[發明專利]智能柵極驅動單元

有效

• 申請號: 201480018005.5
• 申請日: 2014-03-26
• 公開（公告）號: CN105191130B
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: B·蘭涅斯泰德
• 申請（專利權）人: KK風能解決方案公司
• 主分類號: H03K17/082
• 分類號: H03K17/082;H03K17/687
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 張春媛;閻娬斌

一種用于控制一個或多個功率模塊的一個或多個半導體開關的智能柵極驅動單元，所述智能柵極驅動單元至少包括柵極驅動器和模擬測量電路，其中，所述柵極驅動器便于控制一個或多個半導體開關，并且其中，所述模擬測量電路便于在一個或多個半導體開關處于導通模式時測量開關電壓。另外，還公開了一種用于控制一個或多個半導體開關的方法。

技術領域

本發明涉及用于控制包括一個或多個半導體開關的功率模塊的智能柵極驅動單元。

背景技術

功率模塊是本領域已知的，并且其在用于控制從可再生發電單元的發電機到電網的功率流的功率電子電路中用作開關或整流器。

使用功率模塊的應用可以產生功率，并且越接近設計極限，越可以產生更多功率。

可以通過控制這種功率模塊的方式對功率模塊進行保護，即，已經被控制為接近其設計極限的功率模塊的壽命很可能短于已經根據低于設計極限的操作裕度或安全裕度進行控制的功率模塊的壽命。換句話說，由表示過載的大操作裕度的預定的電流-時間模式對過載能力進行限制。

國際專利申請WO99/19974 A2描述了一種功率應用電路，其利用微機電(MEM)開關來減少具有控制MEM開關的柵極驅動器的能量轉換設備中的功率損耗。

另外，現有技術的狀態包括以下專利申請。美國專利申請US2010/0066337 A1描述了一種功率轉換器，其包括被配置為估計功率轉換器的端電壓的控制器。歐洲專利申請EP2469710 A1描述了一種在柵極驅動器處的功率開關電流估計器。美國專利申請US2011/0058296 A1描述了一種檢測用于控制傳遞到電力負載的功率量的負載裝置的故障狀況的方法。國際專利申請WO2006/102930 A1描述了一種連接到控制裝置的電子開關電路、感測電子開關的端子處的電流的檢測器和用于監測檢測器的偏移誤差的裝置。

發明內容

本發明的目的例如可以是：當控制功率模塊時提供便于減少不必要的安全裕度的測量。這通過用于控制一個或多個功率模塊的一個或多個半導體開關來實現，所述智能柵極驅動單元至少包括柵極驅動器和模擬測量電路，其中，所述柵極驅動器被配置為控制所述一個或多個半導體開關，并且其中，所述模擬測量電路被配置為當所述一個或多個半導體開關處于導通模式時，測量開關電壓。

半導體開關能夠關閉電子電路，從而導通從半導體開關的第一管腳(例如，集電器)到第二管腳(例如，發射器)的電流(處于導通模式或打開模式)。同樣地，半導體開關能夠關閉電子電路，從而防止電流在電子電路中流動(處于不導通模式或關閉模式)。半導體開關通常為IGBT開關，但是也可以為MOSFET、GTO、IGCT、晶閘管、碳化硅開關等。

半導體開關的模式由柵極驅動器控制。智能柵極驅動單元的柵極驅動器與上級控制系統通信以獲得期望的切換模式，并從而從功率模塊獲得輸出。柵極驅動單元是智能的，因為其便于測量和數據處理。因此，智能柵極驅動器便于/被配置為進行控制，例如，如下文所述的，產生用于半導體的脈沖寬度調制信號、直接在半導體開關啟動并執行測量。

模擬測量電路可以包括用于模擬信號測量的濾波器、差分放大器等。另外，模擬測量電路可以包括用于在關閉狀態阻斷通過IGBT的高電壓的半導體，從而便于直接在各個半導體開關上的測量。因此，測量半導體開關上的電壓降變得可能，即，也稱為Vce的集電器和發射器(在開關為IGBT類型的情況下)上的開關電壓。

直接在單個半導體開關或功率模塊上執行測量是非常有利的，因為獲得了實際的實時值，其可用于對半導體開關、功率模塊、負載電阻器進行實時診斷(健康狀況、疲勞程度、壽命終止等)、估計處于導通模式的溫度、估計損耗、測量過電壓、測量泄露電流等。