JP7230048B2 - 電子電源スイッチ駆動モジュール - Google Patents
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Description
・所与の時間内にスイッチをオンまたはオフにする信号を制御ユニットから受信する
・出力電圧の立ち上がり時間および立ち下がり時間を制御し、電力散逸の制約とEMI(電磁干渉)の制約の両方に従う
・電力半導体スイッチの高速保護を提供する
・スイッチにわたる電圧(例えば、IGBTのVCE)を監視することによって、不飽和イベントを識別する
・出力電流を監視することにより、過負荷イベントを識別する
・ロゴスキーコイルまたは他の誘導システムが高い測定帯域幅を達成するために使用される場合、この高い帯域幅のチャネルは、交換または補足として、あるいはスイッチが破壊を回避するために迅速にオフにされる必要がある状況を識別するために使用される不飽和測定と組み合わせて、過負荷または短絡イベントに迅速に反応するために、局所保護システムによって短い待ち時間で監視され得る
・システムレベル保護を容易にするために、制御基板にステータス情報を提供する
・半導体スイッチダイ温度を、例えば集積ダイオードを通して、監視する
・DCB(直接銅結合)基板温度を、例えばNTC(負の温度係数)抵抗を通して、監視する
・局所保護がトリガーされたかどうかを監視する
・局所ゲート駆動供給電圧を監視する
・ゲート駆動コマンドに対する電圧および電流応答を監視することにより、スイッチング遅延を監視する
・状態監視および予測保守を可能にするための情報を提供する
・ゲート駆動波形の閉ループ制御を実行して、出力電流波形を制御し、例えば、並列モジュールのスイッチング特性に一致させる
・ゲート駆動波形の閉ループ制御を実行して、出力電圧の勾配を制御し、EMIおよびスイッチング損失要件を満たす
・同じスイッチング「サブユニット」内の他のゲート駆動ユニットにローカル通信を提供する(ハーフブリッジ、3レベルスイッチ、マトリックス内のスイッチは、適切な動作を保証する、例えば、デッドタイムのような予防措置を強制することによりシュートスルーを防止する、ために協調して作用しなければならない)
・絶縁電源の出力側を実装して、GDUと電流トランスデューサに給電する
・低散逸
・(寄生相互インダクタンスにより生じる低値分路におけるdi/dt成分と比較して)良好な周波数応答
・(フルスケール出力電圧が低いシャント抵抗と比較して)熱電オフセットなし
・磁気コア損失なし、ヒステリシスなし、低質量
・磁場勾配センサの変形例では:低消費、低コスト
・磁場勾配センサと完全なPCBロゴスキーコイルの組み合わせでは:電流密度分布の周波数依存性変化をもたらす表皮・近接効果による純粋な勾配センサの周波数応答問題を回避し、その結果、勾配センサとの磁気結合の変化および感度の変化をもたらす
電力半導体ユニット1
(例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタIGBTアセンブリ)
半導体モジュール3
(例えば、IGBTハーフブリッジモジュール)
入力5
入力DC端子-ve、+ve 5a-、5a+
出力7
出力端子7a
バスバー11
センサキャビティ15
半導体装置制御基板9
電子電源スイッチ13a、13b
(例えば、トランジスタ13a、13b)
電子電源スイッチ駆動制御モジュール2
(例えば、ゲート駆動制御モジュール2)
回路基板4
電子電源スイッチ駆動部分4a
(例えば、ゲート駆動装置部分4a)
電流トランスデューサ部分4b
出力導体通路24
相互接続部32(例えば、可撓性ケーブル)
電子電源スイッチ駆動装置6
(例えば、ゲート駆動装置6)
内部接続部10
DC -ve、+ve接続部10a-、10a+
NTC接続部10b
ローサイドゲート接続部10c
ハイサイドエミッタ接続部10d
ハイサイドゲート接続部10e
外部コネクタ12
信号コネクタ12a
電源コネクタ12b
回路構成要素
変圧器14
回路部分18、20
第1の(例えばローサイド)回路部分18
駆動回路18a
電源(PSU)18b
局所保護回路18c
第2の(例えばハイサイド)回路部分20
駆動回路20a
電源(PSU)20b
局所保護回路20c
温度監視回路20d
不飽和監視回路20e
制御論理回路20f
通信回路20g
送信機(シリアライザ、絶縁データ送信機)
受信機(デシリアライザ、絶縁データ送信機)
接続アイソレータ34
デジタル接続アイソレータ34b
誘導接続アイソレータ34a
インターフェース22
電流トランスデューサ8
磁場センサ
ホール効果センサ16a
勾配センサ16a’
ロゴスキーコイルセンサ(PCBロゴスキーコイル)16b
信号処理回路30
加算回路30a
(1) 電力半導体ユニット(1)のための電子電源スイッチ駆動制御モジュール(2)において、
1つ以上の回路基板(4)上に装着された電子電源スイッチ駆動装置(6)および電流トランスデューサ(8)を含み、
前記電子電源スイッチ駆動装置は、前記電力半導体ユニット(1)の電力半導体モジュール(3)の少なくとも1つの電子電源スイッチ(13a)を制御するための少なくとも1つの回路部分(20)を含み、
前記電流トランスデューサ(8)は、前記電力半導体モジュールの出力電流を測定するために前記電力半導体モジュール(3)の出力(7)に連結されるように構成され、
前記少なくとも1つの回路部分(20)は、測定される前記出力電流の出力電位(Vout)に接続され、
前記電流トランスデューサは、少なくとも1つの磁場センサ(16a、16a’、16b)を含み、前記電流トランスデューサは、非絶縁方式で前記出力電位において前記電子電源スイッチ駆動装置の前記少なくとも1つの回路部分に接続され、前記少なくとも1つの回路部分は、前記電力半導体モジュール(3)の制御基板(9)に接続するように構成された制御論理回路(20f)を含み、前記電流トランスデューサの測定出力信号が、前記制御論理回路に供給されることを特徴とする、電子電源スイッチ駆動制御モジュール。
(2) 前記電子電源スイッチ駆動装置は、トランジスタゲート駆動装置(6)であり、前記少なくとも1つの電子電源スイッチはトランジスタ(13a)である、実施態様1に記載の電子電源スイッチ駆動モジュール。
(3) 前記電流トランスデューサは、前記1つ以上の回路基板の電流トランスデューサ部分(4b)に形成された通路(24)を含み、前記通路は、前記電力半導体モジュールの出力導体を中に延在させるように構成されている、実施態様1に記載の電子電源スイッチ駆動モジュール。
(4) ロゴスキーコイル(16b)が、前記通路(24)を取り囲んで前記1つ以上の回路基板(4)の前記電流トランスデューサ部分(4b)上に形成されている、実施態様3に記載の電子電源スイッチ駆動モジュール。
(5) 前記電流トランスデューサは、前記1つ以上の回路基板の電流トランスデューサ部分(4b)上に装着された少なくとも1つの別個の磁場センサ(16a、16a’)を含む、実施態様1から4のいずれかに記載の電子電源スイッチ駆動モジュール。
(7) 前記別個の磁場センサのうちの少なくとも1つは、磁場勾配センサである、実施態様5に記載の電子電源スイッチ駆動モジュール。
(8) 前記別個の磁場センサは、ホール効果センサである、実施態様5に記載の電子電源スイッチ駆動モジュール。
(9) 前記電流トランスデューサは、前記ロゴスキーコイル磁場センサおよび前記別個の磁場センサに接続された信号処理回路(30)を含み、前記信号処理回路は、前記出力電流の測定信号を生成するため、前記別個の磁場センサおよび前記ロゴスキー磁場センサの信号を組み合わせる、実施態様1から8のいずれかに記載の電子電源スイッチ駆動モジュール。
(10) 前記電子電源スイッチ駆動モジュールは、前記ゲート駆動回路および前記電流トランスデューサの両方が装着された単一の回路基板を含む、実施態様1から9のいずれかに記載の電子電源スイッチ駆動モジュール。
(12) 前記電力半導体ユニット(1)の制御ユニットに接続される信号またはデータ通信インターフェース(20g)を含む、実施態様1から11のいずれかに記載の電子電源スイッチ駆動モジュール。
(13) 前記少なくとも1つの回路部分(20)は、前記電流トランスデューサ(8)の出力に接続された局所保護回路(20c)を含み、前記局所保護回路は、前記電力半導体モジュール(3)のトランジスタ(13a、13b)の駆動回路に接続されている、実施態様1から12のいずれかに記載の電子電源スイッチ駆動モジュール。
(14) 前記ゲート駆動回路(6)は、前記電力半導体モジュール(3)へのデータ、電力、またはデータおよび電力の両方の接続のためのインターフェース回路(22)への絶縁接続部(34)を含む、実施態様1から13のいずれかに記載の電子電源スイッチ駆動モジュール。
(15) 電力半導体ユニット(1)のための電子電源スイッチ駆動モジュール(2)において、
1つ以上の回路基板(4)上に装着された電子電源スイッチ駆動装置(6)および電流トランスデューサ(8)を含み、
前記電子電源スイッチ駆動装置は、前記電力半導体ユニット(1)の電力半導体モジュール(3)の少なくとも1つの電子電源スイッチ(13a)を制御するための少なくとも1つの回路部分(20)を含み、
前記電流トランスデューサ(8)は、前記電力半導体モジュールの出力電流を測定するために前記電力半導体モジュール(3)の出力(7)に連結されるように構成され、
前記少なくとも1つの回路部分(20)は、測定される前記出力電流の出力電位(Vout)に接続され、
前記電流トランスデューサは、少なくとも1つの磁場センサ(16a、16a’、16b)を含み、前記電流トランスデューサは、非絶縁方式で前記出力電位において前記電子電源スイッチ駆動装置の前記少なくとも1つの回路部分に接続され、前記電子電源スイッチ駆動モジュールは、前記ゲート駆動回路および前記電流トランスデューサの両方が装着され相互接続される回路基板を含み、前記回路基板は、前記半導体モジュールの入力端子と出力端子との間で前記電力半導体モジュール(3)上に直接装着されるように構成されていることを特徴とする、電子電源スイッチ駆動モジュール。
(17) 電力半導体ユニット(1)のための電子電源スイッチ駆動モジュール(2)において、
1つ以上の回路基板(4)上に装着された電子電源スイッチ駆動装置(6)および電流トランスデューサ(8)を含み、
前記電子電源スイッチ駆動装置は、前記電力半導体ユニット(1)の電力半導体モジュール(3)の少なくとも1つの電子電源スイッチ(13a)を制御するための少なくとも1つの回路部分(20)を含み、
前記電流トランスデューサ(8)は、前記電力半導体モジュールの出力電流を測定するために前記電力半導体モジュール(3)の出力(7)に連結されるように構成され、
前記少なくとも1つの回路部分(20)は、測定される前記出力電流の出力電位(Vout)に接続され、
前記電流トランスデューサは、前記出力導体(7)を受容するように構成された前記回路基板に形成された通路(24)を取り囲んで回路基板の一部に装着された複数の別個の磁場センサを含み、前記電流トランスデューサは、非絶縁方式で前記出力電位において前記電子電源スイッチ駆動装置の前記少なくとも1つの回路部分に接続されることを特徴とする、電子電源スイッチ駆動モジュール。
(18) 実施態様2から4および7から14のいずれかに記載の特徴を含む、実施態様17に記載の電子電源スイッチ駆動モジュール。
(19) 電力半導体ユニット(1)において、
実施態様1から18のいずれかに記載の電子電源スイッチ駆動モジュール(2)と、
電力半導体モジュール(3)と、
を含み、
前記電子電源スイッチ駆動モジュールは、前記電力半導体モジュール(3)上に装着されている、電力半導体ユニット。
(20) 前記電力半導体ユニット(1)の一端部における直流入力端子(5a-、5a+)と、前記電力半導体ユニット(1)の反対端部に配置された出力端子(7a)と、を含み、
前記電子電源スイッチ駆動モジュール(2)は、前記入力端子と前記出力端子との間で前記電力半導体モジュール(3)に装着されている、実施態様19に記載の電力半導体ユニット。
Claims (21)
- 電力半導体ユニット(1)のための電子電源スイッチ駆動モジュール(2)において、
1つ以上の回路基板(4)上に装着された電子電源スイッチ駆動装置(6)および電流トランスデューサ(8)を含み、
前記電子電源スイッチ駆動装置は、前記電力半導体ユニット(1)の電力半導体モジュール(3)の少なくとも1つの電子電源スイッチ(13a)を制御するための少なくとも1つの回路部分(20)を含み、
前記電流トランスデューサ(8)は、前記電力半導体モジュールの出力電流を測定するために前記電力半導体モジュール(3)の出力導体(7)に連結されるように構成され、
前記少なくとも1つの回路部分(20)は、測定される前記出力電流の出力電位(Vout)に接続され、
前記電流トランスデューサは、少なくとも1つの磁場センサ(16a、16a’、16b)を含み、前記電流トランスデューサは、非絶縁方式で前記出力電位において前記電子電源スイッチ駆動装置の前記少なくとも1つの回路部分に接続され、前記少なくとも1つの回路部分は、前記電力半導体モジュール(3)の制御基板(9)に接続するように構成された制御論理回路(20f)を含み、前記電流トランスデューサの測定出力信号が、前記制御論理回路に供給されることを特徴とする、電子電源スイッチ駆動モジュール。 - 前記電子電源スイッチ駆動装置は、トランジスタゲート駆動装置(6)であり、前記少なくとも1つの電子電源スイッチはトランジスタ(13a)である、請求項1に記載の電子電源スイッチ駆動モジュール。
- 前記電流トランスデューサは、前記1つ以上の回路基板の電流トランスデューサ部分(4b)に形成された通路(24)を含み、前記通路は、前記電力半導体モジュールの前記出力導体を中に延在させるように構成されている、請求項1に記載の電子電源スイッチ駆動モジュール。
- ロゴスキーコイル(16b)が、前記通路(24)を取り囲んで前記1つ以上の回路基板(4)の電流トランスデューサ部分(4b)上に形成されている、請求項3に記載の電子電源スイッチ駆動モジュール。
- 前記電流トランスデューサは、前記1つ以上の回路基板の電流トランスデューサ部分(4b)上に装着された少なくとも1つの別個の磁場センサ(16a、16a’)を含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の電子電源スイッチ駆動モジュール。
- 前記電流トランスデューサは、前記出力導体(7)を受容するように構成された前記回路基板の一部に形成された通路(24)を取り囲んで前記回路基板の前記一部に装着された複数の別個の磁場センサを含む、請求項5に記載の電子電源スイッチ駆動モジュール。
- 前記別個の磁場センサのうちの少なくとも1つは、磁場勾配センサである、請求項5に記載の電子電源スイッチ駆動モジュール。
- 前記別個の磁場センサは、ホール効果センサである、請求項5に記載の電子電源スイッチ駆動モジュール。
- 前記電流トランスデューサは、ロゴスキーコイル磁場センサおよび別個の磁場センサに接続された信号処理回路(30)を含み、前記信号処理回路は、前記出力電流の測定信号を生成するため、別個の磁場センサおよび前記ロゴスキーコイル磁場センサの信号を組み合わせる、請求項1から8のいずれか一項に記載の電子電源スイッチ駆動モジュール。
- 前記電子電源スイッチ駆動モジュールは、前記電子電源スイッチ駆動装置および前記電流トランスデューサの両方が装着された単一の回路基板を含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の電子電源スイッチ駆動モジュール。
- 前記電子電源スイッチ駆動モジュール(2)を前記電力半導体モジュール(3)に接続するための接続スタッドを含む、請求項1から10のいずれか一項に記載の電子電源スイッチ駆動モジュール。
- 前記電力半導体ユニット(1)の制御ユニットに接続される信号またはデータ通信インターフェース(20g)を含む、請求項1から11のいずれか一項に記載の電子電源スイッチ駆動モジュール。
- 前記少なくとも1つの回路部分(20)は、前記電流トランスデューサ(8)の出力に接続された局所保護回路(20c)を含み、前記局所保護回路は、前記電力半導体モジュール(3)のトランジスタ(13a、13b)の駆動回路に接続されている、請求項1から12のいずれか一項に記載の電子電源スイッチ駆動モジュール。
- 前記電子電源スイッチ駆動装置(6)は、前記電力半導体モジュール(3)へのデータ、電力、またはデータおよび電力の両方の接続のためのインターフェース回路(22)への絶縁接続部(34)を含む、請求項1から13のいずれか一項に記載の電子電源スイッチ駆動モジュール。
- 電力半導体ユニット(1)のための電子電源スイッチ駆動モジュール(2)において、
1つ以上の回路基板(4)上に装着された電子電源スイッチ駆動装置(6)および電流トランスデューサ(8)を含み、
前記電子電源スイッチ駆動装置は、前記電力半導体ユニット(1)の電力半導体モジュール(3)の少なくとも1つの電子電源スイッチ(13a)を制御するための少なくとも1つの回路部分(20)を含み、
前記電流トランスデューサ(8)は、前記電力半導体モジュールの出力電流を測定するために前記電力半導体モジュール(3)の出力導体(7)に連結されるように構成され、
前記少なくとも1つの回路部分(20)は、測定される前記出力電流の出力電位(Vout)に接続され、
前記電流トランスデューサは、少なくとも1つの磁場センサ(16a、16a’、16b)を含み、前記電流トランスデューサは、非絶縁方式で前記出力電位において前記電子電源スイッチ駆動装置の前記少なくとも1つの回路部分に接続され、前記電子電源スイッチ駆動モジュールは、前記電子電源スイッチ駆動装置および前記電流トランスデューサの両方が装着され相互接続される回路基板を含み、前記回路基板は、前記電力半導体モジュールの入力端子と出力端子との間で前記電力半導体モジュール(3)上に直接装着されるように構成されていることを特徴とする、電子電源スイッチ駆動モジュール。 - 請求項2から9および11から14のいずれか一項に記載の特徴を含む、請求項15に記載の電子電源スイッチ駆動モジュール。
- 電力半導体ユニット(1)のための電子電源スイッチ駆動モジュール(2)において、
1つ以上の回路基板(4)上に装着された電子電源スイッチ駆動装置(6)および電流トランスデューサ(8)を含み、
前記電子電源スイッチ駆動装置は、前記電力半導体ユニット(1)の電力半導体モジュール(3)の少なくとも1つの電子電源スイッチ(13a)を制御するための少なくとも1つの回路部分(20)を含み、
前記電流トランスデューサ(8)は、前記電力半導体モジュールの出力電流を測定するために前記電力半導体モジュール(3)の出力導体(7)に連結されるように構成され、
前記少なくとも1つの回路部分(20)は、測定される前記出力電流の出力電位(Vout)に接続され、
前記電流トランスデューサは、前記出力導体(7)を受容するように構成された前記回路基板に形成された通路(24)を取り囲んで回路基板の一部に装着された複数の別個の磁場センサを含み、前記電流トランスデューサは、非絶縁方式で前記出力電位において前記電子電源スイッチ駆動装置の前記少なくとも1つの回路部分に接続されることを特徴とする、電子電源スイッチ駆動モジュール。 - 請求項2から4および7から14のいずれか一項に記載の特徴を含む、請求項17に記載の電子電源スイッチ駆動モジュール。
- 電力半導体ユニット(1)において、
請求項1から18のいずれか一項に記載の電子電源スイッチ駆動モジュール(2)と、
電力半導体モジュール(3)と、
を含み、
前記電子電源スイッチ駆動モジュールは、前記電力半導体モジュール(3)上に装着されている、電力半導体ユニット。 - 前記電力半導体ユニット(1)の一端部における直流入力端子(5a-、5a+)と、前記電力半導体ユニット(1)の反対端部に配置された出力端子(7a)と、を含み、
前記電子電源スイッチ駆動モジュール(2)は、前記入力端子と前記出力端子との間で前記電力半導体モジュール(3)に装着されている、請求項19に記載の電力半導体ユニット。 - 前記電力半導体ユニットは、IGBTデバイスである、請求項20に記載の電力半導体ユニット。
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