[发明专利]智能栅极驱动单元

说明书

一种用于控制一个或多个功率模块的一个或多个半导体开关的智能栅极驱动单元，所述智能栅极驱动单元至少包括栅极驱动器和模拟测量电路，其中，所述栅极驱动器便于控制一个或多个半导体开关，并且其中，所述模拟测量电路便于在一个或多个半导体开关处于导通模式时测量开关电压。另外，还公开了一种用于控制一个或多个半导体开关的方法。

技术领域

本发明涉及用于控制包括一个或多个半导体开关的功率模块的智能栅极驱动单元。

背景技术

功率模块是本领域已知的，并且其在用于控制从可再生发电单元的发电机到电网的功率流的功率电子电路中用作开关或整流器。

使用功率模块的应用可以产生功率，并且越接近设计极限，越可以产生更多功率。

可以通过控制这种功率模块的方式对功率模块进行保护，即，已经被控制为接近其设计极限的功率模块的寿命很可能短于已经根据低于设计极限的操作裕度或安全裕度进行控制的功率模块的寿命。换句话说，由表示过载的大操作裕度的预定的电流-时间模式对过载能力进行限制。

国际专利申请WO99/19974 A2描述了一种功率应用电路，其利用微机电(MEM)开关来减少具有控制MEM开关的栅极驱动器的能量转换设备中的功率损耗。

另外，现有技术的状态包括以下专利申请。美国专利申请US2010/0066337 A1描述了一种功率转换器，其包括被配置为估计功率转换器的端电压的控制器。欧洲专利申请EP2469710 A1描述了一种在栅极驱动器处的功率开关电流估计器。美国专利申请US2011/0058296 A1描述了一种检测用于控制传递到电力负载的功率量的负载装置的故障状况的方法。国际专利申请WO2006/102930 A1描述了一种连接到控制装置的电子开关电路、感测电子开关的端子处的电流的检测器和用于监测检测器的偏移误差的装置。

发明内容

本发明的目的例如可以是：当控制功率模块时提供便于减少不必要的安全裕度的测量。这通过用于控制一个或多个功率模块的一个或多个半导体开关来实现，所述智能栅极驱动单元至少包括栅极驱动器和模拟测量电路，其中，所述栅极驱动器被配置为控制所述一个或多个半导体开关，并且其中，所述模拟测量电路被配置为当所述一个或多个半导体开关处于导通模式时，测量开关电压。

半导体开关能够关闭电子电路，从而导通从半导体开关的第一管脚(例如，集电器)到第二管脚(例如，发射器)的电流(处于导通模式或打开模式)。同样地，半导体开关能够关闭电子电路，从而防止电流在电子电路中流动(处于不导通模式或关闭模式)。半导体开关通常为IGBT开关，但是也可以为MOSFET、GTO、IGCT、晶闸管、碳化硅开关等。

半导体开关的模式由栅极驱动器控制。智能栅极驱动单元的栅极驱动器与上级控制系统通信以获得期望的切换模式，并从而从功率模块获得输出。栅极驱动单元是智能的，因为其便于测量和数据处理。因此，智能栅极驱动器便于/被配置为进行控制，例如，如下文所述的，产生用于半导体的脉冲宽度调制信号、直接在半导体开关启动并执行测量。

模拟测量电路可以包括用于模拟信号测量的滤波器、差分放大器等。另外，模拟测量电路可以包括用于在关闭状态阻断通过IGBT的高电压的半导体，从而便于直接在各个半导体开关上的测量。因此，测量半导体开关上的电压降变得可能，即，也称为Vce的集电器和发射器(在开关为IGBT类型的情况下)上的开关电压。

直接在单个半导体开关或功率模块上执行测量是非常有利的，因为获得了实际的实时值，其可用于对半导体开关、功率模块、负载电阻器进行实时诊断(健康状况、疲劳程度、寿命终止等)、估计处于导通模式的温度、估计损耗、测量过电压、测量泄露电流等。