[发明专利]用于电开关器件的栅极驱动器单元

说明书

技术领域

本发明涉及对栅控电开关器件的控制，栅控电开关器件诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、双极结晶体管(BJT)等等。

特别地，本发明涉及如下情况：开关器件并联连接在源与负载之间，从而需要按照使得在所有工作模式期间在并联连接的开关器件之间均匀地共享负载电流的方式来控制开关器件。

背景技术

并联连接的开关器件通常用在需要高电流流量的应用中。在对高电流的交流(AC)负载或直流(DC)负载馈电的逆变器桥中尤其需要并联连接。

与并联连接的开关器件有关的问题是：通过开关器件的电流很少被均匀地平衡。图1示出了针对三个并联连接的IGBT的未补偿的示意性电流波形的示例。这些波形示出了由于接通时间和关断时间的差异而不平衡的电流分布。不平衡的电流引起开关器件的不均匀的耗损。不均匀的耗损又减少开关器件的寿命。此外，与电流平衡时相比，不平衡的电流可以使得开关器件更快地达到其最大额定温度或最大额定电流。

如在出版物B.Abdi，A.H.Ranjbar，K.Malekian，J.Milimonfared，and G.B.Gharehpetian，“Problems associated with parallel performance of high current semiconductor switches and their remedy”in Proc.Int.Symp.Power Electronics，Electrical Drives，Automation and Motion SPEEDAM 2008，2008，pp.1379-1383中所公开的，传统上，降低并联连接的功率电子开关器件的额定值或在电流路径中增加另外的无源部件以降低电流不平衡。然而，此方法可能效率差且成本高。

如在出版物Fuji IGBT module application manual，www.fujisemiconductor.com，2004中所公开的，选择具有相似特性的部件也用作解决该问题的手段。然而，挑选部件增加了生产成本。

在出版物Dominik Bortis，Juergen Biela，Johann W.Kolar，“Active gate control for current balancing of parallel-connected IGBT modules in solid-state modulators”，IEEE Transactions on Plasma Science，vol.36，no.5，pp.1379-1383中，提出了通过栅控制电路实现的对有源电流的平衡。该出版物仅公开了对集中智能的利用。所公开的方法需要比较复杂的测量和通信系统来运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法及一种用于实现该方法的设备以缓解上述缺点。本发明的目的通过以独立权利要求中所陈述的内容为特征的方法及设备来实现。本发明的优选实施例在从属权利要求中被陈述。

本发明基于如下思想：使用具有分布式智能的智能栅极驱动器单元(intelligent gate driver unit，简称IGDU)来控制如IGBT的并联连接的电开关器件。智能的目的是平衡开关器件的电流，甚至在动态开关事件中平衡开关器件的电流。IGDU独立地执行所需的测量并在彼此之间建立所需的通信。IGDU可以使用主从控制结构或串级链控制结构，并将并联连接的开关器件的电流的瞬时差或时间积分差作为控制参数。

此外，取代对电流进行平衡，也可以用智能栅极驱动器单元对温度进行平衡。而且，该思想也可以应用于对串联连接的功率模块的电压进行平衡。

本发明的方法及设备的优点在于：在动态开关事件中，不再需要降低并联连接的功率开关器件的额定值或增加无源部件来平衡电流。因此降低了成本。去除附加的无源部件也降低了总的功率损耗。

分布式智能允许对个体开关器件进行更精确的控制以及对动态变化和故障进行更快的响应。该分布式智能也有利于规范对IGDU进行控制的上层控制算法以及上层控制算法与智能栅极驱动器单元之间的通信。

附图说明

下面，将参照附图、借助优选实施例对本发明进行更详细的描述，其中：

图1示出了针对三个并联连接的IGBT的未补偿的示意性电流波形的示例；

图2示出了并联连接的开关器件的简图；

图3示出了本发明的实施例；