專利名稱：逆變器的開關(guān)器件的自適應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般來(lái)說(shuō)，本公開涉及用于半導(dǎo)體功率器件的自適應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)，更具體來(lái)說(shuō)，涉及用于控制導(dǎo)通和/或截止行為的絕緣柵雙極晶體管的自適應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體功率開關(guān)器件、如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)或金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)在本領(lǐng)域是眾所周知的。例如，IGBT一直是用于可變速AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的逆變器部分及其它類似應(yīng)用中的主要功率半導(dǎo)體器件。最新一代的IGBT包括溝槽柵場(chǎng)終止IGBT器件(TG-IGBT)，它們有時(shí)又稱作第三代IGBT器件。
溝槽柵IGBT器件提供優(yōu)于先有IGBT器件的大量?jī)?yōu)點(diǎn)。例如，溝槽柵IGBT往往具有更低的導(dǎo)通狀態(tài)電壓要求。此外，溝槽柵IGBT通常能夠比包括先前幾代IGBT器件在內(nèi)的其它半導(dǎo)體器件更迅速地進(jìn)行開/關(guān)轉(zhuǎn)換。但是，溝槽柵IGBT器件的極快速截止行為可能使得將IGBT上的電壓保持在反偏安全工作區(qū)(RBSOA)之內(nèi)極為困難。另外，溝槽柵IGBT器件的快速截止行為可能引起所連接電路之內(nèi)的寄生振蕩。這類寄生振蕩可能干擾柵極驅(qū)動(dòng)及其它控制電路和/或?qū)е滤鼈兂龉收稀４送?，?dāng)如AC電動(dòng)機(jī)控制器的逆變器部分中常見的那樣采用自由旋轉(zhuǎn)二極管時(shí)，溝槽柵IGBT的極快速導(dǎo)通行為可能導(dǎo)致反向恢復(fù)的問(wèn)題。例如，因?yàn)榉聪蚧謴?fù)期間的電流以高變化速率終止，所以“導(dǎo)通”期間的反向恢復(fù)可能非常“爽快”。這也可能引起溝槽柵IGBT器件和柵極驅(qū)動(dòng)電路的寄生振蕩及可能的故障。這類問(wèn)題在較高工作電壓和電流時(shí)更為明顯。
本領(lǐng)域中已經(jīng)提出多種技術(shù)來(lái)解決涉及溝槽柵IGBT用于逆變器時(shí)的快速導(dǎo)通和截止行為的一部分問(wèn)題。在一種技術(shù)中，溝槽柵IGBT的柵電阻增加，使得器件更緩慢地轉(zhuǎn)換。增加?xùn)烹娮鑾椭刂艻GBT的導(dǎo)通行為。但是，為了有效地控制溝槽柵IGBT的截止行為，柵電阻必須實(shí)質(zhì)上增加多達(dá)10至20倍。電阻的這種實(shí)質(zhì)增加可能造成溝槽柵IGBT器件的“截止”中的延遲，這一般可能是不可接受的。
在另一種技術(shù)中，兩級(jí)“導(dǎo)通”和“截止”過(guò)程可用來(lái)控制溝槽柵IGBT器件的轉(zhuǎn)換。在這種技術(shù)中，柵極電阻器的值在固定級(jí)增加，從而控制溝槽柵IGBT器件的“導(dǎo)通”或“截止”。這種技術(shù)解決在僅使用簡(jiǎn)單固定電阻時(shí)出現(xiàn)的“截止”期間不可接受的延遲的問(wèn)題。在又一種技術(shù)中，可監(jiān)測(cè)溝槽柵IGBT器件的集電極電壓(通常為集電極電壓的絕對(duì)值以及變化率)，并且柵極電壓被改變以影響導(dǎo)通/截止時(shí)間。在又一種技術(shù)中，溝槽柵IGBT器件中的電流的變化率可利用具有IGBT器件的模塊的電源與控制端子之間的電壓來(lái)監(jiān)測(cè)，以及柵極電壓可被改變?yōu)榭山邮艿碾娖健?br> 以上所述的技術(shù)被開發(fā)以避免“最壞情況”條件下電源電路中的過(guò)電壓和振蕩。然而，雖然柵極驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)成經(jīng)受得住這種最壞情況條件，但電源電路即使有的話也是很少遇到這類最壞情況條件。絕大多數(shù)工作條件低于(好于)最壞情況。因此，電源電路在設(shè)計(jì)用于即使有的話也是很少遇到的最壞情況條件時(shí)不能最理想地工作。也就是說(shuō)，溝槽柵IGBT器件的導(dǎo)通和截止行為比它們?cè)谧顗那闆r條件之外的工作條件下所需的要慢許多。慢轉(zhuǎn)換行為產(chǎn)生增加的熱耗散以及產(chǎn)生的設(shè)備等級(jí)和/或可靠性的損失。
公開內(nèi)容用于逆變器的柵極驅(qū)動(dòng)根據(jù)逆變器和IGBT器件的工作條件來(lái)適配或修改送往開關(guān)器件、如逆變器的絕緣柵雙極晶體管(IGBT器件)的信號(hào)，以便控制IGBT器件的導(dǎo)通和/或截止行為。自適應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)包括具有現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)的控制電路，并且包括具有多個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的電源電路。控制電路提供用于操作IGBT器件的開關(guān)信號(hào)。另外，控制電路還接收從逆變器測(cè)量的工作條件。工作條件包括IGBT器件的輸出電流、IGBT器件的溫度以及逆變器的直流鏈路電壓。
FPGA存儲(chǔ)多個(gè)工作點(diǎn)。每個(gè)工作點(diǎn)具有用來(lái)控制IGBT器件的導(dǎo)通和/或截止行為的控制信號(hào)的對(duì)應(yīng)參數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，工作參數(shù)包括用于根據(jù)逆變器和IGBT器件的工作條件最佳地控制IGBT器件的開關(guān)行為的控制脈沖的起始時(shí)間和停止時(shí)間。這些參數(shù)對(duì)于逆變器的具體IGBT器件根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。
在工作中，控制電路把從逆變器測(cè)量的工作條件與FPGA中存儲(chǔ)的工作點(diǎn)進(jìn)行比較，并向電源電路發(fā)送對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)。當(dāng)IGBT器件最初截止時(shí)，控制脈沖在對(duì)應(yīng)的起始時(shí)間開始并保持工作條件的持續(xù)時(shí)間。起始時(shí)間以IGBT器件在開關(guān)器件的最初“截止”期間開始去飽和之后的某個(gè)時(shí)間開始。作為響應(yīng)，電源電路向IGBT器件的柵極提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，它以適合IGBT器件的工作條件的方式來(lái)控制器件的導(dǎo)通或截止行為。
以上概述不是要概括本發(fā)明的各個(gè)可能的實(shí)施例或每個(gè)方面。
附圖簡(jiǎn)介參照以下結(jié)合附圖的具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，將會(huì)最好地理解本公開的以上概述、優(yōu)選實(shí)施例和主題的其它方面，附圖包括

圖1說(shuō)明根據(jù)本公開的某些理論的三相逆變器電源電路的一個(gè)實(shí)施例的電路圖。
圖2說(shuō)明根據(jù)本公開的某些理論來(lái)控制的IGBT器件的波形曲線圖。
圖3說(shuō)明根據(jù)本公開的某些理論的三相逆變器模塊的一個(gè)實(shí)施例。
圖4說(shuō)明根據(jù)本公開的某些理論的柵極驅(qū)動(dòng)控制電路和電源電路的一個(gè)實(shí)施例。
圖5說(shuō)明根據(jù)本公開的某些理論的柵極驅(qū)動(dòng)控制電路和電源電路的另一個(gè)實(shí)施例。
雖然所公開的自適應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)可容許各種修改和備選形式，但作為實(shí)例在附圖中表示了具體實(shí)施例，并且在本文進(jìn)行詳細(xì)描述。附圖和文字描述不是要以任何方式來(lái)限制本發(fā)明概念的范圍。附圖和文字描述而是提供用于按照35 U.S.C.§112的要求、參照具體實(shí)施例向本領(lǐng)域的技術(shù)人員說(shuō)明本發(fā)明概念。
詳細(xì)說(shuō)明當(dāng)前技術(shù)的三相交流(AC)電動(dòng)機(jī)采用配置到控制系統(tǒng)中的固態(tài)電子器件、磁和/或真空接觸器以及其它組件的復(fù)雜組合。AC電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)可細(xì)分為四個(gè)基本功能部分(1)輸入整流器部分，把輸入AC電整流或轉(zhuǎn)變成直流(DC)電；(2)DC總線部分，也可對(duì)DC電進(jìn)行濾波和調(diào)節(jié)；(3)逆變器部分，把DC電變成脈寬調(diào)制(PWM)變頻AC信號(hào)；以及(4)控制接口，允許用戶操作控制系統(tǒng)、因而操作AC電動(dòng)機(jī)。
雖然在采用AC電動(dòng)機(jī)作為石油工業(yè)的原動(dòng)機(jī)的上下文中來(lái)構(gòu)思本文所公開的發(fā)明，但是大家會(huì)理解，本文中的本發(fā)明具有比AC電動(dòng)機(jī)或者特定行業(yè)更為廣闊的應(yīng)用?，F(xiàn)在參照?qǐng)D1，示意說(shuō)明AC電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的部分。整流器部分一般以11表示，并且包括整流器(未示出)、來(lái)自整流器的DC輸出12以及調(diào)節(jié)模塊14。調(diào)節(jié)模塊1 4可包括并且優(yōu)選地包括用于減小來(lái)自整流器的DC輸出中的電流和/或電壓波紋的DC鏈路電感器13。調(diào)節(jié)模塊14可包括并且優(yōu)選地包括用于大能量存儲(chǔ)的主DC鏈路電容器15。DC總線部分16優(yōu)選地包括連接整流器部分11和逆變器部分18的疊層匯流排。疊層匯流排是優(yōu)選的，因?yàn)樗行У厥怪鱀C電容器15與逆變器部分18之間的漏電感為最小。圖1中還表示了負(fù)載連接19、驅(qū)動(dòng)控制器30和逆變器控制模塊40。逆變器控制模塊40包括根據(jù)本公開的某些理論的自適應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)。
逆變器部分18具有多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件20，它們優(yōu)選地為絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，更優(yōu)選地為溝槽柵場(chǎng)終止IGBT器件(TG-IGBT)。雖然本發(fā)明的所公開實(shí)現(xiàn)主要針對(duì)IGBT器件、更具體來(lái)說(shuō)針對(duì)TG-IGBT器件進(jìn)行描述，但是，主題公開的本發(fā)明還可與MOSFET及其它半導(dǎo)體功率開關(guān)器件配合使用。在當(dāng)前實(shí)例中，逆變器部分18是與三相AC電動(dòng)機(jī)配合使用的三相逆變器。例如，逆變器部分18可能是400-hp AC電動(dòng)機(jī)(未示出)的控制系統(tǒng)中的空氣冷卻600V逆變器部分。
如以下更詳細(xì)所述，逆變器控制模塊40的自適應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)根據(jù)逆變器部分18的工作條件來(lái)修改或適配用來(lái)驅(qū)動(dòng)IGBT器件20的柵極的波形。逆變器控制模塊40的自適應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)電源電路的電流I、電壓V和溫度T，以便確定逆變器部分18的工作條件。根據(jù)IVT工作條件，自適應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)在IGBT器件20的開關(guān)期間在指定時(shí)間對(duì)柵極引入“控制脈沖”?？刂泼}沖減緩IGBT器件20的截止和/或?qū)ㄐ袨椋员惴乐贡竟_的背景部分所述的有害影響的一部分。
為了控制和保護(hù)設(shè)備的目的，在電源電路中通常已經(jīng)監(jiān)測(cè)電壓V、電流I和溫度T這些參數(shù)。逆變器控制模塊40的自適應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)可把這些現(xiàn)有IVT測(cè)量和已知技術(shù)用于向逆變器控制模塊40傳遞這些參數(shù)(IVT)。一般來(lái)說(shuō)，從IGBT器件20測(cè)量或計(jì)算溫度T，對(duì)于各相測(cè)量電流I，以及在DC鏈路電壓上測(cè)量電壓V。
逆變器電源電路的設(shè)計(jì)優(yōu)選地允許在“截止”期間施加到IGBT器件20上的峰值電壓被確定。在這方面，逆變器電源電路優(yōu)選地采用逆變器電路18中的疊層匯流排16和高度局部化電容器17。當(dāng)電流在IGBT器件20中迅速變化時(shí)，疊層匯流排16和高度局部化電容器17可減小雜散電感。
對(duì)于逆變器電源電路的具體實(shí)現(xiàn)，測(cè)試可用來(lái)建立用于在各種IVT工作條件下最好地操作特定IGBT器件20和特定電路的控制脈沖的參數(shù)。用于具體實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)確定的控制參數(shù)可存儲(chǔ)在與逆變器模塊40的自適應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)關(guān)聯(lián)的微處理器存儲(chǔ)器或者類似的器件中。在工作中，自適應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)具有先前確定為最好地控制從逆變器電源電路所測(cè)量的具體IVT工作點(diǎn)的IGBT器件20的開關(guān)行為的參數(shù)的控制脈沖。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所公開的逆變器模塊40的自適應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)僅控制根據(jù)本文所公開的技術(shù)的IGBT器件20的截止行為。例如，在逆變器電路18的這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，Dynex Semiconductor的DIM1200DDM17-E000或者Eupec的FF1200R17KE3用于開關(guān)器件20。對(duì)于這些優(yōu)選的IGBT器件，可不需要適配以控制其導(dǎo)通行為，因?yàn)橐恢驴焖佟皩?dǎo)通”在這些優(yōu)選的IGBT器件20用于逆變器電路18時(shí)是可接受的。此外，IGBT器件20的導(dǎo)通行為一般不會(huì)存在問(wèn)題，因?yàn)轵?qū)動(dòng)的其它電路、如二極管可處理導(dǎo)通行為的問(wèn)題。但是，通過(guò)本公開的益處，大家會(huì)理解，所公開的技術(shù)同樣可根據(jù)需要用來(lái)修改IGBT器件20的導(dǎo)通行為。
圖2以圖形方式說(shuō)明根據(jù)本公開的某些理論操作的IGBT器件的示范波形A、B和C的部分。示范波形A、B和C分別表示在IGBT器件的初始“截止”期間在指定點(diǎn)引入正柵極電壓的“控制脈沖”之前、期間和之后的IGBT器件的柵極-發(fā)射極電壓VGE、集電極-發(fā)射極電壓VCE和集電極電流IC。柵極-發(fā)射極電壓VGE(波形A)表示為在器件的開關(guān)期間以+15V的穩(wěn)態(tài)“開”電平開始。在時(shí)間T1之后，柵極-發(fā)射極電壓VGE(波形A)在IGBT器件的初始“截止”期間保持為柵極門限電壓。在存儲(chǔ)時(shí)間延遲之后，IGBT器件在時(shí)間T2開始去飽和，并且IGBT器件的集電極-發(fā)射極電壓VCE(波形B)開始上升。在這個(gè)時(shí)間間隔中，集電極電流IC(波形C)保持基本恒定。
正柵極電壓的“控制脈沖”則在IGBT器件的去飽和開始之后從起始時(shí)間TS開始。例如，起始時(shí)間TS可能處于在去飽和開始之后100到400-ns的范圍內(nèi)。在控制脈沖期間，當(dāng)集電極-發(fā)射極電壓VCE(波形B)超過(guò)DC鏈路電壓時(shí)，集電極電流IC(波形C)在時(shí)間T4開始下降。在控制脈沖期間，柵極-發(fā)射極電壓VGE(波形A)被驅(qū)動(dòng)到固定正電平，它可能基本上處于穩(wěn)態(tài)“開”電壓(例如+15V)。
在時(shí)間T5，看到集電極-發(fā)射極電壓VCE(波形B)因逆變器電路內(nèi)的雜散漏電感中的電流變化率(di/dt)而過(guò)沖?？刂泼}沖在IGBT器件去飽和開始之后的停止時(shí)間(TS+TW)結(jié)束。例如，作為起始時(shí)間TS與停止時(shí)間TS+TW之間的差值的控制脈沖的持續(xù)時(shí)間TW可能處于300到600-ns的范圍內(nèi)。當(dāng)IGBT器件的“截止”在大約時(shí)間T6完成時(shí)，柵極-發(fā)射極電壓VGE(波形A)基本上處于-15V的穩(wěn)態(tài)“關(guān)”電平，集電極-發(fā)射極電壓VCE(波形B)基本上處于DC鏈路電壓，以及集電極電流IC(波形C)穩(wěn)定下降。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本公開的某些理論引入控制脈沖可減少與IGBT器件的極快速截止行為關(guān)聯(lián)的問(wèn)題的一部分。例如，控制脈沖可有助于把IGBT器件上的電壓保持在反偏安全工作區(qū)(RBSOA)之內(nèi)。在另一個(gè)實(shí)例中，控制脈沖可減小逆變器及所連接電路中可能干擾柵極驅(qū)動(dòng)及其它控制電路的寄生振蕩。
參照?qǐng)D3，示意說(shuō)明根據(jù)本公開的某些理論、具有自適應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)的三相逆變器模塊40的一個(gè)實(shí)施例。對(duì)于其中逆變器模塊40作為已經(jīng)具有用于確定系統(tǒng)中的部分或全部IGBT器件的IVT工作點(diǎn)的可用信號(hào)60的低電壓控制電路來(lái)工作的應(yīng)用，具有自適應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)的逆變器模塊40的當(dāng)前實(shí)施例是優(yōu)選的。雖然逆變器模塊40表示為用于三相，但是大家會(huì)理解，本文所公開的技術(shù)可與具有不同相位配置的逆變器配合使用。
三相逆變器模塊40包括逆變器接口板50和相位模塊100。為了簡(jiǎn)潔起見，圖3中僅示出一個(gè)相位模塊100。但是，三相逆變器模塊40將具有三個(gè)這樣的相位模塊100。逆變器接口板50包括驅(qū)動(dòng)控制器接口52、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)54、模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器56和脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)器58。驅(qū)動(dòng)控制器30表示為與逆變器接口板50的驅(qū)動(dòng)控制器接口52進(jìn)行接口。如逆變器控制中已知的那樣，驅(qū)動(dòng)控制器30發(fā)送各種信號(hào)來(lái)控制逆變器，例如脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)、電動(dòng)機(jī)控制信號(hào)和人機(jī)接口(HMI)信號(hào)。當(dāng)前實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)控制器30可能是用于逆變器領(lǐng)域的傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)控制器。
FPGA 54與驅(qū)動(dòng)控制器接口52傳遞信號(hào)，接收來(lái)自A/D轉(zhuǎn)換器56的信號(hào)60，以及向脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)器58發(fā)送信號(hào)。FPGA 54具有嵌入存儲(chǔ)器，用于逆變器和逆變器中被驅(qū)動(dòng)的IGBT器件的IVT工作點(diǎn)的標(biāo)識(shí)和自適應(yīng)查找。FPGA 54優(yōu)選地為Altera開發(fā)的CYCLONEFPGA。雖然當(dāng)前實(shí)施例包括FPGA，但是大家會(huì)理解，可采用本領(lǐng)域已知的其它器件或微處理器，例如數(shù)字信號(hào)處理(DSP)控制器。A/D轉(zhuǎn)換器56接收從逆變器電路所測(cè)量的模擬信號(hào)60，并把信號(hào)轉(zhuǎn)換成發(fā)送給FPGA 54的數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)60包括從逆變器電路的IGBT器件所測(cè)量的散熱器溫度的反饋信號(hào)62。另外，模擬信號(hào)60還包括從逆變器電路所測(cè)量的DC電壓反饋信號(hào)64，并且包括從逆變器電路的IGBT器件的輸出所測(cè)量的輸出電流反饋信號(hào)66。
三相逆變器模塊40操作三相逆變器電路的六個(gè)IGBT器件。因此，A/D轉(zhuǎn)換器56優(yōu)選地包括用于操作逆變器的六個(gè)IGBT器件的各種反饋信號(hào)60的多個(gè)通道。大家會(huì)理解，其它逆變器拓?fù)淇刹捎肁/D轉(zhuǎn)換器56與逆變器電路之間的其它通道連接。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，三個(gè)雙封裝IGBT器件104、如Dynex Semiconductor的DIM1200DDM17-E000或Eupec的FF1200R17KE3優(yōu)選地用于逆變器電路。
FPGA 54向脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)器58發(fā)送信號(hào)，脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)器58又向各相位模塊100發(fā)送脈沖信號(hào)。各相位模塊100包括柵極驅(qū)動(dòng)板102和雙IGBT封裝104，如Dynex Semiconductor的DIM1200DDM17-E000或Eupec的FF1200R17KE3。對(duì)于雙IGBT封裝104的IGBT器件的每個(gè)，各相位模塊100包括脈沖變壓器接收器110、柵極驅(qū)動(dòng)控制電路120和柵極驅(qū)動(dòng)電源電路130的雙配置。在當(dāng)前實(shí)施例中，各相位模塊100接收來(lái)自逆變器接口板50的四個(gè)脈沖信號(hào)70。脈沖信號(hào)70中的兩個(gè)包括送往優(yōu)選實(shí)施例的雙IGBT封裝104中的“上”IGBT器件的“上開”脈沖和“上關(guān)”脈沖。另外兩個(gè)脈沖信號(hào)70包括送往優(yōu)選實(shí)施例的雙IGBT封裝104中的“下”IGBT器件的“下開”脈沖和“下關(guān)”脈沖。
驅(qū)動(dòng)控制器30、驅(qū)動(dòng)控制器接口52、A/D轉(zhuǎn)換器56、脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)器58、脈沖變壓器接收器110以及當(dāng)前實(shí)施例的其它組件可能是用于電源逆變器電路領(lǐng)域的這類器件的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)。但是，柵極驅(qū)動(dòng)控制電路120和電源電路130優(yōu)選地與以下參照?qǐng)D4所公開的那些相似。如以下更詳細(xì)所述，這些柵極驅(qū)動(dòng)電源電路130包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)，用于根據(jù)以上參照?qǐng)D2所公開的技術(shù)產(chǎn)生控制被驅(qū)動(dòng)IGBT器件的截止行為的波形。
在工作中，逆變器接口板50上的FPGA 54采用A/D轉(zhuǎn)換器56連續(xù)監(jiān)測(cè)溫度信號(hào)62、電流輸出信號(hào)64和DC鏈路電壓信號(hào)66。在當(dāng)前實(shí)施例中，溫度從逆變器電路的IGBT器件的散熱器來(lái)測(cè)量。從散熱器溫度中，F(xiàn)PGA 54估算IGBT器件的結(jié)溫度，因?yàn)榻Y(jié)溫度在IGBT器件中不易測(cè)量。
FPGA 54通過(guò)以下等式采用散熱器溫度、電流輸出和DC鏈路電壓來(lái)估算結(jié)溫度TjTj＝Thsk+K1·Iph+K2·Iph·Vdc式中Tj是IGBT器件的估算結(jié)溫度，Thsk是來(lái)自IGBT器件的散熱器溫度反饋信號(hào)，Iph是逆變器各相的輸出電流，Vdc是來(lái)自逆變器的DC鏈路電壓反饋信號(hào)。
常數(shù)K1和K2根據(jù)用于電源逆變器電路的具體實(shí)現(xiàn)中的特定IGBT器件和PWM頻率用實(shí)驗(yàn)確定。該等式得到結(jié)溫度的估算值Tj。
在優(yōu)選實(shí)施例中，F(xiàn)PGA 54把Tj、Iph和Vdc的測(cè)量值的分辨率減小到4位分辨率，這對(duì)于根據(jù)所公開的技術(shù)的柵極控制適配的確定是足夠的。FPGA 54則并置4位值Tj、Iph和Vdc，從而得到表示被驅(qū)動(dòng)IGBT器件的當(dāng)前IVT工作條件的12位值。FPGA 54包括嵌入存儲(chǔ)器中用于控制根據(jù)本文所公開的技術(shù)的逆變器電路的IGBT器件的截止行為的查找表。查找表包括逆變器要工作于的多個(gè)IVT工作點(diǎn)。各IVT工作點(diǎn)具有最好地控制被驅(qū)動(dòng)IGBT器件的截止行為的控制脈沖的根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得出的參數(shù)。FPGA 54中存儲(chǔ)的控制脈沖的參數(shù)包括用來(lái)控制IGBT器件的控制脈沖的起始時(shí)間(TS)和停止時(shí)間(TW)。控制脈沖可具有固定高度或幅度，可能基本上與“開”電壓(例如+15V)相同?；蛘撸現(xiàn)PGA 54的查找表中的參數(shù)可包括最好地控制IGBT器件的截止行為的控制脈沖的已修改和根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得出的幅度。
在逆變器工作期間，逆變器模塊40監(jiān)測(cè)逆變器的IVT工作條件，以及FPGA 54不斷地更新最好地操作逆變器的IGBT器件的控制脈沖的優(yōu)選參數(shù)。當(dāng)IVT工作條件變化時(shí)，F(xiàn)PGA 54查找與從逆變器和被驅(qū)動(dòng)IGBT器件所測(cè)量的當(dāng)前IVT工作條件對(duì)應(yīng)的控制脈沖的優(yōu)選參數(shù)(例如起始時(shí)間(TS)和停止時(shí)間(TW))。在逆變器中的IGBT器件的“截止”期間，F(xiàn)PGA 54向IGBT器件的柵極驅(qū)動(dòng)控制電路120發(fā)送命令信號(hào)。在這點(diǎn)，柵極驅(qū)動(dòng)控制電路120知道與被驅(qū)動(dòng)IGBT器件的具體IVT工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的控制脈沖的最佳起始時(shí)間(TS)和停止時(shí)間(TW)。在IGBT器件在初始“截止”期間開始去飽和之后，柵極驅(qū)動(dòng)控制電路120和電源電路130采用優(yōu)選控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)IGBT器件，從而控制根據(jù)本文所公開的技術(shù)的IGBT器件的截止行為。為了確保不存在限制條件，偏移優(yōu)選地用于控制脈沖的這種脈寬編碼。
參照?qǐng)D4，說(shuō)明圖3的柵極驅(qū)動(dòng)控制電路120和電源電路130的實(shí)施例。根據(jù)參照?qǐng)D3所述的技術(shù)，柵極驅(qū)動(dòng)控制電路120連接到脈沖變壓器接收器(圖3的相位模塊100的110)，以便接收來(lái)自FPGA(圖3的54)的信號(hào)。圖4的柵極驅(qū)動(dòng)電源電路130連接到柵極驅(qū)動(dòng)控制電路120和IGBT器件20。大家知道，IGBT器件20的集電極C和發(fā)射極E連接到逆變器電路(未示出)。柵極驅(qū)動(dòng)控制電路120和電源電路130根據(jù)本文所公開的波形修改技術(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)IGBT器件20。
如前面所述，逆變器電路Dynex Semiconductor的DIM1200DDM17-E000或Eupec的FF1200R17KE3的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例包括雙封裝IGBT器件。因此，圖4的IGBT器件20可表示這些優(yōu)選IGBT封裝中的IGBT器件之一。雖然為這些優(yōu)選IGBT封裝開發(fā)了當(dāng)前實(shí)施例，但是大家會(huì)理解，本領(lǐng)域已知的其它IGBT器件可與所公開技術(shù)配合使用。
柵極驅(qū)動(dòng)電源電路130包括施加與以上在圖2中對(duì)于IGBT器件20所述的那些相似的波形的多個(gè)高功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。柵極驅(qū)動(dòng)電源電路130包括“開”FET 140、“關(guān)”FET150、控制FET 160和去飽和檢測(cè)器170?？刂齐娐?20電氣連接到“開”FET 140、“關(guān)”FET 150和控制FET 160的相應(yīng)柵極端子?？刂齐娐?20向FET 140、150和160的相應(yīng)柵極端子發(fā)送開關(guān)控制信號(hào)以控制其操作。
“開”FET 140的源極連接到通常為+15V的“開”電壓，而“開”FET 140的漏極則連接到被驅(qū)動(dòng)IGBT器件20的柵極G。電阻器142連接在“開”FET 140的漏極與IGBT器件20的柵極G之間?！瓣P(guān)”FET 150的源極連接到通常為+15V的“關(guān)”電壓，而“關(guān)”FET 150的漏極也連接到被驅(qū)動(dòng)IGBT器件20的柵極G。電阻器152連接在“關(guān)”FET 150的源極與IGBT器件20的柵極G之間?？刂艶ET 160的源極連接到可能是+15V的控制電壓，而控制FET 160的漏極則連接到被驅(qū)動(dòng)IGBT器件20的柵極G。二極管162連接在控制FET 160的漏極與IGBT器件20的柵極G之間。
去飽和檢測(cè)器170連接在控制電路120與IGBT器件20之間。去飽和檢測(cè)器170到IGBT器件20的連接在IGBT器件20的集電極C與柵極G之間進(jìn)行。去飽和檢測(cè)器可能是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的，并且可例如包括反偏二極管和比較器。去飽和檢測(cè)器170確定在IGBT器件20的初始“截止”期間的存儲(chǔ)時(shí)間延遲之后IGBT器件20的去飽和開始的時(shí)間。
控制電路120通過(guò)向“開”FET 140和“關(guān)”FET 150發(fā)送控制開關(guān)信號(hào)、從而控制從這些FET到被驅(qū)動(dòng)IGBT器件20的柵極G的信號(hào)，以典型方式工作。為了修改IGBT器件20的截止行為以產(chǎn)生根據(jù)本文所公開的技術(shù)的波形，控制電路120還在IGBT器件120的“截止”期間在指定點(diǎn)向控制FET 160的柵極發(fā)送控制開關(guān)信號(hào)。控制FET 160又發(fā)送如上所述的正柵極電壓的控制信號(hào)，以便改進(jìn)IGBT器件20的截止行為。具體來(lái)說(shuō)，控制FET 160發(fā)送具有由FPGA(圖3的54)中的查找表對(duì)于IGBT器件20和逆變器的當(dāng)前IVT工作點(diǎn)所確定的最佳起始時(shí)間(TS)和停止時(shí)間(TW)的控制脈沖。
在一個(gè)備選實(shí)施例中，控制電路120和電源電路130可根據(jù)本文所公開的技術(shù)修改IGBT器件20的導(dǎo)通行為。除了以上公開的“開”FET 140和電阻器142之外，第二“開”FET(未示出)可通過(guò)與“開”FET 140和電阻器142相同的方式分別連接到控制電路120以及采用第二電阻器(未示出)連接到柵極G。電阻器142和(未示出的電阻器)可具有不同的電阻。這樣，控制電路120可向“開”FET中的第一“開”FET 140發(fā)送初始開關(guān)信號(hào)，以便讓來(lái)自其電阻器142的對(duì)應(yīng)電阻操作柵極G。然后，控制電路120可向另一個(gè)“開”FET(未示出)發(fā)送后續(xù)開關(guān)信號(hào)，以便讓來(lái)自其電阻器(未示出)的對(duì)應(yīng)電阻操作IGBT器件20的柵極G。“開”FET的選擇以及開關(guān)信號(hào)的持續(xù)時(shí)間可根據(jù)逆變器和IGBT器件的當(dāng)前工作條件通過(guò)FPGA 54中的查找表來(lái)確定。
參照?qǐng)D5，說(shuō)明柵極驅(qū)動(dòng)控制220和電源電路230的另一個(gè)實(shí)施例。當(dāng)前實(shí)施例的柵極驅(qū)動(dòng)控制220和電源電路230優(yōu)選地用于其中逆變器的IVT工作點(diǎn)是逆變器和控制電路的其它組件未知的應(yīng)用，它與圖3及圖4的實(shí)施例的情況相反。柵極驅(qū)動(dòng)控制電路220連接到信號(hào)隔離電路210和電源隔離電路212。信號(hào)隔離電路210可包括脈沖變壓器、光耦合器或者本領(lǐng)域已知的用于隔離信號(hào)的其它器件。類似地，電源隔離電路212可包括變壓器或者本領(lǐng)域已知的用于使控制電路與電源隔離的其它器件。控制電路220經(jīng)由信號(hào)隔離電路210接收來(lái)自其它控制組件的信號(hào)。例如，控制電路220可接收來(lái)自驅(qū)動(dòng)控制器的脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)、電動(dòng)機(jī)控制信號(hào)和人機(jī)接口(HMI)信號(hào)。
柵極驅(qū)動(dòng)電源電路230連接到柵極驅(qū)動(dòng)控制220和IGBT器件20。柵極驅(qū)動(dòng)電源電路230用于根據(jù)本文所公開的波形修改技術(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)IGBT器件20。大家知道，IGBT器件20的集電極C和發(fā)射極E連接到逆變器電路(未示出)。如前面所述，Dynex Semiconductor的DIM1200DDM17-E000或Eupec的FF1200R17KE3用于逆變器電路的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。因此，圖5的IGBT器件20可表示這些優(yōu)選IGBT封裝中的IGBT器件之一。雖然為這些優(yōu)選IGBT封裝開發(fā)了當(dāng)前實(shí)施例，但是大家會(huì)理解，本領(lǐng)域已知的其它IGBT器件可與所公開技術(shù)配合使用。
與圖4的實(shí)施例相似，柵極驅(qū)動(dòng)電源電路230包括“開”FET 240、“關(guān)”FET 250、控制FET 260和去飽和檢測(cè)器270。此外，柵極驅(qū)動(dòng)電源電路230還包括分壓器280、模擬積分器290和熱敏電阻300。控制電路220電氣連接到“開”FET 240、“關(guān)”FET 250和控制FET260的相應(yīng)柵極端子?？刂齐娐?00向FET 240、250和260的相應(yīng)柵極端子發(fā)送控制開關(guān)信號(hào)以控制其操作。為了克服制造方面的任何實(shí)際困難，柵極驅(qū)動(dòng)電路230優(yōu)選地采用本領(lǐng)域已知的現(xiàn)代細(xì)距器件在多層印刷電路板(PCB)上實(shí)現(xiàn)。
“開”FET 240的源極連接到通常為+15V的“開”電壓，而“開”FET 240的漏極則連接到被驅(qū)動(dòng)IGBT器件20的柵極G。電阻器242連接在“開”FET 240的漏極與IGBT器件20的柵極G之間?！瓣P(guān)”FET 250的源極連接到通常為+15V的“關(guān)”電壓，而“關(guān)”FET 250的漏極也連接到被驅(qū)動(dòng)IGBT器件20的柵極G。電阻器252連接在“關(guān)”FET 250的源極與IGBT器件20的柵極G之間?？刂艶ET 260的源極連接到可能是穩(wěn)態(tài)“開”電壓(+15V)的控制電壓，而控制FET260的漏極則連接到被驅(qū)動(dòng)IGBT器件20的柵極G。二極管262連接在控制FET 260的漏極與IGBT器件20的柵極G之間。
控制電路220采用熱敏電阻300、電阻測(cè)量裝置302和串行A/D轉(zhuǎn)換器304來(lái)接收IGBT器件20的溫度反饋。熱敏電阻300優(yōu)選地為負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻。NTC熱敏電阻300直接安裝在具有IGBT器件20的IGBT模塊的芯片上。NTC熱敏電阻264的一端采用金屬填充環(huán)氧樹脂連接到IGBT器件20的發(fā)射極鍍金屬。熱敏電阻300的另一端連接到電阻測(cè)量裝置302。電阻測(cè)量裝置302的輸出連接到串行A/D轉(zhuǎn)換器304，它向控制電路220發(fā)送數(shù)字電阻信號(hào)。NTC熱敏電阻300的電阻在穩(wěn)態(tài)“開”或“關(guān)”操作期間被測(cè)量。例如，電阻測(cè)量裝置302可包括差分放大器，用于測(cè)量NTC熱敏電阻300兩端的電壓降。電壓只是數(shù)十毫伏，因此，任何運(yùn)算放大器電路優(yōu)選地具有足夠精度，以及對(duì)輸入信號(hào)的數(shù)毫秒濾波可能是可接受的。一旦NTC熱敏電阻300的電阻被確定并經(jīng)由串行A/D轉(zhuǎn)換器304發(fā)送給控制電路220，控制電路220的FPGA(未示出)中的查找表用來(lái)確定IGBT器件的溫度。
去飽和檢測(cè)器270連接在控制電路220與IGBT器件200之間。去飽和檢測(cè)器270到IGBT器件20的連接在IGBT器件20的集電極C與柵極G之間進(jìn)行。去飽和檢測(cè)器270可能是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的，并且可例如包括反偏二極管和比較器。去飽和檢測(cè)器270確定在IGBT器件20的初始“截止”期間的存儲(chǔ)時(shí)間延遲之后IGBT器件20的去飽和開始的時(shí)間。
分壓器280連接在控制電路220與IGBT器件20之間。分壓器280到IGBT器件20的連接也在IGBT器件20的集電極C與柵極G之間進(jìn)行。分壓器280到控制電路220的連接經(jīng)由快速串行A/D轉(zhuǎn)換器282來(lái)進(jìn)行。分壓器280可能是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的。分壓器280在IGBT器件20的穩(wěn)態(tài)“關(guān)”條件期間測(cè)量集電極-發(fā)射極電壓VCE。
模擬積分器290的一個(gè)連接連接到控制電路220的凍結(jié)重置控制輸出，另一個(gè)連接經(jīng)由快速串行A/D轉(zhuǎn)換器292連接到控制電路220的電流反饋輸入，以及另一個(gè)連接連接到IGBT模塊的功率發(fā)射極。模擬積分器290可能是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的。模擬積分器290在器件20的“導(dǎo)通”期間測(cè)量IGBT模塊的內(nèi)部發(fā)射極電感上的電壓(即輔助和功率發(fā)射極端子之間的電壓)。
控制電路220通過(guò)向“開”FET 240和“關(guān)”FET 250發(fā)送控制開關(guān)信號(hào)、從而控制從這些FET到被驅(qū)動(dòng)IGBT器件20的柵極G的信號(hào)，以典型方式工作。為了修改IGBT器件20的“截止”以產(chǎn)生根據(jù)以上所公開的技術(shù)的波形，控制電路220還在IGBT器件20的“截止”期間在指定點(diǎn)向控制FET 260的柵極發(fā)送控制開關(guān)信號(hào)?？刂艶ET 260又發(fā)送如上所述的正柵極電壓的控制脈沖，以便改進(jìn)IGBT器件20的截止行為。
控制電路220優(yōu)選地包括FPGA，它優(yōu)選地為Altera開發(fā)的CYCLONE FPGA?？刂齐娐?20測(cè)量IGBT器件20的當(dāng)前IVT工作點(diǎn)，并確定用于控制IGBT器件20的截止行為的最佳參數(shù)。在工作中，IGBT器件20的溫度采用NTC熱敏電阻302的電阻來(lái)測(cè)量。一旦確定NTC熱敏電阻302的電阻，控制電路220確定當(dāng)前IVT工作點(diǎn)的IGBT器件的結(jié)溫度。分壓器280在穩(wěn)態(tài)“關(guān)”條件中測(cè)量當(dāng)前IVT工作點(diǎn)的集電極-發(fā)射極電壓VCE。模擬積分器290通過(guò)在器件20的“導(dǎo)通”期間對(duì)IGBT模塊的內(nèi)部發(fā)射極電感上的電壓(即輔助和功率發(fā)射極端子之間的電壓)進(jìn)行積分，來(lái)測(cè)量對(duì)于IVT工作點(diǎn)的輸出電流。只要單個(gè)PWM周期期間的電流的變化相對(duì)于柵極驅(qū)動(dòng)波形的調(diào)制不明顯，則這個(gè)輸出電流的測(cè)量是有效的?？刂破?20連續(xù)監(jiān)測(cè)IGBT器件20的IVT工作點(diǎn)，以及控制器220的FPGA采用IVT工作點(diǎn)以與以上公開相同的方式來(lái)控制柵極電壓。
雖然本文所述的優(yōu)選實(shí)施例根據(jù)IVT數(shù)據(jù)點(diǎn)從預(yù)定值來(lái)確定各控制脈沖的特性，但是大家會(huì)理解，等式、公式或界限可對(duì)于功率半導(dǎo)體器件的特定實(shí)現(xiàn)來(lái)導(dǎo)出，以及處理器或其它邏輯器件可實(shí)現(xiàn)等式、公式或界限，以便實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)地確定控制脈沖特性。
優(yōu)選及其它實(shí)施例的以上描述不是要限制由本申請(qǐng)人設(shè)想的本發(fā)明概念的范圍或適用性。為了換取公開本文包含的發(fā)明概念，本申請(qǐng)人要求所附權(quán)利要求提供的全部專利權(quán)利。因此，所附權(quán)利要求意在包括落入以下權(quán)利要求及其等效物的范圍之內(nèi)的所有修改和變更。
權(quán)利要求
1.一種用于操作具有柵極并具有導(dǎo)通行為和截止行為的半導(dǎo)體開關(guān)器件的電路，所述電路包括提供用于操作開關(guān)器件的信號(hào)的控制電路，所述控制電路接收開關(guān)器件的工作條件并且具有在控制電路中存儲(chǔ)的開關(guān)器件的多個(gè)工作點(diǎn)，各工作點(diǎn)與用于開關(guān)器件的對(duì)應(yīng)控制信號(hào)關(guān)聯(lián)；耦合在控制電路與開關(guān)器件之間的電源電路，所述電源電路接收來(lái)自控制電路的控制信號(hào)，并向開關(guān)器件的柵極提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以便根據(jù)控制信號(hào)來(lái)操作開關(guān)器件；其中控制電路把從開關(guān)器件測(cè)量的工作條件與控制電路中存儲(chǔ)的多個(gè)工作點(diǎn)進(jìn)行比較，并向電源電路發(fā)送對(duì)應(yīng)控制信號(hào)，以及其中電源電路接收來(lái)自控制電路的對(duì)應(yīng)控制信號(hào)，并向開關(guān)器件的柵極提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而根據(jù)測(cè)量的工作條件來(lái)控制開關(guān)器件的導(dǎo)通或截止行為。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，控制信號(hào)包括施加到開關(guān)器件的柵極的正電壓的起始時(shí)間和停止時(shí)間，起始時(shí)間在開關(guān)器件的初始截止期間開關(guān)器件的去飽和開始之后開始。
3.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述開關(guān)器件包括絕緣柵雙極晶體管。
4.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述開關(guān)器件的工作條件包括電壓、電流和溫度。
5.如權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于，所述溫度從開關(guān)器件的散熱器來(lái)測(cè)量，以及所述控制電路采用散熱器溫度來(lái)估算開關(guān)器件的結(jié)溫度。
6.如權(quán)利要求5所述的電路，其特征在于，所述控制電路采用等式Ti＝Thsk+K1·Iph+K2·Iph·Vdc來(lái)估算結(jié)溫度，其中Tj是開關(guān)器件的結(jié)溫度，Thsk是散熱器溫度，Iph是開關(guān)器件的輸出電流，以及Vdc是DC鏈路電壓。
7.如權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于，所述控制電路包括熱敏電阻器，其一端連接到開關(guān)器件的輸出，另一端連接到電阻測(cè)量裝置，所述電阻測(cè)量裝置測(cè)量控制電路的熱敏電阻器的電阻，以便確定開關(guān)器件的溫度。
8.如權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于，所述電壓包括從逆變器測(cè)量的DC鏈路電壓。
9.如權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于，所述控制電路包括用于測(cè)量電壓的分壓器。
10.如權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于，所述電流包括從開關(guān)器件的輸出中測(cè)量的輸出電流。
11.如權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于，所述控制電路包括用于測(cè)量電流的模擬積分器分割器。
12.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述控制電路包括用于在初始截止期間檢測(cè)開關(guān)器件的去飽和的檢測(cè)器。
13.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述控制器包括存儲(chǔ)多個(gè)工作點(diǎn)以及對(duì)應(yīng)控制信號(hào)的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列。
14.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述控制電路包括用于把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
15.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述控制電路在開關(guān)器件截止時(shí)在開關(guān)器件的去飽和開始之后的一個(gè)時(shí)間向電源電路發(fā)送控制信號(hào)。
16.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，電源電路采用控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)開關(guān)器件，使得開關(guān)器件的柵極-發(fā)射極電壓在開關(guān)器件截止期間開關(guān)器件的去飽和開始之后的一段持續(xù)時(shí)間里保持在基本上固定的正電平。
17.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述電源電路包括接收來(lái)自控制電路的開關(guān)信號(hào)以便把“開”電壓連接到開關(guān)器件的柵極的開關(guān)元件。
18.如權(quán)利要求17所述的電路，其特征在于，所述開關(guān)元件包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
19.如權(quán)利要求17所述的電路，其特征在于，所述電源電路包括接收來(lái)自控制電路的開關(guān)信號(hào)以便把“關(guān)”電壓連接到開關(guān)器件的柵極的“關(guān)”場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
20.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述電源電路包括接收來(lái)自控制電路的控制信號(hào)并且根據(jù)控制信號(hào)把控制電壓連接到開關(guān)器件的柵極的控制開關(guān)元件。
21.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述電源電路還包括熱敏電阻器，其一端連接到開關(guān)器件的輸出；以及電阻測(cè)量電路，連接在熱敏電阻器的另一端與控制電路之間，并測(cè)量熱敏電阻器的電阻以確定開關(guān)器件的溫度。
22.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述電源電路包括連接在控制電路與開關(guān)器件之間并且在開關(guān)器件的穩(wěn)態(tài)“關(guān)”條件期間測(cè)量開關(guān)器件的集電極-發(fā)射極電壓的分壓器。
23.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述電源電路包括耦合在控制電路與開關(guān)器件之間并且在開關(guān)器件導(dǎo)通期間測(cè)量?jī)?nèi)部發(fā)射極電感上的電壓的模擬積分器。
24.一種逆變器，包括提供輸出功率的多個(gè)開關(guān)器件，各開關(guān)器件具有柵極、導(dǎo)通行為和截止行為；提供用于操作開關(guān)器件的開關(guān)信號(hào)的控制電路，所述控制電路接收從逆變器測(cè)量的工作條件，并且具有在控制電路中存儲(chǔ)的逆變器的多個(gè)工作點(diǎn)，各工作點(diǎn)與對(duì)應(yīng)控制信號(hào)關(guān)聯(lián)；以及耦合在控制電路與開關(guān)器件之間的電源電路，所述電源電路接收來(lái)自控制電路的開關(guān)信號(hào)，并向開關(guān)器件的柵極提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以便操作開關(guān)器件，其中控制電路把從逆變器測(cè)量的工作條件與控制電路中存儲(chǔ)的多個(gè)工作點(diǎn)進(jìn)行比較，并向電源電路發(fā)送對(duì)應(yīng)控制信號(hào)，以及其中電源電路接收來(lái)自控制電路的對(duì)應(yīng)控制信號(hào)，并向開關(guān)器件的柵極提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而控制開關(guān)器件的導(dǎo)通或截止行為。
25.一種用于操作逆變器的開關(guān)器件的電路，所述開關(guān)器件具有柵極、導(dǎo)通行為和截止行為，所述電路包括用于采用開關(guān)信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)開關(guān)器件的部件；用于從逆變器測(cè)量工作條件的部件；用于根據(jù)從逆變器測(cè)量的工作條件來(lái)確定控制信號(hào)的部件；以及用于采用控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)開關(guān)器件、以便根據(jù)從逆變器測(cè)量的工作條件來(lái)控制開關(guān)器件的導(dǎo)通或截止行為的部件。
26.如權(quán)利要求25所述的電路，其特征在于，所述用于根據(jù)從逆變器測(cè)量的工作條件來(lái)確定控制信號(hào)的部件包括用于存儲(chǔ)與對(duì)應(yīng)控制信號(hào)關(guān)聯(lián)的多個(gè)工作點(diǎn)的部件；以及用于把從逆變器測(cè)量的工作條件與多個(gè)工作點(diǎn)進(jìn)行比較以確定對(duì)應(yīng)控制信號(hào)的部件。
27.如權(quán)利要求25所述的電路，其特征在于，用于從逆變器測(cè)量工作條件的部件包括用于測(cè)量開關(guān)器件的輸出電流、逆變器的DC鏈路電壓和開關(guān)器件的溫度的部件。
28.一種控制逆變器的開關(guān)器件的導(dǎo)通行為或截止行為的方法，包括以下步驟采用開關(guān)信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)開關(guān)器件；從逆變器測(cè)量工作條件；根據(jù)從逆變器測(cè)量的工作條件來(lái)確定控制信號(hào)；以及通過(guò)根據(jù)從逆變器測(cè)量的工作條件采用控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)開關(guān)器件，控制開關(guān)器件的導(dǎo)通或截止行為。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，根據(jù)從逆變器測(cè)量的工作條件來(lái)確定控制信號(hào)的步驟包括以下步驟存儲(chǔ)與對(duì)應(yīng)控制信號(hào)關(guān)聯(lián)的多個(gè)工作點(diǎn)；以及把從逆變器測(cè)量的工作條件與多個(gè)工作點(diǎn)進(jìn)行比較以確定對(duì)應(yīng)控制信號(hào)。
30.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，從逆變器測(cè)量工作條件的步驟包括測(cè)量開關(guān)器件的輸出電流、逆變器的DC鏈路電壓和開關(guān)器件的溫度的步驟。
31.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，采用控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)開關(guān)器件的步驟包括在開關(guān)器件的初始截止期間開關(guān)器件的去飽和開始之后的一個(gè)時(shí)間發(fā)送控制信號(hào)的步驟。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，在開關(guān)器件截止時(shí)開關(guān)器件的去飽和最初開始之后的所述時(shí)間發(fā)送控制信號(hào)的步驟還包括在一段持續(xù)時(shí)間里發(fā)送控制信號(hào)并把開關(guān)器件的柵極-發(fā)射極電壓保持在基本上固定的正電平的步驟。
全文摘要
逆變器的自適應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)包括具有現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)的控制電路，并且包括具有多個(gè)FET、用于操作諸如溝槽柵絕緣柵雙極晶體管(IGBT器件)之類的開關(guān)器件電源電路?？刂齐娐诽峁┯糜诓僮鏖_關(guān)器件的開關(guān)信號(hào)。另外，控制電路還接收IGBT器件的輸出電流、IGBT器件的溫度以及DC鏈路電壓的信號(hào)。FPGA中存儲(chǔ)了多個(gè)工作點(diǎn)。每個(gè)工作點(diǎn)具有用來(lái)控制IGBT器件的導(dǎo)通或截止行為的控制信號(hào)的對(duì)應(yīng)參數(shù)。在工作中，控制電路把所測(cè)量電流、電壓和溫度與FPGA中存儲(chǔ)的工作點(diǎn)比較，并向柵極驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送對(duì)應(yīng)參數(shù)。柵極驅(qū)動(dòng)相應(yīng)地修改IGBT的柵極上的信號(hào)，因而根據(jù)實(shí)際工作條件來(lái)優(yōu)化器件的導(dǎo)通和/或截止行為。
文檔編號(hào)H02M7/538GK101088221SQ200580020353
公開日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2005年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月26日
發(fā)明者加里·佩斯, 拉里·查爾斯·羅賓斯 申請(qǐng)人:勒?qǐng)D爾紐科技鉆孔系統(tǒng)公司