CN111130514B - 开关装置的控制方法及控制装置 - Google Patents

开关装置的控制方法及控制装置 Download PDF

Info

Publication number
CN111130514B
CN111130514B CN201911397900.3A CN201911397900A CN111130514B CN 111130514 B CN111130514 B CN 111130514B CN 201911397900 A CN201911397900 A CN 201911397900A CN 111130514 B CN111130514 B CN 111130514B
Authority
CN
China
Prior art keywords
switching device
switching
time
pulse width
minimum pulse
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911397900.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111130514A (zh
Inventor
王旭东
王朝辉
石磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huawei Digital Power Technologies Co Ltd
Original Assignee
Huawei Digital Power Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huawei Digital Power Technologies Co Ltd filed Critical Huawei Digital Power Technologies Co Ltd
Priority to CN201911397900.3A priority Critical patent/CN111130514B/zh
Publication of CN111130514A publication Critical patent/CN111130514A/zh
Priority to EP20910265.6A priority patent/EP3965297B1/en
Priority to PCT/CN2020/118807 priority patent/WO2021135465A1/zh
Priority to US17/549,489 priority patent/US20220103167A1/en
Application granted granted Critical
Publication of CN111130514B publication Critical patent/CN111130514B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/10Modifications for increasing the maximum permissible switched voltage
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/04Modifications for accelerating switching
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/16Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/12Modifications for increasing the maximum permissible switched current
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/26Modifications for temporary blocking after receipt of control pulses
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/10Modifications for increasing the maximum permissible switched voltage
    • H03K17/102Modifications for increasing the maximum permissible switched voltage in field-effect transistor switches
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/10Modifications for increasing the maximum permissible switched voltage
    • H03K17/107Modifications for increasing the maximum permissible switched voltage in composite switches
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/12Modifications for increasing the maximum permissible switched current
    • H03K17/122Modifications for increasing the maximum permissible switched current in field-effect transistor switches
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/12Modifications for increasing the maximum permissible switched current
    • H03K17/127Modifications for increasing the maximum permissible switched current in composite switches

Landscapes

  • Electronic Switches (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本申请提供了一种开关装置的控制方法,开关装置包括并联的至少两个开关器件,其中,第一开关器件的最小脉宽限制小于第二开关器件的最小脉宽限制,第一开关器件与第二开关器件处于截止状态,方法包括:获取开关装置的开状态保持时间;当开状态保持时间小于第一开关器件的最小脉宽限制时,控制至少两个开关器件保持截止状态;当开状态保持时间大于或等于第一开关器件的最小脉宽限制时,控制第一开关器件进行开关动作。通过当开状态保持时间小于第一开关器件的最小脉宽限制时控制第一开关器件截止,当开状态保持时间大于或等于第一开关器件的最小脉宽限制时控制第一开关进行开关动作,降低开关装置的损耗,并减小输出失真。

Description

开关装置的控制方法及控制装置
技术领域
本申请涉及开关装置,尤其涉及一种开关装置的控制方法及控制装置。
背景技术
在开关装置中可以包括并联的至少两个开关器件。该至少两个开关器件同时导通时,可以降低开关装置的导通电阻,从而降低开关装置的损耗。两个开关器件的开关损耗不同,通过对两个开关器件分别控制,使得开关损耗较高的开关器件实现零电压开关,可以降低进一步降低开关装置的损耗。但是,受到开关器件的开关速度影响在开关装置的开状态保持时间较短的情况下,开关装置中的全部或部分开关器件可能存在开关失效的问题。
对于开关器件,根据开关器件的开关速度设置最小脉宽限制。当开关器件的开状态保持时间小于最小脉宽限制时,以该开状态保持时间为脉冲宽度的控制信号控制开关器件时,开关器件不能有效开通或关断,出现输出失真,因此可以控制开关器件不再进行开关动作,保持导通状态或截止状态。当开关器件的开状态保持时间大于或等于最小脉宽限制时,控制开关器件进行开关动作,以控制电路的连接或断开。
在开关装置中包括多个开关器件。在开状态保持时间较短的情况下,存在最小脉宽限制引起的输出失真问题。不合理的开关控制方式,可能导致开关装置的输出失真较大。
发明内容
本申请提供一种开关装置的控制方法和控制装置,能够在降低损耗的同时,降低输出失真。
第一方面,提供一种开关装置的控制方法,所述开关装置包括并联的至少两个开关器件,在所述至少两个开关器件中,第一开关器件的最小脉宽限制小于第二开关器件的最小脉宽限制,所述方法包括:获取所述开关装置的开状态保持时间;当所述开状态保持时间小于所述第一开关器件的最小脉宽限制时,控制所述至少两个开关器件保持截止状态;当所述开状态保持时间大于或等于所述第一开关器件的最小脉宽限制时,控制所述第一开关器件进行开关动作。
通过当开状态保持时间小于第一开关器件的最小脉宽限制时控制第一开关器件截止,当开状态保持时间大于或等于第一开关器件的最小脉宽限制时控制第一开关进行开关动作,降低开关装置的损耗,并减小输出失真。
第二开关器件可以是所述至少两个开关器件中任意一个开关器件。在所述至少两个开关器件中,第一开关器件的最小脉宽限制的值最小。
结合第一方面,在一些可能的实现方式中,所述方法还包括:当所述开状态保持时间大于或等于所述第二开关器件的最小脉宽限制时,控制所述第一开关器件和所述第二开关器件进行开关动作。
根据第二开关装置的最小脉宽限制与开状态保持时间的大小关系,控制第二开关器件的开通和关断,进一步减小开关装置的损耗。
结合第一方面,在一些可能的实现方式中,所述当所述开状态保持时间大于或等于所述第二开关器件的最小脉宽限制时,控制所述第一开关器件和所述第二开关器件进行开关动作,包括:生成所述第一开关器件的第一控制信号和所述第二开关器件的第二控制信号,当所述第一开关器件与所述第二开关器件进行开通时,所述第一控制信号发生翻转的时间点不晚于第二控制信号发生翻转的时间点。
与第二开关器件相比,第一开关器件的开通时间较短,开关损耗较小。控制的第一开关器件不晚于第二开关器件开通,使得第一开关器件承担主要开通损耗,降低开关装置的损耗。
控制信号发生翻转,即控制信号的电平变化,由高电平翻转为低电平,或由低电平翻转为低电平,也就是说,控制信号的电压变化。控制信号翻转的时间点,可以是控制信号达到预设值。在开关器件在开通过程中,控制信号达到开通预设值的时间点,即控制信号发生翻转的时间点。在开关器件在关断过程中,控制信号达到关断预设值的时间点,即控制信号发生翻转的时间点。
结合第一方面,在一些可能的实现方式中,所述当所述开状态保持时间大于或等于所述第二开关器件的最小脉宽限制时,控制所述第一开关器件和所述第二开关器件进行开关动作,包括:生成所述第一开关器件的第一控制信号和所述第二开关器件的第二控制信号,当所述第一开关器件与所述第二开关器件进行关断时,所述第一控制信号发生翻转的时间点晚于所述第二控制信号发生翻转的时间点。
与第二开关器件相比,第一开关器件的关断时间较短,开关损耗较小。控制第一开关器件晚于第二开关器件进行关断动作,使得第一开关器件能够承担主要关断损耗,降低开关装置的损耗。
结合第一方面,在一些可能的实现方式中,所述第一开关器件的材料为宽禁带半导体材料,所述第二开关器件的材料为硅材料。
结合第一方面,在一些可能的实现方式中,所述至少两个开关器件均为功率半导体器件。
功率器件用于处理大电压、大电流,功率器件的功耗问题更为突出。对功率器件进行控制,有效解决功率器件的功耗问题。
结合第一方面,在一些可能的实现方式中,所述第一开关器件的最小脉宽限制是根据所述第一开关器件的开通时间和/或所述第一开关器件的关断时间确定的。
第二方面,提供一种开关装置的控制装置,所述开关装置包括并联的至少两个开关器件,所述至少两个开关器件中第一开关器件的最小脉宽限制小于所述至少两个开关器件中的第二开关器件的最小脉宽限制,所述装置包括:获取模块,用于获取所述开关装置的开状态保持时间;控制模块,当所述开状态保持时间小于所述第一开关器件的最小脉宽限制时,用于控制所述至少两个开关器件保持截止状态;当所述开状态保持时间大于或等于所述第一开关器件的最小脉宽限制时,用于控制所述第一开关器件进行开关动作。
结合第二方面,在一些可能的实现方式中,所述控制模块还用于,当所述开状态保持时间大于或等于第二开关器件的最小脉宽限制时,控制所述第一开关器件和所述第二开关器件进行开关动作。
结合第二方面,在一些可能的实现方式中,所述控制模块用于,生成所述第一开关器件的第一控制信号和所述第二开关器件的第二控制信号,当所述第一开关器件与所述第二开关器件进行开通时,所述第一控制信号发生翻转的时间点不晚于所述第二控制信号发生翻转的时间点。
结合第二方面,在一些可能的实现方式中,所述控制模块用于,生成所述第一开关器件的第一控制信号和所述第二开关器件的第二控制信号,当所述第一开关器件与所述第二开关器件进行关断时,所述第一控制信号发生翻转的时间点晚于所述第二控制信号发生翻转的时间点。
结合第二方面,在一些可能的实现方式中,所述第一开关器件的材料为宽禁带半导体材料,所述第二开关器件的材料为硅材料。
结合第二方面,在一些可能的实现方式中,所述至少两个开关器件均为功率半导体器。
结合第二方面,在一些可能的实现方式中,在所述至少两个开关器件中,所述第一开关器件的最小脉宽限制的值最小。
结合第二方面,在一些可能的实现方式中,所述第一开关器件的最小脉宽限制是根据所述第一开关器件的开通时间和/或所述第一开关器件的关断时间确定的。
第三方面,提供一种开关装置的控制装置,包括存储器和处理器,所述存储器用于存储程序,当所述程序在所述控制装置中执行时,所述处理器用于执行第一方面所述的方法。
第四方面,提供一种计算机存储介质,当所述计算机指令在电子设备上运行时,使得所述电子设备执行第一方面所述的方法。
第五方面,提供一种芯片系统,所述芯片系统包括至少一个处理器,当程序指令在所述至少一个处理器中执行时,使得所述芯片系统执行第一方面所述的方法。
第六方面,提供一种开关设备,包括开关装置,以及第二方面或第三方面所述的开关装置的控制装置。
附图说明
图1是绝缘栅双极晶体管开通和关断的波形图。
图2是串联型混合功率器件的示意图。
图3是串联型混合功率器件开通和关断的波形图。
图4是并联型混合功率器件的示意图。
图5是并联型混合功率器件开通和关断的波形图。
图6是本申请实施例提供是一种开关装置的控制方法的示意性流程图。
图7是本申请实施例提供的另一种开关装置的控制方法的示意性流程图。
图8是本申请实施例提供的一种控制信号的波形图。
图9是本申请实施例提供的另一种控制信号的波形图。
图10是本申请实施例提供的一种开关设备的示意性结构图。
图11是本申请实施例提供的一种开关装置的控制装置的示意性结构图。
图12是本申请实施例提供的另一种开关装置的控制装置的示意性结构图。
具体实施方式
下面将结合附图,对本申请中的技术方案进行描述。
电力电子器件(power electronic device),又称为功率半导体器件,可以用于电力设备的电能变换和控制电路等方面,是一种具有高电压、大电流的处理能力的半导体器件。
全控型器件,又称为自关断器件,是指通过控制信号既可以控制其导通,又可以控制其关断的电力电子器件。
常见全控型电压驱动式功率半导体器件包括绝缘栅双极晶体管(insulate-gatebipolar transistor,IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxidesemiconductor field effect transistor,MOSFET)、集成门极换流晶闸管(integratedgate commutated thyristors,IGCT)等。
图1是IGBT开通和关断的波形图。
IGBT是由双极结型晶体管(bipolar junction transistor,BJT)和MOSFET组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,具有高输入阻抗和低导通压降的优点,在中、高功率变换器中被广泛使用。但是,由于IGBT关断时存在拖尾电流(tailling current),IGBT关断时间较长,影响了器件的工作频率。
IGBT的栅极(gate,g)与发射极(emitter,e)电压Vge(t)为IGBT的控制电压,也可以称为IGBT的驱动电压,控制IGBT的开通和关断。Vge表示Vge(t)的最大值,
Vge(t)从Vge开始下降。当Vge(t)下降至90%Vge,IGBT开始关断,集电极(collector,c)电流Ic(t)开始减小,集电极与发射极之间的电压Vce(t)开始升高。
Ic表示Ic(t)的最大值。Vge(t)下降至90%Vge后,Ic(t)从0上升至90%Ic的时间可以称为关断延时td(off),Ic(t)从90%Ic下降至10%Ic的时间可以称为Ic的下降时间tf。由于存在拖尾电流,Ic的下降时间tf较长。
Vge(t)从0上升。当Vge(t)上升至10%Vge,IGBT开始导通,集电极(collector,c)电流Ic(t)开始增大,集电极与发射极之间的电压Vce(t)开始降低。
Vge(t)达到10%Vge后,Ic(t)上升至90%Ic的时间可以称为关断延时td(off),Ic(t)从10%Ic上升至90%Ic的时间可以称为Ic的上升时间tr。由于存在拖尾电流,相对于Ic的上升时间tr,Ic的下降时间tf较长。
由于在开通或关断过程中,存在电压Vce(t)和电流Ic(t)均不为0的阶段,会产生开关损耗。软开关技术能够降低IGBT的开关损耗。通过软开关技术,可以在功率半导体器件的开通或关断时,保持器件两端的电压为0实现零电压开关(zero voltage switch,ZVS),或者保持流经器件的电流为0实现零电流开关(zero current switch,ZCS)。通过ZVS和ZCS技术,可以有效降低器件的开关损耗。
图2是串联型混合功率器件的示意图。MOSFET与IGBT串联连接,从而可以使得IGBT实现ZCS。
图3是串联型混合功率器件开通和关断的波形图。MOSFET与IGBT串联连接。
IGBT能够承受较高的电压,因此,在31时刻之前,MOSFET导通,IGBT关断,混合功率器件两端的电压施加在IGBT集电极和发射极的两端,即IGBT的集电极与发射极之间的集射电压Vce为最大值,MOSFET的源极和漏极之间的源漏电压Vds=0。
在31时刻,MOSFET开始关断,IGBT处于截止状态。混合功率器件两端的电压在MOSFET和IGBT之间分压。在31时刻之后,MOSFET关断的过程中,MOSFET的源漏电压Vds和IGBT的集射电压Vce上升至分压后的稳定值。
在32时刻,IGBT开始导通,MOSFET处于截止状态。在32时刻之后,IGBT开通的过程中,IGBT的集射电压Vce逐渐减小至0,混合功率器件两端的电压施加MOSFET的源极和漏极之间,即Vds为最大值。
在33时刻之前,MOSFET和IGBT中至少有一个开关管关断,因此,流经混合功率器件的总电流Ih为0。在IGBT导通时,没有电流流过IGBT,实现了零电流导通。
在33时刻,MOSFET开始导通,IGBT处于导通状态。在33时刻之后,流经混合功率器件的总电流Ih上升至最大值,MOSFET的源漏电压Vds下降为0,IGBT的集射电压Vce=0。
在34时刻,MOSFET开始关断,IGBT处于导通状态。在34时刻之后,总电流Ih下降为0,混合功率器件两端的电压开始施加在MOSFET的源极和漏极的两端,即MOSFET的源漏电压Vds上升至为最大值,IGBT的集射电压Vce=0。
在35时刻,IGBT开始关断,MOSFET处于截止状态。在35时刻之后,混合功率器件两端的电压在MOSFET和IGBT之间分压。在31时刻之后,MOSFET关断的过程中,MOSFET的源漏电压Vds下降至分压后的稳定值,IGBT的集射电压Vce上升至分压后的稳定值。在IGBT关断的过程中,总电流Ih=0,实现了零电流关断。
在36时刻,MOSFET开始导通,IGBT处于截止状态。混合功率器件两端的电压开始施加在IGBT集电极和发射极的两端,MOSFET的源漏电压Vds下降为0,IGBT的集射电压Vce上升至最大值。
在31时刻之前,以及在36时刻之后,串联型混合功率器件总电流Ih为0,IGBT承受较高电压。在31时刻至33时刻,以及34时刻至36时刻,串联型混合功率器件开关转换的过程中,MOSFET关断,使得IGBT实现ZCS,降低开关损耗。
图4是并联型混合功率器件的示意图。MOSFET与IGBT并联连接,从而可以使得IGBT实现ZVS,同时可以进一步降低导通损耗。
图5是并联型混合功率器件开通和关断的波形图。IGBT的集射电压Vce等于MOSFET的源漏电压Vds,即并联型混合功率器件两端的电压Vh。
在51时刻之前,IGBT与MOSFET均处于截止状态,电压Vh为最大值,IGBT的集电极电流Ic=0,MOSFET的漏极电流Id=0。
在51时刻,MOSFET开始导通,IGBT处于截止状态。电压Vh即MOSFET的源漏电压Vds开始下降,MOSFET的漏极电流Id上升。IGBT处于截止状态,因此IGBT的集电极电流Ic=0。
在52时刻,MOSFET的源漏电压Vds下降为0,MOSFET的漏极电流Id上升至最大值。
在53时刻,IGBT开始导通,MOSFET处于导通状态。IGBT与MOSFET开始分流,MOSFET的漏极电流Id下降,IGBT的集电极电流Ic上升。
在54时刻,IGBT完全导通。在54时刻之后,IGBT与MOSFET均导通。IGBT与MOSFET均存在导通损耗。IGBT与MOSFET在导通状态下在电路中的相当于电阻。在流经的电流不变的情况下,两个电阻并联,使得导通损耗降低。
在55时刻,IGBT开始关断,MOSFET处于导通状态。IGBT的集电极电流Ic下降。由于MOSFET处于导通状态,电压Vh=0,MOSFET的漏极电流Id上升。
在56时刻,IGBT的集电极电流Ic下降为0,MOSFET的漏极电流Id上升为最大值。
在57时刻,MOSFET开始关断,IGBT处于截止状态。MOSFET的漏极电流Id下降,电压Vh上升。
在58时刻,MOSFET的漏极电流Id下降为0,电压Vh上升为最大值。
时刻51至时刻57之间的时间长度可以称为并联型混合功率器件的开通时间。
IGBT进行开关转换(53时刻至54时刻,以及55时刻至56时刻)的过程中,MOSFET均处于导通状态,IGBT的集射电压Vce即电压Vh一直为0,实现了ZVS,能够降低开关损耗。
宽禁带半导体器件技术的快速发展,可以在并联型混合功率器件中采用宽禁带半导体器件。固体中电子的能量具有不连续的量值,电子都分布在一些相互之间不连续的能带上。价电子所在能带与自由电子所在能带之间的间隙称为禁带或带隙。所以禁带的宽度实际上反映了被束缚的价电子要成为自由电子所必须额外获得的能量。硅的禁带宽度为1.12电子伏特(eV),而宽禁带半导体材料是指禁带宽度在2.3eV及以上的半导体材料,典型的是碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、金刚石等材料。宽禁带半导体材料是被称为第三代半导体材料。以宽禁带半导体材料制备的器件可以称为宽禁带半导体器件。
硅材料制备器件也可以称为硅(Si)器件。与传统的硅器件相比,宽禁带半导体器件具有更小的开关速率和较低的开关损耗。器件的开关损耗与器件进行开关转换需要的时间有关。一般情况下,器件的开关时间越长,开关损耗越大。采用宽禁带半导体器件,可以降低开关损耗。
特定工况和应用需求情况下,并联型混合功率器件的开状态保持时间较短,图5所示的并联型混合功率器件的开关方式不能实现。
功率半导体器件的开关速度有限,功率半导体器件的控制信号需要保证一定的脉冲宽度,以防止功率半导体器件开关失效。如果器件的控制信号的脉冲宽度较小,使得流经器件的电流不能达到预设电流值,即器件不能完全导通。器件不完全导通的情况下,器件的等效电阻较大,器件会产生较大的功耗,对电路产生不利影响。
器件发生开关失效时,器件不能完全导通,器件的输出与预期的输出结果不一致,也就是说,出现了输出失真。输出失真也可以称为输出畸变。
也就是说,在器件的控制信号的脉冲宽度较小,器件发生开关失效时,一方面,器件不能有效导通或关断,引起输出失真的问题;另一方面,器件进行开关转换的过程中引起了开关损耗。
针对功率半导体器件的开关速度有限的问题,可以对器件设置最小脉宽限制,从而降低开关损耗。可以将器件能够实现有效开通或关断,不发生开关失效的最短脉宽作为最小脉宽限制。脉宽,即脉冲宽度。最小脉宽限制也可以略大于器件能够实现有效开通或关断的最短脉宽。最小脉宽限制也可以称为最小脉宽,是根据器件的开关速度确定的。开关器件的最小脉宽限制是指为保证开关器件完全开通和/或关断工作而设置的控制信号的最小脉宽时间。在本申请实施例中,最小脉宽限制能够使得开关器件有效开通。
器件的控制信号的脉冲宽度可以称为状态保持时间。可以在判断状态保持时间小于器件的最小脉宽限制时,进行封波处理。也就是说,判断状态保持时间与器件的最小脉宽限制的大小关系,如果状态保持时间小于最小脉宽限制,则在生成控制信号时,状态保持时间内不生成脉冲,控制信号保持不变。应当理解,状态保持时间之前,器件可以处于导通或截止状态。
并联型混合功率器件可以工作在脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)模式。PWM是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。在PWM模式下,并联型混合功率器件周期性的进行开关动作。脉冲信号的脉冲宽度即要求器件处于导通的时间,也称开状态保持时间。占空比即为开状态保持时间与开关周期的比值。
当要求并联型混合功率器件处于导通状态的时间,即开状态保持时间,小于器件的最小脉宽限制时,通过封波处理,器件不进行开关动作,保持截止状态。从而可以减小器件的损耗,但是输出失真的问题更加显著。
对于并联型混合功率器件,不合理的开关控制方式,可能导致输出失真较大,也可能导致功耗较高。
在PWM模式低占空比情况下,即开状态保持时间较短时,如何对并联型混合功率器件进行控制,以使并联型混合功率器件在更小的开状态保持时间、更宽的占空比范围内进行开关动作并实现有效开关,在降低功耗的同时,降低输出失真,尚无有效的解决方案。
为了解决上述问题,本申请实施例提供了一种开关装置的控制方法。开关装置包括并联的至少两个开关器件,在该至少两个开关器件中,第一开关器件的脉冲宽度限制最小。在开状态保持时间大于或等于第一开关器件的脉冲宽度限制时,第一开关器件进行开关动作,从而使得开关装置能够在较宽的占空比范围内实现有效开关,降低开关损耗和输出失真。
图6是本申请实施例提供是一种开关装置的控制方法的示意性流程图。
开关装置包括并联的至少两个开关器件。该至少两个开关器件包括第一开关器件和第二开关器件。在该至少两个开关器件中,第一开关器件的最小脉宽限制小于第二开关器件的最小脉宽限制。
开关器件的开关速度越快,开关器件的最小脉宽限制越小。开关器件的开关速度可能是由于开关器件的材料、加工工艺、工艺尺寸、器件类型、控制信号电压值等多种因素决定的。
开关器件的开通时间和/或关断时间确定了开关器件的开关速度。开关器件的最小脉宽限制可以是根据开关器件的开通时间和/或关断时间确定的。开关器件的最小脉宽限制可以是预设值。
开关器件的开通时间可以等于开关器件的电流上升时间时间。开关器件的电流上升时间时间可以是开关器件开通过程中,流经开关器件的电流从第一预设电流值增加为第二预设电流值的时间,第二预设电流值大于第一预设电流值。第一预设电流值可以例如是开关器件导通情况下电流的最大值的10%,第二预设电流值例如是开关器件导通情况下电流的最大值的90%。
开关器件的开通时间还可以考虑开通延时的影响。开关器件的开通时间可以等于于开关器件的电流上升时间与开通延时之和。开关器件的开通延时可以是开关器件在开通过程中,从开关器件的控制信号发生翻转到流经开关器件的电流上升为第一预设电流值的时间。
开关器件的电流下降时间可以是开关器件关断过程中,流经开关器件的电流从第三预设电流值减小为第四预设电流值的时间,第三预设电流值小于第四预设电流值。第三预设电流值例如是开关器件导通情况下电流的最大值的90%,第四预设电流值可以例如是开关器件导通情况下电流的最大值的10%。
开关器件的关断时间还可以考虑关断延时的影响。开关器件的关断时间可以等于开关器件的电流下降时间与关断时间之和。开关器件的关断延时可以是开关器件在关断过程中,从开关器件的控制信号开始翻转到流经开关器件的电流下降至第三预设电流值的时间。
开关器件的最小脉宽限制可以大于或等于开关器件的开通时间的正整数倍或关断时间的正整数倍,也可以大于或等于电流上升时间与电流下降时间的和。或者,开关器件的最小脉宽限制可以大于或等于在电流上升时间与电流下降时间的和的基础上,增加开通延时,和/或减去关断延时得到的时间长度。
开通过程中,流经开关器件的电流,即开关器件的电流,达到第二预设值,可以认为开关器件有效导通,实现了有效的开通动作。关断过程中,流经开关器件的电流达到第四预设值,可以认为开关器件有效截止,实现了有效的关断动作。
开关器件开通过程中,开关器件的控制信号发生翻转的时间点,或者说开始翻转的时间点,可以认为是控制信号的电压达到开通预设值。如果开关器件的控制信号从高电平向低电平翻转,以控制开关器件开通,则控制电压的开通预设值可以是高电平的电压值减去高电平电压值与低电平电压值之间的电压差的10%。如果开关器件的控制电压从低电平向高电平翻转,以控制开关器件开通时,则控制电压的开通预设值可以是低电平的电压值加高电平电压值与低电平电压值之间的电压差的10%。
开关器件关断过程中,开关器件的控制信号发生翻转的时间点,或者说开始翻转的时间点,可以认为是控制信号的电压达到关断预设值。如果开关器件的控制信号从高电平向低电平翻转以控制开关器件关断,则控制电压的关断预设值可以是高电平的电压值减去高电平电压值与低电平电压值之间的电压差的10%。如果开关器件的控制电压从低电平向高电平翻转,以控制开关器件关断时,则控制电压的开通预设值可以是低电平的电压值加高电平电压值与低电平电压值之间的电压差的10%。
高电平电压值即高电平的最小电压值。当控制信号的电压大于或等于高电平电压值时,控制信号为高电平。低电平电压值,低电平的最大电压值。当控制信号的电压小于或等于低电平电压值时,控制信号为低电平。高电平可以用1表示,低电平可以用0表示。
宽紧带半导体器件具有较高的开关速度。第一开关器件的材料可以是宽禁带半导体,第二开关器件的材料可以是硅材料。应当理解,第一开关器件的材料为宽禁带半导体,是指第一开关器件的主要材料是宽禁带半导体,或者说,第一开关器件是在宽禁带半导体材料上制备加工形成的。在半导体工艺中,硅材料是最主要的元素半导体材料,包括硅多晶、硅单晶、硅片、硅外延片、非晶硅薄膜等,可直接或间接用于制备半导体器件。
在步骤S601,获取所述开关装置的开状态保持时间。
开关装置可以处于导通状态和截止状态两种稳定的状态。开关装置处于导通状态时,第一开关器件和/或第二开关器件处于导通状态。开关装置处于截止状态时,第一开关器件和第二开关器件均处于截止状态。
开状态保持时间可以是理想状态下开关装置处于导通状态的时间。开关装置中的开关器件受到控制信号的控制。理想状态下,开状态保持时间内,第一开关器件的控制信号和第二开关器件的控制信号中至少一个控制信号控制该控制信号对应的开关器件处于导通状态的时间。
应当理解,在开状态保持时间之前,开关装置处于截止状态。
可以获取开关装置的控制信号。开关装置的控制信号,即控制开关装置整体上表现为导通或截止状态的信号。可以根据开关装置的控制信号的周期以及占空比,确定开状态保持时间。
或者,也可以获取状态指示信息,该状态指示信息用于指示开状态保持时间。
在步骤S602,当所述开状态保持时间小于所述第一开关器件的最小脉宽限制时,控制所述至少两个开关器件保持截止状态;当所述开状态保持时间大于或等于所述第一开关器件的最小脉宽限制时,控制所述第一开关器件进行开关动作。
一个开关器件的最小脉宽限制可以是根据开关器件的开关速度确定的。开通延时、电流上升时间、关断延时和电流下降时间等可以反映开关器件的开关速度。开关器件的最小脉宽限制可以是根据开通延时、电流上升时间、关断延时和电流下降时间等中的一个或多个确定的。在本申请实施例中,最小脉宽限制也可以称为通态最小脉宽限制,即控制开关器件导通的脉冲的最小宽度。
控制开关装置中的开关器件,即生成该至少两个开关器件中每个开关器件的控制信号,从而对每个开关器件分别进行控制。
当所述开状态保持时间大于或等于所述第一开关器件的最小脉宽限制时,第一开关器件的第一控制信号发生翻转,控制第一开关器件进行开关动作,从而使得开关装置能够在较小的脉宽范围内进行有效的开关动作。
第一控制信号的脉冲宽度(也称为脉宽)可以等于开状态保持时间。也就是说,第一控制信号在开状态保持时间开始时翻转,控制第一开关器件开通;第一控制信号在开状态保持时间结束时再次翻转,控制第一开关器件关断。
第二开关器件是该至少两个开关器件中的另一个开关器件。相比于第一开关器件,第二开关器件的开关速度更慢,因此第二开关器件的最小脉宽限制更长。
当开状态保持时间小于第二开关器件的最小脉冲限制时,第二开关器件的控制信号可以发生翻转,控制第二开关器件进行开通和关断。
优选地,当开状态保持时间小于第二开关器件的最小脉冲限制时,第二开关器件的控制信号也可以不翻转,即第二开关器件保持截止状态,从而可以避免第二器件发生开关失效,减小第二器件的开关损耗。
控制信号发生翻转,即控制信号的电平变化,由高电平翻转为低电平,或由低电平翻转为低电平,也就是说,控制信号的电压变化。控制信号翻转的时间点,可以是控制信号达到预设值。在开关器件在开通过程中,控制信号达到开通预设值的时间点,即控制信号发生翻转的时间点。在开关器件在关断过程中,控制信号达到关断预设值的时间点,即控制信号发生翻转的时间点。
当开状态保持时间的大小处于第一开关器件的最小脉宽限制与第二开关器件的最小脉宽限制之间时,仅有第一开关器件进行开关动作。避免在开状态保持时间不满足第二开关器件的最小脉宽限制时,第二开关器件进行开关动作引起的开关失效的问题,降低了第二器件的开关损耗,整体上减低了开关装置的损耗。
当所述开状态保持时间大于或等于所述第二开关器件的最小脉宽限制时,可以控制所述第一开关器件和第二开关器件进行开关动作。当第一开关器件和第二开关器件均处于导通状态时,相当于两个电阻并联,总电阻减小,可以减小开关装置的导通损耗,增加开关装置的电流耐受能力。
与第二开关器件相比,由于第一开关器件的开关速度快,最小脉宽限制较小,因此,第一开关器件的开关损耗较小。
第一开关器件与第二开关器件均进行开关动作以实现导通时,可以控制所述第一开关器件第一开关器件在第二开关器件之前开始导通。第一开关器件的开关时间短,开关损耗小,在第二开关器件之前实现导通,可以降低第二开关器件进行开通产生的损耗,从而降低开关装置的损耗。
第一控制信号翻转并经过开通时间差,第二控制信号翻转,以控制所述第一开关器件与所述第二开关器件进行开通,所述开通时间差大于或等于零。也就是说,当控制第一开关器件与第二开关器件进行开通时,第一控制信号不晚于第二控制信号发生翻转。第一控制信号在第二控制信号之前翻转,或者,第一控制信号在第二控制信号同时翻转,以控制所述第一开关器件与所述第二开关器件进行开通。
开通时间差可以是开状态保持时间与第二开关器件的最小脉宽限制的差值。开通时间差也可以是预设值。例如,开通时间差可以等于第一开关器件的开通时间,开通时间差也可以是根据第一开关器件的电流上升时间确定的,或者根据第一开关器件的电流上升时间,以及第一开关器件的开通延时和/或第二开关器件的开通延时确定的。开通时间差还可以是根据第一开关器件和第二开关器件的材料、加工工艺、器件尺寸等中的一个或多个因素确定的。
第一开关器件与第二开关器件开通时,第一控制信号在第二控制信号之前翻转或第一控制信号与第二控制信号同时翻转,从而使得第一开关器件能够在第二开关器件之前实现导通,即第二开关器件从截止状态向导通状态进行转换的过程中,第一开关器件已经实现导通,或者正在开通,从而,第二开关器件两端的电压有所降低,在一定程度上能够减小第二开关器件在开通过程中的损耗。
开关器件的开通时间即流经该器件的电流上升时间,即流经该器件的电流从电流最大值的10%上升至电流最大值的90%(一些情况下,开通时间也可以认为是该器件两端的电压下降时间,即器件两端的电压从电压最大值的90%下降为电压最大值的10%)。考虑开通延时的影响,开关器件的开通时间可以表示为该开关器件的开通延时与流经该器件的电流上升时间(或者也可以是该器件两端的电压下降时间)之和。
第一开关器件与第二开关器件均进行开关动作以实现关断时,可以控制第一开关器件在第二开关器件之后完成关断,进入截止状态。
也就是说,第二控制信号翻转并经过关断时间差,第一控制信号翻转,以控制所述第一开关器件与所述第二开关器件进行关断,关断时间差大于零。当第一开关器件与第二开关器件进行关断时,第一控制信号晚于第二控制信号发生翻转。
关断时间差可以是开状态保持时间与第二开关器件的最小脉宽限制的差值。关断时间差也可以是预设值。例如,关断时间差可以等于第二开关器件的关断时间,关断时间差也可以是根据第二开关器件的电流下降时间确定的,或者根据第二开关器件的电流下降时间,以及第一开关器件的关断延时和/或第二开关器件的关断延时确定的。关断时间差还可以是根据第一开关器件和第二开关器件的材料、加工工艺、器件尺寸等中的一个或多个因素确定的。
第一开关器件与第二开关器件均进行开关动作以实现关断时,第一开关器件的第一控制信号可以在第二开关器件的第二控制信号之后翻转。在第二开关器件从导通状态向截止状态进行转换的过程中,如果第一开关器件处于导通状态,或者正处于导通状态向截止状态进行转换的过程中,则第二开关器件两端的电压较低,在一定程度上能够减小第二开关器件在关断过程中的损耗。控制的第一开关器件晚于第二开关器件关断,减小第二开关器件关断过程中的第一开关器件处于截止状态的时间,尽可能使得第一开关器件承担主要关断损耗,降低开关装置的损耗。
不考虑关断延时的影响,开关器件的关断时间即流经该器件的电流下降时间,也可以认为是该器件两端的电压上升时间。考虑关断延时的影响,开关器件的关断时间可以表示为该开关器件的关断延时与流经该器件的电流下降时间(或者也可以是该开关器件的关断延时与该器件两端的电压上升时间)之和。
对于IGBT,相比于开通动作,IGBT在进行关断动作时会产生更大的损耗。因此,当开关损耗较大的开关器件为IGBT时,如果开状态保持时间较短,优先控制IGBT实现零电压关断。
第一开关器件与第二开关器件均进行开关动作时,第一开关器件与第二开关器件进行开通或进行关断时,第一开关器件的控制信号进行翻转与第二开关器件的控制信号进行翻转的时间差可以由数字电路或模拟电路实现。
开关装置中并联的至少两个开关器件可以均为功率器件。由于功率器件用于处理大电压、大电流,功率器件的损耗的问题更加突出。
开关装置该至少两个开关器件中的其他的开关器件的控制方式与第二开关器件类似。
应当理解,本申请实施例提供的方法,应当在负载电流不超过该至少两个并联器件中每个开关器件的安全工作区电流上限的情况下执行,以避免器件损坏。
开关装置包括并联的至少两个开关器件,其中,第一开关器件的最小脉冲限制的值最小。通过步骤S601至步骤S602,通过在开状态保持时间大于或等于第一开关器件最小脉宽限制的情况下,控制第一开关器件进行开关动作,使得开关装置可以在较小的开状态保持时间情况下实现有效开关。相比于按照其他开关器件的最小脉宽限制生成所有开关器件的控制信号,本申请实施例提供的方法能够在减小功耗的同时,降低由于封波处理引起的输出失真。
该至少两个开关器件还可以包括第三开关器件。第三开关器件的最小脉宽限制可以大于、小于或等于第一开关器件的最小脉宽限制。与按照该至少两个开关器件中的最小脉宽限制的最大值为开关装置中的所有开关器件设置脉宽限制相比,本申请实施例提供的方法能够有效降低输出失真。
优选地,在该至少两个开关器件中,第一开关器件的最小脉宽限制的值最小。从而在减小功耗的同时,使得开关装置的输出失真最小。
优选地,对于该至少两个开关器件中的每个开关器件,当开状态保持时间小于该开关器件的最小脉宽限制时,控制该开关器件保持截止状态;当开状态保持时间大于或等于该开关器件的最小脉宽限制时,控制该开关器件进行开关动作,从而降低开关损耗。
图7是本申请实施例提供的开关装置的控制方法的示意性流程图。
在步骤S701,获取开关装置的开状态保持时间Ton
在步骤S702,判断该开状态保持时间Ton与Tmpw1的大小。
开关装置包括并联的第一开关器件和第二开关器件。第一开关器件的最小脉宽限制为Tmpw1,第二开关器件的最小脉宽限制为Tmpw2,Tmpw1与Tmpw2的大小不相等,Tmpw1<Tmpw2。当开状态保持时间Ton大于或等于开关器件的最小脉宽限制时,该器件不会发生开关失效。
最小脉宽限制可以是根据功率器件的开通延时、电流上升时间、关断延时和电流下降时间中的一个或多个确定的。开关器件的最小脉宽限制与器件的尺寸、材料等工艺参数有关。开关器件的最小脉宽限制可以是经验值。
最小脉宽限制可以是预设的。在进行步骤S701之前,可以保存第一开关器件的最小脉宽限制Tmpw1和第二开关器件的最小脉宽限制Tmpw2
当开状态保持时间Ton小于Tmpw1时,在步骤S704,按照第一开关模式生成第一开关器件的控制信号和第二开关器件的控制信号。第一开关模式中,第一开关器件和第二开关器件均不进行开关转换,均处于截止的状态。
当开状态保持时间Ton大于或等于Tmpw1,进行步骤S703。
在步骤S703,判断开状态保持时间Ton与Tmpw2的大小。
如果开状态保持时间Ton小于Tmpw2,也就是说,Tmpw1<Ton<Tmpw2,则在步骤S704,按照第二开关模式生成第一开关器件的控制信号和第二开关器件的控制信号。
第二开关模式中,Tmpw1对应的第一开关器件进行开关动作,Tmpw2对应的第二开关器件不进行开关动作,处于截止的状态。第一开关器件的第一控制信号中,控制第一开关器件处于导通状态的时间等于开状态保持时间Ton。也就是说,第一控制信号中控制第一开关器件导通的脉冲宽度等于开状态保持时间Ton
如果开状态保持时间Ton大于或等于Tmpw2(T≥Tmpw2),则在步骤S704,按照第三开关模式生成第一开关器件的控制信号和第二开关器件的控制信号。
第三开关模式中,第一开关器件与第二开关器件均进行开关动作。第一开关器件的控制信号中,控制第一开关器件处于导通状态的脉冲宽度等于开状态保持时间Ton。第一开关器件与第二开关器件的控制信号可以参见图8至图9的说明。
本申请实施例提供的开关装置的控制方法,根据开关装置的开状态保持时间,对并联连接的两个开关器件进行控制。
由于所并联的两个开关器件的开关速度不同,可以分别根据两个开关器件的开关速度为两个开关器件设置不同的最小脉宽限制。因此,在开状态保持时间比两种开关器件各自的最小脉宽限制都小,即小于两个开关器件中较小的最小脉宽限制时,两种开关器件均处于截止状态,不进行开关动作,以防止出现开关失效。
在开状态保持时间较小,但开状态保持时间大于两种开关器件中较小的最小脉宽限制的情况下,可以使开关装置工作在第二开关模式,最小脉宽限制较小的开关器件单独进行开关动作,使得开关装置可以在更宽的占空比范围内实现有效的开关动作,降低了开关器件最小脉宽限制所引起的输出失真。
在开状态保持时间较大,大于两种开关器件各自的最小脉宽限制时,使开关装置工作在第三开关模式,两个开关器件均进行开关动作,从而降低导通损耗。由于第一开关器件的开关损耗低于第二开关器件的开关损耗,可以使第一开关器件同时或先于第二开关器件开通,且后于第一开关器件关断,使得第一开关器件主要承担开关损耗,而第一开关器件和第二开关器件的并联使得导通损耗较小的开关器件能够主要承担导通损耗,实现了第二开关器件的软开关,利用率第一开关器件开关损耗低的优点,降低了开关装置的损耗。
在图8和图9中,第一开关器件的开关损耗小于第二开关器件的开关损耗。第二开关器件例如可以是IGBT。对于IGBT,与开通过程相比,关断过程会产生更大的损耗。
图8是本申请实施例提供的一种控制信号的波形图。
开关装置包括并联的第一开关器件与第二开关器件,第一开关器件与第二开关器件均为功率开关器件。其中,第一开关器件为宽禁带半导体器件,例如可以是碳化硅(SiC)器件、氮化镓(GaN)器件、金刚石器件等。第二开关器件为硅器件。图8和图9以第一开关器件为SiC MOSFET,第二开关器件为Si IGBT为例进行说明。
第一开关器件和第二开关器件受各自的控制信号独立控制。控制信号的生成方式可以参见图7的说明。
基于开关装置的开通时间Ton与第一开关器件的最小脉宽限制Tmpw1和/或第二开关器件的最小脉宽限制Tmpw2的大小关系,确定开关装置的开关模式。其中,Tmpw1<Tmpw2
可以获取开关装置的脉冲控制信号,并根据该脉冲控制信号,确定开关装置的开状态保持时间Ton。该脉冲控制信号的脉冲周期为Ts,占空比为D,因此开关装置的开状态保持时间为Ton=D×Ts。
当脉冲控制信号的占空比D满足
Figure BDA0002346803630000131
时,选择第一开关模式。在第一开关模式下,第一开关器件和第二开关器件均截止,以防止开关失效,从而减小损耗。
当脉冲控制信号的占空比D满足
Figure BDA0002346803630000132
时,选择第二开关模式。在第一开关模式下,第二开关器件截止,第一开关器件单独开关。第一开关器件可以工作在脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)模式。开关装置的开状态保持时间与第一开关器件的控制信号的电平为控制第一开关器件处于导通状态的电平的时间长度相等,可以表示为D×Ts。控制第一开关器件处于导通状态的电平根据第一开关器件的类型确定,可以是高电平,也可以是低电平。
当脉冲控制信号的占空比D满足
Figure BDA0002346803630000133
时,选择第三开关模式。在第三开关模式下,第一开关器件和第二开关器件均进行开关动作。也就是说,第一开关器件和第二开关器件均工作在PWM模式。
第一开关器件和第二开关器件可以同时开始进行开通动作,或者,第一开关器件可以早于第二开关器件进行开通动作,以使得第一开关器件早于第二开关器件完成开通动作,进入导通状态。
第一开关器件可以晚于第二开关器件开始进行关断动作,尽量使得第二开关器件进入截止状态之前,第一开关器件不要进入截止状态,从而使第一开关器件主要承担关断损耗。第一开关器件开始关断的时刻与第二开关器件开始关断的时刻的时间差可以称为关断时间差△toff。
可选地,第一开关器件也可以先于第二开关器件导通。
如图9所示,第一开关器件的开始开通的时刻与第二开关器件的开始开通的时刻的时间差可以称为开通时间差△ton。
第一开关器件的控制信号控制该功率器件处于导通状态的时间可以为D×Ts。
第一开关器件采用宽禁带半导体材料,开关速度快,开关损耗小。第二开关器件为IGBT,导通损耗小。
第一开关器件同时或先于第二开关器件开通,且后于第一开关器件关断,实现了第二开关器件的软开关,使得第一开关器件主要承担开关损耗。而第一开关器件和第二开关器件导通时,第二开关器件能够主要承担导通损耗。本申请实施例提供的开关装置的控制方法,结合了第一开关器件开关损耗低、第二开关器件导通损耗低的优点,降低了开关装置的损耗。
通过本申请实施例提供的开关装置的控制方法,可以使开关装置在更宽的占空比范围内实现有效的开关动作,降低了最小脉宽限制所引起的输出失真,另外,在高占空比下,可以实现硅器件的软开关,降低其开关损耗。
上文结合图1至图9的描述了本申请实施例的方法实施例,下面结合图10至图12,描述本申请实施例的装置实施例。应理解,方法实施例的描述与装置实施例的描述相互对应,因此,未详细描述的部分可以参见前面方法实施例。
图10是本申请实施例提供的一种开关设备的示意性结构图。
开关设备包括控制模块1210和开关装置1220。
控制模块1210用于控制开关装置1220中第一开关器件1221和第二开关器件1222的开通和关断。第一开关器件1221可以是SiC MOSFET,第二开关器件1222可以是Si IGBT。
控制模块1210包括处理单元1211,电气隔离单元1212,驱动单元1213。
处理单元1211用于执行图6或图7所示的方法,控制第一开关器件1221和第二开关器件1222。处理单元1211可以生成第一开关器件1221的控制信号和第二开关器件1222的控制信号。第一开关器件1221的控制信号和第二开关器件1222的控制信号可以是PWM信号。
控制信号经电气隔离单元1212,传输至驱动单元1213。电气隔离单元1212中,可以通过磁耦合或光耦合的方式实现电气隔离,并实现信号的传输。
驱动单元1213根据接收的第一开关器件1221的控制信号,生成第一开关器件1221的驱动信号Vds,并根据接收的第二开关器件1222的控制信号生成第二开关器件1222的驱动信号Vge,从而实现对开关装置1220的驱动。在一些情况下,驱动信号也可以称为控制信号。
应当理解,处理单元1211、驱动单元1213可以通过数字电路、模拟电路或数模混合电路实现。
图11是本申请实施例提供的一种开关装置的控制装置的示意性结构图。
所述开关装置包括并联的至少两个开关器件,在所述至少两个开关器件中,第一开关器件的最小脉宽限制小于第二开关器件的最小脉宽限制,所述第一开关器件与所述第二开关器件处于截止状态。
装置1300包括获取模块1301,控制模块1302。
获取模块1301用于,获取所述开关装置的开状态保持时间。
控制模块1302,当所述开状态保持时间小于所述第一开关器件的最小脉宽限制时,用于控制所述至少两个开关器件保持截止状态;当所述开状态保持时间大于或等于所述第一开关器件的最小脉宽限制时,用于控制所述第一开关器件进行开关动作。
可选地,所述至少两个开关器件包括第二开关器件。
控制模块1302还用于,当所述开状态保持时间大于或等于所述第二开关器件的最小脉宽限制时,控制所述第一开关器件和所述第二开关器件进行开关动作。
可选地,控制模块1302用于,生成所述第一开关器件的第一控制信号和所述第二开关器件的第二控制信号,当所述第一开关器件与所述第二开关器件进行开通时,所述第一控制信号发生翻转的时间点不晚于第二控制信号发生翻转的时间点。
可选地,控制模块1302用于,生成所述第一开关器件的第一控制信号和所述第二开关器件的第二控制信号,当所述第一开关器件与所述第二开关器件进行关断时,所述第一控制信号发生翻转的时间点晚于所述第二控制信号发生翻转的时间点。
可选地,所述第一开关器件为宽禁带半导体器件,所述第二开关器件为硅器件。
也就是说,所述第一开关器件的材料为宽禁带半导体材料,所述第二开关器件材料为硅材料。
可选地,所述至少两个开关器件均为功率半导体器。
可选地,在所述至少两个开关器件中,所述第一开关器件的最小脉宽限制的值最小。
可选地,所述第一开关器件的最小脉宽限制是根据所述第一开关器件的开通时间和/或所述第一开关器件的关断时间确定的。
图12是本申请实施例提供的一种开关装置的控制装置的示意性结构图。
所述开关装置包括并联的至少两个开关器件,在所述至少两个开关器件中,第一开关器件的最小脉宽限制小于第二开关器件的最小脉宽限制,所述第一开关器件与所述第二开关器件处于截止状态。
装置1400包括存储器1401和处理器1402。
存储器1401用于存储程序。
当所述程序在装置1400中执行时,处理器1402用于:
获取所述开关装置的开状态保持时间;
当所述开状态保持时间小于所述第一开关器件的最小脉宽限制时,控制所述至少两个开关器件保持截止状态;
当所述开状态保持时间大于或等于所述第一开关器件的最小脉宽限制时,控制所述第一开关器件进行开关动作。
可选地,处理器1402还用于,当所述开状态保持时间大于或等于第二开关器件的最小脉宽限制时,控制所述第一开关器件和所述第二开关器件进行开关动作。
可选地,处理器1402用于,生成所述第一开关器件的第一控制信号和所述第二开关器件的第二控制信号,当所述第一开关器件与所述第二开关器件进行开通时,所述第一控制信号发生翻转的时间点不晚于第二控制信号发生翻转的时间点。
可选地,处理器1402用于,生成所述第一开关器件的第一控制信号和所述第二开关器件的第二控制信号,当所述第一开关器件与所述第二开关器件进行关断时,所述第一控制信号发生翻转的时间点不早于所述第二控制信号发生翻转的时间点。
可选地,所述第一开关器件为宽禁带半导体器件,所述第二开关器件为硅器件。
可选地,所述至少两个开关器件均为功率半导体器件。
可选地,在所述至少两个开关器件中,所述第一开关器件的最小脉宽限制的值最小。
可选地,所述第一开关器件的最小脉宽限制是根据所述第一开关器件的开通时间和/或所述第一开关器件的关断时间确定的。
本申请实施例还提供一种开关装置的控制装置,所述装置包括:至少一个处理器和通信接口,所述通信接口用于所述通信装置与其他通信装置进行信息交互,当程序指令在所述至少一个处理器中执行时,使得所述通信装置执行上文中的方法。
本申请实施例还提供一种计算机程序存储介质,其特征在于,所述计算机程序存储介质具有程序指令,当所述程序指令被直接或者间接执行时,使得前文中的方法得以实现。
本申请实施例还提供一种芯片系统,其特征在于,所述芯片系统包括至少一个处理器,当程序指令在所述至少一个处理器中执行时,使得前文中的方法得以实现。
本申请实施例还提供一种开关设备,包括前文所述的开关装置,以及所述开关装置的控制装置。
本领域普通技术人员可以意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统、装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种开关装置的控制方法,其特征在于,所述开关装置包括并联的至少两个开关器件,在所述至少两个开关器件中,第一开关器件的最小脉宽限制小于第二开关器件的最小脉宽限制,所述第一开关器件与所述第二开关器件处于截止状态,
所述方法包括:
获取所述开关装置的开状态保持时间;
根据所述开状态保持时间,确定所述开状态保持时间内的控制模式;
当所述开状态保持时间小于所述第一开关器件的最小脉宽限制时,所述控制模式为控制所述至少两个开关器件保持截止状态;
当所述开状态保持时间大于或等于所述第一开关器件的最小脉宽限制且小于所述第二开关器件的最小脉宽限制时,所述控制模式为控制所述第一开关器件进行开关动作并控制所述第二开关器件保持截止状态;
当所述开状态保持时间大于或等于所述第二开关器件的最小脉宽限制时,所述控制模式为控制所述第一开关器件和所述第二开关器件进行开关动作。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,当所述开状态保持时间大于所述第二开关器件的最小脉宽限制时,所述第一开关器件开始关断的时间点晚于所述第二开关器件开始关断的时间点。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,当所述开状态保持时间大于或等于所述第二开关器件的最小脉宽限制时,所述第一开关器件开始开通的时间点不晚于所述第二开关器件开始开通的时间点。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法,其特征在于,所述第一开关器件的材料为宽禁带半导体材料,所述第二开关器件材料为硅材料。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于,所述至少两个开关器件均为功率半导体器件。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法,其特征在于,所述第一开关器件的最小脉宽限制是根据所述第一开关器件的开通时间和/或所述第一开关器件的关断时间确定的。
7.一种开关装置的控制装置,其特征在于,所述开关装置包括并联的至少两个开关器件,所述至少两个开关器件中第一开关器件的最小脉宽限制小于所述至少两个开关器件中的第二开关器件的最小脉宽限制,所述第一开关器件与所述第二开关器件处于截止状态,
所述装置包括:
获取模块,用于获取所述开关装置的开状态保持时间;
处理模块,根据所述开状态保持时间,确定所述开状态保持时间内的控制模式;
当所述开状态保持时间小于所述第一开关器件的最小脉宽限制时,所述控制模式为控制所述至少两个开关器件保持截止状态;
当所述开状态保持时间大于或等于所述第一开关器件的最小脉宽限制且小于所述第二开关器件的最小脉宽限制时,所述控制模式为控制所述第一开关器件进行开关动作并控制所述第二开关器件保持截止状态;
当所述开状态保持时间大于或等于所述第二开关器件的最小脉宽限制时,所述控制模式为控制所述第一开关器件和所述第二开关器件进行开关动作。
8.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,
当所述开状态保持时间大于或等于所述第二开关器件的最小脉宽限制时,所述第一开关器件开始关断的时间点晚于所述第二开关器件开始关断的时间点。
9.根据权利要求7或8所述的装置,其特征在于,当所述开状态保持时间大于或等于所述第二开关器件的最小脉宽限制时,所述第一开关器件开始开通的时间点不晚于所述第二开关器件开始开通的时间点。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的装置,其特征在于,所述第一开关器件的材料为宽禁带半导体,所述第二开关器件为硅。
11.根据权利要求7-10中任一项所述的装置,其特征在于,所述至少两个开关器件均为功率半导体器。
12.根据权利要求7-11中任一项所述的装置,其特征在于,所述第一开关器件的最小脉宽限制是根据所述第一开关器件的开通时间和/或所述第一开关器件的关断时间确定的。
13.一种开关设备,其特征在于,包括开关装置和如权利要求7-12中任一项所述的开关装置的控制装置。
14.一种计算机存储介质,当所述计算机指令在电子设备上运行时,使得所述电子设备执行如权利要求1-6中任一项所述的方法。
15.一种芯片系统,所述芯片系统包括至少一个处理器,当程序指令在所述至少一个处理器中执行时,使得所述芯片系统执行如权利要求1-6中任一项所述的方法。
CN201911397900.3A 2019-12-30 2019-12-30 开关装置的控制方法及控制装置 Active CN111130514B (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911397900.3A CN111130514B (zh) 2019-12-30 2019-12-30 开关装置的控制方法及控制装置
EP20910265.6A EP3965297B1 (en) 2019-12-30 2020-09-29 Control method and control apparatus for switching apparatus
PCT/CN2020/118807 WO2021135465A1 (zh) 2019-12-30 2020-09-29 开关装置的控制方法及控制装置
US17/549,489 US20220103167A1 (en) 2019-12-30 2021-12-13 Control method and control apparatus for switching apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911397900.3A CN111130514B (zh) 2019-12-30 2019-12-30 开关装置的控制方法及控制装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111130514A CN111130514A (zh) 2020-05-08
CN111130514B true CN111130514B (zh) 2022-04-29

Family

ID=70505393

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911397900.3A Active CN111130514B (zh) 2019-12-30 2019-12-30 开关装置的控制方法及控制装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220103167A1 (zh)
EP (1) EP3965297B1 (zh)
CN (1) CN111130514B (zh)
WO (1) WO2021135465A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111130514B (zh) * 2019-12-30 2022-04-29 华为数字能源技术有限公司 开关装置的控制方法及控制装置
CN113922677B (zh) * 2021-11-15 2023-10-31 阳光电源股份有限公司 一种llc谐振变换器、方法及电源系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102684462A (zh) * 2012-05-31 2012-09-19 安徽工业大学 新型低端mosfet/igbt负压箝位驱动电路及其控制方法
WO2014067522A1 (en) * 2012-10-29 2014-05-08 Danfoss Power Electronics A/S Power factor correction circuit
CN104247266A (zh) * 2012-04-06 2014-12-24 三菱电机株式会社 复合半导体开关装置
CN107078732A (zh) * 2014-07-24 2017-08-18 伊顿公司 使用多个电流决定开关模式操作混合功率器件的方法和系统
CN107305889A (zh) * 2016-04-19 2017-10-31 株式会社电装 半导体模块和电力转换装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7417409B2 (en) * 2005-03-07 2008-08-26 One More Time Llc Power losses reduction in switching power converters
WO2013097211A1 (zh) * 2011-12-31 2013-07-04 大洋电机新动力科技有限公司 一种带自动补偿的窄脉冲过滤电路及其应用的电机控制器
US9128498B2 (en) * 2012-01-30 2015-09-08 Texas Instruments Incorporated Dead-time compensation in a power supply system
US9030054B2 (en) * 2012-03-27 2015-05-12 Raytheon Company Adaptive gate drive control method and circuit for composite power switch
GB2516683B (en) * 2013-07-30 2016-03-02 Control Tech Ltd Modulation of switching signals in power converters
CN107800277B (zh) * 2016-08-28 2020-07-14 上海奇电电气科技股份有限公司 Cpld控制实现最小脉宽限制的变频器及控制实现方法
US10193544B2 (en) * 2017-04-21 2019-01-29 Ford Global Technologies, Llc Minimizing ringing in wide band gap semiconductor devices
CN108111004B (zh) * 2017-12-29 2019-10-29 电子科技大学 一种实现Si IGBT软开关特性的混合型器件
CN111130514B (zh) * 2019-12-30 2022-04-29 华为数字能源技术有限公司 开关装置的控制方法及控制装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104247266A (zh) * 2012-04-06 2014-12-24 三菱电机株式会社 复合半导体开关装置
CN102684462A (zh) * 2012-05-31 2012-09-19 安徽工业大学 新型低端mosfet/igbt负压箝位驱动电路及其控制方法
WO2014067522A1 (en) * 2012-10-29 2014-05-08 Danfoss Power Electronics A/S Power factor correction circuit
CN107078732A (zh) * 2014-07-24 2017-08-18 伊顿公司 使用多个电流决定开关模式操作混合功率器件的方法和系统
CN107305889A (zh) * 2016-04-19 2017-10-31 株式会社电装 半导体模块和电力转换装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20220103167A1 (en) 2022-03-31
CN111130514A (zh) 2020-05-08
EP3965297A1 (en) 2022-03-09
EP3965297A4 (en) 2022-08-10
WO2021135465A1 (zh) 2021-07-08
EP3965297B1 (en) 2023-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9083343B1 (en) Cascode switching circuit
Zhang et al. Evaluation of 600 V cascode GaN HEMT in device characterization and all-GaN-based LLC resonant converter
US20130062626A1 (en) Power semiconductor module
US12034363B2 (en) Adjustable hybrid switch for power converters and methods of operating the same
US11641201B2 (en) Hybrid power devices
CN111130514B (zh) 开关装置的控制方法及控制装置
EP3029821B1 (en) Semiconductor device and power conversion device
CN112636606A (zh) 为低电压至高电压应用提供双向功率流和功率调节的系统
Wu et al. P-gate GaN HEMT gate-driver design for joint optimization of switching performance, freewheeling conduction and short-circuit robustness
EP3057232A1 (en) Circuit breaker device
Persson et al. Appliance motor drive performance improvements using 600V GaN cascode FETs
CN212935767U (zh) 功率切换控制电路
WO2016192799A1 (en) Parallel-coupled switching devices and switch-mode power converter
JP2020202552A (ja) ハイブリッド駆動回路
CN109983699B (zh) 栅极驱动电路
Wang et al. New transfer mold DIPIPM utilizing silicon carbide (SiC) MOSFET
JP5791758B1 (ja) ゲート駆動回路
JP6400098B2 (ja) 電力用半導体素子の駆動回路
CN116647222B (zh) 一种驱动电路及驱动芯片
US20240313631A1 (en) Hybrid Power Transistor Apparatus and Control Method
CN214228225U (zh) 一种GaN晶体管驱动电路
WO2024057598A1 (ja) 半導体スイッチング素子のゲート駆動回路、電動機制御システムおよび半導体装置
CN114825879A (zh) 一种半导体开关组件及其控制方法
CN118300588A (zh) 一种栅极驱动电路、混合功率器件及其控制方法
JPH06112791A (ja) 半導体スイッチ回路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20211110

Address after: 518043 No. 01, 39th floor, building a, antuoshan headquarters building, No. 33, antuoshan Sixth Road, Xiang'an community, Xiangmihu street, Futian District, Shenzhen, Guangdong Province

Applicant after: Huawei Digital Energy Technology Co., Ltd

Address before: 518129 Huawei headquarters office building, Bantian, Longgang District, Shenzhen, Guangdong

Applicant before: Huawei Technology Co., Ltd

TA01 Transfer of patent application right
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant