[發(fā)明專利]一種可隔離重構(gòu)功率半導(dǎo)體模塊及其隔離重構(gòu)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710630639.1
• 申請(qǐng)日: 2017-07-28
• 公開（公告）號(hào): CN109309446B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉文業(yè);李彥涌;羅劍波;賴偉;范偉;李冬蕾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中車株洲電力機(jī)車研究所有限公司
• 主分類號(hào): H02M1/32
• 分類號(hào): H02M1/32;H02H7/12
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙) 43008
• 代理人: 陳暉

1.一種可隔離重構(gòu)功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于，所述功率半導(dǎo)體模塊(1)包括：

兩組以上的功率芯片組(2)，所述功率芯片組(2)包括兩組以上采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)布置的功率芯片(10)；

與所述功率芯片(10)的柵極相連的脈沖發(fā)生單元(7)；

與所述功率芯片(10)的集電極和發(fā)射極分別相連的狀態(tài)檢測(cè)單元(8)；

分別與所述脈沖發(fā)生單元(7)、狀態(tài)檢測(cè)單元(8)相連的功率芯片管理單元(6)；

所述功率芯片組(2)的集電極公共連接端(9)，及發(fā)射極公共連接端(11)至各個(gè)功率芯片(10)的電氣主端子(12)之間的連接段(3)采用快熔材料；

當(dāng)所述功率芯片(10)發(fā)生故障時(shí)，所述連接段(3)熔斷，斷開發(fā)生故障的功率芯片(10)與所述功率芯片組(2)內(nèi)其它正常功率芯片(10)的集電極或發(fā)射極連接，實(shí)現(xiàn)物理電氣隔離；

當(dāng)所述狀態(tài)檢測(cè)單元(8)檢測(cè)到所述功率芯片(10)發(fā)生故障時(shí)，所述功率芯片管理單元(6)通過(guò)所述脈沖發(fā)生單元(7)封鎖相應(yīng)功率芯片(10)的柵極脈沖通道；

采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)布置的功率芯片(10)包括芯片一(4)和芯片二(5)，所述芯片一(4)和芯片二(5)的集電極均連接至所述集電極公共連接端(9)，所述芯片一(4)和芯片二(5)的發(fā)射極均連接至所述發(fā)射極公共連接端(11)；

當(dāng)所述功率芯片組(2)內(nèi)的芯片一(4)發(fā)生故障時(shí)，所述連接段(3)熔斷，將發(fā)生故障的所述芯片一(4)物理隔離；同時(shí)，所述狀態(tài)檢測(cè)單元(8)將所述芯片一(4)的故障結(jié)果反饋至所述功率芯片管理單元(6)；所述功率芯片管理單元(6)根據(jù)參數(shù)對(duì)稱匹配要求，發(fā)送信號(hào)至所述脈沖發(fā)生單元(7)，屏蔽與所述芯片一(4)對(duì)稱運(yùn)用的芯片二(5)的柵極脈沖，實(shí)現(xiàn)所述功率芯片(10)的重構(gòu)及所述芯片二(5)的邏輯隔離，保證所述功率半導(dǎo)體模塊(1)內(nèi)部各個(gè)功率芯片組(2)的電路和參數(shù)對(duì)稱。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可隔離重構(gòu)功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于：當(dāng)所述功率芯片(10)發(fā)生故障時(shí)，所述功率芯片(10)的電氣主端子(12)連接至所述集電極公共連接端(9)或發(fā)射極公共連接端(11)的連接段(3)熔斷。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可隔離重構(gòu)功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于：當(dāng)所述狀態(tài)檢測(cè)單元(8)檢測(cè)到所述功率芯片(10)發(fā)生故障時(shí)，形成相關(guān)功率芯片(10)的故障信息輸出至所述功率芯片管理單元(6)，所述功率芯片管理單元(6)根據(jù)預(yù)設(shè)的功率芯片(10)重構(gòu)策略產(chǎn)生控制字，并通過(guò)所述脈沖發(fā)生單元(7)實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)功率芯片(10)脈沖通道的封鎖控制，以實(shí)現(xiàn)控制邏輯隔離。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可隔離重構(gòu)功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于：所述狀態(tài)檢測(cè)單元(8)通過(guò)檢測(cè)所述功率芯片(10)集電極與發(fā)射極之間的電壓判斷所述功率芯片(10)是否發(fā)生故障。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可隔離重構(gòu)功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于：在正常情況下，所述功率半導(dǎo)體模塊(1)的功率芯片(10)工作在飽和狀態(tài)，功率芯片(10)集電極與發(fā)射極之間的電壓降至飽和值Ucesat；當(dāng)所述功率芯片(10)的集電極電流增加至額定值的一定倍數(shù)時(shí)，功率芯片(10)退出飽和狀態(tài)，其集電極-發(fā)射極之間的電壓升高，最終達(dá)到直流母線電壓Udc；通過(guò)檢測(cè)功率芯片(10)集電極-發(fā)射極之間的電壓值Vce，同時(shí)設(shè)置一個(gè)參考電壓的門檻值，兩者進(jìn)行比較，當(dāng)檢測(cè)到集電極-發(fā)射極之間的電壓值超過(guò)參考電壓的門檻值時(shí)，所述狀態(tài)檢測(cè)單元(8)向功率芯片管理單元(6)報(bào)送故障信號(hào)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4或5所述的可隔離重構(gòu)功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于：所述功率芯片管理單元(6)輸出當(dāng)前功率半導(dǎo)體模塊(1)內(nèi)部功率芯片(10)的工作狀態(tài)信息，并通過(guò)對(duì)外接口實(shí)現(xiàn)與外部上層控制系統(tǒng)的信息交互。