトランジスタでは、これらの電極はコレクタ端子とエミッタ端子である。電界効果トランジスタでは、これらの電極はドレイン端子とソース端子である。スイッチパスとその導電性は、制御電極における電荷によって調整される。制御電極は、バイポーラトランジスタではベース端子であり、電界効果トランジスタではゲート端子である。 The transistor has a controllable path as a switch path between two electrodes formed in the semiconductor switch. In a bipolar transistor, these electrodes are a collector terminal and an emitter terminal. In field effect transistors, these electrodes are the drain terminal and the source terminal. The switch path and its conductivity are regulated by the charge on the control electrodes. The control electrode is a base terminal in a bipolar transistor and a gate terminal in a field effect transistor.

スイッチモードにおいて、制御電極に対応したスイッチング電位が電荷として使用され、半導体スイッチまたはそのスイッチパスの特定のスイッチ状態にそれぞれ割り当てられる。第1スイッチング電位はスイッチパスのスイッチON状態に割り当てられ、第2スイッチング電位はスイッチパスのスイッチOFF状態に割り当てられている。スイッチパスのスイッチON状態では、スイッチパスの電気抵抗は非常に低く、スイッチパスに適した高電流が存在していても、実質的に電圧がゼロか、またはいずれにせよ残余電圧がスイッチパスに放出されている。これに対してスイッチOFF状態では、電気抵抗が非常に高く、スイッチパスに高いスイッチパス電圧が存在していても本質的に電流は流れない。いずれにしても、なんらかの残余電流や漏れ電流は発生する。 In switch mode, the switching potential corresponding to the control electrode is used as a charge and assigned to a particular switch state of the semiconductor switch or its switch path, respectively. The first switching potential is assigned to the switch ON state of the switch path, and the second switching potential is assigned to the switch OFF state of the switch path. When the switch path is switched on, the electrical resistance of the switch path is very low, and even if there is a high current suitable for the switch path, the voltage is virtually zero, or the residual voltage is in the switch path anyway. It has been released. On the other hand, in the switch OFF state, the electric resistance is very high, and even if a high switch path voltage exists in the switch path, essentially no current flows. In any case, some residual current or leakage current is generated.

半導体スイッチのスイッチモードでは、本質的にスイッチパスのスイッチON状態とスイッチOFF状態のみが想定されている。中間状態は、スイッチON状態からスイッチOFF状態、またはスイッチOFF状態からスイッチON状態への移行時のみに発生する。これにより、制御電極の電荷の関数として本質的に継続的にトランジスタの制御パスの導電性を調整することができるリニアモードと区別される。一般的に、これは、スイッチモードでは発生しない。 In the switch mode of the semiconductor switch, essentially only the switch ON state and the switch OFF state of the switch path are assumed. The intermediate state occurs only at the time of transition from the switch ON state to the switch OFF state or from the switch OFF state to the switch ON state. This distinguishes it from the linear mode in which the conductivity of the control path of the transistor can be adjusted essentially continuously as a function of the charge of the control electrode. Generally, this does not occur in switch mode.

特にスイッチパスのスイッチ状態がスイッチON状態からスイッチOFF状態に変化するときは、半導体スイッチが協働する他のスイッチング要素、たとえばインダクタンスや寄生インダクタンスなどにより、スイッチOFF速度に基づいてスイッチパスに過渡的な過電圧が発生する。アクティブクランプにより、半導体スイッチは、過電圧の期間においてリニアモードで、すなわち、スイッチパス電圧を最大電圧に制限するために、厳密なスイッチモードからずれて動作することができる。制限電位は、このために機能する。制御電極に作用する制限電位により、スイッチパスは不完全導電状態となり、スイッチパス電圧が本質的に維持されれば、スイッチパス電圧が最大電圧に制限されるように電流が流れて、エネルギが放散される。ここで、スイッチパス電圧が測定され、アクティブクランプを制御するために使用されてもよい。このように、スイッチパス電圧が最大電圧を超えないように、制御電極の電荷によって制御パスを制御することができる。 In particular, when the switch state of the switch path changes from the switch ON state to the switch OFF state, it is transient to the switch path based on the switch OFF speed due to other switching elements with which the semiconductor switch cooperates, such as inductance and parasitic inductance. Overvoltage occurs. The active clamp allows the semiconductor switch to operate in linear mode during periods of overvoltage, i.e., deviate from the strict switch mode in order to limit the switch path voltage to the maximum voltage. The limiting potential works for this. Due to the limiting potential acting on the control electrode, the switch path becomes incompletely conductive, and if the switch path voltage is essentially maintained, a current flows so that the switch path voltage is limited to the maximum voltage, and energy is dissipated. Will be done. Here, the switchpath voltage is measured and may be used to control the active clamp. In this way, the control path can be controlled by the charge of the control electrode so that the switch path voltage does not exceed the maximum voltage.

原理的に、温度センサは、スイッチパスの温度を測定するように熱的にスイッチパスに接続された適切な温度センサであればよい。そこで、温度センサは、同時にスイッチパスも備えた半導体チップと一体的に構成されてもよい。また、たとえば、半導体スイッチ、特に半導体スイッチの冷却面の領域に接触するように、特に冷却面に接触するように、別体で温度センサを配置してもよい。さらに、半導体スイッチの適切な動作中に放出された熱エネルギを取り除くことができるように、温度センサをスイッチパスの熱的に接続されたヒートシンクに配置してもよい。原理的には、温度センサは、温度の関数として電気抵抗が変化する電気抵抗体であってよい。 In principle, the temperature sensor may be any suitable temperature sensor thermally connected to the switch path to measure the temperature of the switch path. Therefore, the temperature sensor may be integrally configured with a semiconductor chip that also has a switch path at the same time. Further, for example, the temperature sensor may be arranged separately so as to be in contact with the region of the cooling surface of the semiconductor switch, particularly the semiconductor switch, particularly to be in contact with the cooling surface. In addition, the temperature sensor may be placed on the thermally connected heat sink of the switch path so that the thermal energy released during the proper operation of the semiconductor switch can be removed. In principle, the temperature sensor may be an electrical resistor whose electrical resistance changes as a function of temperature.

測定された温度の関数として温度センサにより生成された温度センサのセンサ信号は、温度センサが接続された制御ユニットにより評価される。そして、温度センサからの信号に基づいて、スイッチパスが直接信号に対応していなければ、制御ユニットがスイッチパスの温度を決定する。そして、決定された温度も考慮してアクティブクランプの機能のための最大電圧が決定される。アクティブクランプの機能に関してこの決定された最大電圧を考慮して、最大電圧よりも高い電圧からスイッチパスを保護するために必要な限りにおいて、半導体スイッチの正常動作時にアクティブクランプが機能する。また、最大電圧を再決定または更新するために、継続的に、または特定時点で繰り返し温度センサにより温度を測定してもよい。このように、半導体スイッチの正常動作時においても、アクティブクランプの機能を調整することができる。 The sensor signal of the temperature sensor generated by the temperature sensor as a function of the measured temperature is evaluated by the control unit to which the temperature sensor is connected. Then, based on the signal from the temperature sensor, if the switch path does not directly correspond to the signal, the control unit determines the temperature of the switch path. Then, the maximum voltage for the function of the active clamp is determined in consideration of the determined temperature. Given this determined maximum voltage with respect to the function of the active clamp, the active clamp functions during normal operation of the semiconductor switch to the extent necessary to protect the switch path from voltages above the maximum voltage. In addition, the temperature may be measured continuously or repeatedly by a temperature sensor in order to redetermine or update the maximum voltage. In this way, the function of the active clamp can be adjusted even during the normal operation of the semiconductor switch.

最大電圧の決定において、測定温度に拘わらず、制御ユニットは、全温度領域に亘って適切な動作を確保できる所定の最大電圧から始めてもよい。このとき、所定の最大電圧は最小値であり、その値を維持することで、スイッチパスの温度に拘わらず過電圧の影響からスイッチパスの保護する。 In determining the maximum voltage, regardless of the measured temperature, the control unit may start with a predetermined maximum voltage that can ensure proper operation over the entire temperature range. At this time, the predetermined maximum voltage is the minimum value, and by maintaining the value, the switch path is protected from the influence of the overvoltage regardless of the temperature of the switch path.

所定の最大電圧から始めると、駆動ユニットは、その後、測定温度を考慮して対応する加算を実行して最大電圧を決定する。スイッチパスの温度が明らかに氷点より高い場合には、たとえば対応する因子が提供され、所定の最大電圧からアクティブクランプを実行する最大電圧を決定することができる。当然ながら、他の決定方法が採用されてもよい。たとえば、測定温度と最大電圧などの対応する値が保存されているテーブルを参照して最大電圧を決定してもよい。 Starting from a given maximum voltage, the drive unit then performs the corresponding additions taking into account the measured temperature to determine the maximum voltage. If the temperature of the switch path is clearly above the freezing point, a corresponding factor is provided, for example, from a given maximum voltage to determine the maximum voltage at which the active clamp is performed. Of course, other determination methods may be adopted. For example, the maximum voltage may be determined by referring to a table in which the corresponding values such as the measured temperature and the maximum voltage are stored.

本発明の有利な改良の1つは、スイッチパスが制限電位によりスイッチモード以外で動作することである。このモードは好ましくはリニアモードである。これにより、スイッチパス電圧が最大電圧に制限されるように電流の流れを許容するリニアモードが同時に提供されて、スイッチパスに最大電圧を印加することができる。したがって、これに相応しい制限電位が制御電極に印加される。 One of the advantageous improvements of the present invention is that the switch path operates outside the switch mode due to the limiting potential. This mode is preferably a linear mode. This simultaneously provides a linear mode that allows current flow so that the switch path voltage is limited to the maximum voltage, allowing the maximum voltage to be applied to the switch path. Therefore, a limiting potential suitable for this is applied to the control electrode.

制限電位は、スイッチパスの基準電極のために決定された電位であってよい。たとえば、バイポーラトランジスタではエミッタ端子であり、電界効果トランジスタではソース端子である。したがって、所望の電位を制限電位として制御電極に提供できるように、電圧が半導体スイッチの基準電極に対向する制御電極に印加される。 The limiting potential may be the potential determined for the reference electrode of the switch path. For example, it is an emitter terminal in a bipolar transistor and a source terminal in a field effect transistor. Therefore, a voltage is applied to the control electrode facing the reference electrode of the semiconductor switch so that the desired potential can be provided to the control electrode as a limiting potential.

改良の1つは、最大電圧に到達したスイッチパス電圧の関数として、少なくともスイッチパスのスイッチON状態からスイッチOFF状態へのスイッチングプロセスにおいて、スイッチング電位のスイッチングエッジが調整されることである。アクティブクランプの機能はこのようにさらに改良されてもよい。すなわち、スイッチングエッジに作用するスイッチング電位により。スイッチON状態とスイッチOFF状態の間の過渡状態が、アクティブクランプの好ましい機能を実現またはサポートするために使用されてもよい。 One of the improvements is that the switching edge of the switching potential is adjusted, at least in the switching process from the switch ON state to the switch OFF state of the switch path, as a function of the switch path voltage that has reached the maximum voltage. The function of the active clamp may be further improved in this way. That is, due to the switching potential acting on the switching edge. A transition state between the switch-on and switch-off states may be used to achieve or support the preferred function of the active clamp.

温度センサは、好ましくは少なくとも2つの直列の電気抵抗を備えている。少なくとも1つの抵抗の電気抵抗の値は、温度の関数として変化してもよい。このようにして、スイッチパスの温度を簡単に測定することができる。抵抗値が温度の関数として変化する電気抵抗としては、たとえば、正温度係数(PTC)抵抗が挙げられる。温度センサは、同時にスイッチパス電圧を測定する電圧センサとして使用されてもよい。 The temperature sensor preferably comprises at least two series of electrical resistances. The value of the electrical resistance of at least one resistor may vary as a function of temperature. In this way, the temperature of the switch path can be easily measured. Examples of electrical resistance whose resistance value changes as a function of temperature include positive temperature coefficient (PTC) resistance. The temperature sensor may be used as a voltage sensor that simultaneously measures the switch path voltage.

抵抗値が温度の関数として変化する抵抗を負温度係数(NTC)抵抗とすると、特に有利である。NTC抵抗は、温度を測定するための好ましい特性カーブを有するため、温度測定に特に適している。さらに、NTC抵抗は、生産するコスト効率が特によく、半導体スイッチのハウジングに簡単に組付けることができる。PTC抵抗の代わりにNTC抵抗が使用される場合には、温度測定機能を実現するためにスイッチ構造の調整がなされることは、当業者には明らかである。この種の方策についてここで詳細に説明すべきではない。代わりに、関連する文献を以下のとおり引用する。たとえば、“Kleine Elektronik-Formelsammlung fur Radio- Fernsehpraktiker und Elektroniker” [Small Electronics Formulary for Radio/Television Practitioners and Electronics Engineers] by Georg Rose, Franzis-Verlag Munich, 1977 など。 It is particularly advantageous to assume that the resistance whose resistance value changes as a function of temperature is a negative temperature coefficient (NTC) resistance. NTC resistance is particularly suitable for temperature measurement because it has a favorable characteristic curve for measuring temperature. In addition, NTC resistors are particularly cost-effective to produce and can be easily assembled into the semiconductor switch housing. It will be apparent to those skilled in the art that if NTC resistors are used instead of PTC resistors, the switch structure will be adjusted to provide temperature measurement functionality. This kind of strategy should not be explained in detail here. Instead, the relevant literature is cited as follows: For example, “Kleine Elektronik-Formelsammlung fur Radio- Fernsehpraktiker und Elektroniker” [Small Electronics Formulary for Radio / Television Practitioners and Electronics Engineers] by Georg Rose, Franzis-Verlag Munich, 1977.

本発明の改良の1つは、駆動ユニットが、温度センサが接続された比較回路を備えていることである。比較回路は、温度センサからの測定信号の値を評価するように構成され、所定の比較値と比較し、測定信号値が比較値より大きい場合には、駆動ユニットに比較信号を送信する。好ましくは、比較回路は、比較器モードで動作する演算増幅器を備えている。比較器が比較閾値の精度を容易に調整できるフィードバック要素を有していると、特に有利である。たとえば、比較値は、できる限り一定な電圧を供給する電圧源により提供される。比較値は、好ましくは温度の関数ではない。このように、比較回路において温度の影響は極力避けられている。このように比較回路の確実な動作が確保され、たとえば最大電圧を超えるようなアクティブクランプの不適切な動作などをほとんど避けることができる。比較回路は、駆動ユニットにより制御電極に制限電位を印加するように使用される比較信号を供給する。この目的のために、駆動ユニットは適切な適応回路を有している。 One of the improvements of the present invention is that the drive unit includes a comparison circuit to which a temperature sensor is connected. The comparison circuit is configured to evaluate the value of the measured signal from the temperature sensor, compares it with a predetermined comparison value, and if the measured signal value is larger than the comparison value, sends the comparison signal to the drive unit. Preferably, the comparison circuit comprises an operational amplifier operating in comparator mode. It is particularly advantageous for the comparator to have a feedback element that allows the accuracy of the comparison threshold to be easily adjusted. For example, the comparison value is provided by a voltage source that supplies as constant a voltage as possible. The comparison value is preferably not a function of temperature. In this way, the influence of temperature is avoided as much as possible in the comparison circuit. In this way, the reliable operation of the comparison circuit is ensured, and improper operation of the active clamp that exceeds the maximum voltage, for example, can be almost avoided. The comparison circuit supplies a comparison signal used by the drive unit to apply a limiting potential to the control electrodes. For this purpose, the drive unit has a suitable adaptive circuit.

駆動ユニットが、スイッチOFF状態のスイッチング電位に比較信号をオーバーレイするように制限電位を供給するように構成されていると、特に有利である。このように、アクティブクランプの機能が簡単に駆動ユニットに一体化されるように、別の機能ユニットが駆動ユニットに設けられてもよい。スイッチング電位と制限電位が、加算器や減算器のような組合せ回路によりオーバーレイされることで、上記オーバーレイは実現される。 It is particularly advantageous if the drive unit is configured to supply a limiting potential so as to overlay the comparison signal on the switching potential in the switch OFF state. In this way, another functional unit may be provided in the drive unit so that the function of the active clamp is easily integrated into the drive unit. The overlay is realized by overlaying the switching potential and the limiting potential with a combinational circuit such as an adder or subtractor.

さらに、駆動ユニットがダイオードと電気抵抗からなる直列接続を有することが好ましい。ここで、この直列接続は、一方のコネクタが制御電極に接続され、他方のコネクタが比較回路に接続される。このように、比較回路は、スイッチング電位を供給する駆動ユニットの回路部から切り離される。直列接続の機能は、ダイオードと抵抗が直列に配置されるシーケンスに基づくものではない。それどころか、ダイオードの極性のみが切り離し機能に関係する。 Further, it is preferable that the drive unit has a series connection consisting of a diode and an electric resistance. Here, in this series connection, one connector is connected to the control electrode and the other connector is connected to the comparison circuit. In this way, the comparison circuit is separated from the circuit section of the drive unit that supplies the switching potential. The function of series connection is not based on the sequence in which diodes and resistors are placed in series. On the contrary, only the polarity of the diode is involved in the disconnection function.

本発明の方法および本発明の制御回路として説明されたメリット、特徴、および効果については、当然ながらクロックドエネルギコンバータにも当てはまる。さらに、本発明の方法として説明されたメリットや特徴は本発明の制御回路にも当てはまり、その逆もまた同様である。 The advantages, features, and effects described for the methods of the invention and the control circuits of the invention also apply, of course, to clocked energy converters. Furthermore, the merits and features described as the method of the present invention also apply to the control circuit of the present invention and vice versa.

付加的なメリットや特徴は、添付図面を参照した例示的な形態の以下の説明により明らかになる。図中において、同一の参照符号は統一の構成や機能を示している。 Additional merits and features will be clarified by the following description of the exemplary form with reference to the accompanying drawings. In the figure, the same reference numerals indicate unified configurations and functions.

アクティブクランプについて2つのグラフで説明する概要図である。It is a schematic diagram explaining the active clamp by two graphs. IGBTのアクティブクランプのための駆動回路と制御回路を有する第1制御回路の概要回路図であり、アクティブクランプはツェナーダイオードの使用により発生している。It is a schematic circuit diagram of the 1st control circuit which has the drive circuit and the control circuit for the active clamp of the IGBT, and the active clamp is generated by the use of a Zener diode. 駆動回路のための他の制御回路の概要回路図であり、図2のようにアクティブクランプ機能を有している。It is a schematic circuit diagram of another control circuit for a drive circuit, and has an active clamp function as shown in FIG. IGBTにおけるスイッチOFFプロセスの概要図であり、IGBTのチップ温度は氷点より低い。It is a schematic diagram of the switch OFF process in an IGBT, and the chip temperature of the IGBT is lower than the freezing point. 図4と同様の概要図であるが、チップ温度は氷点を超えている。It is a schematic diagram similar to FIG. 4, but the chip temperature exceeds the freezing point. NTC抵抗の典型的な特性カーブをグラフで示した概要図である。It is a schematic diagram which showed the typical characteristic curve of NTC resistance in a graph. IGBTに接続された本発明の制御回路の概要回路図であり、アクティブクランプ機能は、温度の関数として、IGBTのスイッチパスの最大電圧を使用する。It is a schematic circuit diagram of the control circuit of the present invention connected to an IGBT, and the active clamp function uses the maximum voltage of the switch path of the IGBT as a function of temperature.

図1は、アクティブクランプ付きのIGBT10のスイッチング挙動を示す概要図である。図1のグラフにおけるX軸60は時間軸を示し、図1のグラフにおけるY軸62は、IGBT10のスイッチパス12を流れる電流とIGBT10のスイッチパス12のスイッチパス電圧とを示す。電流はグラフ70で示され、対応する電圧はグラフ64で示される。さらに、図1において符号66で特定される直線は、アクティブクランプ機能の最大電圧を示している。図1において符号68で特定される直線は、IGBT10への供給電圧を示し、この場合の供給電圧は、直流電圧中間回路の中間回路電圧である(詳細は不図示)。 FIG. 1 is a schematic diagram showing the switching behavior of the IGBT 10 with an active clamp. The X-axis 60 in the graph of FIG. 1 shows the time axis, and the Y-axis 62 in the graph of FIG. 1 shows the current flowing through the switch path 12 of the IGBT 10 and the switch path voltage of the switch path 12 of the IGBT 10. The current is shown in graph 70 and the corresponding voltage is shown in graph 64. Further, the straight line specified by reference numeral 66 in FIG. 1 indicates the maximum voltage of the active clamping function. The straight line specified by reference numeral 68 in FIG. 1 indicates the supply voltage to the IGBT 10, and the supply voltage in this case is the intermediate circuit voltage of the DC voltage intermediate circuit (details are not shown).

図1から分かるように、時刻t1において、IGBT10およびそのスイッチパス12はスイッチON状態となっている。時刻t1において、スイッチパス12は適切なスイッチング電位によりスイッチOFFされる。結果として、グラフ64から分かるように、スイッチパス電圧は、時刻t1から上昇を開始する。 As can be seen from FIG. 1, at time t1, the IGBT 10 and its switch path 12 are in the switch ON state. At time t1, the switch path 12 is switched off by an appropriate switching potential. As a result, as can be seen from graph 64, the switch path voltage begins to rise at time t1.

図1のグラフ70は、時間遅れを伴ってスイッチパス12を流れる電流が低下することを示している。時刻t2において、IGBT10のスイッチパス12はスイッチOFF状態である。グラフ70により、電流は図示できないほど小さくなっていることが分かる。結果として、グラフ64のスイッチパス電圧は、直線68に対応する供給電圧に近づく。 Graph 70 in FIG. 1 shows that the current flowing through the switch path 12 decreases with a time delay. At time t2, the switch path 12 of the IGBT 10 is in the switch OFF state. From the graph 70, it can be seen that the current is so small that it cannot be shown. As a result, the switch path voltage of graph 64 approaches the supply voltage corresponding to the straight line 68.

図1の中央付近において、スイッチパス電圧が最大電圧66に制限されていることが分かる。スイッチング仕様によっては、この点においてスイッチパス電圧は最大電圧66を超えてしまう。しかし、アクティブクランプによって、スイッチパス電圧は最大電圧66に制限されている。 It can be seen that the switch path voltage is limited to the maximum voltage 66 near the center of FIG. Depending on the switching specifications, the switch path voltage may exceed the maximum voltage 66 at this point. However, the active clamp limits the switchpath voltage to a maximum voltage of 66.

図2および図3の概略回路図は、IGBT10のスイッチパス12における過渡的な過電圧を検出する典型的な回路の例を示し、適切に具現化された駆動ユニット20にはフィードバック要素が含まれている。 The schematic schematics of FIGS. 2 and 3 show an example of a typical circuit that detects transient overvoltages in the switch path 12 of the IGBT 10, and the properly embodied drive unit 20 includes a feedback element. There is.

図2は、IGBT10のゲート14の制御信号のためのパワーアンプ(詳細は不図示)を公知の態様で提供する駆動ユニット20を備えた第1の実施形態を示している。ここで、パワーアンプの出力は、抵抗ダイオード網を介してIGBT10のゲート14に接続されている。さらに、ツェナーダイオード72、電気抵抗74、およびダイオード76の直列接続が、IGBT10のコレクタ52とIGBT10のゲート14の間に接続されている。ツェナーダイオード72は、ツェナー電圧に関して最大電圧66を規定するように設計されている。 FIG. 2 shows a first embodiment comprising a drive unit 20 that provides a power amplifier (details not shown) for the control signal of the gate 14 of the IGBT 10 in a known manner. Here, the output of the power amplifier is connected to the gate 14 of the IGBT 10 via a resistance diode network. Further, a series connection of the Zener diode 72, the electrical resistance 74, and the diode 76 is connected between the collector 52 of the IGBT 10 and the gate 14 of the IGBT 10. The Zener diode 72 is designed to specify a maximum voltage 66 with respect to the Zener voltage.

ゲート14とエミッタ50の間からゲート制御電圧が除かれると、スイッチパス電圧がIGBT10のコレクタ52とエミッタ50の間のツェナー電圧に達するや否や、IGBT10のスイッチパス12が再び導電状態になり、ツェナーダイオードはゲート14が追加的な電荷で充電されるように導電状態となる。このようにして、図1に示すアクティブクランプ効果が得られる。 When the gate control voltage is removed from between the gate 14 and the emitter 50, as soon as the switch path voltage reaches the Zener voltage between the collector 52 of the IGBT 10 and the emitter 50, the switch path 12 of the IGBT 10 becomes conductive again and the Zener The diode becomes conductive so that the gate 14 is charged with an additional charge. In this way, the active clamping effect shown in FIG. 1 can be obtained.

図3は、アクティブクランプ機能を具現化する他の形態を示し、比較器80が設けられ、スイッチング電圧84が印加されている。出力側において、比較器80は、ゲート抵抗82を介してIGBT10のゲート14に接続されている。この場合、評価回路78がIGBT10のコレクタ52に接続され、比較器80に対応する評価信号を送信する。ゲート電圧が除かれて、コレクタ52とエミッタ50の間のスイッチパス電圧が特定された最大電圧66に到達するや否や、IGBT10のスイッチパス12は、比較器80によって導電状態に切り替えられる。そしてまた、図1の最大電圧66に制限される。 FIG. 3 shows another embodiment of the active clamping function, in which a comparator 80 is provided and a switching voltage 84 is applied. On the output side, the comparator 80 is connected to the gate 14 of the IGBT 10 via the gate resistance 82. In this case, the evaluation circuit 78 is connected to the collector 52 of the IGBT 10 and transmits the evaluation signal corresponding to the comparator 80. As soon as the gate voltage is removed and the switch path voltage between the collector 52 and the emitter 50 reaches the specified maximum voltage 66, the switch path 12 of the IGBT 10 is switched to the conductive state by the comparator 80. And again, it is limited to the maximum voltage 66 in FIG.

図2および図3の回路の形態において、この点に関して、スイッチパス12に基づいて最小の遮断性が想定される。これは、IGBT10のスイッチパス12の低温時に発生し、したがって、IGBT10は高温時に可能な速度よりもゆっくりとスイッチOFFされることが必要となる。 In the form of the circuits of FIGS. 2 and 3, the minimum breaking property is assumed in this regard based on the switch path 12. This occurs when the switch path 12 of the IGBT 10 is cold and therefore the IGBT 10 needs to be switched off more slowly than is possible at high temperatures.

温度が高くなると半導体回路のスイッチパス12の遮断性が向上するため、スイッチOFFプロセスに適用可能な電圧範囲も広くなる。このように、より高いチップ温度またはより高いスイッチパス12の温度において、スイッチOFF速度を大きくすることができる。ここでは設計的にアクティブクランプが予定されているため、半導体スイッチ10の動作状況が要求する前に、アクティブクランプはすでに有効になっている。異なるチップ温度における半導体スイッチ10の典型的な挙動を、図4および図5に示している。 As the temperature rises, the cutoff property of the switch path 12 of the semiconductor circuit improves, so that the voltage range applicable to the switch OFF process also widens. In this way, the switch OFF speed can be increased at higher chip temperatures or higher switch path 12 temperatures. Since the active clamp is planned here by design, the active clamp is already effective before the operating condition of the semiconductor switch 10 requires. Typical behavior of the semiconductor switch 10 at different chip temperatures is shown in FIGS. 4 and 5.

これは、可能な最小出力損失での動作のための電位が、最大電圧66が固定されたレベル、または最大電圧66が温度の関数としてではなく調整可能なレベルにおいて使われるということを意味している。 This means that the potential for operation at the minimum possible output loss is used at a fixed level where the maximum voltage 66 is fixed, or at an adjustable level where the maximum voltage 66 is not a function of temperature. There is.

図4は、図1と同様、氷点より低い温度におけるスイッチOFFプロセスを示す第1の概要図である。この場合、この時点ではアクティブクランプが不要となるようにスイッチOFFプロセスが減速される。このグラフは、図1を用いてすでに説明したグラフに本質的に対応するので、その記載を参照されたい。この場合、チップ温度は氷点よりも低い。直線86は、この温度におけるスイッチパス12の最大電気強度を示している。図4から分かるように、グラフ64で示すコレクタ52とエミッタ50の間のスイッチパス電圧は直線86を超えていない。したがって、アクティブクランプを生じさせる必要はない。 FIG. 4 is a first schematic diagram showing the switch-off process at a temperature below the freezing point, similar to FIG. In this case, the switch OFF process is slowed down so that the active clamp is no longer needed at this point. This graph essentially corresponds to the graph already described with reference to FIG. 1, so please refer to the description. In this case, the chip temperature is below the freezing point. The straight line 86 shows the maximum electrical strength of the switch path 12 at this temperature. As can be seen from FIG. 4, the switch path voltage between the collector 52 and the emitter 50 shown in Graph 64 does not exceed the straight line 86. Therefore, it is not necessary to generate an active clamp.

図5は、図4と同様であるが、チップ温度は氷点より高い。図5から分かるように、ここでは、スイッチパス12に対してより高い最大許容電圧が可能であり、図5では直線88で示している。結果として、IGBT10のスイッチングの際に、より高いスイッチ速度が可能となり、しがたって、図5に示すようにIGBT10のコレクタ52とエミッタ50の間の電圧も高くできる。この場合も、選択されたスイッチ速度においてアクティブクランプは生じない。 FIG. 5 is similar to FIG. 4, but the chip temperature is higher than the freezing point. As can be seen from FIG. 5, a higher maximum permissible voltage is possible here for the switch path 12, which is shown by a straight line 88 in FIG. As a result, higher switch speeds are possible during switching of the IGBT 10, and thus the voltage between the collector 52 and the emitter 50 of the IGBT 10 can also be increased, as shown in FIG. Again, no active clamp occurs at the selected switch speed.

本発明では、図4および図5を用いて説明した効果を利用して、最大電圧66を調整可能としている。そのため、より高いチップ温度でより高いスイッチ速度を実現することが可能であり、全体としてIGBT10の出力損失が低減され、効率が向上する。このため、本発明の本実施形態においては、温度の関数として変化可能で、この場合にはNTC抵抗として構成される電気抵抗16が設けられる。駆動ユニット20のフィードバック回路において電気抵抗16を使用することで、スイッチパス12の温度の関数として最大電圧66を変化させることができる。ここでは、図6に示すようなNTC抵抗の負温度係数の特性が使用される。 In the present invention, the maximum voltage 66 can be adjusted by utilizing the effects described with reference to FIGS. 4 and 5. Therefore, it is possible to realize a higher switch speed at a higher chip temperature, the output loss of the IGBT 10 is reduced as a whole, and the efficiency is improved. Therefore, in the present embodiment of the present invention, an electric resistance 16 that can be changed as a function of temperature and is configured as an NTC resistance is provided in this case. By using the electrical resistance 16 in the feedback circuit of the drive unit 20, the maximum voltage 66 can be changed as a function of the temperature of the switch path 12. Here, the characteristic of the negative temperature coefficient of the NTC resistance as shown in FIG. 6 is used.

図6は、X軸92が温度を示しY軸90が抵抗値を示す概要図である。グラフ94は、温度に対する電気抵抗値のカーブを示している。図6から分かるように、温度上昇に応じて電気抵抗値は低くなる。 FIG. 6 is a schematic diagram in which the X-axis 92 shows the temperature and the Y-axis 90 shows the resistance value. Graph 94 shows the curve of the electric resistance value with respect to the temperature. As can be seen from FIG. 6, the electric resistance value decreases as the temperature rises.

図7は、スイッチモードにおける半導体スイッチ(ここではIGBT10)を制御する制御回路44を示す概要回路図である。この場合、IGBT10は、ここではインバータであるクロックドエネルギコンバータ(詳細は不図示)のコンポーネントである。または、エネルギコンバータは、コンバータやDC/DCコンバータなどであってもよい。 FIG. 7 is a schematic circuit diagram showing a control circuit 44 that controls a semiconductor switch (here, IGBT 10) in the switch mode. In this case, the IGBT 10 is a component of a clocked energy converter (details not shown), which is an inverter here. Alternatively, the energy converter may be a converter, a DC / DC converter, or the like.

IGBT10は、コレクタ端子52に寄生インダクタンス46を生じさせる回路トポロジー(詳細は不図示)内に配置されている。インダクタンス46は、IGBT10に直列に配置されている。IGBT10とインダクタンス46の直列接続は、中間回路直流電圧(詳細は不図示)に接続されている。さらに、IGBT10のスイッチパス12は、ダイオード48と並列に配置されている。ここで、ダイオード48は、反転ダイオードである。したがって、ダイオード48のアノードはIGBT10のエミッタ50に接続され、ダイオード48のカソードはIGBT10のコレクタ52に接続されている。反転ダイオード48により、電流がIGBT10の極性に対抗して流れることができる。 The IGBT 10 is arranged in a circuit topology (details not shown) that causes a parasitic inductance 46 in the collector terminal 52. The inductance 46 is arranged in series with the IGBT 10. The series connection of the IGBT 10 and the inductance 46 is connected to an intermediate circuit DC voltage (details are not shown). Further, the switch path 12 of the IGBT 10 is arranged in parallel with the diode 48. Here, the diode 48 is an inverting diode. Therefore, the anode of the diode 48 is connected to the emitter 50 of the IGBT 10, and the cathode of the diode 48 is connected to the collector 52 of the IGBT 10. The inverting diode 48 allows current to flow against the polarity of the IGBT 10.

IGBT10はスイッチパス12を備えており、スイッチパス12は、制御電極としてのゲート14を介して制御され、IGBT10のゲート14のスイッチング電位に基づいてスイッチON状態またはスイッチOFF状態となるように構成されている。この場合、制御回路44は、スイッチパス電圧を測定するためにスイッチパス12に接続された電圧センサ18と、ゲート14にスイッチング電位を印加するためにゲート14に接続され得る駆動ユニット20を備えている。駆動ユニット20は、スイッチパス12をスイッチON状態からスイッチOFF状態に切り替えるプロセス中に少なくとも1回はスイッチパス12のスイッチパス電圧を測定し、スイッチパス電圧が最大電圧66に到達した場合には、スイッチパス12を導電状態とすることによりスイッチパス電圧を最大電圧66に制限するために、制限電位をゲート14に印加するように構成されている。 The IGBT 10 includes a switch path 12, which is controlled via a gate 14 as a control electrode and is configured to be in a switch ON state or a switch OFF state based on the switching potential of the gate 14 of the IGBT 10. ing. In this case, the control circuit 44 comprises a voltage sensor 18 connected to the switch path 12 to measure the switch path voltage and a drive unit 20 that may be connected to the gate 14 to apply a switching potential to the gate 14. There is. The drive unit 20 measures the switch path voltage of the switch path 12 at least once during the process of switching the switch path 12 from the switch ON state to the switch OFF state, and when the switch path voltage reaches the maximum voltage 66, the drive unit 20 measures the switch path voltage. In order to limit the switch path voltage to the maximum voltage 66 by making the switch path 12 conductive, the limiting potential is configured to be applied to the gate 14.

また、駆動ユニット20は、スイッチパス12の温度を測定するために、熱的にスイッチパス12に接続された温度センサ96を有している。さらに、駆動ユニット20は、測定された温度の関数として最大電圧66を決定するように構成されている。 Further, the drive unit 20 has a temperature sensor 96 thermally connected to the switch path 12 in order to measure the temperature of the switch path 12. Further, the drive unit 20 is configured to determine the maximum voltage 66 as a function of the measured temperature.

温度センサ96は、直列に配置された2つの電気抵抗16、22を有し、一方の抵抗16は温度の関数として電気抵抗値が変化可能である。この場合、図6を用いてすでに説明したように、抵抗16はNTC抵抗である。 The temperature sensor 96 has two electric resistances 16 and 22 arranged in series, and one of the resistances 16 can change the electric resistance value as a function of temperature. In this case, the resistor 16 is an NTC resistor, as already described with reference to FIG.

さらに、駆動ユニット20は、温度センサ96が接続され、温度センサ96からの測定信号の値を評価するように構成された比較回路26を有している。比較回路26は、測定信号値を所定の比較値28と比較し、測定信号値が比較値28より大きい場合には、比較信号30を駆動ユニット20に送信する。この場合、比較値28は、比較器26としてのコンパレータに接続された定電圧源により提供されている。この場合、比較値28はコンパレータ26の反転端子に接続されている。 Further, the drive unit 20 has a comparison circuit 26 to which the temperature sensor 96 is connected and configured to evaluate the value of the measurement signal from the temperature sensor 96. The comparison circuit 26 compares the measured signal value with the predetermined comparison value 28, and if the measured signal value is larger than the comparison value 28, transmits the comparison signal 30 to the drive unit 20. In this case, the comparison value 28 is provided by a constant voltage source connected to the comparator as the comparator 26. In this case, the comparison value 28 is connected to the inverting terminal of the comparator 26.

駆動ユニット20は、制限電位を供給するようにスイッチOFF状態のスイッチング電位に比較信号30をオーバーレイするように構成されている。オーバーレイは、IGBT10のゲート14で行われる。したがって、駆動ユニット20は、それぞれ電気抵抗36、38とダイオード40、42で構成された直列接続32、34を有している。直列接続32、34は、一方のコネクタが制御電極14または駆動ユニット20の他の制御端子に接続され、他方のコネクタが比較回路26、ここでは比較信号30を提供するコンパレータの出力端子に接続されている。 The drive unit 20 is configured to overlay the comparison signal 30 on the switching potential in the switch OFF state so as to supply the limiting potential. Overlaying is done at gate 14 of the IGBT 10. Therefore, the drive unit 20 has series connections 32 and 34 composed of electric resistances 36 and 38 and diodes 40 and 42, respectively. In the series connections 32, 34, one connector is connected to the control electrode 14 or the other control terminal of the drive unit 20, and the other connector is connected to the comparison circuit 26, here the output terminal of the comparator that provides the comparison signal 30. ing.

電圧センサ18と温度センサ96は、一体的に構成されている。電圧センサ18のセンタータップがコンパレータ26の反転入力端子に接続されている。センタータップでの電圧が定電圧源の電圧より高く、コンパレータ26が比較信号30として出力信号を送信すると、その値により、制限電位が直列接続32、34を介してゲート14に供給され、スイッチパス電圧が最大電圧66に制限される。最大電圧66は、抵抗16、22の抵抗値の関数であり、定電圧源からの電圧である。抵抗16がNTC抵抗であり、IGBT10の半導体チップに熱的に接続されているため、抵抗16の抵抗値は半導体チップの温度の関数として、すなわちスイッチパス12の温度の関数として変化する。回路トポロジーにより、最大電圧66もスイッチパス12の温度の関数として変化する。このように、アクティブクランプ機能が向上するように、最大電圧66を適切に調整することができる。 The voltage sensor 18 and the temperature sensor 96 are integrally configured. The center tap of the voltage sensor 18 is connected to the inverting input terminal of the comparator 26. When the voltage at the center tap is higher than the voltage of the constant voltage source and the comparator 26 transmits the output signal as the comparison signal 30, the limiting potential is supplied to the gate 14 via the series connections 32 and 34 according to the value, and the switch path. The voltage is limited to the maximum voltage 66. The maximum voltage 66 is a function of the resistance values of the resistors 16 and 22, and is a voltage from a constant voltage source. Since the resistance 16 is an NTC resistance and is thermally connected to the semiconductor chip of the IGBT 10, the resistance value of the resistance 16 changes as a function of the temperature of the semiconductor chip, that is, as a function of the temperature of the switch path 12. Depending on the circuit topology, the maximum voltage 66 also changes as a function of the temperature of the switch path 12. In this way, the maximum voltage 66 can be appropriately adjusted so that the active clamping function is improved.

上述の典型的な実施形態は、本発明の方法および本発明の制御回路の原理を説明している。これは、単に本発明の発明を意図しており、本発明を限定するものではない。当然ながら、当業者は本発明の中心的な思想から離脱することなく必要に応じて適切な変更を行うであろう。また、当然ながら、個々の特徴は、要望および必要に応じて互いに組み合わせることができる。さらに、当然ながら、本発明はIGBTに限定されるものではなく、他のスイッチング要素、特にスイッチング動作のトランジスタにも適用可能である。同様のことは、クロックドエネルギコンバータにも当てはまる。 The typical embodiments described above illustrate the methods of the invention and the principles of the control circuits of the invention. This is merely intended by the invention of the invention and is not intended to limit the invention. Of course, one of ordinary skill in the art will make appropriate changes as necessary without departing from the core idea of the present invention. Also, of course, the individual features can be combined with each other as desired and needed. Further, as a matter of course, the present invention is not limited to the IGBT, and can be applied to other switching elements, particularly a transistor having a switching operation. The same is true for clocked energy converters.

さらに、対応するデバイスの特徴は、特にその方法の特徴にもたらされ、その逆もまた同様である。 Moreover, the characteristics of the corresponding device are brought specifically to the characteristics of the method and vice versa.

Claims (8)

半導体スイッチ(10)をスイッチモードで制御する方法であって、
前記半導体スイッチ(10)の制御電極(14)に印加されるスイッチング電位に応じて前記半導体スイッチ(10)のスイッチパス(12)がスイッチON状態またはスイッチOFF状態となるように、前記スイッチパス(12)が前記スイッチング電位によって制御され、
前記スイッチパス(12)のスイッチON状態からスイッチOFF状態へのスイッチングプロセスにおいて、前記スイッチパス(12)におけるスイッチパス電圧が測定され、前記スイッチパス電圧が最大電圧に達すると、前記スイッチパス電圧を最大電圧に制限するために、前記スイッチパス(12)を導電状態にする制限電位を前記制御電極(14)に印加する、前記方法であって、
前記スイッチパス(12)の温度が、前記スイッチパス(12)と熱的に接続された温度センサ(96)により測定され、前記最大電圧が前記測定された温度の関数として決定され、
前記温度センサ(96)からの測定信号の値が評価されかつ所定の比較値(28)と比較され、前記測定信号値が前記比較値(28)よりも大きいときには、比較信号(30)が、前記制限電位を供給するために、前記スイッチOFF状態の前記スイッチング電位にオーバーレイされる、方法。
It is a method of controlling the semiconductor switch (10) in the switch mode.
The switch path (12) of the semiconductor switch (10) is switched on or off according to the switching potential applied to the control electrode (14) of the semiconductor switch (10). 12) is controlled by the switching potential.
In the switching process from the switch ON state to the switch OFF state of the switch path (12), the switch path voltage in the switch path (12) is measured, and when the switch path voltage reaches the maximum voltage, the switch path voltage is applied. The method of applying a limiting potential to the control electrode (14) to bring the switch path (12) into a conductive state in order to limit it to the maximum voltage.
The temperature of the switch path (12) is measured by a temperature sensor (96) thermally connected to the switch path (12) and the maximum voltage is determined as a function of the measured temperature.
When the value of the measurement signal from the temperature sensor (96) is evaluated and compared with the predetermined comparison value (28), and the measurement signal value is larger than the comparison value (28), the comparison signal (30). A method of overlaying the switching potential in the switch OFF state to supply the limiting potential .
請求項1に記載の方法であって、前記スイッチパス(12)は、前記スイッチモード以外で前記制限電位により動作する、方法。 The method according to claim 1, wherein the switch path (12) operates by the limiting potential in a mode other than the switch mode. 請求項1または請求項2に記載の方法であって、前記スイッチング電位のスイッチングエッジが、前記最大電圧に達すると前記スイッチパス電圧の関数として、少なくともスイッチパス(12)のスイッチON状態からスイッチOFF状態へのスイッチングプロセス中に調整される、方法。 The method according to claim 1 or 2, when the switching edge of the switching potential reaches the maximum voltage, the switch is turned off from the switch ON state of at least the switch path (12) as a function of the switch path voltage. A method that is tuned during the switching process to state. 半導体スイッチ(10)を制御するための制御回路(44)であって、
前記半導体スイッチ(10)は、制御電極(14)を介して制御可能であり、前記半導体スイッチ(10)の前記制御電極(14)におけるスイッチング電位に応じてスイッチON状態またはスイッチOFF状態となるスイッチパス(12)を備え、前記制御電極(14)に前記スイッチング電位を印加するために、駆動ユニット(20)が前記制御電極(14)に接続可能であり、スイッチパス電圧を測定するために前記スイッチパス(12)に接続可能な電圧センサ(18)が設けられ、
前記駆動ユニット(20)は、少なくとも前記スイッチパス(12)のスイッチON状態からスイッチOFF状態へのスイッチングプロセスにおいて、前記スイッチパス電圧が最大電圧に達すると、前記制御電極(14)に制限電位を印加して前記スイッチパス(12)を導電状態にすることにより、スイッチパス電圧を前記最大電圧に制限する制御回路であって、
前記駆動ユニット(20)は、前記スイッチパス(12)の温度を測定するために前記スイッチパス(12)に熱的に接続された温度センサ(96)を備え、前記測定された温度の関数として前記最大電圧(66)を決定するように構成され、
前記駆動ユニット(20)は、前記温度センサ(96)が接続された比較回路(26)を備え、前記比較回路(26)は、前記温度センサ(96)からの測定信号の値を評価し、前記測定信号値を所定の比較値(28)と比較し、前記測定信号値が前記比較値(28)よりも大きいときには、前記駆動ユニット(20)に比較信号(30)を送信するように構成され、
前記駆動ユニット(20)は、前記制限電位を供給するために、前記比較信号(30)を前記スイッチOFF状態の前記スイッチング電位にオーバーレイするように構成されている、制御回路。
A control circuit (44) for controlling a semiconductor switch (10).
The semiconductor switch (10) can be controlled via the control electrode (14), and the switch is turned on or off depending on the switching potential of the control electrode (14) of the semiconductor switch (10). The drive unit (20) can be connected to the control electrode (14) to provide the path (12) and apply the switching potential to the control electrode (14), and to measure the switch path voltage. A voltage sensor (18) that can be connected to the switch path (12) is provided.
The drive unit (20) applies a limiting potential to the control electrode (14) when the switch path voltage reaches the maximum voltage at least in the switching process from the switch ON state to the switch OFF state of the switch path (12). A control circuit that limits the switch path voltage to the maximum voltage by applying the switch path (12) to a conductive state.
The drive unit (20) comprises a temperature sensor (96) thermally connected to the switch path (12) to measure the temperature of the switch path (12) as a function of the measured temperature. It is configured to determine the maximum voltage (66).
The drive unit (20) includes a comparison circuit (26) to which the temperature sensor (96) is connected, and the comparison circuit (26) evaluates the value of the measurement signal from the temperature sensor (96). The measurement signal value is compared with a predetermined comparison value (28), and when the measurement signal value is larger than the comparison value (28), the comparison signal (30) is transmitted to the drive unit (20). Being done
The drive unit (20) is a control circuit configured to overlay the comparison signal (30) on the switching potential in the switch OFF state in order to supply the limiting potential .
請求項4に記載の制御回路であって、前記温度センサ(96)は、直列に配置された少なくとも2つの電気抵抗(16、22)を備え、少なくとも1つの前記抵抗(16)の電気抵抗値は前記温度の関数として変化する、制御回路。 The control circuit according to claim 4, wherein the temperature sensor (96) includes at least two electric resistances (16, 22) arranged in series, and the electric resistance value of at least one of the resistances (16). Is a control circuit that changes as a function of the temperature. 請求項5に記載の制御回路であって、前記温度の関数として変化する前記電気抵抗(16)は、NTC抵抗またはPTC抵抗である、制御回路。 The control circuit according to claim 5, wherein the electrical resistance (16) that changes as a function of the temperature is an NTC resistance or a PTC resistance. 請求項4~6のいずれか1つに記載の制御回路であって、前記駆動ユニット(20)は、電気抵抗(36、38)とダイオード(40、42)よりなる直列接続(32、34)を備え、
前記直列接続(32、34)は、その一方の端子が前記制御電極(14)に接続され、他方の端子が前記比較回路(26)に接続されている、制御回路。
The control circuit according to any one of claims 4 to 6 , wherein the drive unit (20) is connected in series (32, 34) including an electric resistance (36, 38) and a diode (40, 42). Equipped with
The series connection (32, 34) is a control circuit in which one terminal is connected to the control electrode (14) and the other terminal is connected to the comparison circuit (26).
第1の電気端子と第2の電気端子と、少なくとも1つの半導体スイッチ(10)と、前記少なくとも1つの半導体スイッチ(10)の制御電極(14)に接続された制御回路とを備え、
前記第1の電気端子と前記第2の電気端子を電力的に接続するために前記半導体スイッチ(10)を制御するように構成されたクロックドエネルギコンバータであって、
前記制御回路が、請求項4からのいずれか1つに記載の制御回路(44)を備えた、クロックドエネルギコンバータ。
It comprises a first electrical terminal, a second electrical terminal, at least one semiconductor switch (10), and a control circuit connected to a control electrode (14) of the at least one semiconductor switch (10).
A clocked energy converter configured to control the semiconductor switch (10) in order to electrically connect the first electric terminal and the second electric terminal.
A clocked energy converter in which the control circuit includes the control circuit (44) according to any one of claims 4 to 7 .
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