[发明专利]用于确定功率电子半桥的死区时间的控制器

说明书

一种用于操控车辆功率模块的桥式电路(30)的控制器(10)，控制器包括：输入接口(12)，输入接口用于获得桥式电路(30)的输出电流；分析单元(14)，分析单元用于根据所获得的输出电流确定自适应的死区时间，其中自适应的死区时间与桥式电路(30)的预先确定的换向时间相关联并且由预先确定的最小值界定；以及信号单元(16)，信号单元用于产生控制信号以便将自适应的死区时间施加到桥式电路(30)中。

技术领域

本发明涉及基于半导体的功率模块领域。本发明尤其涉及一种用于确定功率电子开关的死区时间的控制器，该功率电子开关例如是用于电动车辆和/或混合动力车辆的逆变器。

背景技术

功率电子开关或电路如今被用于各种应用。尤其在逐步发展的电动汽车中，功率电子装置起到关键作用。随着集成在车辆中的功能的数量的增大，安装在其中的功率电子装置的数量和复杂性也增大。

在许多功率电子电路、如电源和逆变器中使用桥式电路，桥式电路典型地由上部(高侧)开关和下部(低侧)开关构成。高侧开关(HS开关)可以包括晶体管、例如场效应晶体管(FET)，该晶体管将负载切换到电压源。低侧(LS)开关同样可以包括晶体管、例如FET，该晶体管将负载切换到地线(或接地)。

这种桥式电路是例如从EP 1230734 B1已知的。

这两个开关在操作中应彼此相反地被操控。在接通和断开时，HS开关和LS开关中都会出现时间延迟。这是因为在施加栅极-源极电压(V_GS)之后，漏极-源极电压(V_DS)以一定的延迟对栅极-源极电压作出响应。然而，由于漏极-源极电压对栅极-源极电压的响应速度不同，这两个开关具有不一样长的延迟时间，并且在接通和断开时具有不一样长的上升时间和下降时间。上升时间/下降时间是指漏极-源极电压达到最终值所需的持续时间。这导致，这两个开关以不同的速度接通和断开。因此，HS开关和LS开关不能容易地彼此相反地被操控。反之，这可能导致这两个开关同时导通的重叠阶段，这可能进而将导致较高的横向电流(Querstrom)，该横向电流从这两个开关中的一个开关流到另一个开关并且与损坏整个功率开关的短路类似。

此外，在现代的功率开关——包括例如金属氧化物半导体FET(MOSFET)或基于氮化镓(GaN)的高电子迁移率晶体管(GaN-HEMT)——中，断开时的延迟时间通常明显长于接通时的延迟时间。

过去，已经提出了试图解决上述问题的各种解决方案。例如，引入所谓的“死区时间(或闭锁时间)”，该死区时间被限定为HS开关和LS开关均没有闭合的时间段。由此防止电压源的短路并且因此防止横向传导。

然而，从现有技术已知的功率电子电路具有高的传导损耗。这是因为死区时间未被适当地选择，死区时间在许多情况下太大。能够实现反向传导的功率半导体在断开状态下具有明显提高的正向电压。由此，大的死区时间导致反向传导中的传导损耗提高。

因此，本发明的基本目的在于，优化功率电子电路中的死区时间，从而降低反向传导中的传导损耗。

该目的通过根据独立权利要求所述的控制器、控制方法、优化方法、计算机程序产品、计算机可读的存储介质、以及数据载体信号来实现。

车辆功率模块包括至少一个在反方向上可开关的功率半导体。例如考虑具有宽带隙的半导体(英文：Wide Bandgap Semiconductor)，诸如氮化镓(GaN)或碳化硅(SiC)。车辆功率模块可以包括一个或多个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、一个或多个高电子迁移率晶体管(HEMT)。

桥式电路可以是包括HS开关和LS开关的半桥。替代性地，桥式电路可以是所谓的多级半桥。输入接口例如可以被设计为模数转换器或者被设计为数据线路的接口(例如Serial Peripheral Interface，串行外围设备接口，SPI)。