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1、(10)申请公布号 CN 102468837 A (43)申请公布日 2012.05.23 C N 1 0 2 4 6 8 8 3 7 A *CN102468837A* (21)申请号 201110354496.9 (22)申请日 2011.11.10 12/943079 2010.11.10 US H03K 17/567(2006.01) H03K 17/18(2006.01) (71)申请人英飞凌科技股份有限公司 地址德国瑙伊比贝尔格市坎芘昂112号 (72)发明人 D. 多梅斯 (74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人王岳 卢江 (54) 发明名称 RC-I。
2、GBT的导通状态检测 (57) 摘要 本发明涉及RC-IGBT的导通状态检测。一种 电路布置包括：反向导通IGBT，配置成允许在正 向方向上和在反向方向上导通负载电流，IGBT具 有负载电流路径和栅极电极；栅极控制单元，连 接到栅极电极并且配置成通过分别根据栅极控制 信号对栅极电极进行充电或者放电来激活或者去 激活IGBT；栅极驱动器单元，配置成通过感测因 由于反向导通IGBT改变成它的反向导通状态而 改变在负载路径两端的电压降所引起的栅极电流 来检测IGBT是在正向方向还是反向方向上导通 电流，栅极控制单元还被配置成在栅极驱动器单 元检测到IGBT处于它的反向导通状态时去激活 IGBT或者防。
3、止经由IGBT的栅极电极激活IGBT。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书7页 附图5页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 5 页 1/2页 2 1.一种电路布置，包括： 反向导通IGBT，配置成允许在正向方向上和在反向方向上导通负载电流，所述IGBT具 有负载电流路径和栅极电极； 栅极控制单元，连接到所述栅极电极并且配置成通过分别根据栅极控制信号对所述栅 极电极进行充电或者放电来激活或者去激活所述IGBT； 栅极驱动器单元，配置成通过感测因由于所述反向导通IGBT改变成它的反向导通状 态而改变。
4、在所述负载路径两端的电压降所引起的栅极电流来检测所述IGBT是在所述正向 方向还是反向方向上导通电流； 其中所述栅极控制单元还被配置成在所述栅极驱动器单元检测到所述IGBT处于它的 反向导通状态时去激活所述IGBT或者防止经由所述IGBT的栅极电极激活所述IGBT。 2.根据权利要求1所述的电路布置，其中所述栅极驱动器单元被配置成根据感测的栅 极电流生成导通状态信号，所述导通状态信号表明所述反向导通IGBT的所述导通状态。 3.根据权利要求1所述的电路布置，其中所述栅极控制单元被配置成处理电流方向信 号，使得如果所述电流方向信号表明所述反向导通IGBT处于它的反向导通状态则防止经 由所述反向导。
5、通IGBT的栅极电极激活所述反向导通IGBT。 4.根据权利要求1所述的电路布置，其中所述栅极控制单元包括栅极驱动器单元，所 述栅极驱动器单元经由第一和第二电源线由电压源供应，所述栅极驱动器单元包括输出和 输出线，并且栅极驱动器单元输出被配置成经由所述输出线向所述反向导通IGBT的所述 栅极电极中注入栅极电流或者从所述栅极电极接收栅极电流，栅极驱动器输出电流为所述 栅极电流。 5.根据权利要求4所述的电路布置，其中电流测量设备布置于所述栅极驱动器单元的 所述第一电源线中或者所述第二电源线中或者所述输出线中，或者其中多个电流测量设备 布置于所述栅极驱动器的所述第一电源线中和/或所述第二电源线中和。
6、/或所述输出线 中。 6.根据权利要求5所述的电路布置，其中所述电流测量设备包括分流电阻和并联电压 测量设备。 7.根据权利要求4所述的电路布置，其中电压测量设备并联连接到栅极电阻，所述栅 极电阻布置于栅极驱动器输出线中。 8.根据权利要求4所述的电路布置，其中具有并联电压测量设备的分流电阻布置于所 述输出线中。 9.根据权利要求5所述的电路布置，其中第一和/或第二电源线中的所述电流测量设 备包括具有第一和第二电流路径的电流镜。 10.根据权利要求9所述的电路布置，其中所述电流镜布置成使得它的第一电流路径 中的电流等于所述栅极电流，并且所述电流镜配置成使得它的第二电流路径中的电流与它 的第一电。
7、流路径中的电流相等或者成正比。 11.根据权利要求9所述的电路布置，其中感测电容布置于所述电流镜的所述第二电 流路径中以由流动于所述电流镜的所述第二电流路径中的电流充电，并且所述感测电容携 带的电荷量是针对所述栅极电流的测量。 12.一种用于检测反向导通IGBT的正向或者反向导通状态的方法，所述方法包括： 权 利 要 求 书CN 102468837 A 2/2页 3 提供具有负载路径的反向导通IGBT；并且 感测因由于所述反向导通IGBT改变成它的反向导通状态而改变在所述负载路径两端 的电压降所引起的栅极电流。 13.根据权利要求12所述的方法，包括： 提供表明所述反向导通IGBT的所述导通状。
8、态的导通状态信号； 如果所述导通状态信号表明所述反向导通IGBT处于它的反向导通状态，则阻塞用于 所述反向导通IGBT的栅极控制信号。 14.根据权利要求12所述的方法，包括： 借助于与所述栅极电流成比例或者相等的电流来对感测电容进行充电或者放电； 感测电容携带的电荷量，所述电荷量代表所述栅极电流。 15.一种电路布置，包括： 场效应晶体管，配置成允许在正向方向上和在反向方向上导通负载电流，所述场效应 晶体管具有负载电流路径和栅极电极； 栅极控制单元，耦合到所述栅极电极并且配置成通过分别根据栅极控制信号对所述栅 极电极进行充电或者放电来激活或者去激活所述场效应晶体管；以及 监视单元，配置成通过。
9、感测因与所述负载电流的方向改变对应的在所述负载路径两端 的电压降的方向改变所引起的栅极电流来检测所述场效应晶体管是在所述正向方向还是 所述反向方向上导通电流。 16.一种用于检测场效应晶体管的正向或者反向导通状态的方法，所述方法包括： 提供场效应晶体管，所述场效应晶体管具有负载路径并且配置成允许在正向方向上和 在反向方向上导通负载电流；并且 感测因与所述负载电流的方向改变对应的在所述负载路径两端的电压降的方向改变 所引起的栅极电流。 17.一种电路布置，包括： 半桥切换电路，包括两个反向导通绝缘栅极双极晶体管（RC-IGBT），所述RC-IGBT配置 成允许在正向方向上和在反向方向上导通负载电。
10、流，所述RC-IGBT具有负载电流路径和栅 极电极，并且所述两个RC-IGBT的共同电路节点为配置成提供输出电流的半桥输出； 用于每个RC-IGBT的栅极控制单元，连接到相应栅极电极并且配置成通过分别根据所 述栅极控制单元接收的栅极控制信号对所述栅极电极进行充电或者放电来激活或者去激 活相应RC-IGBT； 所述栅极控制单元中的至少一个栅极控制单元包括栅极驱动器单元，所述栅极驱动器 单元被配置成通过感测因由于所述相应RC-IGBT改变成它的反向导通状态而改变在所述 RC-IGBT的所述负载路径两端的电压降所引起的栅极电流来检测所述RC-IGBT是否在所述 反向方向上导通电流。 权 利 要 求 。
11、书CN 102468837 A 1/7页 4 RC-IGBT 的导通状态检测 技术领域 0001 本公开内容涉及一种用于控制反向导通绝缘栅极双极晶体管（RC-IGBT）的方法， 具体地涉及一种用于检测穿过RC-IGBT的电流的方向的方法。 背景技术 0002 常规IGBT例如在常规逆变器电路中用来调节与电机有关的电感负载。常规逆变 器电路包括常规IGBT，如果IGBT例如将与牵连电感负载特性的电机结合应用则变得有必 要将每个IGBT并联连接到续流（free-wheeling）二极管以允许双向电流。然而并联续流 二极管的应用涉及到诸多弊端，即：IGBT外壳将被设计成以同样方式容纳IGBT本体和单。
12、独 续流二极管二者，并且两个部件的接合是比较复杂和昂贵的问题。 0003 为了避免这些弊端，比如在美国专利公开号2007/0231973 A1中公开的反向导通 IGBT（所谓RC-IGBT）已变得普遍，其中IGBT和续流二极管单片形成为一个简单半导体部 件。p掺杂集电极区因切片而局部破坏，其中n掺杂半导体材料接触集电极金属化从而在发 射极结构、轻度掺杂漂移区和在MOS沟道区中的p掺杂材料之间造成所谓PIN电极结构。 0004 反并联连接到IGBT的常规续流二极管的导通状态未依赖于IGBT的导通状态，而 RC-IGBT的本征续流二极管受RC-IGBT的MOS沟道区的导通状态影响。也就是说，如果在。
13、 RC-IGBT的反向导通状态期间经由它的栅极电极触发它，则MOS沟道为导通。由于MOS沟道 允许双向电流，所以在反向导通路径中的电子将在触发的栅极电极情况下发现附加电流路 径。这样，正向电压降可能在PIN二极管结构中显著增加，因为并非所有电子有助于PIN二 极管的溢流，这在多数情况下不合需要。 0005 出版物DE 10 2009 001 029 A1教导一种如何克服前文描述问题的控制方法和对 应电路结构，该控制方法涉及到用于检测RC-IGBT中的电流方向的方法。具体地借助于常 用V CEsat 检测电路来检测电流方向，V CEsat 代表RC-IGBT的集电极-发射极饱和电压。关于 V C。
14、Esat 检测电路的一个弊端可能在于高阻塞能力的至少一个（或者多个串联）二极管是必需 的，这些二极管一方面比较昂贵而另一方面它们由于所需的爬电距离（electric creepage distance）而在功率电子布置内具有大空间。 0006 需要克服或者至少缓解上文讨论的问题。另外需要提供一种用于防止RC-IGBT在 处于它的反向导通状态时经由它的栅极电极进行接通的电路布置和对应方法。 发明内容 0007 公开了一种电路布置。根据一个实施例，该电路布置包括：反向导通IGBT，配置成 允许在正向方向上和在反向方向上导通负载电流，IGBT具有负载电流路径和栅极电极；栅 极控制单元，耦合到栅极电极。
15、并且配置成通过分别根据栅极控制信号对栅极电极进行充电 或者放电来激活或者去激活IGBT；监视单元，配置成通过感测因由于反向导通IGBT改变成 它的反向导通状态而改变在负载路径两端的电压降所引起的栅极电流来检测IGBT是否在 反向方向上导通电流，其中栅极控制单元还被配置成在监视单元检测到IGBT处于它的反 说 明 书CN 102468837 A 2/7页 5 向导通状态时去激活IGBT或者防止激活IGBT。 0008 另外，公开了一种用于检测IGBT是处于正向导通状态还是处于反向导通状态的 方法。根据一个实施例，该方法包括：提供具有负载路径的反向导通状态；并且感测因由于 反向导通IGBT改变成它。
16、的反向导通状态而改变在负载路径两端的电压降所引起的栅极电 流。 0009 根据本发明的电路布置和方法也可以用于任何场效应晶体管而不限于IGBT。 0010 本领域技术人员将在阅读以下详细描述时并且在查看附图时认识到附加特征和 优点。 附图说明 0011 图中的部件未必按比例绘制而是着重于图示本发明的原理。此外，在图中相似标 号表示对应部分。在附图中： 图1图示了连接到包括电感器的负载阻抗的IGBT半桥电路； 图2图示了图1的IGBT半桥，该IGBT半桥包括用于每个晶体管的栅极控制单元； 图3图示了如下表，该表列举图2的半桥IGBT依赖于对应IGBT的负载电流方向的导 通状态； 图4图示了具有如。
17、下栅极控制单元的IGBT，该栅极控制单元监视对应IGBT的导通状态 并且根据它的导通状态来切换晶体管； 图5图示了与RC-IGBT有关的主导寄生输入电容； 图6图示了用于使用栅极驱动器电路进行栅极电流感测的多种选项； 图7图示了一种用于借助于连接到栅极驱动器电路的电流镜进行栅极电流感测的有 利电路布置； 图8图示了图1中的逆变器半桥和图7中的电路布置的控制信号、电流和电压的示意 时间响应。 具体实施方式 0012 绝缘栅极场效应晶体管（IGBT）通常操作为让续流二极管反并联连接到它们的负 载电流路径。根据负载电流方向和IGBT栅极信号，这样的IGBT和二极管的并联电路可能处 于正向导通状态、处。
18、于反向导通状态或者处于正向阻塞状态。在本示例中，负载电流方向实 质上由电感负载的状态确定。正向电流流过IGBT的负载电流路径（集电极-发射极路径）， 而反向电流流过二极管。在反向导通期间，无论IGBT的栅极是被主动驱动至高电平还是低 电平，二极管的导通状态都不受IGBT影响。 0013 所谓反向导通IGBT（RC-IGBT）具有本征反向二极管，使得无需单独续流二极管。 然而本征反向二极管的导通行为严重依赖于RC-IGBT的栅极是被主动驱动至高电平还是 低电平。 0014 在RC-IGBT中，如果IGBT栅极被驱动至高电平，则在本征反向二极管两端的反向 电压降增加至不希望有的高电平。反向电压由此。
19、可以视为在内部续流二极管的负载路径两 端的阳极-阴极电压。 0015 RC-IGBT常用于（功率）转换器中，其中IGBT半桥用来控制每个相电流。图1示意 说 明 书CN 102468837 A 3/7页 6 地图示了这样的半桥。IGBT半桥可以包括串联连接的两个n沟道IGBT T 1TOP 、T 1BOT 。在半 桥两端（即在高侧晶体管T 1TOP 的集电极与低侧晶体管T 1BOT 的发射极之间）施加操作电压V DC （中间电压或者DC链路电压）。高侧晶体管T 1TOP 的集电极电势在这里称为V CC ，而底部晶体 管T 1BOT 的发射极电势在这里称为V EE 。T 1TOP 和T 1BOT。
20、 的共同电路节点为半桥的向连接的负载 阻抗提供输出电流i OUT （也称为相电流）的输出节点。在多数情况下，负载阻抗包括电感负 载。通常，DC链路电压相对于参考电势GND为对称的，即V CC =V DC /2并且V EE =-V DC /2。在本情 况下，负载连接于半桥的输出与参考电势GND之间。 0016 为每个晶体管T 1TOP 、T 1BOT 提供栅极控制单元10以控制输出电流i OUT （半桥输出电 流）。栅极控制单元10可以包括如在这里后文描述的图4中所示的栅极驱动器单元102，该 栅极驱动器单元可以被配置成实现电流i OUT 的特定时间响应（即边缘整形电流阶梯）和/或 防止半桥被短。
21、路。向两个栅极控制单元10提供（二元）栅极控制信号S 1TOP 和S 1BOT ，每个栅极 控制信号表明对应晶体管T 1TOP 或者T 1BOT 的所希望导通状态。在图2中图示了包括栅极控 制单元10的转换器半桥。 0017 图3图示了半桥（例如图2中所图示的半桥）的四个可能切换状态。根据控制信号 S 1TOP 和S 1BOT 以及可以由电感负载确定的输出电流i OUT （负载电流）的方向，半桥输出节点的 输出电势（近似）取值V EE =-V DC /2或者V CC =V DC /2。 0018 参照图3，在切换状态I中，两个RC-IGBT控制信号S 1TOP 、S 1BOT 将对应晶体管驱动。
22、至 它的关断状态。因此，输出电流i OUT 可以根据输出电流i OUT 的方向而仅流过晶体管T 1TOP 或 者晶体管T 1BOT 的本征反向二极管。也就是说，输出电流i OUT 流过顶部晶体管T 1TOP 的本征续 流二极管或者流过底部晶体管的续流二极管。因而，输出电势为V EE （在负输出电流i OUT 的 情况下）或者V CC （在正输出相电流i OUT 的情况下），这为纯近似，因为本征二极管的正向电压 降在上文考虑中被忽略。 0019 再次参照图3，在切换状态II中，仅驱动晶体管T 1BOT 以便采取它的导通状态（即 S 1BOT =1、S 1TOP =0）（也称为接通状态）。因此独立。
23、于输出电流i OUT 的方向，输出电势近似等于 V EE 。在正输出电流i OUT （正电流在如图2中的由指代i OUT 的箭头所表明的方向上流动）的情 况下，晶体管T 1BOT 处于它的正向导通状态，而在负输出电流的情况下，T 1BOT 处于它的反向导 通状态。切换状态III与状态II互补。 0020 状态IV指代其中晶体管T 1BOT 和T 1TOP 二者均被驱动至它们的正向导通状态（即 S 1TOP =S 1BOT =1）的状态。然而在这样的状态中，DC链路电压V DC 将被短路，这可能造成故障或 者甚至破坏半桥。栅极驱动器电路因此应当被配置成防止这样的半桥击穿。 0021 在切换状态I。
24、I和III中，当晶体管在处于反向导通状态时被激活（即分别S 1TOP =1 或者S 1BOT =1）时可能出现上文提到的问题。在这一情况下，在它的负载路径两端的电压降将 明显增加，这将不可避免地造成增加的损耗并且因而造成显著发热。更确切地说，在负输出 电流i OUT 的情况下在状态II中而在正输出电流i OUT 的情况下在状态III中可能出现问题。 0022 根据本发明一个示例构建的电路布置可能解决或者至少部分缓解该问题。图4图 示了包括如下反向导通IGBT T1的电路布置，该IGBT T1能够经由它的负载路径在正向方 向上（经由MOS沟道）以及在反向方向上（经由本征反并联反向二极管）导通负载。
25、电流。 0023 晶体管T 1 包括连接到栅极控制单元10的栅极电极G，该栅极控制单元根据对应控 制信号S 1 驱动IGBT的正向电流路径接通和关断。栅极控制单元10包括耦合到栅极电极G 说 明 书CN 102468837 A 4/7页 7 的栅极驱动器单元102，该栅极控制单元10被配置成根据控制信号S 1 向栅极G供应适当栅 极驱动器信号，因此将晶体管的正向电流路径切换成接通状态或者关断状态。 0024 根据晶体管T 1 是将被电流驱动还是被电压驱动，向栅极电极G供应的栅极驱动器 信号可以是适当栅极-发射极电压V GE 或者栅极电流i GATE 。 0025 关于信号S 1 如何可以被阻塞。
26、或者消隐（blank）以便即使在S 1 处于高电平时防止 晶体管T1接通，有多种备选方案。例如信号S 1 在被许可进入生成栅极控制信号的栅极驱 动器单元102之前穿过与（AND）门103。电流方向信号S VR 由栅极驱动器单元102和在这里 后文描述的更多部件生成并且施加到与门103的输入。假设S VR =0，如果晶体管T 1 处于它的 反向导通状态，则信号S 1 将在到达栅极驱动器单元102之前被消隐。因此防止信号S 1 在晶 体管T 1 处于它的反向导通状态时激活晶体管T 1 。另外假设S VR =1，如果晶体管未处于它的反 向导通状态（接通状态或者阻塞），则信号S 1 未被消隐且继续传到。
27、栅极驱动器单元102，该栅 极驱动器单元然后可以生成将晶体管切换成它的接通状态的适当栅极驱动器信号。 0026 寄生电容视为每个电子开关所固有，因此也为如在图1至图4中介绍的示例中使 用的RC-IGBT所固有。在图5的电路图中图示了栅极-集电极电容C GC 和栅极-发射极电 容C GE 。然而如与栅极-集电极电容C GC 比较，可以在以下考虑中忽略栅极-发射极电容C GE 。 为了对提到的电容（具体地为栅极-集电极电容C GC ）进行充电和放电，栅极电流i GATE 必须分 别流入栅极电极G或者从中始发。在RC-IGBT的负载路径（集电极-发射极路径）两端的电 压降的方向改变时对电容C GC 。
28、进行充电或者放电。电压降的方向改变由相应IGBT的负载电 流改变引起。电容C GC 的充电意味着如下位移电流，该位移电流造成本发明可以用来确定对 应RC-IGBT导通状态的对应栅极电流i G 。 0027 为了获得导通状态信号S VR ，栅极驱动器单元102可以感测流向RC-IGBT的栅极电 极G和从该栅极电极流动的栅极电流。图6示出了根据本发明的实施例。电流测量设备 （例如适当安培计）布置于栅极驱动器的第一电源线中（设备A1）和/或第二电源线中（设备 A2）和/或栅极驱动器输出线中（设备A3），该栅极驱动器输出线在普通文献中有时称为栅 极接线。可设想地，三个电流测量设备中的两个或者更多电流测。
29、量设备也可以布置于根据 本发明的电路中。备选地，三个电流测量设备中的仅一个电流测量设备在许多应用中可能 足够了。 0028 根据图6中所图示的示例，分流电阻R S 可以作为电流测量设备连接于栅极驱动器 单元102与连接的晶体管T 1 的栅极电极之间（即栅极电阻器插入于栅极驱动器输出线中）。 在这一情况下，根据本发明的一个示例，并联电压测量设备V1可以用于感测栅极电流。有 可能组合一个或者不止一个用于在这里描述的栅极电流感测的电流测量设备或者方法。根 据本发明的另一示例，分流电阻布置于向栅极驱动器单元102供应的第一（高侧）和/或第 二（低侧）电源线中。再者，可以测量在分流电阻器两端的电压降，因。
30、此获取代表栅极电流的 测量值。 0029 要注意，电阻通常布置于栅极G与栅极驱动器102的输出之间。也可以使用通常 称为栅极电阻R G （未示出）的这一电阻作为用于电流感测的分流电阻器而不是附加分流电 阻R S 。注意，即使在这里未明确提及，仍然可以根据本发明的示例采用电流测量设备与分流 （或者栅极）电阻的任何组合。 0030 仍然参照图6，示出了栅极驱动器单元102由电压源（V+、V-）供应。电流感测设备 说 明 书CN 102468837 A 5/7页 8 A1或者A2可以插入于向栅极驱动器单元102提供电流的电源线中。可能在栅极控制电路 10中的各种位置感测代表栅极电流的信号。另外，可以。
31、在相同电路中的不止一个位置执行 电流感测。 0031 图7图示了图6的电流测量设备A1的一个具体实施方式。另外，在图7中图示了 栅极驱动器单元102的一些细节。向在串联电阻R V 两端的发射极跟随器级的栅极电极提 供栅极控制信号S 1 （如果未被消隐）。发射极跟随器级（输出级）例如可以由双极晶体管D 1 （其可以是npn晶体管）和双极晶体管D 2 （其可以是pnp晶体管）形成。可以应用任何晶体 管类型（即MOSFET）而不是双极晶体管来实施发射极跟随器级。发射极跟随器级向在栅极 驱动器输出线（或者栅极接线）两端的RC-IGBT T 1 提供栅极电流i GATE 。出于切换速度控制 （例如“边缘。
32、整形”）的目的，在多数情况下栅极电阻R G 放置于栅极接线中。 0032 如图7中所示，电流测量设备可以包括由晶体管M 1 和M 2 形成的电流镜。电容器C G 和与之并联连接的电子开关E 1 （即另一晶体管）耦合到电流镜，使得镜像电流可以对电容器 C G 进行充电。电流镜提供跨越M 1 的第一电流路径和跨越M 2 的电流路径。第一电流路径优 选地输送栅极电流i GATE ，而第二电流路径输送与栅极电流i GATE 相等或者成正比的镜像电流 i GATE * =ni GATE （其中n通常小于或者等于1）。栅极电流i GATE 和镜像电流i GATE * 二者可以由 电压源V+和V-提供。 0。
33、033 如前文描述的那样，正是RC-IGBT T 1 的性质使得在它的集电极-发射极路径两端 的电压降突变（例如V CE 电压骤降）时本征寄生电容C GC （和C GE ）将被充电或者放电从而造成 对应栅极电流i GATE 。寄生栅极-集电极电容C GC 的放电具体地由如下晶体管的集电极-发 射极电压（V CE ）骤降引起，该晶体管当前从正向阻塞转到它的反向导通状态。电压骤降造成 位移电流和可以在栅极接线（栅极电源线）中测量的相应栅极电流。如果栅极电流i GATE 穿过 晶体管M 1 ，则它被电流镜镜像，使得感测电容C G 将“发现”它的电荷状态由镜像电流i GATE * 引 起的改变。开关E。
34、 1 可以用来对电容C G 进行短路和放电。使用关系Q G =C G V CG （即通过测量 C G 两端的电压降V CG ）来适当监视存储于电容C G 中的电荷Q G 。根据在电流i GATE 与i GATE * 之间 的关系来适当选择C G 的值。因此，存储于电容器C G 中的电荷是针对栅极电流i GATE 的测量， 该栅极电流再次是针对RC-IGBT的导通状态的测量。为（如图1中所示的）逆变器半桥的每 个RC-IGBT提供如图7中针对RC-IGBT T 1 描绘的电路布置（具体地为栅极驱动器电路）。接 下来给出对如何可以根据栅极电流i GATE （即根据电容C G 的电荷状态）导出RC-。
35、IGBT的导通 状态的详细描述。 0034 考虑到开关E 1 ，只要E 1 断开，电容器C G 就由i GATE * 充电。如果E 1 闭合，则将对电容 器C G 进行放电并因此初始化测量循环。根据实施例，可以与对应RC-IGBT的栅极控制信号 S 1 同步切换开关E 1 。开关E 1 在感测时段启动之前重置感测电容C G 的电荷状态（即初始化步 骤），该感测时段是在确定RC-IGBT导通状态时的时间间隔。 0035 图8是如下时序图，该时序图描绘了在具有栅极控制单元10的比如图1中所图示 的逆变器半桥中的信号、电压和电流的时间响应，每个半桥RC-IGBT（ 1BOT 、T 1TOP ）包括根。
36、据图 7的栅极驱动器电路布置，其中晶体管T1可以是高侧晶体管（T 1TOP ）或者低侧晶体管（T 1BOT ）。 0036 在图8中描绘了控制信号S 1BOT 和S 1TOP 的时间响应，其中高信号意味着“接通晶体 管”而低信号意味着“关断晶体管”。假设正负载电流i OUT （参照图1中所表明的负载电流 方向），一旦底部晶体管T 1BOT 由它的控制信号S 1BOT 关断，顶部晶体管T 1TOP 将处于它的反向导 说 明 书CN 102468837 A 6/7页 9 通状态。对于负负载电流方向i OUT （再次参照图1中所表明的方向），相同一致性是有效的， 但是将交换标示符“top”和“bot。
37、tom”。 0037 从图8可见，底部晶体管T 1BOT 的关断命令（即在时间瞬间t 2 或者t 6 ）启动顶部晶 体管T 1TOP 的反向导通状态。在实践中，在例如时间瞬间t 2 与t 3 或者t 6 与t 7 之间的停歇时 间或者延迟时间t DELAY 是不可避免的，意味着无一个控制信号S 1TOP 或者S 1BOT 为高并且无一 个晶体管T 1TOP 或者T 1BOT 经由它的栅极电极G接通以便避免击穿。在瞬间t 3 或者t 7 ，停歇 时间t DELAY 已流逝并且反向导通顶部晶体管T 1TOP 的控制信号S 1TOP 切换成高电平。如前文说 明的那样，应当防止当前反向导通RC-IGB。
38、T T1（T 1TOP 或者T 1BOT ）的控制信号S 1 （S 1TOP 或者 S 1BOT ）的低-高转变以免接通晶体管。考虑到图1中的逆变器半桥，这意味着应当使关于对 应RC-IGBT的导通状态的导通状态信息可用。根据导通状态信息，可以判决是否允许栅极 控制信号S 1 接通它的对应晶体管T 1 或者是否将控制信号S 1 消隐。 0038 从图8还可见，在当前反向导通RC-IGBT（在本情况下为顶部晶体管T 1TOP ）和对应 控制信号（即S 1TOP ）的即将发生的低-高转变的情况下，它的集电极-发射极电压V CE 为零。 在这一情况下，V CE 电压从V DC （这为理想化考虑）向零。
39、转变，这一转变也称为在提前停歇时 间段（即t DELAY =t 3 -t 2 =t 7 -t 6 ）发生的V CE 电压骤降。V CE 电压骤降可以被检测并且用于生成导 通状态信号S VR 。如已经表明的那样，在本情况下在反向导通顶部晶体管T 1TOP 的集电极-发 射极路径两端的V CE 电压骤降在寄生电容C GC 中电荷改变时引起位移电流从而造成栅极接线 中的相应栅极电流。停歇时间段t DELAY 落在V CE 电压骤降的事件与导通状态信号S VR 必须可 用的恰好时间瞬间之间，由此停歇时间段通常长到足够（即t DELAY 1s）用于选择V CE 电压 骤降事件并且导出稳健导通状态信号S 。
40、VR 。 0039 考虑到图8，E 1TOP 闭合直至S 1TOP 为高时的瞬间t 0 。在到达瞬间t 0 时，E 1TOP 断开并 且C GTOP 不携带电荷。在停歇时间（即t DELAY =t 1 -t 0 ）在瞬间t 1 已流逝时，底部IGBT T 1BOT 由它 的栅极电极接通（S 1BOT 在t=t 1 经历低-高转变）。在这一情况下启用接通底部晶体管T 1BOT ， 因为未检测到T 1BOT 的反向导通状态。另外，接通底部晶体管T 1BOT 使负载电流i OUT 从当前反 向导通顶部晶体管T 1TOP 换向到现在正向导通底部晶体管T 1BOT 中。随后，在顶部晶体管两端 的集电极-。
41、发射极电压V CETOP 从理想零增加至几乎V DC （DC链路电压）。V CETOP 的增加启动对 顶部晶体管C GCTOP 的栅极-集电极电容进行充电，（位移）电流i GATE 在这一情况下例如如图7 中所示的那样穿过栅极电阻R G 和晶体管D 2 。由于栅极电流未通过晶体管M1，所以未向感测 电容器C G 传送电荷，因此在感测电容C G 两端的电压V CG 保持为零。 0040 到达时间瞬间t 2 ，底部晶体管T 1BOT 的栅极控制信号切换成它的低状态并且迫使栅 极电极关断。因而，负载电流i OUT 瞬时换向到顶部晶体管T 1TOP 中。在顶部晶体管转向它的 反向导通状态之前，顶部集电。
42、极-发射极电压V CETOP 从理想V DC 下降至零，使顶部晶体管的栅 极-集电极电容C GCTOP 放电从而造成经由栅极接线、栅极电阻R G 、晶体管D1和电流镜晶体管 M1的栅极电流i GATE 。照此，放电电流i GATE 由电流镜晶体管M2镜像。根据电流镜比n，镜像 电流i GATE * =ni GATE 向感测电容C G 中注入的电荷与从顶部晶体管的栅极-集电极电容C GCTOP 始发的电荷成比例，因为开关E1现在断开。向感测电容C G 加载电荷引起在切换瞬态已减 弱时保持恒定的电压降V GTOP 。这意味着如果集电极-发射极电压在对应晶体管转向它的反 向导通状态或者已经转向反向导。
43、通状态时突然降低，在感测电容两端的电压V GTOP 将几乎立 即因由集电极-发射极电压骤降引起的位移栅极电流而增加。 说 明 书CN 102468837 A 7/7页 10 0041 进展到时间瞬间t 3 ，顶部晶体管S 1TOP 的栅极控制信号切换成它的高状态。适当（和 常用）控制电路（其在附图中未明确描绘）现在用来组合顶部晶体管S 1TOP 的栅极控制信号的 低-高转变与在感测电容C G 两端的电压降信息。如果电压降V G 超过特定阈值，则防止栅极 控制信号S 1BOT 去往所讨论的RC-IGBT的栅极电极（例如借助于图4中的与门和/或栅极驱 动器单元102的具体实施例）。 0042 上文。
44、中提供的示例说明如何可以根据本发明确定顶部晶体管T 1TOP 的反向导通状 态。相同原理反过来（也就是说，如果要确定逆变器半桥的底部晶体管T 1BOT 的导通状态）当 然也是有效的。 0043 比如“在之下”、“在下面”、“下”、“在之上”、“上”等的空间相对术语 为了便于描述而用来说明一个元件相对于第二元件的定位。这些术语旨在除了与在图中描 绘的定向不同的定向之外还涵盖设备的不同定向。另外，比如“第一”、“第二”等的术语也 用来描述各种元件、区域、部分等并且也并非旨在进行限制。相似术语在说明书全文中指代 相似元件。 0044 如在这里使用的那样，术语“具有”、“含有”、“包含”、“包括”等是。
45、表明存在所述元 件或者特征但是并未排除附加元件或者特征的开放式术语。除非上下文另外清楚地表明， 冠词“一个”、“一种”和“该”旨在包括复数以及单数。 0045 想到上文的变化和应用范围，应当理解本发明不受前面描述限制也不受附图限 制。相反，本发明仅受所附权利要求及其法律等效物限制。 说 明 书CN 102468837 A 10 1/5页 11 图 1 图 2 说 明 书 附 图CN 102468837 A 11 2/5页 12 图 3 图 4 说 明 书 附 图CN 102468837 A 12 3/5页 13 图 5 说 明 书 附 图CN 102468837 A 13 4/5页 14 图 6 图 7 说 明 书 附 图CN 102468837 A 14 5/5页 15 图 8 说 明 书 附 图CN 102468837 A 15 。