CN104833842A - 绝缘栅双极型晶体管集电极-发射极饱和电压测量 - Google Patents

绝缘栅双极型晶体管集电极-发射极饱和电压测量 Download PDF

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Abstract

在一个示例中，一种方法包括确定绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是饱和的，并且在IGBT饱和时，确定该IGBT的集电极-发射极饱和电压(VCEsat)。

Description

绝缘栅双极型晶体管集电极-发射极饱和电压测量
技术领域
本公开涉及绝缘栅双极型晶体管，更具体地涉及用于确定绝缘栅双极型晶体管的特性的技术。
背景技术
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是可被用在各种各样的应用中的电子开关。作为运行的副产物，IGBT可生产热。如果IGBT变得过热，则该IGBT的性能可退化。在一些情况下，如果IGBT变得过热，IGBT可永久故障。
发明内容
总的来说，本公开中所描述的技术涉及确定IGBT的集电极-发射极饱和电压。例如，在确定IGBT饱和之后，该IGBT的集电极-发射极饱和电压可被测得。在一些示例中，所测得的IGBT集电极-发射极饱和电压可被用于确定IGBT的温度。
在一个示例中，一种方法包括确定IGBT是饱和的，并且在IGBT饱和时，确定IGBT的集电极-发射极饱和电压(VCEsat)。
在另一个示例中，一种系统包括用于确定IGBT饱和的装置，和用于在IGBT饱和时确定IGBT的VCEsat的装置。
在另一个示例中，一种系统包括第一IGBT、第二IGBT、比较器、逻辑门(logic gate)、积分器(integrator)，其中第一IGBT的集电极被耦接至第二IGBT的发射极，比较器被配置为确定第一IGBT是导通的，逻辑门被配置为基于比较器的输出和第一IGBT的基极电压确定第一IGBT是饱和的，积分器被配置为测量第一IGBT的VCEsat，以响应于从逻辑门接收到表明第一IGBT饱和的信号。
在另一个示例中，一种非暂时性计算机可读存储媒介存储指令，当其被执行时导致一个或多个处理器：接收所测得的IGBT的VCEsat，接收所测得的IGBT的集电极电流IC，基于IGBT的VCEsat和IGBT的IC确定IGBT的温度，并基于所确定的IGBT的温度调整IGBT的一个或多个运行参数。
本发明的一个或多个示例的细节在下文的附图和具体实施方式中被提出。从具体实施方式和附图以及从权利要求来看，本发明的其他的特征、目的和优点将是显而易见的。
附图说明
图1是依照本公开的一个或多个方面示出IGBT的集电极-发射极电压、集电极电流和温度之间关系的曲线图；
图2是依照本公开的一个或多个方面示出IGBT的集电极-发射极电压、集电极电流和温度之间关系的曲线图；
图3是依照本公开的一个或多个方面，示出一种用于根据温度确定IGBT的扩散电压和IGBT的微分电阻值的曲线图，该温度来自IGBT的数据表；
图4是依照本公开的一个或多个方面示出一种示例系统的方框图，该示例系统用于测量IGBT的集电极-发射极饱和电压并基于所测得的集电极-发射极饱和电压确定该IGBT的温度；
图5是依照本公开的一个或多个方面示出一种示例电路的电路示意图，该示例电路用于测量IGBT的集电极-发射极饱和电压；
图6是依照本公开的一个或多个方面示出一种系统的示例运行的流程图，该系统用于测量IGBT的集电极-发射极饱和电压。
具体实施方式
亟需针对过电流(即，其中流经IGBT的电流的量超过设计限制)和/或超温(即，其中IGBT的结温度超过设计限制)保护IGBT。
在一些示例中，为能够过电流保护，电流传感器可被集成在IGBT之中。然而，在IGBT中集成电流传感器可能是不期望的。例如，在IGBT中集成电流传感器可导致半导体成本增加，器件的可用有源表面减少(其可导致包括该IGBT的模块的电流能力和功率密度的降低)，额外的信号接口导致模块复杂程度和成本增加，并且由于温度测量需要额外的电流隔离，系统复杂程度和成本增加。在一些示例中，为了能够过电流保护，去饱和保护部件可被包括进来。然而，去饱和保护部件的使用可以是不被期望的。例如，去饱和保护部件可能未提供过电流检测，反而该部件可能仅仅短路。此外，去饱和保护部件可经历长的检测时间。
在一些示例中，为了能够超温保护，温度传感器可被被集成在IGBT之中。然而，在IGBT中集成温度传感器可能是不期望的。例如，在IGBT中集成温度传感器可导致半导体成本增加，器件的可用有源表面减少(其可导致包括该IGBT的模块的电流能力和功率密度的降低)，额外的信号接口导致模块复杂程度和成本增加，并且由于温度测量需要额外的电流隔离，系统复杂程度和成本增加。在一些示例中，为能够超温保护，温度传感器(例如，热敏电阻，比如负温度系数热敏电阻)可与IGBT一起被包括在模块中。然而，在模块中包括温度传感器可以是不利的。例如，可在IGBT和稳定传感器之间存在较差的热连接，可在温度传感器的输出端和IGBT温度之间存在较差关联性，且温度传感器可响应慢。此外，在一些示例中，由于机械限制，温度传感器不能够被放置在IGBT附近。
集电极-发射极饱和电压(VCEsat)可提供与IGBT的运行有关的有用信息，因为其是负载电流和结温度的函数。VCEsat信息尤其可被用于针对过电流或超温保护IGBT。然而，在IGBT运行期间的测量VCEsat可存在一些困难，因为IGBT两端的电压根据其状态(导通或截止)在非常宽的范围内变化。例如，IGBT两端的电压可在接近0伏特至高达数千伏特的范围内变动。
依照本公开的一种或多种技术，IGBT的VCEsat可直接被测得。在一些示例中，所测得的VCEsat可被用于确定IGBT的温度。以此方式，与在IGBT中集成另外的传感器对照，IGBT可免受过电流情况和/或超温情况。
在IGBT中，VCEsat可取决于集电极/负载电流和运行稳定。该相依关系由下面的方程式示出。
V CE SAT ( T , I ) = V CE 0 ( T ) + r T ( T ) · I C - - - ( 1 )
其中VCEsat(T,I)是IGBT根据温度T和电流I的集电极-发射极饱和电压，VCE0(T)是在温度T时IGBT的扩散电压，rT(T)是IGBT的内部结构的微分电阻器的电阻，以及IC是IGBT的集电极电流。VCE0(T)和rT(T)的值可下文中依照参考图3所描述的技术被确定。
图1是依照本公开的一个或多个方面，示出IGBT的集电极-发射极电压、集电极电流和温度之间关系的曲线图100。如图1所示，曲线图100可包括横轴和纵轴、第一曲线102、第二曲线104和第三曲线106，横轴以伏特(V)表示IGBT的集电极-发射极电压，纵轴以安培(A)表示IGBT的集电极电流，第一曲线102示出了在第一温度(例如，25℃)时IGBT的集电极-发射极电压和集电极电流之间的关系，第二曲线104示出了在第二温度(例如，125℃)时IGBT的集电极-发射极电压和集电极电流之间的关系，第三曲线106示出了在第三温度(例如，150℃)时IGBT的集电极-发射极电压和集电极电流之间的关系。在一些示例中，温度可对应于IGBT的结温度。
如图1所示，IGBT的集电极-发射极电压和IGBT的温度之间存在关系。例如，随着IGBT的温度从25℃(由曲线102表示)增加至150℃(由曲线106表示)并且集电极电流保持恒定(即，～1000A)，该集电极-发射极电压可从～1.58V增加至～1.89V。
图2是依照本公开的一个或多个方面，示出IGBT的集电极-发射极电压、集电极电流和温度之间关系的曲线图200。如图2所示，曲线图200可包括横轴和纵轴、第一曲线202、第二曲线204和第三曲线206，横轴以伏特表示IGBT的集电极-发射极电压，纵轴以安培表示IGBT的集电极电流，第一曲线202示出了在第一温度(例如，25℃)时IGBT的集电极-发射极电压和集电极电流之间的关系，第二曲线204示出了在第二温度(例如，125℃)时IGBT的集电极-发射极电压和集电极电流之间的关系，第三曲线206示出了在第三温度(例如，150℃)时IGBT的集电极-发射极电压和集电极电流之间的关系。在一些示例中，温度可对应于IGBT的结温度。
如图2所示，IGBT的集电极电流和IGBT的集电极-发射极电压之间存在关系。例如，如曲线206所示，随着IGBT的集电极电流从～700A增加至～1000A并且IGBT的集电极温度保持恒定(即，～150℃)，该集电极-发射极电压可从～1.58V增加至～1.89V。
图3是依照本公开的一个或多个方面，示出根据来自IGBT的数据表中的温度用于确定IGBT的扩散电压和IGBT的微分电阻的值的技术的曲线图。如图3所示，曲线300可包括横轴和纵轴、第一曲线302、第二曲线304和第三曲线306，横轴用伏特表示IGBT的集电极-发射极电压，纵轴以安培表示IGBT的集电极电流，第一曲线302示出了在第一温度(例如，25℃)时IGBT的集电极-发射极电压和集电极电流之间的关系，第二曲线304示出了在第二温度(例如，125℃)时IGBT的集电极-发射极电压和集电极电流之间的关系，第三曲线306示出了在第三温度(例如，150℃)时IGBT的集电极-发射极电压和集电极电流之间的关系。在一些示例中，温度可对应于IGBT的结温度。
取决于温度的IGBT的扩散电压(即，VCE0(T))可以以线性模型进行计算。在一些实施例中，VCE0(T)可依照下面的方程式(2)进行计算。 V CE 0 ( T ) = V CE 0 ( T 1 ) - V CE 0 ( T 2 ) T 1 - T 2 · ( T - T 1 ) + V CE 0 ( T 1 ) - - - ( 2 ) 其中VCE0(T1)是IGBT在第一温度T1时的扩散电压，以及VCE0(T2)是IGBT在第一温度T2时的扩散电压。如在图3的示例中所示，如果T2被选择为25℃，则VCE0(T2)的值可通过创造曲线302的线性模型(以曲线308表示)被确定。具体地，VCE0(25)的值可能是曲线308与横轴的交叉处的点，如图3所示其是约0.95V。
取决于温度的IGBT的微分电阻器的值(即，rT(T))也可以以线性模型进行计算。在一些实施例中，rT(T)可依照下面的方程式(3)和(4)进行计算。
r T ( T ) = r T ( T 1 ) - r T ( T 2 ) T 1 - T 2 · ( T - T 1 ) + r T ( T 1 ) - - - ( 3 )
r T ( T ) = Δ V CE ( T ) Δ I C ( T ) - - - ( 4 )
其中rT(T1)是IGBT在第一温度T1时的扩散电压(diffusion voltage)，以及rT(T2)是IGBT在第一温度T2时的扩散电压。再次如在图3的示例中所示，如果T2被选择为25℃，则rT(T2)的值可通过创造曲线302的线性模型(以曲线308表示)被确定。具体地，VCE0(25)的值可能是集电极-发射极电压相对于曲线308的集电极电流(即，方程式4)的导数，如图3所示其是约(1.6V-1.25V)/(1000A-560A)或0.727*10-3Ω。
图4是依照本公开的一个多个方面，示出一种用于测量IGBT的集电极-发射极饱和电压的示例系统2的方框图。如图4所示，系统2包括驱动器4、一个或多个IGBT 6、负载8、IGBT状态模块10、电压测量模块12、电流测量模块14和控制器16。
在一些示例中，系统2可包括驱动器4。驱动器4可被配置为输出控制IGBT 6的运行的信号。在一些示例中，驱动器4可输出PWM信号，该PWM信号可使IGBT“导通”(即，当信号高时)和“关断”(即，当信号低时)。在一些示例中，由驱动器4输出的信号可具有开关频率。在一些示例中，该信号的开关频率可对应于IGBT6切换的频率。在一些示例中，该开关频率可在千赫兹范围内。例如，该信号可具有在4kHz和20kHz之间的开关频率。在一些示例中，该由驱动器4所输出的信号可具有占空比(duty cycle)，该占空比对应于信号高时与低时的时间比。在一些示例中，驱动器4可被配置为基于从控制器16所接收的信息，设置该占空比和/或开关频率。
在一些示例中，系统2可包括一个或多个IGBT 6。该IGBT 6中的一个或多个可被配置为基于从驱动器4所接收的信号“导通”或“关断”。在一些示例中，该IGBT 6中的一个或多个可被配置为以高频率切换高电压信号/高电流信号。在一些示例中，该IGBT 6中的一个或多个可被配置为控制被传送给负载8的功率的量。在一些示例中，由IGBT 6中的IGBT传送至负载8的功率的量可取决于从驱动器4所接收的信号的占空比。在一些示例中，较高的占空比可导致IGBT 6中的IGBT比在较低占空比时传送更多功率。在一些示例中，较高的占空比可导致IGBT 6中的IGBT比在较低占空比时传送更少功率。
在一些示例中，系统2可包括负载8。如图4所示，负载8可被耦接至IGBT 6。负载9的示例可包括开关电源(SMPS)、电马达或者可从IGBT接收功率的任何其他部件。
在一些示例中，系统2可包括IGBT状态模块10。IGBT状态模块10可被配置为确定IGBT 6中的一个或多个的状态。例如，IGBT状态模块10可被配置为确定IGBT 6中的一个或多个是否饱和。此外，IGBT状态模块10可被配置为确定IGBT 6中的一个或多个是否导通。在一些示例中，IGBT状态模块10可通过连续不断地将IGBT6的VCE与阈值电压进行比较来确定IGBT是否导通。在一些示例中，IGBT状态模块10可被配置为向系统2的一个或多个其他部件输出信号，以响应确定了IGBT 6中的一个或多个是导通的和/或饱和的。例如，IGBT状态模块10可被配置为向电压测量模块12和/或电流测量模块14输出信号，以响应确定了IGBT 6中的一个或多个是饱和的和/或导通的。
在一些示例中，系统2可包括电压测量模块12。电压测量模块12可被配置为确定电压电平。在一些示例中，电压测量模块12可被配置为响应于接收到来自IGBT状态模块10的信号确定电压电平。例如，响应于接收到来自IGBT状态模块10的表明IGBT 6中的一个或多个饱和的信号，电压测量模块12可测量IGBT 6中的一个或多个饱和IGBT的集电极和发射极两端的电压电平(即，该饱和的IGBT的集电极-发射极饱和电压)。电压测量模块12可被配置为向控制器16提供所确定的电压电平。
在一些示例中，系统2可包括电流测量模块14。电流测量模块14可被配置为确定电流电平。在一些示例中，电流测量模块14可被配置为响应于接收到来自IGBT状态模块10的信号确定电流电平。在一些示例中，电流测量模块14可被配置为连续不断地确定电流电平。电流测量模块14可被配置为向控制器16提供所确定的电流电平。
在一些示例中，系统2可包括控制器16。控制器16可被配置为执行一个或多个功能以运行系统2。例如，控制器16可被配置为通过调节由驱动器4所生成的信号的频率和/或占空比，控制向负载8所传送的功率的量。控制器16可被配置为从系统2的其他部件接收输入和向系统2的其他部件提供输出。例如，控制器16可被配置为从电压测量模块12接收电压电平，并且从电流测量模块14接收电流电平。
在一些示例中，控制器16可包括温度计算模块18。温度计算模块18可被配置为基于所测得的IGBT 6中的一个或多个IGBT的集电极-发射极饱和电压和集电极电流，确定IGBT 6的温度。在一些示例中，温度计算模块18可被配置为通过使用方程式(5)-(8)中的一个或多个确定温度。
T = V CE SAT - Y W + I C · X - - - ( 5 )
其中：
W = V CE 0 ( T 1 ) - V CE 0 ( T 2 ) T 1 - T 2 ; - - - ( 6 )
X = r T ( T 1 ) - r T ( T 2 ) T 1 - T 2 - - - ( 7 )
以及
Y＝VCE0(T1)-W·T1-IC(X·T1-rT(T1))    (8)
在一些示例中，控制器16可包括控制信号模块19。控制信号模块19可包括执行控制器15上的任何操作的功能。例如，控制信号模块19可从控制器16的其他部件(比如，温度计算模块18)接收数据(比如，所确定的IGBT 6中的一个或多个的温度)。控制信号模块19也可包括基于所接收到的数据对IGBT 6中的一个或多个的一个或多个运行参数进行调整的功能。例如，控制信号模块19可被配置为基于由温度计算模块18所确定的IGBT的温度和/或由电流测量模块14所确定的电流电平，调整由驱动器4所生成的信号的频率和/或占空比。在一些示例中，比如其中所确定的温度在阈值以上，控制信号模块19可调整该一个或多个运行参数，以减少IGBT 6中的一个或多个的温度。在一些示例中，比如其中所确定的温度在阈值以下，控制信号模块19可调整该一个或多个运行参数，以增加由IGBT 6中的一个或多个所传送的功率的量，该功率可导致IGBT 6中的一个或多个的温度的增加。
依照本公开的一种或多种技术，驱动器4可向IGBT 6中的一个或多个输出信号，该信号导致IGBT 6中的一个或多个向负载8提供功率。例如，驱动器4可输出具有在千赫兹范围内的开关频率的PWM信号，可导致IGBT 6中的一个或多个以相应的速率切换。在IGBT 6中的一个或多个的开关周期器件，IGBT状态模块10可确定IGBT 6中的一个或多个的状态。例如，IGBT状态模块10可首先确定IGBT6中的一个或多个是导通的，然后确定IGBT 6中的一个或多个是饱和的。响应于IGBT 6中的一个或多个饱和的确定，IGBT状态模块10可向电压测量模块12和/或电流测量模块14输出信号。
响应于接收到来自IGBT状态模块10的信号，电压测量模块12可测量IGBT 6中的一个或多个的集电极-发射极饱和电压。在一些示例中，响应于来自IGBT状态模块10的信号的接收，电流测量模块14可测量IGBT 6中的一个或多个的集电极电流。在一些示例中，电流测量模块14可持续不断地或响应于一些其他输入而测量IGBT6的集电极电流。在任何情况下，电压测量模块12和电流测量模块14可向控制器16输出所测得的电压电平和所测得的电流电平。
控制器16可接收所测得的电压电平和所测得的电流电平。在一些示例中，控制器16可将该电压电平和/或电流电平转换成数字电压样本和/或数字电流样本。例如，控制器16可包括模数转换器，该模数转换器被配置为将模拟电压电平/电流电平转换成数字电压样本/电流样本。
温度计算模块18然后可基于所测得的电压电平和所测得的电流电平，确定IGBT 6中的一个或多个的温度。例如，温度计算模块18可依照上述的方程式(5)-(8)确定IGBT 6中的一个或多个的温度。
控制信号模块19然后可基于所确定的温度和/或所确定的集电极电流，调整IGBT 6中的一个或多个的一个或多个运行参数。
图5是依照本公开的一个或多个方面，示出一种用于测量IGBT的集电极-发射极饱和电压的示例电路的电路示意图。如图5所示，系统2包括驱动器4、IGBT 6、负载8、IGBT状态模块10、电压测量模块12、电流测量模块14、控制器16和电源供应器20。
如图5所示，系统2可包括IGBT 6。在一些示例中，IGBT 6可包括IGBT 22和IGBT 24。IGBT 22和IGBT 24中的每个可具有集电极“C”、基极“B”和发射极“E”。在一些示例中，IGBT 6还可包括二极管26和二极管28，分别被放置在IGBT 22和IGBT 24的集电极和发射极的两端。在一些示例中，二极管26和二极管28可被称为反激(flyback)二极管或续流(freewheeling)二极管。如图5所示，在一些示例中，IGBT 22的集电极可被连接至电源供应器20的正输出(DC+)，IGBT 22的发射极可被连接至IGBT 24的集电极，且IGBT 24的发射极可被连接至电源供应器20的负输出(DC-)。
如图5所示，系统2可包括IGBT状态模块10。在一些示例中，IGBT状态模块10可包括比较器30、逻辑门32、第一晶体管34和第二晶体管36。在一些示例中，第一晶体管34和第二晶体管36可分别包括二极管38和二极管40。在一些示例中，二极管38和二极管40可以反向并联配置被布置。
在一些示例中，比较器30可被配置为通过将第一电压电平与第二电压电平进行比较，确定IGBT 24是否导通。如图5的示例中所示，比较器30可包括电阻器44、电阻器46、放大器48和参考电压50。在一些示例中，电阻器44可被连接至IGBT 24的集电极和电阻器46，并且电阻器46可被连接至电阻器44和接地。在图5的示例中，比较器30可通过将电阻器44和电阻器46之间的电压电平与参考电压50所提供的电压电平进行比较，确定IGBT 24是否导通。
逻辑门32可被配置为基于两个或多个输入信号的逻辑状态输出信号。在一些示例中，逻辑门32可以是与门(AND gate)，该与门被配置为当所有的输入信号是逻辑高时也输出逻辑高信号。在一些示例中，逻辑门32的第一输入可以是比较器30的输出，并且逻辑门32的第二输入可对应于IGBT 24的基极电压。在一些示例中，逻辑门32的输出端可被连接至晶体管34和晶体管36中的一个或两个的栅极单子。
在一些示例中，晶体管34和晶体管36可被配置为当IGBT 24饱和时激活积分器42。在一些示例中，晶体管34和晶体管36与二极管38和二极管40一起可被配置为当二极管28导通时，避免电容器52的不必要放电。在一些示例中，晶体管34和晶体管36与二极管38和二极管40一起可防止积分器42的放大器54过载，并且减少或消除对额外的箝位(clamping)电路的需要，该箝位电路是为了实现快速响应。在一些示例中，晶体管34的主体可被连接至晶体管36的主体。在一些示例中，晶体管34和晶体管36可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
在一些示例中，电压测量模块12可包括积分器42，积分器42可被配置为测量电压电平。在一些示例中，积分器42与晶体管34和晶体管36一起可形成跟踪保持电路，该跟踪保持电路可被配置为保持所测得的电压电平。例如，积分器42与晶体管34和晶体管36一起可形成跟踪保持电路，该跟踪保持电路可被配置为保持在切换事件之间所测得的IGBT 24的集电极-发射极饱和电压。换言之，电压测量模块12可在IGBT未饱和时存储所测得的IGBT 24的集电极-发射极电压。以此方式，控制器的外部接口电路(比如，模数转换器(ADC))例如能够测量集电极-发射极饱和电压，而不对该ADC的采集时间有高要求。在一些示例中，该对ADC的采集时间要求的降低可使得对于计算IGBT的温度更容易且成本更低。在一些示例中，积分器42可被配置为在对集电极-发射极饱和电压进行积分时提供噪声消除。在一些示例中，积分器42可包括电容器52和缓冲器54。在一些示例中，电压测量模块12可被配置为向系统2中的其他部件(比如，控制器16)提供所存储的电压值(比如，所存储的集电极-发射极电压电平)。
驱动器4、负载8、电流测量模块14、控制器16、温度计算模块18和控制信号模块19在上午中参考图4进行了描述。例如，驱动器4可被配置为向IGBT 22和IGBT 24中的每个输出导致IGBT切换的信号。在一些示例中，系统2可包括缓冲器56和缓冲器58。在一些示例中，驱动器4可分别地通过缓冲器56和缓冲器58向IGBT22和IGBT 24输出信号。
依照本公开的一个或多个方面，控制器16可向驱动器4输出信号，导致驱动器4驱动IGBT 22和IGBT 24。例如，控制信号模块19可向驱动器4输出信号，该信号指定了IGBT所应该被驱动的开关频率和/或占空比。
驱动器4可从控制器16接收信号，且向IGBT 22和IGBT 24中的每个输出信号。在一些示例中，驱动器4可通过缓冲器56向IGBT22输出信号并且通过缓冲器58向IGBT 24输出信号。在一些示例中，该信号可以是PWM信号。在一些示例中，驱动器4可输出该信号，从而IGBT 22和IGBT 24接收相反的信号。例如，当驱动器4向IGBT22输出导致IGBT 22“导通”的信号时，驱动器4向IGBT 24输出导致IGBT 24“关断”的信号，反之亦然。
IGBT 24可接收导致IGBT 24切换的信号。在信号导致IGBT 24从“截止”状态向“导通”状态过渡的时期内，IGBT 24可开始导通，并且然后变饱和。
比较器30可确定IGBT 24是导通的。在一些示例中，比较器30可通过放大器48将第一电压电平与第二电压电平进行比较，确定IGBT 24是导通的。在图5的示例中，第一电压电平可以是电阻器44和电阻器46之间的电压电平，且第二电压电平可以是由参考电压50所提供的电压电平。在一些示例中，放大器48可输出逻辑高信号和逻辑低信号，逻辑高信号其中第一电压电平大于第二电压电平，逻辑低信号其中第一电压电平小于第二电压电平。在一些示例中，通过输出逻辑高信号，放大器48可表明IGBT24是导通的。
逻辑门32可从比较器30接收该信号，且输出表明IGBT 24是饱和的信号，其中从比较器30所接收的信号和相当于IGBT 24的基极电压的信号均是逻辑高。在一些示例中，逻辑门32可向晶体管34和晶体管36输出表明IGBT 24是饱和的信号。
晶体管34和晶体管36可接收该信号，且作为响应，激活电压测量模块16的积分器42。例如，晶体管34和晶体管36可向积分器42提供电压电平。如图5所示，晶体管34和晶体管36可接收该信号，作为其各自基极端子的输入。该信号可导致晶体管切换至“导通”，这可导致晶体管激活积分器42。
电压测量模块12然后可确定电压电平。在图5的示例中，积分器42可确定IGBT 24的集电极-发射极饱和电压电平。积分器42可被配置为当未激活时存储所确定的电压电平。例如，当该被用于驱动IGBT 24的信号导致IGBT 24从“导通”过渡至“截止”时，逻辑门32可导致晶体管34和晶体管36使积分器42去激活。然而，在此去激活期间，积分器42可保持该所确认的电压以供控制器16使用。
控制器16可从电压测量模块12接收所确定的集电极-发射极饱和电压电平。在一些实施例中，控制器16可在IGBT 24处于“截止”状态时(即，当IGBT 24未饱和时)接收该电压。在一些实施例中，控制器16可在IGBT 24处于过渡状态时(即，当IGBT 24导通但未饱和时)接收该电压。在一些实施例中，控制器16可在IGBT 24处于“导通”状态时(即，当IGBT 24饱和时)接收该电压。
在图5的示例中，控制器16的温度计算模块18可从电压测量模块12接收所确定的集电极-发射极饱和电压。在一些实施例中，温度计算模块18还可从电流测量模块14接收相当于IGBT 24的集电极电流的电流电平。在一些实施例中，该电流电平可以大约与集电极-发射极饱和电压电平同时被确定。
在任何情况下，与使用额外的温度传感器截然相反的是，温度计算模块18可基于所确定的IGBT 24的集电极-发射极饱和电压和所确定的IGBT 24的集电极电流确定IGBT 24的温度。在一些实施例中，温度计算模块18可依照上述的方程式(5)-(8)确定该温度。在一些实施例中，温度计算模块18可向控制信号模块19提供所确定的温度。
控制信号模块19可接收该所确定的温度。在一些实施例中，控制信号模块19可基于该所确定的温度调整IGBT 24的一个或多个运行参数。例如，基于所确定的温度，控制信号模块19可升高或降低被驱动器4用来驱动IGBT 24的信号的开关频率。作为另一个示例，基于所确定的温度，控制信号模块19可延迟或缩短被驱动器4用来驱动IGBT 24的信号的占空比。
图6是依照本公开的一个或多个方面，示出一种用于测量IGBT的集电极-发射极饱和电压的系统的示例运行的流程图。仅以例证为目的，该示例运行在下文中是在如图4和图5所示的系统2的环境中进行描述的。
依照本公开的一种或多种技术，IGBT状态模块10可确定IGBT6中的IGBT是导通的(步骤602)。IGBT状态模块10还可确定IGBT6中的IGBT是饱和的(步骤604)。
在IGBT状态模块10确定IGBT 6中的IGBT饱和之后，电压测量模块14可确定IGBT 6中的该IGBT的集电极-发射极饱和电压(步骤606)。电流测量模块14可确定IGBT 6中的IGBT的集电极电流(步骤608)。
基于该IGBT的集电极-发射极饱和电压和集电极电流，控制器16可确定IGBT 6中的该IGBT的温度(步骤610)。基于所确定的温度，控制器16可调整IGBT 6中的该IGBT的一个或多个运行参数(步骤612)。
示例1：一种方法包括：确定绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是饱和的；且当该IGBT饱和时，确定该IGBT的集电极-发射极饱和电压(VCEsat)。
示例2：示例1中的方法进一步包括：确定该IGBT的集电极电流(IC)；并基于该IGBT的VCEsat和该IGBT的IC，确定该IGBT的温度。
示例3：示例1-2中任一个示例中的方法，进一步包括：基于该IGBT的温度，调整该IGBT的一个或多个运行参数。
示例4：示例1-3中任一个示例中的方法，进一步包括：以模拟状态存储该IGBT的被确定的VCEsat；当该IGBT未导通时，通过模数转换器(ADC)将该IGBT的被确定的模拟VCEsat转换为数字电压值。
示例5：示例1-4中任一个示例中的方法，其中脉冲宽度调制(PWM)信号被施加给该IGBT的栅极，且其中该PWM信号具有在千赫兹范围内的开关频率。
示例6：示例1-5中任一个示例中的方法，其中该IGBT是第一IGBT，其中该第一IGBT和第二IGBT被用于驱动马达或开关电源(SMPS)，且其中该第一IGBT的集电极被耦接至该第二IGBT的发射极。
示例7：示例1-6中任一个示例中的方法，其中该第二IGBT的集电极和该第一IGBT的发射极两端的电压大于100伏特，且其中该第一IGBT的该VCEsat小于5伏特。
示例8：示例1-7中任一个示例中的方法，进一步包括：确定该IGBT是导通的，其中确定该IGBT是饱和的包括，当该IGBT导通时确定该IGBT是饱和的。
示例9：一种系统包括：用于确定绝缘栅双极型晶体管(IGBT)饱和的装置；以及用于在该IGBT饱和时，确定该IGBT的集电极-发射极饱和电压(VCEsat)的装置。
示例10：示例9的系统进一步包括：用于确定该IGBT的集电极电流(IC)的装置；以及用于基于该IGBT的VCEsat和该IGBT的IC，确定该IGBT的温度的装置。
示例11：示例9-10中任一个示例中的系统，进一步包括：用于基于该IGBT的温度，调整该IGBT的一个或多个运行参数的装置。
示例12：示例9-11中任一个示例中的系统，进一步包括：用于以模拟状态存储该IGBT的确定的VCEsat的装置；用于在该IGBT未导通时，将该IGBT的被确定的模拟VCEsat转换成数字电压值的装置。
示例13：示例9-12中任一个示例中的系统，其中脉冲宽度调制(PWM)信号被施加给该IGBT的栅极，且其中该PWM信号具有在千赫兹范围内的开关频率。
示例14：示例9-13中任一个示例中的系统，其中该IGBT是第一IGBT，其中该第一IGBT和第二IGBT被用于驱动马达或开关电源(SMPS)，以及其中该第一IGBT的集电极被耦接至该第二IGBT的发射极。
示例15：示例9-14中任一个示例中的系统，其中该第二IGBT的集电极和该第一IGBT的发射极两端的电压大于100伏特，以及其中该第一IGBT的该VCEsat小于5伏特。
示例16：示例9-15中任一个示例中的系统，进一步包括：用于确定该IGBT导通的装置，其中该用于确定该IGBT饱和的装置包括用于在该IGBT导通时，确定该IGBT是饱和的装置。
示例17：一种系统包括：第一绝缘栅双极型晶体管(IGBT)；第二IGBT，其中该第一IGBT的集电极被耦接至该第二IGBT的发射极；比较器，其被配置为确定该第一IGBT是导通的；逻辑门，其被配置基于该比较器的输出和该第一IGBT的基极电压，确定该IGBT是饱和的；以及积分器，其被配置为响应于从所述逻辑门接收表明所述第一IGBT是饱和的信号，而测量该第一IGBT的集电极-发射极饱和电压(VCEsat)。
示例18：示例17中的系统进一步包括：传感器，其被配置为测量该第一IGBT的集电极电流(IC)；控制器，其被配置为基于该第一IGBT的VCEsat和该第一IGBT的IC，确定该第一IGBT的温度。
示例19：示例17-18中任一个示例中的系统，其中该控制器被进一步配置为基于该第一IGBT的温度，调整该第一IGBT的一个或多个运行参数。
示例20：示例17-19中任一个示例中的系统，其中该积分器被配置为以模拟状态存储该第一IGBT的该被确定的VCEsat，该系统进一步包括：模数转换器(ADC)，其被配置为当该第一IGBT未导通时，将该IGBT的该被确定的模拟VCEsat转换成数字电压值。
示例21：示例17-20中任一个示例中的系统，其中脉冲宽度调制(PWM)信号被施加给该第一IGBT的栅极，且其中该PWM信号具有在千赫兹范围内的开关频率。
示例22：示例17-21中任一个示例中的系统，其中该第二IGBT的集电极和该第一IGBT的发射极两端的电压大于100伏特，以及其中该第一IGBT的该VCEsat小于5伏特。
示例23：示例17-22中任一个示例中的系统，进一步包括：第一晶体管，其包括第一二极管；第二晶体管，其包括第二二极管，其中该第一晶体管的栅极和该第二晶体管的栅极被耦接至该逻辑门的输出端，且其中该第一二极管和该第二二极管是反向并联的。
示例24：一种包括指令的非暂时性计算机可读存储媒介，当该指令被执行时，导致一个或多个处理器：接收所测得的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的集电极-发射极饱和电压(VCEsat)；接收所测得的该IGBT的集电极电流(IC)；基于该IGBT的VCEsat和该IGBT的IC，确定该IGBT的温度；并基于该IGBT被确定的温度，调整该IGBT的一个或多个运行参数。
示例25：示例24中的该非暂时性计算机可读存储媒介，其中当被执行时导致该一个或多个处理器接收该IGBT的被测得的VCEsat的指令包括当被执行时导致该一个或多个处理器在该IGBT未导通时，接收该IGBT的被测得的VCEsat的指令。
本发明的各种示例已进行描述。这些示例和其他示例在下面的权利要求的范围之内。

Claims (25)

1.一种方法，包括：
确定绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是饱和的；以及
当所述IGBT为饱和时，确定所述IGBT的集电极-发射极饱和电压(VCEsat)。
2.如权利要求1所述方法，进一步包括：
确定所述IGBT的集电极电流(IC)；以及
基于所述IGBT的所述VCEsat和所述IGBT的所述IC，确定所述IGBT的温度。
3.如权利要求2所述方法，进一步包括：
基于所述IGBT的所述温度，调整所述IGBT的一个或多个运行参数。
4.如权利要求1所述方法，进一步包括：
以模拟状态存储所述IGBT的所确定的VCEsat；
当所述IGBT未导通时，通过模数转换器(ADC)将所述IGBT的所确定的模拟VCEsat转换为数字电压值。
5.如权利要求1所述方法，
其中脉冲宽度调制(PWM)信号被施加给所述IGBT的栅极，并且其中所述PWM信号具有在千赫兹范围内的开关频率。
6.如权利要求1所述方法，
其中所述IGBT是第一IGBT，其中所述第一IGBT和第二IGBT被用于驱动马达或开关电源(SMPS)，并且其中所述第一IGBT的集电极被耦接至所述第二IGBT的发射极。
7.如权利要求6所述方法，
其中所述第二IGBT的集电极和所述第一IGBT的发射极两端的电压大于100伏特，并且其中所述第一IGBT的所述VCEsat小于5伏特。
8.如权利要求1所述方法，进一步包括：
确定所述IGBT是导通的，
其中确定所述IGBT是饱和的包括当所述IGBT导通时确定所述IGBT是饱和的。
9.一种系统，包括：
用于确定绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是饱和的装置；以及
用于在所述IGBT饱和时确定所述IGBT的集电极-发射极饱和电压(VCEsat)的装置。
10.如权利要求9所述的系统，进一步包括：
用于确定所述IGBT的集电极电流(Ic)的装置；以及
用于基于所述IGBT的所述VCEsat和所述IGBT的所述IC确定所述IGBT的温度的装置。
11.如权利要求10所述的系统，进一步包括：
用于基于所述IGBT的所述温度调整所述IGBT的一个或多个运行参数的装置。
12.如权利要求9所述的系统，进一步包括：
用于以模拟状态存储所述IGBT的所确定的VCEsat的装置；
用于在所述IGBT未导通时，将所述IGBT的所确定的模拟VCEsat转换成数字电压值的装置。
13.如权利要求9所述的系统，
其中脉冲宽度调制(PWM)信号被施加给所述IGBT的栅极，以及其中所述PWM信号具有在千赫兹范围内的开关频率。
14.如权利要求9所述的系统，
其中所述IGBT是第一IGBT，其中所述第一IGBT和第二IGBT被用于驱动马达或开关电源(SMPS)，以及其中所述第一IGBT的集电极被耦接至所述第二IGBT的发射极。
15.如权利要求14所述的系统，
其中所述第二IGBT的集电极和所述第一IGBT的发射极两端的电压大于100伏特，以及其中所述第一IGBT的所述VCEsat小于5伏特。
16.如权利要求9所述的系统，进一步包括：
用于确定所述IGBT是导通的装置，
其中所述用于确定所述IGBT是饱和的装置包括用于在所述IGBT导通时，确定所述IGBT是饱和的装置。
17.一种系统，包括：
第一绝缘栅双极型晶体管(IGBT)；
第二IGBT，其中所述第一IGBT的集电极被耦接至所述第二IGBT的发射极；
比较器，其被配置为确定所述第一IGBT是导通的；
逻辑门，其被配置为基于所述比较器的输出和所述第一IGBT的基极电压，确定所述第一IGBT是饱和的；
积分器，其被配置为响应于从所述逻辑门接收表明所述第一IGBT是饱和的信号，而测量所述第一IGBT的集电极-发射极饱和电压(VCEsat)。
18.如权利要求17所述的系统，进一步包括：
传感器，其被配置为测量所述第一IGBT的集电极电流(Ic)；以及
控制器，其被配置为基于所述第一IGBT的所述VCEsat和所述第一IGBT的所述IC，确定所述第一IGBT的温度。
19.如权利要求18所述的系统，
其中所述控制器被进一步配置为基于所述第一IGBT的所述温度，调整所述第一IGBT的一个或多个运行参数。
20.如权利要求17所述的系统，
其中所述积分器被配置为以模拟状态存储所述第一IGBT的所确定的VCEsat，所述系统进一步包括：
模数转换器(ADC)，其被配置为当所述第一IGBT未导通时，将所述IGBT的所确定的模拟VCEsat转换成数字电压值。
21.如权利要求17所述的系统，
其中脉冲宽度调制(PWM)信号被施加给所述第一IGBT的栅极，以及其中所述PWM信号具有在千赫兹范围内的开关频率。
22.如权利要求17所述的系统，
其中所述第二IGBT的集电极和所述第一IGBT的发射极两端的电压大于100伏特，以及其中所述第一IGBT的所述VCEsat小于5伏特。
23.如权利要求17所述的系统，进一步包括：
第一晶体管，其包括第一二极管；
第二晶体管，其包括第二二极管，
其中所述第一晶体管的栅极和所述第二晶体管的栅极被耦接至所述逻辑门的输出端，以及其中所述第一二极管和所述第二二极管是反向并联的。
24.一种包括指令的非暂时性计算机可读存储媒介，当所述指令被执行时，使得一个或多个处理器：
接收所测得的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的集电极-发射极饱和电压(VCEsat)；
接收所测得的所述IGBT的集电极电流(Ic)；
基于所述IGBT的所述VCEsat和所述IGBT的所述IC，确定所述IGBT的温度；以及
基于所述IGBT的所确定的温度，调整所述IGBT的一个或多个运行参数。
25.如权利要求24所述的非暂时性计算机可读存储媒介，
其中当被执行时导致所述一个或多个处理器接收所述IGBT的被测得的VCEsat的所述指令包括
当被执行时导致所述一个或多个处理器在所述IGBT未导通时，接收所述IGBT的被测得的VCEsat的指令。
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