[发明专利]用于功率电子设备转换器的分布式控制器

说明书

技术领域

本发明涉及高功率半导体装置的控制领域。具体地，本发明涉及用于功率电子设备转换器的分布式控制器模块、用于在功率电子设备转换器中分布控制数据的方法、用于功率电子设备转换器的控制系统以及功率电子设备转换器。

背景技术

功率电子设备转换器经常包括用于开关要被转换器处理的电流的大量功率半导体开关。这些开关由带有低功率电子设备的控制组件控制，其可测量与开关的电流有关的数据、可得出用于开关的开关模式以及可相应地操作功率半导体。

在功率处理部分（即功率半导体）和信号处理部分（即低功率电子设备）两者上必须考虑各种电绝缘要求。关于控制组件，这可能导致在各种电子板之间的大量光纤连接。随着转换器变得更模块化以及随着模块的数量增加以满足更高的电压，光纤连接的数量也会如此。这可能对转换器的控制系统的可靠性、复杂度和成本具有负面影响。

发明内容

本发明的目的是向功率电子设备转换器提供简单且容易维护的控制系统。

该目的通过独立权利要求的主题来达成。进一步的示范实施例从从属权利要求和以下描述中显而易见。

本发明的第一方面涉及用于控制功率电子设备转换器的功率电子设备构件的分布式控制器模块。

分布式控制器模块可以是转换器的集成组件，其负责转换器的特定部分（即功率电子设备构件）的控制。转换器可包括多个功率电子设备构件和关联的分布式控制器模块。分布式控制器模块可由中央控制器模块控制。

模块（例如分布式控制器模块和/或中央控制器模块）可以是功率电子设备转换器的组件，其可作为整体插入功率电子设备转换器中。例如，模块可包括用于其部件的公共壳体或公共支承。模块可包括用于容纳并支承该模块的组件的板。

功率电子设备构件可以是功率电子设备转换器的组件或模块，其包括多个功率电子设备半导体开关并可选地包括它们的关联门控制器（其也可称为门控制器）。功率电子设备构件也可包括功率电子设备转换器的控制器硬件的另外组件，诸如可例如集成到功率电子设备构件中的分布式控制器模块。

功率电子设备转换器可以是中压转换器，该中压转换器可适应于转换超过100A和/或超过1.000V的电流（例如超过500A和/或超过5.000V）。

电子设备转换器可以是电流转换器，其适应于将第一AC或DC电流转换为第二AC或DC电流，即转换器可以是DC到DC转换器、AC到DC转换器、DC到AC转换器、或AC到AC转换器。在AC电流被转换为AC电流的情况下，电流可具有不同频率。另外有可能电流具有超过一个相。

根据本发明的实施例，分布式控制器模块包括用于控制功率电子设备构件的功率电子设备开关的多个门驱动器；用于与中央控制器模块通信的第一光纤通信接口，该中央控制器模块用于控制功率电子设备转换器；用于与第二分布式控制器模块通信的第二光纤通信接口，该第二分布式控制器模块用于控制功率电子设备转换器的第二功率电子设备构件；以及用于经由第一光纤通信接口和第二光纤通信接口传送和接收数据并控制门驱动器的处理器单元。

用于功率电子设备构件的所有门驱动器可集成到分布式控制器模块中。通过将门驱动器功能性与其它控制硬件在一个控制板上紧密集成，可达成更高集成度且也可减少要求的布线。

分布式控制器模块可包括第一通信接口，该第一通信接口适应于将测量数据和控制数据发送到中央控制器或适应于从中央控制器接收这样的数据。分布式控制器模块可包括第二通信接口，该第二通信接口适应于从第二分布式控制器模块发送和接收这样的数据，该第二分布式控制器模块可与该（第一）分布式控制器模块同等地进行设计。以这样的方式，分布式控制器模块可将数据从中央控制器模块转发到第二分布式控制器模块且反之亦然并还可节省布线。

应注意分布式控制器模块可包括至少两个通信接口，即用于与中央控制器模块通信的至少一个通信接口和用于与另一个分布式控制器模块通信的至少一个通信接口。以这样的方式，分布式控制器模块可间接地互连中央控制器模块和另一个第二分布式控制器模块。

例如基于FPGA、DSP和/或微控制器的用于计算任务的处理器单元也被集成到分布式控制器模块中。在处理器单元上，可运行这样的软件：其控制分布式控制器模块的其它组件（像是通信接口和门驱动器）以及评估来自关联的和其它的功率电子设备构件的控制和测量数据。

例如处理器单元的单元可以是与分布式控制器模块的其它组件集成的分布式控制器模块的子组件。