本發(fā)明涉及用于為用于半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生可變的基準(zhǔn)信號(hào)的一種裝置和一種方法。此類裝置用于例如檢測(cè)IGBT(“絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor)”)中的短路或者過(guò)電流狀態(tài)。

背景技術(shù)：

在一些功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中，可以施加有高電壓并且引入有高電流。短路或者過(guò)高的電流由此會(huì)快速地導(dǎo)致功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的熱破壞。因此，功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)可以具有用于檢測(cè)短路或者過(guò)電流狀態(tài)的保護(hù)電路。檢測(cè)這些狀態(tài)的可能性在于，根據(jù)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)上下降的電壓，間接地監(jiān)控流經(jīng)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的電流。而該電壓應(yīng)在閉合功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)后，快速地從關(guān)斷的狀態(tài)(“關(guān)斷的狀態(tài)”或者“斷開(kāi)(AUS)狀態(tài)”是功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)“斷開(kāi)”并且沒(méi)有電流通過(guò)的狀態(tài))中相對(duì)高的電平降至合攏的狀態(tài)(“合攏的狀態(tài)”或者“接通(AN)狀態(tài)”是功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)“閉合”并且有電流通過(guò)的狀態(tài))中相對(duì)低的電平。對(duì)應(yīng)地，功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)(例如柵極-發(fā)射極驅(qū)動(dòng)信號(hào))具有接通狀態(tài)和斷開(kāi)狀態(tài)，其中在接通狀態(tài)中，功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)保持閉合狀態(tài)，而在斷開(kāi)狀態(tài)中，功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)。

圖6中左下的實(shí)曲線678示出在從關(guān)斷的狀態(tài)到合攏的狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，IGBT(IGBT是一種示例性功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān))的集電極-發(fā)射極電壓的示例性曲線走向(相關(guān)的示例性控制信號(hào)630的曲線走向顯示在左上方)。如所顯示的，集電極-發(fā)射極電壓劇烈地下降至極低的數(shù)值(幾乎為0伏)。IGBT的示例性短路特性顯示在圖6中的右下方(實(shí)曲線678)。相反于正常運(yùn)行，集電極-發(fā)射極電壓沒(méi)有下降至極低的數(shù)值，然而，同時(shí)IGBT中能夠有高電流流過(guò)(例如在IGBT的三倍的額定電流至十倍的額定電流之間)。在其它短路情形下，集電極-發(fā)射極電壓雖然首先降低至正常運(yùn)行中的數(shù)值，但是隨后再次升高。由此引起功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的較高的熱負(fù)荷，而功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)在相對(duì)短的時(shí)間后可能會(huì)受損。就此而言，例如若干IGBT在合攏的狀態(tài)中經(jīng)受住短路約10μs，而不會(huì)受損。因此，用于檢測(cè)在該時(shí)間范圍內(nèi)的短路或者過(guò)電流狀態(tài)的保護(hù)電路確保功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)被切斷。在除了IGBT的其它功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中也可以發(fā)現(xiàn)類似的工作特性。如短路狀態(tài)，可以通過(guò)提高的集電極-發(fā)射極電壓顯示出過(guò)電流狀態(tài)。不過(guò)，相較于短路情形下，在過(guò)電流情形下，集電極-發(fā)射極電壓可以更接近正常情形下的集電極-發(fā)射極電壓。

所描繪的正常運(yùn)行與短路和/或過(guò)電流情形之間的集電極-發(fā)射極電壓的曲線走向中的區(qū)別可以在用于檢測(cè)短路或者過(guò)電流狀態(tài)的保護(hù)電路中得到充分利用，以便檢測(cè)短路或者過(guò)電流狀態(tài)。因此，有可能定義用于集電極-發(fā)射極電壓的閾值，使用該閾值，以便檢測(cè)短路或者過(guò)電流狀態(tài)的存在。舉例而言，當(dāng)集電極-發(fā)射極電壓上升到超過(guò)閾值時(shí)(參見(jiàn)圖6的右下部)，可以檢測(cè)到短路或者過(guò)電流狀態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的用于為用于功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制電路產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的第一種裝置包括：用于提供動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器，該動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)在功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換過(guò)程后的預(yù)定時(shí)間結(jié)束后具有穩(wěn)態(tài)的信號(hào)電平；無(wú)源的充電電路，該充電電路被設(shè)計(jì)為響應(yīng)于功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)從斷開(kāi)狀態(tài)到接通狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，在至少一部分所述預(yù)定時(shí)間內(nèi)，將動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的信號(hào)電平提高至高于穩(wěn)態(tài)的信號(hào)電平，以便產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)；以及用于分接出動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的輸出端。

通過(guò)此類裝置，有可能可靠地并且足夠快速地檢測(cè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中的短路和/或過(guò)電流狀態(tài)。特別地，相較于具有穩(wěn)態(tài)的基準(zhǔn)信號(hào)的裝置而言，可以降低錯(cuò)誤地檢測(cè)短路和/或過(guò)電流狀態(tài)的概率。這通過(guò)響應(yīng)于功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)從斷開(kāi)狀態(tài)到接通狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，在至少一部分預(yù)定時(shí)間內(nèi)，短時(shí)地提高基準(zhǔn)信號(hào)的電平得以實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，本發(fā)明的裝置能夠完成動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的電平的提高，而無(wú)需有源的部件。相較于具有有源的部件的同類裝置，該裝置由此可以更成本低廉和更穩(wěn)固。在一些實(shí)施例中，能夠可靠地以相對(duì)較低的花費(fèi)并且以可忽略地低的溫度漂移設(shè)計(jì)該裝置。

動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的示例性曲線走向示出在圖6中的左下部(虛線648)。響應(yīng)于功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)從斷開(kāi)狀態(tài)到接通狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的電平跳躍式地提高，并且接著持續(xù)地下降，直至再次達(dá)到穩(wěn)態(tài)的電平。緊接著從斷開(kāi)狀態(tài)到接通狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過(guò)程的該提高的基準(zhǔn)電壓可以用在保護(hù)電路中。保護(hù)電路不觸發(fā)，因?yàn)榇砑姌O-發(fā)射極電壓的信號(hào)(U_C’E)始終停留在基準(zhǔn)信號(hào)以下。

在根據(jù)第一種裝置的第二種裝置中，動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)是動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)電壓。

在根據(jù)第一種或者第二種裝置的第三種裝置中，功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)是IGBT。

在根據(jù)在前的裝置中任一種的第四種裝置中，無(wú)源的充電電路包括RC元件。

在根據(jù)第四種裝置的第五種裝置中，無(wú)源的充電電路被設(shè)計(jì)為使得功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)可以耦合至RC元件的電容的第一端子上，并且RC元件的電容的第二端子直接或者間接地耦合至用于分接出動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的輸出端上。

在根據(jù)在前的裝置中任一種的第六種裝置中，無(wú)源的充電電路被設(shè)計(jì)為響應(yīng)于控制信號(hào)的轉(zhuǎn)換，跳躍狀地提高動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的信號(hào)電平。

在根據(jù)第五種或者第六種裝置的第七種裝置中，無(wú)源的充電電路被進(jìn)一步設(shè)計(jì)為使得緊接著功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)從接通狀態(tài)到斷開(kāi)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，RC元件的電容充電。

在根據(jù)第四種裝置或者第四種裝置和第五種至第七種裝置中任一種的第八種裝置中，無(wú)源的充電電路被設(shè)計(jì)為使得緊接著控制信號(hào)的轉(zhuǎn)換，RC元件的電容放電，并且因此產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的暫時(shí)提高的電平，并且通過(guò)放電，使其再次返回穩(wěn)態(tài)的電平。

在根據(jù)第八種裝置的第九種裝置中，RC元件的1/e時(shí)間常數(shù)大于1μs。

在根據(jù)第八種裝置的第十種裝置中，RC元件的1/e時(shí)間常數(shù)位于5至15μs之間。

在根據(jù)在前的裝置中任一種的第十一種裝置中，基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器含有用于產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)的信號(hào)電平的電路。

在根據(jù)第十一種裝置的第十二種裝置中，用于產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)的信號(hào)電平的電路包括一個(gè)或多個(gè)電阻以及用于接收恒定電流的輸入端，其中用于產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)的信號(hào)電平的電路被配置為將恒定電流傳導(dǎo)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)電阻，使得在一個(gè)或多個(gè)電阻上，穩(wěn)態(tài)的基準(zhǔn)電壓下降，以便產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)的信號(hào)電平。

在根據(jù)第十二種裝置的第十三種裝置中，一個(gè)或多個(gè)電阻耦合至第一內(nèi)部基準(zhǔn)電平。

在根據(jù)第十三種裝置的第十四種裝置中，第一內(nèi)部基準(zhǔn)電平對(duì)應(yīng)于功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的發(fā)射極電壓、陰極電壓或者源極電壓。

在根據(jù)在前的裝置中任一種的第十五種裝置中，裝置進(jìn)一步包括第一箝位電路，該箝位電路被設(shè)計(jì)為將動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)電壓限定至預(yù)定的最小電平。

在根據(jù)第十五種裝置的第十六種裝置中，最小電平對(duì)應(yīng)于功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的發(fā)射極電壓、陰極電壓或者源極電壓。

在根據(jù)第十五種裝置的第十七種裝置中，最小電平小于或者等于穩(wěn)態(tài)的信號(hào)電平。

在根據(jù)在前的裝置中任一種的第十八種裝置中，裝置進(jìn)一步包括第二箝位電路，該箝位電路被設(shè)計(jì)為將動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)電壓限制至預(yù)定的最大電平。

在根據(jù)第十八種裝置的第十九種裝置中，最大電平對(duì)應(yīng)于接通狀態(tài)中控制信號(hào)的信號(hào)電平。

在根據(jù)在前的裝置中任一種的第二十種裝置中，裝置進(jìn)一步包括無(wú)源的開(kāi)關(guān)，該無(wú)源的開(kāi)關(guān)耦合至基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器和無(wú)源的充電電路之間，其中無(wú)源的開(kāi)關(guān)被設(shè)計(jì)為響應(yīng)于功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)從接通狀態(tài)到斷開(kāi)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，將基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器和無(wú)源的充電電路隔離。

在根據(jù)在前的裝置中任一種的第二十一種裝置中，預(yù)定時(shí)間位于4和25μs之間。

在根據(jù)在前的裝置中任一種的第二十二種裝置中，預(yù)定時(shí)間位于8至15μs之間。

在根據(jù)在前的裝置中任一種的第二十三種裝置中，無(wú)源的充電電路被設(shè)計(jì)為響應(yīng)于功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)從斷開(kāi)狀態(tài)到接通狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，在整個(gè)預(yù)定時(shí)間內(nèi)，將動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的信號(hào)電平提升至高于穩(wěn)態(tài)的信號(hào)電平，以便產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)。

在根據(jù)在前的裝置中任一種的第二十四種裝置中，動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)是電壓信號(hào)。

在根據(jù)第一種至第二十三種裝置中任一種的第二十五種裝置中，動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)是電流信號(hào)。

在根據(jù)第十一種裝置或者第十一種裝置和在前的裝置中任一種的第二十五種裝置中，用于產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)的信號(hào)電平的電路包括用于接收恒定電壓的輸入端。

在根據(jù)在前的裝置中任一種的第二十六種裝置中，裝置的內(nèi)部基準(zhǔn)電平形成穩(wěn)態(tài)的信號(hào)電平。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例的用于功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的第一種控制電路包括：根據(jù)第一種至第二十六種裝置中任一種的用于為用于功率可半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制電路產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置；短路和/或過(guò)電流狀態(tài)檢測(cè)電路，其接收用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置輸出的動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)，以及代表集電極-發(fā)射極電壓的信號(hào)、代表陽(yáng)極-陰極電壓的信號(hào)或者代表功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的漏極-源極電壓的信號(hào)，并且設(shè)計(jì)為將動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)與代表集電極-發(fā)射極電壓、代表陽(yáng)極-陰極電壓或者代表漏極-源極電壓的信號(hào)相比較，以便產(chǎn)生指示在功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中存在短路和/或過(guò)電流狀態(tài)的故障信號(hào)；以及驅(qū)動(dòng)電路，其接收故障信號(hào)并且設(shè)計(jì)為當(dāng)故障信號(hào)指示在功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中存在短路和/或過(guò)電流狀態(tài)時(shí)，關(guān)斷功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。

在根據(jù)第一種控制電路的第二種控制電路中，當(dāng)代表集電極-發(fā)射極電壓、代表陽(yáng)極-陰極電壓或者代表漏極-源極電壓的信號(hào)大于動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，短路和/或過(guò)電流狀態(tài)檢測(cè)電路指示在功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中存在短路和/或過(guò)電流狀態(tài)。

在根據(jù)第一種或者第二種控制電路并且第十一種至第十三種裝置中任一種裝置的第三種控制電路中，驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)一步包括用于產(chǎn)生恒定電流的電流源。

第一種用于提供電能的裝置包括一個(gè)或多個(gè)用于連接至電能源的輸入端、一個(gè)或多個(gè)用于連接一個(gè)或多個(gè)負(fù)載的輸出端、第一種至第三種控制電路中的一種以及通過(guò)控制電路控制的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，其中裝置設(shè)計(jì)為通過(guò)控制功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，將電能從一個(gè)或多個(gè)輸入端傳遞至一個(gè)或多個(gè)輸出端。

在根據(jù)第一種用于提供電能的裝置的第二種用于提供電能的裝置中，功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)是IGBT或者反向閉塞的IGBT。

在根據(jù)第一種用于提供電能的裝置的第三種用于提供電能的裝置中，功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)是GTO、IEGT、MOSFET或者雙極型晶體管。

在根據(jù)第一種至第三種用于提供電能的裝置中任一種的第四種用于提供電能的裝置中并且在第四種裝置中，RC元件的電容以一時(shí)間常數(shù)放電，該時(shí)間常數(shù)被選擇以避免在正常運(yùn)行中短路和/或過(guò)電流狀態(tài)檢測(cè)電路檢測(cè)到短路和/或過(guò)電流狀態(tài)。

在根據(jù)第一種至第四種用于提供電能的裝置中任一種的第五種用于提供電能的裝置中并且在第四種裝置中，RC元件的電容以一時(shí)間常數(shù)放電，該時(shí)間常數(shù)被選擇以確保在短路和/或過(guò)電流情形下短路和/或過(guò)電流狀態(tài)檢測(cè)電路檢測(cè)到短路和/或過(guò)電流狀態(tài)。

在根據(jù)第一種至第五種用于提供電能的裝置中任一種的第六種用于提供電能的裝置中，控制電路進(jìn)一步包括第二功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、用于第二功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的第二控制電路，其中第二控制電路包括根據(jù)裝置1至25中任一種的為用于第二功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制電路產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的第二裝置；第二短路和/或過(guò)電流狀態(tài)檢測(cè)電路，其接收用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的第二裝置輸出的動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)以及代表集電極-發(fā)射極電壓的信號(hào)，或者代表集電極-發(fā)射極電壓、代表陽(yáng)極-陰極電壓或者代表功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的漏極-源極電壓的信號(hào)，并且設(shè)計(jì)為將動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)與代表集電極-發(fā)射極電壓、代表陽(yáng)極-陰極電壓或者代表漏極-源極電壓的信號(hào)相比較，以便產(chǎn)生指示在第二功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中存在短路和/或過(guò)電流狀態(tài)的第二故障信號(hào)；以及第二驅(qū)動(dòng)電路，其接收第二故障信號(hào)并且設(shè)計(jì)為當(dāng)故障信號(hào)指示在功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中存在短路和/或過(guò)電流狀態(tài)時(shí)，關(guān)斷第二功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。

在根據(jù)第六種用于提供電能的裝置的第七種用于提供電能的裝置中，第一和第二功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)串聯(lián)連接，并且裝置設(shè)計(jì)為使得在第一和第二功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)之間耦合有負(fù)載，并且經(jīng)由串聯(lián)連接的第一和第二功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)施加輸入電壓。

在根據(jù)第七種用于提供電能的裝置的第八種用于提供電能的裝置中，第一和第二功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)為承載100V至15kV之間的電壓。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于為功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的方法，其中該方法包括產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)的基準(zhǔn)信號(hào)；接收功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)；使用無(wú)源的電路，響應(yīng)于功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)從斷開(kāi)狀態(tài)到接通狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，在至少一部分預(yù)定時(shí)間內(nèi)提高穩(wěn)態(tài)的基準(zhǔn)信號(hào)的電平；并且輸出動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)。

附圖說(shuō)明

參考下面的附圖，說(shuō)明本發(fā)明的非限制性的以及非詳盡的實(shí)施例，其中只要沒(méi)有另外說(shuō)明，在不同附圖中相同的參考標(biāo)號(hào)標(biāo)記相同的部件。

圖1示出一種為負(fù)載提供電能的裝置。

圖2顯示一種示例性的控制電路。

圖3示出一種示例性的用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置。

圖4A示出用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置的一個(gè)實(shí)施例。

圖4B示出用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置的另一實(shí)施例。

圖5A示出根據(jù)圖4A的用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置中的不同信號(hào)。

圖5B示出根據(jù)圖4B的用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置中的不同信號(hào)。

圖6示出在正常狀態(tài)中以及在短路和/或過(guò)電流狀態(tài)中，用于為根據(jù)圖1的負(fù)載提供電能的不同信號(hào)。

圖7示出用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置的另一實(shí)施例。

圖8示出根據(jù)圖7的用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置中的不同信號(hào)。

具體實(shí)施方式

在接下來(lái)的說(shuō)明中，列舉出大量細(xì)節(jié)，以便能夠深刻理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠明白，要實(shí)施當(dāng)前發(fā)明，具體的細(xì)節(jié)并非必要的。在別處沒(méi)有詳細(xì)地描繪已知的裝置和方法，以便不非必要地使得本發(fā)明很難理解。

在本說(shuō)明書(shū)中，提及“一種實(shí)施方案”、“一種設(shè)計(jì)方案”、“一種實(shí)施例”或者“實(shí)施例”指的是與該實(shí)施方式相關(guān)所說(shuō)明的特定特征、結(jié)構(gòu)或者屬性包含在本發(fā)明的至少一種實(shí)施方式中。因此，在該說(shuō)明書(shū)中的不同位置處的短語(yǔ)“在一種實(shí)施方案中”、“在一種實(shí)施方式中”、“一種實(shí)施例”或者“實(shí)施例”并非全都絕對(duì)指的是同一實(shí)施方式或者同一實(shí)施例。此外，特定的特征、結(jié)構(gòu)或者屬性可以在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式或者實(shí)施例中以任意合適的組合和/或子組合中組合。特別的特征、結(jié)構(gòu)或者屬性可以包含在集成電路中、電子電路中、電路邏輯中或者其它提供所說(shuō)明的功能性的合適的部件中。另外，還應(yīng)指出，附圖用于為本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)行闡述的目的，并且未必按照比例繪制這些附圖。

上文中說(shuō)明的、在正常運(yùn)行和短路和/或過(guò)電流運(yùn)行之間的集電極-發(fā)射極電壓的曲線走向的區(qū)別可以在保護(hù)電路中得到充分利用，以便檢測(cè)短路或者過(guò)電流狀態(tài)。舉例而言，當(dāng)集電極-發(fā)射極電壓上升至高于閾值時(shí)(參見(jiàn)圖6的右下部)，可以檢測(cè)到短路或者過(guò)電流狀態(tài)。不過(guò)，集電極-發(fā)射極電壓的下降并非必然是單調(diào)的。如同樣在圖6中顯示的，恰巧就在合攏功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)后，該下降可以具有電壓峰值和電壓谷值。對(duì)于靜態(tài)的基準(zhǔn)電壓，這可能會(huì)導(dǎo)致保護(hù)電路錯(cuò)誤地接受短路和/或過(guò)電流情形并且關(guān)斷功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。同樣地，對(duì)于具有相對(duì)惰性的轉(zhuǎn)換特性的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，達(dá)到靜態(tài)狀態(tài)的時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)(例如明顯長(zhǎng)于10μs)。設(shè)定為接近功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的具體靜態(tài)正向電壓(spezifische statische Flussspannung)的靜態(tài)基準(zhǔn)電壓可以因此同樣導(dǎo)致保護(hù)電路錯(cuò)誤地接受短路情形和/或過(guò)電流情形并且關(guān)斷功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。在這種情形下，保護(hù)電路可以檢測(cè)到危險(xiǎn)地提高的電壓，即便在特定時(shí)間點(diǎn)提高的電壓電平應(yīng)只歸于功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的惰性。

圖1示出用于為負(fù)載110提供電能的裝置100(也可以稱為功率轉(zhuǎn)換器)。不過(guò)，能量流也可以顯示其它方向。那時(shí)，元件110指的是發(fā)電機(jī)。在另外的其它裝置中，在不同運(yùn)行狀態(tài)中的元件110既可以作為負(fù)載起作用，也作為發(fā)電機(jī)起作用。在下文中談?wù)摰膬H僅是用于提供能量的裝置，這包括此時(shí)討論的所有情形(能量可以被提供至不同的輸出端)。裝置包括兩個(gè)串聯(lián)連接的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)104、106。此外，裝置100可以接收直流輸入電壓102(U_IN)。裝置設(shè)計(jì)為通過(guò)控制功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)104、106，將電能從輸入端傳遞至輸出端，而在輸出端上連接有負(fù)載110(或者以相反的方向)。用于提供電能的裝置在此可以控制傳達(dá)給負(fù)載的電壓電平、電流電平或者這兩個(gè)參數(shù)的組合。

在圖1的實(shí)施例中，功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)104、106是IGBT。在下文中以IGBT為例子闡述這些裝置和方法。不過(guò)，用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置、控制電路和根據(jù)本發(fā)明的用于提供電能的裝置并不局限于IGBT的使用。更確切地說(shuō)，它們也可以與其它功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)組合使用。舉例而言，金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)、雙極型晶體管、IEGT(注入增強(qiáng)柵極晶體管“injection enhancement gate transistor”)和GTO(門極可關(guān)斷晶閘管“gate turn-off thyristor”)可以與用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置、控制電路和根據(jù)本發(fā)明的用于提供電能的裝置一起使用。用于檢測(cè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)上的電壓的曲線走向的裝置、控制電路以及用于提供電能的裝置也可以與基于氮化鎵(GaN)半導(dǎo)體或者碳化硅(SiC)半導(dǎo)體的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)一起使用。

關(guān)斷的狀態(tài)中功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的最大標(biāo)稱集電極-發(fā)射極電壓、陽(yáng)極-陰極電壓或者漏極-源極電壓可以高于500V，優(yōu)選地高于2kV。

另外，用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置、控制電路以及根據(jù)本發(fā)明的用于提供電能的裝置不局限于功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。因此，其它半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)也可以與用于檢測(cè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)上的電壓的曲線走向的裝置、控制電路以及用于提供電能的裝置一起使用。在此討論的效果和優(yōu)點(diǎn)也至少部分地出現(xiàn)在具有其它半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的系統(tǒng)中。

因?yàn)樵谙挛闹杏懻摰氖荌GBT，所以功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的端子可以被稱為“集電極”、“柵極”和“發(fā)射極”。然而，如之前在上文中已經(jīng)闡述過(guò)的，這些裝置和方法并不局限于IGBT。為了避免不必要的長(zhǎng)度，名稱“發(fā)射極”在此也包括對(duì)應(yīng)的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的被稱為“源極”或者“陰極”的端子。同樣地，概念“集電極”在此也包括被稱為“漏極”或者“陽(yáng)極”的端子，而概念“柵極”包括對(duì)應(yīng)的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的被稱為“基極”的端子。因此，概念“集電極-發(fā)射極電壓”也包括“漏極-源極電壓”以及“陰極-陽(yáng)極電壓”，而概念“集電極電壓”和“發(fā)射極電壓”也包括“漏極電壓”或者“陽(yáng)極電壓”，或者說(shuō)“源極電壓”或者“陰極電壓”。

功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)104、106分別由第一和第二控制電路118、120控制(相關(guān)于圖2闡述示例性的控制電路)。它們提供第一和第二柵極-發(fā)射極驅(qū)動(dòng)信號(hào)130、132(U_GE1，U_GE2)，以便控制第一和第二IGBT的開(kāi)關(guān)時(shí)間點(diǎn)。兩個(gè)控制電路118、120可以可選的又由系統(tǒng)控制器114控制。系統(tǒng)控制器114可以具有用于接收系統(tǒng)輸入信號(hào)的輸入端116。在圖1的實(shí)施例中，顯示了半橋配置中的兩個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)104、106。然而，用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置、控制電路和用于提供電能的裝置也可以用在其它拓?fù)渲?。比如說(shuō)，單個(gè)的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(例如單個(gè)的IGBT)可以配備有用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置或者控制電路。在其它實(shí)施例中，在具有六個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)或者十二個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的三相系統(tǒng)中，每個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)都具有用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置。

除了輸出柵極-發(fā)射極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制電路118、120還接收代表施加在功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)104、106上的電壓的信號(hào)。信號(hào)指的是電壓信號(hào)或者電流信號(hào)。在圖1的實(shí)施例中，每個(gè)控制電路118、120都分別具有代表集電極-發(fā)射極電壓的并且被稱為集電極-發(fā)射極電壓信號(hào)122，124(U_CE1，U_CE2)的信號(hào)。

在圖1以及下文中，說(shuō)明了電路，在電路中使用代表施加在功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)104、106上的電壓的信號(hào)(比如說(shuō)集電極-發(fā)射極電壓信號(hào))。如上文中進(jìn)一步闡述的，根據(jù)施加在功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)上的電壓，可以間接地監(jiān)控流經(jīng)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的電流。不過(guò)，也能夠以其它方式評(píng)估或者直接測(cè)量流經(jīng)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的電流(例如集電極電流、漏極電流或者陰極電流)。在一種實(shí)施例中，用于為負(fù)載提供電能的裝置(也稱為功率轉(zhuǎn)換器)可以具有用于直接測(cè)量流經(jīng)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的電流的檢測(cè)電路(例如用于測(cè)量集電極電流的裝置)。

在圖1中，控制電路118、120繪制為單獨(dú)的控制電路。不過(guò)，兩個(gè)控制電路118、120也可以組合在唯一的電路中。在這種情形下，唯一的控制電路控制兩個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)104、106。此外，第二柵極-發(fā)射極驅(qū)動(dòng)信號(hào)132(U_GE2)可以是反向的第一柵極-發(fā)射極驅(qū)動(dòng)信號(hào)130(U_GE1)。

兩個(gè)控制電路118、120包括用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置。借助于其幫助，可以基于相應(yīng)的集電極-發(fā)射極電壓信號(hào)122，124，確定相應(yīng)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的短路和/或過(guò)電流狀態(tài)。響應(yīng)于短路和/或過(guò)電流狀態(tài)的確定，相應(yīng)的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)104、106可以被切斷。

在圖2中顯示了控制電路218(例如圖1中的控制電路118、120中的一個(gè))?？刂齐娐?18包含四個(gè)功能單元：用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置242、短路和/或過(guò)電流狀態(tài)檢測(cè)電路240、驅(qū)動(dòng)電路236和可選的驅(qū)動(dòng)接口234。用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置242適于從驅(qū)動(dòng)電路236處接收柵極-發(fā)射極驅(qū)動(dòng)信號(hào)230。不過(guò)，用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置242也可以接收其它代表柵極-發(fā)射極驅(qū)動(dòng)信號(hào)230的信號(hào)。僅僅有必要的是，可以從信號(hào)中得出關(guān)于受控的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)從關(guān)斷的狀態(tài)到合攏的狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過(guò)程的時(shí)間點(diǎn)的信息(以及可選地，關(guān)于受控的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)從合攏的狀態(tài)到關(guān)斷的狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過(guò)程的時(shí)間點(diǎn)的信息)。附加地，用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置242可選地設(shè)計(jì)為接收外部的基準(zhǔn)信號(hào)。在圖2的實(shí)施例中，外部的基準(zhǔn)信號(hào)可以是代表功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的發(fā)射極電壓的基準(zhǔn)信號(hào)226。不過(guò)，可替換地，也可以將其它電壓電平用作外部的基準(zhǔn)信號(hào)，這些電壓電平相對(duì)于功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的發(fā)射極電壓偏移恒定的偏移量。

除此之外，用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置242設(shè)計(jì)為接收恒定電流信號(hào)246(I₁)。在圖2的實(shí)施例中，恒定電流信號(hào)246由驅(qū)動(dòng)電路236提供。恒定電流信號(hào)246也可以可替換地由控制電路218的其它功能單元提供或者也可以由外部源提供，或者由用于產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)的電路本身在內(nèi)部產(chǎn)生。為了產(chǎn)生恒定電流246，每個(gè)合適的電流源都可以列入考慮范圍。

基于所接收的信號(hào)(即恒定電流信號(hào)246和柵極-發(fā)射極驅(qū)動(dòng)信號(hào)230)，用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置242提供動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)248。該動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)由短路和/或過(guò)電流狀態(tài)檢測(cè)電路240接收。在功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換過(guò)程后的預(yù)定時(shí)間結(jié)束后，該動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)248具有穩(wěn)態(tài)的信號(hào)電平。當(dāng)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)從斷開(kāi)狀態(tài)切換至接通狀態(tài)時(shí)，動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)248至少在從功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換過(guò)程開(kāi)始到預(yù)定時(shí)間結(jié)束的時(shí)間段的至少一部分內(nèi)，被提高至高于穩(wěn)態(tài)的信號(hào)電平。然而，動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的穩(wěn)態(tài)的信號(hào)電平不必在所有運(yùn)行情況下都相等。因此，穩(wěn)態(tài)的信號(hào)電平的偏移或者其與開(kāi)關(guān)操作循環(huán)的長(zhǎng)度相關(guān)的緩慢的改變都是可能的。同樣地，穩(wěn)態(tài)的信號(hào)電平也可以是可設(shè)定的。

短路和/或過(guò)電流狀態(tài)檢測(cè)電路240在其自身方面設(shè)計(jì)為接收信號(hào)222，該信號(hào)對(duì)應(yīng)于功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的集電極-發(fā)射極電壓U_CE(例如圖1中的信號(hào)122或124)?；趯?duì)應(yīng)于功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的集電極-發(fā)射極電壓的該信號(hào)222，短路和/或過(guò)電流狀態(tài)檢測(cè)電路240確定代表功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)上的集電極-發(fā)射極電壓的信號(hào)(U_C’E)。在其它實(shí)施例中，短路和/或過(guò)電流狀態(tài)檢測(cè)電路240根據(jù)其它信號(hào)確定該信號(hào)或者從另外的電路組塊處接收代表功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)上的集電極-發(fā)射極電壓的信號(hào)。在另外的實(shí)施例中，短路和/或過(guò)電流狀態(tài)檢測(cè)電路240接收代表流經(jīng)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的電流的信號(hào)(例如集電極電流)。如相關(guān)于圖1所實(shí)施的，可以通過(guò)直接測(cè)量流經(jīng)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的電流，產(chǎn)生代表流經(jīng)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的電流的信號(hào)。短路和/或過(guò)電流狀態(tài)檢測(cè)電路240可以由此將代表流經(jīng)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的電流的信號(hào)與動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)相比較，以便檢測(cè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中短路和/或過(guò)電流狀態(tài)的存在。在圖6中的下部示出代表流經(jīng)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的電流的信號(hào)的示例性曲線走向(以集電極電流I_C’為例)。在此也可以看出，既可以在電流的曲線走向的特征性改變處直接地檢測(cè)正常狀態(tài)以及短路和/或過(guò)電流狀態(tài)，也可以在電壓的曲線走向的特征性改變處間接地檢測(cè)正常狀態(tài)以及短路和/或過(guò)電流狀態(tài)。

響應(yīng)于所接收的或者所確定的代表功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)上的集電極-發(fā)射極電壓的信號(hào)(或者所接收的或者所確定的代表流經(jīng)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的集電極電流的信號(hào))以及所接收的動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)248，短路和/或過(guò)電流狀態(tài)檢測(cè)電路240確定是否存在短路和/或過(guò)電流狀態(tài)。

在一種實(shí)施例中，當(dāng)代表集電極-發(fā)射極電壓的信號(hào)(或者代表流經(jīng)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的集電極電流的信號(hào))大于動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)248時(shí)，短路和/或過(guò)電流狀態(tài)檢測(cè)電路240檢測(cè)到存在短路和/或過(guò)電流狀態(tài)。如在上文中已經(jīng)進(jìn)一步說(shuō)明的，在合攏功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)后，集電極-發(fā)射極電壓(或者集電極電流)應(yīng)快速地下降至相對(duì)較低的數(shù)值，并且提高得高于該數(shù)值的集電極-發(fā)射極電壓(或者提高的集電極電流)是適用于短路和/或過(guò)電流狀態(tài)的存在的間接(或者直接)指示器。圖6中的下部曲線對(duì)其進(jìn)行圖解，并且圖解了短路和/或過(guò)電流狀態(tài)檢測(cè)電路240的運(yùn)行。在圖6的左側(cè)，顯示了正常的合攏過(guò)程。在開(kāi)關(guān)過(guò)程之后，電壓U_C’E(在該情形下為代表集電極-發(fā)射極電壓的信號(hào))快速地降低。電流I_C’(在該情形下為代表集電極電流的信號(hào))同樣快速地達(dá)到或多或少穩(wěn)態(tài)的電平。動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)始終高于信號(hào)U_C’E678(或者高于代表集電極電流的信號(hào))，使得不確定短路和/或過(guò)電流狀態(tài)。如已經(jīng)提及的，動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的電平在轉(zhuǎn)換過(guò)程后的暫時(shí)提高可以防止錯(cuò)誤地檢測(cè)短路和/或過(guò)電流狀態(tài)。

與此相反，在圖6中的右側(cè)下方，描繪了在短路和/或過(guò)電流情形下，代表集電極-發(fā)射極電壓的信號(hào)的典型曲線走向以及代表集電極電流的信號(hào)的曲線走向。在此可以看出，信號(hào)U_C’E678和信號(hào)I_C’超過(guò)動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)(例如在轉(zhuǎn)換過(guò)程后的8至12μs后)并且短路和/或過(guò)電流狀態(tài)檢測(cè)電路240由此檢測(cè)到短路和/或過(guò)電流狀態(tài)。如在前闡述的，動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)在至少一部分預(yù)定時(shí)間內(nèi)(例如整個(gè)預(yù)定時(shí)間內(nèi))被提高，使得在如下情形下不檢測(cè)到故障：在預(yù)定時(shí)間內(nèi)在合攏功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)后出現(xiàn)電壓峰值和電壓谷值，或者代表集電極-發(fā)射極電壓的信號(hào)完整地降低至低于靜態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的低數(shù)值原則上持續(xù)的時(shí)間更長(zhǎng)，長(zhǎng)于定義的對(duì)于功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)來(lái)說(shuō)最大允許的短路時(shí)長(zhǎng)?？梢栽O(shè)定動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的提高的持續(xù)時(shí)間，以便最小化出現(xiàn)錯(cuò)誤的故障檢測(cè)的頻率。如在圖6中可以看出，盡管基準(zhǔn)信號(hào)在預(yù)定時(shí)間內(nèi)有動(dòng)態(tài)提高，代表集電極-發(fā)射極電壓的信號(hào)或者代表流經(jīng)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的集電極電流的信號(hào)的足夠大的提升可以觸發(fā)短路和/或過(guò)電流狀態(tài)的檢測(cè)。也可能僅僅是通過(guò)基準(zhǔn)信號(hào)的動(dòng)態(tài)提高，將檢測(cè)的時(shí)間點(diǎn)后移。

過(guò)電流狀態(tài)檢測(cè)電路240，當(dāng)其已經(jīng)檢測(cè)到短路和/或過(guò)電流狀態(tài)時(shí)，可以輸出故障信號(hào)。在圖2的實(shí)施例中，故障信號(hào)244(U_FT)傳達(dá)至驅(qū)動(dòng)電路236。驅(qū)動(dòng)電路可以響應(yīng)于故障信號(hào)244，切斷功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，以避免對(duì)其的損壞。不過(guò)，在可替換的布置中，也能夠以其它方式處理故障信號(hào)。舉例而言，可以僅僅將故障信號(hào)250(U_FT)供應(yīng)給另外的控制元件(例如供應(yīng)給系統(tǒng)控制器214)。該另外的元件可以由此以預(yù)定的順序切斷兩個(gè)或更多功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。

為了確定故障信號(hào)，短路和/或過(guò)電流狀態(tài)檢測(cè)電路240可以繼續(xù)處理所接收的信號(hào)。舉例而言，短路和/或過(guò)電流狀態(tài)檢測(cè)電路240可以包含消隱電路，以便設(shè)定檢測(cè)短路和/或過(guò)電流狀態(tài)的預(yù)定延遲。另外或者可替換地，短路和/或過(guò)電流狀態(tài)檢測(cè)電路240可以含有電路，以便設(shè)定代表集電極-發(fā)射極電壓的信號(hào)(或者代表功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的集電極電流的信號(hào))的電壓電平。因?yàn)榧姌O-發(fā)射極電壓本身可以為幾千伏或者更多，所以該電路可以包括具有高阻電阻的線路。但是該線路還可以包含另外的為高電壓設(shè)計(jì)的元件(例如電容部件或者二極管)。其根據(jù)集電極-發(fā)射極電壓產(chǎn)生信號(hào)，而該信號(hào)與集電極-發(fā)射極電壓成比例，但是具有相較于其低(得多)的電壓電平(例如在圖6中繪制的信號(hào)U_C’E)。

如已經(jīng)說(shuō)明的，驅(qū)動(dòng)電路236可以接收表示短路和/或過(guò)電流狀態(tài)的故障信號(hào)244，并且響應(yīng)于檢測(cè)到的短路和/或過(guò)電流狀態(tài)，切斷功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。短路和/或過(guò)電流狀態(tài)檢測(cè)電路240的一個(gè)或多個(gè)部件可以可選地包含在驅(qū)動(dòng)電路236中。比如說(shuō)，驅(qū)動(dòng)電路236可以接收動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)U_REF248以及代表集電極-發(fā)射極電壓的信號(hào)(或者代表流經(jīng)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的集電極電流的信號(hào))。除此之外，驅(qū)動(dòng)電路236還可以供應(yīng)柵極-發(fā)射極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以控制功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。

在圖2的實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電路236通過(guò)電流隔離238(例如變壓器)，與可選地驅(qū)動(dòng)接口234相連，以便從系統(tǒng)控制器214處接收控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)接口234可以又與系統(tǒng)控制器214相連，而系統(tǒng)控制器接收系統(tǒng)輸入216的并且由其控制。

在圖3中顯示了一種示例性的為用于功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制電路產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置342(例如圖2中的組塊242)。用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置342含有兩個(gè)功能組塊、基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器352和無(wú)源的充電電路350。這些組塊的功能在下文中進(jìn)行闡述。然而，示例性的電路沒(méi)有被局限于在分開(kāi)的單元中實(shí)施下文中闡述的功能的情形。更確切地說(shuō)，也可以共同實(shí)現(xiàn)組塊的部分或者全部功能。

用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置342接收功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)330(U_GE)和恒定電流信號(hào)346(I₁)。

在圖3和接下來(lái)的附圖中，用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置接收恒定電流信號(hào)。如已經(jīng)在上文中進(jìn)一步闡述的，也可能有其它設(shè)計(jì)方案。在一種實(shí)施例中，用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置接收恒定電壓信號(hào)。

功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)330(U_GE)可以是代表功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換過(guò)程的時(shí)間程序的每個(gè)信號(hào)。舉例而言，如在圖1中所示，可以使用柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。不過(guò)，(首先在復(fù)雜的IGBT驅(qū)動(dòng)電路中)也可以在其它地方存在合適的信號(hào)，以便為用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置342提供關(guān)于功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換過(guò)程的信息。恒定電流信號(hào)346(或者恒定電壓信號(hào))也可以在用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置342自身中產(chǎn)生。

用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置342的基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器352提供動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)348(U_REF或者I_REF)以供使用，而該動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)在功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換過(guò)程后的預(yù)定時(shí)間結(jié)束后具有穩(wěn)態(tài)的信號(hào)電平。舉例而言，基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器352可以包括一個(gè)或多個(gè)部件，這些部件用于響應(yīng)于恒定電流信號(hào)346(或者恒定電壓信號(hào))產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)的信號(hào)電平。相關(guān)于圖4A、圖4B和圖7，示出關(guān)于基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器352的實(shí)施例。

設(shè)計(jì)無(wú)源的充電電路350，使得響應(yīng)于功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)從斷開(kāi)狀態(tài)到接通狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，在至少一部分的預(yù)定時(shí)間內(nèi)(例如在整個(gè)預(yù)定時(shí)間內(nèi))，將動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的信號(hào)電平提高至高于穩(wěn)態(tài)的信號(hào)電平，以便產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)。比如說(shuō)，無(wú)源的充電電路350接收控制信號(hào)U_GE330。控制信號(hào)U_GE330由無(wú)源的充電電路350處理，以便決定功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)從關(guān)斷的狀態(tài)到合攏的狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過(guò)程的時(shí)間點(diǎn)。另外，可以至少部分地基于控制信號(hào)U_GE330，決定將動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)提高至高于穩(wěn)態(tài)的信號(hào)電平的幅度和時(shí)間曲線走向(還有動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)348具有提高的信號(hào)電平的整個(gè)預(yù)定時(shí)間或者其一部分的長(zhǎng)度)。無(wú)源的充電電路350在沒(méi)有有源的部件(例如晶體管)的情況下，完成動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的暫時(shí)提高。示例性的無(wú)源的充電電路350再次相關(guān)于圖4A、圖4B和圖7示出。

在一種實(shí)施例中，配置無(wú)源的充電電路350，以便如在圖6中所顯示的，至少部分地控制動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的暫時(shí)提高的時(shí)間曲線走向。這包括響應(yīng)于功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)從斷開(kāi)狀態(tài)到接通狀態(tài)的轉(zhuǎn)換的跳躍式提升，并且接下來(lái)持續(xù)地再次降低至穩(wěn)態(tài)的電壓信號(hào)的電平。降低的時(shí)間常數(shù)(1/e時(shí)間常數(shù))可以位于1至50μs之間(例如5至15μs之間)。為了產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)348的該時(shí)間上的特性，無(wú)源的充電電路350可以含有RC元件，其中RC元件的電容的時(shí)間常數(shù)至少部分地決定降低至穩(wěn)態(tài)的電壓信號(hào)的電平的速度。另外，動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)348的電平至高于靜態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的電平的上升可以與控制信號(hào)U_GE330的幅度中的跳躍相關(guān)聯(lián)。相關(guān)于圖6，闡述示例性的信號(hào)電平。

圖4A示出用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置442的第一實(shí)施例。該裝置含有基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器452和無(wú)源的充電電路450。另外，如也在圖3的實(shí)施例中，用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置442接收功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)430(U_GE)、恒定電流信號(hào)446(I₁)。關(guān)于這些信號(hào)的選擇以及可替換的信號(hào)，可以參見(jiàn)圖3的說(shuō)明中的相應(yīng)部分。

基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器452含有用于產(chǎn)生靜態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的電路。該用于產(chǎn)生靜態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的電路包含基準(zhǔn)電阻464(R_REF)。恒定電流信號(hào)346耦合至基準(zhǔn)電阻464的第一端子，流經(jīng)基準(zhǔn)電阻464并且由此產(chǎn)生恒定的電壓降(I₁*R_REF)。同樣地，如果在圖4A中基準(zhǔn)電阻464顯示為單個(gè)的部件，也可以使用多個(gè)電阻的組合。

在其它實(shí)施例中，恒定電壓源可以用在用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置中(代替通過(guò)基準(zhǔn)電阻R_REF464上的恒定電流I₁的降低產(chǎn)生它)。在一種實(shí)施例中，恒定的電壓源可以串聯(lián)地連接至基準(zhǔn)電阻R_REF464(幾乎位于V1的位置)。舉例而言，恒定的電壓源可以連接至基準(zhǔn)電阻R_REF和V_E之間。在其它實(shí)施例中，用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置中已有的內(nèi)部基準(zhǔn)電平在此可以形成靜態(tài)的電壓基準(zhǔn)電平(例如內(nèi)部的基準(zhǔn)電平447(V₁))。舉例而言，可以通過(guò)無(wú)源的半導(dǎo)體電路(例如通過(guò)齊納爾二極管)產(chǎn)生內(nèi)部的基準(zhǔn)電平。在另一實(shí)施例中，可以省去基準(zhǔn)電阻R_REF464。用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置由此產(chǎn)生基準(zhǔn)電流I_REF(代替基準(zhǔn)電壓U_REF)。

用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置442產(chǎn)生第一內(nèi)部基準(zhǔn)電平447(V₁)。舉例而言，可以基于基準(zhǔn)電平426或者對(duì)應(yīng)于其，產(chǎn)生第一內(nèi)部基準(zhǔn)電平447(V₁)。在一種實(shí)施例中，第一內(nèi)部基準(zhǔn)電平447基本上等于功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的發(fā)射極電壓。這是有利的，因?yàn)榈湫偷卦诙搪泛?或過(guò)電流狀態(tài)檢測(cè)電路中(參見(jiàn)圖2中的組塊240)，同樣使用代表發(fā)射極電壓的基準(zhǔn)信號(hào)。因此，在這種情形下，不僅集電極-發(fā)射極電壓信號(hào)，還有動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)都參照同一信號(hào)，而集電極-發(fā)射極電壓信號(hào)和動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)彼此相比較。這可以使信號(hào)的相互穩(wěn)定更容易。盡管如此，每個(gè)低于靜態(tài)電壓基準(zhǔn)電平的電平都可以用于第一內(nèi)部基準(zhǔn)電平447(V₁)。

基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器452的節(jié)點(diǎn)A因此由用于產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)的信號(hào)電平的電路提升至穩(wěn)態(tài)的信號(hào)電平，其中基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的節(jié)點(diǎn)與用于輸出動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)448的輸出端相連。在圖4A和下文中的附圖中，動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)448(U_REF)是動(dòng)態(tài)電壓信號(hào)。不過(guò)，如已經(jīng)多次實(shí)施的，也可以使用動(dòng)態(tài)電流信號(hào)。該穩(wěn)態(tài)的信號(hào)電平在根據(jù)圖4A的示例性裝置中為V₁+R_REF*I₁。如果節(jié)點(diǎn)A的電壓電平?jīng)]有受無(wú)源的充電電路450的影響，動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)448的電平對(duì)應(yīng)于穩(wěn)態(tài)的信號(hào)電平(即V₁+R_REF*I₁)。該特性顯示在圖5A中。最下方的曲線顯示節(jié)點(diǎn)A處的電壓(并且由此動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)548)的示例性曲線走向?？梢钥闯?，從緊隨半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換過(guò)程的特定的時(shí)間來(lái)看，節(jié)點(diǎn)A處的電壓電平是穩(wěn)態(tài)的。

無(wú)源的充電電路450通過(guò)電阻466(R₁)與基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器452相連(電阻在圖4A中歸于基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器452，可是這是任意劃分)。無(wú)源的充電電路450含有RC元件。該元件包括電容456(C_T)和電阻460(R_T)。電容456耦合在節(jié)點(diǎn)B和接收功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)430的輸入端之間。電阻460耦合在節(jié)點(diǎn)B和基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器452的節(jié)點(diǎn)A之間。電阻460和466也可以是單個(gè)的電阻。

此外，無(wú)源的充電電路450含有可選的第一箝位電路454，其將節(jié)點(diǎn)B處的電壓電平限定至第二內(nèi)部基準(zhǔn)電平462(V_L)。在圖4A的實(shí)施例中，第一箝位電路454含有二極管454。第二內(nèi)部基準(zhǔn)電平462可以是每一小于或者等于靜態(tài)電壓基準(zhǔn)電平的電平。如果外部的基準(zhǔn)電平426滿足該條件，外部的基準(zhǔn)電平就可以用作第二內(nèi)部基準(zhǔn)電平462。因此，第二內(nèi)部基準(zhǔn)電平462可以又代表半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)的發(fā)射極電壓。無(wú)源的充電電路450不含有任何有源部件。

再次根據(jù)圖5A闡述無(wú)源的充電電路的功能。如已經(jīng)討論過(guò)的，用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置442直接在轉(zhuǎn)換過(guò)程前輸出動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)電壓，其基本上對(duì)應(yīng)于內(nèi)部基準(zhǔn)電平447加上在電阻R_REF464上由恒定電流446產(chǎn)生的電壓(圖4A的裝置中的I₁*R_REF+V₁)。換而言之，在快要開(kāi)始轉(zhuǎn)換過(guò)程之前，動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)電壓448等于穩(wěn)態(tài)的電壓電平。圖5A的最上邊的曲線示出功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)530(U_GE)的示例性曲線走向?？刂菩盘?hào)530的電壓電平從關(guān)斷的狀態(tài)中的電平V_OFF上升至合攏的狀態(tài)中的電平V_ON。原則上，可以任意選擇該電平。在一種實(shí)施例中，電平V_OFF和V_ON對(duì)應(yīng)于功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)在關(guān)斷的狀態(tài)或者說(shuō)閉合的狀態(tài)中的柵極發(fā)射極電壓，該電壓控制功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。舉例而言，對(duì)于IGBT來(lái)說(shuō)，關(guān)斷的狀態(tài)中的電平V_OFF可以位于-20V和-5V之間(優(yōu)選地位于-15V和-7V之間)，并且合攏的狀態(tài)中的電平V_ON對(duì)于IGBT來(lái)說(shuō)可以位于10V和20V之間(優(yōu)選地位于13V和15V之間)。對(duì)于功率MOSFET來(lái)說(shuō)，電平V_OFF和V_ON相應(yīng)地對(duì)應(yīng)于功率MOSFET在關(guān)斷的狀態(tài)或者說(shuō)閉合的狀態(tài)中的柵極源極電壓的電壓。舉例而言，對(duì)于功率MOSFET來(lái)說(shuō)，關(guān)斷的狀態(tài)中的電平V_OFF可以位于-5V和0V之間，并且合攏的狀態(tài)中的電平V_ON對(duì)于MOSFET來(lái)說(shuō)可以位于10V和25V之間。對(duì)于SiC基極上的部件來(lái)說(shuō)，關(guān)斷的狀態(tài)中的電平V_OFF同樣可以位于-5V和0V之間，并且合攏的狀態(tài)中的電平V_ON可以位于10V和20V之間。

如在圖5A中所示，在功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)從關(guān)斷的狀態(tài)到合攏的狀態(tài)的轉(zhuǎn)換的時(shí)間點(diǎn)，用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置442的節(jié)點(diǎn)B處和節(jié)點(diǎn)A處的電壓電平跳躍式上升。該上升對(duì)應(yīng)于從關(guān)斷的狀態(tài)轉(zhuǎn)換至合攏的狀態(tài)時(shí)控制信號(hào)530(圖4A中的控制信號(hào)430)的電壓行程。這可以根據(jù)圖4A進(jìn)行理解：因?yàn)榭刂菩盘?hào)430的電壓行程提高電容456的輸出端上的電壓電平，所以節(jié)點(diǎn)B處的電壓電平也同樣提高相同數(shù)值(二極管454是不傳導(dǎo)的，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)B處的電平高于第二基準(zhǔn)電壓的電平)。電壓躍變的幅度也對(duì)應(yīng)于控制信號(hào)530(圖4A中的430)的合攏的狀態(tài)中的電平V_ON與關(guān)斷的狀態(tài)的電平V_OFF之間的差值。由此得出在轉(zhuǎn)換過(guò)程后的時(shí)間點(diǎn)中，節(jié)點(diǎn)B處的電壓電平V_Bpeak

V_Bpeak＝V_ON+I₁R_REF+V₁-V_OFF (等式1)

其結(jié)果是，附加電流被驅(qū)動(dòng)流經(jīng)電阻460(R_T)、466(R₁)和464(R_REF)。該電流將節(jié)點(diǎn)A處的電壓電平提高特定的數(shù)值(即附加電流的電流強(qiáng)度乘以電阻464的值)。由此得出直接在閉合功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)后，節(jié)點(diǎn)A處的電壓

因?yàn)橛糜诜纸映鰟?dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)448的輸出端直接與節(jié)點(diǎn)A相連，所以在圖5A中示出的電壓電平對(duì)應(yīng)于動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)448。

附加地，附加電流對(duì)無(wú)源的充電電路450的電容456進(jìn)行放電。其結(jié)果是，電容454上的電壓減小，并且節(jié)點(diǎn)B處的電壓電平也由此下降。這再次引起附加電流減小并且節(jié)點(diǎn)A處的電壓(并且因此動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)448的電平)也下降。在預(yù)定時(shí)間后，電容放電，使得不再有附加電流被驅(qū)動(dòng)流經(jīng)電阻464。因此，節(jié)點(diǎn)A處的電壓再次處于其穩(wěn)態(tài)的電平(I₁*R_REF+V₁)。由無(wú)源的充電電路產(chǎn)生的、動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的暫時(shí)提高衰減。

電容456的放電過(guò)程的時(shí)間常數(shù)由電阻460(R_T)、466(R₁)和464(R_REF)的值以及電容456(C_T)的值決定。可以選擇這些數(shù)值和動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)448中的電壓行程的幅度，使得避免或者至少減少在功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)從關(guān)斷的狀態(tài)到合攏的狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過(guò)程后錯(cuò)誤地檢測(cè)到短路和/或過(guò)電流狀態(tài)，并且盡管如此，通過(guò)安全地切斷功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，達(dá)到保護(hù)作用。這可以又根據(jù)圖6進(jìn)行圖解。動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)648的暫時(shí)提高確保代表集電極-發(fā)射極電壓的信號(hào)在正常情形下(圖6中的左側(cè))低于動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)。圖2中的短路和/或過(guò)電流狀態(tài)檢測(cè)電路240也可能檢測(cè)不到短路和/或過(guò)電流狀態(tài)。

另外，在圖5A中示出了在功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)從合攏的狀態(tài)到關(guān)斷的狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過(guò)程后，用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置442的特性。如在上文中進(jìn)一步說(shuō)明的、從關(guān)斷的狀態(tài)到合攏的狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過(guò)程的情形下，在此發(fā)生相反的過(guò)程。再次地，在電容454的第一輸入端上施加有控制信號(hào)530的、在這種情形下為負(fù)的電壓行程，并且節(jié)點(diǎn)B處的電壓減小。這又引起附加電流，該附加電流減低節(jié)點(diǎn)A處的電壓。然而，相反于合攏過(guò)程，第一箝位電路454現(xiàn)在為有源的(aktiv)并且將節(jié)點(diǎn)B處的電壓降限定至第二內(nèi)部基準(zhǔn)電平V_L。如已經(jīng)提及的，第一箝位電路454是可選的，并且也可以在沒(méi)有第一箝位電路的情形下，使用用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置442。由此，動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)448可能會(huì)降低控制信號(hào)430的整個(gè)電壓行程。然而，這會(huì)是不利的，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)A處的電壓(動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)448)和節(jié)點(diǎn)B處的電壓有可能沒(méi)有足夠的時(shí)間返回穩(wěn)態(tài)的信號(hào)電平。

由第一箝位電路向下限定的節(jié)點(diǎn)A處的電壓行程由此得出：

類似于上文中說(shuō)明的情況，附加電流現(xiàn)在導(dǎo)致電容456充電。在該充電過(guò)程結(jié)束時(shí)，電容456上的電壓458再次對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)換過(guò)程開(kāi)始前的電壓，附加電流停止流動(dòng)，并且動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)電壓548再次具有其穩(wěn)態(tài)的信號(hào)電平(I₁*R_REF+V₁)。

圖4B示出用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置的第二實(shí)施例。該結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于在圖4A中示出的裝置，在該裝置中附加地預(yù)設(shè)有第二箝位電路468、470。該第二箝位電路設(shè)計(jì)為將動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)電壓448限定至預(yù)定的最大值。在圖4B中，動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)電壓448的最大值由第三內(nèi)部基準(zhǔn)電平V_H確定。因?yàn)榈诙槲浑娐?68、470耦合在電阻460和466之間，所以節(jié)點(diǎn)A處的電壓的最大值V_Apeak箝定為

為了不要沒(méi)必要地將顯示復(fù)雜化，如果二極管在正向方向上極化，對(duì)于在此討論的等式來(lái)說(shuō)，接受二極管上的電壓降為零。第二箝位電路468、470可以含有第二二極管468。選擇第三內(nèi)部基準(zhǔn)電平V_H，以避免與用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置442相連的部件上的損壞。比如說(shuō)，如在圖2中所示，由驅(qū)動(dòng)電路236供應(yīng)恒定電流I₁。因?yàn)閯?dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)448位于驅(qū)動(dòng)電路236的基準(zhǔn)輸出端上，所以這可能會(huì)由于動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)448的提高的電壓電平受損。舉例而言，驅(qū)動(dòng)電路236的基準(zhǔn)輸出端上的最大允許的電壓對(duì)應(yīng)于V_ON。在其它環(huán)境下，最大允許的電壓也可以更高，為此借助于第二箝位電路468的限定并非絕對(duì)必要。

在圖5B中繪制了根據(jù)圖4B的裝置中暫時(shí)提高的動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)448的曲線走向。在此可以看出，在根據(jù)圖4A和圖4B的裝置中，節(jié)點(diǎn)B處的電壓電平的曲線走向一致。同樣地，動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)548的、位于其穩(wěn)態(tài)電平下的暫時(shí)降低的曲線走向?qū)?yīng)于在圖5A中繪制的。在功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)從關(guān)斷的狀態(tài)至合攏的狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中可以看出區(qū)別。動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)在此首先被箝定至在等式4中給出的值，直至第二箝位電路的二極管468停止導(dǎo)電。緊接著，動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)電壓548再次降至其穩(wěn)態(tài)的信號(hào)電平。

在圖7中是用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置742的第三實(shí)施例。該裝置對(duì)應(yīng)于在圖4B中示出的裝置442，而其例外在于第三二極管772(D₃)布置在第二箝位電路768、570和電阻760(R_T)之間。第三二極管772(D₃)影響用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置742在從閉合的狀態(tài)至關(guān)斷的狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過(guò)程后的特性。如從圖8中可見(jiàn)，在合攏過(guò)程后，節(jié)點(diǎn)A處電壓電平(對(duì)應(yīng)于動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)848)以及節(jié)點(diǎn)B處的電壓電平855的曲線走向?qū)?yīng)于在圖5B中所示出的。然而，在功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)從合攏的狀態(tài)到關(guān)斷的狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過(guò)程后，根據(jù)圖4B和圖8的用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置的特性彼此不同。

如果控制信號(hào)830的負(fù)的電壓行程降低節(jié)點(diǎn)B處的電壓電平(又由第一箝位電路754限定至電壓電平V_L)，二極管772(D₃)關(guān)斷。因此，基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器752從無(wú)源的充電電路752處去耦。這又使得可以避免節(jié)點(diǎn)A處的電壓電平降至穩(wěn)態(tài)的電壓電平以下或者明顯減小該下降(并且由此還有動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)748的下降)。節(jié)點(diǎn)A處的電壓電平極快地返回其靜態(tài)電平(V₁+I₁*R_REF)，因?yàn)樵撨^(guò)程不再與無(wú)源的充電電路750的RC元件的電容756的放電特性相關(guān)。電容756(C_T)上的電壓U_CT在從斷開(kāi)狀態(tài)切換至接通狀態(tài)后為靜態(tài)的，U_CT＝(I₁*R_REF+V₁)-V_ON。電容通過(guò)R_T、R₁和R_REF被放電至該值，這引起動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)電壓U_REF的動(dòng)態(tài)提高。在從接通狀態(tài)切換至斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，電容756(C_T)通過(guò)第一箝位電路754無(wú)明顯延遲地(沒(méi)有電阻參與充電，而二極管D1在此被忽略)，再充電至值U_CT＝V_L–V_OFF。因?yàn)榈诙?nèi)部基準(zhǔn)電平762(VL)比I₁*R_REF+V₁更深，所以二極管772(D3)關(guān)斷。因此，電容756(C_T)不經(jīng)由該路徑附加地再充電。該特性顯示在圖8中的曲線848中，其示出根據(jù)圖8的裝置中的動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)的時(shí)間曲線走向。

抑制或者降低負(fù)偏離(低于穩(wěn)態(tài)的電壓電平)是有利的，因?yàn)閯?dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)748的負(fù)偏離例如在短的斷開(kāi)時(shí)段876(t_OFF)的情形下可以有下列結(jié)果，即當(dāng)進(jìn)行接下來(lái)的合攏過(guò)程時(shí)，動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)848還沒(méi)有再次返回其靜態(tài)值。這可以產(chǎn)生這樣的結(jié)果，即在閉合時(shí)，動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)U_REF(參見(jiàn)圖6左下部)動(dòng)態(tài)地被“壓縮”(即動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)U_REF的峰值比更長(zhǎng)的斷開(kāi)時(shí)段876下的更深)。這又可能會(huì)導(dǎo)致，代表集電極-發(fā)射極電壓的信號(hào)U_C’E可以在正常閉合時(shí)，與動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信號(hào)U_REF的曲線走向本身交叉。因此，過(guò)電流狀態(tài)檢測(cè)電路240向驅(qū)動(dòng)電路236報(bào)告過(guò)電流或者短路狀態(tài)，即便沒(méi)有出現(xiàn)類似情況。

所顯示的當(dāng)前發(fā)明的實(shí)施例的上述說(shuō)明并不是詳盡的或者并不意味著局限于這些實(shí)施例。在在此為了圖解目的說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式和實(shí)施例的同時(shí)，也可能有不同的變型，而無(wú)需偏離當(dāng)前發(fā)明。電壓、電流、頻率、功率、范圍值、時(shí)間等的具體實(shí)施例僅僅是解釋性的，以便可以用其它適合于這些參數(shù)的值實(shí)現(xiàn)當(dāng)前發(fā)明。

鑒于上文中的詳細(xì)說(shuō)明，可以在本發(fā)明的實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)這些變型。在接下來(lái)的權(quán)利要求中使用的概念不應(yīng)理解為將本發(fā)明限制于在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中公開(kāi)的具體的實(shí)施方式。當(dāng)前的說(shuō)明書(shū)和附圖應(yīng)視作圖解的，并非限制性的。