[发明专利]栅极驱动器处的电源开关电流估计器

说明书

技术领域

本发明一般涉及电子电源开关，并且更具体地，涉及一种估计流过开关的驱动器单元处出现的高电源开关的主负载电流而无需在使用电子电源开关的系统中安装专用大量程电流传感器的方法，以确定电源开关的条件状态或估计与电源开关关联的温度。

背景技术

电流流过固态主负载导电电源开关的多种元件。这些元件中的一些具有寄生或不期望的属性。电流瞬变期间，在这些元件上感应了电压降。

在低电压应用中，多种类型的分流器件串联使用于主电流通路。这样使用分流器件在高电流模块中是不可能的，因为它们破坏了平滑对称条件，并且可能引起过压故障。

鉴于上述情况，需要一种估计流过开关的驱动器单元处出现的高电源开关的主负载电流而无需在使用这个电子电源开关的系统中安装专用大量程电流传感器的技术，以确定电源开关的健康状态或估计与电源开关关联的温度。在证实对高电源开关产生危害的有害操作条件期间，如果该技术能够通过实现自关断来有效地保护高电源开关，则将是有优势的。

发明内容

简略地，根据一个实施例，电源开关电流估计器包括：

固态电源开关，其包括控制端(control termninal)、输入电流电源接线端、输出电流电源接线端、以及输出电流感测接线端，其中一个或多个寄生元件定义了输出电流电源接线端与输出电流感测接线端之间的电通道；

驱动器单元，其连接到控制端和输出电流感测接线端，该驱动器单元选择性地将电源开关的开启及关断；

电流估计器，其配置成响应于一个或多个开关事件而生成流过固态电源开关的电流的估计电平，电流的估计电平基于至少一个寄生元件的值，以使得负载电流的估计电平基本对应于流过固态电源开关的负载电流的实际电平。

附图说明

参考附图阅读以下的详细描述，将更好地理解本发明的上述以及其他特征、方面和优点，在整个附图中相同的附图标记表示相同的部件，在附图中：

图1是一个寄生元件电路模型，其图解了根据本发明的一个实施例的、由一个栅极驱动电路驱动的绝缘栅双极晶体管(IGBT)电源开关；

图2示出了用于图1中描绘的IGBT/栅极驱动电路的复数电流估计器的一个实施例；

图3突现了用于图1中描绘的IGBT/栅极驱动电路的集电极电源接线端和集电极感测接线端之间的寄生电感；

图4示出了根据本发明的另一个实施例，用于图1中描绘的IGBT/栅极驱动电路的主负载电流估计器；以及

图5是说明IGBT/栅极驱动电路的一个实施例在开启期间的示范波形的图形。

虽然上述附图陈述了备选实施例，但本发明的其他实施例也是可以预期的，如讨论中所提到的。在所有情形中，本公开都以表现而非限制的方式来呈现本发明的所示实施例。本领域技术人员可设计落入本发明原理的范围和精神之内的许多其它修改和实施例。

具体实施方式

图1是一个IGBT/栅极驱动电路10的寄生元件电路模型，图解了绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块12，其包括具有续流二极管15的IGBT电源开关13。根据本发明的一个实施例，IGBT电源开关13由栅极驱动电路14驱动。如本文参见多种实施例进一步详细描述的，为了感测目的，栅极驱动电路14通过额外的导线连接到电源开关13。根据一个实施例，一个或多个模拟积分器集成到驱动电路14。根据另一个实施例，在驱动电路14中，使用了一个与数字积分器联合的模数(A/D)转换器单元。在一些实施例中，电流估计算法软件存在于在栅极驱动电路14的内部常驻或者位于栅极驱动电路14的外部的非易失性存储器中。在又一个实施例中，IGBT 13和续流二极管15被逆导型(reverse conduct)IGBT替代，逆导型IGBT能够双向传导电流，而不需要额外的续流二极管。

继续参见图1，参照多种实施例，本文描述的一些IGBT电流估算是使用主IGBT集电极电源接线端16、主IGBT发射极电源接线端18，IGBT集电极感测引线接线端20、与本文将进一步详细描述的IGBT栅极寄生元件进行电通信的上辅助驱动接线端22、以及与本文将进一步详细描述的IGBT发射极寄生元件进行电通信的下辅助驱动接线端24而确定的。IGBT/栅极驱动电路10进一步包括电容器26，其连接在上下辅助端22和24之间以提供驱动的稳定性和速度控制。

对IGBT/栅极驱动电路10的电路分析显示了V_kepe(辅助发射极和电源发射极接线端之间的电压)的微分方程包括了未知的变量I_e(主电源开关电流)及其导数，表示为：