用於運行並聯的功率半導體開關的方法和設備與流程

2023-05-29 03:24:41 2

本發明涉及一種用於運行並聯的功率半導體開關的方法和控制設備。此外，本發明還涉及一種電路、一種具有該控制設備的電系統、一種用於執行該方法的電腦程式以及一種機器可讀的存儲介質。

背景技術：

為了運行電驅動裝置，通常採用逆變器，所述逆變器將來自直流電壓源（例如電池）的電能轉化成交變電壓，以便給電機、例如異步電機供應交變電壓或交變電流。為此，該逆變器具有所謂的半橋。這些半橋具有功率半導體開關，藉助於所述功率半導體開關以時控的方式切換直流電流和直流電壓，使得在該逆變器的輸出接線柱上形成交變電壓和交變電流。針對這些功率半導體開關預先給定電流上限，在超過所述電流上限時不可逆轉地損壞所述功率半導體開關。因而，現在如果針對電驅動裝置的運行需要更高的電流，那麼將這些在逆變器中的功率半導體開關並聯。然而，由於構件容差，即使在並行運行的情況下，功率半導體開關也不一樣強烈地被加負載，因為半導體不同時接通並且因而所述半導體中的一個也許比另一個半導體接通得早。這可能導致：通過電流在所述開關之間不相同地被分配，並且因此各個功率半導體開關更強烈地被加熱負載並且因此更快地停止運轉。從wo2011/120728a2公知如下電路結構，在操控並聯的功率半導體開關時，所述電路結構同樣使操控信號的所要考慮的渡越時間差最小。

因而，存在為此發展替換方案的需求，所述替換方案使得能夠給所述並聯的功率半導體開關均勻地加負載。這樣，防止了單個的功率半導體開關過載並且過早地停止運轉。因此，也提高了總設備的穩健性。

技術實現要素：

提供了一種用於運行並聯的功率半導體開關的方法，其中一個總柵極穩流電阻被分配給所述功率半導體開關中的至少一個功率半導體開關，所述方法具有如下步驟：

確定所述至少一個功率半導體開關的總柵極穩流電阻的額定值；根據所述額定值形成所述至少一個功率半導體開關的總柵極穩流電阻並且利用所屬的總柵極穩流電阻來運行所述至少一個功率半導體開關。

並聯的功率半導體開關是如下多個、即大量功率半導體開關，所述功率半導體開關根據一個共同的信號斷開或閉合、即予以操控。如果功率半導體開關斷開，則阻止了經過該功率半導體開關的通過電流；如果功率半導體開關閉合，則能夠實現經過該功率半導體開關的通過電流。為了使功率半導體開關閉合，藉助於電壓源給柵極端子施加電壓。通常，在電壓源與柵極端子之間接有柵極穩流電阻。由於在這樣的電路中的電動力學過程，根據該柵極穩流電阻的大小，功率半導體開關在電壓源接通或切斷之後稍早地或者稍晚地從斷開轉接到閉合或者相反地從閉合轉接到斷開。在較小的柵極穩流電阻的情況下，實現了更快的轉接，在較大的柵極穩流電阻的情況下，所述轉接有延遲。因此，可以通過增大或減小柵極穩流電阻來改變切換時間點。相對應地，按照本發明的方法具有用於確定所述並聯的功率半導體開關中的至少一個功率半導體開關的總柵極穩流電阻的額定值的步驟。按照本發明，總柵極穩流電阻能以可變的方式來調整。因而，根據所述並聯的功率半導體開關的當前的運行條件，確定所述功率半導體開關的總柵極穩流電阻的額定值。作為另一步驟而規定，根據相應的額定值來構造所述至少一個功率半導體開關的所述總柵極穩流電阻。因此，所述可變的總柵極穩流電阻根據所述額定值來得到電阻值。在所述總柵極穩流電阻根據其額定值來構造之後，相對應的功率半導體開關藉助於所屬的總柵極穩流電阻來運行。

因此，有利地，通過確定或通過預先給定所述至少一個總柵極穩流電阻的額定值並且形成所述總柵極穩流電阻，提供一種用於運行並聯的功率半導體開關的方法，所述方法使得能夠根據各個功率半導體開關的當前的運行狀態來運行所述各個功率半導體開關。這樣，根據各個並聯的功率半導體開關的當前的特性，所述各個並聯的功率半導體開關的單獨的運行是可能的。這樣，提供了如下可能性：給各個功率半導體開關單獨地加負載並且尤其是給所述功率半導體開關均勻地加負載。因此，有利地，得到使用具有更大的容差或數值分散（streuung）的構件的可能性。甚至可能在使用之前省去對所述構件進行事先的容差確定或分類。此外，由此還得到構件產量的提高，在製造商方面可以簡化檢查工序。因此，也降低了成本。此外，還存在不同的功率等級或晶片面積的功率半導體開關的並聯電路的可能性，其中由於單獨的加負載而避免了較弱的構件的過載。也簡化了總設備的功率面積的可縮放性，因為功率半導體開關模塊可以與不同的功率半導體開關一起使用。

在本發明的一個設計方案中，該方法具有如下附加步驟：提供大量柵極穩流電阻，所述柵極穩流電阻能被分配給所述至少一個總柵極穩流電阻，並且根據所確定的額定值從大量所述柵極穩流電阻中選擇一個選擇，其中通過使所選擇的柵極穩流電阻聯接來形成所述至少一個總柵極穩流電阻。

對於實現可變的總柵極穩流電阻來說，一定存在不同的可能性。其中一個例如是大量柵極穩流電阻的前置。這些柵極穩流電阻能被分配給所述並聯的功率半導體開關的至少一個功率半導體開關的總柵極穩流電阻。這意味著，替代恆定的總柵極穩流電阻，提供大量的、尤其是恆定的或不能改變的柵極穩流電阻，所述柵極穩流電阻能至少部分地被分配給一個總柵極穩流電阻。現在，根據總柵極穩流電阻的所確定的額定值，從大量所述柵極穩流電阻中選擇一個選擇或者一個數目。通過緊接著使來自所述選擇的各個柵極穩流電阻電聯接、尤其是至少部分地串聯和/或並聯，形成所述至少一個功率半導體開關的總柵極穩流電阻。選擇如下柵極穩流電阻尤其適合於此，所述柵極穩流電阻例如具有根據二進位數列（1,2,4,8,16,…）的電阻值。藉此，根據通過電聯接、尤其是藉助於串聯電路來確定的額定值，可以以每個任意的電阻值來實現總柵極穩流電阻。

有利地，利用該方法提供了如下可能性：提供用於並行操控功率半導體開關的可變的總柵極穩流電阻。

在本發明的另一設計方案中，該方法具有如下附加步驟：確定所述功率半導體開關中的至少第一和第二功率半導體開關的各至少一個溫度，其中根據所確定的溫度來確定額定值。

功率半導體開關越強烈地被加負載、即流經該功率半導體開關的電流越大，該功率半導體開關就越強烈地被加溫。因此，在並聯的並且被運行的功率半導體開關的情況下，更熱的那個功率半導體開關更強烈地被加負載。因此，通過確定和比較兩個功率半導體開關的溫度可以確定所述兩個功率半導體開關中的哪個更強烈地被加負載。例如藉助於被安裝在功率半導體開關模塊之內的溫度傳感器來確定功率半導體開關的溫度。但是，也存在如下其它可能性：例如藉助於對經過功率半導體開關的電流的非常精確的測量來確定該功率半導體開關的溫度，因為該功率半導體開關的加溫與電流相關（korrelieren）。通過改變總柵極穩流電阻，在功率半導體開關的另一次運行時，較熱的、即到目前為止較強烈地或者超出平均水平地被加負載的功率半導體開關較少地被加負載，而較弱地被加負載的功率半導體開關較強烈地被加負載。對功率半導體開關的不一樣強烈的加負載通過改變或通過調整總柵極穩流電阻來予以影響。對此，根據所測量的溫度來決定和確定總柵極穩流電阻的額定值。

這裡，有利地提供了一種方法，用於確定所述至少一個總柵極穩流電阻的額定值。

在本發明的另一設計方案中，根據所述至少第一和第二功率半導體開關的所確定的溫度差來確定總柵極穩流電阻的額定值。

這意味著：在兩個功率半導體開關之間的溫度的差是對所述兩個功率半導體開關的負載彼此偏差得有多強烈的量度。因此，根據所確定的在所述功率半導體開關中的至少兩個功率半導體開關之間的溫度差來規定總柵極穩流電阻的額定值，或者尤其是規定相對應的功率半導體開關的總柵極穩流電阻的額定值之差。

因此，有利地，提供了一種方法，所述方法使得能夠確定所述至少一個功率半導體開關的總柵極穩流電阻或者所述第一和所述第二功率半導體開關的總柵極穩流電阻的額定值。

在本發明的另一設計方案中，該方法具有另一附加步驟：確定經過所述功率半導體開關中的至少第一和第二功率半導體開關的各一個電流，其中根據所確定的電流來確定所述至少一個額定值。

這意味著：測量所述功率半導體開關中的至少兩個功率半導體開關的電流。例如，這藉助於在各個功率半導體開關上的感測輸出端是可能的，其中也能設想用於測量經過功率半導體開關的電流的其它方法。再次根據所確定的電流執行所述總柵極穩流電阻的額定值。如下那個功率半導體開關更強烈地被加負載，更大的電流流經所述功率半導體開關。為了實現對功率半導體開關的均勻的或者均衡的加負載，根據所確定的電流來確定總柵極穩流電阻的額定值。

有利地，提供了另一種方法，用於確定所述至少一個總柵極穩流電阻的額定值。

在本發明的另一設計方案中，根據經過至少第一和第二功率半導體開關的所確定的電流之差來確定總柵極穩流電阻的額定值。

這意味著：例如藉助於減法來確定所述兩個流經功率半導體開關的電流之差，並且根據所述差來規定所述總柵極穩流電阻的額定值。電流差越大，相應的總柵極穩流電阻的額定值也就偏差得越大。

有利地，提供了另一種方法，用於確定所述至少一個總柵極穩流電阻的額定值。

在本發明的另一設計方案中，確定額定值，形成總柵極穩流電阻並且藉助於至少一個邏輯單元運行所述功率半導體開關中的至少一個功率半導體開關。

這意味著：設置邏輯單元、例如微處理器，用於確定額定值、用於形成總柵極穩流電阻並且運行所述功率半導體開關中的至少一個功率半導體開關。這裡，「運行功率半導體開關」尤其是被理解為：使電壓接通或斷開，以便影響所述功率半導體開關的導電性。

因此，有利地，提供了一種方法，所述方法可以控制並且執行所述方法的步驟。

在本發明的另一設計方案中，將並聯的功率半導體模塊至少部分地用作並聯的功率半導體開關，其中一個功率半導體模塊包括並聯的功率半導體開關。

這意味著：替代各個能單個地操控的並聯的功率半導體開關，至少部分地使用並聯的功率半導體模塊。在此，一個功率半導體模塊對應於多個功率半導體開關的並聯電路，所述多個功率半導體開關的輸入端子、輸出端子和操控端子分別聚集在一起。在不同的大小和功率等級方面，這種功率半導體模塊都是公知的，並且被用於藉助於操控信號進行電流引導以及對較高的電功率的中斷。

因此，有利地，能夠實現並聯的功率半導體模塊的運行，在所述運行的情況下，各個功率半導體模塊同樣比當所有功率半導體模塊都藉助於一個操控信號來操控並且由於它們的構件容差或者它們的不同的尺寸而不一樣快和靈敏地對操控信號做出反應時更均勻地被加負載。因此，針對所述並聯的功率半導體模塊的運行，得到類似於針對並聯的功率半導體開關的運行的優點。

此外，還提供了一種用於運行並聯的功率半導體開關的控制設備，其中一個總柵極穩流電阻被分配給所述功率半導體開關中的至少一個功率半導體開關，而且所述控制設備被構造為確定所述至少一個功率半導體開關的總柵極穩流電阻的額定值，根據相應的額定值形成所述至少一個功率半導體開關的總柵極穩流電阻，並且利用所屬的總柵極穩流電阻來運行所述至少一個功率半導體開關。

按照本發明，總柵極穩流電阻能藉助於該控制設備以可變的方式來調整。因而，根據所述並聯的功率半導體開關的當前的運行條件，確定所述至少一個功率半導體開關的總柵極穩流電阻的額定值。作為另一步驟而規定，根據所述額定值來構造功率半導體開關的所述總柵極穩流電阻。因此，所述可變的總柵極穩流電阻根據所述額定值來得到電阻值。在所述總柵極穩流電阻根據其額定值來構造之後，相對應的功率半導體開關藉助於所屬的總柵極穩流電阻來運行。

因此，有利地，通過確定或通過預先給定總柵極穩流電阻的額定值並且形成所述總柵極穩流電阻，提供一種用於運行並聯的功率半導體開關的控制設備，所述控制設備使得能夠根據功率半導體開關的當前的運行狀態來運行所述功率半導體開關。提供了如下可能性：單獨地運行功率半導體開關並且給功率半導體開關加負載，並且因此也尤其是根據所述功率半導體開關的當前的特性來給所述功率半導體開關均勻地加負載。因此，有利地，得到使用具有更大的容差或數值分散的構件的可能性。或者甚至可能在使用之前省去對所述構件進行事先的容差確定或分類。

此外，還提供了一種電路、尤其是一種逆變器或者一種脈衝逆變器。所述電路具有並聯的功率半導體開關，其中一個總柵極穩流電阻被分配給所述功率半導體開關中的至少一個功率半導體開關。總柵極穩流電阻的大小能以可變的方式來調整。

有利地，提供了如下電路，所述電路能夠實現對所述並聯的功率半導體開關中的至少一個功率半導體開關的單獨的操控。與所述並聯的功率半導體開關相比，藉助於能以可變的方式來調整的總柵極穩流電阻，可以通過改變電阻值來加速或減慢所述至少一個功率半導體開關的開關特性。

此外，還提供了一種具有並聯的功率半導體開關的電系統，所述電系統具有總柵極穩流電阻以及用於運行所述並聯的功率半導體開關的控制設備。

因此，有利地提供了一種具有並聯的功率半導體開關的電系統。設置可變的總柵極穩流電阻，所述總柵極穩流電阻使得能夠運行所述並聯的功率半導體開關並且在此給功率所述功率半導體開關均勻地或者均衡地加負載。

此外，還提供了一種電腦程式，所述電腦程式被構造為執行上面描述的方法之一的所有步驟。

此外，還提供了一種機器可讀的存儲介質，在其上存儲有所描述的電腦程式。

易於理解的是，按照本發明的方法的特徵、特性和優點都相對應地能被應用於或適用於所述按照本發明的控制設備或所述電系統，並且反之亦然。

本發明的實施方式的其它特徵和優點從隨後參考隨附的附圖的描述中得到。

附圖說明

在下文，本發明應該依據幾個附圖進一步予以闡述。對此：

圖1以示意圖示出了具有控制設備的電系統，

圖2示出了來自圖1的電系統的部分，

圖3示出了用於運行並聯的功率半導體開關的方法的流程圖。

具體實施方式

圖1以示意圖示出了電系統10。電系統10包括功率半導體開關lh1,lh2,lh3...lhn，所述功率半導體開關並聯並且在閉合狀態下將電流從電位t+傳導到電位t-，並且在斷開狀態下使所述電位斷開。功率半導體開關lh1...lhn的柵極端子與相應的總柵極穩流電阻ggv1,ggv2,ggv3...ggvn連接。此外，還設置有一個控制設備sg，所述控制設備sg通過各個總柵極穩流電阻ggv1...ggvn與所述功率半導體開關lh1...lhn的各個柵極端子連接。通過藉助於未示出的電壓源在功率半導體開關lh1...lhn的柵極端子上施加電壓，操控所述功率半導體開關或能夠實現經過這些功率半導體開關的通過電流，通過拿開或者斷開在功率半導體開關lh1...lhn的柵極端子上的電壓來中斷經過這些功率半導體開關的通過電流。此外，還設置有溫度傳感器t1,t2,t3...tn，用於確定在各個功率半導體開關上的溫度。這些溫度傳感器可以直接被安裝在各個半導體上。如果所確定的溫度值可以被分配給一個相對應的功率半導體開關lh1...lhn並且從中可以推斷出所述相對應的功率半導體開關lh1...lhn的溫度，那麼所述溫度傳感器的另一位置也是能設想的。此外，功率半導體開關lh1...lhn還擁有感測端子。藉助於所述感測端子，該控制設備可以確定經過各個功率半導體開關lh1...lhn的電流強度。這裡，也能設想用於測量經過所述各個功率半導體開關lh1...lhn的電流的其它變型方案。再次應該可能的是，將所確定的電流值分配給功率半導體開關。根據所確定的溫度和/或所確定的電流，該控制設備分別確定總柵極穩流電阻ggv1...ggvn的額定值，藉助於所述總柵極穩流電阻ggv1...ggvn來運行功率半導體開關lh1...lhn。尤其是在根據所確定的溫度和電流組合地確定額定值的情況下，可能還更準確地預先給定所述總柵極穩流電阻ggv1...ggvn的額定值。此外，該控制設備sg還包括邏輯單元le，所述邏輯單元le執行和控制對額定值的確定、總柵極穩流電阻ggvn的形成以及對所述功率半導體開關lhn中的至少一個功率半導體開關的運行。

圖2尤其是以示意性形式示出了能以可變的方式調整的總柵極穩流電阻ggvn。大量柵極穩流電阻gvn、即gv1,gv2,gv3...gvn被分配給所述總柵極穩流電阻ggvn。藉助於開關s1,s2,s3...sn，可以使柵極穩流電阻gv1...gvn任意地聯接或組合，使得最後得到具有根據所述額定值的大小、即根據所述額定值的電阻值的一個總柵極穩流電阻ggvn。在圖2中僅僅示出了所述柵極穩流電阻的並聯電路，但是根據需求，也能採用串聯電路或者由串聯電路和並聯電路構成的組合。因此，通過操控開關s1...sn，可以以任意的額定值來配置總柵極穩流電阻ggvn。在此，尤其是可以通過控制設備來實現對開關s1...sn的操控。出於簡便原因，在附圖中沒有包含控制設備與開關s1...sn的相對應的連接，但是當然設置有控制設備與開關s1...sn的相對應的連接。根據功率開關lhn的運行條件、即尤其是根據溫度tn和/或電流in，控制設備sg確定總柵極穩流電阻ggvn的額定值。根據所提供的大量柵極穩流電阻，藉助於通過開關s1...sn進行的選擇，根據額定值來配置總柵極穩流電阻ggvn。因此，通過相對應地被調整的總柵極穩流電阻ggvn，實現由控制設備sg運行功率半導體開關lhn。

圖3示出了用於運行並聯的功率半導體開關的方法200。在步驟210開始該方法。在步驟220，確定所述至少一個功率半導體開關的總柵極穩流電阻ggvn的額定值。可選地，在步驟230，提供能被分配給所述總柵極穩流電阻ggvn的大量柵極穩流電阻gvn，而且根據所確定的額定值選擇一個對所述柵極穩流電阻gvn的選擇。在步驟240，根據相應的額定值、尤其是通過將對所述柵極穩流電阻gvn的選擇進行聯接來形成所述至少一個功率半導體開關lhn的總柵極穩流電阻ggvn。在步驟250，利用所屬的總柵極穩流電阻ggvn來運行所述至少一個功率半導體開關。在步驟260結束該方法。