CN107800319A - 用于减少开关损耗的双重栅极固态器件 - Google Patents

用于减少开关损耗的双重栅极固态器件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于减少开关损耗的双重栅极固态器件。一种车辆包括：电机，为车辆提供推进力；电力逆变器，利用第一开关和第二开关将电力从牵引电池供应至电机，其中，第一开关和第二开关被配置成半桥。第一开关具有：第一栅极；第一栅极引线，与第一栅极连接并且具有第一电感；第二栅极引线，与第一栅极连接并且具有第二电感，第二电感大于第一电感。

Description

用于减少开关损耗的双重栅极固态器件
技术领域
本申请总体上涉及具有多个栅极引线的固态开关，其中，每个栅极与电力回路中的电感进行感应耦合。
背景技术
电气化车辆(包括混合动力电动车辆(HEV)和电池电动车辆(BEV))依靠牵引电池向用于推进的牵引马达提供电力，并且依靠牵引电池和牵引马达之间的电力逆变器将直流(DC)电力转换为交流(AC)电力。典型的AC牵引马达是3相马达，3相马达可由3个正弦信号提供电力，所述3个正弦信号中的每个以120度的相位分离驱动。牵引电池被配置为在特定电压范围内操作，并提供最大电流。牵引电池可选地被称作高电压电池，其中，典型的牵引电池的端电压超过100伏特DC。然而，电机的改善的性能可通过在不同的电压范围内进行操作来实现，所述电压范围通常高于牵引电池的端电压。同样，用于驱动车辆电机的电流需求通常被称作高电流，其中，电流在运行中可超过600安培。通常，用于切换电压和电流的开关(诸如，固态开关或电力模块)的寄生电感的影响可导致产生电源引线与控制引线之间的感应耦合。这种感应耦合可造成延迟的转换和开关损耗。
很多电气化车辆包括DC-DC转换器(还被称作可变电压转换器(VVC))，以将牵引电池的电压转换为电机的操作电压水平。可包括牵引马达的电机可能需要高电压和高电流。由于电压需求、电流需求和开关需求，固态开关(诸如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT))通常被用于产生电力逆变器和VVC中的信号。
发明内容
一种电力模块包括：第一固态开关，具有第一栅极；第一栅极引线，与第一栅极连接，并且具有第一电感；第二栅极引线，与第一栅极连接，并且具有第二电感，第二电感大于第一电感。
一种车辆包括：电机，被配置为为车辆提供推进力；电力逆变器，被配置为利用第一开关和第二开关将电力从牵引电池供应至电机，其中，第一开关和第二开关被配置成半桥。第一开关具有：第一栅极；第一栅极引线，与第一栅极连接并且具有第一电感；第二栅极引线，与第一栅极连接并且具有第二电感，第二电感大于第一电感。
一种电力开关组件包括：一体式IGBT管芯，具有发射极；基底，支撑一体式IGBT管芯；电力发射极引线，由所述基底支撑。所述电力开关组件还包括：第一开尔文发射极引线，由所述基底支撑，并且经由第一电感与所述发射极进行感应耦合；第二开尔文发射极引线，由所述基底支撑，与所述发射极进行感应耦合，并且具有大于第一电感的第二电感。
附图说明
图1是示出典型的传动系和能量储存组件的混合动力车辆的示图，其中，在传动系与能量储存组件之间具有可变电压转换器和电力逆变器。
图2是车辆的可变电压转换器的示意图。
图3是车辆的电机逆变器的示意图。
图4A是用于在栅极回路电感和电力回路电感之间具有单个栅极回路耦合系数的IGBT的栅极驱动电路的示意图。
图4B是用于利用两个栅极端子的具有双重栅极回路耦合系数的IGBT的栅极驱动电路的示意图。
图4C是用于利用三个栅极端子的具有双重栅极回路耦合系数的IGBT的栅极驱动电路的示意图。
图4D是用于利用双重开尔文发射极的具有双重栅极回路耦合系数的IGBT的栅极驱动电路的示意图。
图5A是用于驱动电机的图3中的逆变器的典型相脚的示意图。
图5B是具有双重IGBT的典型相脚的平面布局的示图，其中，每个IGBT具有双重的栅极端子。
图5C是具有双重IGBT的典型相脚的平面布局的示图，其中，每个IGBT具有双重的引线长度不对称的栅极端子。
图5D是具有双重IGBT的典型相脚的平面布局的示图，其中，每个IGBT具有三个的引线长度不对称的栅极端子。
图6A是具有双重的引线长度不对称的栅极端子的IGBT的平面布局的透视图。
图6B是具有双重栅极端子的IGBT和引线框架的平面布局的示图。
具体实施方式
在此描述本公开的实施例。然而，应理解的是，所公开的实施例仅为示例，并且其它实施例可采用各种和替代形式。附图不必按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的是，参考任一附图示出和描述的各种特征可与在一个或更多个其它附图中示出的特征组合，以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。
固态器件(SSD)(诸如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或双极型晶体管(BJT))广泛用于各种工业应用(诸如，电动马达驱动、电力逆变器和电力模块)。IGBT和MOSFET的操作是电压控制的，其中，所述IGBT和MOSFET的操作基于施加到IGBT或MOSFET的栅极的电压，而BJT的操作是电流控制的，其中，所述BJT的操作基于施加到BJT的基极的电流。在此将论述IGBT的使用，但是结构和方法可应用于其它的SSD。IGBT的操作由栅极驱动器提供的栅极电压控制。传统的栅极驱动器通常基于利用电流限制电阻器施加到IGBT的栅极的电压，该电压大于阈值电压，所述栅极驱动器一般由可切换的电压源和栅极电阻器构成。低的栅极电阻会引起开关速度快和开关损耗低，但是还可对半导体器件造成较高的负荷(例如，过电压负荷(stress))。因此，栅极电阻被选择以寻求在开关损耗、开关延迟和负荷之间的折衷。在截止IGBT时，栅极电阻器减少从栅极流出的电流，从而增加IGBT的截止时间。此外，IGBT在导通与截止期间可能具有不相等的损耗，因此，使用提供与截止电阻不同的导通电阻的栅极驱动器。
针对固态器件的开关损耗考虑的另一因素是共源极电感。共源极电感是由MOSFET电路的开关电路中的主电力回路和栅极驱动器回路共用的电感。对于MOSFET电路，电力回路(用于向负载提供电力的从漏极至源极的高电压高电流流动路径Ids)与控制回路(用于控制流向负载的电力流的栅极与源极之间的低电压低电流流动路径Vgs)的源极引脚是共同的。在此，术语和原理应用于IGBT，其中，电力回路(从集电极流向发射极的电流Ic)与控制回路(栅极与发射极之间的电压Vge)的发射极引脚是共同的，此时，术语“共源极电感”将用于表示共发射极电感。共源极电感通常是与器件封装和PCB印制线关联的寄生电感。共源极电感可通过降低开关速度并增大开关损耗来破坏导通开关性能，其中，降低开关速度并增大开关损耗会导致栅极振铃(ringing)，进而可导致栅极氧化层击穿或者控制失稳。
在此，使用双重栅极控制路径回路用于导通和截止包括使用双重开尔文发射极器件和双重栅极引线器件。尽管主要论述了使用双重栅极引线器件，但是该构思可应用于双重开尔文发射极器件。双重栅极引线器件通过双重共源极电感的构造来改善开关性能和降低损耗。控制端子被配置为具有针对导通而被调节的单独的共源极电感和针对截止的单独的共源极电感。针对导通和截止使用独立的共源极电感允许器件或模块的设计者对器件进行调节，使得感应电压过冲经由较小的栅极电阻而减小。使用较小的栅极电阻导致开关速度增大并且损耗降低。
封装有多个栅极引线(也被称为栅极端子)的SSD可被配置有与每个栅极引线关联的不同的电感。多重栅极端子结构可包括两个或更多个栅极引线。例如，两个栅极端子的器件可被配置为在每个栅极端子与主电力回路之间具有不同的耦合系数，从而针对该器件的导通和截止产生专用的共源极电感。耦合系数可以是正数、负数或零。电力回路电感包括电力回路中的全部寄生电感(例如，在发射极侧或集电极侧的电感、上方器件或下方器件的电感、电容器ESL、汇流条电感等等)。可在许多应用(包括汽车的逆变器和汽车的DC-DC转换器)中使用这些多重栅极端子封装的器件，并且可针对这些应用而对这些多重栅极端子封装的器件进行调谐。
耦合系数(例如，耦合电感)的值基于以下参数：IGBT的栅极电阻、IGBT的集电极短接至发射极时的IGBT的栅极与发射极之间的输入电容、DC总线电压、负载电流和电力回路的杂散电感。
图1描绘了可被称作插电式混合动力电动车辆(PHEV)的电气化车辆112。插电式混合动力电动车辆112可包括机械地连接至混合动力传动装置116的一个或更多个电机114。电机114能够作为马达或发电机运转。此外，混合动力传动装置116机械地连接至发动机118。混合动力传动装置116还机械地连接至驱动轴120，驱动轴120机械地连接至车轮122。电机114能在发动机118启动或关闭时提供推进和减速能力。电机114还可用作发电机，并且能够通过回收在摩擦制动系统中通常将作为热损失掉的能量来提供燃料经济性效益。电机114还可通过允许发动机118以更高效的转速运转并允许混合动力电动车辆112在特定状况下以发动机118关闭的电动模式运转而减少车辆排放。电气化车辆112还可以是电池电动车辆(BEV)。在BEV配置中，发动机118可不存在。在其它配置中，电气化车辆112可以是没有插电能力的全混合动力电动车辆(FHEV)。
牵引电池或电池组124储存可被电机114使用的能量。车辆电池组124可提供高电压直流电(DC)输出。牵引电池124可电连接至一个或更多个电力电子模块126。一个或更多个接触器142可在断开时将牵引电池124与其它组件隔离，并且可在闭合时将牵引电池124连接到其它组件。电力电子模块126还电连接至电机114，并提供在牵引电池124与电机114之间双向传输能量的能力。例如，牵引电池124可提供DC电压而电机114可使用三相交流电(AC)来运转。电力电子模块126可将DC电压转换为三相AC电流来运转电机114。在再生模式下，电力电子模块126可将来自用作发电机的电机114的三相AC电流转换为与牵引电池124兼容的DC电压。
车辆112可包括在牵引电池124和电力电子模块126之间电连接的可变电压转换器(VVC)152。VVC 152可以是被配置为增大或升高由牵引电池124提供的电压的DC/DC升压转换器。通过增大电压，电流需求可被降低，从而导致电力电子模块126和电机114的布线尺寸减小。此外，电机114可在较高的效率和较低的损耗下运转。
牵引电池124除了提供用于推进的能量之外，还可为其它车辆电力系统提供能量。车辆112可包括DC/DC转换模块128，DC/DC转换模块128将牵引电池124的高电压DC输出转换成与低电压车辆负载兼容的低电压DC供应。DC/DC转换模块128的输出可电连接至辅助电池130(例如，12V电池)以用于为辅助电池130充电。低电压系统可电连接至辅助电池130。一个或更多个电负载146可连接至高电压总线。电负载146可具有相关联的控制器，所述控制器适时地操作和控制电负载146。电负载146的示例可以是风扇、电加热元件和/或空调压缩机。
电气化车辆112可被配置为通过外部电源136对牵引电池124进行再充电。外部电源136可连接到电插座。外部电源136可电连接至充电器或电动车辆供电设备(EVSE)138。外部电源136可以是由公共电力公司提供的配电网或电网。EVSE 138可提供电路和控制，以调节和管理电源136与车辆112之间的能量传输。外部电源136可向EVSE 138提供DC电力或AC电力。EVSE 138可具有用于插入到车辆112的充电端口134中的充电连接器140。充电端口134可以是被配置为从EVSE 138向车辆112传输电力的任意类型的端口。充电端口134可电连接至充电器或车载电力转换模块132。电力转换模块132可对从EVSE 138供应的电力进行调节，以向牵引电池124提供合适的电压水平和电流水平。电力转换模块132可与EVSE 138进行接口连接，以协调对车辆112的电力传输。EVSE连接器140可具有与充电端口134的相应凹槽匹配的引脚。可选地，被描述为电耦合或电连接的各种组件可使用无线感应耦合来传输电力。
可提供一个或更多个车轮制动器144，以使车辆112减速并阻止车辆112移动。车轮制动器144可以是液压致动的、电致动的或者它们的某种组合。车轮制动器144可以是制动系统150的一部分。制动系统150可包括用于操作车轮制动器144的其它组件。为简单起见，附图描绘了制动系统150与车轮制动器144中的一个之间的单一连接。制动系统150和其它车轮制动器144之间的连接被隐含。制动系统150可包括控制器，以监测和协调制动系统150。制动系统150可监测制动组件并控制车轮制动器144以使车辆减速。制动系统150可对驾驶员命令做出响应并且还可自主运转以实现诸如稳定性控制的功能。当被另一控制器或子功能请求时，制动系统150的控制器可实现施加被请求的制动力的方法。
车辆112中的电子模块可经由一个或更多个车辆网络通信。车辆网络可包括用于通信的多个信道。车辆网络的一个信道可以是诸如控制器局域网(CAN)的串行总线。车辆网络的信道中的一个可包括由电气与电子工程师协会(IEEE)802标准族定义的以太网。车辆网络的其它信道可包括模块之间的离散连接，并且可包括来自辅助电池130的电力信号。不同的信号可通过车辆网络的不同信道进行传输。例如，视频信号可通过高速信道(例如，以太网)进行传输，而控制信号可通过CAN或离散信号进行传输。车辆网络可包括协助在模块之间传输信号和数据的任何硬件组件和软件组件。车辆网络没有在图1中示出，但是可隐含了车辆网络可连接到在车辆112中存在的任何电子模块。可存在车辆系统控制器(VSC)148来协调各个组件的操作。
图2描绘了被配置为升压转换器的VVC 152的示图。VVC 152可包括可通过接触器142连接至牵引电池124的端子的输入端子。VVC 152可包括连接至电力电子模块126的端子的输出端子。VVC 152可被操作为使输出端子处的电压高于输入端子处的电压。车辆112可包括监测和控制VVC 152中的多个位置处的电参数(例如电压和电流)的VVC控制器200。在一些配置中，VVC控制器200可被包括为VVC 152的一部分。VVC控制器200可确定输出电压基准VVC控制器200可基于电参数和电压基准确定足够使VVC 152实现期望的输出电压的控制信号。在一些配置中，控制信号可被实现为脉冲宽度调制(PWM)信号，其中，PWM信号的占空比是变化的。控制信号可在预定开关频率下操作。VVC控制器200可使用控制信号命令VVC 152提供期望的输出电压。操作VVC 152的特定控制信号可与由VVC 152提供的电压升高量直接相关。
VVC 152的输出电压可被控制以达到期望的基准电压。在一些配置中，VVC 152可以是升压转换器。在VVC控制器200控制占空比的升压转换器的配置中，输入电压Vin和输出电压Vout以及占空比D之间的理想关系可使用以下等式示出：
期望的占空比D可通过测量输入电压(例如牵引电池电压)以及将输出电压设置为基准电压来被确定。VVC 152可以是降低从输入至输出的电压的降压转换器。在降压配置中，可推导得到将输入电压和输出电压与占空比关联的另一表达式。在一些配置中，VVC152可以是可增大或减小输入电压的降压-升压转换器。这里描述的控制策略不限于特定的可变电压转换器拓扑结构。
参照图2，VVC 152可升高或“提高(step up)”由牵引电池124提供的电力的电势。牵引电池124可提供高电压(HV)DC电力。在一些配置中，牵引电池124可提供150伏特和400伏特之间的电压。接触器142可串联电连接在牵引电池124和VVC 152之间。当接触器142闭合时，HV DC电力可从牵引电池124被传输到VVC 152。输入电容器202可与牵引电池124并联电连接。输入电容器202可稳定总线电压并减小任何电压纹波和电流纹波。VVC 152可接收HV DC电力，并根据占空比升高或“提高”输入电压的电势。
输出电容器204可电连接在VVC 152的输出端子之间。输出电容器204可稳定总线电压，并减小VVC 152的输出处的电压纹波和电流纹波。
进一步参照图2，VVC 152可包括用于升高输入电压以提供升高的输出电压的第一开关器件206和第二开关器件208。开关器件206、208可被配置为使电流选择性地流向电负载(例如电力电子模块126和电机114)。每个开关器件206、208可被VVC控制器200的栅极驱动电路(未示出)独立控制，并可包括任何类型的可控开关(例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或场效应晶体管(FET))。栅极驱动电路可向每个开关器件206、208提供基于控制信号(例如PWM控制信号的占空比)的电信号。二极管可跨接在开关器件206、208中的每个上。开关器件206、208可分别具有关联的开关损耗。开关损耗是在开关器件的状态变化(例如开/关和关/开的转换)期间产生的电力损耗。可通过在转换期间流经开关器件206、208的电流以及开关器件206两端的电压和开关器件208两端的电压来量化开关损耗。开关器件还可具有当器件接通时产生的相关联的传导损耗。
车辆系统可包括用于测量VVC 152的电参数的传感器。第一电压传感器210可被配置为测量输入电压(例如电池124的电压)，并向VVC控制器200提供相应的输入信号(Vbat)。在一个或更多个实施例中，第一电压传感器210可测量与电池电压对应的输入电容器202两端的电压。第二电压传感器212可测量VVC 152的输出电压，并向VVC控制器200提供相应的输入信号(Vdc)。在一个或更多个实施例中，第二电压传感器212可测量与DC总线电压对应的输出电容器204两端的电压。第一电压传感器210和第二电压传感器212可包括用于将电压缩放到适合VVC控制器200的水平的电路。VVC控制器200可包括用于对来自第一电压传感器210和第二电压传感器212的信号进行滤波和数字化的电路。
输入电感器214可串联电连接在牵引电池124和开关器件206、208之间。输入电感器214可在将能量储存在VVC 152中和释放VVC 152中的能量之间转换，从而能够提供可变的电压和电流作为VVC 152的输出，并且能够实现期望的电压升高。电流传感器216可测量通过输入电感器214的输入电流，并且可向VVC控制器200提供相应的电流信号(IL)。通过输入电感器214的输入电流可以是VVC 152的输入电压和输出电压之间的电压差、开关器件206、208的导通时间以及输入电感器214的电感L共同作用的结果。VVC控制器200可包括用于对来自电流传感器216的信号进行缩放、滤波和数字化的电路。
VVC控制器200可被配置为控制VVC 152的输出电压。VVC控制器200可经由车辆网络从VVC 152和其它控制器接收输入，并且可确定控制信号。VVC控制器200可监测输入信号(Vbat、Vdc、IL、)，以确定控制信号。例如，VVC控制器200可向栅极驱动电路提供与占空比命令对应的控制信号。栅极驱动电路随后可基于占空比命令控制每个开关器件206、208。
提供给VVC 152的控制信号可被配置为以特定的开关频率驱动开关器件206、208。在开关频率的每个周期内，开关器件206、208可以以特定的占空比操作。占空比定义开关器件206、208处于接通状态和断开状态的时间量。例如，100％的占空比可使开关器件206、208在无断开的持续接通状态下操作。0％的占空比可使开关器件206和开关器件208在无接通的持续断开状态下操作。50％的占空比可使开关器件206、208在接通状态下操作持续半个周期，并且在断开状态下操作持续半个周期。两个开关206、208的控制信号可以是互补的。即，发送至开关器件中的一个(例如，开关器件206)的控制信号可以是发送至另一开关器件(例如，开关器件208)的控制信号的相反版本。
由开关器件206、208控制的电流可包括纹波分量，所述纹波分量具有随着电流幅值以及开关器件206、208的占空比和开关频率的变化而变化的幅值。相对于输入电流，在相对高的输入电流状况期间出现最差情况的纹波电流幅值。当占空比固定时，电感器电流的增大引起纹波电流幅值的增大。纹波电流的幅值还与占空比相关。当占空比等于50％时，出现最高幅值的纹波电流。基于这些事实，在高电流和中间范围占空比状况下实施用于减小纹波电流幅值的措施可能是有益的。
当设计VVC 152时，可选择开关频率和电感器214的电感值以满足最大可允许纹波电流幅值。纹波分量可以是出现在DC信号中的周期性变量。纹波分量可由纹波分量幅值和纹波分量频率来定义。纹波分量可具有处于可听频率范围内的谐波，所述谐波可增加车辆的噪声特征。此外，纹波分量可能导致难以精确地控制由电源供电的器件。在开关瞬变期间，开关器件206、208可在最大电感器电流(DC电流加纹波电流)处断开，这可引起开关器件206、208两端的大电压尖峰。由于尺寸和成本的限制，可基于传导电流选择电感值。总之，随着电流增大，电感可由于饱和而减小。
开关频率可被选择以限制在最差情况的情境(例如，最高输入电流和/或占空比接近50％的状况)下的纹波电流分量的幅值。开关器件206、208的开关频率可被选择为高于连接至VVC 152的输出的马达/发电机逆变器的开关频率(例如，5kHz)的频率(例如，10kHz)。在一些应用中，VVC 152的开关频率可被选择为预定的固定频率。预定的固定频率通常被选择以满足噪声和纹波电流的规范。然而，预定的固定频率的选择可能无法在VVC 152的全部操作范围内提供最佳性能。预定的固定频率可在特定集合的操作状况下提供最佳结果，但可能在其它操作状况下对预定的固定频率做出折衷。
增大开关频率可减小纹波电流幅值并降低开关器件206、208上的电压负荷，但可能导致更高的开关损耗。虽然可针对最差情况的纹波状况选择开关频率，但是VVC 152在最差情况的纹波状况下的操作时间可能仅占总操作时间的小百分比。这可能导致可降低燃料经济性的非必要的高开关损耗。此外，固定的开关频率可将噪声频谱集中在非常窄的范围内。在这个窄的范围内的增大的噪声密度可引起显著的噪声、振动和声振粗糙度(NVH)问题。
VVC控制器200可被配置为基于占空比和输入电流改变开关器件206、208的开关频率。开关频率的改变可通过降低开关损耗来改善燃料经济性并减少NVH问题，同时保持最差情况的操作状况下的纹波电流目标。
在相对高的电流状况期间，开关器件206、208可能经受增大的电压负荷。在VVC152的最大操作电流处，可期望选择相对高的开关频率，从而减小纹波分量的幅值并且开关损耗水平是合理的。可基于输入电流幅值来选择开关频率，使得开关频率随着输入电流幅值的增大而增大。开关频率可增大到预定的最大开关频率。预定的最大开关频率可以是在较低的纹波分量幅值和较高的开关损耗之间提供折衷的水平。可在操作电流范围内按照离散步长改变开关频率或持续改变开关频率。
VVC控制器200可被配置为响应于电流输入低于预定的最大电流而降低开关频率。预定的最大电流可以是VVC 152的最大操作电流。开关频率的改变可基于输入到开关器件206、208的电流的幅值。当电流大于预定的最大电流时，开关频率可被设置为预定的最大开关频率。随着电流减小，纹波分量的幅值减小。通过在电流减小时以较低的开关频率操作，开关损耗降低。开关频率可基于输入到开关器件的功率而变化。由于输入功率是输入电流和电池电压的函数，因此输入功率和输入电流可以以类似的方式被使用。
由于纹波电流还受占空比影响，所以开关频率可基于占空比而变化。可基于输入电压与输出电压之间的比值来确定占空比。因此，开关频率还可基于输入电压和输出电压之间的比值而变化。当占空比接近50％时，预测的纹波电流幅值是最大值，并且开关频率可被设置为预定的最大频率。预定的最大频率可以是被选择为使纹波电流幅值最小化的最大开关频率值。开关频率可在占空比范围内按照离散步长变化或持续变化。
VVC控制器200可被配置为响应于占空比和预测的纹波分量幅值为最大值时的占空比值(例如50％)之间的差的大小而从预定的最大频率开始减小开关频率。当所述差的大小小于阈值时，开关频率可被设置为预定频率。当所述差的大小减小时，开关频率可向着预定的最大频率增大，以减小纹波分量幅值。当所述差的大小小于阈值时，开关频率可被设置为预定的最大频率。
开关频率可被限制在预定的最大频率和预定的最小频率之间。预定的最小频率可以是大于连接至可变电压转换器152的输出的电力电子模块126的预定开关频率的频率水平。开关频率还可基于与IGBT的栅极相关联的寄生电感。
参照图3，系统300被提供用于控制电力电子模块(PEM)126。图3的PEM 126被示出为包括多个开关302(例如，IGBT)，所述多个开关302被配置为共同操作为具有第一相桥(phase leg)316、第二相桥318和第三相桥320的逆变器。尽管逆变器被示出为三相转换器，但是逆变器可包括额外的相桥。例如，逆变器可以是四相转换器、五相转换器、六相转换器等。此外，PEM 126可包括多个转换器，PEM 126中的每个逆变器包括三个或更多个相桥。例如，系统300可控制PEM 126中的两个或更多个逆变器。PEM 126还可包括具有高功率开关(例如，IGBT)的DC至DC转换器，以经由升压、降压或它们的组合将电力电子模块输入电压转换为电力电子模块输出电压。
如图3所示，逆变器可以是DC至AC转换器。在操作中，DC至AC转换器通过DC总线304从DC电力链路(power link)306接收DC电力，并将DC电力转换为AC电力。AC电力经由相电流ia、ib和ic传输，以驱动AC电机，所述AC电机也被称作电机114(诸如图3中描绘的三相永磁同步马达(PMSM))。在这个示例中，DC电力链路306可包括DC蓄电池，以向DC总线304提供DC电力。在另一示例中，逆变器可操作为将来自AC电机114(例如，发电机)的AC电力转换为DC电力的AC至DC转换器，其中，DC总线304可将DC电力提供至DC电力链路306。此外，系统300可控制其它电力电子拓扑结构中的PEM 126。
继续参照图3，逆变器中的相桥316、318和320中的每个均包括电力开关302，电力开关302可由多种类型的可控开关来实现。在一个实施例中，每个电力开关302可包括二极管和晶体管(例如，IGBT)。图3中的二极管被标记为Da1、Da2、Db1、Db2、Dc1和Dc2，而图3的IGBT分别被标记为Sa1、Sa2、Sb1、Sb2、Sc1和Sc2。电力开关Sa1、Sa2、Da1和Da2是三相转换器的相桥A的一部分，相桥A在图3中被标记为第一相桥A 316。类似地，电力开关Sb1、Sb2、Db1和Db2是三相转换器的相桥B 318的一部分，电力开关Sc1、Sc2、Dc1和Dc2是三相转换器的相桥C 320的一部分。逆变器可根据逆变器的特定构造而包括任意数量的电力开关302或电路元件。二极管(Dxx)与IGBT(Sxx)并联连接，然而，由于为了适当的操作，极性是相反的，因此该构造通常被称作反向并联连接。这种反向并联构造中的二极管还被称作续流二极管。
如图3所示，设置电流传感器CSa、CSb和CSc以分别感测相桥316、318和320中的电流。图3示出了与PEM 126分离的电流传感器CSa、CSb和CSc。然而，根据PEM 126的构造，电流传感器CSa、CSb和CSc可被集成为PEM 126的一部分。图3中的电流传感器CSa、CSb和CSc被安装成分别与相桥A、B和C(即，图3中的相桥316、318和320)串联，并分别提供用于系统300的反馈信号ias、ibs和ics(也在图3中示出)。反馈信号ias、ibs和ics可以是由逻辑器件(LD)处理的原始电流信号，或者可被嵌入关于分别流过相桥316、318和320的电流的数据或信息，或者可利用所述数据或信息被编码。此外，电力开关302(例如，IGBT)可包括电流感测能力。电流感测能力可包括被配置有可提供表示ias、ibs和ics的数据或信号的电流镜像输出。所述数据或信号可指示分别流过相桥A、B和C的电流的方向、幅值或者方向和幅值两者。
再次参照图3，系统300包括逻辑器件(LD)或控制器310。控制器或LD 310可由多种类型的电子装置和/或基于微处理器的计算机或控制器或者它们的组合来实现。为了实现控制PEM 126的方法，控制器310可执行被嵌入有所述方法或利用所述方法编码并且被存储在易失性存储器312和/或永久性存储器312中的计算机程序或算法。可选地，逻辑可被编码到离散逻辑、微处理器、微控制器或存储在一个或更多个集成电路芯片上的逻辑阵列或门阵列中。如图3中的实施例所示，控制器310接收并处理反馈信号ias、ibs和ics以控制相电流ia、ib和ic，使得相电流ia、ib和ic根据多种电流模式或电压模式流过相桥316、318和320并进入电机114的对应的绕组。例如，电流模式可包括流进和流出DC总线304或DC总线电容器308的相电流ia、ib和ic的模式。图3中的DC总线电容器308被示出为与PEM 126分离。然而，DC总线电容器308可被集成为PEM 126的一部分。
如图3所示，诸如计算机可读存储器的存储介质312(以下称为“存储器”)可存储被嵌入有所述方法或利用所述方法编码的计算机程序或算法。此外，存储器312可存储关于PEM 126中的各种操作状况或组件的数据或信息。例如，存储器312可存储关于流过各个相桥316、318和320的电流的数据或信息。如图3所示，存储器312可以是控制器310的一部分。然而，存储器312可被布置在控制器310可访问的任何合适的位置。
如图3所示，控制器310向电力转换器系统126发送至少一个控制信号236。电力转换器系统126接收控制信号236以控制逆变器的开关配置，从而控制流过各个相桥316、318和320的电流。所述开关配置是逆变器中的电力开关302的开关状态的集合。一般而言，逆变器的开关配置确定逆变器如何转换DC电力链路306和电机114之间的电力。
为了控制逆变器的开关配置，逆变器基于控制信号236将逆变器中的每个电力开关302的开关状态改变为闭合状态或断开状态。在示出的实施例中，为了将电力开关302切换到闭合状态或断开状态，控制器或LD 310向每个电力开关302提供栅极电压(Vg)，从而驱动每个电力开关302的开关状态。栅极电压Vga1、Vga2、Vgb1、Vgb2、Vgc1和Vgc2(在图3中示出)控制各个的电力开关302的开关状态和特性。虽然逆变器在图3中被示出为电压驱动的器件，但是逆变器可以是电流驱动的器件，或者可由将电力开关302在闭合状态和断开状态之间进行切换的其它策略来控制。控制器310可基于电机114的转速、镜像电流或IGBT开关的温度来改变每个IGBT的栅极驱动。栅极驱动的变化可根据多个栅极驱动电流被选择，在所述多个栅极驱动电流中，栅极驱动电流的变化与IGBT开关速度的变化成比例。
还如图3所示，相桥316、318和320中的每个包括两个开关302。然而，在相桥316、318和320中的每个中仅有一个开关可以处于闭合状态而不会使DC电力链路306短路。因此，在每个相桥中，下方开关的开关状态通常与对应的上方开关的开关状态相反。因此，相桥的高状态指的是相桥中的上方开关处于闭合状态并且下方开关处于断开状态。类似地，相桥的低状态指的是相桥的上方开关处于断开状态并且下方开关处于闭合状态。作为结果，具有电流镜像能力的IGBT可以是所有IGBT、IGBT的子集(例如，Sa1、Sb1、Sc1)或单个IGBT。
在图3中示出的三相转换器示例的激活状态期间会出现两种情况：(1)两个相桥处于高状态，而第三个相桥处于低状态，或者(2)一个相桥处于高状态，而另外两个相桥处于低状态。因此，三相转换器中的一个相桥(可被定义为逆变器的特定激活状态的“参考”相)处于与另外两个具有相同状态的相桥(或者“非参考”相)的状态相反的状态。因此，非参考相在逆变器的激活状态期间均处于高状态或者均处于低状态。
图4A是用于在栅极回路电感404和电力回路电感406之间具有单个栅极回路耦合系数的IGBT 402的栅极驱动电路400的示意图。在这个实施例中，单个栅极引线用于经由使用导通电阻408A和截止电阻408B来控制导通和截止。导通电阻408A和截止电阻408B被选择以在被栅极驱动器410驱动时独立地调节IGBT 402的导通和截止。此外，这个栅极驱动电路400可包括米勒钳位(miller clamp)连接412，以帮助防止击穿。击穿是在半桥配置中的上方器件和下方器件同时导通时发生的情况。此外，在这个栅极驱动电路400中，在栅极回路电感404与电力回路电感406之间存在互感。这种互感具有在栅极导通回路、栅极截止回路和米勒钳位连接中的电感系数。过去，电路设计者必须针对操作的所有三个方面考虑这个单一系数。
在此，公开的电路具有针对导通和截止而调节的独立的电感系数。在一些实施例中，米勒钳位连接被设置有与导通电感系数和截止电感系数不同的电感系数。
图4B是用于利用两个栅极端子的具有双重栅极回路耦合系数的IGBT 422的栅极驱动电路420的示意图。在这个实施例中，栅极回路电感424A与电力回路电感426之间的耦合系数和栅极回路电感424B与电力回路电感426之间的耦合系数是分开且独立的。在这个实施例中，使用双重栅极引线允许经由使用导通电阻428A和截止电阻428B而针对导通和截止调节栅极驱动电路420。导通电阻428A和截止电阻428B被选择以在被栅极驱动器430驱动时独立地调节IGBT 422的导通和截止。此外，这个栅极驱动电路420可包括米勒钳位连接432以帮助防止击穿。击穿是在半桥配置中的上方器件和下方器件同时导通时发生的情况。这个栅极驱动电路420在栅极回路电感424A与电力回路电感426之间具有“导通”互感，在栅极回路电感424B与电力回路电感426之间具有“截止”互感。此外，米勒钳位连接432可与导通电阻428A或截止电阻428B并联耦合。如果米勒钳位连接432与导通电阻428A并联耦合，则米勒钳位将具有基于栅极回路电感424A与电力回路电感426之间的“导通”互感的电感系数。如果米勒钳位连接432与截止电阻428B并联耦合，则米勒钳位将具有基于栅极回路电感424B与电力回路电感426之间的“截止”互感的电感系数。
图4C是用于利用三个栅极端子的具有三个栅极回路耦合系数的IGBT 442的栅极驱动电路的示意图。在这个实施例中，米勒钳位连接452与电力回路电感446之间的耦合系数、栅极回路电感444A与电力回路电感446之间的耦合系数以及栅极回路电感444B与电力回路电感446之间的耦合系数是分开且独立的。使用三个栅极引线允许经由使用导通电阻448A和截止电阻448B而针对导通和截止调节栅极驱动电路440。导通电阻448A和截止电阻448B被选择以在被栅极驱动器450驱动时独立地调节IGBT 442的导通和截止。示出的这个栅极驱动电路440具有米勒钳位连接452以帮助防止击穿。这个栅极驱动电路440在栅极回路电感444A与电力回路电感446之间具有“导通”互感，在栅极回路电感444B与电力回路电感446之间具有“截止”互感。此外，示出的这个栅极驱动电路440具有米勒钳位连接452，由于米勒钳位连接452不共用“导通”栅极回路电感444A或“截止”栅极回路电感444B，因此米勒钳位连接452具有分开且独立的电感系数。
图4D是用于利用双重开尔文发射极的具有双重栅极回路耦合系数的IGBT 462的栅极驱动电路460的示意图。在这个实施例中，开尔文发射极回路电感464A与电力回路电感466之间的耦合系数和开尔文发射极回路电感464B与电力回路电感466之间的耦合系数是分开且独立的。双重开尔文发射极的引线允许经由使用导通电阻468A和截止电阻468B而针对导通和截止调节栅极驱动电路460。导通电阻468A和截止电阻468B被选择以在被栅极驱动器470驱动时独立地调节IGBT 462的导通和截止。导通电阻468A和开尔文发射极导通电感464A在低电压导通控制回路(即，栅极回路)的返回路径中，截止电阻468B和开尔文发射极截止电感464B在低电压截止控制回路的返回路径中。这个栅极驱动电路460在栅极回路电感464A与电力回路电感466之间具有“导通”互感，在栅极回路电感464B与电力回路电感466之间具有“截止”互感。导通电阻468A和截止电阻468B被选择以在被栅极驱动器470驱动时独立地调节IGBT 462的导通和截止。由于这个栅极驱动电路460利用在返回路径中具有不同且独立的栅极控制回路电感器464A和464B的双重开尔文发射极，因此，使用阻塞二极管472A和472B以用于控制控制回路中的电流。
图5A是用于驱动电机的图3中的逆变器的典型相脚500的示意图。这个电路可经由离散组件来实现，或者这个电路可被实现在封装模块中。离散组件可被封装在标准器件封装(包括TO-252DPAK、TO-263D2PAK、TO-220、TO-247)中，或者被封装在模块封装(包括陶瓷基底、金属基底、传递模类型的电力模块(transfer mold type power module，TPM)、基于DBC和线接合技术的电力模块)中。IGBT和二极管可以是包括硅、碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)或工业已知技术的标准器件或宽带隙(WBG)器件。IGBT和二极管可以是一体分离式的，诸如，带有SiC二极管的硅IGBT，或者IGBT和二极管可以是集成为一体的。同样地，上方IGBT和二极管以及下方IGBT和二极管可以是分立的或者可以是集成一体的。栅极电阻器Rg1和Rg2通常不是管芯的一体集成的部分。通常，IGBT器件被设置成管芯形式，并且，接合线(bond wire)(包括实心焊线、编织焊线、带(ribbon)或接线夹(clip))提供从管芯至封装或模块的引线的电连接和电流承载能力。此外，栅极电阻器通常经由接合线连接至IGBT的栅极。
图5B是具有双重IGBT(S1和S2)的典型相脚510的平面布局的示图，其中，每个IGBT具有双重的栅极端子(gon1和goff1，gon2和goff2)。这个双重IGBT组件还被称为半桥模块510，并包括正电力端子512、负载输出514和负电力端子516，正电力端子512与高侧IGBT的集电极连接，负载输出514与高侧IGBT的发射极和低侧IGBT的集电极连接，负电力端子516与低侧IGBT的发射极连接。高侧IGBT或开关1(S1)526包括两个栅极引线，即，截止栅极引线(goff1)518A和导通栅极引线(gon1)518B。在这个示图中，栅极引线(goff1和gon1)连接在一起且被示出为单个导体，并且，单个栅极接合线520提供与电力器件的栅极垫(gate pad)的连接。开尔文发射极引线522经由开尔文发射极接合线524与管芯的发射极连接。低侧IGBT或开关2(S2)536包括两个栅极引线，即，截止栅极引线(goff2)528A和导通栅极引线(gon2)528B。在这个示图中，栅极引线(goff2和gon2)连接在一起且被示出为单个导体，并且，单个栅极接合线530提供与电力器件的栅极垫的连接。开尔文发射极引线532经由开尔文发射极接合线534与管芯的发射极连接。
在其它实施例中，截止栅极引线(goff1)518A和导通栅极引线(gon1)518B可以是分开的，但是分别经由截止栅极接合线和导通栅极接合线连接至栅极垫。此外，为了调节截止栅极引线和导通栅极引线的耦合系数，截止栅极接合线和导通栅极接合线可被配置有不同的阻抗。所述不同的阻抗可因接合线的不同长度、用于接合线的不同材料、接合线的不同布线(routing)以及接合线的不同直径而产生。例如，一个接合线可被布置在负载输出514附近，而另一接合线可被布置为远离负载输出514(例如，在模块的另一侧上)。同样地，截止栅极引线(goff2)528A和导通栅极引线(gon2)528B可以是分开的，但是分别经由截止栅极接合线和导通栅极接合线连接至栅极垫。由于截止栅极接合线和导通栅极接合线可被配置有不同的阻抗，因此截止栅极引线和导通栅极引线的耦合系数也可被调节。所述不同的阻抗可因接合线的不同长度、用于接合线的不同材料、接合线的不同布线以及接合线的不同直径而产生。例如，一个接合线可被布置在负载输出514附近，而另一接合线可被布置为远离负载输出514(例如，在模块的另一侧上)。
图5C是具有双重IGBT(S1和S2)的典型相脚540的平面布局的示图，其中，每个IGBT具有双重的栅极端子(gon1和goff1，gon2和goff2)。这个双重IGBT组件还被称为半桥模块540，并包括正电力端子542、负载输出544和负电力端子546，正电力端子542与高侧IGBT的集电极连接，负载输出544与高侧IGBT的发射极和低侧IGBT的集电极连接，负电力端子546与低侧IGBT的发射极连接。高侧IGBT或开关1(S1)556包括两个栅极引线，即，截止栅极引线(goff1)548A和导通栅极引线(gon1)548B。在这个示图中，栅极引线(goff1和gon1)连接在一起且被示出为单个导体，并且，单个栅极接合线550提供与电力器件的栅极垫的连接。开尔文发射极引线552经由开尔文发射极接合线554与管芯的发射极连接。低侧IGBT或开关2(S2)566包括两个栅极引线，即，截止栅极引线(goff2)558A和导通栅极引线(gon2)558B。在这个示图中，栅极引线(goff2和gon2)连接在一起且被示出为单个导体，并且，单个栅极接合线560提供与电力器件的栅极垫的连接。开尔文发射极引线562经由开尔文发射极接合线564与管芯的发射极连接。
在这个示图中，示出的截止栅极引线(goff1)548A比导通栅极引线(gon1)548B长，示出的截止栅极引线(goff2)558A比导通栅极引线(gon2)558B长。在另一实施例中，栅极引线中的一个(例如，截止栅极引线(goff1)548A)可被布置在负载输出544附近以调节耦合系数，而另一栅极引线(即，导通栅极引线(gon1)548B)可被布置为远离负载输出544。同样地，截止栅极引线(goff2)558A可被布置在负载输出544附近以调节耦合系数，而另一栅极引线(即，导通栅极引线(gon2)558B)可被布置为远离负载输出544。
图5D是具有双重IGBT(S1和S2)的典型相脚570的平面布局的示图，其中，每个IGBT具有双重的栅极端子(gon1和goff1，gon2和goff2)以及栅极钳位连接(gclamp1和gclamp2)。这个双重的IGBT组件还被称为半桥模块570，并包括正电力端子572、负载输出574和负电力端子576，正电力端子572与高侧IGBT的集电极连接，负载输出574与高侧IGBT的发射极和低侧IGBT的集电极连接，负电力端子576与低侧IGBT的发射极连接。高侧IGBT或开关1(S1)586A包括三个栅极引线，即，截止栅极引线(goff1)578A、导通栅极引线(gon1)578B和栅极钳位引线(gclamp1)578C。在这个示图中，栅极引线(goff1、gon1和gclamp1)连接在一起且被示出为单个导体，并且，单个栅极接合线580提供与电力器件的栅极垫的连接。开尔文发射极引线582经由开尔文发射极接合线584与管芯的发射极连接。低侧IGBT或开关2(S2)586B包括三个栅极引线，即，截止栅极引线(goff2)588A、导通栅极引线(gon2)588B和栅极钳位引线(gclamp2)588C。在这个示图中，栅极引线(goff2、gon2和gclamp2)连接在一起且被示出为单个导体，并且，单个栅极接合线590提供与电力器件的栅极垫的连接。开尔文发射极引线592经由开尔文发射极接合线594与管芯的发射极连接。
在其它实施例中，截止栅极引线(goff1)578A、导通栅极引线(gon1)578B和栅极钳位引线(gclamp1)578C可以是分开的，但是分别经由截止栅极接合线、导通栅极接合线和栅极钳位接合线连接至栅极垫。此外，为了调节截止栅极引线和导通栅极引线的耦合系数，截止栅极接合线、导通栅极接合线和栅极钳位接合线可被配置有不同的阻抗。所述不同的阻抗可因接合线的不同长度、用于接合线的不同材料、接合线的不同布线、接合线的不同直径而产生。例如，一个接合线可被布置在负载输出574附近，而其余的接合线可被布置为远离负载输出574(例如，在模块的另一侧上)。同样地，截止栅极引线(goff2)588A、导通栅极引线(gon2)588B和栅极钳位引线(gclamp2)588C可以是分开的，但是分别经由截止栅极接合线、导通栅极接合线和栅极钳位接合线连接至栅极垫。由于截止栅极接合线、导通栅极接合线和栅极钳位接合线可被配置有不同的阻抗，因此截止栅极引线、导通栅极接合线和栅极钳位接合线的耦合系数也可被调节。所述不同的阻抗可因接合线的不同长度、用于接合线的不同材料、接合线的不同布线(routing)以及接合线的不同直径而产生。例如，一个接合线可被布置在负载输出574附近，而其余的接合线可被布置为远离负载输出574(例如，在模块的另一侧上)。
在此，当电力从DC+端子流向负载(AC)或从负载(AC)流向DC-端子时，形成电力回路。这样，形成了从DC+端子至DC-端子的电力回路595。基于电流在电力回路595中流动的方向，产生包括正电场线596A和负电场线596B的感应电场596。所述电场线基于电流向量与感应磁场的旋转向量的向量积。在这个示图中，正电场线596A可被视为从图像平面中延伸出来，负电场线596B可被视为进入图像平面内。电力回路595通常承载来自高电压电源的高电流。相比之下，控制回路597包括栅极导通回路597A和栅极截止回路597B。栅极导通回路597A产生正磁场598A，栅极截止回路597B产生正磁场598B。在这个示图中，栅极导通回路597A和栅极截止回路597B可被配置为通过改变栅极回路区域或位置而具有不同的电感并具有不同的互感系数。在这个示例中，栅极导通回路597A与电力回路595具有正相关关系，栅极截止回路597B与电力回路595具有正相关关系。此外，在此示出的是，通过布置开尔文发射极引线或发射极感测引线582和592，栅极钳位引线578C和588C大部分与栅极导通回路597A和栅极截止回路597B是隔离的。该示图示出了一个实施例，但是，所述构思可用在其它布置中，例如，栅极导通回路597A和栅极截止回路597B可被配置为与电力回路595具有负相关关系。此外，栅极导通回路597A和栅极截止回路597B可与电力回路595具有反向关系，但是互感耦合可以是不同的。
图5A至图5D已经按照IGBT进行了示出和描述，但是，可通过用漏极和源极改变对集电极和发射极的引用来使用上述构思，以制造出其它电力器件(诸如，电力MOSFET)。
图6A是具有双重的引线长度不对称的栅极端子的电力器件电路600的平面布局的透视图。电力电路600包括电力器件(诸如，IGBT管芯602)、发射极接合线604、栅极接合线606、发射极引线608和两个栅极引线。发射极引线可以是开尔文发射极引线或者发射极引线可以是电力发射极引线。所述两个栅极引线是截止栅极引线(goff1)610A和导通栅极引线(gon1)，导通栅极引线(gon1)包括三段，即，与截止栅极引线(goff1)610A共用的第一段、第二段610B和第三段610C。所述段(610A、610B和610C)可由相同材料制成，或者可以是多种材料(诸如，金属、合金、复合材料或化合物)的组合。所述段通常被称为电子器件或电力器件的引线框架，诸如，IGBT引线框架。在这个示图中，栅极引线(610A、610B和610C)连接至IGBT管芯602，并且单个栅极接合线606提供与电力器件的栅极垫的连接。在另一实施例中，栅极引线可以是分开的，但是，分别经由专有的接合线连接至栅极垫。此外，为了调节栅极截止引线和栅极导通引线的耦合系数，栅极截止接合线和栅极导通接合线可被配置有不同的阻抗。由不同材料制成的栅极引线(610A、610B和610C)的示例可包括金属或合金制成的栅极引线610A和610C以及多晶硅制成的第二段610B。
这个示图可用于通过用漏极和源极改变对集电极和发射极的引用来说明其它的电力器件，诸如，电力MOSFET。
图6B是具有双重栅极端子的IGBT和引线框架的平面布局的示图。例如，这个示图可以是5引脚的TO-220封装的布局。示出的分立组件650包括支撑电力器件管芯654的基底652，并具有栅极发射极接合线656，栅极发射极接合线656将管芯654与双重的栅极引线(也被称为引脚)660A和660B连接。分立组件650还被示出为包括发射极引线662(诸如，开尔文发射极)、发射极接合线658、电力发射极接合线664(可以是带、线缆或接线夹)、电力发射极引线666和电力集电极(668A和668B)。该示图中的构思可应用于其它器件封装(包括TO-252(DPAK)、TO-263(D2PAK)、TO-220、TO-247)。
此外，按照双重栅极组件和模块示出和描述了图5B至图5D、图6A和图6B，然而，构思可用在双重感测发射极中。例如，分立组件650可包括支撑电力器件管芯654的基底652，并具有发射极接合线656，发射极接合线656将管芯654与双重感测(或开尔文)发射极引线(也被称为引脚)660A和660B连接。分立组件650还被示出为包括栅极引线662、栅极接合线658、电力发射极接合线664(可以是带、线缆或接线夹)、电力发射极引线666和电力集电极(668A和668B)。
在此公开的处理、方法或算法可被传送到处理装置、控制器或计算机，或者通过所述处理装置、控制器或计算机实现，其中，所述处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，所述处理、方法或算法可以多种形式被存储为可由控制器或计算机执行的数据和指令，其中，所述多种形式包括但不限于信息永久地存储在非可写存储介质(诸如，只读存储器(ROM)装置)中以及信息可变地存储在可写存储介质(诸如，软盘、磁带、致密盘(CD)、随机存取存储器(RAM)装置以及其它磁介质和光学介质)中。所述处理、方法或算法也可在软件可执行对象中实现。可选地，可使用合适的硬件组件(诸如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或者其它硬件组件或装置)或者硬件组件、软件组件和固件组件的组合来整体或部分地实现所述处理、方法或算法。
虽然以上描述了示例性实施例，但是并不意在这些实施例描述权利要求所涵盖的所有可能形式。说明书中所使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所述，可将各个实施例的特征进行组合以形成本发明的可能未被明确描述或示出的进一步的实施例。尽管针对一个或更多个期望特性，各个实施例可能已经被描述为提供优点或优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员应认识到，根据具体的应用和实施方式，一个或更多个特征或特性可被折衷以实现期望的整体系统属性。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、装配的容易性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术的实施方式的实施例并非在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定的应用。

Claims (18)

1.一种电力模块，包括：
第一固态开关，具有第一栅极；
第一栅极引线，与第一栅极连接，并且具有第一电感；
第二栅极引线，与第一栅极连接，并且具有第二电感，第二电感大于第一电感。
2.如权利要求1所述的电力模块，还包括：米勒钳位引线，米勒钳位引线与第一栅极连接并且具有米勒钳位电感，米勒钳位电感小于第一电感和第二电感。
3.如权利要求1所述的电力模块，其中，第一电感是基于连接在第一栅极和第一栅极引线之间的第一接合线的，第二电感是基于连接在第一栅极与第二栅极引线之间的第二接合线的。
4.如权利要求3所述的电力模块，其中，第一固态开关用于形成以下回路：
电力回路，被定义为：从高电流源流出通过电力电感再流回所述高电流源的高电流流动路径，其中，所述电力电感与第一固态开关以及第一固态开关的第一发射极引线的线接合相关联；
第一控制回路，被定义为：从低电流源流出通过第一固态开关的第一栅极引线再流回所述低电流源的第一低电流流动路径；
第二控制回路，被定义为：从所述低电流源流出通过第一固态开关的第二栅极引线再流回所述低电流源的第二低电流流动路径，
其中，所述电力电感和第一电感之间的第一耦合系数大于所述电力电感和第二电感之间的第二耦合系数。
5.如权利要求1所述的电力模块，还包括：
第二固态开关，具有第二栅极；
第三栅极引线，与第二栅极连接并且具有第三电感；
第四栅极引线，与第二栅极连接并且具有第四电感，其中，第四电感大于第三电感。
6.如权利要求5所述的电力模块，其中，第二固态开关用于形成以下回路：
电力回路，被定义为：从高电流源流出通过电力电感再流回所述高电流源的高电流流动路径，其中，所述电力电感与第二固态开关以及第二固态开关的第二发射极引线的线接合相关联；
第三控制回路，被定义为：从低电流源流出通过第二固态开关的第三栅极引线再流回所述低电流源的第三低电流流动路径；
第四控制回路，被定义为：从所述低电流源流出通过第二固态开关的第四栅极引线再流回所述低电流源的第四低电流流动路径，
其中，所述电力电感和第三电感之间的第三耦合系数大于所述电力电感和第四电感之间的第四耦合系数。
7.如权利要求5所述的电力模块，其中，第一固态开关和第二固态开关被配置成半桥。
8.如权利要求5所述的电力模块，其中，第一固态开关和第二固态开关是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
9.一种车辆，包括：
电机，被配置为：为车辆提供推进力；
电力逆变器，被配置为：利用第一开关和第二开关将电力从牵引电池供应至电机，其中，第一开关和第二开关被配置成半桥，第一开关具有：
第一栅极；
第一栅极引线，与第一栅极连接并且具有第一电感；
第二栅极引线，与第一栅极连接并且具有第二电感，第二电感大于第一电感。
10.如权利要求9所述的车辆，其中，第一开关用于形成以下回路：
电力回路，被定义为：从牵引电池流出、通过与第一开关以及第一开关的封装的线接合相关联的电力电感、通过电机再流回所述牵引电池的高电流流动路径；
第一控制回路，被定义为：从低电压源流出通过第一开关的第一栅极引线再流回所述低电压源的第一低电流流动路径；
第二控制回路，被定义为：从所述低电压源流出通过第一开关的第二栅极引线再流回所述低电压源的第二低电流流动路径，
其中，所述电力电感和第一电感之间的第一互感大于所述电力电感和第二电感之间的第二互感。
11.如权利要求9所述的车辆，其中，第一开关用于形成以下回路：
电力回路，被定义为：从牵引电池流出、通过与第一开关以及第一开关的封装的线接合相关联的电力电感、通过电机再流回所述牵引电池的高电流流动路径；
第一控制回路，被定义为：从低电压源流出通过第一开关的第一栅极引线再流回所述低电压源的第一低电流流动路径；
第二控制回路，被定义为：从所述低电压源流出通过第一开关的第二栅极引线再流回所述低电压源的第二低电流流动路径，
其中，所述电力电感和第一电感之间的第一耦合系数大于所述电力电感和第二电感之间的第二耦合系数。
12.如权利要求11所述的车辆，其中，第一耦合系数是正的，第二耦合系数是负的。
13.如权利要求9所述的车辆，其中，电力逆变器具有：
第二栅极，在第二开关上；
第三栅极引线，与第二栅极连接并且具有第三电感；
第四栅极引线，与第二栅极连接并且具有第四电感，其中，第四电感大于第三电感。
14.如权利要求13所述的车辆，其中，第二开关用于形成以下回路：
电力回路，被定义为：从牵引电池流出、通过与第二开关以及第二开关的封装的线接合相关联的电力电感、通过电机再流回所述牵引电池的高电流流动路径；
第三控制回路，被定义为：从低电压源流出通过第一开关的第一栅极引线再流回所述低电压源的第三低电流流动路径；
第四控制回路，被定义为：从所述低电压源流出通过第二开关的第二栅极引线再流回所述低电压源的第四低电流流动路径，
其中，所述电力电感和第三电感之间的第三互感大于所述电力电感和第四电感之间的第四互感。
15.一种电力开关组件，包括：
一体式IGBT管芯，具有发射极；
基底，支撑一体式IGBT管芯；
电力发射极引线，由所述基底支撑；
第一开尔文发射极引线，由所述基底支撑，并且经由第一电感与所述发射极进行感应耦合；
第二开尔文发射极引线，由所述基底支撑，与所述发射极进行感应耦合，并且具有大于第一电感的第二电感。
16.如权利要求15所述的电力开关组件，其中，第一电感是基于所述发射极与第一开尔文发射极引线之间连接的第一接合线的，第二电感是基于所述发射极与第二开尔文发射极引线之间连接的第二接合线的。
17.如权利要求16所述的电力开关组件，其中，所述电力开关组件用于形成以下回路：
电力回路，被定义为：从高电流源流出通过电力电感再流回所述高电流源的高电流流动路径，其中，所述电力电感与一体式IGBT管芯的封装的线接合以及一体式IGBT管芯相关联；
第一控制回路，被定义为：从低电流源流出通过所述电力开关组件的第一开尔文发射极引线再流回所述低电流源的低电流流动路径；
第二控制回路，被定义为：从低电流源流出通过所述电力开关组件的第二开尔文发射极引线再流回所述低电流源的低电流流动路径，
其中，所述电力电感和第一电感之间的第一耦合系数大于所述电力电感和第二电感之间的第二耦合系数。
18.如权利要求17所述的电力开关组件，其中，第一耦合系数是正的，第二耦合系数是负的。
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