[發明專利]運行功率半導體的方法

有效

• 申請號: 201510618700.1
• 申請日: 2015-09-24
• 公開（公告）號: CN105471294B
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 岡納·迪茨;霍爾格·霍夫曼;哈拉爾德·霍夫曼;米夏埃爾·萊佩納特;斯特凡·弗爾克爾
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48;H02P27/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;李慧

本發明涉及一種對功率半導體進行預熱的方法，該功率半導體布置在變流器、尤其變流器的直流電壓中間電路處，其中至少一個功率半導體的溫度借助溫度檢測裝置檢測，通過溫度比較將溫度與基準溫度比較并提供溫度比較結果，取決于溫度比較結果激活用于對功率半導體進行預熱的預熱階段，在預熱階段期間確定預熱電流并且輸入到與功率半導體連接的電負載、尤其電機中。此外提出一種用于執行該方法的計算單元以及驅控裝置，該驅控裝置設計為利用計算單元執行該方法。同樣提出具有：直流電壓中間電路的變流器，其具有功率半導體、計算單元和驅控裝置；和一種電動或混合動力車輛，其具有能夠由變流器驅動的電機，尤其是異步電機或者同步電機。

技術領域

本發明涉及一種運行功率半導體的方法、一種計算單元和一種用于執行該方法的驅控裝置、一種具有尤其是在直流電壓中間電路上布置的功率半導體的變流器以及一種具有該變流器和能夠由該變流器驅動的電機的電動或混合動力車輛。

背景技術

在例如適于在電動或混合動力車輛中用于運行電機的變流器中的電功率損失主要通過其功率半導體或者功率半導體模塊產生或者確定。除了應用的功率半導體之外，經常使用IGBTs(絕緣柵雙極型晶體管)，柵極驅控方法對電功率損失的程度、并且因此對變流器的效率有決定性的影響。對功率半導體的開關特性的進一步觀察指出，尤其是功率半導體的斷開過程的相對長的時間占據了在功率半導體開關時的整個電損失的主要部分。

在斷開過程時，功率半導體的在導通狀態時穿過其流動的集電極電流取決于其通過集電極電流I_C根據時間t的導數dI_C/dt獲得的電流斜率(Stromsteilheit)而變小，直至其采用近似為零的值。集電極電流的較小的漏電流也許可以進一步流動。集電極電流的電流斜率，也就是集電極電流的前沿的斜率還作為用于斷開速度的虛擬參量存在，該斷開速度一同確定了用于半導體開關的斷開過程的持續時間。其能夠通過對功率半導體的柵極驅控來控制。視斷開速度而定，集電極-發射極電壓取決于在直流電壓回路上存在的電感L(也作為換向電路的電感所已知)上升超出在直流電壓中間電路上施加的直流電壓，其中，由此獲得的集電極-發射極斷開過壓ΔV_CE根據以下公式獲得：

ΔV_CE＝L*dI_C/dt。

對于功率半導體來說、尤其在此考慮的IGBT來說，分別由制造商給出一個最大的集電極-發射極截止電壓，在超過該電壓時會出現功率半導體的損毀。經常也被稱為額定截止電壓的該最大的集電極-發射極截止電壓通常在功率半導體的+25℃阻擋層溫度時在制造商的數據手冊中給出。此外，相關于功率半導體的阻擋層溫度主要涉及的是功率半導體的溫度或者在多個功率半導體上的溫度。功率半導體必須因此這樣地使用和運行，即在直流電壓中間電路上出現的、在功率半導體的斷開過程期間還加載有集電極-發射極斷開過壓的直流電壓V_DC不超過最大的集電極-發射極截止電壓V_CES，這通過以下公式來描述：

V_CES>V_DC+ΔV_CE。

因此，也許尤其是集電極電流的電流斜率在功率半導體的運行期間根據在直流電壓中間電路上的直流電壓的相應的值來進行限制，從而保持用于斷開功率半導體的指出的條件。該條件因此具有對功率半導體的斷開過程的持續時間對于其許多應用情況而言的不可忽視的影響。

至今而知，功率半導體開關的穩固的布置這樣地實現，即在功率半導體上出現的最大集電極-發射極電壓對于在直流電壓中間電路上的最大直流電壓時和在最大電流時(也就是通過功率半導體的集電極電流)的斷開過程而言必須保持由制造商給定的最大的集電極-發射極截止電壓。

對于在直流電壓中間電路上以較高的電壓運行的IGBTs而言，最大的集電極-發射極截止電壓V_CES例如為在+25℃的環境溫度時的650V。