CN1065990C - 具有电压驱动开关元件的功率转换器 - Google Patents

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Abstract

具有至少一对电压驱动开关元件的功率转换器包括选通控制电路，此选通控制电路包括：检测部分，用于检测电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数；监视部分，根据由检测部分检测的电压驱动开关元件的一组器件参数与一组电参数中的至少一个参数监视电压驱动开关元件的导通与关断状态中至少一个状态；和控制部分，用于根据监视部分的监视结果控制电压驱动开关元件的栅极。

Description

具有电压驱动开关元件的功率转换器
本发明涉及具有例如MOS-FET、IGBT(绝缘栅双极晶体管)、IEGT(注入增强栅晶体管)作为电压驱动开关元件的MOS栅结构的绝缘栅半导体器件的功率转换器。
与本发明有关的背景技术的文件包括以下专利文件：
美国专利No.4，597，038(Stacy)“SWITCHING OVERLAP PROTECTION BYCONTROL GATE IMPEDANCE MONITORING”;
美国专利No.5，404，052(Lange)“BASE DRIVE CIRCUIT”;
美国专利No.5，610，507(Brittan)“POWER CONTROL SWITCH”;
美国专利No.5，621，257(Kawakami)“GATE DRIVE CIRCUIT FORVOLTAGE-DRIVEN TYPE POWER SWITCHING DEVICE”;美国专利No.5，625，312(Kawakami)“CONTROL CIRCUIT FORSEMICONDUCTOR DEVICE”。
可获得电压驱动开关元件作为功率转换器中使用的开关元件，例如驱动感应电动机将直流功率转换为交流功率的倒相器而不是诸如晶闸管、可关断晶闸管(GTO)或晶体管的电流驱动开关元件。作为电压驱动开关元件的一般示例有：MOS栅结构的绝缘栅半导体器件，例如MOS-FET、IGBT(绝缘栅双极晶体管)、IEGT(注入增强栅晶体管)。
图1表示常规功率转换器中的IGBT的选通驱动电路。在图1中，如果开关指令Vin将IGBT7设置在导电状态(通)或非导电状态(断)中，则对应开关指令Vin的栅电压Vge通过晶体管3、4和栅电阻6加在IGBT7的栅极与发射极之间，从而在IGBT7中执行诸如接通或关断的开关操作。即，如果正开关指令Vin从未在图2中示出的选通控制电路中输入，晶体管3处于导通状态，而晶体管4处于关断状态，输出电压Vg变为正电压，并且通过栅电阻6给出的栅电压Vge偏置至正侧以便接通IGBT7。如果开关指令Vin为负，则晶体管3处于关断状态，晶体管4处于导通状态，栅电压Vg变为负电压，并且栅电压偏置至负侧以关断IGBT7。
用于正偏置的栅电源(电压EP)1和用于负偏置的栅电源(电压En)2通过限流电阻5分别连到晶体管3、4。在这种情况中，限流电阻5连在栅电源2与晶体管4之间或连到它们二者。
IGBT在如图3所示的栅极、发射极与集电极中间具有等效电容Cge8、Ccg9、Cce10等。因此，在高频条件下集电极与发射极之间产生短路，Ccg+Cge表示IGBT的栅极与发射极之间的输入电容Cies。因此，为了使IGBT进行开关操作，要求通过栅电阻6对输入电容Cies进行充放电。
在图1所示的常规选通驱动电路中，在由栅电阻6与输入电容Cies确定的时间常数(R6·Cies)中产生延迟，这有时引起IGBT开关操作中的故障。
为了使时间常数中这样的延迟更少，考虑使栅电阻值更小或使给出负偏置的栅电源2的电压En变得更高。
然而，在使栅电阻6的值更小时，IGBT7的关断速率变大和浪涌电压变高，并因此IGBT有遭受过压破坏的危险。在栅电源2的电压En偏置更高时，也出现类似的问题。
电流驱动开关元件和电压开关元件将认为是功率转换器中的开关元件。
诸如GTO的电流驱动开关元件的关断特性一般是：当负载电流较小时，关断时间更短，而当负载电流较大时，关断时间由于如图4所示的半导体元件中累积充电的影响而更长。因此，在诸如其中使用电流驱动开关元件的倒相器的功率转换器中，至正与负支路(arm)的各个半导体元件的导通栅极(on-gate)电源禁止时间(称为空载时间)相对被拉长，并且长于最大关断时间，如果考虑关断元件的最大电流时的最大关断时间的话，而且因此防止正与负支路之间的短路(直流短路)。
另一方面，实际观察到：诸如绝缘栅开关元件的电压驱动开关元件的关断特性与图5所示的电流驱动半导体开关元件的关断特性完全相反，即在负载电流较大时的特性，关断时间更短，而在负载电流较小时，关断时间更长。
其原因是：如图6所示，由于在集电极与发射极之间电压更小时(诸如在器件导通状态中)栅极电容更大，而在集电极与发射极之间电压较大时，栅极电容较小(基本上大小改变两个数量级)，如果负载电流非常小，则从集电极对栅电容的充电缓慢。
因此，在绝缘栅开关元件中，为了防止正与负支路之间的短路(直流短路)，考虑到关断此元件的非常小的电流时的关断时间，只要求将正与负支路的空载时间设置得更长。然而，在那种情况下，不能利用具有高速转换特性的绝缘栅开关元件的特性。虽然为使负载电流呈现正弦波形而希望采用较高开关频率，但最好尽可能在PWM倒相器等的情况下，由于对空载时间的限制而限制上限频率。
本发明目的是通过减少电压驱动开关元件的栅电压延迟提供具有以稳定方式实施电压驱动开关元件的关断控制的选通驱动电路的功率转换器。
本发明另一目的是提供具有能利用电压驱动开关元件具有的并以稳定方式在零电流至额定负载电流范围中执行开关操作的高频操作的选通驱动电路的功率转换器。
本发明还有一个目的是提供使用电压驱动开关元件的功率转换器，此功率转换器实现具有高可靠性的操作。
本发明又一个目的是提供压焊绝缘栅开关元件，此元件最好用作可用于功率转换器的电压驱动开关元件。
本发明公开了为达到上述目的而遵循下列原则的一种器件。
本发明的概念是具有至少一对电压驱动开关元件的功率转换器，此转换器包括选通控制电路，此选通控制电路包括：
检测装置，用于检测电压驱动开关元件的一组器件参数与一组电参数中至少一个参数；
监视装置，根据由检测装置检测的电压驱动开关元件的一组器件参数与一组电参数中至少一个参数，监视电压驱动开关元件的接通与关断状态中至少一个状态；和
控制装置，根据监视装置的监视结果控制电压驱动开关元件的栅极。
遵循上述概念的本发明第一原则具有上述选通控制电路为特性，此选通控制电路包括：
判定装置，根据电压驱动开关元件的栅电压判定电压驱动开关元件关断的完成；和
偏移装置，在判定装置判定电压驱动开关元件关断完成时，将电压驱动开关元件的栅电压向负侧偏移。
遵循上述概念的本发明第二原则具有上述选通控制电路为特性，此选通控制电路包括：
检测装置，用于检测一对电压驱动开关元件中的电流；和
控制装置，用于控制，以便在由检测装置检测的检测电流大于预定值时，降低空载时间，直至栅极上信号加到此对电压驱动开关元件的一个电压驱动开关元件并且在关断另一电压驱动开关元件之后加到另一电压驱动开关元件，或在检测电流小于预定值时，增加空载时间，直至栅极上信号在关断另一电压驱动开关元件之后加到此对电压驱动开关元件的一个电压驱动开关元件。
遵循上述概念的本发明第三原则具有选通控制电路为特性，此选通控制电路还包括：
自保护装置，用于执行有关电压驱动开关元件中电流的保护操作；
自保持装置，用于在启动自保护装置时，保持保护操作；和
复位装置，根据外部信号复位由自保护装置保持的保护操作。
遵循上述概念的本发明第四原则具有电压驱动开关元件为特性，此电压驱动开关元件包括：
一个电极，压焊到电压驱动开关元件，和
一个电感元件，以具有圆柱与螺线特性的形状形成，加在电压驱动开关元件一端与电极之间。
本发明的附加目的和优点将在随后的描述中提出并且一部分的目的与优点从描述中是显而易见或可以利用本发明的实践了解。本发明的目的与优点可利用具体在所附权利要求中特别指出的装置与组合实现和获得。
组合入并构成说明书一部分的附图表示本发明目前优选的实施例，并与上面给出的一般描述和下面给出的优选实施例的详细描述一起用于解释本发明原理。
图1是表示常规功率转换器结构的图；
图2是用于表示常规功率转换器操作的波形图；
图3是表示IGBT等效电容的图；
图4是表示GTO关断特性的曲线图；
图5是表示电压驱动半导体元件关断特性的曲线图；
图6是表示图5所示的电压驱动半导体元件的电容与电压的曲线图；
图7是表示本发明第一优选实施例结构的图；
图8是表示用于说明图7中本发明第一实施例操作的波形的图；
图9是表示本发明第二实施例结构的图；
图10是表示用于说明图9中本发明第二实施例操作的波形的图；
图11是表示本发明第三实施例结构的图；
图12是表示用于说明图11中本发明第三实施例操作的波形的图；
图13是表示本发明第四实施例结构的图；
图14是表示用于说明图13中本发明第四实施例操作的波形的图；
图15是表示本发明第五实施例结构概况的方框图；
图16是表示图15所示的第五实施例的电平鉴别电路的电路图；
图17是表示本发明第六实施例结构的方框图；
图18是表示本发明第七实施例结构的方框图；
图19是表示本发明第八实施例结构的图；
图20是表示图19所示半导体器件操作的图；
图21是表示本发明第九实施例结构的方框图；
图22是表示本发明第十实施例结构概况的方框图；
图23A-23D是表示图22中所示的自保护装置与自保持装置操作的操作波形；
图24A-24C是表示图22中所示的自保护装置与自保持装置操作的操作波形；
图25是表示本发明第十一实施例结构概况的方框图；
图26是表示本发明第十二实施例结构概况的方框图；
图27是表示本发明第十三实施例中功率转换器的开关元件结构概况的方框图；
图28A与28B是表示本发明第十四实施例的功率转换器的自保护装置操作与电流限制之间关系表与曲线图；
图29A-29C是表示本发明第十五实施例的功率转换器的自保护装置操作与电流限制之间关系的表和曲线图；
图30是表示本发明第十六实施例的扁平型IEGT组件的部分剖视图；
图31是图30的线ⅩⅩⅪ-ⅩⅩⅪ剖视图；
图32是图30中所示的(圆柱体)形状线圈的透视图；
图33是图30所示的四棱柱形状线圈的透视图；
图34是图32与33所示线圈的中心线的剖视图；
图35采用绝缘涂层的图30所示圆柱体形状线圈的透视图；和
图36是图35所示线圈中心线的剖视图。
本发明概念在于：根据电压驱动开关元件的一组器件参数与一组电参数中至少一个参数监视电压驱动开关元件接通与关断状态中至少一个状态，并根据监视结果控制电压驱动开关元件的栅极。这里，器件参数与电参数是那些元件的器件、栅极、发射极与集电极有关的参数。
本发明第一原则遵循下面概念：根据电压驱动开关元件的栅电压确定电压驱动开关元件关断完成，并在确定完成关断时，电压驱动开关元件的栅电压移到负侧。
因此，减少电压驱动开关元件栅电压的延迟，并且能以稳定方式执行电压驱动开关元件的关断控制。
遵循本发明第一原则的第一优选实施例将结合图7进行描述。如图7所示，在此实施例的功率转换器的选通驱动电路中，第二栅电阻11通过开关14连在功率转换器的开关元件的IGBT11栅极之间。开关14根据判定信号S操作在ON(通)或OFF(断)状态中，并且利用开关14的OFF状态将负压(-En)加到第二栅电阻11。从根据IGBT7的栅极与发射极之间的电压Vge确定IGBT7关断完成的关断判定部分30给开关14加上判定信号S，其他组成部分与图1的常规电路相同并给出相同标号。
在上述结构中，如果正或负电压的开关指令Vin从未示出的选通控制电路中输入，如常规地进行那样实施相同的开关操作。即，如果给出正或负电压的开关指令Vin，从晶体管3或4输出对应开关指令Vin的电压Vg，正或负的栅电压通过栅电阻6加在IGBT7的栅极与发射极之间。从而，接通或关断IGBT7，此开关操作与常规进行的相同。
在这种情况中，如果输入负电压的开关指令Vin，则晶体管4导通并输出对应栅电源2的负电压的电压Vg，IGBT7开始关断操作，此时，栅极与发射极之间的电压Vg保持在称为Miller电压(一般为5V数量级)的电平上，直至利用IGBT7的关断特性流入集电极的电流变为零，如图8所示。在电流为零时，电压迅速转移到负偏置状态。在关断中，由于以预定电流变化率di/dt减少集电极电流，由于开路电流较大，Miller电压产生时间越长，而当开路电流较小时，Miller(米勒)电压产生时间越短，如虚线所示。
在栅电压Vge转为负偏置状态时，从关断判定部分30输出关断完成的判定信号S，并且开关14处于导通状态，而且栅电源2的负电压(-En)通过第二栅电阻11并联加在IGBT7的栅极与发射极之间。
从而，栅电压Vge快速偏移并偏置为负压。因此，IGBT7的集电极与发射极之间电压迅速上升，并且如果采用较大dv/dt，则IGBT7不再进行触发和可保持其关断状态。因此IGBT7能以稳定方式完成关断操作。
图9以具体方式表示本发明选通驱动电路的第二实施例。此选通驱动电路包括：如图9所示，晶体管12、13、14；电阻15、16、17；和二极管18。其它组成部分与图1中常规电路相同，并使用相同标号。
在图9结构中，如果从未示出的选通控制电路输入负电压的开关指令Vin，则晶体管3处于关断状态中，晶体管4处于导通状态，电压-En输入到栅电阻6，晶体管12处于关断状态，而晶体管13与14处于导通状态。从而，电压-En输入到第二栅电阻11，第二栅电阻11来的栅电压Vge与从栅电阻6提供的栅电压Vge并行地提供给IGBT7。
在这种情况中，当开关指令Vin改变为正电压，则晶体管4处于关断状态，而晶体管3处于导通状态，并且栅电阻6的输入电压Vg从-En变为+EP。同时，晶体管12从以前的关断状态变为导通状态，并且晶体管14处于关断状态，而且第二栅电阻11的输入电压从-En变为零电压，因此基准栅电压Vge开始以时间常数(R6·Cies)变化速率正向改变。
在栅电压Vge从负变化为正的同时，晶体管13处于关断状态并且增加栅电压Vge，于是控制IGBT为导通状态。
此后，当开关指令Vin在电流流入IGBT7集电极的条件下从正电压变为负电压时，晶体管3处于关断状态，而晶体管4处于导通状态。因此，电压-En输入给栅电阻6，并且同时晶体管12进入关断状态。
然而，在电流流入IGBT7的集电极时，如图10所示，栅极与发射极之间的电压Vge不立即改变为负电压，而是如上所述保持在Miller电压上。因此，晶体管13不立即变为导通状态，但基极电流不流入晶体管14并且晶体管14保持在关断状态中，即使晶体管12处于关断状态。
因此，IGBT7只受从栅电阻6提供的栅电压Vge的关断控制。在集电极电流减为零并且Miller电压消失和栅极-发射极电压Vge为负时，晶体管13处于导通状态和晶体管14也处于导通状态，并且输入至第二栅电阻11的电压从零电压变为-En。因而，负栅电压Vge从栅电阻6与第二栅电阻11并联加到IGBT7。
因此，根据此实施例，在IGBT完成关断操作之后，栅电压Vge以短于由虚线表示的常规示例(图1)的时间常数[Cge·(Rg1·Rg2)/(Rg1·Rg2)]快速偏置至负侧，从而，能防止由于IGBT7的集电极-发射极电压dv/dt而引起的第二触发的发生。
在此实施例中，由于检测到IGBT7关断完成并因此控制栅电压，所以以开路为特征的变化或以器件之间不同为特征的扩散(dispersion)不影响效果。
图11表示选通驱动电路的第三实施例。在图11中，此实施例的选通驱动电路除了包含在图9与1之间的那些部分之外还包括二极管19、20和电阻21、22。
在此实施例中，晶体管13由栅电阻6的输出侧的电压Vge或输入侧的电压带入导通或关断状态，无论哪个电压更高。在图11的结构中，如果从未示出的选通控制电路输入负电压的开关指令Vin，则晶体管3处于关断状态，而晶体管4处于导通状态。从而，电压-En输入给栅电阻6并且晶体管13、14都处于导通状态，而且电压-En输入给第二栅电阻11。负的栅电压Vge并联加到IGBT7。
在开关指令Vin从这种情况变为正电压时，晶体管4进入关断状态，而晶体管3进入导通状态。与此同时，栅电阻6的输入电压Vg从-En变为EP。同时，晶体管13将其状态从导通变为关断和晶体管14进入关断状态，结果是第二栅电阻11的输入端呈现开路状态。因此，栅电压Vge以时间常数(R6·Cies)的变化速率正向地增加，并且控制IGBT7处于图12所示的导通状态。
此后，在电流流入IGBT7集电极的条件下开关指令Vin变为负电压时，晶体管3再次处于关断状态，晶体管4处于导通状态并且电压-En输入到栅电阻6。
然而，由于在电流流入IGBT7的集电极时，栅极-发射极电压Vge不立即变为负电压而是保持在Miller电压上，所以晶体管13不立即进入导通状态，而是如图12所示保持晶体管14的关断状态。
因此，IGBT7只受从栅电阻6提供的栅电压Vge的关断控制。在集电极电流变为零和Miller电压消失并且栅电压Vge变为负时，晶体管13带入导通状态并且晶体管13也获得导通状态。因此，输入到第二栅电阻11的电压从零变为-En，并因此负的栅电压Vge以并联方式从栅电阻6和第二栅电阻11加到IGBT7。
从上面描述中可以看出：根据本发明，在IGBT完成关断操作之后，栅电压Vge以类似于上述实施例中的方式迅速变化并偏置至负侧，从而能防止由于集电极-发射极电压的dv/dt增加而引起的第二触发的发生。
图13以具体方式表示本发明的选通驱动电路的第四实施例。图13所示的选通驱动电路具有除了图1与11所示的电路之外还包括二极管23、24的结构。
在此实施例的选通驱动电路中，在给出具有负电压的开关指令Vin时，使栅电阻6的输入电压Vg为零电压以便通过栅电阻6使IGBT7的栅极与发射极之间短路。
在此实施例中，如果在IGBT7呈现导通状态和集电极电流流动的条件下开关指令Vin从正电压变为负电压，IGBT7开始关断操作，从而栅电压Vge保持在Miller电压上，如上所述。在集电极电流变为零和Miller电压消失时，则栅电压Vge减为负电压，并且通过二极管20和电阻17加到晶体管13的基极电压V0变为负。因此，如图14所示，晶体管13呈现导通状态并且晶体管14也呈现导通状态，而且电压-En加到第二栅电阻11。由此，栅电压Vge快速偏置至负侧，并防止由集电极-发射极电压dv/dt引起IGBT7第二触发的发生。
根据此实施例，由于使IGBT7的关断操作以相当慢的速度进行以便利用di/dt控制浪涌电压，并且栅电压Vge从而能快速地从完成关断的时间开始偏置至负侧，能防止由于集电极-发射极电压dv/dt引起IGBT7第二触发的发生。
二极管24用于防止过大的反向电压加在晶体管4的集电极与发射极之间。
如上所述，根据本发明的电压驱动开关元件的选通驱动电压，由于在电压驱动开关元件完成关断操作时，栅电压能迅速变为负偏压，从而防止由主电路dv/dt引起的不稳定触发，并能执行具有稳定性和高可靠性的通/断开关控制。
现描述遵循本发明第二概念的一个实施例，本发明的第二概念是：以这样一种方式执行控制以便检测一对电压驱动开关元件中的电流，如果检测到的电流等于或大于预定值，在此对电压驱动开关元件中另一元件被关断之后，至导通栅极信号加到此对电压驱动开关元件中一个元件的空载时间被缩短，而如果检测到的电流小于预定值，则在此对电压驱动开关元件中另一元件被关断之后，至导通栅极信号加到此对电压驱动开关元件中一个元件的空载时间较长。
从而，能利用开关元件具有的高频操作，并且能以稳定方式执行从零电压到额定负载电流的开关操作。
遵循本发明第二概念的第五优选实施例将结合图15、16进行描述。如图15所示，本发明的功率转换器的主电路包括：直流电源101；其间串联连接的绝缘栅半导体元件111至114，反向并联连接各个元件111至114的二极管111a至114a。功率转换器的主电路利用两组或更多组绝缘栅半导体元件111至114和反向并联连到器件的二极管111a至114a支路能输出交流电源，其中一组绝缘栅元件111至114和二极管111a至114a称为一个支路。
功率转换器的控制电路包括：为每个支路提供的变流器121至124；电平鉴别电路131，用于鉴别每个变流器的输出电平或极性；控制电路，例如电压频率(V/F)控制电路132，用于提供通或断信号给元件111至114的每个元件；空载时间控制电路133；栅脉冲分配器134和选通驱动电路135。
电平鉴别电路131鉴别提供给每个支路的变流器121至124的输出电平。在空载时间控制电路133中设置的空载时间根据电平鉴别电路131的输出信号进行改变。即，在分支电流小于预定值时，空载时间调整为更长，而在分支电流大于预定值时，空载时间调整为更小。
如图16所示，在电平鉴别电路131中，在给利用反向极性交联的每个支路提供的变流器121的次级装备两个光耦合器PH1，并根据电流是正向还是反向流动得到A与B信号，以及利用A与B信号鉴别主电路的输出电平。
本发明的第六实施例表示在图17中。如图17所示，功率转换器包括：直流电源101；绝缘栅半导体元件111至114；和反向并联连接到各个元件111至114的二极管111a至114a。在功率转换器中，能利用两支路或更多支路的器件或二极管得到交流输出，其中一个支路包括组合的元件111至114和二极管111a至114a。
功率转换器的控制电路包括：变流器125，用于检测直流；电平鉴别电路131，用于鉴别变流器125的输出电平；V/F控制电路132，用于提供通或断信号给元件111至114的每一个元件；空载时间控制电路133；选通分配器134；和选通驱动电路135。
电平鉴别电路131鉴别用于检测直流的变流器125的输出电平。在选通控制电路中设置的空载时间根据电平鉴别电路131的输出信号进行改变。即，在直流小于预定值时，空载时间调整为更长，而在直流大于预定值时，空载时间调整为更小。
本发明第七实施例将结合图18进行描述。在图18中，与图15、16相同的标号表示相同组成部分，而与图15、16不同的是只在输出线中提供变流器126。即，在空载时间控制电路133中设置的空载时间根据电平鉴别电路131的输出信号进行改变。即，以这种方式进行控制，以致在直流小于预定值时，空载时间调整为更长，而在直流大于预定值时，空载时间调整为更小。
本发明的第八实施例将结合图19进行描述。在图19中，与图15、16相同的标号表示相同的组成部分，并且只表示出变流器的两个支路。在图19中，提供发光器件140，诸如用于检测元件111、112的栅极与发射极之间负偏置的装置的光耦合器，并根据光检测信号检测元件111、112实际已关断。栅信号GA、GB通过AND(与)电路AND1、AND2和放大器AMP1、AMP2提供给此对支路的元件111、112，其中AND1、AND2用于获得信号X、Y与一对支路栅信号A、B的共轭运算。
图20表示在元件被关断时集电极电压VCE和集电极电流IC、集电集电流和栅极与发射极之间电压VGE。在关断相当大的电流时，加上如以实线表示的波形的选通信号并因此产生Miller电压，而且此后立即出现负电压。另一方面，已发现：在关断非常小的电流时，加上以略微倾斜的虚线表示的形状的波形，并因此关断时间花费两倍以上。
在图19中，由于在关断元件并且电流为零时，如图20所示，在栅极与发射极之间产生负偏压，利用负偏压电流流入发光元件140。由此，检测到此元件被关断，获得一对元件的检测信号与栅极上指令的共轭运算并输出栅信号。从而，由于防止正与负支路同时呈现导通状态，所以即使在器件关断时间改变时，也能防止直流短路的发生。
本发明的第九实施例将结合图21进行描述。即，在图21中，与图19相同的号表示相同的组成部分，提供在关断元件时检测负的栅极电流的电流检测器150以及由检测器150信号操作的触发电路151。
电流检测器150在关断栅电流流入一个元件111时检测正电流，并因此电流检测器150加上一个信号给触发电路150，于是导通栅信号不加到此对元件的一个元件111，另一元件112。因此，复位触发电路151。另一方面，电流检测器150给触发电路151加上一个信号，以便在电流检测器150检测到负的栅电流时设置触发电路151。对应一个器件111的触发电路151的信号a和对应此对元件的另一元件112的触发电路151的信号a进行组合以便利用AND电路AND1生成共轭，并且AND电路AND1的输出通过放大器AMP7和电阻7作为栅信号GA加到器件111。
在这样的结构中，由于能通过与上述实施例相同的操作利用电流检测器150的输出信号防止正与负支路同时呈现导通状态，所以即使在器件关断时间改变时，也能防止直流短路的发生。
从上面描述可看出，根据本发明，由于提供用于检测半导体器件中流过的电流及其极性的检测装置，所以根据检测装置结果以这种方法进行控制：在检测的电流小于预定值时，转换器的正与负支路的空载时间调整为持续较长，或在检测的电流大于预定值时，空载时间调整为持续较短时间，即使半导体器件具有其特有的关断特性，即，在电流较大时，关断时间较短，而在负载电流较小时，关断时间较长，从而能应用半导体器件的高频操作，于是能提供具有选通驱动系统的功率转换器，此选通驱动系统可利用高可靠性以稳定方式在零电流至额定负载电流范围中进行驱动。
现描述遵循上述概念的本发明第三原则。第三原则是：在自保护装置用于执行与电压驱动开关元件中电流有关的保护操作时保持保护操作，并利用外部信号复位自保护装置的保护操作的保持。
因此，可提供使用实现可靠性操作的电压驱动开关元件的功率转换器。
遵循本发明第三原则的优选的第十实施例将结合图22进行描述。在遵循第三原则的优选实施例中，具有自我保护装置的IPM(智能电源模块)用作功率转换器的开关元件。
在图22中，功率转换器的开关元件的IPM226包括二极管218反向连接的IGBT元件217，选通驱动器件225连到IGBT元件217的栅极，IPM226包括用于IGBT元件217的过电流保护的过电流保护电路220和用于短路电流保护的短路电流保护电路221。IPM226接收过电流保护电路220与短路电流保护电路221的输出并且有用于保护IGBT元件217的故障检测的故障检测器214。另外，IPM包括自保持电路227、自保持电路的输出信号端271和自保持电路227的复位信号端272，这些是本实施例的特征部分。
在这种结构中，提供过电流保护电路220与短路电流保护电路221作为IGBT元件217的自保护功能。在这些电路220、221操作时，通过停止从选通驱动电路225提供给IGBT元件217的选通控制信号执行保护操作，并同时提供操作信号给自保持电路227。在故障检测器224中，可以检测这些保护电路的操作，并且可以使用自保持电路227的输出信号端271的信号。自保护电路227自我保持保护操作，直至利用复位信号端272的输入信号复位电路227，并且在此自我保护期间也提供信号给选通驱动电路225。
作为与图22的IGBT217中的电流相关的自保护装置的过电流保护电路220或短路电流保护电路221的操作与自保护电路操作之间的关系将结合图23A-23D和图24A-24C进行描述。图23A表示通过选通驱动电路225提供给IGBT元件217的选通控制信号的波形图，图23B表示短路电流保护电路221的保护输出控制信号的波形图，图23C表示自保持电路227的输出信号的波形图，而图23D表示从复位信号端272提供给自保持电路227的复位信号的波形。
在图23A-23D中，IGBT元件217通常通过接收选通控制信号进行操作直至时间t1，在保护电路操作的同时，启动自保持电路227，并在时间t1启动短路电流保护电路221和在时间t2通常从复位信号端272提供复位信号来复位自保护电路时继续自保持，以便提供选通控制信号给IGBT元件217。以这种方式，图22所示的是半导体器件的IPM226可利用自保持电路227自保持自保护电路的操作，直至从IPM226的外部提供复位信号。
图24A是通过选通驱动电路225提供给IGBT元件217的选通控制信号的波形图，图243是短路电流保护电路221的保护输出信号的波形图，和图24C是自保持电路227的输出信号波形图。在图23A至23C中，在短路电流保护电路221的保护输出信号操作的同时，自保护电路227开始自保持操作，而在图24A-24C中，自保持电路227在时间t1开始，并在保护输出信号生成次数达到预定数量或生成保护输出信号的时间间隔过去预定间隔之后继续自保持。
如图24A-24C所示，图22的IPM226只对例如由混合入选通控制信号中的噪声引起的IGBT元件217的瞬时不稳定触发实施自保护。图22的IPM226对在时间t6之后发生的并应利用固有的自保护进行计数的诸如由瞬时不稳定触发重复引起的IGBT元件217故障的现象而启动自保持电路227，而且能继续自保持操作直至从IPM226的外部提供复位信号。
本发明的第十一实施例将结合图25进行描述。是图25的半导体器件IPM226’，除了图22所示的组成部分之外还包括：选通驱动电路228、栅电阻229和自保持电路的输出信号端273。
在此实施例的IPM226’中，表示四个IGBT元件217和四个二极管以等效方式并联连接的情况，其中每个IGBT元件作为器件组件中的芯片。虽然不限制组件中并联的芯片数量，但调节这四个IGBT元件217，并且其中两个与另外两个分别并联连接，而且通过栅电阻229从选通驱动电路228提供公用选通信号。此组合的两组元件以等效方式在组件中并联连接，并完成四个IGBT元件217的并联结构。对于由公用选通驱动电路228控制的并行连接的每个单元，提供过电流保护电路(OCC)220和短路电流保护电路(SCC)221作为与电流有关的自保护功能。
在半导体器件组件中不具体限制以等效方式并联连接的芯片数量，为其组成部分并联连接的每个预定并联连接单元提供自保护功能，从而在每个降级并联连接单元中能独立地实施自保护操作。
如图25所示，由于给每个并联连接单元提供自保持电路(SHC)227，在组件中提供多个自保持电路227，并且在半导体器件的组件中所有芯片同时出现故障的概率较低，只有有限数量的并行连接单元进入自保护模式，而其他并联连接单元能以正常方式利用选通驱动电路228的选通控制信号继续作为半导体器件的开关操作。
以这种方式，即使在IPM226’继续其操作时，能利用来自自保持电路227的输出信号终端271、273的每个输出信号鉴别自保持电路227的操作条件。
在诸如IGBT元件217的MOS栅结构的半导体器件中，选通驱动电路228具有由于已实施自保护操作的IGBT元件217的栅端子故障而使IGBT元件217的栅端呈现低输入阻抗的高可能性。在这种方法中，如果栅端呈现低阻抗，影响选通驱动电路228输入端上的信号电平，从而可减少没有实施自保护操作的IGBT元件217的其他并联连接单元的选通控制信号。为了防止这样的影响出现，可在选通驱动电路228中提供开关功能，以便在已实施自保护操作的并联连接单元的自保持电路227继续自保持操作期间，不从相应的选通驱动电路228提供选通控制信号，从而能使自保持操作继续而对顺序并联连接单元或外部并联连接的顺序IPM226’的选通控制信号没有任何外部干扰。
可由选通驱动电路228操作并联连接单元，在此并联连接单元中不通过激活选通驱动电路228的开关功能提供选通控制信号，以便IGBT元件217的栅极端和发射极端只在不提供选通控制信号期间以等效方式呈现短路条件。
第十二实施例将结合图26进行描述，即，图26表示在如图22所示的半导体器件的IPM226(或图25所示的IPM226’)用作功率转换器的开关元件的情况下的电路结构。在图26中，功率转换器包括自保护监视电路230和控制电路231。在激活自保护装置并从而在图22所示的IPM226(或图25所示的IPM226’)内部激活自保持装置时，自保护监视电路230检测此情况并发送信息给控制电路231。
然而，由于控制电路231操作以使控制电路231在预定保持装置操作范围内继续提供选通控制信号给IPM226，所以使用半导体器件的功率转换器能继续其操作。
因此，与在只有一个芯片出现故障之后立即停止其操作的常规功率转换器相比，能很大程度地改善功率转换器的操作可靠性。
本发明的第十三实施例将结合图27进行描述。在图27所示电路中，半导体器件的三个IPM226(或图25所示的三个IPM226’)并联连接。能使半导体器件的并联连接以等效方式作为一个开关元件215操作。
在图27所示的情况中，IPM26并联连接并用作图26所示的功率转换器的开关元件，在监视自保持装置的操作条件的同时，使用半导体器件的功率转换器操作可继续，如果激活并联连接的IPM226内部的自保护装置，由自保护监视电路230进行检测。
在自保护监视电路230中，由于监视自保持装置的操作条件，监视电路230根据自保持装置的操作情况输出信号给控制电路231，并从而控制功率转换器的电流。在根据自保持装置的操作情况控制功率转换器的电流时，由于减少并联连接的其他IPM226上的电流负载，在利用电流大小有限制地改善操作可靠性的同时，功率转换器继续操作。
本发明的的第十四实施例结合图28A、28B进行描述。图28A表示利用图26所示的六个IPM(开关元件)处于操作中的自保持装置的数量。图28A表示功率转换器电流的限制值。在图28A、28B中，U与X、V与Y、W与Z是两个IPM(开关元件)的结合，每个IPM相互串连并插在直流总线之间。
虽然在时间ta没有自保持装置操作，但在时间ta之后，自保持监视电路230在三组IPM(开关元件)之间的比较中鉴别自保持功能最大操作数量，在每组IPM中两个IPM并联连接，并通过控制电路231控制功率转换器的电流。
在ta、tb和tc顺序改变电流的限制值，而在图28中，由于具有相同自保持功能的IPM(开关元件)总数在时间td共计4，所以终止功率转换器的操作。
以这种方式，如果利用IPM(开关元件)鉴别在哪个电路部分中由自保持监视电路230激活自保持电路230时使功率转换器在电流限制条件下继续其操作，与常规功率转换器相比，能大大改善操作可靠性。即，虽然甚至仅由操作中的一个自保持装置停止常规功率转换器，但利用对应连续操作的速率能改善功率转换器的操作可靠性，直至自保持装置总数在此实施例中达到9。
本发明的第十五实施例将结合图29A-29C进行描述。图29A表示利用图26所示的六个IPM(开关元件)处于操作中的自保持装置数量。图29B表示功率转换器电流的限制值，图29C表示输入给图22或图25所示的IPM的复位信号端272的信号。
虽然由自保持监视电路230监视自保持装置的操作情况并以类似于图28A-28B的方式在时间ta和tb限制功率转换器的电流，但在时间te从控制电路231输入一个复位信号给是半导体器件的IPM226的复位信号端272。由于在时间te输入复位信号给IPM226的复位信号端，在操作不是由于IPM自身因素而是由于负载上的临时因素引起时，能复位自保持装置的操作。因此，如果能复位自保持装置，在输入复位信号时的时间td之后改变功率转换器电流的限制值，并因而能改善功率转换器的操作可靠性。
虽然在上述实施例中，采用使用IGBT元件217的IPM226，但类型与数量不限制于此。不具体限制在半导体器件中提供的自保护装置类型，但可使用任何自保护装置，只要它至少对应电流因素，并且也不限制半导体器件中自保护装置和自保持装置的数量。使用半导体器件的功率转换器不在其电路系统或其电流限制方法中具体进行限制。
如上所述，根据本发明，能提供半导体器件和使用此半导体器件的功率转换器，利用此半导体器件能改善操作可靠性。
在本发明的第三原则中，在自保持装置操作与自保护装置的保护操作同时进行期间不能从驱动电路提供信号给预定芯片。
至少在预定半导体器件中激活自保护装置时，能使对应已被激活的自保护装置的自保持装置操作，同时使用其自保护装置不被激活的半导体器件继续操作。
能提供用于监视与检测自我保护装置的监视检测装置和用于根据来自监视检测装置的检测信号改变电流的限制电平的变量控制装置。
现描述遵循上述概念的本发明第四原则。第四原则以具有电压驱动开关元件为特征。此器件是压焊绝缘栅开关元件并包括：压焊到此器件上的电极；和以具有柱面与螺线特征形状形成的电感元件，装备在元件末端与电极之间。
根据此原则，能提供最好用作适用于功率转换器的电压驱动开关元件的压焊绝缘栅开关元件。
现描述遵循第三原则最好用于电压驱动开关元件的第十六实施例。此实施例公开扁平型IEGT并将结合图30-32进行描述。
图30表示扁平型IEGT组件的部分剖视图，与连接在上端和下端的由金属板311组成的盖铆合的环状陶瓷绝缘子310还与铜接线柱312、312连接，铜线312、313用作集电极与发射极电极，是导电部件并能进行塑性变形。由钼制成的热缓冲板314插入在由栅极部分、集电极部分以及发射极部分构成的芯片2的两端的铜接线柱312、313之间，以抑制由于电流通过而引起的器件的热应力，并插入图31所示的多个四角棱柱形状的多个芯片以产生扁平型IEGT。铜线圈315a作为电感元件插入在发射极电极的铜接线柱313与热缓冲板314之间，栅极管脚316形成在预定芯片2的一端上。
如图32所示，线圈315a利用铜接线柱的机械处理准备为空心柱体形状，并在空心柱体的侧边开出螺线形状的凹槽，而且诸如normex的隔离层317嵌入作为线圈之间的绝缘层。
在这种方式中，由于圆柱体形状的线圈315a用作电感元件并且关断时线圈315a两端产生的电压E小于50V，加在隔离层317上的电压是将电压E除以线圈315a匝数得到的数值电压，并因此在电介质强度上没有问题出现。
线圈315a的值能压缩为小于50nH，理由是：器件栅极耐压极限是50V的数量级，而如果加上大于此值的电压，则出现电介质击穿。
在此结构中，由于高压下器件中的开路电流di/dt是1KA/μs的数量级，L=E1(di/dt)=50V/1KA=50nH。例如，具有安全系数2的线圈315a在25nH时的外尺寸是直径10mm、匝数5和长度6mm的数量级。
因此，根据此实施例，由于线圈315a的材料是铜，给铜接线柱312、313加压，并因此对线圈315a进行塑性变形，能减少尺寸误差以保证均匀压力加到芯片上。
在特性的一个方面，如同在焊接类型器件的情况中，在电流截止时，产生电压L·di/dt，并且实际加到器件上的栅电压Vge不是Eoff，而减至Eoff-L·di/dt，而且能忍受关断电压。因此，开路现象不出现，从而关断的dv/di较适中并能防止器件击穿。
而且，在截止较大电流时，dv/dt更适中并能更容易地防止器件击穿，这是因为di/dt更大并且与此同时自动降低关断的栅电压。
根据此实施例，因为与在焊接类型器件情况中一样，在器件耐压更高并因此电压E更高时，电流增长率为di/dv=E/L(其中L表示互连电感等)的di/dt相反变小，所以能防止电流集中在某些器件中，而如果器件并联连接，则器件被击穿。
此实施例中所示的电感元件的修改示例将结合图33-36进行描述。
图32所示的电感元件是四棱柱形状的线圈315b，而线圈315a是图32所示的圆柱体形状。由于与图32所示的圆柱体形状的线圈相比，电流通过的截面面积可以更大，所以能增加电流容量。
在四棱柱形状的线圈315b的情况中，与圆柱体形状线圈的情况一样，由于要求电压一般限制低于栅极与发射极之间的耐压，所以在电流截止时出现的线圈315b两端之间的电压E低于50V，因此加到隔离层316上的电压是将电压E除以线圈315b的匝数所得到的值，并且加到隔离层的电压是在耐压上没有问题的值。
图34是沿图32所示的圆柱体形状线圈315a的中心线的截面图和沿图33所示的圆柱体形状线圈315b的中心线的截面图。所图所示，圆柱体形状的图32线圈315a和四棱柱形状的图33线圈315b的栅电极Eg都通过插入栅管脚321形成，栅管脚321具有利用导线连到在较低部分形成的截止部分320或线圈315b的弹性特征。
图35表示涂复诸如环氧树脂的绝缘涂层330的圆柱形线圈315a。在这种情况中，虽然圆柱体形状的线圈315a是实体，但如果四棱状形状的图33的线圈315b涂复诸如环氧树脂的绝缘涂层330，也能获得类似效果。
图36是沿图35中心线的截面图，并通过一个处理形成绝缘涂层330，在此处理中，为形成螺线形凹槽而已进行机械处理的线圈315a首先进行预热，然后经过液体浸渍(fluid dipping)方法和静电涂敷方法的处理，以便隔离螺线形状的凹槽。吸附在线圈315a两端的绝缘涂层330能机械地除去以形成电极。这个绝缘涂层330与隔离层316的情况一样在耐压上没有问题。
虽然未示出，但在图30所示的多个线圈315a或图33所示的线圈315a并联连接并希望较大的电流容量时，发射极电极的铜接线柱312，313与多个圆柱柱形状的线圈315a或多个四棱柱形状的多个线圈315b进行排列。作为多个线圈的排列，线圈315a或315b利用银焊料分别连到是发射极电极的铜接线柱313，或者线圈315a或315b利用铜接线柱313分别整体进行压制加工或铸造。此后，进行螺线形状的开槽处理，随后插入隔离板316或嵌入绝缘涂层330。
遵循本发明第四原则的开关元件的特征在于：
在其中元件与电极是压焊的绝缘栅半导体元件中，在元件两端和元件以及电极上提供热缓冲板，并且元件与电感元件利用其间置入的热缓冲板分别相互连接；
电感元件的匝之间的空隙能进行绝缘处理；
通过在电感元件的匝之间插入电绝缘材料可进行绝缘处理；
通过在电感元件的匝之间进行电绝缘涂敷可执行绝缘处理；和
多个电感元件能并联连接；和
电极和多个电感元件能形成为一个整体。
如上所述，根据本发明，由于电感元件能在器件中以均匀方式进行压焊，所以能提供绝缘栅半导体元件，在此元件中能缓和dv/dt并能抑制并联连接时关断电流的不平衡，同时能实现压焊的绝缘栅半导体元件的决定性优点。
另外的优点和修改对于本领域技术人员来说将容易想到。因此，本发明在其较宽方面不限于本文所表示和描述的具体细节和代表性的实施例。因此，可以进行各种修改而不脱离由所附权利要求书及其等效物定义的总的发明概念的精神或范畴。

Claims (19)

1．一种具有一个电压驱动开关元件的功率转换器，包括：
检测装置，用于检测所述电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数；
监视装置，用于根据由所述检测装置检测的所述电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数监视所述电压驱动开关元件的导通与关断状态中的至少一个状态；和
控制装置，用于根据所述监视装置的监视结果控制所述电压驱动开关元件的栅极，
其特征在于，每一个所述检测装置和监视装置包括判定装置，用于根据所述电压驱动开关元件的栅电压判定所述电压驱动开关元件的关断完成，并且所述控制装置包括偏移装置，用于在所述判定装置判定所述电压驱动开关元件的关断完成时，将所述电压驱动开关元件的栅电压偏移至负侧。
2．根据权利要求1所述的功率转换器，其特征在于，所述判定装置包括一个当所述栅电压小于一个预定值时是导通的并且确定所述电压驱动开关元件的关断完成的开关元件。
3．根据权利要求2所述的功率转换器，其特征在于，它还包括：
一个第二开关元件，只有当所述电压驱动开关元件导通时此开关元件处于导通状态，而当被施加栅电压时此开关元件处于关断状态；和
一个栅电阻元件，从所述第二开关元件向所述电压驱动开关元件的栅极传送负电压。
4．一种具有一个电压驱动开关元件的功率转换器，包括：
检测装置，用于检测所述电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数；
监视装置，用于根据由所述检测装置检测的所述电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数监视所述电压驱动开关元件的导通与关断状态中的至少一个状态；和
控制装置，用于根据所述监视装置的监视结果控制所述电压驱动开关元件的栅极，
其特征在于，所述检测装置包括一个开关元件，当栅电压和施加给连接至所述电压驱动开关元件的栅极的一个栅电阻元件的电压的其中较高的一个低于预定值时，该开关元件处于导通状态并确定所述电压驱动开关元件的关断完成。
5．根据权利要求4所述的功率转换器，其特征在于，它还包括：
一个第二开关元件，当所述第一开关元件处于导通状态时此开关元件处于导通状态；和
一个栅电阻元件，它通过所述第二开关元件向所述电压驱动开关元件的栅极传送负电压。
6．一种具有一个电压驱动开关元件的功率转换器，包括：
检测装置，用于检测所述电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数；
监视装置，用于根据由所述检测装置检测的所述电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数监视所述电压驱动开关元件的导通与关断状态中的至少一个状态；
控制装置，用于根据所述监视装置的监视结果控制所述电压驱动开关元件的栅极，
其特征在于，所述功率转换器还包括：
自保护装置，它与所述电压驱动关元件并联连接，用于执行与流过所述电压驱动开关元件的电流相关的保护操作。
7．根据权利要求6所述的功率转换器，其特征在于，所述栅极还包括：
复位装置，用于根据一个外部信号对所述自保护装置的保护操作的保持进行复位。
8．根据权利要求6所述的功率转换器，其特征在于，它还包括：
复位装置，当处于所述自保护装置执行的所述保护操作不大于一个预定的次数和所述自保护装置在经过一个预定的时间间隔之前执行连续的保护操作的其中一种情况下，该复位装置根据一个内部信号对所述自保护装置的保护操作的保持进行复位，并且当处于所述自保护装置执行的所述保护操作大于一个预定的次数和所述自保护装置在经过一个预定的时间间隔之后执行连续的保护操作的其中一种情况下，该复位装置根据一个外部信号对所述自保护装置的保护操作的保持进行复位。
9．一种具有至少一对电压驱动开关元件的功率转换器，包括：
检测装置，用于检测所述一对电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数；
监视装置，用于根据由所述检测装置检测的所述一对电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数监视所述一对电压驱动开关元件的导通与关断状态中的至少一个状态；和
控制装置，用于根据所述监视装置的监视结果控制所述一对电压驱动开关元件的栅极，
其特征在于，所述检测装置包括用于检测流过所述一对电压驱动开关元件的电流的装置；和
每一个所述监视装置和控制装置包括用于控制所述一对电压驱动开关元件的其中之一的关断之间的空载时间并向所述一对电压驱动开关元件的其中另一个提供一个导通栅信号的装置，以便当所述检测装置检测的电流超过一个预定值时减小所述空载时间，并当所述检测装置检测的电流小于所述预定值时增大所述空载时间。
10．一种具有至少一对电压驱动开关元件的功率转换器，包括：
检测装置，用于检测所述一对电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数；
监视装置，用于根据由所述检测装置检测的所述一对电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数监视所述一对电压驱动开关元件的导通与关断状态中的至少一个状态；和
控制装置，用于根据所述监视装置的监视结果控制所述一对电压驱动开关元件的栅极，
其特征在于，所述检测装置包括极性鉴别装置，用于根据所述检测装置的输出信号鉴别流过所述一对电压驱动开关元件的电流的极性；和
所述控制装置包括用于根据所述极性鉴别装置的结果而延迟一个预定的时间周期向所述一对电压驱动开关元件提供导通栅信号的装置，以此增大空载时间。
11．一种具有至少一对电压驱动开关元件的功率转换器，包括：
检测装置，用于检测所述一对电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数；
监视装置，用于根据由所述检测装置检测的所述一对电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数监视所述一对电压驱动开关元件的导通与关断状态中的至少一个状态；和
控制装置，用于根据所述监视装置的监视结果控制所述一对电压驱动开关元件的栅极，
其特征在于，所述检测装置包括一个电源电流检测器，用于检测连接至所述一对电压驱动开关元件的直流电源的电流；和
每一个所述监视装置和控制装置包括用于控制所述一对电压驱动开关元件的其中之一的关断之间的空载时间并向所述一对电压驱动开关元件的其中另一个提供一个导通栅信号的装置，以便当所述检测装置检测的电流超过一个预定值时减小所述空载时间，并当所述检测装置检测的电流小于所述预定值时增大所述空载时间。
12．一种具有至少一对电压驱动开关元件的功率转换器，包括：
检测装置，用于检测所述一对电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数；
监视装置，用于根据由所述检测装置检测的所述一对电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数监视所述一对电压驱动开关元件的导通与关断状态中的至少一个状态；和
控制装置，用于根据所述监视装置的监视结果控制所述一对电压驱动开关元件的栅极，
其特征在于，所述检测装置包括一个交流电流功率检测器，用于检测所述一对电压驱动开关元件的交流电流功率；和
每一个所述监视装置和控制装置包括用于控制所述一对电压驱动开关元件的其中之一的关断之间的空载时间并向所述一对电压驱动开关元件的其中另一个提供一个导通栅信号的装置，以便当所述检测装置检测的电流超过一个预定值时减小所述空载时间，并当所述检测装置检测的电流小于所述预定值时增大所述空载时间。
13．一种具有至少一对电压驱动开关元件的功率转换器，包括：
检测装置，用于检测所述一对电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数；
监视装置，用于根据由所述检测装置检测的所述一对电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数监视所述一对电压驱动开关元件的导通与关断状态中的至少一个状态；和
控制装置，用于根据所述监视装置的监视结果控制所述一对电压驱动开关元件的栅极，
其特征在于，所述检测装置包括负偏压检测装置，用于检测所述一对电压驱动开关元件的栅极负偏压超过一个预定值的绝对值的状态；和
每一个所述监视装置和控制装置包括用于根据所述负偏压检测装置的输出信号与所述一对电压驱动开关元件的其中另一个的导通栅信号的共轭运算向所述一对电压驱动开关元件的其中一个提供导通栅信号的装置，其中所述一对电压驱动开关元件的所述其中另一个是所述负偏压检测装置检测的目标。
14．一种具有至少一对电压驱动开关元件的功率转换器，包括：
检测装置，用于检测所述一对电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数；
监视装置，用于根据由所述检测装置检测的所述一对电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数监视所述一对电压驱动开关元件的导通与关断状态中的至少一个状态；和
控制装置，用于根据所述监视装置的监视结果控制所述一对电压驱动开关元件的栅极，
其特征在于，所述检测装置包括栅电流检测装置，用于当所述一对电压驱动开关元件的负栅电流超过一个预定值时进行检测；和
每一个所述监视装置和控制装置包括用于根据所述栅电流检测装置的输出信号与所述一对电压驱动开关元件的其中另一个的导通栅信号的共轭运算向所述一对电压驱动开关元件的其中一个提供导通栅信号的装置，其中所述一对电压驱动开关元件的所述其中另一个是所述负偏压检测装置检测的目标。
15．一种具有一个电压驱动开关元件的功率转换器，包括：
检测装置，用于检测所述电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数；
监视装置，用于根据由所述检测装置检测的所述电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数监视所述电压驱动开关元件的导通与关断状态中的至少一个状态；
控制装置，用于根据所述监视装置的监视结果控制所述电压驱动开关元件的栅极，
其特征在于，所述功率转换器还包括：
自保护装置，用于执行与流过所述电压驱动开关元件的电流相关的保护操作；
自保持装置，用于当所述自保护装置被启动时保持保护操作；和
复位装置，用于根据一个外部信号对所述自保护装置的保护操作的保持进行复位。
16．一种具有一个电压驱动开关元件的功率转换器，包括：
检测装置，用于检测所述电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数；
监视装置，用于根据由所述检测装置检测的所述电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数监视所述电压驱动开关元件的导通与关断状态中的至少一个状态；
控制装置，用于根据所述监视装置的监视结果控制所述电压驱动开关元件的栅极，
其特征在于，所述功率转换器还包括：
自保护装置，用于执行与流过所述电压驱动开关元件的电流相关的保护操作；
自保持装置，用于当所述自保护装置被启动时保持保护操作；和
复位装置，当处于所述自保护装置执行的所述保护操作不大于一个预定的次数和所述自保护装置在经过一个预定的时间间隔之前执行连续的保护操作的其中一种情况下，该复位装置根据一个内部信号对所述自保护装置的保护操作的保持进行复位，并且当处于所述自保护装置执行的所述保护操作大于一个预定的次数和所述自保护装置在经过一个预定的时间间隔之后执行连续的保护操作的其中一种情况下，该复位装置根据一个外部信号对所述自保护装置的保护操作的保持进行复位。
17．一种具有一个电压驱动开关元件的功率转换器，包括：
检测装置，用于检测所述电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数；
监视装置，用于根据由所述检测装置检测的所述电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数监视所述电压驱动开关元件的导通与关断状态中的至少一个状态；和
控制装置，用于根据所述监视装置的监视结果控制所述电压驱动开关元件的栅极，
其特征在于，所述电压驱动开关元件包括：
一个压焊到所述电压驱动开关元件上的电极；和
一个以具有圆柱体和螺线特性的形状形成的电感元件，设置在所述电压驱动开关元件的一端与所述电极之间。
18．一种具有一个电压驱动开关元件的功率转换器，包括：
检测装置，用于检测所述电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数；
监视装置，用于根据由所述检测装置检测的所述电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数监视所述电压驱动开关元件的导通与关断状态中的至少一个状态；和
控制装置，用于根据所述监视装置的监视结果控制所述电压驱动开关元件的栅极，
其特征在于，所述电压驱动开关元件包括：
一个压焊到所述电压驱动开关元件上的电极；和
一个以具有四棱柱和螺线特性的形状形成的电感元件，设置在所述电压驱动开关元件的一端与所述电极之间。
19．一种具有一个电压驱动开关元件的功率转换器，包括：
检测装置，用于检测所述电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数；
监视装置，用于根据由所述检测装置检测的所述电压驱动开关元件的一组器件参数和一组电参数中的至少一个参数监视所述电压驱动开关元件的导通与关断状态中的至少一个状态；和
控制装置，用于根据所述监视装置的监视结果控制所述电压驱动开关元件的栅极，
其特征在于，所述电压驱动开关元件包括：
一个压焊到所述电压驱动开关元件上的电极；和
一个以螺线形状形成的电感元件，设置在所述电压驱动开关元件的一端与所述电极之间。
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