RU2713634C1 - Устройство управления для управления силовым полупроводниковым компонентом, а также способ управления силовым полупроводниковым компонентом - Google Patents

Устройство управления для управления силовым полупроводниковым компонентом, а также способ управления силовым полупроводниковым компонентом Download PDF

Info

Publication number
RU2713634C1
RU2713634C1 RU2019125614A RU2019125614A RU2713634C1 RU 2713634 C1 RU2713634 C1 RU 2713634C1 RU 2019125614 A RU2019125614 A RU 2019125614A RU 2019125614 A RU2019125614 A RU 2019125614A RU 2713634 C1 RU2713634 C1 RU 2713634C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
power semiconductor
control device
voltage
driver element
control
Prior art date
Application number
RU2019125614A
Other languages
English (en)
Inventor
Маркус МАУЭРСБЕРГЕР
Райнер ЗОММЕР
Original Assignee
Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сименс Акциенгезелльшафт filed Critical Сименс Акциенгезелльшафт
Application granted granted Critical
Publication of RU2713634C1 publication Critical patent/RU2713634C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/12—Modifications for increasing the maximum permissible switched current
    • H03K17/122—Modifications for increasing the maximum permissible switched current in field-effect transistor switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/12—Modifications for increasing the maximum permissible switched current
    • H03K17/127—Modifications for increasing the maximum permissible switched current in composite switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J4/00—Circuit arrangements for mains or distribution networks not specified as ac or dc
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/10—Modifications for increasing the maximum permissible switched voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/10—Modifications for increasing the maximum permissible switched voltage
    • H03K17/107—Modifications for increasing the maximum permissible switched voltage in composite switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/16—Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • H03K17/161—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches
    • H03K17/165—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches by feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/166—Soft switching
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0027—Measuring means of, e.g. currents through or voltages across the switch

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам управления силовыми полупроводниковыми компонентами. Технический результат заключается в обеспечении более надежной эксплуатации силового полупроводникового компонента. Достигается тем, что силовой полупроводниковый компонент имеет по меньшей мере два управляемых напряжением силовых полупроводниковых элемента схемы, которые включены электрически параллельно и которые имеют по управляющему разъему, при этом устройство управления включает в себя по меньшей мере один драйверный элемент, посредством которого могут настраиваться соответствующие электрические напряжения на управляющих разъемах силовых полупроводниковых элементов схемы, при этом устройство управления имеет измерительный блок, который предназначен для того, чтобы регистрировать соответствующие электрические токи, которые текут через силовые полупроводниковые элементы схемы, и указанный по меньшей мере один драйверный элемент предназначен для того, чтобы настраивать высоту и/или характер изменения во времени соответствующих электрических напряжений в зависимости от соответствующих электрических токов. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Настоящее изобретение касается устройства управления для управления силовым полупроводниковым компонентом, причем этот силовой полупроводниковый компонент имеет по меньшей мере два управляемых напряжением силовых полупроводниковых элемента схемы, которые включены электрически параллельно, и которые имеют по управляющему разъему. Устройство управления включает в себя по меньшей мере один драйверный элемент, посредством которого могут настраиваться соответствующие электрические напряжения на управляющих разъемах силовых полупроводниковых элементов схемы. Помимо этого, настоящее изобретение касается силового полупроводникового компонента, имеющего такое устройство управления. Наконец, настоящее изобретение касается способа управления силовым полупроводниковым компонентом.
Интерес в настоящем случае направляется на силовые полупроводниковые компоненты, которые, например, могут быть выполнены в виде преобразователей или выпрямителей тока. Такие силовые полупроводниковые компоненты могут применяться, например, для эксплуатации машин трехфазного тока. Силовые полупроводниковые компоненты могут иметь управляемые напряжением силовые полупроводниковые элементы схемы, которые выполнены, например, в виде IGBT (англ. insulated-gate bipolar transistor, биполярный транзистор с изолированным затвором) или в виде MOSFET (англ. metal-oxide-semiconductor field effect transistor, полевой транзистор металл-оксид-полупроводник). Для повышения мощности силового полупроводникового компонента из уровня техники известно применение в силовом полупроводниковом компоненте несколько силовых полупроводниковых элементов схемы и их параллельное включение. Чтобы максимально загрузить силовые проводниковые элементы схемы и одновременно не перегрузить никакой из параллельно включенных силовых полупроводниковых элементов схемы, требуется, чтобы электрический ток, который во время проводящей фазы течет через соответствующие силовые полупроводниковые элементы схемы, одинаково распределялся или, соответственно, симметрировался между силовыми полупроводниковыми элементами схемы.
Из уровня техники известны также различные способы достижения симметрирования параллельно включенных силовых полупроводниковых элементов схемы. Например, для симметрировании могут применяться различные полные сопротивления. Также известен так называемый дирейтинг параллельно включенных силовых полупроводниковых элементов схемы. Кроме того, требуется обращать внимание на как можно более симметричный дизайн устройства управления или, соответственно, схемыуправления, а также подводящих проводов. В зависимости от типа силового полупроводникового элемента схемы, требуется также обращать внимание на хорошую термическую связь или, соответственно, изоляцию.
Помимо этого, из уровня техники известно, что предусматривается смещение во времени отдельных импульсов переключения параллельно включенных силовых полупроводниковых элементов схемы друг относительно друга. Это означает, в частности, что один или несколько из силовых полупроводниковых элементов схемы включаются раньше других в этой комбинации и при этом забирают больше электрического тока. То же самое относится по смыслу к процессу отключения силовых полупроводниковых элементов схемы.
В этой связи DE 10 2011 006 788 A1 описывает переключательную систему для защитного устройства установки, имеющую источники электрической энергии, которые имеют варьируемые параметры тока и/или напряжения. Эта переключательная система состоит из по меньшей мере двух параллельно включенных предохранительных каналов, которые имеют по устройству для измерения тока и по меньшей мере один выключатель. Предохранительные каналы имеют значения сопротивлений, определенные таким образом, что суммарный ток распределяется между предохранительными каналами симметрично.
Кроме того, WO 02/052726 A1 раскрывает способ динамического симметрирования схемы силовых полупроводниковых элементов схемы. При этом переключающий сигнал может смещаться во времени или повышаться его амплитуда, так чтобы уменьшалось отклонение регулирования между фактическим значением и задаваемым номинальным значением.
Из DE 10 2014 224 168 A1 известен способ эксплуатации параллельно включенных силовых полупроводниковых переключателей. При этом определяется номинальная величина общего добавочного сопротивления вентиля силового полупроводникового переключателя, и общее добавочное сопротивление вентиля получается в зависимости от этой номинальной величины.
Далее, EP 2 830 219 A1 описывает устройство, включающее в себя контроллер, посредством которого могут идентифицироваться токи, которые текут из транзисторов. При этом характеристики транзисторов могут настраиваться так, чтобы токи имели желаемое значение.
Задачей настоящего изобретения является показать решение, как простым образом может более надежно эксплуатироваться силовой полупроводниковый компонент, имеющий по меньшей мере два параллельно включенных силовых полупроводниковых элемента схемы.
Эта задача в соответствии с изобретением решается с помощью устройства управления, с помощью силового полупроводникового компонента, а также с помощью способа с признаками по соответствующим независимым пунктам формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствования настоящего изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Предлагаемое изобретением устройство управления служит для управления силовым полупроводниковым компонентом. При этом силовой полупроводниковый компонент имеет по меньшей мере два управляемых напряжением силовых полупроводниковых элемента схемы, которые включены электрически параллельно, и которые имеют по управляющему разъему. Устройство управления включает в себя по меньшей мере один драйверный элемент, посредством которого могут настраиваться соответствующие электрические напряжения на управляющих разъемах силовых полупроводниковых элементов схемы. Помимо этого, устройство управления имеет измерительный блок, который предназначен для того, чтобы регистрировать соответствующие электрические токи, которые текут через силовые полупроводниковые элементы схемы. Помимо этого, указанный по меньшей мере один драйверный элемент предназначен для того, чтобы настраивать высоту и/или характер изменения во времени соответствующих электрических напряжений в зависимости от соответствующих электрических токов. Далее, указанный по меньшей мере один драйверный элемент предназначен для того, чтобы настраивать изменение во времени соответствующих подаваемых на управляющие разъемы электрических напряжений при включении и/или при выключении силовых полупроводниковых элементов схемы в зависимости от соответствующих электрических токов.
Устройство управления может применяться для силового полупроводникового компонента, который, например, применяется в выпрямителе тока или, соответственно, преобразователе. С помощью устройства управления могут управляться/настраиваться силовые полупроводниковые компоненты, которые имеют по меньшей мере два силовых полупроводниковых элемента схемы, включенных электрически параллельно. Силовые полупроводниковые элементы схемы имеют по управляющему разъему, на который может подаваться электрическое напряжение. Этот управляющий разъем может также называться вентилем или, соответственно, вентильным разъемом. Силовые полупроводниковые элементы схемы могут быть выполнены, в частности, в виде IGBT, в виде JFET (англ. junction field-effect transistor, полевой транзистор с управляющим p-n-переходом) или в виде MOSFET. Эти силовые полупроводниковые элементы схемы применяются в качестве управляемых выключателей. Устройство управления имеет по меньшей мере один драйверный элемент, который электрически соединен с соответствующими управляющими разъемами силовых полупроводниковых элементов схемы. Драйверный элемент может также называться драйвером или вентильным блоком. При помощи драйверного элемента может выдаваться электрическое напряжение и подаваться на соответствующие управляющие разъемы силовых полупроводниковых элементов схемы.
Итак, по одному из существенных аспектов настоящего изобретения предусмотрено, что устройство управления имеет измерительный блок, посредством которого могут регистрироваться соответствующие электрические токи, который текут через силовые полупроводниковые элементы схемы. Например, измерительный блок может иметь сенсор тока для каждого силового полупроводникового элемента схемы. Может быть также предусмотрен шунт или сопротивление, на котором для определения электрического тока измеряется падение напряжения. При этом может регистрироваться электрический ток, который течет через соответствующий силовой полупроводниковый элемент схемы во время проводящей фазы. Указанный по меньшей мере один драйверный элемент предназначен для того, чтобы корректировать соответствующие электрические напряжения, которые подаются на управляющие разъемы силовых полупроводниковых элементов схемы, в зависимости от соответствующих токов, которые текут через силовые полупроводниковые элементы схемы.
При этом с помощью драйверного элемента может, с одной стороны, корректироваться высота электрического напряжения. То есть при помощи драйверного элемента могут варьируемым образом выдаваться напряжения различной высоты или, соответственно, различные электрические напряжения. В частности, не предусмотрено, чтобы электрическое напряжение могло настраиваться не только на два или три фиксированных значения. Альтернативно или дополнительно при помощи драйверного элемента возможно управление характером изменения напряжения во времени. Таким образом может корректироваться электрическое напряжение на каждом силовом полупроводниковом элементе схемы в зависимости от тока, который течет в данный момент через силовой полупроводниковый элемент схемы. Таким образом может, например, достигаться, чтобы соответствующие токи, которые текут через силовые полупроводниковые элементы схемы силовых полупроводниковых компонентов, были по существу одинаковы. Это позволяет симметрировать токи, которые текут через силовые полупроводниковые элементы схемы. Таким образом можно избегать перегрузки силовых полупроводниковых элементов схемы. В целом при этом обеспечивается возможность надежной эксплуатации силовых полупроводниковых элементов схемы.
Кроме того, драйверное устройство предназначено для того, чтобы настраивать изменение во времени соответствующих подаваемых на управляющие разъемы электрических напряжений в зависимости от соответствующих электрических токов. При этом предусмотрено, что изменение во времени соответствующих электрических напряжений настраивается при включении и/или при выключении. При этом может достигаться динамическая параллелизация при включении и/или при выключении. То есть для характера изменения электрического напряжения могут задаваться различные характеры изменения во времени. То есть один силовой полупроводниковый элемент схемы может включаться быстрее, чем другой. Это относится также к выключению силовых полупроводниковых элементов схемы. Это может достигаться, например, за счет того, что корректируется крутизна фронтов электрического напряжения. Это предпочтительно подходит для компенсации различных паразитных индуктивностей. Что касается соответствующего электрического напряжения, которое подается на управляющие разъемы, могут корректироваться высота электрического напряжения и/или характер изменения во времени и/или начальный момент времени и/или конечный момент времени.
К тому же указанный по меньшей мере один драйверный элемент предназначен для того, чтобы настраивать соответствующие электрические напряжения на основе напряжений, настроенных во время предыдущей эксплуатации силового модуля. Соответствующие напряжения, которые подаются на силовые полупроводниковые элементы схемы при эксплуатации силовых полупроводниковых компонентов, могут закладываться в соответствующую память устройства управления. Таким образом обеспечивается возможность того, чтобы конкретные переключательные свойства, то есть характер изменения напряжения, изменение напряжения, высота напряжения и/или моменты времени переключения, определялись на основании предыдущих настроек. Помимо этого, сохраняются в памяти электрические токи, которые текут через силовые полупроводниковые элементы схемы при определенных настройках в отношении напряжения. Таким образом может создаваться система, способная к обучению.
Предпочтительно указанный по меньшей мере один драйверный элемент предназначен для того, чтобы настраивать соответствующие электрические напряжения таким образом, чтобы соответствующие электрические токи были по существу одинаковы. С помощью напряжения, которое подается на управляющий разъем силового полупроводникового элемента схемы, возможно управление электрическим сопротивлением силового полупроводникового элемента схемы. При этом относительно высокое напряжение на управляющем разъеме служит для низкого электрического сопротивления. Относительно низкое электрическое напряжение служит для высокого электрического сопротивления. Таким образом можно влиять на электрический ток, который течет через соответствующий силовой полупроводниковый элемент схемы. Таким образом может предотвращаться перегрузка или повреждение соответствующих силовых полупроводниковых элементов схемы.
По одному из вариантов осуществления указанный по меньшей мере один драйверный элемент предназначен для того, чтобы настраивать соответствующие начальные моменты времени и конечный момент времени, между которыми на управляющие разъемы подается электрическое напряжение, в зависимости от соответствующих электрических токов. Другими словами, отдельные переключательные импульсы параллельно включенных силовых полупроводниковых элементов схемы могут смещаться друг относительно друга. При этом на один или несколько из силовых полупроводниковых элементов схемы электрическое напряжение может подаваться раньше, чем на другие силовые полупроводниковые элементы схемы. То же самое относится к конечному моменту времени, после которого электрическое напряжение больше не подается на соответствующие управляющие разъемы. Таким образом возможно управление распределением тока среди силовых полупроводниковых элементов схемы.
В одном из вариантов осуществления устройство управления имеет драйверный элемент, который для каждого из силовых полупроводниковых элементов схемы имеет выход и по меньшей мере один вход для приема результатов измерения, которые описывают соответствующие электрические токи. По этому варианту осуществления устройство управления имеет один единственный драйверный элемент. При этом каждый выход драйверного элемента соединен с управляющим разъемом силового полупроводникового компонента. К тому же драйверный элемент может принимать от измерительного устройства результаты измерений, которые описывают соответствующие электрические токи через силовые полупроводниковые элементы схемы. Затем при помощи драйверного элемента эти результаты измерений могут сравниваться друг с другом, и таким образом определяться электрические напряжения для соответствующих силовых полупроводниковых элементов схемы.
По одному из альтернативных вариантов осуществления устройство управления имеет для каждого из силовых полупроводниковых элементов схемы драйверный элемент, причем каждый из драйверных элементов имеет выход для силового полупроводникового элемента схемы. При этом варианте осуществления каждому из силовых полупроводниковых элементов схемы поставлен в соответствие собственный драйверный элемент. Каждый драйверный элемент может на выходе предоставлять напряжение для силового полупроводникового элемента схемы. К тому же каждый драйверный элемент имеет вход, чтобы принимать результат измерения, который описывает электрический ток через силовой полупроводниковый элемент схемы. При этом в частности, предусмотрено, что устройство управления имеет по меньшей мере один блок связи для передачи соответствующих результатов измерений между драйверными элементами. Например, соответствующие драйверные элементы могут быть соединены посредством блока связи для передачи данных. Причем эта передача данных может осуществляться по кабелю или, соответственно, линии передачи данных, оптически или посредством беспроводной связи.
При этом может быть предусмотрено, чтобы соответствующие токи, которые текут через силовые полупроводниковые элементы схемы, сравнивались с некоторым пороговым значением. В случае если это пороговое значение превышается, соответствующие драйверные элементы могут согласовываться между собой, и соответствующие напряжения, которые выдаются соответствующими драйверными элементами, корректируются так, чтобы распределение тока между силовыми полупроводниковыми элементами схемы было снова одинаковым.
По другому варианту осуществления устройство управления имеет центральный вычислительный блок для приема результатов измерений, которые описывают соответствующие электрические токи, и по меньшей мере один блок связи для передачи соответствующих результатов измерений драйверным элементам. То есть может быть предусмотрен вышестоящий или, соответственно, центральный вычислительный блок, посредством которого могут приниматься соответствующие результаты измерений. Эти значения могут затем передаваться через блок связи, как описано выше, соответствующим драйверным элементам.
В принципе, с помощью указанного по меньшей мере одного драйверного элемента может определяться напряжение для силового полупроводникового элемента схемы в зависимости от тока через силовой полупроводниковый элемент схемы. Когда ток через силовой полупроводниковый элемент схемы слишком высок, напряжение может понижаться. В случае если ток через силовой полупроводниковый элемент схемы слишком низок, напряжение может повышаться. В драйверном элементе могут быть заложены характеристики или таблицы, которые описывают выдаваемое напряжение в зависимости от тока.
Как описано выше, устройство управления может применяться для того, чтобы управлять параллельно включенными силовыми полупроводниковыми элементами схемы. Эти силовые полупроводниковые элементы схемы могут также называться чипами. К тому же устройство управления может применяться для того, чтобы управлять параллельно включенными силовыми полупроводниковыми элементами схемы или преобразователями. В силовых модулях часто отдельные чипы включены параллельно и проведены наружу так, что отдельный силовой полупроводниковый модуль, в свою очередь, имеет те же интерфейсы, что и силовой полупроводниковый элемент схемы. Например, силовой полупроводниковый модуль может иметь вентильный разъем, коллекторный разъем и/или эмиттерный разъем, как отдельный силовой полупроводник. Преобразователь состоит, в свою очередь, из отдельных силовых полупроводников и/или силовых полупроводниковых модулей, а также дополнительных компонентов, таких как, например, конденсаторы, устройства токоснабжения и тому подобное.
Предлагаемый изобретением силовой полупроводниковый компонент включает в себя по меньшей мере два управляемых напряжением силовых полупроводниковых элемента схемы и предлагаемое изобретением устройство управления для управления указанными по меньшей мере двумя силовыми полупроводниковыми элементами схемы. При этом предпочтительно предусмотрено, что силовой полупроводниковый компонент является частью выпрямителя тока или, соответственно, преобразователя. Указанные по меньшей мере два силовых полупроводниковых элемента схемы выполнены предпочтительно в виде IGBT, в виде JFET или в виде MOSFET.
Предлагаемый изобретением способ служит для управления силовым полупроводниковым компонентом, причем этот силовой полупроводниковый компонент имеет по меньшей мере два управляемых напряжением силовых полупроводниковых элемента схемы, которые включены электрически параллельно, и которые имеют по управляющему разъему. При этом способе посредством по меньшей мере одного драйверного элемента настраиваются соответствующие электрические напряжения на управляющих разъемах силовых полупроводниковых элементов схемы. Помимо этого, предусмотрено, что посредством измерительного блока регистрируются соответствующие электрические токи, которые текут через силовые полупроводниковые элементы схемы, и настраивается высота и/или характер изменения во времени соответствующих электрических напряжений настраивается посредством указанного по меньшей мере одного драйверного элемента в зависимости от соответствующих электрических токов. Кроме того, предусмотрено, что посредством указанного по меньшей мере одного драйверного элемента настраивается изменение во времени соответствующих подаваемых на управляющие разъемы электрических напряжений при включении и/или при выключении силовых полупроводниковых элементов схемы в зависимости от соответствующих электрических токов.
Представленные со ссылкой на предлагаемое изобретением устройство управления предпочтительные варианты осуществления и их преимущества соответственно относятся к предлагаемому изобретением силовому полупроводниковому компоненту, а также предлагаемому изобретением способу.
Теперь изобретение поясняется подробнее на предпочтительных примерах осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи. При этом показано:
фиг.1: силовой полупроводниковый компонент по одному из вариантов осуществления изобретения, который имеет два управляемых напряжением силовых полупроводниковых элемента схемы, а также устройство управления;
фиг.2: характер изменения во времени соответствующих токов, которые текут через силовые полупроводниковые элементы схемы;
фиг.3: соответствующие электрические напряжения, которые подаются в зависимости от токов на управляющие разъемы силовых полупроводниковых элементов схемы;
фиг.4: соответствующие электрические напряжения, которые подаются в зависимости от токов на управляющие разъемы силовых полупроводниковых элементов схемы, по другому варианту осуществления;
фиг.5: силовой полупроводниковый компонент по другому варианту осуществления; и
фиг.6: силовой полупроводниковый компонент по другому варианту осуществления.
На фигурах одинаковые и функционально одинаковые элементы снабжены одинаковыми ссылочными обозначениями.
На фиг.1 показан силовой полупроводниковый компонент 1 по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения на схематичном изображении. Силовой полупроводниковый компонент 1 может быть частью выпрямителя тока или преобразователя. Силовой полупроводниковый компонент 1 включает в себя первый силовой полупроводниковый элемент V1 схемы и второй силовой полупроводниковый элемент V2 схемы. Силовые полупроводниковые элементы V1, V2 схемы в настоящем случае выполнены в виде транзисторов MOSFET. Силовые полупроводниковые элементы V1, V2 схемы включены электрически параллельно. В настоящем случае общий ток IV распределяется на два силовых полупроводниковых элемента V1, V2 схемы. При этом через первый силовой полупроводниковый элемент V1 схемы течет ток IV1, а через второй силовой полупроводниковый элемент V2 схемы течет ток IV2. При эксплуатации силового полупроводникового компонента 1 стремятся к тому, чтобы электрические токи IV1 и IV2 были по существу одинаковы.
Помимо этого, силовой полупроводниковый компонент 1 включает в себя устройство 2 управления для управления силовыми полупроводниковыми элементами V1, V2 схемы. Устройство 2 управления включает в себя по меньшей мере один драйверный элемент GU1, GU2, с помощью которого соответствующее электрическое напряжение UG1, UG2 может подаваться на соответствующие управляющие разъемы 3 силовых полупроводниковых элементов V1, V2 схемы. Управляющие разъемы 3 соответствуют вентильным разъемам транзисторов MOSFET. В настоящем примере каждому из силовых полупроводниковых элементов V1, V2 схемы поставлен в соответствие драйверный элемент GU1, GU2. При этом первому силовому полупроводниковому элементу V1 схемы поставлен в соответствие первый драйверный элемент GU1, причем выход 4 первого драйверного элемента GU1 соединен с управляющим разъемом 3 первого силового полупроводникового элемента V1 схемы. При этом электрическое напряжение UG1 может подаваться на управляющий разъем 3 первого силового полупроводникового элемента V1 схемы. Таким же образом с помощью второго драйверного элемента GU2 электрическое напряжение UG2 может подаваться на управляющий разъем 3 второго силового полупроводникового элемента V2 схемы.
Помимо этого, устройство 2 управления включает в себя измерительный блок 5, посредством которого могут определяться соответствующие токи IV1, IV2 через силовые полупроводниковые элементы V1, V2 схемы. В настоящем случае измерительный блок 5 включает в себя два сенсора 6 тока, при этом по одному сенсору 6 тока поставлено в соответствие одному силовому полупроводниковому элементу V1, V2 схемы. Соответствующие сенсоры 6 тока соединены с соответствующими входами 7 драйверных элементов GU1, GU2. При этом каждым из драйверных элементов GU1, GU2 могут приниматься результаты измерений, которые описывают электрические токи IV1, IV2.
Далее, устройство 2 управления включает в себя блок 8 связи, посредством которого драйверные элементы GU1, GU2 соединены для передачи данных. При этом создается возможность обмена результатами измерений между драйверными элементами GU1 и GU2. Тогда в зависимости от результатов измерений или, соответственно, токов IV1 и IV2 через силовые полупроводниковые элементы V1, V2 схемы могут корректироваться электрические напряжения UG1 и UG2, которые выдаются драйверными элементами GU1 и GU2.
На фиг.2 показаны соответствующие электрические токи IV1 и IV2 через силовые полупроводниковые элементы V1 и V2 схемы в зависимости от времени t. На графике фиг.2 электрический ток I изображен в зависимости от времени t. При этом можно различить, что электрический ток IV1 через первый силовой полупроводниковый элемент V1 схемы возрастает в зависимости от времени t, и что электрический ток IV2 через второй силовой полупроводниковый элемент V2 схемы уменьшается в зависимости от времени t. Изменения электрических токов IV1 и IV2 могут быть объяснены внешними влияниями, такими как нагрев, и колебаниями параметров отдельных силовых полупроводниковых элементов V1, V2 схемы.
Это изменение распределения электрических токов IV1, IV2 через силовые полупроводниковые элементы V1, V2 схемы может регистрироваться при помощи драйверных элементов GU1, GU2 на основе результатов измерений. В зависимости от соответствующих электрических токов IV1, IV2 корректируются электрические напряжения UG1 и UG2, которые выдаются драйверными элементами GU1, GU2. Это наглядно пояснено на фиг.3. В настоящем случае электрическое напряжение UG2 на втором силовом полупроводниковом элементе V2 схемы повышается в зависимости от времени t. При этом электрическое сопротивление во втором силовом полупроводниковом элементе V2 схемы может уменьшаться. Таким же образом уменьшается электрическое напряжение UG1 на первом силовом полупроводниковом элементе V1 схемы. При этом электрическое сопротивление в первом силовом полупроводниковом элементе V1 схемы может повышаться. При этом в целом может достигаться, что токи IV1, IV2, которые текут через силовые полупроводниковые элементы V1 и V2 схемы, будут по существу одинаковы.
На фиг.4 показан характер изменения электрических напряжений UG1 и UG2 по другому варианту осуществления. Здесь напряжения UG1 и UG2 отличаются в отношении начальных моментов времени ts1 и ts2, после которых они подаются на управляющие разъемы 3. В настоящем случае сначала на управляющий разъем 3 подается электрическое напряжение UG1 в начальный момент времени ts1. После этого на управляющий разъем 3 подается электрическое напряжение UG2 в начальный момент времени ts2. Таким же образом могут корректироваться конечные моменты времени, после которых соответствующие электрические напряжения UG1 и UG2 больше на подаются на управляющие разъемы 3. К тому же электрические напряжения UG1 и UG2 отличаются в отношении своих изменений во времени при включении или, соответственно, при подаче. В настоящем случае электрические напряжения UG1 и UG2 при включении имеют прямые фронты графика, имеющие различную крутизну. Второй силовой полупроводниковый элемент V2 схемы, на который подается напряжение UG2, в настоящем случае включается быстрее, чем первый силовой полупроводниковый элемент V1 схемы, на который подается напряжение UG1. При этом второй силовой полупроводниковый элемент V2 схемы динамически забирает больше тока, чем первый силовой полупроводниковый элемент V1 схемы.
На фиг.5 показан силовой полупроводниковый компонент 1 по другому варианту осуществления. В этом случае устройство 2 управления включает в себя дополнительно центральный вычислительный блок 9. Этот центральный вычислительный блок 9 для передачи данных соединен с соответствующими сенсорами 6 тока. При этом вычислительный блок 9 может принимать предоставляемые каждым из сенсоров 6 тока результаты измерений. Эти результаты измерений могут передаваться через соответствующие блоки 8 связи драйверным элементам GU1, GU2.
На фиг.6 показан силовой полупроводниковый компонент 1 по другому варианту осуществления. В этом случае устройство 2 управления имеет один единственный драйверный элемент GU. В настоящем случае этот драйверный элемент GU имеет первый выход 4, который соединен с первым силовым полупроводниковым элементом V1 схемы, а также второй выход 4', который соединен со вторым силовым полупроводниковым элементом V2 схемы. Кроме того, драйверный элемент GU имеет соответствующие входы 7 и 7', которые соединены с соответствующими сенсорами 6 тока.
В принципе, может быть предусмотрено, чтобы силовой полупроводниковый компонент 1 имел несколько силовых полупроводниковых элементов V1, V2 схемы, которые включены параллельно. С помощью соответствующих драйверных элементов GU, GU1, GU2 может корректироваться высота и/или характер изменения во времени соответствующих электрических напряжений UG1, UG2 в зависимости от токов IV1, IV2. Путем корректировки высоты напряжения могут компенсироваться различные свойства пропускания силовых полупроводниковых элементов V1, V2 схемы. При этом может быть также предусмотрено, чтобы импульсы ts1, ts2 включения и/или импульсы выключения для подачи соответствующих электрических напряжений UG1, UG2 на силовой полупроводниковый элемент V1, V2 схемы смещались во времени. К тому же может корректироваться изменение во времени электрических напряжений UG1, UG2 в зависимости от токов IV1, IV2. Таким образом могут компенсироваться различные паразитные индуктивности. Помимо этого, способ может применяться таким образом, чтобы из информации о токе предыдущих импульсов получались конкретные переключательные свойства, то есть характер изменения напряжения, высота напряжения и/или моменты времени переключения. Таким образом может предоставляться обучающийся способ.

Claims (10)

1. Устройство (2) управления для управления силовым полупроводниковым компонентом (1), причем силовой полупроводниковый компонент (1) имеет по меньшей мере два управляемых напряжением силовых полупроводниковых элемента (V1, V2) схемы, которые включены электрически параллельно и которые имеют по управляющему разъему (3), при этом устройство (2) управления включает в себя по меньшей мере один драйверный элемент (GU, GU1, GU2), посредством которого могут настраиваться соответствующие электрические напряжения (UG1, UG2) на управляющих разъемах (3) силовых полупроводниковых элементов (V1, V2) схемы, при этом устройство (2) управления имеет измерительный блок (5), который предназначен для того, чтобы регистрировать соответствующие электрические токи (IV1, IV2), которые текут через силовые полупроводниковые элементы (V1, V2) схемы, и указанный по меньшей мере один драйверный элемент (GU, GU1, GU2) предназначен для того, чтобы настраивать высоту и/или характер изменения во времени соответствующих электрических напряжений (UG1, UG2) в зависимости от соответствующих электрических токов (IV1, IV2), отличающееся тем, что указанный по меньшей мере один драйверный элемент (GU, GU1, GU2) предназначен для того, чтобы настраивать изменение во времени соответствующих подаваемых на управляющие разъемы (3) электрических напряжений (UG1, UG2) путем корректировки крутизны фронтов соответствующих электрических напряжений (UG1, UG2) при включении и/или при выключении силовых полупроводниковых элементов (V1, V2) схемы в зависимости от соответствующих электрических токов (IV1, IV2), при этом электрические напряжения (UG1, UG2) при включении и/или при выключении имеют прямые фронты, при этом указанный по меньшей мере один драйверный элемент (GU, GU1, GU2) предназначен для того, чтобы настраивать соответствующие электрические напряжения (UG1, UG2) на основе напряжений, настроенных во время предыдущей эксплуатации силового модуля (1), при этом сохранены в памяти электрические токи (IV1, IV2), которые текут через силовые полупроводниковые элементы (V1, V2) схемы при определенных настройках в отношении электрических напряжений (UG1, UG2), и указанный по меньшей мере один драйверный элемент (GU, GU1, GU2) предназначен для того, чтобы определять изменение соответствующих электрических напряжений (UG1, UG2) на основании предыдущих настроек.
2. Устройство (2) управления по п.1, при этом указанный по меньшей мере один драйверный элемент (GU, GU1, GU2) предназначен для того, чтобы устанавливать соответствующие электрические напряжения (UG1, UG2) таким образом, чтобы соответствующие электрические токи (IV1, IV2) были, по существу, одинаковы.
3. Устройство (2) управления по п.1 или 2, при этом указанный по меньшей мере один драйверный элемент (GU, GU1, GU2) предназначен для того, чтобы устанавливать соответствующие начальные моменты (ts1, ts2) времени и конечный момент времени, между которыми на управляющие разъемы (3) подается электрическое напряжение (UG1, UG2), в зависимости от соответствующих электрических токов (IV1, IV2).
4. Устройство (2) управления по одному из предыдущих пунктов, при этом устройство (2) управления имеет драйверный элемент (GU), который для каждого из силовых полупроводниковых элементов (V1, V2) схемы имеет выход (4, 4') и по меньшей мере один вход (7, 7') для приема результатов измерений, которые описывают соответствующие электрические токи (IV1, IV2).
5. Устройство (2) управления по одному из пп.1-3, при этом устройство (2) управления для каждого из силовых полупроводниковых элементов (V1, V2) схемы имеет драйверный элемент (GU1, GU2), при этом каждый из драйверных элементов (GU1, GU2) имеет выход (4) для силового полупроводникового элемента (V1, V2) схемы.
6. Устройство (2) управления по п.5, при этом каждый из драйверных элементов (GU1, GU2) имеет вход (7) для приема результата измерения, который описывает электрический ток (IV1, IV2) через силовой полупроводниковый элемент (V1, V2) схемы, и при этом устройство (2) управления имеет по меньшей мере один блок (8) связи для передачи соответствующих результатов измерений между драйверными элементами (GU1, GU2).
7. Устройство (2) управления по п.5, при этом устройство (2) управления имеет центральный вычислительный блок (9) для приема результатов измерений, которые описывают соответствующие электрические токи (IV1, IV2), и по меньшей мере один блок (8) связи для передачи соответствующих результатов измерений драйверным элементам (GU1, GU2).
8. Силовой полупроводниковый компонент (1), имеющий по меньшей мере два управляемых напряжением силовых полупроводниковых элемента (V1, V2) схемы и имеющий устройство (2) управления по одному из предыдущих пунктов для управления указанными по меньшей мере двумя управляемыми напряжением силовыми полупроводниковыми элементами (V1, V2) схемы.
9. Силовой полупроводниковый компонент (1) по п.8, при этом указанные по меньшей мере два управляемых напряжением силовых полупроводниковых элемента (V1, V2) схемы выполнены в виде IGBT или в виде MOSFET.
10. Способ управления силовым полупроводниковым компонентом (1), причем силовой полупроводниковый компонент (1) имеет по меньшей мере два управляемых напряжением силовых полупроводниковых элемента (V1, V2) схемы, которые включены электрически параллельно и которые имеют соответственно по управляющему разъему (3), при котором посредством по меньшей мере одного драйверного элемента (GU, GU1, GU2) устанавливают соответствующие электрические напряжения (UG1, UG2) на управляющих разъемах (3) силовых полупроводниковых элементов (V1, V2) схемы, при этом посредством измерительного блока (5) регистрируют соответствующие электрические токи (IV1, IV2), которые текут через силовые полупроводниковые элементы (V1, V2) схемы, и высоту и/или характер изменения во времени соответствующих электрических напряжений (UG1, UG2) устанавливают посредством указанного по меньшей мере одного драйверного элемента (GU, GU1, GU2) в зависимости от соответствующих электрических токов (IV1, IV2), отличающийся тем, что посредством указанного по меньшей мере одного драйверного элемента (GU, GU1, GU2) настраивается изменение во времени соответствующих подаваемых на управляющие разъемы электрических напряжений (UG1, UG2) путем корректировки крутизны фронтов соответствующих электрических напряжений (UG1, UG2) при включении и/или при выключении силовых полупроводниковых элементов (V1, V2) схемы в зависимости от соответствующих электрических токов (IV1, IV2), при этом электрические напряжения (UG1, UG2) при включении и/или при выключении имеют прямые фронты, при этом посредством указанного по меньшей мере одного драйверного элемента (GU, GU1, GU2) устанавливают соответствующие электрические напряжения (UG1, UG2) на основе напряжений, установленных во время предыдущей эксплуатации силового модуля (1), при этом сохраняют в памяти электрические токи (IV1, IV2), которые текут через силовые полупроводниковые элементы (V1, V2) схемы при определенных установках в отношении электрических напряжений (UG1, UG2), и изменение соответствующих электрических напряжений (UG1, UG2) определяют на основании предыдущих установок.
RU2019125614A 2017-02-14 2018-01-25 Устройство управления для управления силовым полупроводниковым компонентом, а также способ управления силовым полупроводниковым компонентом RU2713634C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17156008.9A EP3361638A1 (de) 2017-02-14 2017-02-14 Steuereinrichtung zur ansteuerung einer leistungshalbleiterkomponente sowie verfahren zur ansteuerung einer leistungshalbleiterkomponente
EP17156008.9 2017-02-14
PCT/EP2018/051859 WO2018149612A1 (de) 2017-02-14 2018-01-25 Steuereinrichtung zur ansteuerung einer leistungshalbleiterkomponente sowie verfahren zur ansteuerung einer leistungshalbleiterkomponente

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2713634C1 true RU2713634C1 (ru) 2020-02-05

Family

ID=58094197

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019125614A RU2713634C1 (ru) 2017-02-14 2018-01-25 Устройство управления для управления силовым полупроводниковым компонентом, а также способ управления силовым полупроводниковым компонентом

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10707859B2 (ru)
EP (2) EP3361638A1 (ru)
CN (1) CN110291719B (ru)
DK (1) DK3563481T3 (ru)
RU (1) RU2713634C1 (ru)
WO (1) WO2018149612A1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002052726A1 (de) * 2000-12-27 2002-07-04 Ct-Concept Technologie Ag Verfahren zur dynamischen symmetrisierung von reihen- und parallelgeschalteten leistungshalbleiterschaltern
DE102011006788A1 (de) * 2011-04-05 2012-10-11 Siemens Ag Österreich Schaltungsanordnung für eine Schutzeinrichtung für elektrische Anlagen
RU148939U1 (ru) * 2014-09-16 2014-12-20 Открытое акционерное общество "Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского" Силовое полупроводниковое устройство с обратным диодом
EP2830219A1 (en) * 2013-07-22 2015-01-28 The Boeing Company Parallel transistor circuit controller
RU2576578C2 (ru) * 2011-07-21 2016-03-10 Сименс Акциенгезелльшафт Схемное устройство для переключения тока и способ работы полупроводникового силового переключателя
US20170331469A1 (en) * 2014-11-26 2017-11-16 Robert Bosch Gmbh Method and device for operating power semiconductor switches connected in parallel

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2016111613A (ru) * 2013-08-30 2017-10-05 Филипс Лайтинг Холдинг Б.В. Блок преобразователя и способ преобразования напряжения
JP6187093B2 (ja) * 2013-09-26 2017-08-30 株式会社ジェイテクト 電力変換装置
CN105743329B (zh) * 2016-03-23 2018-06-26 西安交通大学 一种igbt并联动态均流电路及控制方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002052726A1 (de) * 2000-12-27 2002-07-04 Ct-Concept Technologie Ag Verfahren zur dynamischen symmetrisierung von reihen- und parallelgeschalteten leistungshalbleiterschaltern
DE102011006788A1 (de) * 2011-04-05 2012-10-11 Siemens Ag Österreich Schaltungsanordnung für eine Schutzeinrichtung für elektrische Anlagen
RU2576578C2 (ru) * 2011-07-21 2016-03-10 Сименс Акциенгезелльшафт Схемное устройство для переключения тока и способ работы полупроводникового силового переключателя
EP2830219A1 (en) * 2013-07-22 2015-01-28 The Boeing Company Parallel transistor circuit controller
RU148939U1 (ru) * 2014-09-16 2014-12-20 Открытое акционерное общество "Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского" Силовое полупроводниковое устройство с обратным диодом
US20170331469A1 (en) * 2014-11-26 2017-11-16 Robert Bosch Gmbh Method and device for operating power semiconductor switches connected in parallel

Also Published As

Publication number Publication date
DK3563481T3 (da) 2021-01-18
CN110291719B (zh) 2023-03-14
EP3361638A1 (de) 2018-08-15
EP3563481B1 (de) 2020-11-18
US10707859B2 (en) 2020-07-07
WO2018149612A1 (de) 2018-08-23
US20190379371A1 (en) 2019-12-12
CN110291719A (zh) 2019-09-27
EP3563481A1 (de) 2019-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8963585B2 (en) Gate driver unit for electrical switching device
CN102455382B (zh) 功率半导体器件的电流检测电路
CN108141127B (zh) 功率半导体元件的驱动电路、电力变换组件以及电力变换装置
CN102893525B (zh) 对电压驱动型元件进行驱动的驱动装置
KR20100094561A (ko) 분산된 셀 제어를 가진 전력 컨버터
CA2623157A1 (en) Method for controlling a polyphase converter with distributed energy stores
KR101725087B1 (ko) Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치
CN106208634B (zh) 用于电流/功率平衡的方法和装置
US20170054439A1 (en) Cooperative control method for power semiconductor elements connected in parallel, current balance control device, and power module
Lobsiger et al. Decentralized active gate control for current balancing of parallel connected IGBT modules
JP5138034B2 (ja) 電流変換のための装置
EP3652857A1 (en) Power semiconductor module gate driver with input common mode choke
RU2713634C1 (ru) Устройство управления для управления силовым полупроводниковым компонентом, а также способ управления силовым полупроводниковым компонентом
WO2016199785A1 (en) System comprising a multi-die power module, and method for controlling the switching of a multi-die power module
KR20120093371A (ko) 직접 컨버터 회로의 동작 방법 및 그 방법을 수행하기 위한 디바이스
Handt et al. Fully digitally controlled gate drive unit for high power IGBTs
US20060087260A1 (en) Integrated circuit configuration for triggering power semiconductor switches
US10084439B2 (en) Driver circuit
CN101855806B (zh) 用于调节高压直流输电设备的装置
CN110784098B (zh) 电力转换器
US20110194323A1 (en) Method for operation of a converter circuit, as well as an apparatus for carrying out the method
CN113541658A (zh) 通信***、栅极驱动器***和用于栅极驱动器通信的方法
US10587181B2 (en) Power semiconductor device with built-in resistor between control electrode and control terminal, and power semiconductor drive system
JP6906390B2 (ja) スイッチング回路
EP3435543A1 (en) A semiconductor device and method of measurement of physical parameters of a semiconductor device