[发明专利]多半导体固态功率控制器以及用于管理其感应开关瞬态的方法

说明书

提供的是包括直流固态功率控制器100的系统和方法，所述直流固态功率控制器100包括：多个开关装置120，所述多个开关装置120并联连接以用于执行开关；一个或多个主瞬态电压抑制器（TVS）130，所述一个或多个主瞬态电压抑制器（TVS）130用来执行电压箝位；多个寄生电感134a‑d，所述多个寄生电感134a‑d中的每个寄生电感与所述多个开关装置中的开关装置串联连接；以及多个局部TVS 136a、b，所述多个局部TVS 136a、b中的每个局部TVS与开关装置和所述多个寄生电感的至少一个寄生电感器的串联连接并联连接，以消耗在所述多个寄生电感的至少一个寄生电感器内存储的能量。

技术领域

本发明一般涉及多半导体固态功率控制器（SSPC）。特别地，本发明涉及管理SSPC中的感应开关瞬态。

背景技术

在电功率分配系统中，电气故障能够发生在包括在其中的装置中的任何装置中。为了减轻这个问题，电功率分配系统通常采用保护电路以针对这些电气故障进行保护。

在系统（例如飞行器系统）中存在对于电功率的增加的需求，这驱使了对于增加线路电压的需要。在飞行器的功率分配系统内采用高功率SSPC以允许快速的和控制的电气故障保护。当增加电流额定时，存在载流半导体的数量的对应增加。因此，在SSPC中通常使用诸如金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的多个半导体装置。

图1图示了电源电路的典型的基于MOSFET的直流（DC）SSPC 10。SSPC 10包括电压源（Vsrc）12、负载（Z负载）14、连接到电压源12的上游接线电感器（upstream wiringinductor）（Lup）16以及下游负载电感器（Ldn）18。SSPC 10进一步包括并联连接以便执行开关的开关装置（Q1、Q2、Qn）20、栅极电阻器（Rg1、Rg2、Rgn）22以及用来允许开关装置10接通和关断的栅极电压驱动器（V栅极）24。在操作期间，打开SSPC，续流二极管（flywheeldiode）（Dfwd）26再流通来自负载电感器18的SSPC负载电流。

采用两个主瞬态电压抑制器（TVS）（Dtvsmain1和Dtvsmain2）30以执行电压箝位来保护开关装置20。大约数百安培的开关电流引起必须被箝位以防止对于开关装置20的损坏的高量值电压瞬态。TVS 30被用来提供此箝位。

由于开关装置的数量，由这些装置占据的物理面积是大的。因此，分布的寄生电感存在于主TVS 30和距离主TVS 30最远的开关装置（Qn）20之间。TVS 30具有寄生电感Ltvs32，所述寄生电感Ltvs 32能够允许在开关装置20的端子两端的高于箝位电压的电压。由于开关装置20的寄生电感（Lpara1、Lpara2、Lpara3、Lpara4）34，此情况能够引起开关装置20中的雪崩击穿。

发明内容

考虑到前面提到的不足，存在对于管理多半导体SSPC中的瞬态的需要。本发明的方面提供用于功率分配系统的SSPC模块和用于管理SSPC模块中的瞬态的方法。

本发明的方面提供用于管理多半导体SSPC模块中的瞬态的途径（approach）。更特别地，这些方面提供用于保护开关半导体免于寄生电感影响的途径。除大块（bulk）TVS装置之外，还附加使用较小的低成本TVS装置提供用来管理多半导体SSPC模块中的电瞬态的低成本和可缩放的途径。

在某些环境中，本发明的方面提供包括DC固态功率控制器的系统。DC固态功率控制器包括并联连接以便执行开关的多个开关装置。还包括的是用来执行电压箝位的一对主TVS、各自与多个开关装置中的开关装置串联连接的多个寄生电感以及多个局部TVS。将多个局部TVS中的每个局部TVS与开关装置和多个寄生电感中的至少一个寄生电感的串联组合并联连接以消耗在多个寄生电感的至少一个寄生电感器内存储的能量。