[发明专利]半导体器件控制中的改进可靠性

说明书

技术领域

一般来说，本发明涉及半导体器件的控制。更具体来说，本发明涉及用于操作栅控装置的方法、栅控装置以及半导体器件的控制系统。

背景技术

直流(DC)输电系统对于在各种情况中的使用是有意义的，例如在通过长距离传递电功率时。

在这些系统中，为了安全措施，例如为了能够在故障、例如接地故障的情况下中断电力线中的电流，必须提供DC断路器。

这种DC断路器在许多情况下将包括一个或多个半导体器件，例如采取使用栅控装置和一个或多个阀门控制单元来控制的绝缘栅双极晶体管(IGBT)的形式。

此外，一些DC系统可被提供以用于覆盖长距离，并且还可在诸如高于500 kV之类、例如在500 – 1200 kV的范围中的高电压下提供。这还表示DC断路器将放置在高电位。 

半导体器件在这里可由控制系统(其包括阀门控制单元和栅控装置)来控制。高电位引起栅控装置的电流隔离的问题，以便能够操作这些高电压。隔离通常将要求大变压器，其既笨重并且昂贵。

解决这个问题的一种方式是通过使用光控制信号。这些光信号可提供给栅控装置，栅控装置又执行半导体器件的控制。这样，解决高电压下的控制信号的电流隔离的问题，而无需借助于变压器。 

在多个文献中描述了光控制信号。

一个示例在US 7239535中给出，其描述经由光纤连接到一个中央阀门控制装置的栅控装置。阀门控制装置还描述为与栅控装置在电流上分隔。 

JP 62-131755描述来自启动信号发生器的启动信号和其它信号如何组合在光导中并且提供给晶闸管。光导中的信号还提供给启动信号开关电路的光检测器。

JP 59-209066描述经由光纤连接到栅极电路的双启动装置。各启动电路连接到对应栅极电路。 

US 5629869描述智能断路器，其中断路器控制单元能够是冗余的，并且使用光纤电缆布线。

因此，这些文献描述光纤用于相对于半导体器件的控制来传送控制信号。

但是，也将光信号用于能量供应则也可以是感兴趣的。

但是，为了能够这样做，激光源、例如激光二极管必须用于代替发光二极管(LED)。由于所需的功率，这些激光源的可靠性则也将成需要得到解决的问题。

此外，当栅控装置在光学上从阀门控制单元来供电时，可靠性变得重要。与LED或者用于控制HVDC转换器的低功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)的可靠性相比，阀门控制单元中的激光源的可靠性通常更低。 

当今，维护周期长大约为一年。因此对这些周期进行延长是感兴趣的。 

本发明涉及解决处置将光学光用作功率源和控制信号源两者的半导体器件的控制系统中的可靠性的问题。

发明内容

本发明针对处置与半导体器件的控制系统中的栅控装置有关的可靠性，其中栅控装置将光学光用作功率源和控制信号源两者。 

本发明的一个目的是提供一种操作半导体器件的控制系统中的半导体器件的栅控装置、以便增强控制系统的可靠性的方法。

按照本发明的第一方面，这个目的通过一种用于操作半导体器件的栅控装置的方法来实现，栅控装置连接到第一和第二阀门控制单元，其中在正常操作模式中，一个阀门控制单元是活动阀门控制单元，而另一阀门控制单元是备用阀门控制单元，以及活动阀门控制单元提供用于激励栅控装置并且提供用于控制半导体器件的数据的光信号，该方法在栅控装置中执行，并且包括下列步骤：

在第一阀门控制单元活动时从第一阀门控制单元接收第一光信号，

在第二阀门控制单元活动时从第二阀门控制单元接收第二光信号， 

执行活动阀门控制单元的选择，以及

将第一和第二光信号中的能量用于为栅控装置供电。

 本发明的另一个目的是提供半导体器件的控制系统中的栅控装置，其增强控制系统的可靠性。 

按照本发明的第二方面，这个目的通过半导体器件的栅控装置来实现，其包括：  

至少一个电源模块， 

用于从两个阀门控制单元接收光信号的至少一个光学通信接口，其中在阀门控制单元的正常操作模式中，一个阀门控制单元是活动阀门控制单元，而另一阀门控制单元是备用阀门控制单元，以及活动阀门控制单元提供用于激励栅控装置并且提供用于控制半导体器件的数据的光信号，所述至少一个光学接口还配置成将光信号转换成电信号以提供给为栅控装置供电的对应电源模块，