Перемикає схема і напівпровідниковий модуль

 

Область техніки, до якої належить винахід

[0001] Даний винахід відноситься до перемикає схемою і напівпровідниковому модулю.

Рівень техніки

[0002] Відома схема інвертора з використанням пристрою на основі SiC, яка: включає в себе конденсатор, вставлений між затвором і витоком польового транзистора з керуючим р-n-переходом, службовець в якості основного перемикаючого елемента; і за рахунок цього запобігає помилкове спрацьовування за допомогою придушення зміни у вигляді підвищення напруги між затвором і витоком в ході підвищення напруги між стоком і витоком.

Список бібліографічних посилань

Непатентние документи

[0003] Непатентний документ 1. Robin Kelley, SemiSouth, USA, "Optimized Gate Driver for Enhancement-Mode SiC JFET Used in 480VAV SMPS and 1kV PV-Inverters", PCIM Europe 2009, 12-14 травня 2009 року, Nuremberg.

Сутність винаходу

[0004] Тим не менш, вищевказана схема інвертора має таку проблему, що навантаження на схему формувача сигналів керування затвором збільшується, оскільки зарядні та розрядні струми для заряду і розряду конденсатора повинні подаватися зі схеми формувача сигналів керування затвором, щоб управляти перемиканням основного перемикаючого элементредоставлять перемикає схему і напівпровідниковий модуль, які зменшують навантаження на схему управління для керування перемиканням.

[0006] Перемикає схема відповідно до одного аспекту цього винаходу включає в себе: перший перемикаючий елемент; резистор, вставлений між керуючим електродом першого перемикаючого елемента і схемою управління, виконаної з можливістю виконувати управління перемиканням для першого перемикаючого елемента; і перший конденсатор і другий перемикаючий елемент, підключені між керуючим електродом першого перемикаючого елемента і електродом на стороні з низьким потенціалом першого перемикаючого елемента. Електрод на стороні з високим потенціалом другого перемикаючого елемента підключається до керуючого електроду першого перемикаючого елемента. Електрод на стороні з низьким потенціалом другого перемикаючого елемента підключається до одного електрода першого конденсатора. Інший електрод першого конденсатора електрично підключений до електрода на стороні з низьким потенціалом першого перемикаючого елемента. Керуючий електрод другого перемикаючого елемента підключається до електрода резистора, підключеного до схемою управління.

Короткий опис креслень

<ркоторий використовує перемикає схему цього винаходу.

Фіг. 2 є принциповою схемою, пов'язаної з фіг. 1, показує схеми верхнього і нижнього плеча, які відповідають одній з трьох фаз, показаних на фіг. 1.

Фіг. 3 є принциповою схемою для пояснення першого порівняльного прикладу, показує схеми верхнього і нижнього плеча, які відповідають одній фазі.

Фіг. 4(a)-4(h) є графіками, показують тимчасові характеристики напруг і струмів в схемах верхнього і нижнього плеча першого порівняльного прикладу.

Фіг. 5(a)-5(h) є графіками, показують тимчасові характеристики напруг і струмів в схемах верхнього і нижнього плеча, показаних на фіг. 2.

Фіг. 6 є принциповою схемою, що показує схему верхнього плеча, показану на фіг. 2, з якої виключаються подання схеми формувача сигналів керування затвором і імпедансу затвора.

Фіг. 7 є видом зверху внутрішньої структури напівпровідникового модуля, в якій конкретні кристали в принциповій схемі, показаній на фіг. 6, наприклад, резистор затвора, перемикаючий елемент і конденсатор, розміщуються на малюнках межз'єднань плати.

Фіг. 8 є принциповою схемою, що показує схеми верхнього і нижньо� є принциповою схемою, що показує схему верхнього плеча, показану на фіг. 8, з якої виключаються подання схеми формувача сигналів керування затвором і імпедансу затвора.

Фіг. 10 є видом зверху внутрішньої структури напівпровідникового модуля, отриманого за допомогою: розміщення конкретних кристалів в принциповій схемі, показаній на фіг. 9, наприклад, резистора затвора, перемикаючого елемента і конденсатора, на малюнках межз'єднань плати; і їх об'єднання в модуль.

Фіг. 11 є принциповою схемою, що показує схему верхнього плеча в перемикає схемою третього варіанту здійснення цього винаходу.

Фіг. 12(a)-12(c) є графіками, показують тимчасові характеристики напруг і струмів в схемі верхнього плеча, показаної на фіг. 11.

Фіг. 13 є принциповою схемою, що показує схему верхнього плеча в перемикає схемою четвертого варіанту здійснення цього винаходу.

Фіг. 14(a)-14(c) є графіками, показують тимчасові характеристики напруг і струмів в схемі верхнього плеча, показаної на фіг. 13.

Фіг. 15 є принциповою схемою, що показує схему верхнього плеча в перемикає схемою другого сравнительн�хеме верхнього плеча, показаної на фіг. 15.

Детальний опис варіантів здійснення

[0008] Нижче надані описи варіантів здійснення цього винаходу на основі креслень.

[0009] Перший варіант здійснення

Фіг. 1 є блок-схема, що показує перетворювач постійного струму в трьохфазний змінний струм, який включає в себе перемикає схему цього винаходу. Хоча його детальна ілюстрація опускається, перетворювач електроенергії, що включає в себе перемикає схему цього винаходу, застосовується до системи безперебійного живлення змінного струму інвертора загального призначення для обертання індукційної машини і т. п.

[0010] Перетворювач постійного струму в трифазний змінний струм, що включає в себе перемикає схему цього винаходу, включає в себе: навантаження 103 трифазного змінного струму; джерело 101 живлення постійного струму; і інвертор 100, виконаний з можливістю перетворювати електроенергію постійного струму джерела 101 живлення постійного струму в електроенергію змінного струму.

[0011] Джерело 101 живлення постійного струму формується, наприклад, з сонячної батареї, паливного елемента, PFC-перетворювача або акум�ка працює в рекуперативному режимі, електроенергія змінного струму навантаження 103 змінного струму перетворюється в електроенергію постійного струму за допомогою інвертора 100, і отримана в результаті електроенергія постійного струму вводиться в джерело 101 живлення постійного струму.

[0012] Інвертор 100 включає в себе: схеми 1041, 1043, 1045 верхнього плеча; схеми 1042, 1044, 1046 нижнього плеча; згладжує конденсатор 102; і контролер 105. Інвертор 100 перетворює електроенергію постійного струму джерела 101 живлення постійного струму в електроенергію змінного струму і подає електроенергію змінного струму в навантаження 103 змінного струму. Основні конфігурації схем 1041, 1043, 1045 верхнього плеча є схемами, в яких перемикальні елементи Q1, Q3, Q5 в якості силових пристроїв і діоди D1, D3, D5 підключаються між собою паралельно, відповідно. Аналогічно, основні конфігурації схем 1042, 1044, 1046 нижнього плеча є схемами, в яких перемикальні елементи Q2, Q4, Q6 в якості силових пристроїв і діоди D2, D4, D6 підключаються між собою паралельно, відповідно. У цьому варіанті здійснення, три пари схем, іншими словами, три схеми, що включають в себе послідовно підключені пари перемикаючих елементів, а саме, Q1 і Q2, Q3 і Q4 і Q5 і Q6, під�я постійного струму. Сполучна точка між кожними спареними перемикаючими елементами електрично підключена до відповідного одному з трифазних вхідних фрагментів навантаження 103 змінного струму. Наприклад, будь-який з польового транзистора з керуючим р-n-переходом (JFET), польового транзистора на основі переходу метал-оксид-напівпровідник (MOSFET-транзистор) і біполярного транзистора з ізольованим затвором (IGBT), кожен з яких є напівпровідниковим пристроєм з широкою забороненою зоною (пристроєм на основі SiC, пристроєм на основі GaN або пристроєм на алмазній структурі) або пристроєм на основі Si, використовується в якості кожного з перемикаючих елементів Q1-Q6. Будь FRD (діод з різким відновленням), SBD (діоди з бар'єром Шоткі) і т. п. використовується в якості кожного з діодів D1-D6.

[0013] У прикладі, показаному на фіг. 1, схема 1041 верхнього плеча і схема 1042 нижнього плеча спаровуються і підключаються між собою послідовно; схема 1043 верхнього плеча і схема 1044 нижнього плеча спаровуються і підключаються між собою послідовно; і схема 1045 верхнього плеча і схема 1046 нижнього плеча спаровуються і підключаються між собою послідовно. Сполучна точка між схемою 1041 верхнього � схемою 1043 верхнього плеча і схемою 1044 нижнього плеча підключається до V-фазі навантаження 103 змінного струму; і сполучна точка між схемою 1045 верхнього плеча і схемою 1046 нижнього плеча підключається до W-фазі навантаження 103 змінного струму. Схеми 1041-1046 верхнього і нижнього плеча переключаються на високій частоті під управлінням контролера 105. Контролер 105 управляє виведенням з інвертора 100 допомогою перекладу верхніх і нижніх схем 1041, 1042 під включені і вимкнені стану майже комплементарним способом.

[0014] Схема 1041 верхнього плеча формується з перемикаючого елемента Q1, діода D1 і схеми формувача сигналів керування затвором, яка описується нижче. У разі якщо, наприклад, перемикаючий елемент Q1 формується з уніполярного транзистора, його електрод стоку підключається до катодному контактного висновку діода D1, і електрод витоку перемикаючого елемента Q1 підключається до анодному контактного висновку діода D1. Електрод затвора перемикаючого елемента Q1 підключається до контролера 105 через схему формувача сигналів керування затвором, яка описується нижче. Аналогічно, інші схеми 1042-1046 верхнього і нижнього плеча підключаються до контролера 105.

[0015] Далі, з допомогою фіг. 2, надаються описи докладних схемотехнічних конфігурацій схем 1041, 1042 верхнього і нижнього плечхеми в U-фазі, яка витягнута з інвертора 100, показаного на фіг. 1. Слід зазначити, що схемотехнічні конфігурації схем 1043, 1044 верхнього і нижнього плеча і схемотехнічні конфігурації схем 1045, 1046 верхнього і нижнього плеча є ідентичними схемотехнічними конфігурацій схем 1041, 1042 верхнього та нижнього плеча. З цієї причини, їх опису виключаються.

[0016] Схема 1041 верхнього плеча включає в себе перемикаючий елемент Q1, діод D1, резистор 11 затвора, імпеданс 12 затвора, схему 13 формувача сигналів керування затвором, перемикаючий елемент 14 і конденсатор 15. Нижня схема 1042 включає в себе перемикаючий елемент Q2, діод D2, резистор 21 затвора, імпеданс 22 затвора, схему 23 формувача сигналів керування затвором, перемикаючий елемент 24 і конденсатор 25. Перемикаючий елемент Q1 має ємність 16 зворотного зв'язку між стоком і затвором і вхідну ємність 17 між затвором і витоком. Перемикаючий елемент Q2 має ємність 26 зворотного зв'язку між стоком і затвором і вхідну ємність 27 між затвором і витоком. Ємності 16, 26 зворотного зв'язку і вхідні ємності 17, 27 є паразитними ємностями, існуючими в перемикаючих елементів Q1, Q2, відповідно.

[0017] Контактний висновок 1 позитивного електр�ательного електрода підключається до негативного електроду джерела 101 живлення постійного струму. Контактний висновок 3 змінного струму виходить із сполучної точки між електродом витоку перемикаючого елемента Q1 і електродом стоку перемикаючого елемента Q2 і підключається до U-фазі навантаження 103 змінного струму.

[0018] З трьох контактних висновків перемикаючого елемента Q1 електрод стоку, який є електродом на стороні з високим потенціалом, підключається до контактного висновку 1 позитивного електрода; електрод витоку, який є електродом на стороні з низьким потенціалом, підключається до контактного висновку 3 змінного струму і електроду стоку перемикаючого елемента Q2; і електрод затвора, який є керуючим електродом, підключається до резистору 11 затвора. Резистор 11 затвора є резистором, виконаним з можливістю запобігати паразитні коливання перемикаючого елемента Q1, і один кінець резистора 11 затвора підключається до електрода затвора перемикаючого елемента Q1. Імпеданс 12 затвора є еквівалентним внутрішнього імпедансу схеми 13 формувача сигналів керування затвором і імпедансу міжз'єднань і являє собою імпеданс, основним компонентом якого є індуктивність межз'єднань.

[0019] Схема формувача 13 � керувати операцією перемикаючого елемента Q1 допомогою надання її виведення на контактний висновок затвора перемикаючого елемента Q1 на основі керуючого сигналу з контролера 105, показаного на фіг. 1. Сигнальна лінія зворотного зв'язку схеми 13 формувача сигналів керування затвором підключається до електрода на боці з більше низьким потенціалом перемикаючого елемента Q1.

[0020] Перемикаючий елемент 14 є PNP-транзистором. Електрод емітера перемикаючого елемента 14 підключається між електродом затвора перемикаючого елемента Q1 і одним кінцем резистора 11 затвора; електрод колектора перемикаючого елемента 14 підключається до одного кінця конденсатора 15; і електрод бази перемикаючого елемента 14 підключається до іншого кінця резистора 11 затвора. Один кінець конденсатора 15 підключається до електрода колектора перемикаючого елемента 14, і інший кінець конденсатора 15 підключається до електрода S витоку перемикаючого елемента Q1. Коротенько, перемикаючий елемент 14 і конденсатор 15, які підключаються між собою послідовно, підключаються між затвором і витоком перемикаючого елемента Q1.

[0021] З трьох контактних висновків перемикаючого елемента Q2, електрод стоку, який є електродом на стороні з високим потенціалом, підключається до електрода витоку перемикаючого елемента Q1 і контактного висновку 3 змінного струму; електрод витоку, которизатвора, який є керуючим електродом, підключається до резистору 21 затвора. Резистор 21 затвора є резистором, виконаним з можливістю запобігати паразитні коливання перемикаючого елемента Q2, і один кінець резистора 21 затвора підключається до електрода затвора перемикаючого елемента Q2. Імпеданс 22 затвора є еквівалентним внутрішнього імпедансу 23 схеми формувача сигналів керування затвором і імпедансу міжз'єднань і являє собою імпеданс, основним компонентом якого є індуктивність межз'єднань.

[0022] Схема 23 формувача сигналів керування затвором є схеми формувача сигналів керування, виконаної з можливістю управляти перемиканням перемикаючого елемента Q2 допомогою введення напруги затвора в електрод затвора на основі керуючого сигналу з контролера 105. Схема 23 формувача сигналів керування затвором підключається до контактного висновку 2 негативного електрода.

[0023] Перемикаючий елемент 24 є PNP-транзистором. Електрод емітера перемикаючого елемента 24 підключається між електродом затвора перемикаючого елемента Q2 і одним кінцем резистора 21 затвора; електрод колектора переключлючается між іншим кінцем резистора 21 затвора і вихідним контактним висновком 23 схеми формувача сигналів управління затвором. Один кінець конденсатора 25 підключається до електрода колектора перемикаючого елемента 24, і інший кінець конденсатора 25 підключається до електрода S витоку перемикаючого елемента Q2. Коротенько, перемикаючий елемент 24 і конденсатор 25 підключаються між собою послідовно, і послідовна схема, що включає в себе перемикаючий елемент 24 і конденсатор 25, підключається між затвором і витоком перемикаючого елемента Q2.

[0024] Кожна зі схем 13, 23 формувача сигналів керування затвором виводить належне позитивне напруга, коли відповідний керуючий сигнал у неї з контролера 105, показаного на фіг. 1, представляє собою інструкцію включення, і виводить належне негативне напруга, коли відповідний керуючий сигнал являє собою інструкцію відключення.

[0025] Кожен з перемикаючих елементів Q1, Q2 переходить у включений стан, і стік і джерело є взаимопроводящими, коли напруга між затвором і витоком перевищує порогове напруга. Кожен з перемикаючих елементів Q1, Q2 переходить у неактивний стан, і стік і джерело роз'єднуються, коли напруга між затвором і витоком нижче порогового напруги. Граничне напружений�ереключающих елементів Q1, Q2 між включеним станом і відключеним станом. У разі інструкції включення кожна зі схем 13, 23 формувача сигналів керування затвором подає позитивне напруга, яке істотно вище порогового напруги. У разі інструкції відключення кожна зі схем 13, 23 формувача сигналів керування затвором подає негативне напруга, яка істотно нижче порогового напруги. Іншими словами, кожен з перемикаючих елементів Q1, Q2 вимикається з включеного стану у вимкнений стан, коли напруга між затвором і витоком перемикається з напруги, що перевищує порогове напруга, напруга нижче порогового напруги.

[0026] Тут, з допомогою фіг. 3 і фіг. 4, надаються описи помилкового спрацьовування, що представляє собою проблему, яка повинна бути дозволена за допомогою цього винаходу. Фіг. 3 показує принципову схему перемикає схеми першого порівняльного прикладу, яка відповідає одному плечу у U-фазі, показаної на фіг. 1. Фіг. 4 показує форми сигналів напруг і струмів в схемі, показаній на фіг. 3. Фіг. 4(a) показує форму вихідного сигналу напруги зі схеми 13 формувача сигналів управлеения затвором; фіг. 4(c) показує форму сигналу напруги між затвором і витоком перемикаючого елемента Q1; фіг. 4(d) показує форму сигналу напруги між затвором і витоком перемикаючого елемента Q2; фіг. 4(e) показує форму сигналу напруги між стоком і витоком перемикаючого елемента Q1; фіг. 4(f) показує форму сигналу струму стоку перемикаючого елемента Q1; фіг. 4(g) показує форму сигналу напруги між стоком і витоком перемикаючого елемента Q2; фіг. 4(h) показує форму сигналу струму стоку перемикаючого елемента Q2. Часи проілюстрованих форм сигналів синхронізовані один з одним. Тут, напрямок кожного струму навантаження, виведеного на контактний висновок 3 змінного струму на фіг. 3, задається таким чином, що напрямок, в якому струм виводиться з контактного виведення змінного струму, є позитивним.

[0027] Як показано на фіг. 3, перемикає схемою першого порівняльного прикладу, послідовна схема, що включає в себе перемикаючий елемент 14 і конденсатор 15, не підключається між затвором і витоком ні в одному з перемикаючих елементів Q1, Q2, на відміну від перемикає схеми варіанту здійснення. Як показано на фіг. 4, 13 схема формувача сигналів упрователя сигналів керування затвором виводить позитивний імпульс в період активації у і перед часом T3 і в період активації у і після часу T4. Після того, як позитивний імпульс виводиться зі схеми 13 формувача сигналів керування затвором під час T1, напруга між затвором і витоком перемикаючого елемента Q1 поступово підвищується у відповідь на хід заряду вхідний ємності 17. Протягом цього часу кожен з виведення з 23 схеми формувача сигналів керування затвором і напруги між затвором і витоком перемикаючого елемента Q2 є негативним напругою.

[0028] Під час ta, оскільки напруга між затвором і витоком перемикаючого елемента Q1 досягає порогового напруги, що перемикає елемент Q1 включається з вимкненого стану у включений стан, і струм стоку починає протікати в переключающем елементі Q1. Відповідно, напруга між стоком і витоком перемикаючого елемента Q1 падає. У відповідь на зниження напруги між стоком і витоком перемикаючого елемента Q1, напруга між стоком і витоком перемикаючого елемента Q2 підвищується.

[0029] Під час ta міграція зарядів виникає в каналі, що проходить через ємність 26 зворотного зв'язку і вхідну ємність 27, внаслідок підвищення напруги між стоком і витоком перемикаючого елемента Q2. Відповідно, напруга між затвором і і�лемента Q2 стає вище по мірі того, як швидкість наростання (dv/dt) напруги між стоком і витоком перемикаючого елемента Q2 стає більше, і в міру того, як значення, отримане за допомогою поділу ємності для ємності 26 зворотного зв'язку на ємність для вхідної ємності 27 (ємність для ємності зворотного зв'язку 26/ємність для вхідної ємності 27), стає великим. Крім цього, більш імовірно, що: під час tb, напруга між затвором і витоком перемикаючого елемента Q2 стає вище порогового напруги; і перемикаючий елемент Q2 помилково включається на основі керуючого сигналу з контролера 105. У цьому випадку, оскільки перемикаючий елемент Q1 знаходиться у включеному стані, коротке замикання виникає між позитивним контактним висновком 1 і негативним контактним висновком 2, і надмірне електростатичне напруга прикладається до перемикаючим елементів Q1, Q2. Зокрема, у випадку, якщо пристрій на основі SiC використовується в якості кожного з перемикаючих елементів Q1-Q6, пристрій працює швидше, й швидкість наростання (dv/dt) напруги між стоком і витоком вище, ніж у випадку використання іншого напівпровідникового пристрою (наприклад, пристрої на основі Si) в якості кожного з перемикаю�південний спрацьовування виникає з більшою ймовірністю.

[0030] Схемотехнічна конфігурація, призначена для того, щоб збільшувати фактичну ємність (вхідну ємність між затвором і витоком в кожному з перемикаючих елементів Q1, Q2, показаних на фіг. 3, наприклад, за допомогою додаткового підключення конденсатора між затвором і витоком, відома як схемотехнічна конфігурація, виконана з можливістю запобігати помилкове спрацьовування. Це може призводити до того, що ємність для вхідної ємності 27 перевищує ємність для ємності 26 зворотного зв'язку, в силу чого помилкове спрацьовування виникає з меншою ймовірністю. Тим не менш, ця схемотехнічна конфігурація має таку проблему, що навантаження на кожну схему 13, 23 формувача сигналів керування затвором збільшується, оскільки в цій схемотехнічній конфігурації додані конденсатори повинні заряджатися і розряджатися при кожній операції перемикання. Крім цього, додавання конденсатора робить зміна у формі сигналу стробуючого сигналу різким, коли перемикання управляється, і, відповідно, призводить до того, що швидкості перемикання перемикаючих елементів Q1-Q6 зменшуються. З цих причин, дана схемотехнічна конфігурація також має пробомимо цього, схемотехнічна конфігурація, в якій тільки PNP-транзистор підключається між затвором і витоком кожного з перемикаючих елементів Q1-Q6, відома як інша схемотехнічна конфігурація, виконана з можливістю запобігати помилкове спрацьовування (див. публікацію заявки на патент (Японія) номер 2003-324966). Коли напруга між затвором і витоком кожного з перемикаючих елементів Q1-Q6 підвищується, ця схемотехнічна конфігурація включає PNP-транзистор. В силу цього, дана схемотехнічна конфігурація припускає завдання напруги між затвором і витоком еквівалентним нуля і за рахунок цього запобігання помилкового спрацьовування в кожному з перемикаючих елементів Q1-Q6. Тим не менш, у випадку, якщо напівпровідниковий пристрій, порогове напруга якого є низьким або негативним напругою, використовується в якості кожного з перемикаючих елементів Q1-Q6 в цій схемотехнічній конфігурації, напруга між затвором і витоку підвищується допомогою падіння напруги PNP-транзистора, навіть якщо PNP-транзистор включений. Як результат, ця схемотехнічна конфігурація помилково включає перемикальні елементи Q1-Q6. Коротко, ця схемотехнічна конфігурація не може при�рогове напруга яких є низьким або негативним напругою.

[0032] У цьому варіанті здійснення, як описано вище, послідовна схема, що включає в себе відповідний один з перемикаючих елементів 14, 24, як PNP-транзистора і відповідний один з конденсаторів 15, 25, підключається між затвором і витоком в кожному з перемикаючих елементів Q1-Q6. Крім цього, електрод бази кожного з перемикаючих елементів 14, 24 підключається між відповідним одним з резисторів 11, 21 затвора і відповідної однією з схем 13, 23 формувача сигналів управління затвором. З цих причин включається перемикаючий елемент 24, коли напруга між затвором і витоком перемикаючого елемента Q2 підвищується у відповідь на включення перемикаючого елемента Q1, і конденсатор 25, відповідно, стає підключеним між затвором і витоком перемикаючого елемента Q2. Зарядний напруга конденсатора 25 припускає придушення підвищення напруги між затвором і витоком перемикаючого елемента Q2 і одночасно застосування негативного зсуву між затвором і витоком перемикаючого елемента Q2. Відповідно, можна запобігати помилкове включення перемикаючого елемента Q2.

[0033] Далі, з допомогою фіг. 5, надаються описи того, як пра�ючающей схемою варіанта здійснення. Фіг. 5(a) показує форму вихідного сигналу напруги зі схеми 13 формувача сигналів керування затвором; фіг. 5(b) показує форму вихідного сигналу напруги зі схеми 23 формувача сигналів керування затвором; фіг. 5(c) показує форму сигналу напруги між затвором і витоком перемикаючого елемента Q1; фіг. 5(d) показує форму сигналу напруги між затвором і витоком перемикаючого елемента Q2; фіг. 5(e) показує форму сигналу напруги між стоком і витоком перемикаючого елемента Q1; фіг. 5(f) показує форму сигналу струму схеми 1041 верхнього плеча; фіг. 5(g) показує форму сигналу напруги між стоком і витоком перемикаючого елемента Q2; фіг. 5(h) показує форму сигналу струму схеми 1042 нижнього плеча. Часи проілюстрованих форм сигналів синхронізовані один з одним. Тут, напрямок кожного струму навантаження, виведеного на контактний висновок 2 змінного струму на фіг. 3, задається таким чином, що напрямок, в якому струм виводиться з контактного виведення змінного струму, є позитивним. Часи позитивних імпульсів, виведених з схем 13, 23 формувача сигналів керування затвором, показаних на фіг. 5(a) і 5(b), є ідентичними часи, показ�до позитивний імпульс виводиться зі схеми 13 формувача сигналів керування затвором під час T1, напруга між затвором і витоком перемикаючого елемента Q1 підвищується. Під час ta, напруга між затвором і витоком перемикаючого елемента Q1 досягає порогового напруги, і перемикаючий елемент Q1 включається. В цей час, струм стоку перемикаючого елемента Q1 починає протікати, і напруга між стоком і витоком перемикаючого елемента Q1 падає. У відповідь на зниження напруги між стоком і витоком перемикаючого елемента Q1, напруга між стоком і витоком перемикаючого елемента Q2 підвищується. Протягом цього часу напруга від'ємного зміщення виводиться з 23 схеми формувача сигналів управління затвором.

[0035] Під час ta міграція зарядів виникає в каналі, що проходить через ємність 26 зворотного зв'язку і вхідну ємність 27, внаслідок підвищення напруги між стоком і витоком перемикаючого елемента Q2. Відповідно, напруга між затвором і витоком перемикаючого елемента Q2 підвищується. Між тим, у варіанті здійснення, формується канал від електрода затвора перемикаючого елемента Q2 до вихідного контактного висновку 23 схеми формувача сигналів керування затвором через електрод емітера і електрод бази перемикаючого елемента 24. Відповідно� протікає в цьому каналі, і перемикаючий елемент 24 включається. Після того, як перемикаючий елемент 24 включається конденсатор 25 стає паралельно підключеним між затвором і витоком перемикаючого елемента Q2. З цієї причини, підвищення напруги між затвором і витоком перемикаючого елемента Q2 пригнічується, і напруга між затвором і витоком перемикаючого елемента Q2, яке досягає максимуму в точці часу tb, зберігається нижче порогового напруги. В силу цього, помилкове спрацьовування перемикаючого елемента 22 може припинятися. У послідовності операцій, зміна напруги контактного висновку конденсатора 25 є невеликим. Відповідно, струм конденсатора 25 майже ніколи не стає зайвим навантаженням для схеми 23 формувача сигналів управління затвором.

[0036] Далі, з допомогою фіг. 6 і фіг. 7, надаються опису внутрішньої структури напівпровідникового модуля, в який включається перемикає схема варіанту здійснення. Фіг. 6 є принциповою схемою схеми 1041 верхнього плеча, отриманої з фіг. 2, з якої видалені подання схеми 13 формувача сигналів керування затвором і імпедансу 12 затвора. Імпеданс 12 затвора, основним компонентом якого я� схемою 13 формувача сигналів керування затвором і, відповідно, уповільнює роботу схеми цього винаходу. З цієї причини, другий перемикаючий елемент 14, перший конденсатор 15 і т. п. повинні розміщуватися безпосередньо біля першого перемикаючого елемента Q1. Фіг. 7 є видом зверху внутрішньої структури напівпровідникового модуля, що показує те, як фактичні кристали розміщуються на малюнках межз'єднань плати в модулі в цілях здійснення схеми, показаної на фіг. 6. Область 200, обведена пунктирною лінією, являє доданий фрагмент, в якому другий перемикаючий елемент 14, перший конденсатор 15 і резистор 11 розміщуються в компактній компонуванні. Перемикаючий елемент Q1 і діод D1 монтуються на малюнку межз'єднань, сформованому на платі (не проілюстрована) і включає в себе контактний висновок A, при цьому електроди задньої сторони електрично підключені до малюнка межз'єднань допомогою припою і т. п. Електроди з низьким потенціалом на передніх поверхнях перемикаючого елемента Q1 і діода D1 електрично підключені до межсоединению, що включає в себе контактний висновок B допомогою використання алюмінієвих проводів, як показано на кресленні. Резистор 11 затвора, перемикаючий еле�залишають доданий фрагмент 200 на фіг. 6. Таким чином, схема у доданій фрагменті, показаному на фіг. 6, може бути компактно реалізована безпосередньо біля перемикаючого елемента Q1 у фактичному модулі. Слід зазначити, що елементи, включені в кожну з інших схем 1043, 1045 верхнього плеча і схем 1042, 1044, 1046 нижнього плеча, аналогічно конструюються в якості модуля. Оскільки ці модулі є ідентичними модулю схеми 1041 верхнього плеча, опису модулів виключаються.

[0037] Між тим, може використовуватися конфігурація, в якій тільки доданий фрагмент 200 сконструйований як модуль і додається до модуля, який включає в себе тільки перемикаючий елемент Q1 і діод D1.

[0038] Як описано вище, варіант здійснення використовує, наприклад, схемотехническую конфігурацію, як показано на фіг. 2, в якій: конденсатори 15, 25 і перемикальні елементи 14, 24 підключаються між собою послідовно між електродами затвора і електродами витоку перемикаючих елементів Q1, Q2, відповідно; електроди емітера перемикаючих елементів 14, 24 підключаються до електродів G затвора перемикаючих елементів Q1, Q2, відповідно; електроди колектора перемикаючих елементів 14, 24 підключаються до електродів конденсаторів 15, 25, соответсоответственно; і електроди бази перемикаючих елементів 14, 24 підключаються між резисторами 11, 21 затвора і схемами 13, 23 формувача сигналів керування затвором, відповідно. В силу цього, варіант здійснення запобігає помилкове спрацьовування, коли, наприклад, у відповідь на включення перемикаючого елемента Q1, напруга в іншому випадку повинно підвищуватися між затвором і витоком іншого перемикаючого елемента Q2, оскільки мігруючі заряди, які повинні в іншому випадку підвищувати потенціал електрода затвора, примусово протікають в схему 23 формувача сигналів керування затвором через емітер і базу перемикаючого елемента 24. Після цього, перемикаючий елемент 24 включається, і контактний висновок затвора перемикаючого елемента Q2 є провідним з конденсатором 25. Відповідно, еквівалентна вхідна ємність стає більшою. Це пригнічує підвищення напруги між затвором і витоком перемикаючого елемента Q2, і помилкове спрацьовування перемикаючого елемента Q2 може припинятися. Слід зазначити, що операція для запобігання помилкового спрацьовування перемикаючого елемента Q1 аналогічно виконується, коли перемикаючий елемент Q2 вимикається, в той час як перекявляется такий, як показано на фіг. 1.

[0039] Крім того, у варіанті здійснення з використанням конфігурації, як показано на фіг. 2, конденсатори 15, 25 підключаються в цілях запобігання помилкового спрацьовування за допомогою програми напруги зсуву між затворами і витоками перемикаючих елементів Q1, Q2, відповідно. З цієї причини, конденсатори 15, 25 не повинні розряджатися кожен раз, коли відповідні схеми 13, 23 формувача сигналів керування затвором виконують управління перемиканням. Оскільки конденсатори 15, 25 не повинні заряджатися або розряджатися кожен раз, коли виконується управління перемиканням варіант здійснення допускає: зменшення навантажень на схему 13, 23 формувача сигналів керування затвором; запобігання формування різких форм вихідних сигналів схем 13, 23 формувача сигналів керування затвором; запобігання виникнення затримки при операції перемикання; запобігання та зниження швидкості перемикання.

[0040] Більш того, варіант здійснення аналогічно функціонує у разі, якщо: напівпровідниковий пристрій з широкою забороненою зоною, порогове напруга якого між затвором і витоком задається рівним негативного напря�елемента Q1, напруга в іншому випадку повинно підвищуватися між затвором і витоком перемикаючого елемента Q2, і перемикаючий елемент 24 в іншому випадку повинен включатися, відповідно.

[0041] Слід зазначити, що коли варіант здійснення використовує конфігурацію, як показано на фіг. 1, біполярний транзистор може бути використаний у якості кожного з перемикаючих елементів Q1-Q6 допомогою підключення електрода колектора, електрода емітера і електрода бази таким чином, що вони служать в якості електрода на стороні з високим потенціалом електрода на стороні з низьким потенціалом і керуючого електрода, відповідно. Замість цього, коли варіант здійснення використовує конфігурацію, як показано на фіг. 2, польовий транзистор з каналом p-типу може бути використаний в якості кожного з перемикаючих елементів 14, 24 допомогою підключення електрода витоку, електрода стоку і електрода затвора таким чином, що вони служать в якості електрода на стороні з високим потенціалом електрода на стороні з низьким потенціалом і керуючого електрода, відповідно.

[0042] Іншими словами, при використанні конфігурації, як показано на фіг. 2, перемикає схема варіанту ос�ключающих елементів Q1, Q2 і схем 13, 23 формувача сигналів управління, виконаних з можливістю керувати перемикаючими затворами Q1, Q2, відповідно; конденсатори 15, 25, підключені між електродами затвора або електродами бази перемикаючих елементів Q1, Q2 і електродами витоку або електродами емітера перемикаючих елементів Q1, Q2, відповідно; і перемикальні елементи 14, 24, підключені до конденсаторів 15, 25 послідовно, відповідно. Контактні висновки емітера або контактні висновки витоку перемикаючих елементів 14, 24 підключаються до електродів затвора або електродів бази перемикаючих елементів Q1, Q2, відповідно. Контактні висновки колектора або контактних висновки стоку перемикаючих елементів 14, 24 електрично підключені до електродів витоку або електродів емітера перемикаючих елементів Q1, Q2, відповідно. Електроди бази або електроди затвора перемикаючих елементів 14, 24 підключаються між резисторами і схемами управління, відповідно. Кожен з перемикаючих елементів 14, 24 може формуватися з PNP-транзистора або польового транзистора з каналом p-типу.

[0043] Крім того, у варіанті здійснення, хоча конденсатори 15, 25, відповідно, підключаються до електродах колектор�дам емітера перемикаючих елементів 14, 24, в той час як інші кінці конденсаторів 15, 25 можуть, відповідно, підключатися до контактних виводів затвора перемикаючих елементів Q1, Q2.

[0044] Кожен з перемикаючих елементів Q1, Q2 відповідає "першому перемикається елементу" формули даного винаходу; кожен з перемикаючих елементів 14, 24 відповідає "другого перемикається елементу"; кожен з конденсаторів 15, 25 відповідає "першому конденсатору"; кожна зі схем 13, 23 формувача сигналів керування затвором відповідає "схемі управління"; і резистор 11 затвора відповідає "резистору".

[0045] Другий варіант здійснення

Фіг. 8 є принциповою схемою схеми в U-фазі, яка витягується з інвертора, що включає в себе перемикає схему другого варіанту здійснення цього винаходу. Цей варіант здійснення відрізняється від першого варіанту здійснення тим, що конденсатор 18 і конденсатор 28 з'єднуються. Решта конфігурації є ідентичною решті частини конфігурації вищеописаного першого варіанту здійснення. З цієї причини, опису іншої частини конфігурації виключаються.

[0046] перемикає схемою цього варіанту здійснення конденсатор 18 подду базою і колектором перемикаючого елемента 24. Нижче надані описи функцій відповідних конденсаторів 18, 28.

[0047] Після того, як перемикаючий елемент Q1 включається, і напруга підвищується між затвором і витоком перемикаючого елемента Q2, струм з електрода затвора протікає в конденсатор через 28 емітер і базу перемикаючого елемента 24. Таким чином, перемикаючий елемент 24 включається, і послідовна схема, що включає в себе перемикаючий елемент 24 і конденсатор 25, є проводить між затвором і витоком перемикання Q2. Відповідно, підвищення напруги між затвором і витоком перемикаючого елемента Q2 пригнічується. У цьому варіанті здійснення, струм бази перемикаючого елемента 24 примусово протікає в конденсатор 28 замість імпедансу 22 затвора. З цієї причини, на струм бази може з меншою ймовірністю впливати імпеданс 22 затвора. Ємності конденсаторів 18, 28 можуть бути менше ємностей конденсаторів 15, 25 на один розряд або більше.

[0048] Далі, з допомогою фіг. 9 і фіг. 10, надаються описи варіанту здійснення. Фіг. 9 є принциповою схемою схеми 1041 верхнього плеча, отриманої з фіг. 8, з якої видалено подання схеми 13 формувача сигналів управління затвором. Итрода G затвора першого перемикаючого елемента Q1 до схеми 13 формувача сигналів керування затвором і, відповідно, уповільнює роботу схеми цього винаходу. З цієї причини, другий перемикаючий елемент 14, перший конденсатор 15 і т. п. повинні розміщуватися безпосередньо біля першого перемикаючого елемента Q1. Фіг. 10 є видом зверху внутрішньої структури напівпровідникового модуля, що показує те, як фактичні кристали розміщуються на малюнках межз'єднань плати в модулі в цілях здійснення схеми, показаної на фіг. 9. Область 200, обведена пунктирною лінією, являє доданий фрагмент, в якому другий перемикаючий елемент 14, перший конденсатор 15, резистор 11 і другий конденсатор 18 розміщуються в компактній компонуванні. Слід зазначити, що елементи, включені в кожну з інших схем 1043, 1045 верхнього плеча і схем 1042, 1044, 1046 нижнього плеча, аналогічно конструюються в якості модуля. Оскільки ці модулі є ідентичними модулю схеми 1041 верхнього плеча, опису модулів виключаються.

[0049] Як описано вище, в цьому варіанті здійснення, конденсатори 18, 28, ємності яких менше ємностей конденсаторів 15, 25, підключаються між електродами бази і електродами колектора перемикаючих елементів 14, 24, відповідно. Це дозволяє запобігати примусове) фізичних�0] Кожен з конденсаторів 18, 28 відповідає "другого конденсатора" у формулі цього винаходу.

[0051] Третій варіант здійснення

З допомогою фіг. 11 надаються описи перемикає схеми третього варіанту здійснення цього винаходу. Фіг. 11 є принциповою схемою схеми 1041 верхнього плеча в U-фазі, яка витягується з інвертора 100, показаного на фіг. 1. Схема верхнього плеча цього варіанту здійснення додатково включає в себе перемикаючий елемент 34 і конденсатор 35 порівняно зі схемою 1041 верхнього плеча, показаної на фіг. 2. Решта конфігурації є ідентичною решті частини конфігурації схеми 1041 верхнього плеча, показаної на фіг. 2. Слід зазначити, що конфігурація схеми 1042 нижнього плеча в U-фазі цього варіанту здійснення є ідентичною конфігурації схеми верхнього плеча в U-фазі, показаної на фіг. 11. Крім цього, схемотехнічні конфігурації схеми 1043 верхнього плеча і схеми 1044 нижнього плеча, а також схемотехнічні конфігурації схеми 1045 верхнього плеча і схеми 1046 нижнього плеча, які показані на фіг. 1, є ідентичними схемотехнічними конфігурацій схеми 1041 верхнього плеча і схеми 1042 нижнього плеча цього варіанту здійснення. По �ого варіанту здійснення включає в себе схему 13 формувача сигналів керування затвором, імпеданс 12 затвора і напівпровідниковий модуль S1. Напівпровідниковий модуль S1 є перемикає схемою третього варіанту здійснення цього винаходу, яка формується як модуль.

[0053] 13 Схема формувача сигналів керування затвором формує напругу з прямокутною формою сигналу для збудження напівпровідникового модуля S1 в якості керуючого сигналу і виводить керуючий сигнал у напівпровідниковий модуль SL.

[0054] Імпеданс 12 затвора задається для зручності в поясненні операції схеми. Імпеданс 12 затвора включає в себе: внутрішній імпеданс схеми 13 формувача сигналів керування затвором; імпеданс межсоединения затвора для з'єднання схеми 13 формувача сигналів керування затвором і напівпровідникового модуля S1. Основним компонентом імпедансу 12 затвора є індуктивність межз'єднань.

[0055] Напівпровідниковий модуль S1 включає в себе: конденсатор 35; конденсатор 15; перемикаючий елемент 34, виконаний з можливістю сприяти включенню; перемикаючий елемент 14, виконаний з можливістю сприяти виключенню; резистор 11 затвора; перемикаючий елемент Q1; діод D1; контактний висновок 1 позитивного електрода; і контактнѲоду 3 змінного струму і електроду стоку перемикаючого елемента Q2, який не ілюструється. Вхідна ємність 17 паразитно існує між затвором і витоком перемикаючого елемента Q1. Вхідна ємність 17 зростає пропорційно розміру кристала перемикаючого елемента Q1.

[0056] Один кінець конденсатора 35 підключається до колектора перемикаючого елемента 34, в той час як інший кінець конденсатора 35 підключається до одного кінця конденсатора 15. Інший кінець конденсатора 15 підключається до колектора перемикаючого елемента 14. Сполучна точка між конденсатором 35 і конденсатором 15 підключається до джерела перемикаючого елемента Q1. Кожен з конденсатора 35 і конденсатора 15 має ємність, яка істотно (наприклад, більш ніж у 10 разів) більше вхідний ємності 17.

[0057] Перемикаючий елемент 34 формується з NPN-транзистора. Емітер перемикаючого елемента 34 підключається до сполучної точці між затвором перемикаючого елемента Q1 і резистором 11 затвора, в той час як база перемикаючого елемента 34 підключається до сполучної точці між вихідним контактним висновком схеми 13 формувача сигналів керування затвором і резистором 11 затвора. Перемикаючий елемент 34 має функцію заряду вхідний ємності 17 допомогою подачі струму з коор 35 заряджається позитивною напругою через p-n-перехід між базою і колектором перемикаючого елемента 34, коли позитивне напруга відправляється зі схеми 13 формувача сигналів керування затвором в конденсатор 35.

[0058] Перемикаючий елемент 14 формується з PNP-транзистора. Емітер перемикаючого елемента 14 підключається до сполучної точці між затвором перемикаючого елемента Q1 і одним контактним висновком резистора 11 затвора, в той час як база перемикаючого елемента 14 підключається до сполучної точці між іншим контактним висновком резистора 11 затвора і вихідним контактним висновком схеми 13 формувача сигналів управління затвором. Перемикаючий елемент 14 має функцію заряду і розряду вхідний ємності 17 допомогою подачі струму із вхідної ємності 17 в конденсатор 15 і, додатково, функцію заряду конденсатора 15. Більш конкретно, конденсатор заряджається 15 негативним напругою через n-p-перехід між базою і колектором перемикаючого елемента 14, коли негативна напруга відправляється зі схеми 13 формувача сигналів керування затвором в конденсатор 15.

[0059] Резистор 11 затвора є резистором, виконаним з можливістю запобігати паразитні коливання в переключающем елементі Q1. Один кінець резистора 11 затвора підключається до вихідного � 11 затвора підключається до затвору перемикаючого елемента Q1.

[0060] Перемикаючий елемент Q1 є провідним між стоком і витоком, коли напруга між затвором і витоком дорівнює або перевищує порогове напруга. Перемикаючий елемент Q1 роз'єднує стік і джерело, коли напруга між затвором і витоком менше порогового напруги. Порогове напруга є значенням, внутрішньо притаманним перемикається елементу Q1. Слід зазначити, що хоча фіг. 11 показує польовий MOS-транзистор (MOSFET-транзистор) в якості перемикаючого елемента Q1, замість цього біполярний транзистор з ізольованим затвором (IGBT) може бути використаний в якості перемикаючого елемента Q1.

[0061] Діод D1 надається між електродом стоку і електродом витоку перемикаючого елемента Q1. Катод діода D1 підключається до електрода стоку перемикаючого елемента Q1, в той час як анод діода D1 підключається до електрода витоку перемикаючого елемента Q1.

[0062] Крім цього, контактний висновок 1 позитивного електрода виходить з стоку перемикаючого елемента Q1, в той час як контактний висновок негативного електрода виходить з витоку перемикаючого елемента Q1. Контактний висновок 1 позитивного електрода підключається до сторони позитивного електрода источникаодключается до U-фазі навантаження 103 змінного струму, показаної на фіг. 1, через контактний висновок 3 змінного струму.

[0063] Далі, з посиланням на схеми форми сигналу, показані на фіг. 12(a)-12(c), надаються описи того, як схема верхнього плеча, показана на фіг. 11, виконує операцію перемикання. Фіг. 12 показує форми сигналів деяких напруг і струмів в схемі, показаній на фіг. 11. Фіг. 12(a) показує форму сигналу зарядного струму I(R2) вхідний ємності 17 і форму сигналу струму I(L30) схеми 13 формувача сигналів керування затвором; фіг. 12(b) показує форму сигналу напруги V(gs 0) сигналу, виведеного з схеми 13 формувача сигналів керування затвором, і форму сигналу напруги V(gs) сигналу, прикладеного до затвору перемикаючого елемента Q1; фіг. 12(c) показує форму сигналу напруги V(vdc1) на контактних виводах конденсатора 35 і форму сигналу напруги V(vdc2) на контактних виводах конденсатора 15. Часи проілюстрованих форм сигналів синхронізовані один з одним.

[0064] Хоча напруга V(gs 0) сигналу, виведене зі схеми 13 формувача сигналів керування затвором, є негативним, напруга на контактних виводах вхідний ємності 17 також є негативним. Як показано на фіг. 12(b), коли напруга V(gs 0) сигнал�льное під час цього стану, напруга на контактних виводах в прямому напрямку формується в резисторі 11 затвора. У відповідь на це, позитивне напруга прикладається між базою і емітером перемикаючого елемента 34, і перемикаючий елемент 34, відповідно, включається. В силу цього, струм протікає з конденсатора 35 у вхідну ємність 17, і вхідна ємність 17 заряджається. На заряд не впливає імпеданс 12 затвора, оскільки струм не проходить через міжз'єднання затвора. Перемикаючий елемент 34 має граничне значення для включення на основі різниці потенціалів, яка виникає між двома кінцями резистора 11 затвора в процесі зміни з негативного на позитивне напруги, прикладеної до електрода затвора перемикаючого елемента Q1.

[0065] Крім того, оскільки струм схеми 13 формувача сигналів керування затвором є сумою струму резистора 11 затвора і струму бази перемикаючого елемента 34, пікове значення струму схеми 13 формувача сигналів керування затвором менше зарядних і розрядних струмів конденсатора 35.

[0066] Коли напруга V(gs 0) сигналу, виведене зі схеми 13 формувача сигналів керування затвором, змінюється з позитивного на негативне напруга на�ження прикладається між базою і емітером перемикаючого елемента 14, і перемикаючий елемент 14, відповідно, включається. Перемикаючий елемент 14 має граничне значення для включення на основі різниці потенціалів, яка виникає між двома кінцями резистора 11 затвора в процесі зміни з позитивного на негативне напруги, прикладеної до електрода затвора перемикаючого елемента Q1. В силу цього, струм протікає з конденсатора 15 вхідну ємність 17, і вхідна ємність 17 заряджається. На цей заряд взагалі не впливає імпеданс 12 затвора, оскільки струм не проходить через міжз'єднання затвора.

[0067] Слід зазначити, що напівпровідниковий перемикач з великим коефіцієнтом (hfe) посилення постійного струму використовується в якості кожного з перемикаючого елемента 34 і перемикає елемента 14. Це дозволяє подавати більший струм в перемикаючий елемент Q1. З цієї причини, можна зменшувати час, щоб заряджати та розряджати вхідну ємність 17, скорочувати затримку при операції перемикання перемикаючого елемента Q1 і одночасно збільшувати швидкість перемикання. Отже, можна надавати перемикає схему і напівпровідниковий модуль, які мають чудову готовність.

[0068] Згідно результату вимірювання прототипно формувача сигналів керування затвором складає, наприклад, 300 мА.

[0069] Як показано на фіг. 12(a), піковий струм I(L30) схеми 13 збудження затвора менше пікового струму в другому порівняльному прикладі (див. фіг. 16(a)), який описується нижче. Крім цього, як показано на фіг. 12(b), коли напруга V(gs), прикладена до затвору перемикаючого елемента Q1, змінюється з від'ємного на позитивне, конденсатор 35 розряджається, але напруга V(vdc1) на контактних виводах конденсатора 35 стає просто трохи нижче в межах часу в 41 мкс, як показано на фіг. 12(c). З іншого боку, коли напруга V(gs), прикладена до затвору перемикаючого елемента Q1, змінюється з позитивного на негативне конденсатор 15 розряджається, і напруга V(vdc2) на контактних виводах конденсатора 15 стає трохи вище в межах часу в 50 мкс, як показано на фіг. 12(c).

[0070] Як описано вище, перемикає схема і напівпровідниковий модуль третього варіанту здійснення заряджають і розряджають вхідну ємність 17 допомогою найкоротших каналів. З цієї причини, періоди часу для підвищення і падіння напруги V(gs), прикладеного до затвору, можуть бути задані менше у разі форм сигналів (див. фіг. 16(b)) другого порівняльного прикладу. Крім того, можна зменшувати задер�і схеми 13 формувача сигналів управління затвором.

[0071] У цьому варіанті здійснення, конденсатори 15, 35 підключаються до електродів колектора перемикаючих елементів 14, 34, відповідно. Замість цього, тим не менш, одні кінці конденсаторів 15, 35 можуть підключатися до контактних виводів емітера перемикаючих елементів 14, 34, в той час як інші кінці конденсаторів 15, 35 можуть підключатися до контактного висновку затвора перемикаючого елемента Q1.

[0072] Перемикаючий елемент 34 і конденсатор 35, які описані, відповідають "третього перемикається елементу" і "третього конденсатору" у формулі цього винаходу.

[0073] Четвертий варіант здійснення

З допомогою фіг. 13 надаються описи докладної конфігурації схеми верхнього плеча, включеної в перемикає схему цього варіанту здійснення. Фіг. 13 є принциповою схемою схеми 1041 верхнього плеча в U-фазі, яка витягується з інвертора 100, показаного на фіг. 1. Схема верхнього плеча, показана на фіг. 13, включає в себе схему 13 формувача сигналів керування затвором, імпеданс 12 затвора і напівпровідниковий модуль ST. Напівпровідниковий модуль S1", показаний на фіг. 13, додатково включає в себе конденсатор 41, діод 42, резистор 43, діод 44 і резистор 45 за ср�ся з польового транзистора з керуючим р-n-переходом (JFET). Решта конфігурації є ідентичною решті частини конфігурації схеми верхнього плеча, показаної на фіг. 11. Нижче надані описи, головним чином, того, що відрізняється від третього варіанту здійснення.

[0074] Конденсатор 41 надається між базою перемикаючого елемента 34 і сполучної точкою між резистором 11 затвора і схемою 13 формувача сигналів управління затвором. Один електрод конденсатора 41 підключається до бази перемикаючого елемента 34, в той час як інший електрод конденсатора 41 підключається до електрода резистора 11 затвора, який підключається до схеми 13 формувача сигналів управління затвором. Надання конденсатора 41 дозволяє інструктувати перемикається елементу 34 працювати таким чином, що він є провідним (включається) тільки під час переходу до включення перемикаючого елемента Q1'.

[0075] Один кінець резистора 45 підключається до сполучної точці між резистором 11 затвора і вихідним контактним висновком схеми 13 формувача сигналів керування затвором, в той час як інший кінець резистора 45 підключається до анода діода 44. Катод діода 44 підключається до сполучної точці між колектором переключаѼожностью позитивно заряджати конденсатор 35.

[0076] Один кінець резистора 43 підключається до сполучної точці між колектором перемикаючого елемента 14 і конденсатором 15, в той час як інший кінець резистора 43 підключається до анода діода 42. Катод діода 42 підключається до сполучної точці між базою перемикаючого елемента 34 і конденсатором 41. Резистор 43 і діод 42 виступають в якості розрядної схеми, виконаної з можливістю розряджати конденсатор 41.

[0077] Далі, з посиланням на схеми форми сигналу, показані на фіг. 14(a)-14(c), надаються описи того, як схема верхнього плеча, показана на фіг. 13, виконує операцію перемикання. На фіг. 14(a), посилання з номером I(R2) означає суму струму затвора JFET і зарядного струму вхідний ємності 17, і посилання з номером I(L30) позначає струм схеми 13 формувача сигналів управління затвором.

[0078] Операція виключення для зміни напруги V(gs 0) сигналу, виведеного з схеми 13 формувача сигналів керування затвором, з позитивного на негативне (операція в межах часу в 50 мкс на фіг. 14), є ідентичною операції, яка описана з посиланням на фіг. 11 і фіг. 12. З цієї причини, опис операції вимикання опускається.

[0079] Операція включення, яка повинна бути виполненЏ з негативного на позитивне, здійснюється наступним чином. Як показано на фіг. 14(b), коли напруга V(gs 0) сигналу, виведене зі схеми 13 формувача сигналів керування затвором, змінюється з від'ємного на позитивне, струм у прямому напрямку формується в резисторі 11 затвора.

[0080] В цей час, струм протікає в базу перемикаючого елемента 34 через конденсатор 41, і перемикаючий елемент 34 в силу цього є провідним. Таким чином, струм подається з конденсатора 35 в затвор перемикаючого елемента Q1'. Після того, як напруга на контактних виводах конденсатора 41 стає рівною або перевищує певне значення в результаті заряду конденсатора 41, струм бази перемикаючого елемента 34 припиняє перебіг. З цієї причини, перемикаючий елемент 34 вимикається. Конденсатор 35, який розряджений через перемикаючий елемент 34, заряджається за допомогою резистора 45 і діода 44.

[0081] Конденсатор 41 розряджається через конденсатор 41, діод 42, резистор 43 затвора, конденсатор 15 і схему 13 формувача сигналів керування затвором, в той час як напруга V(gs 0), виведене зі схеми 13 формувача сигналів керування затвором, є негативним.

[0082] Як показано на фіг. 14(a), піковий струм I(L30) схем�казанного на фіг. 16. Крім того, як показано на фіг. 14(b), коли напруга V(gs), прикладена до затвору перемикаючого елемента Q1', змінюється з від'ємного на позитивне, конденсатор 35 розряджається, і напруга V(vdc1) на контактних виводах конденсатора 35 стає трохи нижче в межах часу в 41 мкс, як показано на фіг. 14(c). З іншого боку, коли напруга V(gs), прикладена до затвору перемикаючого елемента Q1', змінюється з позитивного на негативне конденсатор 15 розряджається, і напруга V(vdc2) на контактних виводах конденсатора 15 стає трохи вище в межах часу в 51 мкс, як показано на фіг. 14(c).

[0083] Як описано вище, коли перемикаючий елемент Q1' включається, напівпровідниковий модуль четвертого варіанту здійснення подає достатній струм імпульсу в якості струму I(R2) затвора в затвор перемикаючого елемента Q1', як показано на фіг. 14(a). Крім цього, в цей час, піковий струм I(L30) схеми 13 формувача сигналів керування затвором є дуже невеликим.

Швидкість зміни між затвором і витоком перемикаючого елемента Q1' в силу цього підвищується.

[0084] Як описано вище, четвертий варіант здійснення цього винаходу пригнічує піковий струм I(L30) схеми 1мирователя сигналів управління затвором. Отже, розмір схеми 13 формувача сигналів керування затвором може бути зменшений. Крім того, оскільки падіння напруги, яка виникає внаслідок імпедансу межсоединения затвора, існуючого між схемою 13 формувача сигналів керування затвором і напівпровідниковим модулем S1', стає меншим, можна пригнічувати вплив імпедансу межсоединения затвора.

[0085] Більш того, оскільки швидкість зміни напруги між затвором і витоком перемикаючого елемента Q1' може здаватися вище, можна здійснювати високошвидкісне перемикання за допомогою перемикаючого елемента Q1'.

[0086] Конденсатор 41 відповідає "четвертого конденсатору"; діод 44 і резистор 45 відповідають "зарядної схемі, виконаній з можливістю заряджати третій конденсатор"; і діод 42 і резистор 43 відповідають "розрядної схемі, виконаній з можливістю розряджати четвертий конденсатор".

[0087] Другий порівняльний приклад

Фіг. 15 є принциповою схемою схеми верхнього плеча другого порівняльного прикладу. Схема плеча другого порівняльного прикладу включає в себе схему 13 формувача сигналів керування затвором, імпеданс 12 затвора і напівпровідниковий модуль S0. �емент 34, конденсатор 15 або конденсатор 35, показані на фіг. 11. Решта конфігурації є ідентичною решті частини конфігурації напівпровідникового модуля S1, показаного на фіг. 11. З цієї причини, опису іншої частини конфігурації виключаються.

[0088] Далі, з посиланням на схеми форми сигналу, показані на фіг. 16, надаються описи того, як схема плеча другого порівняльного прикладу виконує операцію перемикання. Схема 13 формувача сигналів керування затвором виводить напруга V(gs 0) сигналу з прямокутною формою сигналу, щоб перемикати перемикаючий елемент Q1. Напруга V(gs 0) сигналу прикладається до затвору перемикаючого елемента Q1 через імпеданс 12 затвора і резистор 11 затвора і тим самим стає напругою V(gs) між затвором і витоком перемикаючого елемента Q1. Швидкість зміни dv/dt напруги V(gs) між затвором і витоком пригнічується за допомогою заряду і розряду вхідний ємності 17. Швидкість зміни зарядних і розрядних струмів пригнічується за допомогою імпедансу 12 затвора. З причин, коли зміна напруги V(gs) між затвором і витоком затримується, швидкість перемикання перемикаючого елемента Q1 сповільнюється одночасно з цим, як пок�я затвором має піковий струм, який майже дорівнює 1 A. Оскільки цей піковий струм повинен бути поданий з схеми 13 формувача сигналів керування затвором, електростатичну напругу схеми 13 формувача сигналів керування затвором стає великим, і це вимога одночасно обмежує зменшення розміру схеми 13 формувача сигналів управління затвором.

[0090] Хоча вищенаведені описи надані щодо змісту цього винаходу на основі варіантів здійснення, даний винахід не обмежена тим, що описано, і фахівцям в даній області техніки повинно бути очевидним, що різні модифікації та поліпшення можуть здійснюватися у цьому винаході.

[0091] Вміст заявки на патент (Японія) № 2011-107171 (поданій 12 травня 2011 року) і вміст заявки на патент (Японія) № 2011-200308 (поданій 14 вересня 2011 року) повністю міститься в даному документі по посиланню.

Промислова придатність

[0092] Кожен з конденсаторів 15, 25 підключається таким чином, щоб запобігати помилкове спрацьовування за допомогою програми напруги зсуву між затвором і витоком кожного з перемикаючих елементів Q1-Q6. З цієї причини, конденсатори 15, 25 не повинні розряджатися кожен роскольку конденсатори 15, 25 не повинні заряджатися або розряджатися кожен раз, коли виконується управління перемиканням, варіанти здійснення допускають: зменшення навантажень на схеми 13, 23 формувача сигналів керування затвором; запобігання формування різких форм сигналів висновків з схем 13, 23 формувача сигналів керування затвором; запобігання виникнення затримки при операції перемикання; запобігання та зниження швидкості перемикання. Отже, перемикає схема і напівпровідниковий модуль варіантів здійснення цього винаходу є промислово придатними.

Список посилальних позицій

[0093] 100 - інвертор

101 - джерело живлення постійного струму

102 - конденсатор

103 - навантаження змінного струму

1041, 1043, 1045 - схема верхнього плеча

1042, 1044, 1046 - схема нижнього плеча

105 - контролер

Q1-Q6, Q1' - перемикаючий елемент

D1-D6, 42, 44 - діод

11, 21 - резистор затвора

12, 22 - імпеданс затвора

13, 23 - схема формувача сигналів керування затвором

14, 24, 34 - перемикаючий елемент

15, 18, 25, 28, 35, 41 - конденсатор

1 - контактний висновок позитивного електрода

2 - контактний висновок негативного електрода

3 - контактний висновок змінного токхема, містить:
- перший перемикаючий елемент;
- резистор, вставлений між керуючим електродом першого перемикаючого елемента і вихідним контактним висновком схеми керування, виконаної з можливістю виконувати управління перемиканням для першого перемикаючого елемента;
- перший конденсатор і другий перемикаючий елемент, підключені між керуючим електродом першого перемикаючого елемента і електродом на стороні з низьким потенціалом першого перемикаючого елемента, при цьому:
електрод на стороні з високим потенціалом другого перемикаючого елемента підключений до керуючого електроду першого перемикає елемент,
електрод на стороні з низьким потенціалом другого перемикаючого елемента підключено до одного електрода першого конденсатора,
інший електрод першого конденсатора підключений до електрода на стороні з низьким потенціалом першого перемикаючого елемента
керуючий електрод другого перемикаючого елемента підключено до електрода резистора, при цьому згаданий електрод підключений до схемою управління.

2. Перемикає схема п. 1, додатково містить другий конденсатор, вставлений між керуючим електродом другого пом другий конденсатор має ємність менше, чим ємність першого конденсатора.

3. Перемикає схема п. 1 або 2, в якій:
- перший перемикаючий елемент сформований з напівпровідникового пристрою з широкою забороненою зоною, та
- напівпровідниковий пристрій з широкою забороненою зоною є будь уніполярного транзистора, електрод на стороні з високим потенціалом якого служить в якості електрода стоку, а електрод на стороні з низьким потенціалом служить в якості електрода витоку, і біполярного транзистора, електрод на стороні з високим потенціалом якого служить в якості електрода колектора, а електрод на стороні з низьким потенціалом служить в якості електрода емітера.

4. Перемикає схема п. 1 або 2, в якій:
- другий перемикаючий елемент є будь PNP-транзистора, електрод на стороні з високим потенціалом якого служить в якості електрода емітера, а електрод на стороні з низьким потенціалом служить в якості електрода колектора, і польового транзистора з каналом p-типу, електрод на стороні з високим потенціалом якого служить в якості електрода витоку, а електрод на стороні з низьким потенціалом служить в якості електрода стоку.

5. Перемикає схема п. 1 або 2�го і відключеним станом є негативним напругою.

6. Перемикає схема п. 1, додатково містить третій конденсатор і третій перемикаючий елемент, підключені між керуючим електродом першого перемикаючого елемента і електродом на стороні з низьким потенціалом першого перемикаючого елемента, при цьому:
електрод на стороні з низьким потенціалом третього перемикаючого елемента підключений до керуючого електроду першого перемикає елемент,
електрод на стороні з високим потенціалом третього перемикаючого елемента підключено до одного електрода третього конденсатора,
інший електрод третього конденсатора підключений до електрода на стороні з низьким потенціалом першого перемикаючого елемента
керуючий електрод третього перемикаючого елемента підключено до електрода резистора, при цьому згаданий електрод підключений до схемою управління.

7. Перемикає схема п. 6, в якій:
- третій перемикаючий елемент має граничне значення для включення на основі різниці потенціалів, яка виникає між двома кінцями резистора в процесі, за допомогою якого напруга, прикладена до керуючого електроду першого перемикаючого елемента, що змінюється з від'ємного на позитивно яка виникає між двома кінцями резистора в процесі, за допомогою якого напруга, прикладена до керуючого електроду першого перемикаючого елемента, що змінюється з позитивного на негативне.

8. Перемикає схема п. 6 або 7, яка додатково містить четвертий конденсатор, що має один електрод, підключений до керуючого електроду третього перемикаючого елемента, і інший електрод, підключений до електрода резистора, який підключений до схемою управління.

9. Перемикає схема п. 8, додатково містить:
- перший діод і другий резистор, підключені між одним електродом четвертого конденсатора і одним електродом першого конденсатора, при цьому перший діод і другий резистор підключені послідовно, анод першого діода розміщений на боці одного електрода першого конденсатора, а катод першого діода розміщений на боці одного електрода четвертого конденсатора;
- другий діод і третій резистор, підключені між одним електродом третього конденсатора і електродом резистора, який підключений до схемою управління, при цьому другий діод і третій резистор підключені послідовно, анод другого діода розміщений на стороні електрода резистора, причому згаданий електрод підключений до схеми управловий модуль, в якому напівпровідникові кристали, ємнісні елементи, резистивні елементи і металеві межсоединения підключені і вбудовані в напівпровідниковий модуль таким чином, щоб здійснювати перемикає схему п. 1.



 

Схожі патенти:

Пристрій захисту від негативних викидів при відключенні індуктивного навантаження

Винахід відноситься до області електротехніки і може бути використане для захисту силових ланцюгів живлення індуктивного навантаження від викидів перенапруги при вимиканні

Перемикаючий пристрій з каскодной схемою

Винахід відноситься до галузі електронної схемотехніки, зокрема до перемикається пристрою. Досягнутий технічний результат - обмеження швидкості зміни напруги на перемикачах або завдання певного рівня напруги. Перемикаючий пристрій для перемикання струму між першим висновком (1) та другим виводом (2) містить каскодную схему з послідовним включенням першого напівпровідникового перемикача (М) і другого напівпровідникового перемикача (J), обидва напівпровідникових перемикача (М, J) з'єднані один з одним через спільну точку (13), при цьому управління першим напівпровідниковим перемикачем (М) проводиться за допомогою першого керуючого входу у відповідності з напругою між першим керуючим входом і першим висновком (1), а управління другим напівпровідниковим перемикачем (J) проводиться за допомогою другого керуючого входу (4) у відповідності з напругою між другим керуючим входом (4) і загальною точкою (13), а між другим виводом (2) і щонайменше одним із керуючих входів підключена керуюча схема, оснащена ємністю (З), виконаній з можливістю попереднього встановлення її величини. 12 з.п. ф-ли. 7 іл.

Схема збудження ємнісний навантаження і пристрій, що включає в себе її

Винахід відноситься до схеми збудження ємнісний навантаження, яка збуджує ємнісне навантаження на підставі вхідної напруги, і до пристрою відображення, що включає в себе схему збудження ємнісний навантаження

Електронний ключ

Винахід відноситься до електронної техніки, зокрема до імпульсної техніки, і може бути використане в модуляторах імпульсних РЛС передавачів

Високовольтний транзисторний ключ

Винахід відноситься до імпульсної техніки і може бути використане для комутації високих напруг, наприклад, у вторинних джерелах електроживлення

Транзисторний ключ

Винахід відноситься до комутації силових електричних сигналів, наприклад, у пристроях автоматики або перетворювальної техніки

Силовий транзисторний ключ

Винахід відноситься до імпульсної техніки і може бути використано в якості безконтактної захисту вторинних джерел електроживлення

Електронне реле

Винахід відноситься до комутаційної техніки

Транзисторний ключ

Винахід відноситься до імпульсної техніки, а саме до пристроїв комутації потужнострумових електричних сигналів, і може бути використане в пристроях електроприводу і перетворювачах енергії постійної напруги

Псевдодифференциальний каскодний вихідний буфер

Винахід відноситься до області комутаційних середовищ для обчислювальних систем і може бути використане як вихідний буферний каскад передавача у високошвидкісних багатоканальних інтерфейсах. Технічним результатом є зменшення тремтіння вихідного сигналу і збільшення діапазону диференціального розмаху вихідної напруги шляхом забезпечення можливості передачі високошвидкісного потоку даних. Пристрій містить основний керований джерело стабільного струму, формувач основного опорного напруги, пару основних джерел струму, пару основних ключів, дублер основного ключа, пару терминирующих резисторів, пару диференціальних котушок, допоміжний джерело струму, пару ключів допоміжних, дублер допоміжного джерела струму, дублер допоміжного ключа, допоміжний керований джерело стабільного струму і формувач допоміжного опорного напруги. 1 іл.

Приймач послідовного інтерфейсу з елементом гальванічної розв'язки

Винахід відноситься до галузі електроніки, зокрема до пристроїв прийому і передачі інформації по дротових ліній зв'язку. Технічний результат полягає у створенні простого і надійного пристрою приймача з елементом гальванічної розв'язки і малим струмом споживання. Приймач послідовного інтерфейсу з елементом гальванічної розв'язки містить елемент гальванічної розв'язки, послідовно включені кодуючий пристрій вхідної інформації, формувач тривалості імпульсів, кінцевий підсилювач передавача, а також послідовно включені вхідний підсилювач приймача і декодуючий пристрій, причому елемент гальванічної розв'язки включений між кінцевим підсилювачем передавача і ліній зв'язку, а вхід підсилювача приймача підключений до виходу кінцевого підсилювача передавача, при цьому вхідні сигнали, які надходять на елемент гальванічної розв'язки, кодуються двома різнополярними імпульсами, відповідними фронту і спаду вхідного сигналу. 3 з.п. ф-ли, 2 іл.

Керований комутатор елементів ланцюга

Винахід відноситься до обчислювальної техніки, інформаційно-вимірювальної техніки, автоматики і промислової електроніки і може бути використано, зокрема, для комутації резисторів в цифроаналогових перетворювачах і мостових ланцюгах для визначення параметрів двополюсників і параметрів схеми заміщення датчиків. Технічним результатом є зменшення прямого опору і залишкового напруги комутатора. Пристрій містить операційний підсилювач-формувач напруги, формувач напруги, два джерела постійної напруги різної полярності, два p-n-p транзистора, два n-p-n транзистори, резистори. 1 іл.

Комутаційна схема і спосіб управління споживачем електроенергії

Винахід відноситься до області електротехніки і може бути використане в комутаційній схемі управління споживачем (М) електроенергії з мостовою схемою

Управління роботою електронних вентилів з ізольованим затвором

Винахід відноситься до управління роботою електронних вентилів, що мають ізольований затвор, зокрема до управління роботою біполярного транзистора з ізольованим затвором (БТИЗ)

Спосіб функціонування електронного вентиля

Винахід відноситься до області електротехніки і може бути використане в силових перетворювачах високої потужності, таких як біполярний транзистор з ізольованим затвором (IGBT)

Комутатор цифрових диференціальних сигналів

Винахід відноситься до автоматики та обчислювальної техніки і призначене для виконання функції адресної комутації на два цифрових інформаційних виходу з рівнем транзисторно-транзисторної логіки множини вхідних цифрових диференціальних (різницевих) сигналів будь-якого двополярної дворівневого або трирівневого самосинхронизирующегося послідовного двійкового коду і може бути використано, наприклад, при побудові багатоканальних пристроїв для введення інформації в системах провідний цифрового зв'язку

Комутатор цифрових диференціальних сигналів

Винахід відноситься до автоматики та обчислювальної техніки і призначене для виконання функцій адресної комутації на два цифрових інформаційних виходу з рівнем транзисторно-транзисторної логіки множини вхідних цифрових диференціальних сигналів в складній завадовій обстановці

Трифазний комутатор

Винахід відноситься до імпульсної техніки і може бути використане для включення і відключення навантаження трифазної
Up!