Instalación de un circuito para controlar transistores de potencia.

Una instalación de un circuito regulado por corriente para controlar por lo menos un transistor desemiconductor de potencia (50) que consiste en un transistor de semiconductor de potencia con una puerta,

emisory colector o con una puerta, fuente y drenaje y dos fuentes de corriente regulada (20, 30), las salidas de las cualesestán conectadas una a la otra y a la puerta y las entradas de las cuales están conectadas a una salida de uncircuito de entrada (10) y una regulación de la tensión de salida (40), en el que la primera fuente de corrienteregulada (20) es suministrada desde una primera fuente de tensión no regulada (Vcc) y controla la puerta deltransistor de potencia (50) de tal manera que el transistor de potencia es conductor, en el que la segunda fuente decorriente regulada (30) está estructurada con simetría especular con respecto a la primera fuente de corrienteregulada (20), en el que la segunda fuente de corriente regulada (30) es suministrada desde una segunda fuente detensión no regulada (Vgeoff) y controla la puerta del transistor de potencia (50) de tal manera que el transistor depotencia es no conductor, y la regulación de la tensión de salida (40) limita la tensión extraída hacia el emisor o lafuente del transistor de semiconductor de potencia (50) en la puerta del transistor de semiconductor de potencia (50)hasta un valor máximo que depende del transistor de semiconductor de potencia, caracterizada porque la regulaciónde la tensión de salida (40) a su vez actúa directamente sobre las entradas de las fuentes de corriente reguladas(20, 30), porque la primera fuente de corriente regulada (20) está construida como un circuito de transistores de doscanales npn o dos canales n (Q1, Q3) y porque la segunda fuente de corriente regulada (30) está construida comoun circuito de transistores de dos canales pnp o dos canales p (Q2, Q4).

Instalación de un circuito para controlar transistores de potencia

La invención describe una instalación de un circuito para controlar la puerta de un transistor de semiconductor de potencia, tal como por ejemplo un MOS-FET (transistores de efecto de campo de material semiconductor de óxido metálico) o un IGBT (transistores bipolares de puerta aislada) . Los semiconductores de potencia de este tipo se utilizan de forma diversa como conmutadores de potencia en diversos campos de aplicación de la tecnología, tal como el control de motores eléctricos por ejemplo.

Los transistores de potencia según la técnica anterior tales como los IGBT o MOS-FET son el punto de partida de esta invención. Los transistores de potencia de este tipo, por ejemplo los IGBT, se controlan, esto es se conmutan a un estado conductor o no conductor mediante una cierta tensión que se aplica entre la puerta y el emisor. A fin de permitir la conmutación del transistor a un estado conductor, esto es flujo de corriente entre el colector y el emisor, para hacer esto, la puerta se carga con la tensión aplicada. En el estado no conductor, el transistor es conmutado cargando inversamente la puerta, esto es cargando la misma con cargas de la otra polaridad respectiva. Esto tiene lugar a título de ejemplo en un IGBT porque se aplica una tensión de polaridad opuesta entre la puerta y el emisor. Estos procesos de inversión se denominan también conmutación. Las mismas condiciones como se ha descrito antes en este documento para un IGBT también se aplican en la descripción adicional para las tensiones correspondientes, drenaje y fuente, de un componente MOS-FET, un MOS-FET en su mayor parte se conmuta al estado no conductor sin embargo porque se aplica una tensión de 0 V.

Son conocidos diversos principios para controlar los transistores de potencia. Estos son el control de la puerta por medio del control de la resistencia, por medio del control de la tensión y también por medio del control de la corriente. El más común de éstos es el control de la resistencia. La formación de una denominada meseta de Miller en el desarrollo temporal de la tensión entre la puerta y el emisor durante un proceso de inversión (conmutación) es característica de un control de este tipo. El suministro de la puerta en el desarrollo temporal después de pasar a través de la meseta de Miller muestra el desarrollo de una curva con una dependencia (1 - exp (-t) ) .

Una desventaja del control de la puerta por medio del control de la resistencia o del control de la tensión es el requisito de una fuente de tensión de suministro estabilizada. Esto es inevitable para mantener baja la pérdida de potencia del estado de conducción del transistor de potencia, el cual requiere una tensión de la puerta definida. De forma similar, una desventaja del desarrollo temporal de la curva de carga de la puerta que sigue la meseta de Miller es el hecho de que el proceso de comunicación del transistor de potencia se retrasa de ese modo. El transistor de potencia no conmuta con la velocidad a la cual es tecnológicamente capaz. Las consecuencias de esta conmutación retrasada son pérdidas de comunicación. De forma similar, debido a la respuesta temporal anteriormente mencionada, una supervisión de la tensión del colector – emisor, la cual según la técnica anterior no es ella misma activa durante el proceso de conmutación, únicamente se puede activar con un retraso causado por esta respuesta temporal.

Una instalación de un circuito regulada por la corriente para controlar por lo menos un transistor de semiconductor de potencia que consiste en dos fuentes de corriente regulada con un suministro de tensión común y una regulación de la tensión de salida es conocida a partir del documento US 4, 877, 982, la primera fuente de corriente conmutando el transistor a conductor y la segunda fuente de corriente conmutando el transistor a no conductor.

La presente invención tiene el objeto de presentar una instalación de un circuito para controlar transistores de semiconductor de potencia, los cuales en el caso de un gasto bajo en términos de tecnología de circuitos, proporciona una carga uniforme y rápida o una carga o descarga inversa de la puerta del transistor de potencia a fin de mantener bajas de ese modo las pérdidas de conmutación durante la conmutación y también hace la conmutación tan suave como sea posible.

El objeto se consigue por medio de las medidas de la reivindicación 1. Configuraciones ventajosas adicionales se mencionan en las reivindicaciones subordinadas.

La idea básica de la invención se describe sobre la base de un IGBT de canal n como un transistor de potencia que se va a controlar. Por supuesto, esto se aplica de una manera correspondientemente adaptada a un IGBT de canal p así como a todos los transistores de potencia adicionales para ser controlados del mismo modo, tal como por ejemplo los MOS-FET. La idea básica se basa en un suministro de corriente regulada de la puerta del transistor de potencia, esto es en este caso se regula la corriente de carga de la puerta y no la tensión de carga. Con este propósito, la instalación inventiva del circuito tiene una pluralidad de piezas del circuito.

En este enfoque, se tienen que diferenciar dos procedimientos de funcionamiento, los cuales están presentes de una manera alternativa, el estado estacionario y el proceso de conmutación. El estado estacionario se entiende que es el tiempo durante el cual el estado de carga de la puerta no cambia, esto es durante el cual el transistor de potencia permanece en el estado conductor o no conductor. La conmutación del transistor de potencia desde el estado no conductor al conductor o viceversa se denomina proceso de conmutación.

Una pieza ejemplar de una instalación de un circuito para controlar la puerta de un transistor de potencia es un circuito de entrada, éste limita la corriente de entrada de la instalación del circuito. La corriente de entrada tiene una curva de tensión binaria variable en el tiempo. El estado ALTO o BAJO determina el estado conductor del transistor

de potencia. El circuito de entrada ventajosamente está configurado de tal manera que en el estado estacionario una resistencia limita la corriente aportada de las piezas de circuito aguas abajo. Durante el proceso de conmutación, una corriente mayor puede fluir a través de este circuito de entrada.

Según la invención, la puerta del transistor de potencia es suministrada por medio de las salidas de dos fuentes de

corriente reguladas. La señal de entrada de las dos fuentes de corriente es la señal de salida del circuito de entrada. Las fuentes de corriente están en cada caso alimentadas a partir de una fuente de tensión. La primera fuente de corriente está suministrada desde una fuente de tensión no regulada con polaridad positiva y provee la tensión positiva para el control de la puerta del transistor de potencia. La segunda fuente de corriente está suministrada desde una fuente de tensión no regulada con polaridad negativa y provee la tensión negativa para el control de la

puerta del transistor de potencia. Ambas fuentes de tensión son de simetría especular en términos de su estructura interna.

La señal de salida de las dos fuentes de corriente está limitada por medio de una regulación de la tensión a un valor máximo adecuado para el respectivo transistor de potencia. Según la invención, esta regulación de la tensión a su 20 vez actúa sobre las entradas de las fuentes de corriente a fin de, en el caso de una tensión que sea demasiado alta, reducir la retroalimentación desde las fuentes de corriente.

Es ventajoso que la instalación del circuito tenga una parte del circuito todavía adicional, la cual en el caso de un control completamente inactivo evite una carga de la puerta y por lo tanto un estado de conmutación indefinido del 25 transistor de potencia.

La instalación inventiva del circuito mencionada tiene una pluralidad de ventajas comparada con la técnica anterior:

- El proceso de conmutación tiene un requisito de tiempo menor. Como resultado: 30

- la potencia de fuga en el transistor potencial se reduce y

- la supervisión de cortocircuito se puede activar más pronto

-No se requieren fuentes de tensión regulada. Como resultado:

- la capacitancia requerida de los condensadores del filtro se reduce.

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1. Una instalación de un circuito regulado por corriente para controlar por lo menos un transistor de semiconductor de potencia (50) que consiste en un transistor de semiconductor de potencia con una puerta, emisor y colector o con una puerta, fuente y drenaje y dos fuentes de corriente regulada (20, 30) , las salidas de las cuales están conectadas una a la otra y a la puerta y las entradas de las cuales están conectadas a una salida de un circuito de entrada (10) y una regulación de la tensión de salida (40) , en el que la primera fuente de corriente regulada (20) es suministrada desde una primera fuente de tensión no regulada (Vcc) y controla la puerta del transistor de potencia (50) de tal manera que el transistor de potencia es conductor, en el que la segunda fuente de corriente regulada (30) está estructurada con simetría especular con respecto a la primera fuente de corriente regulada (20) , en el que la segunda fuente de corriente regulada (30) es suministrada desde una segunda fuente de tensión no regulada (Vgeoff) y controla la puerta del transistor de potencia (50) de tal manera que el transistor de potencia es no conductor, y la regulación de la tensión de salida (40) limita la tensión extraída hacia el emisor o la fuente del transistor de semiconductor de potencia (50) en la puerta del transistor de semiconductor de potencia (50) hasta un valor máximo que depende del transistor de semiconductor de potencia, caracterizada porque la regulación de la tensión de salida (40) a su vez actúa directamente sobre las entradas de las fuentes de corriente reguladas (20, 30) , porque la primera fuente de corriente regulada (20) está construida como un circuito de transistores de dos canales npn o dos canales n (Q1, Q3) y porque la segunda fuente de corriente regulada (30) está construida como un circuito de transistores de dos canales pnp o dos canales p (Q2, Q4) .

2. La instalación de un circuito según la reivindicación 1 en el que un circuito de entrada (10) que limita una corriente de entrada está conectado aguas arriba de la instalación del circuito.

3. La instalación de un circuito según la reivindicación 1 en el que el transistor de semiconductor de potencia es un MOS-FET y la tensión de la segunda fuente de tensión no regulada (Vgeoff) es 0 V.