CN112332648B - 一种主动平衡并联功率器件的热性能的装置和方法 - Google Patents

一种主动平衡并联功率器件的热性能的装置和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112332648B
CN112332648B CN202011266380.5A CN202011266380A CN112332648B CN 112332648 B CN112332648 B CN 112332648B CN 202011266380 A CN202011266380 A CN 202011266380A CN 112332648 B CN112332648 B CN 112332648B
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
highest temperature
power devices
power
thermal performance
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
CN202011266380.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112332648A (zh
Inventor
金东鑫
景天
李化良
欧阳华奋
郑大为
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.)
Santak Electronic Shenzhen Co Ltd
Original Assignee
Santak Electronic Shenzhen 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 Santak Electronic Shenzhen Co Ltd filed Critical Santak Electronic Shenzhen Co Ltd
Priority to CN202011266380.5A priority Critical patent/CN112332648B/zh
Publication of CN112332648A publication Critical patent/CN112332648A/zh
Priority to US17/526,899 priority patent/US11923766B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN112332648B publication Critical patent/CN112332648B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/02—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers
    • G01K1/026—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers arrangements for monitoring a plurality of temperatures, e.g. by multiplexing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/14—Supports; Fastening devices; Arrangements for mounting thermometers in particular locations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K3/00—Thermometers giving results other than momentary value of temperature
    • G01K3/005—Circuits arrangements for indicating a predetermined temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/18—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer
    • G01K7/20—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer in a specially-adapted circuit, e.g. bridge circuit
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/22—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/42—Circuits effecting compensation of thermal inertia; Circuits for predicting the stationary value of a temperature
    • G01K7/425—Thermal management of integrated systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/14—Modifications for compensating variations of physical values, e.g. of temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/08—Three-wire systems; Systems having more than three wires
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/327—Means for protecting converters other than automatic disconnection against abnormal temperatures

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明提供一种主动平衡并联功率器件的热性能的装置，包括：监测单元，其用于监测所述并联功率器件中每一个功率器件的温度以判断是否温度失衡；和平衡单元，其用于调节所监测的较高温度对应的功率器件的功率损耗以实现所述并联功率器件的热性能的平衡。

Description

一种主动平衡并联功率器件的热性能的装置和方法
技术领域
本发明属于电力电源领域，尤其涉及一种主动平衡并联功率器件的热性能的装置和方法。
背景技术
在UPS领域中，对功率转换器的功率和效率的要求越来越高。例如IGBT的功率器件广泛应用于功率转换器中，而在高开关频率和高功率密度的条件下例如SiC MOSFET的功率器件也将应用于功率转换器中。在应用中，为了针对受限的电流实现较高的功率，也为了平衡较大功率器件的高成本，通常需要将多个常规功率器件进行并联。然而，对于包含多个并联功率器件的UPS系统，任何一个功率器件的故障都会影响整个UPS系统的寿命。在现有技术中，当某一个功率器件故障时，只能通过将其进行更换来解决，这无疑造成较大的工作量和较高的成本。
发明内容
因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种主动平衡并联功率器件的热性能的装置，包括：
监测单元，其用于监测所述并联功率器件中每一个功率器件的温度以判断是否温度失衡；和
平衡单元，其用于调节所监测的较高温度对应的功率器件的功率损耗以实现所述并联功率器件的热性能的平衡。
根据本发明的主动平衡并联功率器件的热性能的装置，优选地，所述监测单元包括热敏电阻。
根据本发明的主动平衡并联功率器件的热性能的装置，优选地，所述热敏电阻集成至或者贴附至所述并联功率器件中每一个功率器件。
根据本发明的主动平衡并联功率器件的热性能的装置，优选地，所述平衡单元通过调节开关频率、门极驱动电压、门极驱动电阻和电容以及直流母线电压中的一个或多个来调节功率器件的功率损耗。
根据本发明的主动平衡并联功率器件的热性能的装置，优选地，所述平衡单元包括硬件电路，所述硬件电路的输出端连接至相应的功率器件的门极以调节所述相应的功率器件的门极驱动电压。
根据本发明的主动平衡并联功率器件的热性能的装置，优选地，所述硬件电路包括依次串联的第一电阻、负温度系数热敏电阻和第二电阻，以及彼此串联的第一电容和第二电容，所述第一电阻的一端连接至输入电压正极，所述第一电阻和所述热敏电阻之间的节点连接至输出电压正极，所述第二电阻的不与所述热敏电阻相连的一端接地，所述第一电容的一端连接至输出电压正极，另一端接地并且连接至所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端连接至输入电压负极和输出电压负极。
根据本发明的主动平衡并联功率器件的热性能的装置，优选地，所述硬件电路包括依次串联的第一电阻、正温度系数热敏电阻和第二电阻，以及彼此串联的第一电容和第二电容，所述第一电阻的一端连接至输入电压正极，所述第二电阻和所述热敏电阻之间的节点连接至输出电压正极，所述第二电阻的不与所述热敏电阻相连的一端接地，所述第一电容的一端连接至输出电压正极，另一端接地并且连接至所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端连接至输入电压负极和输出电压负极。
根据本发明的主动平衡并联功率器件的热性能的装置，优选地，所述平衡单元包括软件调控部件以用于调节开关频率、门极驱动电压、门极驱动电阻和电容以及直流母线电压中的一个或多个。
根据本发明的主动平衡并联功率器件的热性能的装置，优选地，所述软件调控部件用于执行如下步骤：
判断最高温度和最低温度的差是否大于第一阈值；
如果最高温度和最低温度的差大于第一阈值，则减小最高温度对应的功率器件的门极驱动电压；
继续判断最高温度和最低温度的差是否大于第二阈值以及最高温度是否大于第三阈值；
如果最高温度和最低温度的差大于第二阈值或者最高温度大于第三阈值，则减小最高温度对应的功率器件的开关频率；
继续判断最高温度是否大于第四阈值，如果最高温度大于第四阈值，则减小系统的直流母线电压。
另一方面，本发明提供了一种UPS系统，其包括根据本发明的主动平衡并联功率器件的热性能的装置。
又一方面，本发明提供了一种主动平衡并联功率器件的热性能的方法，其包括如下步骤：
步骤一：监测所述并联功率器件中每一个功率器件的温度以判断是否温度失衡；和
步骤二：调节所监测的较高温度对应的功率器件的功率损耗以实现所述并联功率器件的热性能的平衡。
根据本发明的主动平衡并联功率器件的热性能的方法，优选地，在步骤二中，通过调节开关频率、门极驱动电压、门极驱动电阻和电容以及直流母线电压中的一个或多个来调节功率器件的功率损耗。
与现有技术相比，本发明的优点在于：能够主动平衡并联功率器件的热性能，延长了并联功率器件以及包含并联功率器件的UPS系统的寿命。
附图说明
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
图1示出通过实验得到的负温度系数电阻NTC的温度与器件结区温度之间的关系；
图2示出MOSFET在不同门极电压VGS的情况下，漏源电压VDS和漏源电流IDS之间的关系曲线；
图3为本发明的第一示例的用于主动平衡并联功率器件的热性能的电路结构示意图
图4示出本发明第一示例的控制电路的一个示例性电路图；
图5示出本发明第一示例的控制电路的另一个示例性电路图；
图6示出了在功率为500kW和600kW的情况下，6个器件并联和8个器件并联时，开关频率与功率半导体系统的效率之间的关系；以及
图7为本发明第二示例的主动平衡并联器件的热性能的方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明人发现，对于多个功率器件并联的情况，功率器件芯片结的温度是关键的，各个功率器件之间的温度不平衡会影响各个功率器件寿命的不平衡，进一步影响了功率转换器乃至UPS的寿命。因此，主动平衡彼此并联的功率器件的温度会明显改善UPS系统的寿命。
在功率器件的并联应用中最大的挑战就是不同器件之间的电气参数的差异会导致电流和功率损耗的不平衡，造成温度失衡并最终使得承担较高电流的功率器件过热失效。总地来说，温度失衡主要源于功率器件内部参数(例如阈值电压、米勒电容等)的不同和转换器的布局不对称(不同的寄生电感、不同的寄生电阻等)。随着功率器件并联数量的增加，额定功率会增加，整体器件偏差会变大，最终影响热平衡和器件性能。例如，对于两个功率器件并联的系统，假设器件的额定功率损耗为480W，与散热器的结区的额定热阻抗是0.18℃/W，环境温度是40℃，如下表1示出了由功率损耗不平衡产生的温度分布：
表1
Figure BDA0002776198110000041
如果考虑15℃的温度动态变化裕度和150℃的结区温度上限，NO.1和NO.2对比，当相同的热阻下，如果功率损耗增大25％，那么在并联的两个功率管不平衡时就会发生过温；NO.1和NO.3对比，相同的功率损耗下，热阻增加5％，由于两个功率管温度不平衡也会发生单个功率管温度很高；NO.1和NO.4对比，当功率损耗和热阻同时增高时，如果温度不平衡发生，就会使得单个功率管温度非常高。
热敏电阻器是敏感元件，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器(PTC)和负温度系数热敏电阻器(NTC)。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器(PTC)在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器(NTC)在温度越高时电阻值越低。将热敏电阻集成在器件中或者贴附至器件，热敏电阻的温度就能够反应器件的温度，如图1所示的通过实验得到的负温度系数电阻NTC的温度与器件结区温度之间的关系，Tj＝2.17*Tntc-36，其中，Tj表示器件结区温度，Tntc表示热敏电阻的温度，可以看出，热敏电阻的温度与器件结区温度呈线性关系，热敏电阻温度能够直接反应器件结区温度。
器件的温度主要由器件产生的热量和冷却系统来决定，器件产生的热量即为器件的功率损耗，因此，当散热或散热器不对称时，就会产生温度的不均衡。并联器件的非平衡状态可以通过热敏电阻(例如NTC)来检测，然后通过硬件或软件主动地控制器件的功率损耗来实现热平衡。
在开关模式下，器件的功率损耗可以分为三部分：
(A)导通损耗(Pc)
(B)开关损耗(Psw)
(C)漏电损耗(Pb)，通常可以忽略。
总损耗Ploss＝Pc+Psw+Pb≈Pc+Psw，主要取决于例如开关频率、门极驱动电压、门极驱动电阻和电容、直流母线电压等，因此，可以通过调节开关频率、门极驱动电压、门极驱动电阻和电容、直流母线电压中的一个或多个来调节器件的功率损耗，最终实现热平衡。
本发明人提出了用于平衡并联功率器件的热性能的方法，包括如下步骤：
步骤一：监测并联的各个功率器件的温度以判断是否温度失衡；具体地，通过热敏电阻获取与器件的温度相关的参数，例如电压，然后将与功率器件的温度相关的参数转换成功率器件的温度；
步骤二：调节功率器件的功率损耗以实现并联功率器件热性能的平衡；具体地，通过调节开关频率、门极驱动电压、门极驱动电阻和电容、直流母线电压中的一个或多个来调节器件的功率损耗，例如通过门极驱动器产生器件控制信号来控制功率器件的功率损耗。
该方法可以通过用于平衡并联功率器件的热性能的装置来实现，该装置包括：
监测单元，其用于监测并联的各个功率器件的温度以判断是否温度失衡；和
平衡单元，其用于调节功率器件的功率损耗以实现并联功率器件热性能的平衡。
如下给出了用于平衡并联器件的热性能的方法和装置的两个具体示例。
第一示例(通过硬件的平衡方法)
导通损耗主要取决于通态电阻，该电阻受门极驱动电压的影响。参见图2所示的MOSFET在不同门极电压VGS的情况下，漏源电压VDS和漏源电流IDS之间的关系曲线。可以看出，器件内部流过的漏源电流IDS随着门极驱动电压VGS的上升而上升，这意味着通态电阻Rds-on随VGS的上升而下降。因此，如果多个器件并联，就可以通过降低某一个器件的门极电压VGS以提高其通态电阻Rds-on、降低其漏源电流IDS，最终降低其产生的热量从而降低器件温度，也就是说，可以通过调节器件的门极电压来调节器件的热性能。
参见图3所示的该第一示例的用于主动平衡并联功率器件的热性能的电路结构示意图，器件1、器件2…器件N彼此并联，驱动芯片给器件1～器件N发送控制MOSFET的PWM信号，器件1～器件N分别设置有对应的功放器1～功放器N，控制电路1～控制电路N分别通过功放器1～功放器N调节器件1～器件N的门极电压继而对器件1～器件N的热性能进行调节。控制电路1～控制电路N中的任一个的示例性电路图如图4所示，该控制电路包括依次串联的第一电阻R1、负温度系数热敏电阻Rntc和第二电阻R2，以及彼此串联的第一电容C1和第二电容C2，第一电阻R1的一端连接至输入电压正极Vi+，第一电阻R1和热敏电阻Rntc之间的节点连接至输出电压正极Vo+，第二电阻R2的不与热敏电阻Rntc相连的一端接地，第一电容C1的一端连接至输出电压正极Vo+，另一端接地并且连接至第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端连接至输入电压负极Vi-和输出电压负极Vo-。控制电路中的负温度系数热敏电阻Rntc集成在器件中或者贴附至器件。在此，控制电路的输出电压施加至相应的器件的门极，当控制电路的输出电压改变时，器件的门极电压也随之改变。
当器件温度上升时，Rntc减小，输出电压Vo+降低，此时，器件的门极电压Vgs随之降低，器件的通态电阻Rds-on会升高，通过器件的电流Ids会降低，器件的温度降低，因此，该控制电路能够自动实现器件温度的调节。
图5示出了控制电路的另一个示例，其将图4所示的控制电路中的负温度系数热敏电阻Rntc替换为正温度系数热敏电阻Rptc，此外，第二电阻R2和热敏电阻Rptc之间的节点连接至输出电压正极Vo+。针对该控制电路，当器件温度上升时，Rptc增大，输出电压Vo+降低，此时，器件的门极电压Vgs随之降低，器件的通态电阻Rds-on会升高，通过器件的电流Ids会降低，器件的温度降低，该控制电路也能够自动实现器件温度的调节。
因此，该示例的装置中，平衡单元采用硬件电路实现并联器件的热性能的平衡。
第二示例(通过软件的平衡方法)
开关损耗主要取决于开关频率。图6示出了在功率为500kW和600kW的情况下，6个器件并联和8个器件并联时，开关频率与功率半导体系统的效率之间的关系。从图中可以看出，随着开关频率的增加，系统的效率迅速降低，因为开关损耗会随着开关频率的增加而增加。在该示例中，通过软件调节器件的开关频率、门极电压、器件总功率等参数来调节器件的温度以平衡并联器件的热性能，也就是说，该示例的平衡单元包括软件调控部件，其用于调节器件的开关频率、门极电压、器件总功率等参数。具体地，主动平衡并联功率器件的热性能的方法如下，参见图7所示的流程图：
获取并联的各个器件的温度，具体地，通过采样电路获取集成至功率器件或者贴附至功率器件的热敏电阻的电压，然后将该电压转换成器件的温度；
判断最高温度和最低温度的差是否大于第一阈值T1；
如果最高温度和最低温度的差大于第一阈值T1，则判断功率器件的热性能不平衡，此时，通过软件调控部件减小最高温度的功率器件的门极驱动电压；
判断最高温度和最低温度的差是否大于第二阈值T2；
如果最高温度和最低温度的差大于第二阈值T2，则判断功率器件的热性能依然不平衡，此时减小最高温度对应的功率器件开关频率；如果最高温度和最低温度的差小于第二阈值T2，进一步判断最高温度是否大于第三阈值T3，如果最高温度大于第三阈值T3，则判断功率器件的热性能依然不平衡，此时继续减小开关频率；
继续判断功率器件的最高温度是否大于第四阈值T4，如果最高温度大于第四阈值T4，则判断功率器件的热性能依然不平衡，减小系统的输出功率，功耗与系统的功率成正比，当系统的功率降低时，功耗也随之降低。在该示例中，通过降低直流母线电压减小系统的输出功率。
在上述流程中T4>T3>T2>T1。
在本发明中，调节功率器件的开关频率、门极驱动电压、门极驱动电阻和电容、直流母线电压等参数中的任意一个或多个都能够实现功率器件的功率损耗的调节，最终能够实现并联功率器件热性能的平衡。这些参数可以通过硬件电路来调节，也可以通过软件操控来调节，硬件电路和软件操控的混合调节也在本发明的范围内。
本发明的方法能够在监测到并联的功率器件温度失衡时主动的进行平衡，从而降低了功率器件的故障率，延长了并联功率器件的寿命，节约了成本。
在本发明的其他实施例中，采用本领域公知的任意其他方式来监测功率器件的温度。
包含本发明的主动平衡并联功率器件的热性能的装置的UPS系统能够主动地平衡热性能，因此大大延长了UPS系统的寿命。
虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

Claims (5)

1.一种主动平衡并联功率器件的热性能的装置，包括：
监测单元，其用于监测所述并联功率器件中每一个功率器件的温度以判断是否温度失衡；和
平衡单元，其用于调节所监测的较高温度对应的功率器件的功率损耗以实现所述并联功率器件的热性能的平衡，
其中，所述平衡单元包括软件调控部件以用于调节开关频率、门极驱动电压、门极驱动电阻和电容以及直流母线电压中的一个或多个，
所述软件调控部件用于执行如下步骤：
判断最高温度和最低温度的差是否大于第一阈值；
如果最高温度和最低温度的差大于第一阈值，则减小最高温度对应的功率器件的门极驱动电压；
继续判断最高温度和最低温度的差是否大于第二阈值以及最高温度是否大于第三阈值；
如果最高温度和最低温度的差大于第二阈值或者最高温度大于第三阈值，则减小最高温度对应的功率器件的开关频率；
继续判断最高温度是否大于第四阈值，如果最高温度大于第四阈值，则减小系统的直流母线电压。
2.根据权利要求1所述的主动平衡并联功率器件的热性能的装置，其中，所述监测单元包括热敏电阻。
3.根据权利要求2所述的主动平衡并联功率器件的热性能的装置，其中，所述热敏电阻集成至或者贴附至所述并联功率器件中每一个功率器件。
4.一种UPS系统，其包括根据权利要求1-3中任一项所述的主动平衡并联功率器件的热性能的装置。
5.一种主动平衡并联功率器件的热性能的方法，其包括如下步骤：
步骤一：监测所述并联功率器件中每一个功率器件的温度以判断是否温度失衡；和
步骤二：调节所监测的较高温度对应的功率器件的功率损耗以实现所述并联功率器件的热性能的平衡，
其中，利用软件调控部件通过调节开关频率、门极驱动电压、门极驱动电阻和电容以及直流母线电压中的一个或多个来调节功率器件的功率损耗，
所述软件调控部件用于执行如下步骤：
判断最高温度和最低温度的差是否大于第一阈值；
如果最高温度和最低温度的差大于第一阈值，则减小最高温度对应的功率器件的门极驱动电压；
继续判断最高温度和最低温度的差是否大于第二阈值以及最高温度是否大于第三阈值；
如果最高温度和最低温度的差大于第二阈值或者最高温度大于第三阈值，则减小最高温度对应的功率器件的开关频率；
继续判断最高温度是否大于第四阈值，如果最高温度大于第四阈值，则减小系统的直流母线电压。
CN202011266380.5A 2020-11-13 2020-11-13 一种主动平衡并联功率器件的热性能的装置和方法 Active CN112332648B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011266380.5A CN112332648B (zh) 2020-11-13 2020-11-13 一种主动平衡并联功率器件的热性能的装置和方法
US17/526,899 US11923766B2 (en) 2020-11-13 2021-11-15 Apparatus and approach to actively balance thermal performance of paralleled devices

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011266380.5A CN112332648B (zh) 2020-11-13 2020-11-13 一种主动平衡并联功率器件的热性能的装置和方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112332648A CN112332648A (zh) 2021-02-05
CN112332648B true CN112332648B (zh) 2022-09-27

Family

ID=74318674

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011266380.5A Active CN112332648B (zh) 2020-11-13 2020-11-13 一种主动平衡并联功率器件的热性能的装置和方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11923766B2 (zh)
CN (1) CN112332648B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113853098B (zh) * 2021-09-07 2024-05-10 深圳芯佰特微电子有限公司 一种新型的功率放大器及制造工艺

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103500557A (zh) * 2013-09-29 2014-01-08 深圳市华星光电技术有限公司 一种led背光驱动电路和液晶显示装置
CN103513668A (zh) * 2012-06-29 2014-01-15 凹凸电子（武汉）有限公司 温度控制电路、方法以及充电系统
CN104254170A (zh) * 2013-06-29 2014-12-31 林万炯 一种调光器
CN107592059A (zh) * 2017-09-19 2018-01-16 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 一种温度保护装置、方法、存储介质及设备
CN108346409A (zh) * 2018-04-17 2018-07-31 深圳市华星光电技术有限公司 液晶显示面板的芯片温度控制电路及液晶显示面板
CN108682672A (zh) * 2018-04-26 2018-10-19 浙江大学 适用于内部功率开关芯片在短路工况下均热的大功率半导体模块

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0828965B2 (ja) * 1992-09-02 1996-03-21 日本電気株式会社 電圧変換回路
JP2010044895A (ja) * 2008-08-11 2010-02-25 Toyota Motor Corp 電源装置の温度調節装置
US7994862B1 (en) * 2010-02-11 2011-08-09 Sige Semiconductor Inc. Circuit and method of temperature dependent power amplifier biasing
JP2016092635A (ja) * 2014-11-06 2016-05-23 住友電気工業株式会社 アクティブアンテナシステム
US9639105B2 (en) * 2014-11-18 2017-05-02 International Business Machines Corporation Thermal management in a multi-phase power system
CN106851889B (zh) * 2015-12-04 2018-11-23 法雷奥照明湖北技术中心有限公司 用于发光二极管的温度自适应控制电路及照明和/或信号指示装置
CN111512528B (zh) * 2017-12-28 2024-02-09 新电元工业株式会社 电力转换装置
US11139699B2 (en) * 2019-09-20 2021-10-05 Energous Corporation Classifying and detecting foreign objects using a power amplifier controller integrated circuit in wireless power transmission systems

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103513668A (zh) * 2012-06-29 2014-01-15 凹凸电子（武汉）有限公司 温度控制电路、方法以及充电系统
CN104254170A (zh) * 2013-06-29 2014-12-31 林万炯 一种调光器
CN103500557A (zh) * 2013-09-29 2014-01-08 深圳市华星光电技术有限公司 一种led背光驱动电路和液晶显示装置
CN107592059A (zh) * 2017-09-19 2018-01-16 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 一种温度保护装置、方法、存储介质及设备
CN108346409A (zh) * 2018-04-17 2018-07-31 深圳市华星光电技术有限公司 液晶显示面板的芯片温度控制电路及液晶显示面板
CN108682672A (zh) * 2018-04-26 2018-10-19 浙江大学 适用于内部功率开关芯片在短路工况下均热的大功率半导体模块

Also Published As

Publication number Publication date
US11923766B2 (en) 2024-03-05
CN112332648A (zh) 2021-02-05
US20220158543A1 (en) 2022-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5909108A (en) Current-sharing circuit for parallel-coupled switches and switch-mode power converter employing the same
US8971076B2 (en) Power factor correction circuit
US7330055B2 (en) Circuit with high power density applicability
US20120051106A1 (en) Methods and systems for operating power converters
US20220085804A1 (en) Advanced gate drivers for silicon carbide bipolar junction transistors
CN108430139B (zh) 具有可控硅调光器的led驱动电路及其控制方法
CN112332648B (zh) 一种主动平衡并联功率器件的热性能的装置和方法
CN103314514A (zh) 切换模式电力供应器中的效率最优化、经校准无传感器的电力/能量转换
US20200395838A1 (en) Switching device and method for controlling switching device
US10491135B1 (en) Device and a method to limit inrush current of single phase input in an electric power system
US20140132182A1 (en) Feedback circuit for non-isolated power converter
CN108631271B (zh) 过流保护控制电路
US5682022A (en) Active stabilization of serially connected capacitors in high voltage applications
US6021054A (en) Smoothing circuit for switching power supply for reduction of noise
EP3576496B1 (en) Led driver with a silicon controlled dimmer and control method thereof
CN207802480U (zh) 一种光源电压闭环控制模块
US20070133237A1 (en) Power converter
KR20090018605A (ko) 교류 전원 장치 및 교류 전원 장치용 집적 회로
Grassi et al. Power losses estimation in a GaN-based synchronous Buck LED driver
US20230198392A1 (en) Auxiliary circuit of power converter and driving circuit
CN108200707A (zh) 一种光源电压控制模块
WO2023228496A1 (ja) 電源用半導体装置及び昇圧コンバータ
US11469675B1 (en) Switched-mode, high bandwidth, high impedance power supply
CN115345092A (zh) 单管功率器件并联的电流和结温均衡调控方法
CN110165897A (zh) 控制电路、控制方法及隔离型变换器

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant