用于切换功率晶体管的方法与流程

用于切换功率晶体管的方法


背景技术：

1.在如例如无刷直流电机和dc/dc转换器之类的许多应用的情况下，使用功率mosfet作为开关，以便运行感性负载。在这样的应用中，mosfet的切换对于电磁兼容性通常是重要的。
2.在mosfet之一的每次切换时，由于寄生电抗分量而激发振荡回路，所述振荡回路在mosfet处的电流和电压中触发振荡(过冲)。过冲可能引起超过电磁兼容性的极限的以电流方式传递或辐射的发射。
3.从wo 2014/173969 a1中已知一种用于以借助于经脉冲宽度调制的信号控制的方式对电子器件进行接通或切断的方法，所述电子器件被构造用于输出借助于控制信号可控制的输出信号。通过经脉冲宽度调制的信号的变化在脉冲宽度调制时钟周期内在电平变换时间点发起接通或切断。预先给定控制信号的至少一个第一控制值和第二控制值，并且在每个脉冲宽度调制时钟周期内在电平变换时间点和第一切换时间点之间将控制信号设定为第一控制值，在第一切换时间点和第二切换时间点之间将控制信号设定为第二控制值，以及自第二切换时间点起直至在电子器件的栅极处达到栅极电压最终值为止将控制信号设定为第三控制值。脉冲宽度调制时钟周期的每个切换时间点根据在先前脉冲宽度调制时钟周期期间确定的振幅参量被确定为使得输出信号的振动的振荡振幅被限制。


技术实现要素：

4.本发明所基于的任务是说明一种用于切换功率晶体管的经改善的方法。
5.根据本发明，该任务通过具有权利要求1的特征的方法来解决。
6.本发明的有利设计方案是从属权利要求的主题。
7.在根据本发明的用于在功率晶体管电路中切换功率晶体管的方法的情况下，其中功率晶体管分别具有栅极，所述栅极在接通序列和/或关断序列的情况下顺序地利用至少三个控制值被操控，在特定时间点在所述控制值之间进行切换。根据本发明，所述时间点借助于调节器(regler)被确定或修改，所述调节器由用于检测相应的功率晶体管的栅极-源极电压中的米勒平台的米勒平台检测器被操控。至少三个控制值可以彼此不同和/或不同于零，但是也可以部分地一致。例如，第一控制值和第三控制值可以是相同的。
8.在一种实施方式中，是功率晶体管电路的一部分的半桥的相电压或所述半桥的任何电压或任何电流、例如漏极-源极电压或栅极-源极电压被输送给所述米勒平台检测器，用于检测米勒平台。同样，米勒平台检测器可以基于所述半桥的下桥支路中的功率晶体管的源极端子处的电压瞬变的检测或基于过冲的检测。
9.在一种实施方式中，借助于所述米勒平台检测器检测米勒平台何时开始或米勒平台何时开始和结束。
10.在一种实施方式中，在每个工作循环中检测所述米勒平台，在所述工作循环中相应的功率晶体管是非续流的，其中使用该信息来针对下一工作循环适配时间点，其中相应的功率晶体管是非续流的。
11.如果功率晶体管(如果功率晶体管导通)或功率晶体管的体二极管(如果功率晶体管不导通)承载感性负载的续流电流，则功率晶体管、尤其是mosfet在本技术中被称为续流的(freilaufend)。
12.在一种实施方式中，所述米勒平台借助于包含在米勒平台检测器中的比较器根据相电压被检测。
13.在一种实施方式中，在接通时，从第一控制值、例如功率晶体管、尤其是mosfet的栅极处的第一控制值到第二控制值的变换(wechsel)在所述米勒平台的开始之前有时间差地发生和/或在接通时从第二控制值到第三控制值的变换在所述米勒平台的开始之后有时间差地发生和/或在关断时从第一控制值到第二控制值的变换在到达米勒平台之后有时间差地发生。同样，在关断时从第一控制值到第二控制值的变换可以在到达所述米勒平台之后有时间差地发生。
14.在一种实施方式中，在接通和关断功率晶体管期间，所述第二控制值根据负载电流的电平被适配。
15.在一种实施方式中，仅针对功率晶体管电路中的非续流功率晶体管利用至少三个控制值进行操控，而利用恒定的控制值操控续流功率晶体管。
16.在一种实施方式中，为了检测半桥中的功率晶体管在下一工作循环中是否是续流的，在半桥的两个功率晶体管关断的死区时间期间测量相电压，其中如果所述相电压为低，则所述半桥的下支路中的功率晶体管被识别为在下一工作循环中是续流的。
17.在一种实施方式中，在具有至少两个半桥的功率晶体管电路中，为了接通已经利用至少三个不同的控制值操控的功率晶体管原则上也为了关断而在相同的工作循环中利用至少三个不同的控制值被操控，并且除了长脉冲被检测，为了接通已经利用恒定的控制值操控的功率晶体管原则上也为了关断而在相同的工作循环中利用恒定的控制值被操控，所述长脉冲引起相应的半桥的相电流的极性的变化。
18.在一种实施方式中，为了在接通所述半桥之一中的功率晶体管时确定长脉冲，启动计数器，每次新的工作循环被应用于其他半桥之一时，使所述计数器的计数器读数增加1，其中如果计数器已经达到特定的值，则在使用至少三个不同的控制值的情况下对功率晶体管执行切断。
19.在一种实施方式中，根据负载电流变动时间点和/或时间差中的至少一个时间差的至少一个目标值。
20.在一种实施方式中，在使用至少三个控制值时，第二控制值在接通和关断所述功率晶体管期间根据负载电流的电平被适配。在使用三个或更多个控制值时，在米勒平台结束时应用的那个控制值可以被适配。
21.在一种实施方式中，控制值借助于由调节器操控的源被设定，所述源在电流源模式下被运行，其中所述源在接通序列和/或关断序列结束时从电流源模式被切换到电压源模式。
22.在一种实施方式中，所述接通序列和/或所述关断序列的结束借助于
[0023]-在所述米勒平台开始时触发的计时器，或
[0024]-用于栅极-源极电压的比较器
[0025]
被检测。
[0026]
根据本发明提出的用于mosfet的运行策略能够实现mosfet的切换以及功率损耗的降低，而不引起增加的电磁发射。这通过在集成电路、例如asic或assp中实现的特殊特征并且在无附加外部组件的情况下来实现，使得降低成本和空间需求，并且避免由外部组件引起的附加切换损耗，因为这些使整个切换延迟。外部组件必须针对最坏情况(worst case)被确定尺寸并且增加切换时间。
[0027]
与现有技术不同，根据本发明不需要具有与此关联的布局限制和高分辨率计时器的过冲检测器。
附图说明
[0028]
下面根据附图更详细地阐述本发明的实施例。
[0029]
在此：
[0030]
图1示出由用于运行负载的功率晶体管组成的功率晶体管电路的示意性电路图，
[0031]
图2示出简化的半桥的示意性电路图，
[0032]
图3示出在切换mosfet时相电压随时间的示意图表，
[0033]
图4示出在切换时mosfet的栅极-源极电压随时间的示意图表，其中死区时间确保上桥支路中的mosfet从不与下桥支路中的mosfet同时地接通，
[0034]
图5示出在续流(freilaufend)mosfet的情况下、也就是说在续流电流流过下桥支路中的mosfet期间半桥的切换序列的示意图表，
[0035]
图6示出在续流mosfet的情况下、也就是说在续流电流流过上桥支路中的mosfet期间半桥的切换序列的示意图表，
[0036]
图7示出用于运行三相电动机的桥式电路的示意性电路图和示意图表，
[0037]
图8示出具有mosfet的切换序列的示意图表，
[0038]
图9示出具有mosfet的切换序列的示意图表，
[0039]
图10示出用于确定半桥的哪个mosfet是续流的、也就是说续流电流流过哪个mosfet的算法的示意视图，
[0040]
图11示出当相应的mosfet利用至少三个电流值被运行时用于适配用于接通和用于关断的时间点的mosfet的状态机的示意视图，
[0041]
图12示出用于表示漏极电流与米勒平台(millerpateau)的电压的关联的示意图表，
[0042]
图13示出用于表示负载电流与用于切换电流值的时间点之间的关系的示意图表，
[0043]
图14示出mosfet的接通序列和关断序列的示意图表，
[0044]
图15示出栅极电流的第二电流值根据负载电流的示意图表，
[0045]
图16示出时间差的期望的值根据负载电流的示意图表，
[0046]
图17示出用于针对栅极电流的不同的第二电流值表示过冲行为的示意图表，以及
[0047]
图18示出用于针对栅极电流的不同的第二电流值表示损耗行为的示意图表。
具体实施方式
[0048]
在所有图中彼此对应的部分配备有相同的附图标记。
[0049]
图1是功率晶体管电路、尤其是桥式电路1的示意性电路图，所述功率晶体管电路
由用于运行负载l的功率晶体管、例如mosfet hs1、hs2、ls1、ls2或igbt组成，在下面作为mosfet hs1、hs2、ls1、ls2涉及所述功率晶体管。桥式电路1连接到电压源v上。mosfet hs1、hs2、ls1、ls2中的每一个mosfet都具有栅极g、漏极d和源极s，其中栅极g可以借助于栅极驱动电路2被控制，所述栅极驱动电路将经脉冲宽度调制的信号pwm施加到栅极g上。详细地示出用于mosfet ls1的栅极驱动电路2。可以以相同的方式构成其他栅极驱动电路2。同样，同一个栅极驱动电路2可以接管桥式电路1的所有mosfet hs1、hs2、ls1、ls2的栅极g。mosfet hs1、hs2、ls1、ls2布置在两个半桥hb1、hb2中，其中mosfet hs1、ls1分配给半桥hb1，并且mosfet hs2、ls2分配给半桥hb2。此外，可以在栅极驱动电路2中设置其他检测器2.5，所述其他检测器被配置用于检测切换循环(schaltzyklus)是否结束，也就是说mosfet hs1、hs2、ls1、ls2是否完全关断。这可以例如通过监控栅极-源极电压v
gs
(处于第一阈值以下意味着关断，处于第二阈值以上意味着接通)或漏极-源极电压v
ds
(漏极/源极两端的电压降处于阈值以下意味着完全接通)进行。
[0050]
由mosfet hs1、hs2、ls1、ls2组成的借助于脉冲宽度调制控制的桥式电路1、例如h桥、半桥hb1、hb2或其他配置可以被使用在不同的应用中，例如可以被使用在电机驱动电路或逆变器中。mosfet hs1、hs2、ls1、ls2借助于经脉冲宽度调制的信号被控制，以便将期望的电压和/或电流变化过程施加到负载l上。
[0051]
在mosfet hs1、hs2、ls1、ls2之一的每次切换时，由于寄生电抗分量(reaktiver komponenten)而激发振荡回路，所述振荡回路在mosfet hs1、hs2、ls1、ls2处的电流和电压中触发振荡(过冲)。过冲可能引起超过电磁兼容性的极限的以电流方式传递(galvanisch weitergeleitete)或辐射的发射。
[0052]
本发明使得能够在mosfet hs1、hs2、ls1、ls2的接通/关断序列期间通过相应地对mosfet hs1、hs2、ls1、ls2的栅极电流ig进行成形来限制发射并且使切换时间最小化。
[0053]
图8示出具有mosfet hs、ls的切换序列的示意图表。
[0054]
在接通序列期间，如图8中所示，栅极电流ig从高电流值ig1
on
开始，所述栅极电流在时间点t1
on
被切换到较低的电流值ig2
on
，并且所述栅极电流在时间点t2
on
又被切换到高电流值ig3
on
，所述高电流值ig3
on
不必与电流值ig1
on
相同，但是可以相同。电流值ig1
on
、ig2
on
、ig3
on
是预定义的值。而时间点t1
on
和t2
on
通过栅极驱动电路2借助于调节器2.1被确定，由用于检测米勒平台mp的米勒平台检测器2.2操控所述调节器2.1。调节器2.1操控源2.4，所述源规定栅极电流ig。在关断序列期间，栅极电流ig从高电流值ig1
off
开始，所述栅极电流在时间点t1
off
被切换到较低的电流值ig2
off
，并且所述栅极电流在时间点t2
off
又被切换到高电流值ig3
off
，所述高电流值ig3
off
不必与电流值ig1
off
相同。电流值ig1
off
、ig2
off
、ig3
off
是预定义的值。而时间点t1
off
和t2
off
通过栅极驱动电路2借助于调节器2.1被确定，由用于检测米勒平台mp的米勒平台检测器2.2操控所述调节器2.1。在脉冲宽度调制的多个工作循环上实施调节。栅极驱动电路2具有测量端子2.3，借助于所述测量端子2.3可以测量相应的半桥hb1、hb2的相电压v
phase
并且可以将所述相电压馈送给米勒平台检测器2.2。在替代实施方式中，可以通过测量端子2.3测量半桥hb1、hb2的任何电流或任何电压。另一示例是峰值检测器，所述峰值检测器监控下桥支路中mosfet ls的源极端子处的电压瞬变。
[0055]
栅极电压变化率也可以代替电流值被用作控制值。
[0056]
该方法还允许根据负载电流适配电流值ig2，并且因此可以将栅极电流分布图更
好地适配于切换进程。
[0057]
在同步dc/dc转换器中或在电机驱动电路中，并非每个切换过程都引起与电磁兼容性相关的发射。例如，续流mosfet hs、ls通常在电磁兼容性方面是非关键的(unkritisch)。本发明描述了一种用于检测在电磁兼容性方面关键的mosfet hs、ls以及将所描述的用于对栅极电流ig进行成形的方法仅应用于这些mosfet hs、ls的可能性。代替地，续流mosfet hs、ls可以利用恒定的栅极电流ig被运行。
[0058]
调节回路基于米勒平台mp的检测。在许多应用的情况下，影响米勒平台mp的具有最高动态的参数是负载电流i
load
，也就是说在电机驱动电路的情况下是相电流i
phase
。可能发生，调节器2.1太慢，以致于不跟随负载电流i
load
的波动。因此，本发明描述一种用于对于快速、动态的输出电流的情况改善调节的精度的可能性，以便进一步减少与电磁兼容性相关的发射。在一种实施方式中，调节器2.1被构造为i调节器。
[0059]
真实电流源不能在整个电压范围上提供期望的电流。出于该原因，在现有技术中不可能在接通序列和关断序列结束时实现期望的栅极-源极电压v
gs
。本发明描述了一种用于在不影响电磁兼容性的情况下实现期望的栅极-源极电压v
gs
的可能性。
[0060]
图2示出简化的半桥hb1的示意性电路图。如图2中所示，可以简化用于运行感性负载l、例如dc/dc转换器、h桥电机驱动电路或b6电机驱动电路的半桥hb1、hb2。在如例如单象限dc/dc转换器之类的一些应用中，负载电流i
load
总是具有相同的极性。在如例如电机驱动电路之类的其他应用中，负载电流i
load
的极性可以随时间改变。
[0061]
如果负载电流i
load
为正，如在图2中左侧所示，则上桥支路中的mosfet hs的切换引起电源电流is和相电压v
phase
的快速变化并且触发过冲。在这种情况下，下桥支路中的mosfet ls处于续流路径中，并且mosfet ls的切换丝毫不引起过冲，丝毫不引起电源电流is的改变，而仅引起相电压v
phase
的小变化。
[0062]
如果负载电流i
load
为负，如在图2中右侧所示，则下桥支路中的mosfet ls的切换引起电源电流和相电压v
phase
的快速变化，并且触发过冲。在这种情况下，上桥支路中的mosfet hs是续流的，并且mosfet hs的切换丝毫不引起过冲，丝毫不引起电源电流的改变，而仅引起相电压v
phase
的小变化。
[0063]
电源电流和相电压v
phase
的过冲和快速变化通常引起关于电磁兼容性的规范超过以电流方式传递或辐射的发射。电源电流is和相电压v
phase
的过冲和快速变化可以被减小，其方式是相应地操控负责的(verursachende)mosfet hs、ls，也就是说在正负载电流i
load
的情况下操控mosfet hs并且在负负载电流i
load
的情况下操控mosfet ls。
[0064]
为了避免短路，总是设置死区时间td，在所述死区时间期间，半桥hb1的两个mosfet hs、ls被关断。在死区时间td期间，负载电流i
load
在mosfet hs、ls的体二极管中流动。如果负载电流i
load
为正，则所述负载电流在mosfet ls的体二极管中流动。如果负载电流i
load
为负，则所述负载电流在mosfet hs的体二极管中流动。因此，在死区时间td期间，如果相电流i
phase
为正，则相电压v
phase
为低，而如果相电流i
phase
为负，则相电压v
phase
为高，如在图3中所示。图3示出在切换mosfet hs、ls时相电压v
phase
随时间t的示意图表，其中切换状态hs on用符号表示上桥支路中的接通的mosfet hs，并且ls on用符号表示下桥支路中的接通的mosfet ls。
[0065]
其中实现本发明的设备、也就是说栅极驱动电路2可以检测mosfet hs、ls是否关
hs1、hs2、hs3可以被接通。经脉冲宽度调制的信号仅仅为了更好的可识别性而以不同的振幅示出。切换状态ls1_pulse对应于反转的切换状态hb1_pulse(未示出)。关于图7示例性地应该假设，当对应的相电流i
phase1
为正时，半桥hb1中的mosfet ls1被接入。于是，mosfet ls1在接通时是续流的。进一步应该假设，mosfet ls1保持足够长时间地接通，发生在相p1的相电流i
phase1
上的极性变换。在关断时，mosfet ls1因此是非续流的。如果mosfet ls1以恒定的栅极电流ig被关断，则所述mosfet可以生成快速切换，由此可能引起关于电磁兼容性的问题。其中实现本发明的栅极驱动电路2能够检测每个半桥hb1、hb2、hb3的两个mosfet hs和ls的长脉冲，其方式是对其他半桥hb1、hb2、hb3上的脉冲进行计数。对于在图7中所考虑的情况，因此当mosfet ls1被接通时，计数器被启动。每次将脉冲宽度调制的新工作循环应用于其他半桥hb2、hb3中的任何一个时，计数器读数被增加1。如果计数器已经达到特定的值，则在使用至少三个不同的电流值ig1、ig2、ig3的情况下执行mosfet ls1的切断。
[0072]
如在wo2014/173969a1中描述的和在图8所示的，当在切换时利用至少三个不同的电流值ig1、ig2、ig3操控mosfet时的目的在于，根据需求减少发射并且优化切换损耗。在wo2014/173969a1中描述的方法使用过冲测量，以便在调节方面(in regelung)对在接通和关断时的时间点t1
on
、t1
off
、t2
on
、t2
off
进行适配。过冲测量基本上提供以下信息：
[0073]-在接通时何时以及如何快速地到达米勒平台mp。
[0074]-在关断时何时以及如何快速地到达米勒平台mp。
[0075]
因此，本发明是在wo2014/173969a1中描述的操作方式的继续发展。可以通过用于检测米勒平台mp的每种其他方法替代过冲测量。一旦关于米勒平台mp的信息是已知的，就可以计算并且据此适配用于接通的时间点t1
on
、t2
on
和用于关断的时间点t1
off
和t2
off
，如图9中所示。图9示出具有mosfet hs、ls的切换序列的示意图表。例如，在接通时，从电流值ig1
on
到电流值ig2
on
的变换在米勒平台mp的开始之前有时间差δt1
on
地(um eine zeitdifferenz)发生。从电流值ig2
on
到电流值ig3
on
的变换在接通时在米勒平台mp的开始之后有时间差δt2
on
地发生。在关断时，从电流值ig1
off
到电流值ig2
off
的变换在到达米勒平台mp之后有时间差δt1
off
地发生。在关断时从电流值ig2
off
到电流值ig3
off
的变换以偏移时间差δt2
off
的方式发生。
[0076]
时间差δt1
on
、δt2
on
、δt1
off
和δt2
off
根据应用的要求可以是正的或负的。
[0077]
提出两种类型的米勒平台(millerplateau)检测器2.2，所述米勒平台检测器特别适用于本发明：
[0078]
1)表明米勒平台mp何时开始的米勒平台检测器2.2。
[0079]
2)表明米勒平台mp何时开始和结束的米勒平台检测器2.2。
[0080]
在根据第一实施方式的米勒平台检测器2.2的情况下，米勒平台mp在其中mosfet ls、hs是非续流的脉冲宽度调制的每个工作循环中被检测，并且该信息被使用来适配用于接通的时间点t1
on
、t2
on
和用于关断的时间点t1
off
和t2
off
，以便获得在下一工作循环中更接近时间差的目标值δt1
onset
、δt2
onset
、δt1
offset
、δt2
offset
的时间差δt1
on
、δt2
on
、δt1
off
和δt2
off
，如图11中所示。图11是mosfet hs或ls的状态机的示意视图，用于当相应的mosfet hs、ls利用至少三个电流值ig1、ig2、ig3被运行时适配用于接通的时间点t1
on
、t2
on
和用于关断的时间点t1
off
和t2
off
。图11是调节器2.1的一种可能实施方式。在用于mosfet hs、ls的接通命令的情况下，计时器被启动并且mosfet hs、ls利用栅极电流ig被操控。一旦
米勒平台检测器2.2检测到米勒平台mp，对应的时间点t
mon
就被存储。随后，将时间差δt1
on
确定为时间点t
mon
和t1
on
的差，并且将时间差δt2
on
确定为时间点t2
on
和t
mon
的差。
[0081]
在该工作循环中，如果目标值δt1
onset
、δt2
onset
、δt1
offset
、δt2
offset
与相应的所测量的值δt1
on
、δt2
on
、δt1
off
、δt2
off
之间的差不为0，则相关的时间点t1
on
、t2
on
、t1
off
和t2
off
被增加/缩小增量t1
oninc
、t2
oninc
、t1
offinc
和t2
offinc
，所述增量可以是恒定的或与误差信号(目标值δt与所测量的值δt之间的差)成比例。
[0082]
时间点t1
on
、t2
on
、t1
off
和t2
off
的调节基于米勒平台mp的检测。负载电流i
load
通常是可以影响米勒平台mp的具有最快动态的参数。如果负载电流i
load
或漏极电流id从电流值id1被增加到电流值id2，则米勒平台mp的电压vm1、vm2也增加，如图12中所示(不仅传输特性而且时间范围中的曲线)。时间点t1
on
、t2
on
、t1
off
和t2
off
应该根据米勒平台mp的电压vm1、vm2被适配，以便保持期望的时间差δt1
on
、δt2
on
、δt1
off
和δt2
off
。如果例如米勒平台mp的电压vm1、vm2增加，则时间点t1
on
也应该被增加，以便获得期望的时间差δt1
on
。对于每个时间点t1
on
、t2
on
、t1
off
和t2
off
定义默认值t
x_def
。在开始时使用默认值t
x_def
，以便初始化调节器2.1。为了加速调节器2.1，可以实现与负载电流i
load
的比例(根据需要线性的或非线性的)，如图13中所示(仅示出线性情况。)。对于每个负载电流i
load
(或如果以数字方式实现，则负载电流范围)，可以借助于常数因子k计算相关的默认值t
x
_
def
(例如t
x_def
＝t
x_def0
+k*i
load
)。对于每个负载电流i
load
(负载电流范围)，调节器2.1于是可以执行调节并且找到最佳值。可以为相应的应用规定常数因子k。
[0083]
根据第二实施方式的调节器2.1以第一实施方式为基础。在对于栅极电流ig使用至少三个电流值ig1、ig2、ig3时，栅极电流ig在换向(切换)期间在第二区段中被降低到第二电流值ig2，以便过冲保持在可接受的范围内。米勒平台mp的检测连同时间差的目标值δt1
onset
、δt2
onset
、δt1
offset
和δt2
offset
的保持一起确保mosfeths、ls的栅极g在换向(切换)期间利用栅极电流ig的所选择的第二电流值ig2被操控。然而，栅极电流ig的固定的电流值ig2对于负载电流i
load
的整个范围并不是最佳的。
[0084]
因此，在对于栅极电流ig使用至少三个电流值ig1、ig2、ig3时，第二电流值ig2可以在接通和关断mosfet hs、ls期间根据负载电流i
load
的电平被适配(参见图14)。图14在左侧示出mosfeths、ls的接通序列的示意图表，并且在右侧示出关断序列的示意图表。
[0085]
如图14中所示，电流值ig2的这种适配提供附加的可能性：优化过冲和功率损耗，其方式是在电流的换向(切换)期间改变栅极-源极电压v
gs
的升高的斜率，如图14中所示。
[0086]
为此，负载电流i
load
的范围被划分成n个子范围，如图15中所示。图15是栅极电流ig的第二电流值ig2根据负载电流i
load
的示意图表。每个子范围对应于特定的电流值ig2。该曲线的斜率根据电磁兼容性的要求和损耗要求被规定。对于负载电流i
load
的每个子范围，电流值ig2被适配，以便调节时间差的目标值δt1
onset
、δt2
onset
、δt1
offset
和δt2
offset
。
[0087]
与图11中所示的流程图类似地对时间差δtx的预先给定的值进行调节。如果例如δt1
on
大于δt1
onset
，则将ig2
on
增加增量ig2
oninc
。相反地，如果δt1
on
小于δt1
onset
，则将ig2
on
减小增量ig2
oninc
。时间差的目标值δt1
onset
、δt2
onset
、δt1
offset
和δt2
offset
是负载电流i
load
的划分的函数。时间差的目标值δtx
onset
和δtx
offset
与负载电流i
load
有关联，如图16中所示。这能够实现在栅极驱动电路2中的简单实现。图16是期望的值δtx
onset
根据负载电流i
load
的示意图表。
[0088]
图17是用于对于栅极电流ig的不同的第二电流值ig2(1)至ig2(4)表示过冲行为的示意图表。图18是用于对于栅极电流ig的不同的第二电流值ig2(1)至ig2(4)表示损耗行为的示意图表。由于该方法对于不同的负载电流范围预先给定δtx
set
值，所以调节算法根据负载电流i
load
的子范围选择不同的电流值ig2。这能够实现更多的灵活性，以便优化在切换时的电磁兼容性和损耗。如果ig2例如从ig2(4)至ig2(1)变动，则虚线上方的区域是功率增益。在图17和18中，第二电流值ig2(1)最低并且第二电流值ig2(4)最高。如果例如选择ig2(4)作为第二电流值，则因为栅极更快速地被充电，所以mosfet从关(aus)到开(an)或从开到关的切换更快速地进行。因此，在切换期间的功率损耗得出较低的结果，但是过冲水平较高。
[0089]
用于t1
on
、t2
on
、t1
off
和t1
off
的默认值根据第一实施方式针对负载电流i
load
的第一子范围被确定。针对负载电流i
load
的其他子范围用于t1
on
、t2
on
、t1
off
和t1
off
的默认值以线性方式或通过简单的非线性函数彼此有关联，如图3中所示。每次相电流处于负载电流的第一子范围内时，实施根据第一实施方式的方法，以便达到期望的默认值t
x_def
。
[0090]
即使用于t1
on_def
的默认值不在电气换向的一个循环内被收敛，这也不剧烈地影响性能。这原因在于过冲在t1
on
值的范围上是恒定的。迭代结束时t1
on
的最后值(在负载电流i
load
的子范围内)可以被使用来构成针对下一子范围的用于t1
on
的初始值。这也适用于剩余的默认值。
[0091]
为了在mosfet hs、ls处实现最小体积电阻r
ds(on)
，源极-栅极电压v
gs
应该达到足够高的值(例如v
gs
》10v)。在使用具有非常接近所力求的栅极-源极电压v
gs
的电压的电流源时，这可能是不可能的。当接通终止后，出于该原因需要离开电流源模式，以便达到最终栅极-源极电压v
gs
。这在使用第三电流值ig3用于操控mosfeths、ls(图8)的时间段结束时进行。该时间段结束时的时间点可以以不同的方式被确定，例如借助于在米勒平台mp开始时触发的计时器或借助于用于栅极-源极电压v
gs
的比较器。由于在续流mosfet hs、ls的情况下不存在米勒平台mp，所以电流源模式的结束可以通过用于栅极-源极电压v
gs
的比较器或计时器被确定，如果切换开始，则所述计时器启动。
[0092]
在关断时也会发生有点类似情况：在关时间期间，应该避免由于与其他信号耦合而引起的mosfet hs、ls的不期望的接入。在这种情况下，由于电流源本身的低供电电压，电流源也不能达到所力求的电平。因此，在这种情况下也必须离开电流源模式。这当使用第三电流值ig3用于操控mosfet hs、ls的时间段已过去了时发生。可以借助于用于vgs的同一比较器来确定该时间段的结束，所述比较器已被使用来检验两个mosfet hs、ls何时关断。
[0093]
栅极驱动电路2可以完全或部分地在集成电路、例如asic或assp中实现。

技术特征：
1.一种用于切换功率晶体管电路(1)中的功率晶体管(hs、ls)的方法，其中所述功率晶体管(hs、ls)分别具有栅极(g)，所述栅极在接通序列和/或关断序列的情况下顺序地利用至少三个控制值(ig1、ig2、ig3)被操控，在特定时间点(t1、t2)在所述控制值之间进行切换，其特征在于，所述时间点(t1、t2)借助于调节器(2.1)被确定或修改，由用于检测相应的功率晶体管(hs、ls)的栅极-源极电压(v
gs
)中的米勒平台(mp)的米勒平台检测器(2.2)操控所述调节器。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为所述功率晶体管电路(1)的一部分的半桥(hb1至hb3)的相电压(v
phase
)或所述半桥(hb1至hb3)的任何电压或任何电流被输送给所述米勒平台检测器(2.2)用于检测所述米勒平台(mp)，或者其中所述米勒平台检测器(2.2)基于所述半桥(hb1至hb3)的下桥支路中的功率晶体管(ls)的源极端子处的电压瞬变的检测或基于过冲的检测。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助于所述米勒平台检测器(2.2)检测所述米勒平台(mp)何时开始或所述米勒平台(mp)何时开始和结束。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述米勒平台(mp)在每个工作循环中被检测，在所述工作循环中所述相应的功率晶体管(ls、hs)是非续流的，其中使用该信息来针对下一工作循环适配所述时间点(t1、t2)，其中所述相应的功率晶体管(ls、hs)是非续流的。5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述米勒平台(mp)借助于包含在所述米勒平台检测器(2.2)中的比较器根据所述相电压(v
phase
)被检测。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在接通时，从第一控制值(ig1
on
)到第二控制值(ig2
on
)的变换在所述米勒平台(mp)的开始之前有时间差(δt1
on
)地发生和/或在接通时从第二控制值(ig2
on
)到第三控制值(ig3
on
)的变换在所述米勒平台(mp)的开始之后有时间差(δt2
on
)地发生和/或在关断时从第一控制值(ig1
off
)到第二控制值(ig2
off
)的变换在到达所述米勒平台(mp)之后有时间差(δt1
off
)地发生和/或在关断时从第二控制值(ig2
off
)到第三控制值(ig3
off
)的变换在到达所述米勒平台(mp)之后有时间差(δt2
off
)地发生。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在接通和关断所述功率晶体管(hs、ls)期间，所述第二控制值(ig2)根据所述负载电流(i
load
)的电平被适配。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，仅针对所述功率晶体管电路(1)中的非续流功率晶体管(hs、ls)利用至少三个控制值(ig1、ig2、ig3)进行操控，而利用恒定的控制值(ig)操控续流功率晶体管(hs、ls)。9.根据权利要求2至8任一项所述的方法，其特征在于，为了检测半桥(hb1至hb3)中的功率晶体管(hs、ls)在下一工作循环中是否是续流的，在同一半桥(hb1至hb3)的两个功率晶体管(hs、ls)关断的死区时间(t
d
)期间测量所述相电压(v
phase
)，其中如果所述相电压(v
phase
)为高，则同一半桥(hb1至hb3)的下支路中的功率晶体管(ls)被识别为在下一工作循环中是续流的。10.根据权利要求2至9中任一项所述的方法，其特征在于，在具有至少两个半桥(hb1至hb3)的功率晶体管电路(1)中，为了接通已经利用至少三个不同的控制值(ig1、ig2、ig3)操控的功率晶体管(hs、ls)原则上也为了关断在相同的工作循环中利用至少三个不同的控制
值(ig1、ig2、ig3)被操控，并且除了长脉冲被检测，为了接通已经利用恒定的控制值(ig)操控的功率晶体管(hs、ls)原则上也为了关断在相同的工作循环中利用恒定的控制值(ig)被操控，所述长脉冲引起相应的半桥(hb1至hb3)的相电流(i
phase
)的极性的变化。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，为了在接通所述半桥(hb1至hb3)之一中的功率晶体管(hs、ls)时确定长脉冲，启动计数器，每次新的工作循环被应用于其他半桥(hb1、hb2、hb3)之一时，使所述计数器的计数器读数增加1，其中如果所述计数器已经达到特定的值，则在使用至少三个不同的控制值(ig1、ig2、ig3)的情况下对所述功率晶体管(hs、ls)执行切断。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述负载电流(i
load
)变动所述时间点(t1、t2)和/或根据所述负载电流(i
load
)变动时间差中的至少一个时间差的至少一个目标值(δtx
onset
、tx
offset
)。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在使用至少三个控制值值(ig1、ig2、ig3)时，所述第二控制值(ig2)在接通和关断所述功率晶体管(hs、ls)期间根据所述负载电流(i
load
)的电平被适配。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述控制值(ig1、ig2、ig3)借助于由所述调节器(2.1)操控的源(2.4)被设定，所述源在电流源模式下被运行，其中所述源(2.4)在所述接通序列和/或所述关断序列结束时从所述电流源模式被切换到电压源模式。15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述接通序列和/或所述关断序列的结束借助于-在所述米勒平台(mp)开始时触发的计时器，或-用于所述栅极-源极电压(v
gs
)的比较器被检测。

技术总结
本发明涉及一种用于切换功率晶体管电路(1)中的功率晶体管(HS、LS)的方法，其中所述功率晶体管(HS、LS)分别具有栅极(G)，所述栅极在接通序列和/或关断序列的情况下顺序地利用至少三个控制值(Ig1、Ig2、Ig3)被操控，在特定时间点(t1、t2)在所述控制值之间进行切换，其特征在于，所述时间点(t1、t2)借助于调节器(2.1)被确定或修改，由用于检测相应的功率晶体管(HS、LS)的栅极-源极电压(VGS)中的米勒平台(MP)的米勒平台检测器(2.2)来操控所述调节器。器。器。


技术研发人员：R
受保护的技术使用者：纬湃科技德国有限责任公司
技术研发日：2021.10.07
技术公布日：2023/8/13