CN107005236A - 用于运行并联的功率半导体开关的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行并联的功率半导体开关（LH1...LHn）的方法（100）以及控制设备（SG），所述方法具有如下步骤：确定至少一个功率半导体开关（LH1...LHn）的总栅极稳流电阻（GGV1...GGVn）的额定值；根据相应的额定值形成所述至少一个功率半导体开关（LH1...LHn）的总栅极稳流电阻（GGV1...GGVn）；并且利用所属的总栅极稳流电阻（GGV1...GGVn）来运行所述至少一个功率半导体开关（LH1...LHn）。

Description

用于运行并联的功率半导体开关的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于运行并联的功率半导体开关的方法和控制设备。此外，本发明还涉及一种电路、一种具有该控制设备的电系统、一种用于执行该方法的计算机程序以及一种机器可读的存储介质。

背景技术

为了运行电驱动装置，通常采用逆变器，所述逆变器将来自直流电压源（例如电池）的电能转化成交变电压，以便给电机、例如异步电机供应交变电压或交变电流。为此，该逆变器具有所谓的半桥。这些半桥具有功率半导体开关，借助于所述功率半导体开关以时控的方式切换直流电流和直流电压，使得在该逆变器的输出接线柱上形成交变电压和交变电流。针对这些功率半导体开关预先给定电流上限，在超过所述电流上限时不可逆转地损坏所述功率半导体开关。因而，现在如果针对电驱动装置的运行需要更高的电流，那么将这些在逆变器中的功率半导体开关并联。然而，由于构件容差，即使在并行运行的情况下，功率半导体开关也不一样强烈地被加负载，因为半导体不同时接通并且因而所述半导体中的一个也许比另一个半导体接通得早。这可能导致：通过电流在所述开关之间不相同地被分配，并且因此各个功率半导体开关更强烈地被加热负载并且因此更快地停止运转。从WO2011/120728 A2公知如下电路结构，在操控并联的功率半导体开关时，所述电路结构同样使操控信号的所要考虑的渡越时间差最小。

因而，存在为此发展替换方案的需求，所述替换方案使得能够给所述并联的功率半导体开关均匀地加负载。这样，防止了单个的功率半导体开关过载并且过早地停止运转。因此，也提高了总设备的稳健性。

发明内容

提供了一种用于运行并联的功率半导体开关的方法，其中一个总栅极稳流电阻被分配给所述功率半导体开关中的至少一个功率半导体开关，所述方法具有如下步骤：

确定所述至少一个功率半导体开关的总栅极稳流电阻的额定值；根据所述额定值形成所述至少一个功率半导体开关的总栅极稳流电阻并且利用所属的总栅极稳流电阻来运行所述至少一个功率半导体开关。

并联的功率半导体开关是如下多个、即大量功率半导体开关，所述功率半导体开关根据一个共同的信号断开或闭合、即予以操控。如果功率半导体开关断开，则阻止了经过该功率半导体开关的通过电流；如果功率半导体开关闭合，则能够实现经过该功率半导体开关的通过电流。为了使功率半导体开关闭合，借助于电压源给栅极端子施加电压。通常，在电压源与栅极端子之间接有栅极稳流电阻。由于在这样的电路中的电动力学过程，根据该栅极稳流电阻的大小，功率半导体开关在电压源接通或切断之后稍早地或者稍晚地从断开转接到闭合或者相反地从闭合转接到断开。在较小的栅极稳流电阻的情况下，实现了更快的转接，在较大的栅极稳流电阻的情况下，所述转接有延迟。因此，可以通过增大或减小栅极稳流电阻来改变切换时间点。相对应地，按照本发明的方法具有用于确定所述并联的功率半导体开关中的至少一个功率半导体开关的总栅极稳流电阻的额定值的步骤。按照本发明，总栅极稳流电阻能以可变的方式来调整。因而，根据所述并联的功率半导体开关的当前的运行条件，确定所述功率半导体开关的总栅极稳流电阻的额定值。作为另一步骤而规定，根据相应的额定值来构造所述至少一个功率半导体开关的所述总栅极稳流电阻。因此，所述可变的总栅极稳流电阻根据所述额定值来得到电阻值。在所述总栅极稳流电阻根据其额定值来构造之后，相对应的功率半导体开关借助于所属的总栅极稳流电阻来运行。

因此，有利地，通过确定或通过预先给定所述至少一个总栅极稳流电阻的额定值并且形成所述总栅极稳流电阻，提供一种用于运行并联的功率半导体开关的方法，所述方法使得能够根据各个功率半导体开关的当前的运行状态来运行所述各个功率半导体开关。这样，根据各个并联的功率半导体开关的当前的特性，所述各个并联的功率半导体开关的单独的运行是可能的。这样，提供了如下可能性：给各个功率半导体开关单独地加负载并且尤其是给所述功率半导体开关均匀地加负载。因此，有利地，得到使用具有更大的容差或数值分散（Streuung）的构件的可能性。甚至可能在使用之前省去对所述构件进行事先的容差确定或分类。此外，由此还得到构件产量的提高，在制造商方面可以简化检查工序。因此，也降低了成本。此外，还存在不同的功率等级或芯片面积的功率半导体开关的并联电路的可能性，其中由于单独的加负载而避免了较弱的构件的过载。也简化了总设备的功率面积的可缩放性，因为功率半导体开关模块可以与不同的功率半导体开关一起使用。

在本发明的一个设计方案中，该方法具有如下附加步骤：提供大量栅极稳流电阻，所述栅极稳流电阻能被分配给所述至少一个总栅极稳流电阻，并且根据所确定的额定值从大量所述栅极稳流电阻中选择一个选择，其中通过使所选择的栅极稳流电阻联接来形成所述至少一个总栅极稳流电阻。

对于实现可变的总栅极稳流电阻来说，一定存在不同的可能性。其中一个例如是大量栅极稳流电阻的前置。这些栅极稳流电阻能被分配给所述并联的功率半导体开关的至少一个功率半导体开关的总栅极稳流电阻。这意味着，替代恒定的总栅极稳流电阻，提供大量的、尤其是恒定的或不能改变的栅极稳流电阻，所述栅极稳流电阻能至少部分地被分配给一个总栅极稳流电阻。现在，根据总栅极稳流电阻的所确定的额定值，从大量所述栅极稳流电阻中选择一个选择或者一个数目。通过紧接着使来自所述选择的各个栅极稳流电阻电联接、尤其是至少部分地串联和/或并联，形成所述至少一个功率半导体开关的总栅极稳流电阻。选择如下栅极稳流电阻尤其适合于此，所述栅极稳流电阻例如具有根据二进制数列（1, 2, 4, 8, 16, …）的电阻值。借此，根据通过电联接、尤其是借助于串联电路来确定的额定值，可以以每个任意的电阻值来实现总栅极稳流电阻。

有利地，利用该方法提供了如下可能性：提供用于并行操控功率半导体开关的可变的总栅极稳流电阻。

在本发明的另一设计方案中，该方法具有如下附加步骤：确定所述功率半导体开关中的至少第一和第二功率半导体开关的各至少一个温度，其中根据所确定的温度来确定额定值。

功率半导体开关越强烈地被加负载、即流经该功率半导体开关的电流越大，该功率半导体开关就越强烈地被加温。因此，在并联的并且被运行的功率半导体开关的情况下，更热的那个功率半导体开关更强烈地被加负载。因此，通过确定和比较两个功率半导体开关的温度可以确定所述两个功率半导体开关中的哪个更强烈地被加负载。例如借助于被安装在功率半导体开关模块之内的温度传感器来确定功率半导体开关的温度。但是，也存在如下其它可能性：例如借助于对经过功率半导体开关的电流的非常精确的测量来确定该功率半导体开关的温度，因为该功率半导体开关的加温与电流相关（korrelieren）。通过改变总栅极稳流电阻，在功率半导体开关的另一次运行时，较热的、即到目前为止较强烈地或者超出平均水平地被加负载的功率半导体开关较少地被加负载，而较弱地被加负载的功率半导体开关较强烈地被加负载。对功率半导体开关的不一样强烈的加负载通过改变或通过调整总栅极稳流电阻来予以影响。对此，根据所测量的温度来决定和确定总栅极稳流电阻的额定值。

这里，有利地提供了一种方法，用于确定所述至少一个总栅极稳流电阻的额定值。

在本发明的另一设计方案中，根据所述至少第一和第二功率半导体开关的所确定的温度差来确定总栅极稳流电阻的额定值。

这意味着：在两个功率半导体开关之间的温度的差是对所述两个功率半导体开关的负载彼此偏差得有多强烈的量度。因此，根据所确定的在所述功率半导体开关中的至少两个功率半导体开关之间的温度差来规定总栅极稳流电阻的额定值，或者尤其是规定相对应的功率半导体开关的总栅极稳流电阻的额定值之差。

因此，有利地，提供了一种方法，所述方法使得能够确定所述至少一个功率半导体开关的总栅极稳流电阻或者所述第一和所述第二功率半导体开关的总栅极稳流电阻的额定值。

在本发明的另一设计方案中，该方法具有另一附加步骤：确定经过所述功率半导体开关中的至少第一和第二功率半导体开关的各一个电流，其中根据所确定的电流来确定所述至少一个额定值。

这意味着：测量所述功率半导体开关中的至少两个功率半导体开关的电流。例如，这借助于在各个功率半导体开关上的感测输出端是可能的，其中也能设想用于测量经过功率半导体开关的电流的其它方法。再次根据所确定的电流执行所述总栅极稳流电阻的额定值。如下那个功率半导体开关更强烈地被加负载，更大的电流流经所述功率半导体开关。为了实现对功率半导体开关的均匀的或者均衡的加负载，根据所确定的电流来确定总栅极稳流电阻的额定值。

有利地，提供了另一种方法，用于确定所述至少一个总栅极稳流电阻的额定值。

在本发明的另一设计方案中，根据经过至少第一和第二功率半导体开关的所确定的电流之差来确定总栅极稳流电阻的额定值。

这意味着：例如借助于减法来确定所述两个流经功率半导体开关的电流之差，并且根据所述差来规定所述总栅极稳流电阻的额定值。电流差越大，相应的总栅极稳流电阻的额定值也就偏差得越大。

有利地，提供了另一种方法，用于确定所述至少一个总栅极稳流电阻的额定值。

在本发明的另一设计方案中，确定额定值，形成总栅极稳流电阻并且借助于至少一个逻辑单元运行所述功率半导体开关中的至少一个功率半导体开关。

这意味着：设置逻辑单元、例如微处理器，用于确定额定值、用于形成总栅极稳流电阻并且运行所述功率半导体开关中的至少一个功率半导体开关。这里，“运行功率半导体开关”尤其是被理解为：使电压接通或断开，以便影响所述功率半导体开关的导电性。

因此，有利地，提供了一种方法，所述方法可以控制并且执行所述方法的步骤。

在本发明的另一设计方案中，将并联的功率半导体模块至少部分地用作并联的功率半导体开关，其中一个功率半导体模块包括并联的功率半导体开关。

这意味着：替代各个能单个地操控的并联的功率半导体开关，至少部分地使用并联的功率半导体模块。在此，一个功率半导体模块对应于多个功率半导体开关的并联电路，所述多个功率半导体开关的输入端子、输出端子和操控端子分别聚集在一起。在不同的大小和功率等级方面，这种功率半导体模块都是公知的，并且被用于借助于操控信号进行电流引导以及对较高的电功率的中断。

因此，有利地，能够实现并联的功率半导体模块的运行，在所述运行的情况下，各个功率半导体模块同样比当所有功率半导体模块都借助于一个操控信号来操控并且由于它们的构件容差或者它们的不同的尺寸而不一样快和灵敏地对操控信号做出反应时更均匀地被加负载。因此，针对所述并联的功率半导体模块的运行，得到类似于针对并联的功率半导体开关的运行的优点。

此外，还提供了一种用于运行并联的功率半导体开关的控制设备，其中一个总栅极稳流电阻被分配给所述功率半导体开关中的至少一个功率半导体开关，而且所述控制设备被构造为确定所述至少一个功率半导体开关的总栅极稳流电阻的额定值，根据相应的额定值形成所述至少一个功率半导体开关的总栅极稳流电阻，并且利用所属的总栅极稳流电阻来运行所述至少一个功率半导体开关。

按照本发明，总栅极稳流电阻能借助于该控制设备以可变的方式来调整。因而，根据所述并联的功率半导体开关的当前的运行条件，确定所述至少一个功率半导体开关的总栅极稳流电阻的额定值。作为另一步骤而规定，根据所述额定值来构造功率半导体开关的所述总栅极稳流电阻。因此，所述可变的总栅极稳流电阻根据所述额定值来得到电阻值。在所述总栅极稳流电阻根据其额定值来构造之后，相对应的功率半导体开关借助于所属的总栅极稳流电阻来运行。

因此，有利地，通过确定或通过预先给定总栅极稳流电阻的额定值并且形成所述总栅极稳流电阻，提供一种用于运行并联的功率半导体开关的控制设备，所述控制设备使得能够根据功率半导体开关的当前的运行状态来运行所述功率半导体开关。提供了如下可能性：单独地运行功率半导体开关并且给功率半导体开关加负载，并且因此也尤其是根据所述功率半导体开关的当前的特性来给所述功率半导体开关均匀地加负载。因此，有利地，得到使用具有更大的容差或数值分散的构件的可能性。或者甚至可能在使用之前省去对所述构件进行事先的容差确定或分类。

此外，还提供了一种电路、尤其是一种逆变器或者一种脉冲逆变器。所述电路具有并联的功率半导体开关，其中一个总栅极稳流电阻被分配给所述功率半导体开关中的至少一个功率半导体开关。总栅极稳流电阻的大小能以可变的方式来调整。

有利地，提供了如下电路，所述电路能够实现对所述并联的功率半导体开关中的至少一个功率半导体开关的单独的操控。与所述并联的功率半导体开关相比，借助于能以可变的方式来调整的总栅极稳流电阻，可以通过改变电阻值来加速或减慢所述至少一个功率半导体开关的开关特性。

此外，还提供了一种具有并联的功率半导体开关的电系统，所述电系统具有总栅极稳流电阻以及用于运行所述并联的功率半导体开关的控制设备。

因此，有利地提供了一种具有并联的功率半导体开关的电系统。设置可变的总栅极稳流电阻，所述总栅极稳流电阻使得能够运行所述并联的功率半导体开关并且在此给功率所述功率半导体开关均匀地或者均衡地加负载。

此外，还提供了一种计算机程序，所述计算机程序被构造为执行上面描述的方法之一的所有步骤。

此外，还提供了一种机器可读的存储介质，在其上存储有所描述的计算机程序。

易于理解的是，按照本发明的方法的特征、特性和优点都相对应地能被应用于或适用于所述按照本发明的控制设备或所述电系统，并且反之亦然。

本发明的实施方式的其它特征和优点从随后参考随附的附图的描述中得到。

附图说明

在下文，本发明应该依据几个附图进一步予以阐述。对此：

图1以示意图示出了具有控制设备的电系统，

图2示出了来自图1的电系统的部分，

图3示出了用于运行并联的功率半导体开关的方法的流程图。

具体实施方式

图1以示意图示出了电系统10。电系统10包括功率半导体开关LH1, LH2,LH3...LHn，所述功率半导体开关并联并且在闭合状态下将电流从电位T+传导到电位T-，并且在断开状态下使所述电位断开。功率半导体开关LH1...LHn的栅极端子与相应的总栅极稳流电阻GGV1, GGV2, GGV3...GGVn连接。此外，还设置有一个控制设备SG，所述控制设备SG通过各个总栅极稳流电阻GGV1...GGVn与所述功率半导体开关LH1...LHn的各个栅极端子连接。通过借助于未示出的电压源在功率半导体开关LH1...LHn的栅极端子上施加电压，操控所述功率半导体开关或能够实现经过这些功率半导体开关的通过电流，通过拿开或者断开在功率半导体开关LH1...LHn的栅极端子上的电压来中断经过这些功率半导体开关的通过电流。此外，还设置有温度传感器T1, T2, T3...Tn，用于确定在各个功率半导体开关上的温度。这些温度传感器可以直接被安装在各个半导体上。如果所确定的温度值可以被分配给一个相对应的功率半导体开关LH1...LHn并且从中可以推断出所述相对应的功率半导体开关LH1...LHn的温度，那么所述温度传感器的另一位置也是能设想的。此外，功率半导体开关LH1...LHn还拥有感测端子。借助于所述感测端子，该控制设备可以确定经过各个功率半导体开关LH1...LHn的电流强度。这里，也能设想用于测量经过所述各个功率半导体开关LH1...LHn的电流的其它变型方案。再次应该可能的是，将所确定的电流值分配给功率半导体开关。根据所确定的温度和/或所确定的电流，该控制设备分别确定总栅极稳流电阻GGV1...GGVn的额定值，借助于所述总栅极稳流电阻GGV1...GGVn来运行功率半导体开关LH1...LHn。尤其是在根据所确定的温度和电流组合地确定额定值的情况下，可能还更准确地预先给定所述总栅极稳流电阻GGV1...GGVn的额定值。此外，该控制设备SG还包括逻辑单元LE，所述逻辑单元LE执行和控制对额定值的确定、总栅极稳流电阻GGVn的形成以及对所述功率半导体开关LHn中的至少一个功率半导体开关的运行。

图2尤其是以示意性形式示出了能以可变的方式调整的总栅极稳流电阻GGVn。大量栅极稳流电阻GVn、即GV1, GV2, GV3...GVn被分配给所述总栅极稳流电阻GGVn。借助于开关S1, S2, S3...Sn，可以使栅极稳流电阻GV1...GVn任意地联接或组合，使得最后得到具有根据所述额定值的大小、即根据所述额定值的电阻值的一个总栅极稳流电阻GGVn。在图2中仅仅示出了所述栅极稳流电阻的并联电路，但是根据需求，也能采用串联电路或者由串联电路和并联电路构成的组合。因此，通过操控开关S1...Sn，可以以任意的额定值来配置总栅极稳流电阻GGVn。在此，尤其是可以通过控制设备来实现对开关S1...Sn的操控。出于简便原因，在附图中没有包含控制设备与开关S1...Sn的相对应的连接，但是当然设置有控制设备与开关S1...Sn的相对应的连接。根据功率开关LHn的运行条件、即尤其是根据温度Tn和/或电流In，控制设备SG确定总栅极稳流电阻GGVn的额定值。根据所提供的大量栅极稳流电阻，借助于通过开关S1...Sn进行的选择，根据额定值来配置总栅极稳流电阻GGVn。因此，通过相对应地被调整的总栅极稳流电阻GGVn，实现由控制设备SG运行功率半导体开关LHn。

图3示出了用于运行并联的功率半导体开关的方法200。在步骤210开始该方法。在步骤220，确定所述至少一个功率半导体开关的总栅极稳流电阻GGVn的额定值。可选地，在步骤230，提供能被分配给所述总栅极稳流电阻GGVn的大量栅极稳流电阻GVn，而且根据所确定的额定值选择一个对所述栅极稳流电阻GVn的选择。在步骤240，根据相应的额定值、尤其是通过将对所述栅极稳流电阻GVn的选择进行联接来形成所述至少一个功率半导体开关LHn的总栅极稳流电阻GGVn。在步骤250，利用所属的总栅极稳流电阻GGVn来运行所述至少一个功率半导体开关。在步骤260结束该方法。

Claims (13)

1.一种用于运行并联的功率半导体开关（LH1...LHn）的方法，其中一个总栅极稳流电阻（GGV1...GGVn）被分配给所述功率半导体开关（LH1...LHn）中的至少一个功率半导体开关，所述方法具有如下步骤：

确定（220）所述至少一个功率半导体开关（LH1...LHn）的总栅极稳流电阻（GGV1...GGVn）的额定值；

根据所述额定值形成（240）所述至少一个功率半导体开关（LH1...LHn）的总栅极稳流电阻（GGV1...GGVn）；并且

利用所属的总栅极稳流电阻（GGV1...GGVn）来运行（250）所述至少一个功率半导体开关（LH1...LHn）。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法具有如下附加的步骤：

提供（230）大量栅极稳流电阻（GV1...GVn），所述栅极稳流电阻（GV1...GVn）能被分配给所述至少一个总栅极稳流电阻（GGV1...GGVn），并且

根据所确定的额定值来从所述大量所述栅极稳流电阻（GV1...GVn）中选择一个选择，

其中通过将所选择的栅极稳流电阻（GV1...GVn）进行联接来形成（240）所述至少一个总栅极稳流电阻（GGV1...GGVn）。

3.根据上述权利要求之一所述的方法，所述方法具有如下附加的步骤：

确定所述功率半导体开关（LH1...LHn）中的至少第一和第二功率半导体开关的各一个温度（T1...Tn），

其中根据所确定的温度（T1...Tn）来确定至少一个额定值。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，根据所述至少第一和第二功率半导体开关（LH1...LHn）的所确定的温度（T1...Tn）的差来确定所述至少一个额定值。

5.根据权利要求1或2之一所述的方法，所述方法具有如下附加的步骤：

确定经过所述功率半导体开关（LH1...LHn）中的至少第一和第二功率半导体开关的各一个电流（I1...In），其中根据所确定的电流（I1...In）来确定所述至少一个额定值。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，根据所述至少第一和第二功率半导体开关（LH1...LHn）的所确定的电流（I1...In）的差来确定所述至少一个额定值。

7.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，确定所述额定值、形成所述总栅极稳流电阻（GGV1...GGVn）并且借助于至少一个逻辑单元（LE）来运行所述功率半导体开关（LH1...LHn）中的至少一个功率半导体开关。

8.根据上述权利要求之一所述的方法，

其中，将并联的功率半导体模块至少部分地用作并联的功率半导体开关（LH1...LHn），其中一个功率半导体模块包括并联的功率半导体开关。

9.一种用于运行并联的功率半导体开关（LH1...LHn）的控制设备（SG），其中，一个总栅极稳流电阻（GGV1...GGVn）被分配给所述功率半导体开关（LH1...LHn）中的至少一个功率半导体开关，而且所述控制设备（SG）被构造为

确定所述至少一个功率半导体开关（LH1...LHn）的总栅极稳流电阻（GGV1...GGVn）的额定值，

根据所述额定值形成所述至少一个功率半导体开关（LH1...LHn）的总栅极稳流电阻（GGV1...GGVn），

并且利用所属的总栅极稳流电阻（GGV1...GGVn）来运行所述至少一个功率半导体开关（LH1...LHn）。

10.一种具有并联的功率半导体开关（LH1...LHn）的电路，其中，一个总栅极稳流电阻（GGV1...GGVn）被分配给所述功率半导体开关（LH1...LHn）中的至少一个功率半导体开关，其中所述总栅极稳流电阻（GGV1...GGVn）的大小能以可变的方式来调整。

11.一种具有并联的功率半导体开关（LH1...LHn）的电系统（10），所述电系统（10）具有总栅极稳流电阻（GGV1...GGVn）以及根据权利要求9所述的控制设备（SG）。

12.一种计算机程序，其被构造为执行根据权利要求1至8之一所述的方法之一的所有的步骤。

13.一种机器可读的存储介质，在其上存储有根据权利要求12所述的计算机程序。