CN105191130B - 智能栅极驱动单元 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制一个或多个功率模块的一个或多个半导体开关的智能栅极驱动单元，所述智能栅极驱动单元至少包括栅极驱动器和模拟测量电路，其中，所述栅极驱动器便于控制一个或多个半导体开关，并且其中，所述模拟测量电路便于在一个或多个半导体开关处于导通模式时测量开关电压。另外，还公开了一种用于控制一个或多个半导体开关的方法。

Description

智能栅极驱动单元
技术领域
本发明涉及用于控制包括一个或多个半导体开关的功率模块的智能栅极驱动单元。
背景技术
功率模块是本领域已知的，并且其在用于控制从可再生发电单元的发电机到电网的功率流的功率电子电路中用作开关或整流器。
使用功率模块的应用可以产生功率，并且越接近设计极限，越可以产生更多功率。
可以通过控制这种功率模块的方式对功率模块进行保护，即，已经被控制为接近其设计极限的功率模块的寿命很可能短于已经根据低于设计极限的操作裕度或安全裕度进行控制的功率模块的寿命。换句话说，由表示过载的大操作裕度的预定的电流-时间模式对过载能力进行限制。
国际专利申请WO99/19974 A2描述了一种功率应用电路，其利用微机电(MEM)开关来减少具有控制MEM开关的栅极驱动器的能量转换设备中的功率损耗。
另外，现有技术的状态包括以下专利申请。美国专利申请US2010/0066337 A1描述了一种功率转换器，其包括被配置为估计功率转换器的端电压的控制器。欧洲专利申请EP2469710 A1描述了一种在栅极驱动器处的功率开关电流估计器。美国专利申请US2011/0058296 A1描述了一种检测用于控制传递到电力负载的功率量的负载装置的故障状况的方法。国际专利申请WO2006/102930 A1描述了一种连接到控制装置的电子开关电路、感测电子开关的端子处的电流的检测器和用于监测检测器的偏移误差的装置。
发明内容
本发明的目的例如可以是：当控制功率模块时提供便于减少不必要的安全裕度的测量。这通过用于控制一个或多个功率模块的一个或多个半导体开关来实现，所述智能栅极驱动单元至少包括栅极驱动器和模拟测量电路，其中，所述栅极驱动器被配置为控制所述一个或多个半导体开关，并且其中，所述模拟测量电路被配置为当所述一个或多个半导体开关处于导通模式时，测量开关电压。
半导体开关能够关闭电子电路，从而导通从半导体开关的第一管脚(例如，集电器)到第二管脚(例如，发射器)的电流(处于导通模式或打开模式)。同样地，半导体开关能够关闭电子电路，从而防止电流在电子电路中流动(处于不导通模式或关闭模式)。半导体开关通常为IGBT开关，但是也可以为MOSFET、GTO、IGCT、晶闸管、碳化硅开关等。
半导体开关的模式由栅极驱动器控制。智能栅极驱动单元的栅极驱动器与上级控制系统通信以获得期望的切换模式，并从而从功率模块获得输出。栅极驱动单元是智能的，因为其便于测量和数据处理。因此，智能栅极驱动器便于/被配置为进行控制，例如，如下文所述的，产生用于半导体的脉冲宽度调制信号、直接在半导体开关启动并执行测量。
模拟测量电路可以包括用于模拟信号测量的滤波器、差分放大器等。另外，模拟测量电路可以包括用于在关闭状态阻断通过IGBT的高电压的半导体，从而便于直接在各个半导体开关上的测量。因此，测量半导体开关上的电压降变得可能，即，也称为Vce的集电器和发射器(在开关为IGBT类型的情况下)上的开关电压。
直接在单个半导体开关或功率模块上执行测量是非常有利的，因为获得了实际的实时值，其可用于对半导体开关、功率模块、负载电阻器进行实时诊断(健康状况、疲劳程度、寿命终止等)、估计处于导通模式的温度、估计损耗、测量过电压、测量泄露电流等。
智能栅极驱动单元接收(例如，来自上级控制系统的某些测量)和/或通过模拟测量电路获得(大多数)测量是非常有利的。对这些测量进行处理，并且处理的一个结果可以是半导体开关的状况、如何最好地控制半导体开关、预测半导体开关的不久的将来(以纳秒或毫秒测量)的情况。
在本发明的实施例中，测量电路还便于在切换模式测量开关电压。这优选地包括在切换期间(即，在切换模式)的瞬时关闭电压峰值。
在本发明的实施例中，测量电路还便于在不导通模式测量开关电压。能够测量关闭状体(不导通模式)下的开关电压可能是有利的。关闭状态电压可以给出高泄露电流的信息。瞬时关闭电压可以指示半导体开关(包括二极管)的高应力或健康状况。
在本发明的实施例中，模拟测量电路包括用于在不导通模式期间阻断通过所述半导体开关的高电压的装置，例如，半导体设备。因为这便于直接在各个半导体开关上进行测量从而使得可以测量半导体开关上的电压降，所以这是有利的。
在本发明的实施例中，来自模拟测量电路的测量包括测量功率模块输出电流和/或直流链路电压。
例如，能够在智能栅极驱动单元测量直流链路电压是有利的，这是因为其便于例如制动斩波器电阻器电阻和偏离的电阻器温度的计算。另外，直流链路电压可用于处理栅极驱动电阻器、有源钳位电路等。
在本发明的实施例中，智能栅极驱动单元还包括数据处理器，其便于在智能栅极驱动单元计算半导体开关结温。
在智能栅极驱动单元中包括数据处理器可以是有利的，这是因为其可以便于独立于上级控制系统而控制功率模块、进行计算等。因此，可以释放上级控制系统的资源以用于其他目的，在智能栅极驱动单元和上级控制系统之间需要较少的的数据通信，在智能栅极驱动单元和上级控制系统之间的同步需要较少需求等。
另外，同步可以是有利的，这是因为其例如便于对在时域中的电压和电流测量进行比较/聚合。
数据处理器可以是传统的微处理器、数字信号处理器等。
另外，应当指出的是，智能栅极驱动单元还可以包括用于将模拟测量转换为数字表示的模数转换器。
在本发明的实施例中，一个或多个功率模块是逆变器的一部分或者是制动斩波器的一部分。
应当将逆变器理解为转换器的一部分，所述转换器用于转换可再生发电单元的电能，以便可将电能馈送到公用电网。该转换器可以包括一个或多个逆变器，每个逆变器都包括一个或多个功率模块。通常，该逆变器具有多于一个的半导体开关。
应当将制动斩波器理解为能够在例如电网扰动导致可再生发电单元失去电网连接的情况下吸收电能的模块或电子电路。制动斩波器模块可以包括一个或多个功率模块、电阻器、传感器等。在本领域，制动斩波器有时也称为LVRT斩波器、短路器、卸荷负载等。制动斩波器优选地连接到转子侧逆变器和电网侧逆变器(转换器的逆变器)之间的直流链路，但是也可以例如连接在转子(可再生发电单元的发电机的转子)和转子侧逆变器之间。通常，该斩波器仅具有一个半导体开关，但是也可以具有两个或更多个。
在本发明的实施例中，智能栅极驱动单元被配置为控制各个半导体开关导通的负载。该负载控制包括电流控制，例如，各个开关/功率模块之间(即，三相系统的三个相位之间)的负载共享。
在本发明的实施例中，数据处理器便于开关电压和所述功率模块的输出电流的测量之间的时间同步，和/或所述直流链路电压和所述功率模块的输出电流的测量之间的时间同步。
应当将上级控制系统理解为可再生发电单元的主控制系统。在可再生发电单元是风力涡轮机的情况下，上级控制系统将被称为风力涡轮机控制器(或简称为WTC)。风力涡轮机控制器优选地负责风力涡轮机的包括例如所有子元素的操作，例如，风力涡轮机的俯仰、转换、偏航等。
时间的共同理解可以是有利的，特别是在转换器应用中，这是因为功率模块的半导体开关的切换时间非常快，即，通常以us(微秒)测量。
另外，当测量用在例如温度的相同的计算中，并且测量部分由智能栅极驱动单元执行，部分由上级控制系统执行时，测量的时间的共同理解(即，智能栅极单元和上级控制系统之间的时间同步)对于计算正确的温度来说是重要的。
在本发明的实施例中，模拟测量电路还被配置为测量包括以下参数的列表中的一个或多个：Vdc、所述半导体开关的输出电流、栅极电流、栅极电荷和/或栅极电压。Vdc是直流链路上的电压。
在本发明的实施例中，来自模拟测量电路的测量便于估计包括以下参数的列表中的一个或多个：半导体开关结温、半导体开关基板温度、制动斩波器电阻器温度、半导体开关的疲劳程度、制动斩波器电阻器的疲劳程度、半导体开关的寿命终止和/或制动斩波器电阻器的寿命终止。
本发明例如是非常有利的，这是因为其便于直接在半导体开关或者功率模块上进行所述的测量。直接在单个半导体开关或功率模块上进行测量可以是有利的，这是因为获得了实际的实时值，与基于估计值的现有方法相比，实际的实时值可用于半导体开关、功率模块、负载电阻器等的实时诊断(健康状况、疲劳等级、寿命终止等)。
在本发明的实施例中，数据处理器便于产生用于控制所述一个或多个功率模块的一个或多个半导体开关的脉冲宽度调制信号，和/或便于控制通过所述功率模块的一个或多个半导体开关的电流。
这例如可以是有利的，这是因为其允许上级控制系统将对功率模块的控制完全留给智能栅极驱动单元，即，上级控制系统只需要向智能栅极驱动单元请求来自功率模块的期望的输出电压。智能栅极驱动单元随后产生用于控制功率模块的脉冲宽度调制，以使其符合来自上级控制系统的请求。应当指出的是，用于时间同步和脉冲宽度调制的数据处理器不需要必须为同一个数据处理器，例如，可以在两个或更多个数据处理器之间划分该任务。
另外，能够使智能栅极驱动单元管理各个开关导通的负载可以是有利的。该电流控制还包括各个开关/功率模块之间(即，三相系统的三个相位之间)的负载共享。
在本发明的实施例中，智能栅极驱动单元便于对一个或多个半导体开关进行过电流保护和/或过温保护。
因为该保护基于直接在半导体开关或者功率模块上执行的测量，从而可以在无需转换和传输的情况下实时地使用这种测量结果(即，一旦进行了测量就使用测量结果)，所以这可以是有利的。
在本发明的实施例中，半导体开关的切换行为被配置为由一个或多个栅极电阻器控制，其中，所述一个或多个栅极电阻器的值基于测量的用于控制一个或多个栅极电阻器开关的操作参数而变化。
操作参数可以是：直流电压、半导体(开关或二极管)结温、开关电流(Icollector)等，当这些参数达到预定的阈值时，便于将栅极电阻器连接到栅极信号。可以由智能栅极驱动单元或上级控制系统执行操作参数。
开关的操纵/控制可以影响切换行为，即，切换速度(更快或更慢)、从启动切换到完成切换的切换进程等，可以通过如何变化和何时将一个或多个栅极电阻器连接到开关的栅极来操纵或控制切换行为。
智能栅极驱动单元接收(例如，从上级控制系统接收某些测量)和/或通过模拟测量电路获得(大多数)测量是有利的。对这些测量进行处理，并且处理的一个结果可以便于接入或去除一个或多个栅极电阻器。
在本发明的实施例中，对半导体开关的过电压保护被配置为由有源钳位开关基于对操作参数的测量而禁用。
操作参数可以是：直流电压、栅极信号(半导体开关的控制信号的打开/关闭)、开关电流(Icollector)、定时(即，自从开关最近一次打开或关闭开始的时间)等。可以由智能栅极驱动单元或者上级控制系统产生操作参数。
智能栅极驱动单元接收(例如，从上级控制系统接收某些测量)和/或通过模拟测量电路获得(大多数)测量可以是有利的。对这些测量进行处理，并且处理的一个结果可以是使能或禁用有源钳位功能。
在本发明的实施例中，对半导体开关的过电流保护被配置为由饱和开关基于对操作参数的测量而禁用。
操作参数可以是：开关电流(即，开关传导的电流Icollector)、栅极信号(开关的控制信号的打开/关闭)、定时(即，自从开关最近一次打开或关闭开始的时间)等。可以由智能栅极驱动单元或者上级控制系统产生操作参数。
过电流可以是高电流，例如，基于情况可以高达并超过额定电流的500％的短路电流。
智能栅极驱动单元接收(例如，从上级控制系统接收某些测量)和/或通过模拟测量电路获得(大多数)测量可以是非常有利的。对这些测量进行处理，并且处理的一个结果可以是电压(例如，Vce)，可以基于该电压使能或禁用饱和功能(即，过电流保护)。
在本发明的实施例中，智能栅极驱动单元被配置为与上级控制系统通信以获得期望的切换模式，并从而从功率模块获得期望的输出。另外，该配置还可以包括在智能栅极驱动器和上级控制系统之间的测量的互换。
在本发明的实施例中，智能栅极驱动单元执行的控制基于从模拟测量电路获得的测量和/或根据上级控制系统接收的数据进行。来自上级控制系统的数据可以是有利的，上级控制系统执行或启动的测量、控制参数等也是有利的。
在本发明的实施例中，智能栅极驱动器执行的控制可以至少包括具有以下控制的列表中的一个或多个：使能所述有源钳位功能、禁用所述有源钳位功能、改变栅极电阻器的值(通过栅极电阻器开关26)、在功率模块中负载共享、打开半导体开、关闭半导体开关。
另外，本发明涉及一种印刷电路板，其包括根据权利要求1-19中的任意一项所述的、用于控制一个或多个功率模块的一个或多个半导体开关的智能栅极驱动单元。
因为该印刷电路板便于上文所描述的测量，所以这可以是有利的。栅极驱动器是强制性的，以便能够控制半导体开关，并且如果数据处理器和模拟测量单元都还位于印刷电路板上，则需要传输较少的数据。
应当指出的是，数据处理器可以位于与栅极驱动器和模拟测量单元所位于的印刷电路板不同的另一个印刷电路板上，但是这样将需要从印刷电路板传输更多数据，即，这将增加对往返于印刷电路板的数据通信路径的要求。
在本发明的实施例中，智能栅极驱动单元包括一个模拟测量电路和至少一个用于控制一个或多个功率模块的一个或多个开关的栅极驱动器。
这在功率模块包括例如两个半导体开关的情况下可以是有利的。在这种情况下，智能栅极驱动单元只需要包括两个栅极驱动器和一个模拟测量电路和一个数据处理器，这是因为可以将模拟测量电路连接到两个开关之间的公共点，实际上，所述模拟测量电路将返回一个具有负操作符的测量。
此外，可以将数据处理器置于包括如上文所述的栅极驱动器的印刷电路板的外部。
另外，本发明涉及包括根据权利要求1-9所述的智能栅极驱动单元的风力涡轮机。
另外，本发明涉及包括一个或多个功率模块的风力涡轮机，所述功率模块的半导体开关由包括在如权利要求20-21所述的印刷电路板上的智能栅极驱动单元控制。
另外，本发明涉及一种借助于智能栅极驱动单元控制一个或多个功率模块的一个或多个半导体开关的方法，其中，智能栅极驱动单元至少包括栅极驱动器和模拟测量电路，其中，所述栅极驱动器控制所述一个或多个半导体开关，并且其中，所述模拟测量电路在所述一个或多个半导体开关处于导通模式时，测量开关电压。
在本发明的实施例中，所述一个或多个半导体开关根据权利要求24所述的方法由根据权利要求1-23中的任意一项所述的智能栅极驱动单元控制。
附图说明
下面将参考附图更加详细地描述本发明的数个示例性的实施例，其中：
图1示出了在逆变器的控制中实现的本发明，
图2示出了在制动斩波器中实现的本发明，
图3示出了在印刷电路板上实现的本发明，
图4示出了便于计算结温的本发明的智能栅极驱动单元，
图5示出了通过使用处理单元获得的优点，
图6示出了不同测量电路的实现方式，以及
图7示出了电压/电流曲线图。
具体实施方式
图1示出了转换器的一部分，该转换器将可再生发电单元(例如，风力涡轮机)连接到公用电网6。该转换器可以包括发电机/机器侧逆变器(未示出)和由包括两个半导体开关2的功率模块示出的电网侧逆变器。发电机侧逆变器和电网侧逆变器通过直流链路(DC-link)3彼此连接。每个逆变器都可以包括一个或多个功率模块，所述功率模块包括一个或多个开关。
控制功率模块以形成由可再生发电单元产生的、符合预定要求(例如，有关电网频率和电压方面的要求)的功率。半导体开关2通常为绝缘栅双极晶体管(IGBT)，但是也可以使用其他类型的半导体开关2(举例来说，例如，IGCT、晶闸管、GTO、碳化硅开关等)。在功率模块中，可以将半导体开关2组合到一起，从而逆变器可以包括一个或多个功率模块。
贯穿本说明书，功率模块指逆变器功率模块1(典型地参考图1)和斩波器功率模块14(典型地参考图2)，或仅指功率模块。应当指出的是，(逆变器和斩波器)功率模块1、14在设计、功能、要测量、处理、通信的数据等方面可以完全相同。功率模块1、14的各个开关2优选地由栅极驱动器4控制，但是，多于一个的开关也可以由单个栅极驱动器4控制。
应当指出的是，可以要求其他部件或电路系统(举例来说，例如，滤波器、电感器、电阻器、电容器、二极管等)以能够获得对转换器的期望的控制。这还包括作为如下文将描述的切断功率的电阻网络的一部分的附加开关。
优选地，功率模块1(即开关)由栅极驱动器4a、4b分别控制。栅极驱动器4通常使用脉宽调制(脉冲宽度调制；PWM)来产生打开或关闭半导体开关2(根据切换模式，例如，上级控制系统5指令的)的控制信号。这种栅极驱动器4还可以具有附加功能或特征，例如，短路保护、过电压控制等，并且包括栅极控制电路、开关模式电源、附加控制系统5的接口10(光学接口或电接口)、防止击穿的逻辑电路、过电流最小死区时间等。
发电机侧逆变器从发电机20接收交流(AC)输入电压并将该电压转换为直流(DC)电压。电网侧逆变器经由直流链路3接收直流电压并将直流电压转换为适于并提供给电网6的交流电压。
在可再生发电单元不能将产生的功率传送给电网6的电网扰动期间，已知的是在短路器或直流斩波器中阻截该多余的功率。后者有时也指制动斩波器。
对于转换器控制领域的技术人员来说，认为如上所述的对转换器的控制是公知常识，因此将不作进一步地解释。
现在将描述本发明的实施例，在该实施例中，由本发明的智能栅极驱动单元7控制逆变器的功率模块(即逆变器功率模块1)。通过智能栅极驱动单元7控制逆变器功率模块1的半导体开关2。智能栅极驱动单元7优选地包括用于每个半导体开关2的至少一个栅极驱动器4、数据处理器8和模拟测量电路9。智能栅极驱动单元7设有通信接口10(硬件)，其使得智能栅极驱动单元7能够与可再生发电单元的上级控制系统5进行通信。
从智能栅极驱动单元7到例如上级控制系统5的通信可以例如是原始测量数据，例如，直流链路3电压、输出电流11(功率模块的输出电流)、栅极电压(在开关是IGBT情况下的Vce)等。基于该原始测量数据，上级控制系统5能够确定功率模块1的开关2的负载、状态等。
来自智能栅极驱动单元7的备选通信还可以例如是处理后的数据，即，经过滤波、平均等的原始测量数据。这种处理后的数据可以是半导体开关2/功率模块1的结温、开关的2/功率模块1的疲劳程度(即，剩余寿命估计或当前健康状况)等。
在智能栅极驱动单元7中执行的处理越多，必须从智能栅极驱动单元7传送的数据就越少。
上文描述的来自智能栅极驱动单元7的通信也至少适用于图2描述的实施例。
应当指出的是，一个栅极驱动器4可以能够控制超过一个半导体开关2，并且数据处理器8可以物理地位于智能栅极驱动单元7的外部。后者的一个例子可以由虚线8所示、作为上级控制系统5的一部分。
上级控制系统5可以指整个可再生发电单元的控制系统。在可再生发电单元是风力涡轮机的情况下，上级控制系统5可以指风力涡轮机控制器。
另外，应当指出的是，如果需要，智能栅极驱动单元7还可以包括模数转换器(未示出)，其用于例如将来自模拟测量电路9的模拟信号转换到数据处理器8。
数据处理器8、模拟测量电路9和模数转换器(如果有的话)一起形成用于执行与逆变器功率模块1及其周围环境有关的测量、处理、分析和估计的数据处理电路12。应当指出的是，数据处理器8可以是具有嵌入式模拟测量电路、模数转换器等的数据处理电路12的一部分。
由模拟测量电路9执行测量，并且测量可以包括电压(举例来说，例如，Vce(当单个半导体开关2或逆变器功率模块1处于导通模式时，单个半导体开关2上或逆变器功率模块1上的集电器/发射器电压、栅极电压、Vdc电压(直流链路3电压)等)、电流(举例来说，例如，半导体开关2或逆变器功率模块1的输出、栅极电流等)、温度(举例来说，例如，单个半导体开关2或功率模块2的基板温度、功率模块的环境温度、冷却流体的温度等)。
根据半导体开关2的类型，电压和电流可以指不同的电压和电流，因此在本说明书中，术语“开关电压”至少指下述电压：
IGBT(集电器-发射器)的Vce、双极晶体管的Vce、MOSFET(漏极-源极)的Vds、晶闸管(阳极-阴极)的Vak、Vge/Vgate(栅极电压)(IGBT/MOSFET)、Vbe(基极电压)(双极晶体管)、Vgk(栅极阴极)(晶闸管)。
以同样的方式，可以由术语“开关电流”来指通过半导体开关2的电流，术语“开关电流”至少指下述电流：Igate(晶闸管)、Ibase(双极晶体管)等。
应当指出的是，本发明的智能栅极驱动单元7便于对电压(例如，Vce)和电流(例如，集电器电流(Ic)、Igate、Ibase等)的测量。
就此而言，应当指出的是，尽管上文只提到了半导体开关，但是可以对所有类型的半导体进行提及的测量，所有类型的半导体还包括通常用于具有半导体开关的配置中的二极管)。因此，当提到Vce时，这还包括Vka(晶闸管)，Vds(MOSFET)，Vf(二极管的正向电压)等。
应当指出的是，上述也可指操作参数。
由数据处理器8执行测量的处理(例如，包括分析和估计)。这种处理可以导致获知半导体开关2结温(半导体开关2和二极管(未示出)的结温)、一个或多个逆变器功率模块1的温度、对半导体开关2和逆变器功率模块1的疲劳程度和/或寿命终止的估计。基于在智能栅极驱动单元7中执行的测量或者部分在上级控制系统5中执行并且部分在智能栅极驱动单元7中执行的测量，也可以在上级控制系统5中执行该计算。
如所提到的，应当指出的是，数据处理器8不必物理地定位成智能栅极驱动单元7的一部分以执行上文所提到的对测量结果的处理。可是如果数据处理器8不位于智能栅极驱动单元7处，则优选的是，需要将大量数据传送到智能栅极驱动单元7或者从智能栅极驱动单元7传送出。备选地，用于不同任务的附加数据处理器(未示出)也可以作为智能栅极驱动单元7的一部分。
通常由图1中也示出的上级控制系统5执行对例如逆变器功率模块输出11的测量。应当指出的是，通过例如接口10将电流传感器13连接到智能栅极驱动单元7，智能栅极驱动单元7便于测量和处理逆变器功率模块输出11(即，开关电流，有时也指通过集电器的电流(即，Icollector))。
以同样的方式，由上级控制系统5控制对直流链路3电压(Vdc)的典型的测量。本发明的智能栅极驱动单元7还便于执行这种电压测量。
因此，利用图1示出的本发明的实施例的优选的目的是测量开关电压(即，IGBT的Vc)和开关电流(即，功率模块输出11)，并使用这些测量结果来计算半导体开关2/功率模块结温和半导体开关2的实时健康状态。该信息使得能够将半导体开关2驱动到接近其设计极限。
设计极限定义了例如设计的半导体开关2所传导的电流、半导体开关2的最大温度等。可以通过温度来给出驱动到设计极限的例子。如果半导体开关2的设计极限是150℃，开关2的控制系统的开发者通常会将该设计极限温度降低到诸如140℃的第一安全裕度，以确保不超过该设计极限温度。
对开关2的已知控制至少部分地基于开关2的温度模型，该温度模型考虑了各种参数，例如，通过开关2的负载电流、环境温度、开关的使用频率(即，使开关的温度自上一次打开开始具有一下降的变化)等。由于这些参数都与不确定性关联，所以只要温度模型估计开关2的温度低于例如130℃的第二安全裕度的温度，开关2的控制的设计者就将只使用该开关。
因此，本发明便于将半导体开关2驱动到接近第一安全裕度的温度，这是因为不是基于温度模型而是基于对开关2的应计测量来估计根据本发明的半导体开关2的温度，从而可以计算更加可靠的温度。在这种情况下，可以说根据第二安全裕度的控制是不必要的。
因此，如果开关2是逆变器的电力模块(power stack)的一部分，则由本发明的智能栅极驱动单元7控制的逆变器的可用性可能比由已知的栅极驱动器控制的逆变器的可用性具有更高的可用性。
应当指出的是，即使可以增加第一安全裕度的温度，即，可以减少第一安全裕度的温度和设计极限温度之间的差距，基于本发明原理的温度计算也已经被证明对于应计温度是非常正确的。
图2示出了位于两个逆变器功率模块1之间的直流链路3中的制动斩波器功率模块14。制动斩波器功率模块14由上文根据图1所描述的智能栅极驱动单元7控制。因此，对图1的实施例的描述也适用于图2所示的实施例。
制动斩波器便于例如在电网扰动的情况下保护可再生发电单元(优选为风力发电机组)。制动斩波器功率模块14包括作为逆变器功率模块1的一个或多个半导体开关2。制动斩波器可以包括超过一个的制动斩波器功率模块14，其可以包括一个或多个开关。如果只有一个开关，则为上开关或下开关。
在发生电网扰动的情况下，制动斩波器可以创建将来自直流链路3的电流传导到一个或多个卸荷负载16的电子电路。当不能将产生的功率提供给电网6时，这可消耗掉产生的电能。在有多于一个卸荷负载16的情况下，可以提供对分布在这些卸荷负载16上的负载的控制(未示出)。
在制动斩波器可以用于制动的正常操作期间，制动斩波器也可以用作超速保护。
备选的或另外的(虚线示出的)，制动斩波器可以位于发电机侧逆变器的前面。制动斩波器位于发电机逆变器的前面的目的和功能与上文描述的制动斩波器位于直流链路3中的目的和功能相同。该配置中的制动斩波器可以指短路器。
可以以与栅极驱动单元7是否控制逆变器功率模块1或者制动斩波器功率模块14相同的方式来实现栅极驱动单元7，并且其能够对数据执行相同的测量、处理、分析和估计。因此，图1和2所示的本发明的区别仅在于对功率模块1、14的使用(作为逆变器的一部分/作为制动斩波器的一部分)。
在制动斩波器的实施例中，制动斩波器功率模块输出15、卸荷负载16的温度、开关电压(在IGBT的情况下为Vce)和直流链路3电压(Vdc)对用于控制制动斩波器功率模块14的智能栅极驱动单元7来说是重要的。可以通过由栅极驱动单元7控制或执行的测量来提供所有的这种信息。备选地，例如，可以由上级控制系统5来执行该测量。
与制动斩波器功率模块14的控制有关的其他相关的测量可以是环境温度、开关电流、栅极电荷等。
该测量可以用于估计两个开关以及如上所述的用于阻截功率的电阻16的温度、疲劳程度、寿命终止等(即，所谓的虚拟结温，也称为开关结温或半导体结温。这些表述也涵盖了当半导体开关有时指二极管时的情况)。
制动斩波器通常仅在短时间内操作(通常以秒为单位)，因此可以使用更简单的传感器(例如，用于测量电流和温度的传感器)。例子可以是用于进行电流测量的高阻抗分流电阻器。
与图1所示的情况一样，例如，如果数据处理器8不是例如智能栅极驱动器7的一部分，也可以由上级控制系统5执行图2所描述的测量。
因此，图2示出的本发明的实施例的优选目的是测量Vdc、半导体开关2/功率模块14的输出电流15以及开关电压，并使用这些测量计算半导体开关2/功率模块14的结温和负载电阻器16的电阻器温度。另外，也可以确定功率模块14的疲劳程度/寿命。该信息/计算提供了如针对图1示出的实施例所描述的那样优于现有技术的相同的优点。
图3示出了根据本发明的优选实施例的、包括用于控制功率模块1、14的部件的印刷电路板18，所述功率模块1、14包括两个半导体开关2。智能栅极驱动单元7(即，栅极驱动器4A、4B)、模拟测量电路9和数据处理器8的部件都位于与上级控制系统5通信的相同的印刷电路板上。
应当指出的是，必要时数据处理器8可以位于印刷电路板18的外部。这将增加对印刷电路板18和数据处理器8之间通信线路的要求。
另外，应当指出的是，仅需要具有模拟测量电路9。也可以使用多于一个的模拟测量电路9(参见图6以及对其的描述)，并且根据对智能栅极驱动单元7的要求，模拟测量电路9可以包括附加的、未示出的模块或传感器。图3示出的模拟测量电路9仅示出有用于测量Vce的装置，但是如上文所述，模拟测量电路9可以便于在半导体开关2的各种模式中(导通模式、未导通模式和开关模式)进行多个不同测量。
优选地，每个功率模块都具有自己的印刷电路板，所述印刷电路板具有如上文所述的智能栅极驱动单元7。
优选地，由本领域技术人员已知的传统的工业数据通信系统来实现智能栅极驱动单元7、上级控制系统5、位于外部的数据处理器8等之间的通信链路19。通信链路19便于上级控制系统5和智能栅极驱动单元7/印刷电路板18之间的单向或双向信号总线。
应当指出的是，本发明的目的是在智能栅极驱动单元7测量所有相关的信号。可以通过智能栅极驱动单元7和上级控制系统5来实现所述的某些测量。在某些情况下，相关的测量存在于上级控制系统5中，并且可将这些测量发送到智能栅极驱动单元7，或者备选地，可以将来自智能栅极驱动单元7的信息发送到上级控制系统5进行处理。例如，处理可以是计算开关2的结温，该计算可能需要Vce和Icollector。
上级控制系统5可以向智能栅极驱动单元7提供栅极控制信号(开/关信号)。
通常，上级控制系统5通过传送开/关信号指示半导体开关2的开/关。应当指出的是，智能栅极驱动单元7可以基于可用的测量生成PWM。另外，数个控制功能(例如，电流共享控制和电流控制)可以是智能栅极驱动单元7的一部分。在这种情况下，上级控制系统5会将参考信号发送到智能栅极驱动单元7，同时可以在智能栅极驱动单元7中本地的生成PWM。
智能栅极驱动单元7必须执行的控制和测量越多，就需要越多的数据处理器。因此，除了数据处理器8之外，还可能需要附加数据处理器。
智能栅极驱动单元7可以向上级控制系统5提供如上文所述的原始测量数据或滤波后的测量数据、保护信号(例如，过电流、开关芯片/负载电阻器过热、击穿等)。
如上文所述，数据处理器8可以位于智能栅极驱动单元7的其他位置之外的另一个物理位置，例如，作为上级控制系统5的一部分。在这种情况下，不能由数据处理器8促进智能栅极驱动单元7和上级控制系统5之间的时间同步(通常如图3所示，数据处理器8位于印刷电路板18上)。时间同步是有利的，这是因为其使得例如电压和电流的测量的相关性便于电压和电流测量在时域的匹配。因此，上级控制系统5和智能栅极驱动单元7之间的通信链路19需要提供该时间同步。数据通信系统(例如，Ethercat(倍福自动化有限公司(BeckhoffAutomation GmbH)的注册商标))便于该时间同步并且可以用作通信链路19。应当指出的是，也可以使用专用的通信方案。
特别是在开关电压(在IGBT开关的情况下为Vec)和输出电流测量11、15不是由相同的单元(例如，智能栅极切换单元7和上级控制系统5)作出的方案中，上级控制系统5和智能栅极驱动单元7中的同步时间是重要的。这是因为，必须对电流测量和开关电压配对(并在同一时间点及时测量)以计算最精确的切换结温、电阻器温度等。因此，时间越同步，可以计算更精确的温度。
这也是本发明是有利的原因之一，因为其便于在智能栅极驱动单元7执行所有测量，从而对智能栅极驱动单元7和上级控制系统之间的时间同步的要求降低。
贯穿本文所描述的本发明便于在正常操作下和电网分配(例如，低电压穿越(LowVoltage Ride Through，LVRT)现象期间对风力涡轮机的转换器进行控制。
在本发明的实施例中，不主动冷却电阻器16，这是因为其在当时仅“运行”几秒钟。以同样的方式，也可以仅将制动斩波器的功率模块14置于金属板上，即，不主动冷却。
因为高电流(在正常操作(即，发电操作)期间和尤其在故障(例如，LVRT)期间)，所以功率模块1、14和包括智能栅极驱动单元7的附属的印刷电路板18的温度也高。为了控制这种高温，需要非常了解功率模块1、14和包括智能栅极驱动单元7的附属的印刷电路板18的热模型、热行为以及设计限制。
已知的半导体开关2的控制基于热模型，并且模型越好，需要的安全裕度就越小，所以就实现了对半导体开关的更好的利用。本发明通过直接在半导体开关上进行测量，热模型在原理上来说是多余的，这是因为实际的(或实时的)电压和电流是已知的，并且如果不对其进行测量，也可计算相关的温度(例如，开关结温和电阻器温度)。因此，将半导体开关驱动/装载到设计极限而无需安全裕度变得可能。实际上，在已经达到设计极限之前负载就会减少，这是因为可再生发电单元需要时间来进行减载发电。因此，通过实施本发明的智能栅极驱动单元7，与传统的基于热模型的控制相比，利开发功率模块1、14的更多容量变得可能。
例如，可以基于Vce相对于开关2或二极管22的电流特性，通过数据处理器8来计算功率模块1、14的结温。在高负载电流，由于键合线和互连线中的电压降，测量的Vce可能受到通过开关2或二极管22的负载电流的影响。智能栅极驱动单元7可以使用来自低电流注入器21的低电流通过对系统(即，Vce测量)进行校正而补偿这些额外电压降。在这种配置中，智能栅极驱动单元7包括将预定的电流注入到开关2或二极管22中的电路21。当开关2不导通任何负载电流时，可以进行该低电流注入。通过使用低电流，将可以减少键合线和互连的影响。低电流将低于负载电流的10％。图4示出的智能栅极驱动单元7便于该结温的计算。
图4示出的本发明的实施例正是由智能栅极驱动单元7推动的很多测量和计算的一个例子。实际上，可以在开关2上测量的任何参数均可以通过智能栅极驱动单元7来测量。
可以从直接在由如上文所述的智能栅极驱动单元7帮助的半导体开关2、功率模块1，14和/或印刷电路板18进行的测量获得该知识。
图5示出了由包括数据处理器8的智能栅极驱动单元7执行的对半导体开关2的控制的优点。在用于高功率半导体开关2的典型的栅极驱动器4(例如，ICBT)中，除了IGBT 2的基本驱动之外，还有数个功能。这种额外的功能是用于过电流保护的Vce饱和检测和在关闭期间保护IGBT 2免于过电压的有源钳位。典型的栅极驱动器4具有用于打开/关闭IGBT 2的固定的打开和关闭电阻器23(也称为栅极电阻器)。
通过将数据处理器8增加到智能栅极驱动单元7，可以基于系统的状况(通常为直流电压和负载电流(Icollector))来操纵上文描述的功能。
这种操纵动作可以例如包括：
·当直流链路电压高于有源钳位触发电压时，可以通过有源钳位开关24断开有源钳位功能。基于直流链路电压和IGBT栅极状态(开/关)，数据处理器8可以确定何时通过有源钳位开关24再次连接有源钳位电路。
·在某些负载情况下，可以无意地触发Vce饱和功能，即，触发饱和开关25。数据处理器8可以确定该状况并通过饱和开关25暂时断开Vce饱和功能。
·IGBT 2切换的行为至少取决于负载电流、直流电压和结温。通过了解这些情况和IGBT 2的切换之间的关系，数据处理器8可以通过利用一个或多个栅极电阻器开关26连接/断开一个或多个栅极电阻器23为IGBT改变栅极电阻器23。对栅极电阻器23的操纵可以与打开和关闭IGBT 2不同。也可以例如通过具有两个或更多个并行输出缓冲级，直接在栅极驱动器输出缓冲器执行该操纵。有时也将输出缓冲器称为晶体管(在栅极驱动器4)。
应当指出的是，上述的数据处理器8可以由专用于这些操纵动作的数据处理单元或新的附加数据处理单元代替。该(附加的)数据处理单元优选地也位于智能栅极驱动单元7。另外，应当指出的是，数据处理器8可以是微控制器、数字信号处理器、FPGA或等价物。
图6示出了测量电路9a，9b，9c、数据处理器8、半导体开关2、二极管29和电子元件27a，27b，27c。图6示出了用于测量半导体开关2上电压的不同的测量电路9a，9b，9c的实现方式，所述测量电路(一个、两个或者所有的三个一起)可以是本发明的智能栅极驱动单元7的实现方式的一部分。因此，当在贯穿本申请中提到测量电路9时，该测量电路可以实现为图6所示的测量电路并执行上文描述的测量。或者作为示出的测量电路9a，9b，9c中的单个测量电路，或者作为这些测量电路9a，9b，9c中的两个或三个的组合。示出的实现方式仅是用于测量半导体开关2两端的电压的测量电路的多个不同的可能实现方式中的一种可能的方式。
另外，图6还示出了阻断电流、分压等所必需的电子元件27a，27b，27c。再一次，图6仅示出了实现测量电路9a，9b，9c的一种方式，并且可能需要其他或附加的电子部件，或者所述其他或附加的电子部件将优化对一个或多个测量电路的测量。
测量电路9a在半导体开关2正导通电流时便于测量Vce，即，便于在导通模式进行电压测量。测量电路9b在半导体开关不导通电流时便于测量Vce，即，便于在不导通模式进行电压测量。测量电路9c在半导体开关两端的电压的状态从导通模式改变为不导通模式或者从不导通模式改变为导通模式的时间便于测量Vce，即，便于在切换模式进行电压测量。如所提到的，电子元件27a，27b，27c便于或优化所描述的电压测量。
如所示出的，测量电路9a，9b，9c正与数据处理器8通信，如上文所提到的，所述数据处理器8用于启动测量、分析数据、与其他数据处理器通信等。
图7示出了当半导体开关从导通模式切换到不导通模式时的电压V和电流I的曲线图。根据示出的实施例，半导体开关2的导通电流Ion约为2100A，半导体开关2上的电压Vce约为25V(在时间-5)。当半导体开关2处于不导通模式时，通过半导体开关的电流Ioff约为100A，半导体开关上的电压Vce约为1100V(在时间25)。应当指出的是，理论上Ioff和Von应当至少接近于0。
如上所述，来自以导通模式执行的测量电路9a的Vce的测量可例如用于在控制功率模块时减少不必要的安全裕度。可以通过至少包括阻断开关(例如，图6所示的MOSFET 27a)来执行该测量。应当指出的是，该MOSFET 27a不是如半导体开关2那样的功率电子装置。
来自以不导通模式执行的测量电路9b的Vce的测量可例如用于指示半导体开关2中的高的漏电流。该测量可以包括能够进行如图6所示的例如1:1000的分压的电子部件。
在本文中将导通和不导通模式之间的模式称为切换模式，但有时也称为关闭切换(图7所示)或打开切换。在本领域通常将切换模式何时开始和结束定义为实际负载的10％/90％。这方面的非限制性的例子可以是，如果半导体开关传导2200A，则导通模式结束/切换模式开始低于2200A 10％时，即，当开关传导1980A时。切换模式结束/不导通模式开始低于2200A 90％，即，当开关传导220A时。备选地，由启动开关的时间定义切换模式，启动开关的时间通常以微秒来测量。作为例子，将要把切换模式定义为从半导体开关启动测量的例如3-10us开始并且在从启动开始的例如15-20us结束。
从图7可以观察到，出现了瞬时关闭电压28(在时间5)。测量电路9c进行的有关瞬时关闭电压28的测量(例如，随着时间的漂移、最大电压、峰值/瞬时时间等)可以是有利的，这是因为，通过该测量信息，尤其可以推导出二极管29的信息。该信息可以包括例如二极管29的健康状况。
通常，仅在半导体开关2的状态从导通模式变换到不导通模式时，才会出现瞬时关闭电压。因此，相对于打开切换模式，最感兴趣的是在关闭切换模式(图7所示)中进行测量。可以出现打开切换模式中的测量是相关的情况。对瞬时关闭电压的测量可以包括电子元件27c，例如，如图6所示的二极管。
除了由测量电路9执行的测量所推动的优化控制之外，测量相对于错误检测和根本原因分析来说是非常有利的。这在错误的根本原因不明显的情况下尤其正确。在这种情况下，来自智能栅极驱动单元的特定测量中的数据是有价值的，这是因为，这些测量数据是所谓的原始测量，即，直接在例如开关2执行的测量而没有作处理，即，在获得测量时没有丢失信息或时间。另外，可以调整测量的采样率以符合使用测量数据的目的，因此，可以在GHz范围(例如，利用测量之间的1纳秒)进行测量。
进行具体测量的电子元件27、测量电路9a，9b，9c、二极管19、数据处理器8等的详细实现方式对本领域技术人员来说是不重要的，因此，本文没有对其作详细描述。因此，所描述的测量电路9的不同方面可以实现为单个测量电路或者两个或更多个独立的测量电路。实现方式的选择可以基于最相关的测量、硬件等而变化。
应当指出的是，所述要测量的值可以根据测量它们的模式而具有不同的值。因此，测量电路9或测量电路9的一部分可以在一种模式中给出期望的测量，而测量电路9或测量电路9的一部分可以例如在另一种模式中饱和。后面的情形的例子可以是测量处于不导通状态和导通状态的二极管电压。这种在不导通模式测量的结果将会是期望的值，而在导通模式测量的结果将是无用的，这是因为进行该测量的测量电路9(基于实现方式，或者是测量电路的一部分，或者是独立的测量电路)将处于饱和。应当指出的是，这种无用的测量例如由于部件或电路的饱和而被解释为测量结果。
如上文所提到的，半导体开关2还可以包括二极管，例如，图6所示的二极管29，在这种情况下，可以将开关电压称为Vd(Vdiode)。通常，半导体开关2是IGBT(电压称为Vce)、MOSFET/碳化硅MOSFET(电压称为Vds)开关。
当附图的部件相同时，附图的参考标号相同，这说明示出的实施例是相同的发明并且可以在不受限制的情况下合并。另外，本发明的智能栅极驱动器不限于附图中示出的使用，而是可以用于在任何合适的应用中控制任何类型的半导体开关。
因为使用了所需的通信链路19(以及未编号的)，所以在实现本发明时，示出通信链路19(以及未编号的)的附图上的线不是限制性的。这也适用于通信接口10，其可以是实现本发明所需的任何硬件插座、软件协议映射数据等。
应当指出的是，即使在整个说明书中发明被针对可再生发电单元描述，但是，智能栅极驱动器7也可以用在其他应用的开关控制中。
另外，应当指出的是，例如，功率转换器可以包括图1示出的实施例和图2示出的实施例。实际上，可以在同一个实施例中实现在贯穿本专利申请中描述的所有的实施例，即，所有的实施例可以包括在相同的智能栅极驱动单元7中。
应当指出的是，尽管在任何图中(除了图4)均未示出，但是开关2通常用在具有反并联二极管22的配置中。二极管也可以是和开关2一样的半导体装置，并且智能栅极驱动单元也便于在该二极管22上的测量。
列表
1.功率模块(逆变器应用)
2.半导体开关
3.直流链路
4.栅极驱动器
5.上级控制系统
6.公用电网
7.智能栅极驱动单元
8.数据处理器
9.模拟测量电路
10.接口
11.功率模块输出(逆变器应用)
12.数据处理电路
13.电流传感器(逆变器应用)
14.功率模块(制动斩波器应用)
15.功率模块输出(制动斩波器应用)
16.制动斩波器电阻器
17.电流传感器(制动斩波器应用)
18.印刷电路板
19.通信链路
20.发电机
21.电流注入器
22.二极管
23.栅极电阻器
24.有源钳位开关
25.饱和开关
26.栅极电阻器开关
27.电子元件
28.瞬时关闭电压
29.二极管

Claims (23)

1.一种智能栅极驱动单元(7)，其用于控制功率模块(1,14)的上DC端子和下DC端子之间的半桥结构的至少两个半导体开关(2)，所述智能栅极驱动单元(7)包括：
至少两个栅极驱动器(4)，所述至少两个栅极驱动器(4)中的每个被配置为控制所述至少两个半导体开关(2)中的一个半导体开关的开关，以及
模拟测量电路(9)，所述模拟测量电路(9)被配置为当所述至少两个半导体开关(2)处于导通模式时，测量所述至少两个半导体开关(2)中的至少一个半导体开关的模拟电压，
其中，所述模拟测量电路(9)的参考电势是所述半桥的中间点，使得所述模拟测量电路(9)被配置为测量所述至少两个半导体开关(2)中的在所述半桥的中间点和所述上DC端子之间或者在所述半桥的中间点和所述下DC端子之间的至少一个半导体开关的模拟电压。
2.根据权利要求1所述的智能栅极驱动单元(7)，其中，所述模拟测量电路(9)还便于在切换模式测量所述模拟电压。
3.根据权利要求1或2所述的智能栅极驱动单元(7)，其中，所述模拟测量电路(9)还便于在不导通模式测量所述模拟电压。
4.根据权利要求3所述的智能栅极驱动单元(7)，其中，所述模拟测量电路(9)包括用于在不导通模式期间阻断通过所述半导体开关的高电压的半导体设备。
5.根据权利要求1或2所述的智能栅极驱动单元(7)，其中，来自所述模拟测量电路(9)的测量包括测量功率模块的输出电流(11,15)和/或直流链路(3)的电压。
6.根据权利要求5所述的智能栅极驱动单元(7)，其中，所述智能栅极驱动单元(7)还包括数据处理器(8)，其便于在智能栅极驱动单元(7)计算半导体开关结温。
7.根据权利要求1或2所述的智能栅极驱动单元(7)，其中，一个或多个功率模块(1,14)是逆变器的一部分或者是制动斩波器的一部分。
8.根据权利要求1或2所述的智能栅极驱动单元(7)，其中，所述智能栅极驱动单元被配置为控制由各个半导体开关(2)导通的负载。
9.根据权利要求6所述的智能栅极驱动单元(7)，其中，所述数据处理器(8)便于所述模拟电压和所述功率模块(11,15)的输出电流的测量之间的时间同步，和/或所述直流链路的电压和所述功率模块(11,15)的输出电流的测量之间的时间同步。
10.根据权利要求1或2所述的智能栅极驱动单元(7)，其中，所述模拟测量电路(9)被进一步配置为测量包括以下参数的列表中的一个或多个：Vdc、所述半导体开关的输出电流、栅极电流、栅极电荷和/或栅极电压。
11.根据权利要求1或2所述的智能栅极驱动单元(7)，其中，来自所述模拟测量电路(9)的测量便于估计包括以下参数的列表中的至少一个或多个：半导体开关结温、半导体开关基板温度、制动斩波器电阻器温度、半导体开关的疲劳程度、制动斩波器电阻器的疲劳程度、半导体开关的寿命终止和/或制动斩波器电阻器的寿命终止。
12.根据权利要求6所述的智能栅极驱动单元(7)，其中，所述数据处理器(8)便于产生用于控制一个或多个功率模块(1,14)的一个或多个半导体开关(2)的脉冲宽度调制信号，和/或便于控制通过所述功率模块(1,14)的一个或多个半导体开关(2)的电流。
13.根据权利要求1或2所述的智能栅极驱动单元(7)，其中，所述智能栅极驱动单元(7)便于所述一个或多个半导体开关(2)的过电流保护和/或过温保护。
14.根据权利要求1或2所述的智能栅极驱动单元(7)，其中，所述半导体开关(2)的切换行为被配置为借助于一个或多个栅极电阻器控制，其中，所述一个或多个栅极电阻器的值基于测量的、用于控制一个或多个栅极电阻器开关(26)的操作参数而变化。
15.根据权利要求1或2所述的智能栅极驱动单元(7)，其中，所述半导体开关(2)的过电压保护被配置为借助于有源钳位开关(24)基于操作参数的测量而禁用。
16.根据权利要求1或2所述的智能栅极驱动单元(7)，其中，所述半导体开关(2)的过电流保护被配置为借助于饱和开关(25)基于操作参数的测量而禁用。
17.根据权利要求1或2所述的智能栅极驱动单元(7)，其中，所述智能栅极驱动单元被配置为与上级控制系统(5)通信以获得期望的切换模式，并从而从所述功率模块(1,14)获得期望的输出。
18.根据权利要求17所述的智能栅极驱动单元(7)，其中，所述智能栅极驱动单元(7)执行的控制基于从所述模拟测量电路获得的测量和/或根据从所述上级控制系统(5)接收的数据而进行。
19.根据权利要求17所述的智能栅极驱动单元(7)，其中，所述智能栅极驱动单元(7)执行的控制至少包括具有以下控制的列表中的一个或多个：使能有源钳位功能、禁用有源钳位功能、改变栅极电阻器的值、在功率模块(1,14)中负载共享、打开半导体开关(2)、关闭半导体开关(2)。
20.根据权利要求1所述的智能栅极驱动单元(7)，其中，所述模拟测量电路(9)进一步被配置为将所述模拟电压输出到数据处理器(8)；其中，所述数据处理器(8)被配置为接收表示所述半桥的输出电流的信号，使得所述数据处理器(8)被配置为基于在所述导通模式期间获取的模拟电压测量以及基于表示所述半桥的输出电流的信号计算所述至少两个半导体开关(2)中的至少一个半导体开关的温度。
21.一种印刷电路板(18)，其包括根据权利要求1-20中的任意一项所述的、用于控制一个或多个功率模块(1,14)的一个或多个半导体开关(2)的智能栅极驱动单元(7)。
22.一种风力涡轮机，其包括一个或多个功率模块(1,14)，所述一个或多个功率模块(1,14)的半导体开关(2)由如权利要求1-20中的任一项所述的智能栅极驱动单元(7)控制。
23.一种风力涡轮机，其包括一个或多个功率模块(1,14)，所述一个或多个功率模块(1,14)的半导体开关(2)由如权利要求21所述的印刷电路板(18)所包括的智能栅极驱动单元(7)控制。
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