WO2022252224A1 - Igbt功率模块的栅极电压控制方法及装置 - Google Patents
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- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
Definitions
- the second module corresponding to the bridge arm, the gate voltage control device includes: an acquisition module, used to sample the voltage between the first terminal and the second terminal, the first terminal includes the transmitter of the first module A pole auxiliary terminal, the second terminal includes a collector auxiliary terminal of the second module; a first calculation module, used to calculate an amplification factor for amplifying the gate voltage of the second module; a second calculation a module for calculating a second voltage for compensating the gate voltage of the second module according to the amplification factor and the sampled voltage; and a control module for controlling the second voltage according to the second voltage The gate voltage of the second module.
- the current flows into the first IGBT unit through the external output terminal Out, so the current flow direction in the IGBT power module is from the external output terminal to the IGBT power module.
- IGBT1_H When IGBT1_H is turned on, the current flowing through Diode1_L will gradually transfer to Diode1_H. Due to the characteristics of the inductive load, the current 1 flowing from the external output terminal to Diode1_H remains unchanged, and the current 2 flowing from Diode1_H to the positive pole of the IGBT power module will increases, the current 3 flowing from Diode1_H to the positive pole of the GBT power module will decrease.
- the calculation method of the above-mentioned amplification factor is only an exemplary description, however, it should be understood that how to calculate the amplification factor is not the key point of the present invention, as long as it can be calculated to amplify the gate voltage of the second module
- the method of the coefficient should be applicable to the present invention, of course, any other suitable method can also be used to calculate the amplification factor, for example, the first algorithm can be used to obtain the first parameter corresponding to the first parasitic inductance based on the first parasitic inductance As for the calculation result, the second algorithm is used to obtain the first calculation result corresponding to the second parasitic inductance based on the second parasitic inductance, and the third algorithm is used to calculate the amplification factor based on the first calculation result and the second calculation result.
- the current flow direction in the IGBT power module shown in Figure 4 is to flow out of the IGBT power module from the external output terminal, and the IGBT1_H of the upper bridge arm is turned on, and the induced voltage is generated due to the parasitic inductance in the IGBT power module
- the gate-emitter applied to the IGBT1_L of the lower bridge arm makes the negative voltage amplitude of IGBT1_L larger, thus exceeding the maximum negative voltage that the gate of IGBT1_L can withstand. In order to avoid this phenomenon, control the lower bridge arm
- the gate voltage on IGBT1_L is reduced by the second voltage.
- the ratio of the induced voltage of the emitter of the second module to the reference value is the same as the ratio of the first parasitic inductance to the second parasitic inductance.
- the parasitic inductance of the first terminal and the second terminal on the first IGBT unit on the left is L3+L4+ L7
- the parasitic inductance of the first terminal and the second terminal on the second IGBT unit in the middle is L16+L17+L19
- the parasitic inductance of the first terminal and the second terminal on the third IGBT unit on the right is L21
- the first The second parasitic inductance generated between the terminal and the second terminal is the parallel connection value of the parasitic inductance generated on the three IGBT units.
- the ratio of the first parasitic inductance to the second parasitic inductance is calculated to obtain the amplification factor. Please refer to Table 1 for details.
- FIG. 8 is an exemplary description of the gate voltage control method for the situation shown in FIG. 3 , and similar gate voltage control can also be performed for the situations shown in FIG. 4 and FIG. 6 . Similar gate voltage control can also be performed in the situation shown in Figure 5, since the situation shown in Figure 5 will not cause damage to the IGBT power module, it is not necessary to perform gate voltage control.
- control module 940 is configured to: obtain a conducting state indicating whether the first module or the second module is conducting; according to the direction, the conducting state and The second voltage controls the gate voltage of the second module.
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Abstract
本发明涉及一种IGBT功率模块的栅极电压控制方法及装置，IGBT功率模块包括与IGBT功率模块的上桥臂相对应的第一模块和与IGBT功率模块的下桥臂相对应的第二模块，该栅极电压控制方法包括：对第一端子和第二端子之间的电压进行采样；计算用于对第二模块的栅极电压进行放大的放大系数；根据所述放大系数和所采样的电压来计算用于对所述第二模块的栅极电压进行补偿的第二电压；以及根据所述第二电压来控制第二模块的栅极电压。由此，能够消除IGBT功率模块内的寄生电感所产生的感应电压，从而避免IGBT功率模块的栅极电压出现过压或不足，保持IGBT功率模块内的电压稳定。
Description
本发明涉及车辆技术领域，且特别地涉及一种IGBT功率模块的栅极电压控制方法及装置。
由于IGBT功率模块具有诸如尺寸紧凑并且功率密度和可靠性都非常高等的优点，因此，现有的xEV广泛使用IGBT功率模块，其中xEV可表示从IGBT功率模块获得其至少一部分原动力的任何机动车。
IGBT功率模块内部常用引线键合的方法将IGBT芯片与IGBT芯片电极端子之间进行电气互连，将IGBT芯片电极端子与二极管芯片之间进行电气互连，将IGBT芯片电极端子与绝缘衬板之间进行电气互连，将IGBT芯片与绝缘衬板表面金属化层、绝缘衬板之间进行电气互连，将二极管芯片与绝缘衬板表面金属化层、绝缘衬板之间进行电气互连。相对而言，引线键合技术工艺简单、成本低廉；但也存在缺点，如多根引线并联的邻近效应可能引起电流分布不均，从而产生寄生电感，若所产生的寄生电感较大则可能导致感应电压较高，该较高的感应电压可能施加到IGBT功率模块内部的栅极-发射极上，进而可能导致IGBT功率模块被永久损坏。
发明内容
本发明的目的在于克服或至少减轻上述现有技术存在的不足，提供一种IGBT功率模块的栅极电压控制方法及装置。
为了解决上述技术问题，根据本发明的一实施例，提供了一种IGBT功率模块的栅极电压控制方法，所述IGBT功率模块包括与IGBT功率模块的上桥臂相对应的第一模块和与IGBT功率模块的下桥臂相对应的第二模块，栅极电压控制方法包括：对第一端子和第二端子之间的电压进行采样，所述第一端子包括所述第一模块的发射极辅助端子，所述第二端子包括所述第二模块的集电极辅助端子；计算用于对所述第二模块的栅极电压进行放大的放大系数；根据所述放大系数和所采样的电压来计算用于对所述第二模块的栅极 电压进行补偿的第二电压；以及根据所述第二电压来控制所述第二模块的栅极电压。
根据本发明的另一实施例，提供了一种IGBT功率模块的栅极电压控制装置，所述IGBT功率模块包括与IGBT功率模块的上桥臂相对应的第一模块和与IGBT功率模块的下桥臂相对应的第二模块，该栅极电压控制装置包括：采集模块，用于对第一端子和第二端子之间的电压进行采样，所述第一端子包括所述第一模块的发射极辅助端子，所述第二端子包括所述第二模块的集电极辅助端子；第一计算模块，用于计算用于对所述第二模块的栅极电压进行放大的放大系数；第二计算模块，用于根据所述放大系数和所采样的电压来计算用于对所述第二模块的栅极电压进行补偿的第二电压；以及控制模块，用于根据所述第二电压来控制所述第二模块的栅极电压。
由此，可利用所计算出的第二电压来对第二模块的栅极电压进行补偿，从而可消除IGBT功率模块内的寄生电感所产生的感应电压，从而可避免IGBT功率模块的栅极电压出现过压或不足，保持IGBT功率模块内的电压稳定。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。
图1示出IGBT功率模块内部的引线键合示意图。
图2是根据图1所示出的IGBT功率模块的等效电路图。
图3～图6示出了图2中第一IGBT单元内沿着电流的流动方向产生的路径示意图。
图7是根据一示例性实施例示出的IGBT功率模块的栅极电压控制方法的流程图。
图8是根据一示例性实施例示出的IGBT功率模块的栅极电压控制过程示意图。
图9是根据一示例性实施例示出的IGBT功率模块的栅极电压控制装置 的框图。
以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
图1是根据本申请一示例性实施例给出的一相电路的IGBT功率模块内部的引线键合示意图，图2是根据图1所示出的IGBT功率模块的等效电路图。
参阅图1和图2所示，该IGBT功率模块包括与上桥臂相对应的第一模块和与下桥臂相对应的第二模块，本申请中的第一模块为IGBT高压模块，第二模块为IGBT低压模块，示意性地，该IGBT功率模块包括沿水平方向依次布置的第一IGBT单元、第二IGBT单元和第三IGBT单元，这三个IGBT单元可并联连接。每个IGBT单元都包括位于上桥臂的IGBT芯片和二极管芯片、位于下桥臂的IGBT芯片和二极管芯片、以及由于引线键合产生的寄生电感。例如图2中的第一模块由三个IGBT单元的上桥臂的组成部件构成，第二模块由三个IGBT单元的下桥臂的组成部件构成。需要说明的是，IGBT功率模块所包括的IGBT单元的数量不限定于3个或更少，可以根据工况、实际应用需求和经验灵活设置，例如IGBT功率模块可以包括4个或5个IGBT单元。
请参阅图2，在第一IGBT单元内，IGBT1_L表示第一IGBT单元的下桥臂的IGBT芯片，Diode1_L表示第一IGBT单元的下桥臂的二极管芯片，IGBT1_H表示第一IGBT单元的上桥臂的IGBT芯片，Diode1_H表示第一IGBT单元的上桥臂的二极管芯片，第一IGBT单元的上桥臂的寄生电感包括L1、L2和L3，第一IGBT单元的下桥臂的寄生电感包括L4、L5、L6和L7。
请参阅图2，在第二IGBT单元内，IGBT2_L表示第二IGBT单元的下桥 臂的IGBT芯片，Diode2_L表示第二IGBT单元的下桥臂的二极管芯片，IGBT2_H表示第二IGBT单元的上桥臂的IGBT芯片，Diode2_H表示第二IGBT单元的上桥臂的二极管芯片，第二IGBT单元的上桥臂的寄生电感包括L8、L9、L10和L21，第二IGBT单元的下桥臂的寄生电感包括L11、L12和L13。
请参阅图2，在第三IGBT单元内，IGBT3_L表示第三IGBT单元的下桥臂的IGBT芯片，Diode3_L表示第三IGBT单元的下桥臂的二极管芯片，IGBT3_H表示第三IGBT单元的上桥臂的IGBT芯片，Diode3_H表示第三IGBT单元的上桥臂的二极管芯片，第三IGBT单元的上桥臂的寄生电感包括L14、L15和L16，第三IGBT单元的下桥臂的寄生电感包括L17、L18、L19和L20。
图3～图6示出了图2中的第一IGBT单元内的电流流动路径，第二IGBT单元和第三IGBT单元内的电流流动路径与第一IGBT单元内的电流流动路径相似。
请参阅图3，电流经由外部输出端子Out流入第一IGBT单元，因此IGBT功率模块内的电流流动方向是从外部输出端子流入该IGBT功率模块。在IGBT1_L导通时，流过Diode1_H的电流将逐渐转移到IGBT1_L。由于感应负载的特性，从外部输出端子流向Diode1_H的电流1保持不变，从Diode1_H流向GBT功率模块的正极的电流2会减少，从Diode1_H流向GBT功率模块的正极的电流3会增加。此时，流经L6的电流变化(增加)，会导致L6产生上正下负的感应电压，该感应电压将导致施加到IGBT1_L上的栅极-发射极电压减少，从而导致IGBT1_L上的栅极电压不足，增加IGBT1_L上的额外导通损耗。
请参阅图4，电流经由外部输出端子Out流入第一IGBT单元，因此IGBT功率模块内的电流流动方向是从外部输出端子流入该IGBT功率模块。在IGBT1_H导通时，流过Diode1_L的电流将逐渐转移到Diode1_H，由于感应负载的特性，从外部输出端子流向Diode1_H之间的电流1保持不变，从Diode1_H流向IGBT功率模块的正极的电流2会增加，从Diode1_H流向GBT功率模块的正极的电流3会减少。此时，流经L6的电流变化(减少)，会导致L6产生上负下正的感应电压，从而导致IGBT1_L上的栅极-发射极电压过高，由于此时Diode1_L处于断开状态，有可能出现IGBT1_L上的栅极电压超过栅极氧化物层限制而损坏IGBT1_L的情况。
请参阅图5，电流经由第一IGBT单元流入外部输出端子，因此IGBT功率 模块内的电流流动方向是从IGBT功率模块流入外部输出端子。在IGBT1_L导通，IGBT1_H关闭时，流过IGBT1_H的电流将逐渐转移到Diode1_L，由于感应负载的特性，从IGBT1_H流入外部输出端子的电流1保持不变，从IGBT功率模块的正极流向IGBT1_H的电流2减少，从IGBT功率模块的负极流经Diode1_L到上桥臂的IGBT1_H的电流3增加，此时，流经L6的电流变化(增加)，会导致L6产生上负下正的感应电压，从而导致IGBT1_L的栅极-发射极电压的负极电压更低，由于IGBT功率模块内电流换向非常快，且上桥臂和下桥臂均设置了死区时间，这不会对器件造成损坏。
请参阅图5，电流经由第一IGBT单元流入外部输出端子，因此IGBT功率模块内的电流流动方向是从IGBT功率模块流入外部输出端子。在IGBT1_H导通，IGBT1_L关闭时，流过IGBT1_L的电流将逐渐转移到Diode1_H，由于感应负载的特性，从IGBT1_H流出外部输出端子的电流1保持不变，从IGBT功率模块的正极流向上桥臂的IGBT1_H的电流2增加，从IGBT功率模块的负极流经Diode1_L到IGBT1_H之间的电流3减少，此时，流经L6的电流变化(减少)，会导致L6产生上正下负的感应电压，该感应电压为负电压，由于IGBT1_L已经关闭，IGBT1_L关断时的栅极-发射极电压是栅极负电压，感应的负电压加上原先的IGBT1_L已经关断时的栅极负电压，使得IGBT1_L的负电压幅值更大，从而超过IGBT1_L的栅极所能承受的最大负电压，可能对下桥臂的IGBT1_L的栅极氧化物层造成损坏。
通过上述分析可知，IGBT功率模块内部所产生的寄生电感，由于感应负载的特性，可能导致感应电压较高或不足，若该较高的感应电压施加到IGBT功率模块内部的栅极-发射极上，则可能导致IGBT功率模块被永久损坏；若该不足的感应电压施加到IGBT功率模块内部的栅极-发射极上，则可能导致IGBT功率模块额外的导通损耗。
图7是根据本申请一示例性实施例示出的IGBT功率模块的栅极电压控制方法的流程图，所述栅极电压控制方法可以应用在对IGBT功率模块进行控制管理的电机控制器中，也可以应用在能够对IGBT功率模块进行控制管理的其他装置中。其中，所述IGBT功率模块包括与IGBT功率模块的上桥臂相对应的第一模块和与IGBT功率模块的下桥臂相对应的第二模块，该IGBT功率模块的结构可以参阅图1～图6，也可以采用其他相似设计。
在步骤S71中，对第一端子和第二端子之间的电压进行采样。
其中，第一端子包括第一模块的发射极辅助端子，第二端子包括第二模块的集电极辅助端子。一种可能的实现方式中，第一端子为第一模块的发射极辅助端子，第二端子为第二模块的集电极辅助端子，另一种可能的实现方式中，第一端子为包括第一模块的发射极辅助端子的集成端子，第二端子为包括第二模块的集电极辅助端子的集成端子。
在步骤S72中，计算用于对第二模块的栅极电压进行放大的放大系数。
本实施例中，可以通过如下方式计算所述放大系数：获取所述IGBT功率模块内的电流流动的方向；根据所述方向确定所述IGBT功率模块内的电流沿着所述方向流动的路径；获取第一寄生电感和第二寄生电感，所述第一寄生电感是所述第二模块的发射极辅助端子在所述路径上产生的寄生电感，所述第二寄生电感是所述第一端子和所述第二端子之间在所述路径上产生的寄生电感；以及，根据所述第一寄生电感和所述第二寄生电感，计算所述放大系数。
本实施例中，计算所述第一寄生电感和所述第二寄生电感的比值得到所述放大系数。由于IGBT功率模块内的寄生电感产生感应电压，以第一端子和第二端子之间在所述路径上产生的寄生电感作为基准值，根据第二模块的发射极辅助端子在所述路径上产生的寄生电感与基准值做比较，得到放大系数。
需要说明的是，上述放大系数的计算方式仅为一种示例性说明，然而，应能够理解，如何计算放大系数并不是本发明的重点，只要能够计算出对第二模块的栅极电压进行放大的系数的方式应均可用于本发明，当然，还可以采用其他任意合适的方式来计算放大系数，例如，可采用第一算法来基于第一寄生电感获得与第一寄生电感相对应的第一运算结果，采用第二算法来基于第二寄生电感获得与第二寄生电感相对应的第一运算结果，采用第三算法来基于第一运算结果和第二运算结果计算出放大系数。
另外，如果所计算出的放大系数存在误差，则可以采用适当算法对所计算出的放大系数进行校正，由此可提高精度。
本实施例中，可以通过如下方式获取第一寄生电感和第二寄生电感：
方式一，若所述IGBT功率模块仅包括一个IGBT单元，则获取第二模块 的发射极辅助端子在该一个IGBT单元内的电流沿着电流流动方向的路径上产生的寄生电感，由此得到的寄生电感即为第一寄生电感，获取第一模块的发射极辅助端子和第二模块的集电极辅助端子之间在该一个IGBT单元内的电流沿着电流流动方向的路径上产生的寄生电感，由此得到的寄生电感即为第二寄生电感。
方式二，若所述IGBT功率模块包括多个IGBT单元并联，则获取第二模块的发射极辅助端子在该多个IGBT单元内的电流沿着电流流动方向的路径上产生的多个寄生电感的并联值，由此得到的并联寄生电感即为第一寄生电感，获取第一模块的发射极辅助端子和第二模块的集电极辅助端子之间在该多个IGBT单元内的电流沿着电流流动方向的路径上产生的多个寄生电感的并联值，由此得到的并联寄生电感即为第二寄生电感。
示例性的，图2所示的IGBT功率模块所包括的第一寄生电感是第二模块的发射极辅助端子在3个IGBT单元内分别产生的3个寄生电感的并联值，图2所示的IGBT功率模块所包括的第二寄生电感是第一模块的发射极辅助端子和第二模块的集电极辅助端子之间在3个IGBT单元内分别产生的3个寄生电感的并联值。
在步骤S73中，根据所述放大系数和所采样的电压来计算用于对所述第二模块的栅极电压进行补偿的第二电压。
本实施例中，计算所述放大系数和所采样的电压的乘积得到用于对所述第二模块的栅极电压进行补偿的第二电压。
需要说明的是，上述第二电压的计算方式仅为一种示例性说明，然而，应能够理解，如何根据放大系数和所采样的电压来计算第二电压并不是本发明的重点，只要能够根据放大系数和所采样的电压计算出对第二模块的栅极电压进行补偿的电压的方式应均可用于本发明，当然，还可以采用其他任意合适的方式来计算第二电压，受篇幅所限，本发明对此不再展开。
由于第一端子和第二端子之间的寄生电感与第二模块的发射极辅助端子的寄生电感在电流上具有相同的变化模式，而第一端子和第二端子之间的电压可以被采样，从而能够根据采样的电压以及放大系数计算得到用于对第二模块的栅极电压进行补偿的第二电压，所述第二电压与由于电流变化引起的第二模块的发射极辅助端子上的感应电压大小基本相同，因此可将所述第 二电压添加到第二模块的栅极驱动器上，从而补偿第二模块的栅极电压的过电压或者栅极电压不足。
在步骤S74中，根据所述第二电压来控制所述第二模块的栅极电压。
本实施例中，根据所述第二电压来控制所述第二模块的栅极电压，包括：获取表示所述第一模块或所述第二模块是否导通的导通状态；根据所述方向、所述导通状态和所述第二电压，控制所述第二模块的栅极电压。
在一种可能的实现方式中，根据所述方向、所述导通状态和所述第二电压，控制所述第二模块的栅极电压，包括：若所述方向指示电流从外部输出端子流入所述IGBT功率模块，且所述导通状态指示所述第二模块导通，则控制所述第二模块的栅极电压增加所述第二电压。
示例性的，图3所示的IGBT功率模块内的电流流动方向是从外部输出端子流入该IGBT功率模块，且下桥臂的IGBT1_L导通，由于IGBT功率模块内的寄生电感的产生感应电压将导致施加到下桥臂的IGBT1_L上的栅极-发射极电压减少，从而导致IGBT1_L上的栅极电压不足，为了避免这种现象产生，控制下桥臂的IGBT1_L上的栅极电压增加第二电压。
在一种可能的实现方式中，根据所述方向、所述导通状态和所述第二电压，控制所述第二模块的栅极电压，包括：若所述方向指示从外部输出端子流入所述IGBT功率模块，且所述导通状态指示所述第一模块导通时，控制所述第二模块的栅极电压减少所述第二电压。
示例性的，图4所示的IGBT功率模块内的电流流动方向是从外部输出端子流入该IGBT功率模块，且上桥臂的IGBT1_H导通，由于IGBT功率模块内的寄生电感的产生感应电压将导致施加到下桥臂的IGBT1_L上的栅极-发射极电压过高，为了避免这种现象产生，控制下桥臂的IGBT1_L上的栅极电压减少第二电压。
在一种可能的实现方式中，根据所述方向、所述导通状态和所述第二电压，控制所述第二模块的栅极电压，包括：若所述方向指示从所述IGBT功率模块流入外部输出端子，且所述导通状态指示所述第一模块导通时，控制所述第二模块的栅极电压减少所述第二电压。
示例性的，图4所示的IGBT功率模块内的电流流动方向是从外部输出端子流出所述IGBT功率模块，且上桥臂的IGBT1_H导通，由于IGBT功率模块 内的寄生电感的产生感应电压施加到下桥臂的IGBT1_L上的栅极-发射极，使得IGBT1_L的负电压幅值更大，从而超过IGBT1_L的栅极所能承受的最大负电压，为了避免这种现象产生，控制下桥臂的IGBT1_L上的栅极电压减少第二电压。
需要说明是，在控制所述第二模块的栅极电压进行增加或减少时，针对电压的幅值进行增加或减少，不考虑正负方向。
在一种可能的实现方式中，根据所述第二电压来控制所述第二模块的栅极电压，可以将所述第二电压直接添加到所述第二模块的栅极电压，此时直接将第二电压施加到所述第二模块的栅极电压，在具体操作时，需要考虑第二电压的正负方向，实现对第二模块的栅极电压的幅值控制。
本实施例中的IGBT功率模块的栅极电压控制方法，对第一端子和第二端子之间的电压进行采样；计算用于对所述第二模块的栅极电压进行放大的放大系数；根据所述放大系数和所采样的电压来计算用于对所述第二模块的栅极电压进行补偿的第二电压；以及根据所述第二电压来控制所述第二模块的栅极电压。由此，可利用所计算出的第二电压来对第二模块的栅极电压进行补偿，从而可消除IGBT功率模块内的寄生电感所产生的感应电压，从而可避免IGBT功率模块的栅极电压出现过压或不足，保持IGBT功率模块内的电压稳定。
下面以图1和图2作为一种IGBT功率模块的示例来详细说明栅极电压控制方法，具体过程可参阅图8所示。其中，第一模块的发射极辅助端子对应第一端子，第二模块的集电极辅助端子对应第二端子。
通过图3～图6的前述分析可知，第一端子和第二端子之间的第二寄生电感与第二模块的发射极的第一寄生电感在电流上具有相同的变化模式，因此，对第一端子和第二端子之间的电压进行采样，将所采样的电压作为基准值，将第二模块的发射极的感应电压和基准值的比值作为放大系数，从而能够根据所采样的电压和所述放大系数，得到需要对第二模块的栅极电压进行补偿的第二电压。
由于第二寄生电感与第一寄生电感在电流上具有相同的变化模式，因此，第二模块的发射极的感应电压和基准值的比值与第一寄生电感与第二寄生电感的比值相同。
IGBT功率模块内部采用引线键合的方法实现内部器件的连接，假设引线的键合方式为铝键合，此时引线的寄生电感的寄生参数仅考虑焊锡层，不考虑铜层，假设1根引线仅包括2个焊接端子，该引线的寄生电感可视为1，假设1根引线包括依次焊接的3个焊接端子，该引线的寄生电感可视为2，因此，图1中的L6，L20，L9以及L12均视为2，其余引线的寄生电感均视为1。
从图2可以看出，在IGBT功率模块的电流方向指示从IGBT功率模块流出外部输出端子的情况下，第一端子和第二端子在左侧第一IGBT单元上的寄生电感为L3+L4+L7，第一端子和第二端子在中间第二IGBT单元上的寄生电感为L16+L17+L19，第一端子和第二端子在右侧第三IGBT单元上的寄生电感为L21，因此第一端子和第二端子之间产生的第二寄生电感为其在3个IGBT单元上产生的寄生电感的并联值。第二模块的发射极在左侧第一IGBT单元上的寄生电感为L6，第二模块的发射极在中间第二IGBT单元上的寄生电感为L20，第二模块的发射极在右侧第三IGBT单元上的寄生电感为L13，因此第二模块的发射极产生的第一寄生电感为其在3个IGBT单元上产生的寄生电感的并联值。
进一步的，计算第一寄生电感和第二寄生电感的比值得到放大系数。具体可参阅表1所示。
表1
需要说明的是，在IGBT功率模块的电流方向指示电流从外部输出端子流入IGBT功率模块的情况下，第一寄生电感和第二寄生电感的计算方法与上述计算过程类似，在此不再赘述。
请参阅图8，IGBT功率模块的栅极电压控制过程包括6个过程：
在过程1中，对第一端子和第二端子之间的电压进行采样，对所采样的电压进行电流隔离后输出到过程2进行后续处理，进行电流隔离的目的是防止采样的电压与IGBT功率模块的内部器件之间产生相互干扰。
在过程2中，选择放大器的放大系数。在该过程中接收IGBT功率模块输出的电流采样信息，根据电流采样信息获取对应的放大系数。例如，从电流采样信息中获取到IGBT功率模块的电流方向是从IGBT功率模块流出外部输出端子，根据上述表1可知，此时放大器的放大系数为(3/4)/(3/7)＝(7/4)。
在过程3中，计算用于对栅极电压进行补偿的第二电压。在该过程中，接收放大器的放大系数，将所述放大系数与所采样的电压相乘后得到第二电压，此外在该过程中还接收IGBT功率模块输出的脉宽调制(英文：Pulse Width Modulation，缩写：PWM)信号，根据接收到的PWM信号确定第一模块和第二模块的导通状态。假设，若所述PWM信号指示第二模块导通时，说明此时第二模块的栅极电压不足，则应增加栅极电压，增加的栅极电压为第二电压。
在过程4中，控制第二模块的栅极电压。在该过程中接收过程2输出的第二电压，并将MOSFET设置在放大器区域下以用作可变电阻器，因此根据MOSFET的压降使得施加在第二模块的栅极电压可以增加或减少第二电压。
在过程5中，设置第二模块的栅极的驱动正电压，在过程6中，设置第二模块的栅极的驱动负电压。驱动正电压和驱动负电压的幅值应该大于常规设置。例如，驱动正电压和驱动负电压通常设置为15V和-9V。在本实施例中，驱动正电压可设置为20V，驱动负电压可设置为-12V，因此，通过本实施的栅极电压控制方法，第二模块的栅极电压通常可维持正常的-9V～15V。
图8针对图3所示的情况进行了栅极电压控制方法的示例性说明，针对图4和图6所示的情况也可以进行类似的栅极电压控制，在此不再赘述，图5所示的情况也可以进行类似的栅极电压控制，由于图5所示的情况不会对 IGBT功率模块造成损坏，也可以不作栅极电压控制。
图9是根据一示例性实施例示出的一种IGBT功率模块的栅极电压控制装置的框图，所述IGBT功率模块包括与IGBT功率模块的上桥臂相对应的第一模块和与IGBT功率模块的下桥臂相对应的第二模块，如图9所示，该栅极电压控制装置900可以包括采集模块910、第一计算模块920、第二计算模块930以及控制模块940。
采集模块910，用于对第一端子和第二端子之间的电压进行采样，所述第一端子包括所述第一模块的发射极辅助端子，所述第二端子包括所述第二模块的集电极辅助端子。第一计算模块920，用于计算用于对所述第二模块的栅极电压进行放大的放大系数。第二计算模块930，用于根据所述放大系数和所采样的电压来计算用于对所述第二模块的栅极电压进行补偿的第二电压。控制模块940，用于根据所述第二电压来控制所述第二模块的栅极电压。
在一种可能的实现方式中，所述第一计算模块920被配置为：获取所述IGBT功率模块内的电流流动的方向；根据所述方向确定所述IGBT功率模块内的电流沿着所述方向流动的路径；获取第一寄生电感和第二寄生电感，所述第一寄生电感是所述第二模块的发射极辅助端子在所述路径上产生的寄生电感，所述第二寄生电感是所述第一端子和所述第二端子之间在所述路径上产生的寄生电感；以及，根据所述第一寄生电感和所述第二寄生电感，计算所述放大系数。
在一种可能的实现方式中，所述控制模块940被配置为：获取表示所述第一模块或所述第二模块是否导通的导通状态；根据所述方向、所述导通状态和所述第二电压，控制所述第二模块的栅极电压。
在一种可能的实现方式中，所述控制模块940被配置为：若所述方向指示从外部输出端子流入所述IGBT功率模块，且所述导通状态指示所述第二模块导通时，控制所述第二模块的栅极电压增加所述第二电压。
在一种可能的实现方式中，所述控制模块940被配置为：若所述方向指示从外部输出端子流入所述IGBT功率模块，且所述导通状态指示所述第一模块导通时，控制所述第二模块的栅极电压减少所述第二电压。
在一种可能的实现方式中，所述控制模块940被配置为：若所述方向指 示从所述IGBT功率模块流入外部输出端子，且所述导通状态指示所述第一模块导通时，控制所述第二模块的栅极电压减少所述第二电压。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (12)
- 一种IGBT功率模块的栅极电压控制方法，所述IGBT功率模块包括与IGBT功率模块的上桥臂相对应的第一模块和与IGBT功率模块的下桥臂相对应的第二模块，其特征在于，所述栅极电压控制方法包括：对第一端子和第二端子之间的电压进行采样，所述第一端子包括所述第一模块的发射极辅助端子，所述第二端子包括所述第二模块的集电极辅助端子；计算用于对所述第二模块的栅极电压进行放大的放大系数；根据所述放大系数和所采样的电压来计算用于对所述第二模块的栅极电压进行补偿的第二电压；以及根据所述第二电压来控制所述第二模块的栅极电压。
- 根据权利要求1所述的栅极电压控制方法，其特征在于，计算所述放大系数包括：获取所述IGBT功率模块内的电流流动的方向；根据所述方向确定所述IGBT功率模块内的电流沿着所述方向流动的路径；获取第一寄生电感和第二寄生电感，所述第一寄生电感是所述第二模块的发射极辅助端子在所述路径上产生的寄生电感，所述第二寄生电感是所述第一端子和所述第二端子之间在所述路径上产生的寄生电感；以及根据所述第一寄生电感和所述第二寄生电感，计算所述放大系数。
- 根据权利要求2所述的栅极电压控制方法，其特征在于，根据所述第二电压来控制所述第二模块的栅极电压，包括：获取表示所述第一模块或所述第二模块是否导通的导通状态；根据所述方向、所述导通状态和所述第二电压，控制所述第二模块的栅极电压。
- 根据权利要求3所述的栅极电压控制方法，其特征在于，根据所述方向、所述导通状态和所述第二电压，控制所述第二模块的栅极电压，包括：若所述方向指示从外部输出端子流入所述IGBT功率模块，且所述导通状态指示所述第二模块导通，则控制所述第二模块的栅极电压增加所述第二电压。
- 根据权利要求3所述的栅极电压控制方法，其特征在于，根据所述方 向、所述导通状态和所述第二电压，控制所述第二模块的栅极电压，包括：若所述方向指示从外部输出端子流入所述IGBT功率模块，且所述导通状态指示所述第一模块导通，则控制所述第二模块的栅极电压减少所述第二电压。
- 根据权利要求3所述的栅极电压控制方法，其特征在于，根据所述方向、所述导通状态和所述第二电压，控制所述第二模块的栅极电压，包括：若所述方向指示从所述IGBT功率模块流入外部输出端子，且所述导通状态指示所述第一模块导通，则控制所述第二模块的栅极电压减少所述第二电压。
- 一种IGBT功率模块的栅极电压控制装置，所述IGBT功率模块包括与IGBT功率模块的上桥臂相对应的第一模块和与IGBT功率模块的下桥臂相对应的第二模块，其特征在于，所述栅极电压控制装置包括：采集模块，用于对第一端子和第二端子之间的电压进行采样，所述第一端子包括所述第一模块的发射极辅助端子，所述第二端子包括所述第二模块的集电极辅助端子；第一计算模块，用于计算用于对所述第二模块的栅极电压进行放大的放大系数；第二计算模块，用于根据所述放大系数和所采样的电压来计算用于对所述第二模块的栅极电压进行补偿的第二电压；以及控制模块，用于根据所述第二电压来控制所述第二模块的栅极电压。
- 根据权利要求7所述的栅极电压控制装置，其特征在于，所述第一计算模块被配置为：获取所述IGBT功率模块内的电流流动的方向；根据所述方向确定所述IGBT功率模块内的电流沿着所述方向流动的路径；获取第一寄生电感和第二寄生电感，所述第一寄生电感是所述第二模块的发射极辅助端子在所述路径上产生的寄生电感，所述第二寄生电感是所述第一端子和所述第二端子之间在所述路径上产生的寄生电感；以及，根据所述第一寄生电感和所述第二寄生电感，计算所述放大系数。
- 根据权利要求8所述的栅极电压控制装置，其特征在于，所述控制模 块被配置为：获取表示所述第一模块或所述第二模块是否导通的导通状态；根据所述方向、所述导通状态和所述第二电压，控制所述第二模块的栅极电压。
- 根据权利要求9所述的栅极电压控制装置，其特征在于，所述控制模块被配置为：若所述方向指示从外部输出端子流入所述IGBT功率模块，且所述导通状态指示所述第二模块导通，则控制所述第二模块的栅极电压增加所述第二电压。
- 根据权利要求9所述的栅极电压控制装置，其特征在于，所述控制模块被配置为：若所述方向指示从外部输出端子流入所述IGBT功率模块，且所述导通状态指示所述第一模块导通，则控制所述第二模块的栅极电压减少所述第二电压。
- 根据权利要求9所述的栅极电压控制装置，其特征在于，所述控制模块被配置为：若所述方向指示从所述IGBT功率模块流入外部输出端子，且所述导通状态指示所述第一模块导通，则控制所述第二模块的栅极电压减少所述第二电压。
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