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驱动器单元、车辆、电力转换器及其操作方法

阅读：132发布：2020-05-15

专利汇可以提供驱动器单元、车辆、电力转换器及其操作方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种驱动器单元，包括：第一输出端子，其用于连接开关元件的控制端子；第二输出端子，其用于连接开关元件的另一端子；输出级部分，其具有高侧端子和低侧端子，并且基于代表切换开关元件的控制信号可控地将其端子的其中之一连接到驱动器单元的第一输出端子；以及DC转换部分，其配置成为输出级部分供电，并且将输入电压转换为高侧端子和驱动器单元的第二输出端子之间的第一正电压，并且转换为驱动器单元的第二输出端子和低侧端子之间的第二正电压，其中，DC转换部分配置成提供第一电压和第二电压，使得当第一电压的值高于阈值时，随着输入电压的增加，第二电压的值增加超过第一电压。，下面是驱动器单元、车辆、电力转换器及其操作方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于压控开关元件(13)的驱动器单元(11)，包括：
第一输出端子(29)，其用于连接所述开关元件(13)的控制端子(20)，
第二输出端子(30)，其用于连接所述开关元件(13)的另一端子(21)，
输出级部分(31)，其具有高侧端子(35)和低侧端子(36)，并且基于用来切换所述开关元件(13)的控制信号(23)可控地将其端子(35、36)的其中之一连接到所述驱动器单元(11)的所述第一输出端子(29)，以及
DC转换部分(32)，其配置成为所述输出级部分(31)供电并将输入电压(41)转换为所述高侧端子(35)和所述驱动器单元(11)的所述第二输出端子(30)之间的第一正电压(45)，并且转换为所述驱动器单元(11)的所述第二输出端子(30)和所述低侧端子(36)之间的第二正电压(46)，
其特征在于，
所述DC转换部分(32)配置成提供所述第一电压(45)和所述第二电压(46)，使得当所述第一电压(45)的值高于一个阈值时，随着所述输入电压(41)的增加，所述第二电压(46)的值增加得超过所述第一电压(45)。
2.根据权利要求1所述的驱动器单元，其中，所述阈值是一个由所述DC转换部分(32)限域的所述第一电压(45)的值。
3.根据权利要求1或2所述的驱动器单元，其中，所述DC转换部分(32)包括一个推挽式分部(67)，所述推挽式分部(67)具有一个连接到所述驱动器单元(11)的所述第二输出端子(30)的中心抽头(74a)。
4.根据权利要求3所述的驱动器单元，其中，所述DC转换部分(32)包括一个基准值分部(68)，所述基准值分部(68)配置成限定所述阈值并且连接在所述输入电压(41)的正电位和所述推挽式分部(67)的控制端子(74)之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的驱动器单元，其中，所述输出级部分(31)包括一个推挽式分部(52)，所述推挽式分部(52)具有一个连接到所述驱动器单元(11)的所述第一输出端子(29)的中心抽头(58)和/或具有一个用于获得所述控制信号(23)的控制终端(59)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的驱动器单元，其中，所述输出级部分(31)包括一个有源分部(55)，所述有源分部(55)在所述驱动器单元(11)的所述第一输出端子(29)和所述低侧端子之间互连，并且配置成吸收流向所述低侧端子(36)的电流，所述电流随着所述第二电压(46)的增加而增加。
7.根据权利要求6所述的驱动器单元，其中，所述有源分部(55)包括一个基准值元件(60)和一个放大器电路(61)，其中所述放大器电路(61)配置成当所述第二电压(46)的值超过所述基准值元件(60)提供的基准电压时吸收所述电流。
8.根据前述权利要求中任一项所述的驱动器单元，其中，所述驱动器单元(11)分成彼此电流解耦的初级侧(25)和次级侧(26)，其中所述驱动器单元(11)的所述DC转换部分和/或所述输出级部分(31)和/或所述输出端子(29、30)是所述次级侧(25)的一部分，并且所述驱动器单元(11)为所述驱动器单元(11)提供电源电压的第一输入端子(27)和/或所述驱动器单元(11)用于获取所述控制信号(23)的第二输入端子(28)和/或所述驱动器单元(11)用于获取代表所述开关元件(13)断开速度的控制信息(24)的第三输入端子(100)是所述初级侧(25)的一部分。
9.根据前述权利要求中任一项所述的驱动器单元，其中，所述驱动器单元(11)包括一个第二DC转换部分(33)，所述第二DC转换部分(33)配置成将输入电压(79)转换为提供给所述第一DC转换部分(32)的输出电压(86)作为其输入电压(41)。
10.根据权利要求8或9所述的驱动器单元，其中，一侧的所述第一输入端子(27)与另一侧的所述驱动器单元(11)的所述第一DC转换部分(32)、所述输出级部分(31)和所述输出端子(29、30)通过所述第二DC转换部分(33)电流解耦。
11.根据权利要求9或10所述的驱动器单元，其中，所述第二DC转换部分(33)包括一个谐振转换器，具体是LLC谐振转换器。
12.根据权利要求11所述的驱动器单元，其中，所述驱动器单元(11)配置成以在包含所述谐振转换器的谐振频率的区间内的开关频率控制所述谐振转换器的开关分部(80)，或者基于代表开关元件(13)的断开速度的所述控制信息(24)，以低于所述谐振变换器的谐振频率的开关频率控制所述谐振转换器的开关分部(80)。
13.一种电力转换器(1)，具体为逆变器或DC/DC转换器或AC/DC转换器，包括根据权利要求1至12中任一项所述的驱动器单元(11)。
14.一种车辆(101)，包括至少一个根据权利要求13所述的电力转换器(1)，其中，一个电力转换器(1)配置成为所述车辆(101)的电机(5)供电，和/或一个电力转换器(1)是所述车辆(101)的布线系统中的DC/DC转换器，和/或一个电力转换器(1)是配置作为用于所述车辆(5)的高压电池(3)的车载充电器的AC/DC转换器。
15.一种用于操作一具有压控开关元件(13)和驱动器单元(11)的电力转换器(1)的方法，其中所述驱动器单元包括
第一输出端子(29)，其连接到所述开关元件(13)的控制端子(20)，
第二输出端子(30)，其连接到所述开关元件(13)的另一端子(21)，
输出级部分(31)，其具有高侧端子(35)和低侧端子(36)，并且基于用来切换所述开关元件(13)的控制信号(23)可控地将其端子(35、36)的其中之一连接到所述驱动器单元(11)的所述第一输出端子(29)，以及
DC转换部分(32)，
其中，所述DC转换部分(32)为所述输出级部分(31)供电并将输入电压(41)转换为所述高侧端子(35)和所述驱动器单元(11)的所述第二输出端子(30)之间的第一正电压(45)，并且转换为所述驱动器单元(11)的所述第二输出端子(30)和所述低侧端子(36)之间的第二正电压(46)，其中，所述DC转换部分(32)提供所述第一电压(45)和所述第二电压(46)，使得当所述第一电压(45)的值高于一个阈值时，随着所述输入电压(41)的增加，所述第二电压(46)的值增加得超过所述第一电压(45)。

说明书全文

驱动器单元、车辆、电力转换器及其操作方法

[0001] 本发明涉及一种用于压控开关元件的驱动器单元，包括：第一输出端子，其用于连接开关元件的控制端子；第二输出端子，其用于连接开关元件的另一端子；输出级部分，其具有高侧端子和低侧端子，并且基于代表切换开关元件的控制信号可控地将其自身端子的其中之一连接到第一输出端子；以及DC转换部分，其配置成为输出级部分供电，并且将输入电压转换为高侧端子和驱动器单元的第二输出端子之间的第一正电压，同时转换为驱动器单元的第二输出端子和低侧端子之间的第二正电压。此外，本发明涉及电力转换器、车辆以及用于操作电力转换器的方法。

[0002] 众所周知，基于通常来源于电力转换器的控制单元的控制信号，驱动器单元提供合适电力，以用于对电力转换器的压控开关元件的控制端子进行充电和放电。驱动器单元包括：第一输出端子，用于连接开关元件的控制端子，例如栅极端子；和第二输出端子，用于连接开关元件的另一个端子，例如发射极或源极端子。根据控制信号的状态，输出级部分将其高侧端子连接到第一输出端子以接通开关元件或将其低侧端子连接到第一输出端子以断开开关元件。DC转换部分提供高侧端子和第二输出端子之间的第一正电压，以及提供第二输出端子和低侧端子之间的第一正电压。因此，在开关元件被接通时，第一输出端子和第二输出端子之间的正电压下降，并且在开关元件断开时，负电压下降。

[0003] 当通过开关元件断开阻性负载和感性负载时，产生可能损坏开关元件的高瞬态电压(du/dt)和瞬态电流(di/dt)。具体地，由于换向单元的寄生，瞬态电压可超过开关元件的最大额定电压。瞬态电压的过冲可以受到开关元件的开关速度的影响。其中，断开速度慢导致低瞬态电压，代价是开关损耗高。相反，断开速度快会导致高瞬态电压，但开关损耗很低。因此，希望以最佳断开速度运行开关元件，该断开速度尤其取决于开关元件的实际温度、诸如由车辆的高压电池提供的将被切换的电压以及阻性负载和感性负载的实际电流。

[0004] 已经提出使用具有可控地并联连接的两个电阻器的输出级部分，当断开开关元件时，电流通过该电阻器从第一输出端子流动至低侧端子。其中，电流流过一个电阻器以实现慢速断开速度，然后流过两个电阻器以实现快速断开速度。如果从控制单元接收到代表断开速度的附加控制信息，则控制电阻器并联连接。

[0005] 然而，这种多电阻器配置仅允许不准确地逐步调节断开速度。此外，特别是必须通过相应数量的电阻器实现两个以上的断开速度时，需要大的安装空间和附加部件。而且，必须将控制信息发送到输出级部分，这需要额外的布线工作量。特别地，如果控制单元必须与输出级部分电流解耦，则控制信息必须借助于诸如光耦合器等绝缘元件在绝缘层上传输。

[0006] 因此，本发明的一个目的是提供一种改进的驱动器单元，特别是允许精确地改变断开速度并且只需较小的安装空间和较少的布线和/或绝缘工作量。

[0007] 上述目的通过开始描述的驱动器单元解决，其中DC转换部分配置成提供第一电压和第二电压，使得当第一电压的值高于阈值时，随着输入电压的增加，第二电压的值增加超过第一电压。

[0008] 本发明是基于这样的考虑：通过改变第二输出端子和低侧端子之间提供的第二电压来改变开关元件的断开速度。因此，如果第二电压增加，则在驱动器单元的第一输出端子和第二输出端子之间下降的负电压的绝对值也增加。在断开开关元件时，较高的第二电压带来开关元件的控制端子电容器的较高放电电流，并且因此带来更快的断开速度和更快的瞬态电流(di/dt)。当第一电压高于阈值时，第二电压的变化以及因此断开速度的变化可以通过DC转换部分的输入电压的相应变化来规定，这是期望的驱动器单元运行条件。

[0009] 有利地，断开速度可以独立于，即代替或附加于驱动器单元的第一输出端子和输出级部分的低侧端子之间的电阻的变化而变化。其中，断开速度可以与DC转换部分的可变的输入电压一样精确地变化。此外，代表断开速度的控制信息到输出级部分的传输可以省略。因此，布线工作需求减少。

[0010] 通常，开关元件是半导体开关元件。压控开关元件可以包括功率晶体管，例如绝缘栅场效应晶体管或绝缘栅双极晶体管。开关元件还可以包括与晶体管并联连接的二极管。在晶体管是绝缘栅场效应晶体管的情况下，二极管可以由晶体管的体二极管形成。输出级部分可以具有连接到驱动器单元的第一输出端子的输出端子。输出级部分可以具有连接在输出级部分的高侧端子和输出端子之间的电阻器，该电阻器限定了接通速度和第一电压。

[0011] DC转换部分可以具有连接到高侧端子的第一输出端子和/或连接到低侧端子的第二输出端子和/或连接到第二输出端子的第三输出端子。通常，第一电压在输出级部分的第一输出端子和输出级部分的第三输出端子之间下降和/或第二电压在输出级部分的第三输出端子和输出级部分的第二输出端子之间下降。输出级部分可以配置成使得输入电压在其第一输出端子和其第二输出端子之间下降。优选地，DC转换部分配置成提供值在10V和30V之间的第一电压和/或值在0V和20V之间的第二电压。DC转换部分可以包括连接在其第一输出端子和其第三输出端子之间的缓冲电容器和/或连接在其第二输出端子和其第三输出端子之间的缓冲电容器。

[0012] 通常，DC转换部分可配置成提供第一电压，使得在高于阈值时，第一电压随着输入电压的增加而略微增加。然而，优选地，阈值是由DC转换部分限域的第一电压的值。这是因为在接通开关元件时通常不会发生过电压，因此不需要通过改变第一电压来改变接通速度。此外，在开关元件的通路状态期间，需要恒定的控制电压以获得稳定的传导损耗。因此，第一电压可能具体地、基本上恒定在阈值之上。DC转换部分可配置成将具有低于阈值的值的输入电压转换成第一电压，其中第二电压具体地、基本上为零。可选地或另外地，DC转换部分可配置成将具有高于阈值的值的输入电压转换成具有对应于阈值的值的第一电压和/或转换成作为输入电压和第一电压之间的差值的第二电压。

[0013] 理想地，DC转换部分包括推挽式分部，该推挽式分部具有连接到驱动器单元的第二输出端子的中心抽头。因此，确保了中心抽头和开关元件的另一个端子处于相同的电位。通常，推挽式分部包括两个晶体管，特别是不同类型的晶体管，例如npn晶体管和pnp晶体管或n沟道晶体管和p沟道晶体管，它们串联连接在输入电压的两个电位之间。

[0014] 此外，DC转换部分可包括基准值分部，该基准值分部配置成限定阈值并且连接在输入电压的正电位和推挽式分部的控制端子之间。基准值分部可包括连接在正电位和控制端子之间的齐纳二极管，其优选地是推挽式分部的晶体管的控制端子的公共节点。齐纳二极管可以串联连接到电阻器。电阻器可以连接到输入电压的负电位和控制端子。因此，通过齐纳二极管的齐纳电压可以容易地限定阈值。

[0015] 优选地，输出级部分包括推挽式分部，该推挽式分部具有连接到驱动器单元的第一输出端子的中心抽头和/或具有用于获得控制信号的控制端子。其中，当控制信号指示接通开关元件时，高侧端子可以通过输出级部分的推挽式分部连接到驱动器单元的第一输出端子，并且当控制信号指示断开开关元件时，低侧端子可以通过输出级部分的推挽式分部连接到驱动器单元的第一输出端子。通常，推挽式分部包括两个晶体管，特别是不同类型的晶体管，例如串联连接的npn晶体管和pnp晶体管或n沟道晶体管和p沟道晶体管。

[0016] 通常，输出级部分可包括分别互连在驱动器单元的第一输出端子或输出级部分的输出端子与低侧端子之间的电阻器。附加地或替代地，输出级部分可包括互连在驱动器单元的第一输出端子和低侧端子之间的有源分部，并且该有源分部配置成吸收流向低侧端子的电流，该电流随着第二输出端子电压的增加而增加。因此，与仅在输出级部分的输出端子和低侧端子之间使用电阻器相比，断开速度可能增加。注意，被有源分部吸收的电流取决于输入电压的变化，因此对于电流的改变，代表断开速度的控制信息到输出级部分的传输可以避免。

[0017] 有源分部可包括基准值元件和放大器电路，其中放大器电路配置成当第二电压的值超过由基准值元件提供的基准电压时吸收电流。通常，基准值元件连接在驱动器单元的第二输出端子和低侧端子之间。基准值元件可包括串联连接的齐纳二极管和电阻器，其中它们之间的中心抽头连接到放大器电路的输入端。放大器电路可包括晶体管或运算放大器。注意，放大器电路可以在开关运行范围或有源运行范围内运行。因此，在开关运行范围内运行的放大器电路可以将放大器电路的电阻器与连接在输出级部分的输出端子和低侧端子之间的电阻器并联连接。

[0018] 出于安全原因，优选的是，驱动器单元被分成初级侧和次级侧，它们彼此电流解耦，其中DC转换部分和/或输出级部分和/或驱动器单元的输出端子是次级侧的一部分，同时，用于为驱动器单元提供电源电压的驱动器单元的第一输入端子和/或用于获取控制信号的驱动器单元的第二输入端子和/或用于获取代表开关元件的断开速度的控制信息的驱动器单元的第三输入端子是初级侧的一部分。驱动器单元的第二输入端子可以借助于绝缘元件，具体是光耦合器、电感绝缘元件或电容绝缘元件电流解耦，在初级侧和次级侧之间形成接口。

[0019] 有利地，驱动器单元包括第二DC转换部分，该第二DC转换部分配置成将输入电压转换为提供给第一DC转换部分的输出电压作为其输入电压。因此，可以利用第二DC转换部分为第一DC转换部分提供具有与断开速度对应的期望值的输入电压，作为第一DC转换部分的输入。通常，第二DC转换部分的输入电压来源于驱动器单元的第一输入端子。如果省略第二DC转换部分，则从驱动器单元的第一输入端子获取第一DC转换部分的输入电压。

[0020] 此外，一侧的驱动器单元的第一输入端子和另一侧的驱动器单元的第一DC转换部分、输出级部分以及输出端子可以通过第二DC转换部分电流解耦。

[0021] 优选地，第二DC转换部分包括谐振转换器，具体是LLC谐振转换器。第二DC转换部分可包括变压器分部，该变压器分部与一侧的驱动器单元的第一输入端子电流解耦，与另一侧的第一DC转换部分、输出级部分以及输出端子电流解耦。具体地，在变压器分部的初级侧，谐振转换器包括开关部分和/或谐振电路分部。在变压器分部的次级侧，谐振转换器可包括配置成对由变压器分部变换的电压进行整流的整流器分部，并且优选地包括配置成平滑上述整流电压的平滑电容器分部。

[0022] 作为第一替代方案，驱动器单元可以配置成以在封闭谐振转换器的谐振频率的区间内的开关频率来控制谐振转换器的开关分部。这使得输入电压基本上独立于第二DC转换部分的负载进行传输。通常，上述区间限域在共振频率的0.9倍和1.1倍。

[0023] 作为第二替代方案，驱动器单元可以配置成基于代表开关元件的断开速度的控制信息，以低于谐振变换器的谐振频率的开关频率来控制谐振转换器的开关分部。因此，电压转换比和断开速度对应于开关频率而变化，该开关频率位于谐振转换器的负载相关的运行范围内。其中，可以基于第二DC转换部分的期望输出电压来确定开关频率。

[0024] 对于两种替代方案，开关分部可以包括多个半桥或全桥式开关。

[0025] 另外，本发明涉及一种电力转换器，包括根据本发明的驱动器单元。电力转换器优选地是逆变器。或者，电力转换器可以是DC/DC转换器，具体包括升压转换器、降压转换器、组合升压-降压转换器、反激式转换器、相移全桥、电容半桥或其它硬开关半桥。此外，电力转换器可以具体是受控的AC/DC转换器。

[0026] 电力转换器可包括控制单元，该控制单元配置成提供控制信号和/或控制信息。优选地，控制单元配置成确定开关频率并通过控制信息将该开关频率提供给驱动器单元。

[0027] 此外，本发明涉及包括至少一个根据本发明的电力转换器的一种车辆。其中，一个电力转换器配置成为车辆的电机供电，和/或一个电力转换器是车辆的布线系统中的DC/DC转换器，和/或一个电力转换器是配置成作为车辆高压电池的车载充电器的AC/DC转换器。

[0028] 最后，本发明涉及一种用于操作具有压控开关元件和驱动器单元的电力转换器的方法，其中驱动器单元包括连接到开关元件的控制端子的第一输出端子；连接到开关元件的另一端子的第二输出端子；具有高侧端子和低侧端子的输出级部分，该输出级部分基于代表切换开关元件的控制信号可控地将其端子的其中之一连接到驱动器单元的第一输出端子；以及DC转换部分，其中，DC转换部分为输出级部分供电并将输入电压转换为高侧端子和驱动器单元的第二输出端子之间的第一正电压，并且转换为驱动器单元的第二输出端子和低侧端子之间的第二正电压，其中，所述DC转换部分提供第一电压和第二电压，使得当第一电压的值高于阈值时，随着输入电压的增加，第二电压的值增加超过第一电压。

[0029] 涉及本发明的驱动器单元的所有陈述类似地适用于本发明的电力转换器、本发明的车辆和本发明的方法，从而也可以实现本发明的驱动器单元的上述优点。附图说明

[0030] 下面公开了本发明的进一步细节和优点，其中参考附图，示出：

[0031] 图1是电力转换器的实施例的框图；

[0032] 图2是图1所示的电力转换器的驱动器单元的框图；

[0033] 图3A和3B是开关元件的开关路径上的电压随时间的变化图表；

[0034] 图4是图2所示的驱动器单元的输出级部分的示意图；

[0035] 图5是图2所示的驱动器单元的第一DC转换部分的示意图；

[0036] 图6是图2所示的驱动器单元的第二DC转换部分的示意图；

[0037] 图7是图6所示的第二DC转换部分的输出电压转换比随归一化开关频率变化的图表；以及

[0038] 图8是车辆的实施例的框图。

具体实施方式

[0039] 图1是电力转换器1的第一实施例的框图，该电力转换器示例性地描绘为逆变器。因此，电力转换器1的具有DC链路电容器2a的DC链路2连接到第一DC电压源3，例如，该第一DC电压源是一种标称电压为例如500V的高压电池。电力转换器1的AC输出端4连接到电机5，其中，AC输出端4向电机5的定子绕组6提供多相AC电流。

[0040] 此外，电力转换器1包括一个连接在DC链路2和AC输出端4之间的电源单元7、一个低压输入端8、一个DC转换单元9、一个控制单元10和一个驱动器单元11。

[0041] 由于电力转换器1是一个逆变器，所以电源单元7包括彼此并联连接并且与DC链路2的平滑电容器(未示出)并联连接的多个半桥12。对于AC输出端4的每一相，提供一个半桥
12。每个半桥12包括一个连接到DC链路2的高电位14的压控开关元件13和一个连接到DC链路2的低电位16的压控开关元件15。开关元件13、15串联连接，其中，中心抽头17连接至AC输出端4的一相。

[0042] 每个开关元件13、15包括功率晶体管18，该功率晶体管18是并联连接的绝缘栅双极晶体管和二极管19；或者，功率晶体管18是绝缘栅场效应晶体管，其中，二极管19可以由绝缘栅场效应晶体管的体二极管形成。每个开关元件13、15包括一个控制端子20和另一端子21，控制端子20由晶体管18的栅极端子形成，该另一端子21连接到由开关元件13、15实现的开关路径。相对于用功率晶体管18作为开关元件13、15，另一端子21分别由发射极端子或源极端子形成。

[0043] 低压输入端8连接到第二DC源22，例如该第二DC源是标称电压为12V的低压电池。通过低压输入端8为控制单元10提供工作电压，其中出于简明目的，图1中未示出其间的布线情况。此外，低压输入端8连接到DC转换单元9，例如，该DC转换单元是配置成向驱动器单元11提供电源电压的降压转换器或升压转换器。

[0044] 控制单元10配置成提供控制信号23用于切换相应的开关元件13、15。控制信号23代表脉冲宽度调制的开关模式，根据该开关模式，每个半桥相应的开关元件13、15接通或断开，使得AC输出端4处提供多相AC电流。

[0045] 此外，控制单元10配置成提供控制信息24，用于控制开关元件13、15的期望断开速度。其中，控制单元10配置成，基于开关元件13、15的实际温度、DC链路2处获得的实际电压、AC输出端4处的实际负载电流以及冷却开关元件13、15的冷却剂的实际温度，来确定断开速度。确定了断开速度，使得当断开开关元件13、15时，瞬态电压(du/dt)和瞬态电流(di/dt)，具体是电流换向时由寄生电感引起的瞬态电压(du/dt)和瞬态电流(di/dt)，不超过开关元件13、15的最大额定值。在这些限制范围内选择尽可能高的断开速度，使开关损耗尽可能降低。

[0046] 此外，电力转换器1分成初级侧25和次级侧26，它们彼此电流解耦，在图中用虚线表示。初级侧25可以认为是电力转换器1的低压侧，并且包括低压输入端8、DC转换单元9和控制单元10。次级侧26可以认为是电力转换器1的高压侧，并且包括DC链路2、AC输出端4和电源单元7。驱动器单元11是初级侧25和次级侧26之间的接口。

[0047] 图2是驱动器单元11的框图，代表连接到相应半桥12的开关元件13、15其中之一的任意驱动器单元11。下文详细描述了驱动器单元11连接到开关元件13，其中，所有陈述同样适用于连接到其他开关元件13、15的驱动器单元11。

[0048] 驱动器单元11包括一个用于从DC转换单元9获得电源电压的第一输入端子27和一个用于从控制单元10获得控制信号23的第二输入端子28。此外，驱动器单元11包括第一输出端子29，用于通过串联电阻器20a连接开关元件13的控制端子20。此外，驱动器单元11包括一个用于连接开关元件13的另一端子21的第二输出端子30。另外，驱动器单元11包括输出级部分31、第一DC转换部分32、第二DC转换部分33和绝缘元件34。

[0049] 输出级部分31包括用于获得控制信号23的高侧端子35、低侧端子36和第三输入端子37，以及连接到驱动器单元11的第一输出端子29的第四输入端子38和输出端子39。输出级部分31基于控制信号23可控地将高侧端子35或低侧端子36的其中任一个连接到与驱动器单元11的第一输出端子29连接的输出端子39。其中，当控制信号23指示接通开关元件13时，高侧端子35连接到输出端子39，并且当控制信号23指示断开开关元件13时，低侧端子36连接到输出端子39。

[0050] 第一DC转换部分32包括：输入端子40，输入电压41在该输入端子上下降；连接到高侧端子35的第一输出端子42；连接到低侧端子36的第二输出端子43，以及连接到驱动器单元11的第二输出端子30的第三输出端子44。第一DC转换部分32配置成向输出级部分31供电。其中，第一DC转换部分32将输入电压41转换为高侧端子35和第二输出端子30之间的第一正电压45。这样，第一输出端子42和第三输出端子44之间提供第一电压45。此外，第一DC转换部分32将输入电压41转换成驱动器单元11的第二输出端子30和低侧端子36之间的第二正电压46。因此，在第三输出端子44和第二输出端43之间提供第二电压46。

[0051] 因此，当控制信号23指示接通开关元件13时，第一正电压45用于接通开关元件13。当控制信号23指示断开开关元件13时，反向第二电压46，即负电压，用于断开开关元件13。

[0052] 第一DC转换部分32配置成提供第一电压45和第二电压46，使得当第一电压45的值高于阈值时，即第一电压45限域的下限值，第二电压46的值随着输入电压41的增加而增加。其中，在驱动器单元11的正常运行中，输入电压45的值等于或高于阈值。因此，当输入电压
41等于阈值时，第一电压45基本上对应于输入电压41，而第二电压46基本上为零。在增加输入电压41时，第一电压45保持基本恒定而第二电压46增加，这带来用于断开开关元件13的更多负电压。因此，通过将输入电压41改变为高于阈值，开关元件13的断开速度随着高负电压比低负电压更快地对控制器端子20的电容器(即功率晶体管18的栅极电容器)进行放电而变化。

[0053] 图3A和3B是开关元件的开关路径上的电压48a、48、48c、48d随时间t的变化表。图3A涉及采用绝缘栅双极晶体管的开关元件13，因此电压48a、48、48c、48d是集电极-发射极-电压(vCE)。相反，图3B涉及采用绝缘栅场效应晶体管的开关元件13，因此电压48a、48、48c、
48d是漏极-源极-电压(vDS)。其中，对于示例性配置，相应的电压48a是指0V的第二电压46，相应的电压48b是指5V的第二电压46，相应的电压48c是10V的第二电压46以及相应的电压
48d是15V的第二电压46。

[0054] 通过增加第二电压46可以看出——对应于第一输出端子29和第二输出端子30之间的电压49的减小，电压48a、48、48c、48d以较高的电压过冲为代价提前升高。因此，通过将输入电压41改变为高于阈值电压，开关元件13的断开速度随着高负电压比低负电压更快地对控制器端子12的电容器(即功率晶体管18的栅极电容器)进行放电而变化。注意，电压48a至48d的最大值限于最大额定阻断电压51。

[0055] 图4是输出级部分31的示意图。输出级部分31包括一个推挽式分部52、两个电阻器53、54和一个有源分部55。

[0056] 推挽式分部52包括一个可控的高侧开关56和一个可控的低侧开关57，它们由两个不同类型的晶体管实现。其中，高侧开关56由npn晶体管实现，低侧开关57由pnp晶体管实现。或者，低侧开关56由n沟道晶体管实现，高侧开关57由p沟道晶体管实现。开关56、57之间的中心抽头58连接到输出级部分31的输出端子39。电阻器53连接在推挽式分部的高侧端子35和高侧开关56之间，而电阻器54连接在低侧端子36和低侧开关57之间。推挽式分部52包括一个经由串联电阻器59a连接到开关56、57相应的控制端子的控制端子59。

[0057] 在接收到指示在推挽式分部52的控制端子59处经由第三输入端子37接通开关元件13的控制信号23时，高侧开关56接通而低侧开关57断开。然后，第一电压45在电阻器53、第一输出端子29和第二输出端子30之间下降，其中，以正电压对开关元件13的控制端子20的电容器充电。在接收到指示在控制端子59处断开开关元件13的控制信号23时，低侧开关57接通而高侧开关56断开。然后，第二电压46在第二输出端子30、第一输出端子29和电阻器
54之间下降，其中以负电压对开关元件13的控制端子20的电容器进行放电。

[0058] 有源分部55可选地用于随着第二电压46的增加而增加断开速度。有源分部55并联连接到第一输出端子39和低侧端子36之间的电阻器54，并且配置成吸收对应于第二电压46的增加而增加的电流。有源分部55包括基准值元件60和放大器电路61，其中，当第二电压的值超过由基准值元件60提供的基准电压时，放大器电路61配置成吸收：包括流过电阻器54在内的电流。其中，放大器电路61切换作为放大器电路的一部分且与电阻器54并联的电阻器66a。

[0059] 基准值元件60连接在连接到驱动器单元11的第二输出端子30的第四输入端子38和低侧端子36之间。基准值元件60包括串联连接的齐纳二极管62和电阻器63，其中，其间的中心抽头64连接到放大器电路61的输入端65。或者，放大器电路61可以由晶体管电路66或运算放大器电路实现。

[0060] 齐纳二极管62的齐纳电压限定基准电压，该基准电压选择低于开关元件13的控制端子20和另一端子21之间的最大额定负电压的绝对值。因此，如果流过电阻器54的放电电流不产生所需的断开速度，可以通过有源分部55增加断开速度。其中，选择基准电压，使得在最大额定负电压下，实现了所需电流是流过电阻器54和放大器电路61电流的总和。

[0061] 图5是第一DC转换部分32的示意图。第一DC转换部分32包括推挽式分部67、基准值分部68和两个缓冲电容器69、70。

[0062] 推挽式分部67包括高侧晶体管71、低侧晶体管72以及连接在推挽式分部的控制端子74和晶体管71、72的各自的控制端子之间的串联电阻器73。晶体管71、72设置在输入电压41的两个电位之间。晶体管71、72之间的中心抽头74a连接到第三输出端子44并且通过该第三输出端子连接到驱动器单元11的第二输出端子30和输出级部分31的第四输入端子38。

[0063] 基准值分部68包括串联连接的齐纳二极管75和电阻器76，其间的中心抽头77连接到推挽式分部67的控制端子74。借助齐纳二极管75限定阈值。

[0064] 在输入电压41改变高于阈值时，齐纳二极管75上的电压降保持基本恒定，而电阻器76上的电压降增加。因此，低侧晶体管72上的电压降增加，这提供了可变的第二电压46，而晶体管71上的对应于第一电压45的电压降保持基本恒定。连接在第一输出端子42和第三输出端子45之间的缓冲电容器69缓冲第一电压45。连接在第三输出端子44和第二输出端子43之间的缓冲电容器70缓冲第二电压。

[0065] 综上，第一DC转换部分32在第三输出端子44处为开关元件13的另一端子21限定基准电位，并在正常运行中，即第一电压41高于基准值分部68限定的阈值，提供用于接通开关元件13的基本恒定的第一电压45和用于断开开关元件13的可变的第二电压46。其中，第一电压45和第二电压46的总和等于输入电压41。因此，改变输入电压41使得开关元件13的断开速度相应变化。

[0066] 图6是第二DC转换部分33的示意图，其由谐振转换器实现，此处由LLC谐振转换器实现。

[0067] 第二DC转换部分33包括输入端子78，其经由第一输入端子27获得由转换单元9提供的电源电压作为第二DC转换部分33的输入电压79。此外，第二DC转换部分33包括：开关分部80、谐振电路分部81、变压器分部82、整流器分部83、平滑分部84和输出端子85，在该输出端子85处提供作为第一DC转换32的输入电压41的输出电压86。

[0068] 开关分部80包括高侧开关87和低侧开关88，每个开关包括并联连接的晶体管89和二极管90。同样，晶体管89可以是绝缘栅双极晶体管或绝缘栅场效应晶体管，其中最后一种情况的二极管90是由晶体管89的体二极管实现。借助于开关分部80将输入电压79切换为AC电压，以便由谐振转换器进一步转换。

[0069] 谐振电路分部81限定谐振转换器的谐振频率，并且并联连接到低侧开关88和变压器分部82。谐振电路分部81包括串联连接的电容器91和线圈92以及与变压器分部82并联连接的磁化电感器93。线圈92和磁化电感器93可以省略，使得由电容器91和变压器分部82的电感器限定谐振频率。或者，谐振电路分部81可以更高阶而限定了多个谐振频率。

[0070] 变压器分部82与一侧的第一输入端子27电流解耦，与另一侧的输出端子29、30、输出级部分31和第一DC转换部分32电流解耦。因此，初级侧25和次级侧26也被认为是驱动器单元11、第二DC转换部分33和变压器分部82的相应侧。电流解耦通过绝缘元件34(参见图2)参照控制信号23完成。

[0071] 变压器分部82将变压器分部82的初级侧25上的电压变换为变压器分部82的次级侧26上的电压，该电压由四个二极管94形成的全桥式整流器的整流器分部83整流为DC输出电压86，并由包括电容器95的平滑分部84平滑。注意，这里示例性地描述了全桥整流器，并且整流器分部83可以替代地包括中心抽头拓扑、倍压器拓扑或其他公知的拓扑。

[0072] 图7是输出电压转换比(Vout/Vin)96a、96b、96c、96d、96e随归一化开关频率(fs/fs0)的变化表。其中，输出电压转换比是指输出电压86与输入电压79的比率，归一化开关频率是指开关分部80的开关频率与电容器91和线圈92形成的串联谐振电路的谐振频率之比。电压转换比96a至96e指的是不同的归一化负载QL，后者是谐振转换器的阻性负载与显著阻抗的比率。

[0073]

[0074] 其中L表示线圈92的电感，C表示电容器91的电容。其中，比率96a是指QL＝0.1，比率96b是指QL＝1，比率96c是指QL＝5，比率96d是指QL＝10，比率96e是指QL趋于无穷大。

[0075] 从图7中可以看出，通过控制开关分部80在接近fs/fs0＝1的区间内切换，输出电压转换比96a至96e基本上与负载无关。与负载无关的操作点周围的运行区域用附图标记97标记。因此，驱动器单元11配置成控制开关分部18在一个区间例如归一化开关频率的0.95至1.05倍内运行，优选地具有基本上等于谐振频率的开关频率。

[0076] 其中，输入电压79与输出电压86电流解耦，该输入电压是作为第一DC转换部分32的输入电压41的无电势电压。开关元件13的断开速度由输入电压79控制，该输入电压由电力转换器1的DC转换单元9提供。因此，断开速度的变化基于由电力转换器1的控制单元10确定并提供至DC转换单元9的控制信息24。基于控制信息24，DC转换单元9改变电源电压，该电源电压是第二DC转换部分33的输入电压79。

[0077] 根据对应于第一实施例的另一实施例，电力转换器1未被划分为初级侧25和次级侧26，其中省略第二DC转换部分33并且用于第一DC转换部分的输入电压41直接在驱动器单元11的第一输入端子27处获得。

[0078] 根据对应于电力转换器1的第一实施例的另一实施例，控制信息24提供给第二DC转换部分33，而不是提供给DC转换单元9，如图1、2和6中用虚线示出。

[0079] 其中，借助于控制信息24，在图7中用附图标记98标记的与负载相关的运行区域内，开关分部80的开关频率在谐振频率以下变化。在该运行区域中可以看出，输出电压转换比高度依赖于位于由fs/fs0＝0.4和fs/fs0＝0.6限域的归一化开关频率的区间内的开关频率。因此，根据本实施例，恒定输入电压79提供给第二DC转换部分，并且输出电压86通过改变开关频率而变化，这使得开关元件13的断开速度相应变化。在运行区域98中，输出电压比依赖于第二DC转换部分33的负载。因此，控制单元10配置成额外基于第二DC转换部分33的负载确定控制信息24。

[0080] 为了获取控制信息24，第二DC转换部分33包括一个连接到开关分部80的另一输入端子99(参见图6)，并且驱动器单元11包括一个连接到第二DC转换部分33的另一输入端子100(参见图2)。注意，控制信息24是在驱动器单元11的初级侧25上获得的，其中避免了控制信息24到次级侧26的传输。因此，不需要用于传输控制信息的绝缘元件24。

[0081] 根据与上述电力转换器1对应的电力转换器1的另一实施例，省略了DC转换单元9，并且驱动器单元11由提供给低压端子8的电压直接供电。

[0082] 根据对应于前述实施例的另一实施例，电力转换器1是DC/DC转换器，例如，包括升压转换器、降压转换器、组合升压-降压-转换器、反激式转换器、相移全桥、电容半桥或其它硬开关半桥。其中，DC/DC转换器的一个或多个开关元件连接到驱动器单元11，并且控制单元10配置成控制开关元件，使得提供给DC链路2的DC电压通过附加电感元件转换为DC电压。

[0083] 根据另一实施例，电力转换器1是受控AC/DC转换器，例如用于电池的充电装置。其中，AC/DC转换器的一个或多个开关元件连接到驱动器单元11，并且控制单元10配置成控制开关元件，使得AC电压被整流为DC电压。

[0084] 图8是车辆101的实施例的框图，车辆101包括用于驱动车辆的电机5、高压电池3和低压电池22以及电力转换器1。其中，电力转换器1配置为将由高压电池3提供的DC电压转换为供应电机5的AC电流，其中低压电池22为电力转换器1提供电源电压。此外，车辆101包括电力转换器1，该电力转换器是用于车辆101的布线系统(未示出)的DC/DC转换器。此外，车辆101包括电力转换器1，该电力转换器是配置作为车载充电器的AC/DC转换器，用于通过由电网提供的AC电压对高压电池3充电。

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