用于限制过电流的电路装置的制作方法

本发明涉及一种用于限制过电流的电路装置，且尤其涉及一种用于车辆的电路装置。

背景技术：

1、由现有技术已知的是功率半导体开关以及尤其是栅极控制的功率半导体开关，其设立用于接通例如通过高压电压源如车辆的牵引电池提供的特别高的功率。基于这种功率半导体开关能够有利地实现，在故障情况下、尤其在与高压电压源连接的负载由于短路引起过电流的情况下将高压电压源与负载特别快地断开。

2、us2016308523公开了一种具有第一misfet、第二misfet和控制电路的功率电路，其中该功率电路设立用于减少故障运行和寄生振荡并且还能够实现高速连接。

技术实现思路

1、本发明提出了一种用于限制过电流的电路装置，该电路装置能够特别有利地与车辆结合使用，而该电路装置不会因此限制于这样的应用领域。这种车辆例如是道路运输工具(例如摩托车、轿车、运输车、载重车)或轨道运输工具或空中运输工具/飞机和/或水运工具、并且尤其是电池电力驱动的运输工具。

2、该电路装置具有半导体开关、栅极驱动器、电能源(例如电池，其设立用于例如提供高达400v或800v的电压，下文中也简称为能量存储器)、电气部件(尤其是电气负载，下文中也简称为部件)、电压源和电感器，其中半导体开关布置在由电能源和电气部件组成的电路的路径中并且设立用于根据通过栅极驱动器对半导体开关的栅极的操控来设定电路中的电流。

3、要指出的是，其中布置有两个半导体开关的路径能够是负极电流路径(即与能量源的负极电位连接的电流路径)和/或正极电流路径(即与能量源的正极电位连接的电流路径)。

4、通过将电感器的第一接口与半导体开关的源极接口连接，电感器与半导体开关在电路的路径内串联连接。

5、电压源的处在参考电位的第一接口与电感器的第二接口连接，从而电压源设立用于通过电压源的第一接口和电压源的第二接口给栅极驱动器提供电压。

6、该电路装置基于电感器设立用于，借助电感器上的由于过电流引起的电压降来减小施加在半导体开关的栅极上的电压，从而通过增加半导体开关的沟道电阻来对抗过电流。具体地，电感器上的电压降是由于电路中较高的电流梯度(即较高的电流变化速度)引起，其例如通过由于短路引起的过电流产生。

7、在这里，电感器的数值根据潜在出现的过电流的预先限定的最小必需减少量(这也可以意味着完全中断)来确定。

8、根据本发明的电路装置提供了特别的优点，即在适当地确定电感器的基础上实现过电流的必需减少量，由此能够实现用于限制过电流的特别简单且尤其成本有利的措施。

9、从属权利要求表明本发明的优选改型方案。

10、在本发明的一种有利设计方案中，电感器是寄生电感器，其例如通过电路装置的构造和连接技术和/或布局产生。这是特别有利的，因为由此不必使用额外的元器件来实现电感器。有利地，该电路装置如此设计，使得寄生电感器达到适合于所出现的过电流的最小必需减少量的数值。替代地或附加地，电感器是分立元器件和/或线圈和/或电路的线路的和/或线路区段的和/或半导体开关的漏极-源极沟道的和/或电路板的导体电路的电感器。

11、特别有利地，半导体开关是功率半导体开关和/或mosfet。替代地或附加地可以设想的是，半导体开关构造成igbt和/或jfet。进一步替代地或附加地，半导体开关是基于si、sic或gan的半导体开关和/或拓扑半导体开关，其由并联连接的多个单独半导体开关形成。

12、在本发明的另一种有利设计方案中，半导体开关是第一半导体开关，栅极驱动器是第一栅极驱动器并且电感器是第一电感器。该电路装置在电路的路径内还具有第二半导体开关，该第二半导体开关与第一半导体开关反序地(即以所谓的“背对背”布置方式)连接，方法是：第一电感器的第二接口与第二电感器的第二接口连接，并且第二半导体开关的源极接口与第二电感器的第一接口连接。电压源也可以由两个单独的电压源组成，该电压源设立用于给第二栅极驱动器提供电压，该第二栅极驱动器设置用于操控第二半导体开关。在使用两个单独的电压源的情况下，相应地设置用于给第一栅极驱动器供电的电压源以及用于给第二栅极驱动器供电的电压源。该电路装置基于第一电感器和第二电感器设立用于借助相应的电感器上的由过电流引起的电压降来减小施加在第一半导体开关的栅极上的第一电压和/或施加在第二半导体开关的栅极上的第二电压，从而通过增加第一半导体开关和/或第二半导体开关的沟道电阻来对抗过电流。通过这里提出的两个半导体开关的“共源极”配置能够实现，当使用有体二极管的半导体开关时能够中断沿两个流动方向的电流。

13、此外能够实现的是，第一电感器和第二电感器具有相同的值或不同的值，其中，不同的值有利地根据电路内的电流的相应的流动方向进行适配。尤其当最大预期过电流或最大预期电流变化速度在电流的两个可能流动方向上不同时，则能够特别有利地使用针对第一电感器和第二电感器的不同的值。电能源的放电方向上的过电流或随之出现的电流梯度能够例如高于电能源的充电方向上的过电流或随之出现的电流梯度(或反之)，因而电感器的与相应的电流方向相关的设计能够在相应的电流方向上实现特别有针对性的过电流限制。

14、有利地，电感器(第一电感器和/或第二电感器的)数值基于相应的半导体开关的相应的源极接口和电压源的第一接口之间的电导体的长度来确定，使得通过对电导体的长度进行适当调整就已经实现根据本发明的限制过电流的效果。尤其如果电导体是电路板的导体电路，则能够以特别简单且成本有利的方式实现期望的电感器。

15、在本发明的另一种有利设计方案中，电路装置还具有中断装置，该中断装置设立用于在完成根据本发明减小过电流之后中断电路。为此，中断装置例如与第一半导体开关的和/或第二半导体开关的相应栅极驱动器电连接，以便在通过中断装置查明相应的过电流之后将它们单独地或共同地设置为断开状态。特别有利地，中断装置如此设计，使得它在过电流存在预先限定的最小持续时间才使半导体开关中断。这提供了以下优点：仅基于电感器拦截(例如由于外部作用到电路装置上的干扰所引起的)短暂的过电流，使得紧接着能够自动地实现电路装置的继续运行。在过电流长时间或持久存在时，才通过中断装置有利地使电路中断，以防止对电路部件造成损坏，因为基于电感器的过电流限制仅在存在由于过电流引起的电流梯度期间作用。应当指出的是，中断装置能够替代地或附加地设立用于基于另外的开关(例如另外的半导体开关和/或继电器和/或接触器等)来引起电路中断，另外的开关例如布置在没有布置第一半导体开关和第二半导体开关的电路的路径中。替代地或附加地，电路装置还具有二极管，该二极管设立用于在下述情况下桥接电感器：在电路中，过电流朝下述方向流动，在该方向上没有二极管就会在电感器上产生使半导体开关的栅极电压增加的电压降。替代地或附加地，二极管连接在相应涉及的半导体开关的栅极接口与源极接口之间，其设立用于将栅极电压的增加限制到预先限定的值。这尤其能够通过使用合适的齐纳二极管来实现。换言之，使用二极管提供的优点是，在第一电感器和第二电感器存在时，限制下述半导体开关的栅极电压，该半导体开关的电感器与电流方向相关地会导致栅极电压增加，由此可能会对该半导体开关造成损坏。

16、特别有利地，该电路装置设立用于与在12v至2kv范围内的、优选在48v至1kv范围内的并且尤其优选在400v至800v范围内的电压结合使用。特别在高电压范围内具有下述优点：电路内的短路引起高电流梯度，由此针对第一电感器和/或第二电感器的特别低的值足以实现根据本发明的过电流限制效果。由此能够特别容易且成本有利地实现电感器，因为例如电压源和半导体开关之间的适当定尺寸的线路就已经足以实现足够的过电流限制。

17、优选地，附加地根据电能存储器和/或电气部件的电感器和/或所使用的半导体开关来确定分别使用的电感器的数值。

18、在本发明的另一种有利设计方案中，电气部件是负载(例如马达、车载电网等)和/或另外的电能源(例如充电装置)。替代地或附加地，电能源是电池并且尤其是车辆的牵引电池。