[发明专利]栅极控制电路、功率模块和关联方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于在故障出现时控制主电路的电流的开关模块的控制。

背景技术

功率模块可以用于控制在例如，在诸如逆变器或整流器的功率转换器中的主电流。在效果上，它们表现如同晶体管，其中控制信号能够在导通与截止状态之间更改功率模块的状态。功率模块又可以包括被并联布置以依据所提供的控制信号而动作的诸如IGBT(绝缘栅双极晶体管)的多个功率开关。也可以提供栅极单元，以基于提供至功率模块的控制信号将适当信号提供至实际功率开关。

如果诸如包括功率模块的功率开关或者栅极单元的芯片的部件出故障，则出现问题。这可能造成功率模块变得不可控制，借此功率模块安装于其中的电路功能可能停止工作。在一些情况下，次级故障可能出现，从而造成对财产或者人身的进一步损坏，例如损坏来自产生的火灾。

因此希望更好地管理这样的功率模块的故障。

发明内容

本发明的目的是改进如何管理功率模块故障的方式。

第一方面为一种栅极控制电路，包括：栅极输入，被布置用于接收输入栅极馈送信号；栅极输出，被布置用于在正常工作期间连接到至少一个开关模块用于控制经过主电路的电流，栅极输出连接到栅极输入；电源；以及开关，连接于电源与栅极输出之间，开关被布置用于闭合，作为对故障的响应。

这里正常工作解释为在尚未中断栅极输出与开关模块之间的连接时的状态。对照而言，在故障状态中，栅极输出与一个或者多个开关模块之间的连接可能已经中断。

通过闭合开关作为对故障的响应，栅极输出向任何连接的开关模块馈送用于将开关模块设置在导通状态的信号。这实现短路故障模式，提供连接的开关模块的可预测和最经常可管理的行为。故障可以例如是连接的开关模块的(芯片的)栅极单元或者功率开关的故障。

栅极控制电路可以进一步包括：多个开关模块输出，每个开关模块输出被布置用于连接到相应开关模块用于控制经过主电路的电流；以及多个电流切断器，每个电流切断器连接于相应开关模块输出与栅极输出之间，其中电流切断器中的每个电流切断器被布置用于在故障出现于对应开关模块中时处于截止状态。每个电流切断器在对应开关模块未在故障状态中时处于导通状态。

通过断开故障开关模块，故障在至少某种程度上仅被隔离到故障的开关模块。另外，通过电源被连接到其余工作的开关模块的栅极，开关模块被设置在导通状态，借此包括栅极控制电路和开关模块的完整功率模块的行为在可预测和可管理的短路状态中，直至修复或者更换故障部件。

开关可以被布置用于闭合，作为对如通过在开关模块的集电极和发射极之上的下降的电压而检测到的开关模块中的任意一个开关模块故障的响应。

电流切断器中的每个电流切断器可以被布置用于在经过电流切断器的电流超过阈值电流时处于截止状态。在故障出现在开关模块中时，开关模块的栅极电流经常增加。这一现象能够用于实现一种断开故障开关模块并且仅断开故障开关模块的鲁棒方式。

电流切断器可以是熔断器或者电路断路器。

电源可以包括连接到主电路的功率转换器，或者电源可以包括电池。这些是向其余工作的开关模块的栅极提供连续电压而没有逻辑或者主动控制的安全方式。栅极控制电路可以进一步包括连接到栅极输出与主电路之间的齐纳二极管。齐纳二极管能够将栅极电压保持在适当水平以便将工作的开关模块保持在导通状态中。

栅极控制电路可以进一步被布置用于在故障出现时通知外部系统。通过通知外部系统，可以采取进一步措施以补偿故障或者修复／替换故障部件。

第二方面为一种功率模块，包括：根据第一方面的栅极控制电路；以及多个开关模块，连接到栅极控制电路的开关模块输出。

开关模块可以与主电路并联连接。这允许在断开故障开关模块时继续将其余工作的开关模块控制在导通状态中。

开关模块中的每个开关模块可以包括并联连接到主电路的多个功率开关。这允许开关模块通过在功率开关之间划分电流来处理经过主电路的更大电流。

功率开关中的每个功率开关可以是绝缘栅双极晶体管。

第三方面为一种在栅极控制电路中执行的方法，栅极控制电路包括：栅极输入；电源；栅极输出，在正常工作期间连接到至少一个开关模块用于控制经过主电路的电流，栅极输出连接到栅极输入。该方法包括以下步骤：闭合布置于电源与栅极输出之间的开关，作为对故障的响应。

该方法可以进一步包括以下步骤：作为对开关模块故障的响应，将对应于已经故障的开关模块的电流切断器设置在截止状态。