[发明专利]具有共源极电感布局以避免直通的逆变器切换器件

说明书

一种逆变桥中的相脚具有上部晶体管，上部晶体管具有上部栅极、集电极、和发射极端子，其中上部栅极和发射极端子布置为产生上部共源极电感。下部晶体管具有下部栅极、集电极、和发射极端子，其中下部栅极和发射极端子布置为产生下部共源极电感。上部二极管跨接在上部集电极和发射极端子上，并且大体上与上部共源极电感并联。下部二极管跨接在下部集电极和发射极端子上，并且大体上与下部共源极电感并联。因此，当在其中一个晶体管关闭时承载换向电流时，二极管大体上绕过共源极电感。这允许相脚在避免“直通”问题的同时，在栅极端子处具有显著的共源电感。

技术领域

本发明大体涉及逆变桥中的功率切换器件，并且更具体地，涉及使用高切换效率的分立式功率切换器件的电动车辆的逆变器驱动系统。

背景技术

例如混合动力电动车辆(hybrid electric vehicle，HEV)、插电式混合动力电动车辆(plug-in hybrid electric vehicle，PHEV)、电池电动车辆(battery electricvehicle，BEV)的电动车辆使用逆变驱动的电机提供牵引力矩。典型的电驱动系统可以包括直流(Direct-current，DC)电源(例如电池组或燃料电池)，DC电源通过接触器开关连接到可变电压转换器(variable voltage converter，VVC)来调节主DC链路电容器两端的主母线电压。逆变器连接在主母线和牵引马达之间，便于将DC母线功率转换成与马达的绕组相耦合的交流(Alternating current，AC)电压以推动车辆。

逆变器包括桥接有多个相脚的晶体管切换器件，例如绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)。典型配置包括由三相脚的逆变器驱动的三相马达。电子控制器通断开关以便于将来自母线的直流电压转换成施加到马达的交流电压。为了传递正弦电流输出的近似值而以期望的速度和力矩来驱动电动机，逆变器可以对DC链路电压进行脉宽调制。施加到IGBT栅极的脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)控制信号按需使栅极通断使得得到的电流与期望的电流相匹配。

因为逆变器的每个相脚具有跨接在DC链路两端的一对上下开关晶体管，重要的是相脚中的两个器件不会同时导通(即打开)。通常在PWM开关信号中插入短时间间隔(称为死区时间)，在死区时间期间相脚的上下开关器件关闭以防直通。

共源极电感是指由功率开关晶体管中的主功率回路(即晶体管的漏极到源极或集电极到发射极的功率输出)和栅极驱动回路(即栅极到源极或栅极到发射极)共享的电感。共源极电感同时承载器件输出电流(例如漏极到源极电流)和栅极充/放电电流。共源极电感的输出(功率回路)部分的电流以增强(例如，加速)切换性能的方式改变栅极电压。对于切换桥而言，可能期望减少的切换时间，因为只要包含其它潜在的副作用，就会具有在切换转换期间消耗(即丢失)的能量的相关减少，因此。例如，大的共源极电感可能增加发生直通的可能性。

发明内容

根据本发明的一个方面，相脚配置为以避免“直通”的方式在栅极端子处具有显著的共源极电感。上部晶体管具有上部栅极、集电极、和发射极端子，其中上部栅极和发射极端子布置为产生上部共源极电感。下部晶体管具有下部栅极、集电极、和发射极端子，其中下部栅极和发射极端子布置为产生下部共源极电感。上部二极管跨接在上部集电极和发射极端子上，并且大体上与上部共源极电感并联。下部二极管跨接在下部集电极和发射极端子上，并且大体上与下部共源极电感并联。因此，当在其中一个晶体管关闭时承载换向电流时，二极管大体上绕过共源极电感。

根据本发明，提供一种相脚，包括：

上部晶体管，上部晶体管具有上部栅极端子、上部集电极端子、和上部发射极端子，所述上部栅极端子和上部发射极端子布置为产生上部共源极电感；

下部晶体管，下部晶体管具有下部栅极端子、下部集电极端子、和下部发射极端子，下部栅极端子和下部发射极端子布置为产生下部共源极电感；和