CN105359414A

CN105359414A - 同步并行电源开关

Info

Publication number: CN105359414A
Application number: CN201480037544.3A
Authority: CN
Inventors: R·莱尔; M·斯努克; R·J·林翰
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Scheubeck GmbH and Co
Priority date: 2013-07-04
Filing date: 2014-06-17
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2034-06-17
Also published as: EP3017544B1; CN105359414B; JP2016524447A; KR20160030551A; JP6438018B2; EP3017544A1; KR102221644B1; GB201311997D0; US9762114B2; US20160126822A1; WO2015001311A1

Abstract

本发明一般涉及用于控制(例如在功率转换器中使用的)并行耦接功率半导体开关设备(3)的切换的方法和电路。在示例中，提供了一种用于控制并行耦接功率半导体开关设备(3)的切换的电路，该电路包括：多个驱动模块(2)，每个所述模块用于控制所述功率半导体开关设备(3)；控制电路，用于将切换命令信号传送到模块，每个所述切换命令信号用于触发所述驱动模块以控制所述功率半导体开关设备切换状态；以及驱动模块与控制电路之间的电压隔离，其中用于控制所述设备的每个所述驱动模块包括：用于将设备的切换延迟与参考延迟比较的定时电路(22)，其中所述切换延迟是在驱动模块处检测到所述切换命令信号与根据所检测到的切换命令信号的设备的切换之间的时间间隔；以及用于通过继所检测到的切换命令信号后在模块处接收到的切换命令信号提供可控制的延迟以延迟所述触发的延迟电路(21)，延迟电路被配置为根据设备的所述切换延迟的所述比较的结果控制可控制的延迟，从而降低参考延迟与根据随后的切换命令信号切换的设备的所述切换延迟之间的时间差。

Description

同步并行电源开关

技术领域

本发明一般涉及用于控制(例如在功率转换器中使用的)并行耦接功率半导体开关设备的切换的方法和电路。

背景技术

功率转换器(诸如AC至DC转换器或DC至AC逆变器)可以包括并联和/或串联电源开关设备(诸如绝缘栅双极型晶体管(IGBT))的网络。这种转换器可以用于从低电压芯片到计算机、机车以及高电压传送线的范围的应用。更具体的示例应用是可以例如从海上风电设施运送功率的类型的高压DC传送线中的开关，以及用于电机等(例如机车电机)的中压(例如大于1KV)开关。

转换器可以包括一个或多个控制器，例如，确定电源开关设备的集合的所需的状态的智能设备。此外，转换器可以包括开关单元，诸如控制单个电源开关设备的状态的智能“栅极驱动器”。还可以提供传感器(诸如温度或电流传感器)和/或致动器(诸如冷却系统泵)。电源开关设备的示例包括双极型设备(诸如IGBT)、场效应晶体管(FET)(诸如MOSFETS(垂直的或横向的)和JFET)、以及潜在设备(诸如LILET(横向反型层发射极晶体管)、SCR等)。然而，这里所描述的技术不限于任何特定类型的通用转换器架构或任何特定类型的电源开关设备。

这种并联设备的使用可以期望来提供所需的输出功率。这种布置可以容许模块化解决方案，借以功率输出可以按比例缩放到通用平台周围。附加地或选择性地，益处可以包括通过降低在给定拓扑结构中的寄生效应、较低的成本和/或特别在高电压处非常高的功率输出的增强性能。

然而，考虑到这种并行布置的操作，设备与驱动参数(例如，IGBT和相应的栅极驱动参数；栅极驱动器包括驱动IGBT栅极端子的电路)之间的差异可以意味着仅仅响应于输入信号(例如，来自中央控制器的PWM信号)切换每个设备是不够的。这种简单的切换控制可以导致并行设备之间不好的电流共享/平衡，例如如果定时差异大于几十纳秒，则其可以影响可靠性。就这一点而言，要注意通过在到栅极驱动器的常规命令接口上的偏离(skew)可以引入一些定时不确定性，特别是在中央控制器与栅极驱动器之间需要高电压隔离的情况下，并且其可以类似地降低设备切换的同步性。类似地，在电感在并联设备中的每个之间没有完全平衡的情况下，在每个设备上电压可以不同步变化。当设备(诸如IGBT模块)的间隔(由于它们的物理尺寸)较大时，这是极有可能的。

在常规简单的切换控制实现的情况下，电流不平衡的预期通常使得设计者下调设备的估值，例如，10-20％；然而，对于更快的切换设备，降额幅度可以更高。因此，IGBT模块用户可以采用比给定应用所需的更多的模块。

因此，电源开关设备控制领域仍然需要提供优势(诸如，尤其是，提高并联电源开关设备之间的电流共享、成本、尺寸、物料清单(例如，电源开关设备模块的数目)、可靠度、和/或用于给定应用的功率消耗等)的方法。

为了用来理解本发明，下面的公开内容被参考：

DecentralizedActiveGateControlforCurrentBalancingofParallelConnectedIGBTModules-论文；Y.Lobsiger，等-2011；在http://www.pes.ee.ethz.ch/uploads/tx_ethpublications/15_Decentralized_Active_Gate_EPE2011.pdf可以找到；以及

ActiveGateControlforCurrentBalancingofParallel-ConnectedIGBTModulesinSolid-StateModulators-论文；JohannW.Kolar,等-2008；http://www.pes.ee.ethz.ch/uploads/tx_ethpublications/bortis_IEEETrans_ActiveGate.pdf。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于控制并行耦接功率半导体开关设备的切换的电路，所述电路包括：多个驱动模块，每个所述模块用于控制所述功率半导体开关设备；控制电路，用于将切换命令信号传送到模块，每个所述切换命令信号触发所述驱动模块以控制所述功率半导体开关设备切换状态；以及驱动模块与控制电路之间的电压隔离，其中用于控制所述设备的每个所述驱动包括：定时电路，用于比较设备的切换延迟与参考延迟的，其中所述切换延迟是在驱动模块处检测到所述切换命令信号与根据所检测到的切换命令信号的设备的切换之间的时间间隔；以及延迟电路，用于通过继所检测到的切换命令信号后在模块处接收的所述切换命令信号提供可控制的延迟以延迟所述触发，该延迟电路被配置为根据设备的所述切换延迟的所述比较的结果控制可控制的延迟，从而较少参考延迟与根据随后的切换命令信号切换的设备的所述切换延迟之间的时间差。

因此，实施例可以调节电源开关设备(一个或多个)相对于它们各自的命令信号的切换延迟(一个或多个)，以降低多个设备的切换延迟中的差异和/或降低随时间设备的切换延迟的变化。由于诸如每个设备和/或电路中(例如，驱动模块(一个或多个)中)的其它设备的温度、供电电压、寿命等因素，这种变化/差异可以产生。

通常，实施例可以有利地容许耦接到模块的每个切换设备的切换延迟被控制，使得该延迟已知和/或相对于切换命令恒定。这可以容许由于产生切换命令信号或从控制电路向设备的相关开关输出切换命令信号造成的全时间延迟是更加可预测的和/或非常短的，例如可以使用用于切换命令信号的专用传送线/信道获得。容许所有设备的切换次数已知和/或相对于各自的命令信号的检测恒定可以有利于这种并联设备中的电流共享，因为这种设备的切换的更大的定时变化可以导致设备中的不相等的电流分布。优选地，因此各自的设备的时间差均降低至基本(例如，精确地)为零，使得切换设备被控制为等于参考延迟。在模块的这种参考延迟相等的情况下，多个设备的接通(断开)可以是同时的，例如在从控制电路到模块的命令信号传送中存在非常低或基本为零的倾斜的情况下。

要注意，两个或更多个电源开关设备可以被相同的驱动模块控制，和/或驱动模块的子组可以被提供在更大的模块中。不管如何，实施例可以被提供以基于上述比较调整用于设备中的任何一个或多个的可控制的延迟。

还要注意，控制电路可以是用于将命令信号发送给全部模块的控制器。切换命令信号可以包括过渡，例如，低到高或数字“0”到“1”(或反之亦然)，以命令驱动模块(例如，分别在集电极与发射极之间，或双极型和场效应设备的源极与漏极之间)将设备接通(断开)，即，以变为导通，以及相反地用于将设备切断，即，以变为基本非导通。

相对于模块的控制电路的电压隔离件可以包括，例如，变压器(一个或多个)和/或光耦合器(一个或多个)，其可以适用于容许数据和/或功率的传送。该隔离件可以包括一个或多个隔离器，例如，具有一个或多个模块的每个模块或每个位置。

为了执行比较，定时电路可以包括用于测量设备的切换延迟的计时器，定时电路被配置为通过比较所测量的切换延迟与参考延迟的存储值来执行比较，其中所述随后的时间差下降是相对于所述测量的时间差而言的。如上述类似地，测量可以包含测量切换延迟的持续时间，例如，测量从触发驱动模块切换设备开始到设备的切换结束的时间间隔，从而指示切换延迟。针对设备，优选地所有设备的随后的时间差的下降一般理想地基本(例如，精确地)为零。因此，任何相应的随后的设备的切换延迟将基本等于用于与该设备相关的比较的参考延迟。这一参考延迟可以是，例如，在驱动设备的模块处接收的或局部存储的参数，和/或(例如，通过计时器/计数器的暂停或通过具有与参考延迟对应的长度的串行缓冲器的比特的移位)可以在硬件中实现。

为了容许时间差逐步降低，电路可以被配置为，响应于模块的一系列所述测量的时间差中的每一个，控制模块的所述可控制的延迟从而使跟随的模块的所述时间差降低小于所测量的时间差的量，使得连续的该系列的所述时间差向着零收敛。降低较少的量可以容许控制到模块的一连串的命令信号随着设备的若干切换循环(连贯的接通周期+断开周期)逐步降低时间差。例如，在将要同时在两个或更多个模块中进行相对大的可控制的延迟调整的情况下，这可以是有利的。

可选择地，通过使用包括用于指示等于参考延迟以及从命令信号检测开始的持续时间的结束的计时器的定时电路该比较可以被可执行，定时电路被配置为执行该比较，包括检测设备的切换发生在所指示的结束之前、所指示的结束之时和/或所指示的结束之后。

为了比较切换和参考延迟，计时器因此可以用于从定时触发(例如，(例如，一旦在模块处收到)切换命令信号的检测)到参考延迟的结束计时，和/或切换设备的端子(例如，源极、漏极、集电极或发射极)可以被监控以检测设备状态的切换的时刻。然后，实施例可以检测设备切换发生在参考延迟结束之前或之后，并且优选地之前多久或之后多久(例如，之前/之后多少时钟循环)。然而，要注意比较可以包含比较测量切换时间与存储参考延迟值，或可以包含指示参考延迟结束的定时，从而能够检测状态切换发生在参考延迟之前、之时或之后，即，切换延迟比参考延迟短、与参考延迟相等或比参考延迟长。

为了改善的同步，每个驱动模块可以被配置为基于模块的参考延迟执行所述比较，模块的参考延迟具有当模块基本同时接收到触发设备的控制以切换状态的切换命令信号时，使所述电源开关设备的切换基本同步的值。如果值是相等的并且在不同的模块处命令信号的到达之间存在非常低或基本零倾斜时，其可以导致高度同步的设备切换。有利地，这可以提供设备中的良好的电流共享。

当每个所述驱动模块被配置为实现所述可控制的延迟的所述控制时，当设备同时切换时由设备传导的电流中的差异可以被降低。例如，当设备同时切换时，由设备传导的源极-漏极或发射极-集电极电流中的差异可以被降低。就这一点而言，要注意切换期间同步切换一般降低电流差异，其又可以有助于静态电流共享，但可能不有助于完全接通模块之间的自身平衡电流。这可以从图6a中看出，其中每个模块中的电流趋向自然收敛。

还可以提供电路，其中控制电路被配置为当每个所述驱动模块执行所述可控制的延迟控制时进行控制。然后，例如，通过基本同时调整在各自的驱动模块处的可控制的延迟元件，控制电路可以能够确保对于所有模块和/或设备，可控制的延迟是同时更新的。这可以降低驱动模块/设备脱离同步性的可能性。附加地或可选择地，如果基于驱动模块的时间差的误差信号被传送到控制电路，控制电路可以基于各自的模块和/或设备的时间差应用取平均值或其它功能并且相应地将可控制的延迟调整值返回到每个驱动模块，以确定对一个或多个可控制的延迟的改变。进一步附加地或可选择地，例如通过控制电路，每个驱动模块的参考延迟可以是可编程的。

在实施例中，其中延迟电路包括可控制的计时器并且被配置为调整计时器的定时周期值以实现所述可控制的延迟，计时器优选地被配置为控制所述切换命令信号的缓冲时间，和/或其中延迟电路被配置为调整随后的切换命令信号的驱动强度从而实现所述可控制的延迟。这种驱动强度控制可以包含当生成命令信号和/或衰减或放大所接收的和/或所检测的命令信号时，调整驱动强度控制参数。然而，使用可控制的计时器来计时信号的缓冲可以实现延迟，使得通过设定时间延迟参数以控制缓冲持续时间来控制延迟。

还可以提供电路，其中用于控制所述设备的至少一个所述驱动模块被配置为测量模块的第一所述时间差和模块的第二所述时间差，其中：第一测量的时间差是第一所述参考延迟与接通的设备的所述切换延迟之间的接通时间差；以及第二测量的时间差是第二所述参考延迟与断开的设备的所述切换延迟之间的断开时间差，其中所述驱动模块被配置为：根据接通时间差控制驱动模块的所述可控制的延迟，从而降低随后的驱动模块的所述接通时间差；以及根据断开时间差控制驱动模块的所述可控制的延迟，从而降低随后的驱动模块的所述断开时间差，其中接通参考延迟与断开参考延迟基本相等(注意在其它实施例中，它们可以不相等)。接通和断开参考延迟的这种相等容许设备的状态切换精确地跟随切换命令信号的过渡(例如，脉冲宽度调制(PWM)切换命令信号的过渡)。

在优选的实施例中，电路被提供以控制(例如，全桥或半桥)桥电路的电源开关设备。功率半导体开关设备包括桥电路的相桥臂的上下切换设备，其中：所述驱动模块被配置为执行所述比较以及基于所述比较执行所述可控制的延迟控制，从而通过在驱动模块处接收的切换命令信号控制所述触发的延迟，以用于控制下部设备；以及所述驱动模块被配置为执行所述比较以及基于所述比较执行所述可控制的延迟控制，从而通过在驱动模块处接收的所述切换命令信号控制所述触发的延迟，以用于控制上部设备，桥电路用于降低上下部设备的切换之间的死区时间。

还可以提供电路，包括光纤接口，控制电路被配置为经由光纤接口执行所述切换命令信号传送。在比较结果(例如，作为误差信号)被模块发送到控制电路的情况下，这可以通过相同的接口发送。

还可以提供电路，包括用于所述切换命令信号传送的专用电接口，控制电路被配置为经由该专用电接口执行所述切换命令信号。

还可以提供电路，其中功率半导体开关设备包括至少一个IGBT。

在优选的实施例中，提供了一种包括任何前述权利要求的电路的功率转换器。这种转换器可以用于ac-dc转换，然而选择性地可以为dc-ac逆变器。

根据本发明的第二方面，提供了一种控制并行耦接功率半导体开关设备的切换的方法，所述方法使用控制电路将切换命令信号传送到驱动模块，所述驱动模块与控制电路电压隔离，每个所述切换命令信号触发所述驱动模块以控制所述功率半导体开关设备切换状态，所述方法包括为每个所述设备执行以下步骤：在所述驱动模块处比较所述设备的切换延迟与参考延迟，其中所述切换延迟是在驱动模块处检测到所述切换命令信号与根据所检测到的切换命令信号的设备的切换之间的时间间隔；以及通过继所检测到的切换命令信号后的所述切换命令信号控制驱动模块的可控制的延迟以延迟至少一个所述触发，所述控制根据比较的结果，从而降低参考延迟与根据随后的切换命令信号的设备的所述切换延迟之间的时间差。

因此，类似地如针对第一方面，对比可以针对设备的第一切换循环中的接通(断开)执行，并且用于控制随后的(优选地在下一切换循环中的)接通(断开)的时间差。

还可以提供方法，为所述功率半导体开关设备执行所述步骤，其中所述设备的所述切换包括所述设备接通；为所述功率半导体开关设备执行所述步骤，其中所述设备的所述切换包括所述设备断开；其中与设备的接通的切换延迟比较的参考延迟和与设备的断开的切换延迟比较的参考延迟是基本相等的。

还可以提供方法，其中所述功率半导体开关设备包括桥电路的相桥臂中的上下部设备，所述方法包括为所述上下部设备中的每一个执行所述步骤，以降低上下部设备的切换之间的死区时间。在这一死区时间期间，两设备均可以断开，即，相桥臂可以完全非导通。

还可以提供方法，其中所述比较包括在驱动模块处测量参考延迟与设备的切换延迟之间的时间差，以及比较所测量的时间差与参考延迟的存储值，其中所述降低的时间差是相对于所述测量的时间差而言的。这种测量可以包含在参考延迟结束与检测设备的状态切换的时间之间测量。

还可以提供方法，其中所述控制所述可控制的延迟包括随着设备的多个切换循环的可控制的延迟元件的一系列调整，从而逐步地降低所述时间差。

为了确定接通参考延迟用作第二方面中的参考延迟，实施例可以包括确定用于与所述设备的所述切换延迟的所述比较的接通参考延迟，所述切换延迟是相对于接通设备的所述触发的设备的接通延迟，所述确定基于以下参数中的至少一个：用于给至少一个所述驱动模块供电的电源的顺从电压；用于在接通状态中驱动所述功率半导体开关设备的端子的最大输入电阻(例如，栅极驱动ON(接通)电阻器最大容差，另外称为’RON最大)；优选地在最小期望温度处，功率半导体开关设备的最大接通阈值电压(例如，在最小温度处的最大IGBT阈值电压)；和/或功率半导体开关设备的最大控制端子电容(例如，设备的所有这种电容的最大栅极电容Cg；Cg可以包括与IGBT并联的栅极-集电极电容Cgc和栅极-发射极电容)。

类似地，为了确定断开参考延迟以用作第二方面中的参考延迟，实施例可以包括确定用于与所述设备的所述切换延迟的所述比较的断开参考延迟，所述切换延迟是相对于断开设备的所述触发的设备的断开延迟，所述确定基于以下参数中的至少一个：用于给至少一个所述驱动模块供电的电源的顺从电压；用于在断开状态中驱动所述功率半导体开关设备的端子的最大输入电阻(例如，栅极驱动OFF(断开)电阻器最大容差，另外称为’ROFF最大)；优选地在最大期望温度处，功率半导体开关设备的最小断开阈值电压(例如，在最小温度处的最大IGBT阈值电压)；和/或功率半导体开关设备的最大控制端子电容(如上所述)。

在以上参考延迟确定实施例两者均被使用的情况下，将用于所述比较的每个参考延迟可以确定为等于所确定的接通参考延迟与所确定的断开参考延迟中较大的延迟。

还可以提供可操作为确定用于所述方法的所述参考延迟的计算机程序，所述确定基于以下参数中的至少一个：优选地在最大期望温度处，最小功率半导体开关设备断开阈值电压(例如，在最小温度处的最大IGBT阈值电压)；优选地在最小期望温度处，最大功率半导体开关设备接通阈值电压(例如；在最小温度处的最大IGBT阈值电压)；最大功率半导体开关设备控制端子电容(例如，如上所述)；最小温度，其可以是功率转换器内部温度或外部温度和/或设备的特定温度；最大温度(类似地内部温度或外部温度或特定地与设备温度相关的温度)；给驱动模块的最小正供电电压；给驱动模块的最大负供电电压；用于在接通状态中驱动所述功率半导体开关设备的端子的最大输入电阻(例如，栅极驱动ON(接通)电阻器最大容差，另外称为’RON最大)；用于在断开状态中驱动所述功率半导体开关设备的端子的最大输入电阻(例如，栅极驱动OFF(断开)电阻器最大容差，另外称为’ROFF最大)；和/或用于驱动所述电源开关设备的所述驱动模块的最大传输延迟，从在驱动模块处接收切换命令信号到所述驱动模块激活功率半导体设备的切换的延迟。

根据本发明的第三个方面，提供了一种用于控制并行耦接功率半导体开关设备的切换的电路，该电路包括将切换命令信号传送到驱动模块的控制电路，每个所述切换命令信号触发所述驱动模块以控制所述功率半导体开关设备切换状态，针对每个所述驱动模块，该电路包括：用于在所述驱动模块处比较参考延迟与所述设备的切换延迟的工具，其中所述切换延迟是在驱动模块处检测到所述切换命令信号与根据所检测到的切换命令信号的设备的切换之间的时间间隔；以及用于通过继所检测到的切换命令信号的所述切换命令信号控制驱动模块的可控制的延迟以延迟至少一个所述触发的工具，所述控制根据比较的结果，从而降低参考延迟与根据随后的切换命令信号的设备的所述切换延迟之间的时间差。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括用于控制功率半导体开关设备的切换的电路的桥电路，该电路包括：多个驱动模块，每个所述模块用于控制所述功率半导体开关设备；控制电路，用于将切换命令信号传送到模块，每个所述切换命令信号触发所述驱动模块以控制所述功率半导体开关设备切换状态；以及驱动模块与控制电路之间的电压隔离，其中用于控制所述设备的每个所述驱动模块包括：定时电路，用于比较参考延迟与设备的切换延迟，其中所述切换延迟是在驱动模块处检测到所述切换命令信号与根据所检测到的切换命令信号的设备的切换之间的时间间隔；以及延迟电路，用于通过继所检测到的切换命令信号后在模块处所接收的所述切换命令信号提供可控制的延迟以延迟所述触发，该延迟电路被配置为根据设备的所述切换延迟的所述比较的结果控制可控制的延迟，从而降低参考延迟与根据随后的切换命令信号切换的设备的所述切换延迟之间的时间差，其中功率半导体开关设备包括桥电路的相桥臂的上下切换设备，其中：所述驱动模块被配置为执行所述比较以及基于所述比较执行所述可控制的延迟控制，从而通过在驱动模块处所接收的所述切换命令信号控制所述触发的延迟，以用于控制下部设备；以及所述驱动模块被配置为执行所述比较以及基于所述比较执行所述可控制的延迟控制，从而通过在驱动模块处所接收的所述切换命令信号控制所述触发的延迟，以用于控制上部设备，桥电路用于降低上下部设备的切换之间的死区时间。

该方面可以与第一方面的可选特征的任何一个或多个结合，其中被称为与第一方面有关的并行耦接电源开关设备被称为与该方面有关的上下切换设备替换。

在不同的布置中，上下部设备可以被具有两个或更多个并行相桥臂的桥电路的各自的并行相桥臂中的切换设备替换，该布置容许相对于另一个的一个并行设备的切换延迟降低，而不是串行设备的切换之间的死区时间降低。

根据本发明的另一方面，提供了一种控制功率半导体开关设备的切换的方法，该方法使用控制电路将命令信号传送到驱动模块，所述驱动模块与控制电路电压隔离，每个所述切换命令信号触发所述驱动模块以控制所述功率半导体开关设备切换状态，该方法包括为每个所述设备执行以下步骤：在所述驱动模块处比较参考延迟与所述设备的切换延迟，其中所述切换延迟是在驱动模块处检测到所述切换命令信号与根据所检测到的切换命令信号的设备的切换之间的时间间隔；以及通过继所检测到的切换命令信号后的所述切换命令信号控制驱动模块的可控制的延迟以延迟至少一个所述触发，所述控制根据比较的结果，从而降低参考延迟与根据随后的切换命令信号的设备的所述切换延迟之间的时间差，其中所述功率半导体开关设备包括桥电路的相桥臂中的上下部设备，该方法包括为所述上下部设备中的每一个执行所述步骤，以降低上下部设备的切换之间的死区时间。

该方面可以与第二方面的可选特征的任何一个或多个结合，其中称为与第二方面有关的并行耦接电源开关设备被称为与该方面有关的上下切换设备替换。

在不同的技术中，上下部设备可以被具有两个或更多个并行相桥臂的桥电路的各自的并行相桥臂中的切换设备替换，该技术容许相对于另一个的一个并行设备的切换延迟降低，而不是串行设备的切换之间的死区时间降低。

优选实施例在随附独立权利要求中定义。

以上方面的任何一个或多个和/或以上优选实施例的可选特征的任何一个或多个可以以任何排列组合。

附图说明

为了更好理解本发明以及示出本发明如何生效，现在将通过示例参考附图，其中：

图1示出了包括驱动模块的系统实施例的框图；

图2示出了图1的驱动模块的框图，其中t_difference＝t_reference-t_switch以及t_on＝t_command+t_delay；

图3a和3b示出了用于图1和2的实施例的定时图，其中t_difference＝t_reference-t_switch以及t_on＝t_command+t_delay；以及

图4示出了如可以在转换器实施例(例如，多相桥臂逆变器)中发现的切换设备(仅呈现为例如IGBT)的网络，其中每个切换设备可以被驱动模块驱动，例如如在图1至3中示出的；

图5(a)示出了功率切换装置(诸如逆变器)内的控制电路块；在具有一个或多个相桥臂的每个相桥臂部分中，这一装置可以具有一个或多个电源开关设备5a，5b，以及每个驱动模块2(诸如图1的驱动模块2a或2b)可以耦接到各自的控制器1和/或多个驱动模块2可以共同地耦接到控制器1，驱动模块2与控制器(一个或多个)1电压隔离；以及图5(b)示出图5(a)的选择性布置；

图6(a)示出了三个并行设备的共享性能(时间在x轴上，相对电流在y轴上)，以及图6(b)示出了启用了自适应并行控制的实施例中的三个并行设备的共享性能(时间在x轴上，相对电流在y轴上)；

图7示出了用于使在接通和断开处的电流沿同步的布置的功能性分解的细节；

图8示出了(a)IGBT电感以及(b)Vee上观测的dI/dt输出。

图9(a)示出了在接通时所测量的发射极电感上的电压，其中光滑线是通过积分获得的，并且另一特征是测量值；以及图9(b)示出了在断开处所测量的发射极电感上的电压，其中从曲线图左上角下降的光滑特性是积分，并且剩余的特征是测量值；

图10示出了在IGBT接通阶段期间集电极电流(Ic，250A/div)与寄生电感电压(-V_LE，2V/div)的波形，T标志准阈值电压出现的时刻；

图11示出了具有导致同时发生的接通的偏移定时的并行栅极信号；

图12(a)和12(b)示出了示例并行系统架构；

图13示出了实施例的流程图；以及

图14示出了用于控制并行耦接功率半导体开关设备的切换的电路实施例的框图。

具体实施方式

实施例提供了一种可应用到功率转换器(诸如AC至DC转换器或DC至AC逆变器)的方法。仅用于示例，图4示出了一种多相桥臂逆变器，其在每个相桥臂的上下侧的每一个中具有堆叠的两个IGBT。单或多相桥臂逆变器可以被提供为图(5a)的电源开关装置4，在设备侧包括一个或多个相桥臂，该相桥臂具有耦接为被以栅极驱动器2的形式的驱动模块控制的IGBT。驱动模块均耦接为被以在控制侧的控制器1的形式的控制电路控制。

图5(a)的电源开关设备5a，5b被示为IGBT，然而可以附加地或可选择地包括一个或多个FET(例如，MOSFETS或JFET)、LILET、SCR等。每个这种设备5a，5b被示为具有并联的可选续流二极管，用于保护开关设备以防反向电压和反向电流。

每个驱动模块与相应的控制器之间的耦接优选地例如通过变压器或光耦合提供电压隔离。因此，图5(a)的每个单向或双向链路3可以包括光纤(例如，用于在双向通信的光纤，或各自的用于每个方向的这种光纤)或变压器。

例如关于图4，如本领域技术人员将会认识到的，可以存在图5(a)中未示出的电路，特别地一个或多个电源开关设备可以存在于到电源干线(例如，VSS和0V)的线路的任一或两者中-这些线路在图5(a)中被打断以指示这种情况。

图5(b)的扩展图示出了类似的，但是更大规模的系统，其中单个可控制的开关网络202包括9个功率半导体开关设备210，例如每个功率半导体开关设备210包括一个碳化硅管芯，多个设备并联以创建电压电平，多个设备的集合然后串联以串联电压电平。在其它布置中，单个驱动模块130可以控制两个或更多个开关或设备管芯。图5(b)的每个电源开关设备210具有各自的驱动模块130，其又被耦接到子控制器120a，b中的一个。如说明的，独立的总线在子控制器与驱动模块之间，使得对于每个驱动模块均有一个这样的总线，但这仅是举例说明。在具有多个开关的高压和/或电流功率电路中，几百或潜在地几千个半导体开关设备可以采用串联和/或并联，并且驱动模块控制这些设备的切换，使得它们同步切换，实际上基本同时切换。如这里描述的可控制的延迟的使用可以提高这种同步性。

一种用于使这种并联功率设备(IGBT、MOSEFT等)的切换同步的方法实施例优选地确保良好的电流共享。自适应机构被提出用于这一实施例，其中切换时间(切换延迟)被测量，与参考时间(参考延迟)比较，并且然后栅极驱动(驱动模块)行为在下一循环变化，以确保在参考时间(参考延迟的结束)处所有IGBT中的电流同步变化。对栅极驱动的变化可以通过到设备的切换命令信号和/或相关联的栅极驱动信号的定时延迟，和/或切换命令信号和/或栅极驱动信号的驱动强度变化来实现。

该机构可以依赖每个驱动模块(例如，栅极驱动)在彼此的几纳秒内同时检测事件(同步事件)，并且从该事件到IGBT中的电流变化(非同步事件)进行测量。因此，定时和测量功能在分成两部分的实施例中。定时同步可以受助于“并行控制器”形式的控制电路，其充当主定时参考，具有到并联驱动模块(栅极驱动)的专用低偏移电气接口。一般在中央控制器与并行控制器之间维持高压信号隔离，但至少在每个栅极驱动之间是不需要的，因为它们在大致相同的电位操作。

可以直接或通过dI/dt的积分来测量电流变化。

参考延迟可以是预定的，例如，硬连线到或传送到每个栅极驱动；无论在哪一情况下，参考延迟均可以本地存储在驱动模块处。优选地，使用例如诸如EEPROM的可重复编程存储器(例如，闪存)，延迟是可编程的。这一参考可以意味着所有IGBT在相对于同步事件的已知时间切换，而不是只在相同时间切换。

实施例的一个益处是如果接通参考延迟与断开参考延迟被选为相同，则所切换电流的脉冲宽度可以精确地匹配输入切换信号。

附加的或可选择的益处是电流通信的定时可以准确地已知，并且这可以用于降低转换器的相桥臂中的上下部设备之间的死区时间(dead-time)。否则，延长的死区时间可以导致所产生的电压和/或电流波形的失真，其是不期望的。

例如，通过提高电流共享，使得可以降低降额幅度以及因此在切换装置(诸如逆变器)中采用更少的切换设备，实施例可以降低总体系统的成本。增加到实施例中的栅极驱动的任何额外的复杂性通常很小。用于检测电流变化的电路也可以用于状态监控的目的。

图1中示出的示例实施例包括驱动模块2a，2b以及电源开关设备3a和3b。控制器1的形式的控制电路通过跨越电压隔离壁垒的各自的通信链路耦接到驱动模块。

图2更详细地示出了对应于图1的模块2a和/或2b的驱动模块2。驱动模块2被耦接为在模块的延迟电路21处接收来自例如以图1的控制器1的形式的控制电路的切换命令信号(“COMMAND”)，命令信号触发电源开关设备3接通(断开)。因此，响应于命令信号(例如，在到延迟电路21的命令信号输入线上的信号转变)，延迟电路21将在时间t_on处发送接通信号(栅极驱动信号)(选择性地在时间t_off处以断开信号形式的栅极驱动信号)到对应于图1的设备3a或3b的设备3。定时电路(诸如测量单元22)从电源开关设备3接收在时间t_switch处的切换指示符。指示符优选地明确地指示当设备已经改变状态或开始改变状态时(通常最好对准针对接通和断开转变开始的点；这可以通过寻找di/dt或电流绝对值的变化来检测)的时间t_switch，例如，当由设备传导的电流变得基本为零(针对断开)或达到预定最大电流(针对接通)时。例如，在时间t_switch处的切换指示符可以通过监控以IGBT形式的电源开关设备3的集电极电流以及阈值指示切换时刻的阈值来获得。除了参考延迟t_reference的指示符之外，在命令时间t_command处命令接通(断开)的切换命令信号也被输入到测量单元22。参考延迟指示符可以例如是参考延迟值或者在命令时间后发生在定时参考延迟处的信号转变。基于比较和/或评价相对于t_reference的时间时刻t_switch，测量单元将时间差指示符t_difference提供给延迟单元21。例如，在t_reference与t_switch处的信号转变之间，或在参考延迟与由t_switch所指示的相对于检测切换命令信号的切换持续时间之间的时间差可以被定时，使得t_difference是t_reference与t_switch之间的时间间隔值。选择性地，t_difference可以仅指示t_reference发生在t_switch之前、之时或之后。然后，根据随后的切换命令信号的到设备3的接通(断开)信号的输出将根据t_difference相对于随后的命令信号的命令时间t_command延迟。因此，接通(断开)信号的时间t_on(t_off)可以延迟等于所测量的t_difference的延迟值t_delay，或可以取决于t_switch发生在t_reference之前或之后延迟或提前预定的时间增量/减量。可控制的延迟值t_delay是优选地，使得设备后续的切换事件将具有更小的t_difference量值，例如，零。

与以上一致，图2操作使得所测量的t_difference＝t_reference-t_switch，并且接通时间t_on＝t_command+t_delay，以及：

如果t_difference>0，则增加t_delay

如果t_difference<0，则增加t_delay

这种操作在图3a和3b的定时图中示出，说明了在时间t_command处的切换命令信号转变，然后在t_command之后的延迟t_delay处的接通信号(用于诸如IGBT的绝缘栅极设备的栅极电压)。接通设备的切换时刻t_switch被示出为集电极电流从其断开状态增加的时刻。为了便于说明，参考延迟的结束被指示为t_reference。因此，时间差t_difference被示出为切换时刻t_switch与t_reference之间的差。该时间差被用于调整在图3b中示出的设备的后续接通的延迟。因此，图3a的时间值t_difference已经被增加到图3a的参考延迟t_delay，使得如在图3b中示出的新t_delay值将切换时刻t_switch延期到在参考延迟(即，如在图3b中示出的t_reference)的结束时发生。因此，如在图3b中示出的随后的t_difference值为零。

如上所述类似操作的方法实施例的流程图在图13中示出。在该实施例中，假设参考延迟被存储为固定的时间间隔值。广泛地，步骤S1至S4时间测量从在触发设备的接通(断开)的切换命令(例如，信号转变)的驱动模块处的检测到相应地设备切换状态时刻的切换延迟。定时间隔与所存储的参考延迟值比较。对可控制的延迟进行调整，以延迟随后触发这种状态改变的命令信号。优选地，调整是为了降低参考延迟与在设备的下一次接通(断开)期间的切换延迟之间的差的大小，进一步优选地使得差接近或变为零。

如上讨论的实施例对于目的在于仅通过在栅极驱动器之间包括附加的通信信道来提高切换同步性的方法可以是优选的。由于额外布线和连接器的成本，这种方法可能不是商业可行的。

如上所指示的，实施例可以实现为提高并行设备的切换同步性，例如在出于诸如以下原因(一个或多个)，IGBT模块的并行操作被采用的情况中：

-期望具有其中功率输出被按比例缩放到通用平台周围的模块化解决方案；

-通过降低在给定的拓扑结构中寄生效应和/或更低的成本，来增强性能的新方案；和/或

-可以只通过多模块获得所需功率的非常高的功率输出系统(特别是在高电压)。

理论上，如果所有的IGBT具有相同的特征，在相同的温度下操作并且栅极驱动器具有相同的时间延迟，则并行操作可能不是问题。实际上，然而，存在导致严重偏离这个理想场景的若干变量。可以影响电流共享的性能的因素是由于驱动定时和IGBT阈值电压的不同导致的接通同步以及集电极电流斜率(dI_c/dt)。影响用于基于电阻器的驱动的电流斜率的因素在下面的IGBT方程中被突出显示：

\frac{d I c}{d t} = \frac{V_{G} - V_{t h}}{\frac{R_{G} C_{G S}}{g_{m}} + L_{p}} - - - (1)

其中：V_G是栅极驱动电压，V_th是IGBT阈值电压，R_G是栅极驱动器电阻，C_GS是IGBT栅极-源极电容，gm是IGBT跨导并且L_p是功率电路的特定分支的寄生电感。

下面的表突出显示了变量中的一些及其对静态(接通周期期间)和动态(切换转变期间)电流共享的影响：

表1-并联连接中电流错配的静态与动态依赖性

首先考虑IGBT容差，下面是要注意的：

IGBT阈值电压典型地可以具有1V的容差，并且当到达该V_th时并行模块可以在不同时间接通。接通可以定义为其中达到该电压并且IGBT传导电流的点。断开可以定义为相反的，即当在负前进方向通过该阈值并且IGBT被认为断开时。

IGBT输入电容可以随模块的不同而变化，导致达到该阈值的时间不同。

这些特征以及跨导可以影响在接通和断开处的电流变化率(dI_c/dt)。通常，即使具有完美同步的切换定时，dI_c/dt直接影响电流共享的平衡。

为了缓解这些问题，电源组制造商可以尝试使用来自相同生产批次的硅的模块，其更有可能具有相近的特性。此外，选择和匹配可以被采用。两种方法均花费时间和金钱，并且如果IGBT需要被替换，则导致减少的灵活性和潜在的将会产生的问题。此外，这不是解决问题的根本方法，因为其它系统变化仍可以影响电流共享。

如果切换定时不被对准，则IGBT可能不得不在正常切换和短路状态下短时支持大的电流。

考虑到栅极驱动器(驱动模块)特性，下面的是要注意的：

关于栅极电阻器容差，甚至当单个栅极驱动器与到并行模块的多栅极连接使用时，栅极电阻中的变化可以导致切换特性中的电流和定时不同。

在多个栅极驱动器被使用的情况中，进一步的变量影响共享性，例如：

不同的电源电压可以直接影响栅极充电/放电定时和/或直接与dI_c/dt关联(方程1)。

每个驱动器传输延迟(潜伏期，即，在接收到命令脉冲与栅极驱动电路改变状态之间的时间)的变化；和/或

在这些传输延迟上的任何抖动：在系统具有带有取样的PWM的故障过滤的情况中，当模块间的主时钟非同步时，这可以变得更成问题。

现在转向功率电路寄生电感，可能难以在所有并行功率路径中获得相同的电感，并且这可以直接影响dI_c/dt以及因此影响电流平衡。图6(a)的图示出了在表现出这些参数变化的并行方法中，电流共享如何从理想情况偏离的示例。因为该拙劣的方法在现有的应用中是非常典型的，制造商降低每个IGBT的容许电流，其可以显著地影响系统成本，因为比具有更理想的电流平衡的情况中理想上所需的更多的设备被使用。然而，已经展示出利用电流平衡的改良，以上的波形可以被对准，如在图6(b)中示出的。通过移位接通信号和断开信号以匹配上升电流沿和下降电流沿，已经获得了图6(b)的结果。

通过增加的IGBT切换转变的对准改进现有解决方案的限制的布置在图7中示出。通过使在接通和断开处的电流沿同步，以及假设一致的dI_c/dt，IGBT可以共享并行应用中的负载电流。

现在转向测量技术，为了平衡并联IGBT模块中的负载电流，可能需要一种测量通过模块的电流或切换转变的电流变化率(dI_c/dt)的方法。为了测量绝对电流，可能需要某种专用的并且有时相对贵的传感器。示例如下：分流电阻器；霍尔效应传感器；以及磁阻传感器。能够检测电流的变化率可以提供超越并行特征的优点，包括增强的IGBT模块的保护。此外，存在两种较低成本和/或复杂性的直接在模块上测量dI_c/dt的可行的方法：罗戈夫斯基线圈(Rogowskicoil)；以及模块杂散(寄生)电感-下面进一步描述。

特别考虑通过模块杂散电感的dI_c/dt测量，用于获得dI_c/dt感测的低成本技术包含测量用于栅极驱动参考的模块的开尔文(kelvin)发射极与功率发射极之间的电压。当电流中快速的变化发生时，杂散电感导致电压形成。该电感值将在不同的模块类型之间变化，但在从给定类型的模块之间通常是一致的。下面的方程应用：

V_{L} = L_{E} \frac{d I}{d t}

其中V_L＝在发射极电感L_E上产生的电压。

图8示出了模块电感的位置以及从其获得输出的示例。通过发射极电感(L_E)的集电极电流(I)在该技术中是值得注意的。这些电感是由于设备内的焊线和端子而产生，设备内的焊线和端子产生通常不期望的杂散寄生但可以用于使在应用中处于优势的事物。该方法的优势是其本质上非常低成本。所有可以包含的是用于到功率发射极的连接以及检测信号的电路的布置。因为这是模块的组成部分，所以可以不存在实际的传感器。

关于感测电路，这通常需要处理针对在目标范围中的任何模块所看到的，同时仍提供足够的电压以使得利用较低输出类型的解决方式有效的最大电压。栅极电流也可以在该回路(见图8)中被感测，因为它的电流返回路径通过IGBT的开尔文发射极(e)端子。因此，V_Ee感测输出也将示出I_G与L_e相互作用的效应。因此，用于在该点的输出的完整方程是：

V_{E S} = - L_{E} \cdot \frac{d I c}{d t} + L_{e} \cdot \frac{{dI}_{G}}{d t}

通过示例，在一个190×140mm的IGBT模块中，L_E＝3.4nH并且L_e＝20nH，典型的最大dI_c/dt＝10kA/us，dI_G/dt依赖于驱动电路的实现。

栅极电流将潜在地在初始栅极驱动接通/断开期间引起错误输出，并且在该时间段应该被屏蔽。在接通时，其是初始切换命令与栅极电压达到V_th之间的时间段。在断开时，其是从切换命令到米勒高台(millerplateau)结束的时间。

感测电路可以包括具有输入级能力的差分放大器并且增益被缩放以接收最大可能的信号。图9(a)和9(b)分别示出了在接通和断开时关于来自3.3kV栅极驱动的发射极电感上的测量输出。在第二波形上的明显的噪声是由于过高的电压钳位放电，将电流注入栅极造成的。较光滑的波形代表噪音波形的积分并且展示出电流变化的量值可以通过积分从该数据获得。

考虑测量参数，利用以上两种感测电路的结合，可以确定若干事件：

-当设备开始接通时-正dI_c/dt转变产生在L_E上测量的负电压(V_LEe)。见图10。该方法通常产生独立于负载电流的阈值触发。噪声免疫的可靠的触发点应该被确定；

-利用电阻器驱动，dI_c/dt从接通开始增加，并且当它达到预定义水平时进行检测；

-当dI_c/dt在接通时改变极性时，其指示二极管恢复的结束。该方法的缺点是如果一个开关首先接通，它将会看见所有恢复电流并且其它随后的开关不显示该斜率变化；

-当设备达到给定电流-积分dI_c/dt。可以确定达到预设电流的时间。其可以有当转换器在低于该电流操作时，没有对准信号可以被确定的限制。该系统具有最小化并行设备之间的dI_c/dt斜率差的优点；和/或

-当设备开始断开时-负dI_c/dt转变测量为正电压(V_Es)。这里任何正dI_c/dt的存在指示未对准。

并行应用中最好的电流共享性能需要事件结合的检测。

转向边缘时间对准，并行系统可能需要一种读取它正在控制的开关的接通或断开事件的时间的方法，以及一种将这些边缘与并行结合中的其它设备对准的系统。存在若干方法以实现该需求，但是其中栅极驱动可以独立为标准驱动，在驱动器卡之间无需任何需要数据交换的特殊接口的系统是优选的。

通过测量在收到接通/断开信号沿与IGBT达到在实施例中它的阈值或预定义电流点之间的时间，设备作为IGBT与所附栅极驱动器的结合花费多长时间来切换的精确指示被获得。利用该测量，由于先前概述的参数变化，栅极驱动可以最小化电流共享中的差异。

两种对准定时的方法被考虑：

-栅极驱动在它们之间具有快速的数字通信路径。其可以通信切换事件数据以确定哪个设备是最慢的，然后增加延迟以使其它的设备减速，使得所有切换事件在相同时间发生。通信接口可能需要传送具有切换事件何时发生的高时间准确度的上升沿和/或发送在接通切换循环的结束时以及断开事件之前的电流的量值。尽管该系统通常导致该系统最快的总切换时间(最小化t_d延迟时间)，它需要快速的栅极驱动通信间的链接；

-栅极驱动器是独立的并且配置它们自己将切换时间设定为预定值。该值优选地被选择用于特定模块作为最大值，其可以在所有参数的最坏的情况容差和所应用安全边缘的情况下发生。利用该系统，尽管存在延迟时间可能比利用以上方法的延迟时间稍长的缺点，但是它会导致其中确切知道切换事件将什么时候发生以及驱动不需要栅极驱动来与彼此通信的实施例。因此，它们可以是独立的产品和/或与现有的单元(例如，现有的控制电路和/或用于在控制电路与驱动模块之间通信的通信接口)兼容。

就这一点而言，图11示出了具有偏移定时以导致一致接通的并行栅极信号。

任何一个系统均可以采用利用共同的时间对准驱动信号驱动所有栅极驱动器的方法。

关于到如实施例中的参考时间的时间对准，系统可以使用下面的数字功能块：

在接通时：

-计数器/计时器从ON(接通)命令信号接收开始到来自dI/dt感测块的触发进行计时。这可以来自dI/dt比较器或积分器比较器。输出是系统时钟周期的计数。

-该计数器输出可以从参考中扣除。该参考是逻辑配置中的预设值，其被导出用于针对给定模块/栅极驱动结合的最坏的情况时间。该参考将从最坏的情况定时考虑中导出：

-栅极驱动PSU低容差。这是V_G+-V_G-。例如，+14V-(-12V)＝26V；

-栅极驱动ON(接通)电阻器最大容差；

-在最小温度处的最大IGBT阈值电压；

-最大IGBT电容。

-该扣除结果给了我们在切换下一接通栅极驱动命令之前延迟命令信号的时钟周期数。

该延迟可以全部在一个步骤中应用或者可以随时间逐步应用。

-其关于每个PWM切换循环被重新计算并调整。

-积分器可以保持重置，直到在栅极驱动命令被发出以使来自栅极电流初始脉冲的信号被屏蔽后的预设时间为止。

-在接收到栅极触发脉冲后预设时间后积分器重置可以被重新应用。

在断开时：

-使用与接通相同的延迟。这通常简单并且可以足够给予足够的分享。然而，如可以被参数展示的，不同的容差应用到接通以计算参考：

-栅极驱动PSU低容差-相同；

-栅极驱动OFF(断开)电阻器最大容差-不同；

-在最大温度处的最小IGBT阈值电压-不同；

-最大IGBT电容-相同。

该方法也可以具有由于IGBT中不同的特征，真实的接通和断开延迟时间(td)不同的缺点，因此输出PWN脉冲宽度将不等于该输入。

-时间对准实际断开事件，通过感测dI/dt或积分电流；

-计数器/计时器用于从接收OFF(断开)命令信号开始到来自其中断开转变开始的dI/dt感测块的触发进行计时；

-从该参考最坏的情况时间扣除该结果并且确定要增加的时钟周期延迟。该延迟可以被一次应用或逐步应用。

如果用于接通和断开的共同时间参考被设置为两个参考数中较大的一个，可以获得与PWM命令信号相同的电流脉冲宽度。

为了协助以上，IGBT模块切换时间计算工具可以被实现。可能需要一种为给定的栅极驱动/IGBT结合导出ON/OFF时间参数的方法。这可以是电子表格，但它可以是配置工具。这容许输入下面的值以及自动计算时间参数：

IGBT值：

-阈值最小值

-阈值最大值

-C_GS最大值

-最小温度

-最大温度

栅极驱动值：

-V+最小值

-V-最小值

-R_ON最大值

-R_OFF最大值

-从所接收的命令到输出驱动激活的传输延迟最大值(包括抖动)。

关于到所有并行驱动器的PWM信号与故障返回数据的分布，并行结合中所有的栅极驱动器通常需要PWM信号以紧密的同步性到达它们。为了实现该结果，存在三个潜在的方法：

-通过标准接口到所有并行驱动器的输入：主机系统关注到所有并行驱动器的PWM和状态信号的分布。这可以是最简单的方法并且意味着栅极驱动模块对于单个或多个IGBT的应用可以是相同的。然而，对于配备有光纤的产品而言，这可以意味着大量的光纤(以及相关联的成本)。例如，对于三相逆变器而言，当使用4个并行IGBT时，该系统将需要24个光纤连接而不是6个。

-配备有模块间通信链路的栅极驱动器：栅极驱动模块可以具有容许它们链接在一起的连接器。以这种方式，PWM和状态连接可以从控制系统转到一个驱动器并且这些连接容许信号分配到其它并行卡。潜在的优点是消除了对来自主机系统的多个连接要求的需求。潜在的缺点(一个或多个)可以是：对将被标准化的栅极驱动器而言，在从属的每个板上可能存在冗余的孤立的连接；在将PWM传到其它驱动中，可能需要严格地控制并已知延迟性，使得延迟性可以被补偿；和/或可能需要用于结合返回数据信道的机构。

-并行分布板：专用于并行信号分布与返回数据信道结合的分离板具有若干潜在的优点：将PWM信号严格对准到所有驱动器；和/或充当主机系统连接之间的隔离桥(光纤或电隔离的)以及较小的并行设备的隔离要求。该板可以包含以下能力：接收系统PWM并且以严格控制的同步性将其分配到所有并行驱动器；从所有并行设备接收状态线并将其结合用于返回到主机系统。如果所连接的IGBT中任何一个指示故障，状态线可以指示故障。此外，当所有被告知时，它可以只告知PWM；接收系统数据信号信道并且将它导向所有栅极驱动模块；从所有连接的驱动器接收返回数据信道并且提供一个机构以将它集中在单个返回信道上；如果IGBT中的一个指示故障，提供逻辑以保护所有IGBT；和/或接收系统功率并分配到所有连接的板。

两个版本的系统在图12(a)与12(b)中示出。图12(a)的架构通常适用于所有栅极驱动类型以及IGBT电压。图12(b)的架构是一种替代，其中隔离要求可以物理地安置在栅极驱动上。典型地，该装置用于1700V以及以下的IGBT。

考虑到通过该技术的实现获得附加的益处，以上的方法通常可适用于标准的基于电阻器的栅极驱动，但可以等同地应用到自适应电流驱动。利用这一自适应电流驱动，驱动电流可以被调整以获得对准，而不是引入延迟以准时对准开关。通过促进该并行解决方案的传感器与对准的实现，一些进一步的益处可以被利用，例如，：

-在相对于切换事件将发生的PWM命令的确切时间点已知时，系统内的死区时间管理变得更简单。这潜在地容许使用降低的死区时间，其降低了并网系统中的缆谐振；

-dI/dt传感器也可以用在自适应驱动系统中以发驱动电流变化信号；

-dI/dt传感器的积分电流输出可以用于实现更快的短路过电流保护系统；和/或

-在切换沿的电流测量是可用的(示例实现容许我们只测量在切换沿的电流)，如果使用适当的模拟数字转换器(ADC)处理电流测量可以提供到主系统的瞬时或平均电流的测量(经由返回数据信道)。

用于控制并行耦接功率半导体开关设备的电路500的示例框图在图14中示出(注意虽然图14示出两个设备，这种受控的设备可以包括两个或更多个并行功率半导体开关设备)。这一实施例可以包括：功率半导体开关设备D1，D2；驱动模块DM1，DM2；控制电路CC1，CC2(选择性地，这些可以结合为一个单元)；电压隔离VI；接收切换延迟与参考延迟Tref的定时电路TC1，TC2；和/或延迟电路DC1，DC2，其均提供可控制的时间延迟Tdelay。定时控制电路可以包括计时器T1/T2和/或比较电路C1/C2。延迟控制电路可以包括计时器电路(由Tdelay指示)以及用于相应地延迟切换命令通道的缓冲器。

要注意以上描述通常涉及用于并行设备的电流平衡/共享的实施例。就这一点而言，要注意定时的轻微错配通常将不会毁坏并行布置的设备，然而利用串联设备的电压平衡，错配将即刻扼杀设备。然而，实施例的定时测量方案可以被应用到电压平衡，即，受控的电源开关设备可以串联。

本发明进一步(例如在嵌入式处理器上)提供处理器控制代码以实现任何上述工具、系统和控制程序。该代码可以被提供在诸如盘、CD或DVD-ROM的载体上，诸如只读存储器(固件)的编程的存储器上，或诸如光或电信号载体的数据载体上。用于实现本发明的实施例的代码(和/或数据)可以包括：以诸如C的传统编程语言(解释或编译)的源、对象或可执行的代码，或汇编码，用于建立或控制ASIC(专用集成电路)或FPGA(现场可编程门阵列)的代码，或用于诸如Verilog(商标)VHDL(超高速集成电路硬件描述语言)的硬件描述语言的代码。如本领域技术人员将理解的，这种代码和/或数据可以在彼此通信的多个耦接部件之间分布。

无疑地，许多其它有效替换物将被本领域技术人员想到。将会理解本发明不限于所描述的实施例，而是包含在此随附权利要求的精神和范围内对本领域技术人员明显的修改。

Claims

1.一种用于控制并行耦接的多个功率半导体开关设备的切换的电路，所述电路包括：

多个驱动模块，每个所述模块用于控制所述功率半导体开关设备；

控制电路，用于将切换命令信号传送到模块，每个所述切换命令信号触发所述驱动模块以控制所述功率半导体开关设备切换状态；以及

驱动模块与控制电路之间的电压隔离件，

其中用于控制所述设备的每个所述驱动模块包括：

定时电路，用于比较设备的切换延迟与参考延迟，其中所述切换延迟是在驱动模块处检测到所述切换命令信号与根据所检测到的切换命令信号切换设备之间的时间间隔；以及

延迟电路，用于提供可控制的延迟以按照在所检测到的切换命令信号后在模块处所接收的所述切换命令信号延迟所述触发，所述延迟电路被配置为根据设备的所述切换延迟的所述比较的结果控制该可控制的延迟，从而减小参考延迟与根据后续的切换命令信号切换的设备的所述切换延迟之间的时间差。

2.根据权利要求1所述的电路，其中定时电路包括用于测量设备的切换延迟的计时器，所述定时电路被配置为通过比较所测量的切换延迟与存储的参考延迟的值来执行比较，其中所述后续的时间差减小是相对于所述测量的时间差而言的。

3.根据权利要求2所述的电路，被配置为，响应于模块的一系列所述测量的时间差中的每一个，控制模块的所述可控制的延迟，从而使接下来模块的所述时间差减小的量少于所测量的时间差，使得连续的所述系列的所述时间差向着零收敛。

4.根据权利要求1所述的电路，其中定时电路包括用于指示等于参考延迟并且从命令信号检测开始的持续时间的结束的计时器，所述定时电路被配置为执行比较，所述比较包括检测设备的切换发生在所指示的结束之前、所指示的结束之时和/或所指示的结束之后。

5.根据任何前述权利要求所述的电路，其中每个所述驱动模块被配置为基于模块的参考延迟执行所述比较，模块的参考延迟的值使得当模块基本同时接收到触发设备的控制以切换状态的切换命令信号时，所述电源开关设备的切换基本同步，其中所述值优选地是相等的。

6.根据任何前述权利要求所述的电路，其中每个所述驱动模块被配置为实现所述可控制的延迟的所述控制，从而当多个设备同时接通时减小由设备传导的电流之间的差异。

7.根据任何前述权利要求中的任一项所述的电路，其中控制电路被配置为控制每个所述驱动模块何时执行所述可控制的延迟控制。

8.根据任何前述权利要求所述的电路，其中所述延迟电路包括可控制的计时器并且被配置为调整计时器的定时周期值以实现所述可控制的延迟，所述计时器优选地被配置为控制所述切换命令信号的缓冲延迟时间，和/或其中所述延迟电路被配置为调整后续的切换命令信号的驱动强度，从而实现所述可控制的延迟。

9.根据任何前述权利要求所述的电路，其中用于控制所述设备的至少一个所述驱动模块被配置为测量模块的第一所述时间差和模块的第二所述时间差，其中：

第一测量的时间差是第一所述参考延迟与接通的设备的所述切换延迟之间的接通时间差；以及

第二测量的时间差是第二所述参考延迟与断开的设备的所述切换延迟之间的断开时间差，

其中所述驱动模块被配置为：

根据接通时间差控制驱动模块的所述可控制的延迟，从而减小驱动模块的后续的所述接通时间差；以及

根据断开时间差控制驱动模块的所述可控制的延迟，从而减小驱动模块的后续的所述断开时间差，

其中接通参考延迟与断开参考延迟基本相等。

10.一种包括任何前述权利要求所述的电路的桥电路，其中功率半导体开关设备包括桥电路的相桥臂的上开关设备和下开关设备，其中：

所述驱动模块被配置为执行所述比较以及基于所述比较执行所述可控制的延迟控制，从而通过在驱动模块处接收的用于控制下部设备的所述切换命令信号控制所述触发的延迟；以及

所述驱动模块被配置为执行所述比较以及基于所述比较执行所述可控制的延迟控制，从而通过在驱动模块处接收的用于控制上部设备的所述切换命令信号控制所述触发的延迟，

所述桥电路由此降低上部设备和下部设备的切换之间的死区时间。

11.根据任何前述权利要求所述的电路，包括光纤接口，所述控制电路被配置为经由光纤接口执行所述切换命令信号的传送。

12.根据任何前述权利要求所述的电路，包括用于所述切换命令信号传送的专用电接口，所述控制电路被配置为经由所述专用电接口执行所述切换命令信号的传送。

13.根据任何前述权利要求所述的电路，其中所述功率半导体开关设备包括至少一个IGBT。

14.一种功率转换器，包括任何前述权利要求所述的电路。

15.一种控制并行耦接的多个功率半导体开关设备的切换的方法，所述方法使用控制电路将切换命令信号传送到多个驱动模块，所述驱动模块与所述控制电路电压隔离，每个所述切换命令信号用于触发所述驱动模块以控制所述功率半导体开关设备切换状态，所述方法包括为每个所述设备执行以下步骤：

在所述驱动模块处，比较所述设备的切换延迟与参考延迟，其中所述切换延迟是在驱动模块处检测到所述切换命令信号与根据所检测到的切换命令信号切换设备之间的时间间隔；以及

控制所述驱动模块的可控制的延迟以延迟由所检测到的切换命令信号后的所述切换命令信号引起的至少一个所述触发，所述控制根据比较的结果，从而减小参考延迟与根据后续的切换命令信号的设备的所述切换延迟之间的时间差。

16.根据权利要求15所述的方法，包括：

为所述功率半导体开关设备执行所述步骤，其中所述设备的所述切换包括所述设备接通；

为所述功率半导体开关设备执行所述步骤，其中所述设备的所述切换包括所述设备断开；

其中与设备接通的切换延迟比较的参考延迟和与设备断开的切换延迟比较的参考延迟是基本相等的。

17.根据权利要求15至16中任一项所述的方法，其中所述功率半导体开关设备包括桥电路的相桥臂中的上部设备和下部设备，所述方法包括为所述上部设备和下部设备中的每一个执行所述步骤，以降低上部设备和下部设备的切换之间的死区时间。

18.根据权利要求15至17中的任一项所述的方法，其中所述比较包括在驱动模块处测量参考延迟与设备的切换延迟之间的时间差，以及比较所测量的时间差与存储的参考延迟的值，其中所述减小的时间差是相对于所述测量的时间差而言的。

19.根据权利要求15至18中的任一项所述的方法，其中所述控制所述可控制的延迟包括在设备的多个切换周期上对可控制的延迟元件进行一系列调整，从而逐步地减小所述时间差。

20.根据权利要求15至19中的任一项所述的方法，包括确定用于与所述设备的所述切换延迟进行所述比较的接通参考延迟，所述切换延迟是相对于接通设备的所述触发的设备的接通延迟，所述确定基于以下参数中的至少一个：

用于给至少一个所述驱动模块供电的电源的顺从电压；

用于在接通状态中驱动所述功率半导体开关设备的端子的最大输入电阻；

优选地在最小期望温度处，功率半导体开关设备的最大接通阈值电压；和/或

功率半导体开关设备的最大控制端子电容。

21.根据权利要求15至20中的任一项所述的方法，包括确定用于与所述设备的所述切换延迟进行所述比较的断开参考延迟，所述切换延迟是相对于断开设备的所述触发的设备的断开延迟，所述确定基于以下参数中的至少一个：

用于给至少一个所述驱动模块供电的电源的顺从电压；

用于在断开状态中驱动所述功率半导体开关设备的端子的最大输入电阻；

优选地在最大期望温度处，功率半导体开关设备的最小断开阈值电压；和/或

功率半导体开关设备的最大控制端子电容。

22.根据权利要求20或21所述的方法，其中将用于所述比较的每个参考延迟确定为等于所确定的接通参考延迟与所确定的断开参考延迟中的较大者。

23.一种用于权利要求15至22中任何一项的方法的可操作为确定所述参考延迟的计算机程序，所述确定基于以下参数中的至少一个：

优选地在最大期望温度处，最小功率半导体开关设备断开阈值电压；

优选地在最小期望温度处，最大功率半导体开关设备接通阈值电压；

最大功率半导体开关设备控制端子电容；

最小温度；

最大温度；

给驱动模块的最小正供电电压；

给驱动模块的最大负供电电压；

用于驱动所述电源开关设备的所述驱动模块的最大传输延迟，该延迟是从在驱动模块处接收切换命令信号到所述驱动模块激活功率半导体设备的切换。

24.一种用于控制并行耦接的功率半导体开关设备的切换的电路，所述电路包括用于将切换命令信号传送到驱动模块的控制电路，每个所述切换命令信号触发所述驱动模块以控制所述功率半导体开关设备切换状态，针对每个所述驱动模块，所述电路包括：

用于在所述驱动模块处比较所述设备的切换延迟与参考延迟的装置，其中所述切换延迟是在驱动模块处检测到所述切换命令信号与根据所检测到的切换命令信号切换设备之间的时间间隔；以及

用于控制所述驱动模块的可控制的延迟以延迟由所检测到的切换命令信号后的所述切换命令信号引起的至少一个所述触发的装置，所述控制根据比较的结果，从而减小参考延迟与根据后续的切换命令信号的设备的所述切换延迟之间的时间差。

25.一种包括用于控制功率半导体开关设备的切换的电路的桥电路，所述电路包括：

驱动模块与控制电路之间的电压隔离件，

其中用于控制所述设备的每个所述驱动模块包括：

延迟电路，用于提供可控制的延迟以按照在所检测到的切换命令信号后在模块处所接收的所述切换命令信号延迟所述触发，所述延迟电路被配置为根据设备的所述切换延迟的所述比较的结果控制该可控制的延迟，从而减小参考延迟与根据后续的切换命令信号切换的设备的所述切换延迟之间的时间差，

其中功率半导体开关设备包括桥电路的相桥臂的上部开关设备和下部开关设备，其中：

26.一种控制功率半导体开关设备的切换的方法，所述方法使用控制电路将切换命令信号传送到驱动模块，所述驱动模块与控制电路电压隔离，每个所述切换命令信号触发所述驱动模块以控制所述功率半导体开关设备切换状态，所述方法包括为每个所述设备执行以下步骤：

在所述驱动模块处，比较参考延迟与所述设备的切换延迟，其中所述切换延迟是在驱动模块处检测到所述切换命令信号与根据所检测到的切换命令信号切换设备之间的时间间隔；以及

控制驱动模块的可控制的延迟，以按照在所检测到的切换命令信号后的所述切换命令信号延迟至少一个所述触发，所述控制根据比较的结果，从而减小参考延迟与根据后续的切换命令信号的设备的所述切换延迟之间的时间差，其中所述功率半导体开关设备包括桥电路的相桥臂中的上部设备和下部设备，所述方法包括为所述上部设备和下部设备中的每一个执行所述步骤，以减小上部设备和下部设备的切换之间的死区时间。

27.一种如本申请所描述和/或所说明的用于控制在并行耦接的功率半导体开关设备中的电流共享的电路。