平衡功率半导体的电流的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及功率半导体部件的控制，并且更具体地涉及平衡功率半导体的电流。【背景技术】
[0002] 功率半导体比如绝缘栅双极型晶体管（IGBT)用于在诸如变流器、逆变器和频率 转换器的不同器件中接通和切断电流。如果需要的电流非常高或需要可扩展性和模块化， 则可并行控制若干这样的器件。
[0003]在这些情况中，在不同的并行分支之间的电流平衡可能会出现问题。如果，由于个 体的功率半导体的差异，一个半导体早于其他半导体接通，则其比其他半导体承受更多的 压力。
[0004] -种防止上述情况的方法是针对每个功率半导体提供单独的输出滤波器、即感应 器或滤波器，并在滤波器后组合这些电流。该方法的问题是成本、复杂度以及可能的谐振问 题。
[0005] 另一种方法是将不同分支的所有变量控制为尽可能相等。在实践中这将意味着测 量和选择类似的功率半导体并且对每个受控部件而言具有类似的稳压栅极控制电压。匹配 半导体的选择增加了成本并且如果其中一个半导体随后必须更换则产生了困难。
[0006] 另一种方法是单独地测量具有非常好的动态性能的每个分支的电流。通过改变切 换的定时以使得每个分支同时切换，可以微调每个分支的接通和断开时间。
[0007] -种用于分配定时信息的技术方案是将来自每个功率半导体单元PSU的实际电 流改变的时间传送至中央控制单元CCU。因此，每个功率半导体单元测量状态改变的实际时 刻并将该信息发送至中央控制单元。中央控制单元通过向功率半导体单元发送控制信息来 控制功率半导体。在已知结构中，CCU对于接通和断开两者针对每个功率半导体单独地微 调定时信息。
[0008] 在另一种技术方案中，功率半导体单元相互传送它们的延迟以找出最慢的单元。 一旦找出最慢的单元，则每个PSU增加其延迟以使得实现同时切换。然而，不同的PSU之间 的通信增加了系统的复杂度。
[0009] 存在各种网络拓扑用于分配定时信息。当使用具有CCU作为中心节点的星型拓 扑时，由于不同单元之间的通信延迟的变化，因此每个PSU在不同的时间处接收定时信息。 作为星型拓扑的替代方案，可形成传统的链式或环形拓扑。这就是说，定时信息的路线是 CCU->PSU_l->PSU_2->…->PSU_n，n为功率半导体单元的数目。在链式拓扑中，不同PSU的 延迟总是不同并且朝向链或环的末端而增加。
[0010] 分配定时信息的已知系统即使在功率半导体单元之间也使用有些复杂的通信并 且需要取决于其他单元的延迟的计算。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的是提供一种通信系统和通信方法以便克服上述问题。
[0012] 根据本发明的一个方面，提供了一种平衡功率半导体的电流的方法，包括：多个功 率半导体单元（PSU)和中央控制单元（CCU)，每个功率半导体单元（PSU)包括功率半导体并 且中央控制单元和功率半导体单元被布置在双向环中，其中中央控制单元向双向环的两个 方向发送用于功率半导体单元的控制信息，并且每个功率半导体单元接收来自两个方向的 控制信息并转发所接收到的控制信息，在该方法中每个功率半导体单元处理如下步骤：在 第一时刻（T_l)接收来自第一方向的所述控制信息，在第二时刻（T_2)接收来自第二方向 的所述控制信息，计算在第一时刻和第二时刻之间的中点（T_IN)，以及在计算出的中点之 后的时间延迟（T_ADD)过去之后，根据控制信息控制功率半导体部件。
[0013] 在一个实施例中，每个功率半导体单元还包括用于确定功率半导体的电流改变时 的时刻的装置，在该方法中每个功率半导体单元处理如下步骤：设定恒定延迟（T_MAX)，检 测所述功率半导体部件的实际状态改变的时刻，如果从所计算的在所述第一时刻与所述第 二时刻之间的所述中点（T_IN)开始测得的所述实际状态改变的时刻与所述恒定延迟（T_ MAX)的值不同，则改变所述时间延迟（T_ADD)的值。
[0014] 在一个示例中，计算在第一时刻和第二时刻之间的中点（T_IN)的步骤包括：在所 述第一时刻起动计数器，以及在所述第二时刻将计数器的值除以2用于获得在第一时刻和 第二时刻之间的中点（T_IN)。
[0015] 在一个示例中，在所计算的中点之后的时间延迟过去之后，根据控制信息控制功 率半导体部件的步骤包括：将计数器的值设定为与所计算的中点的值相对应的值；当计数 器的值与时间延迟（T_ADD)对应时，触发功率半导体部件。
[0016] 在一个示例中，在所计算的中点之后的时间延迟过去之后，根据控制信息控制功 率半导体部件的步骤包括：通过将所计算的中点（T_IN)的值加到时间延迟来修改时间延 迟（T_ADD);以及当计数器的值与时间延迟（T_ADD)对应时，触发功率半导体部件。
[0017] 可以针对接通和断开使用单独的时间延迟（T_ADD)的值。
[0018] 在一个示例中，改变时间延迟（T_ADD)的值的步骤包括将设定值加到先前的延迟 的值或从先前的延迟的值减去设定值的步骤。
[0019] 设定值可以取决于在检测的所述实际状态改变的时刻的所述计数器的值之间的 差异。
[0020] 根据本发明的另一个方面，提供了一种平衡功率半导体的电流的设备，包括多个 功率半导体单元（PSU)和中央控制单元（CCU)，每个功率半导体单元（PSU)包括功率半导体 并且中央控制单元和功率半导体单元被布置在双向环中，其中中央控制单元向双向环的两 个方向发送用于功率半导体单元的控制信息并且每个功率半导体单元接收来自两个方向 的控制信息并转发所接收到的控制信息，在设备中每个功率半导体单元包括：用于在第一 时刻（T_l)接收来自第一方向的控制信息的装置，用于在第二时刻（T_2)接收来自第二方 向的控制信息的装置，用于计算在第一时刻和第二时刻之间的中点（T_IN)的装置，用于在 所计算的中点之后的时间延迟（T_ADD)过去之后根据控制信息控制功率半导体部件的装 置。
[0021] 本发明是基于形成双向环的想法，其中中央控制单元和多个功率半导体单元按照 环形通信结构连接。中央控制单元向两个功率半导体单元发送控制信息。半导体单元转发 它们接收的控制信息。当来自环的两个方向的控制信息在每个功率半导体单元处被接收 时，每个功率半导体单元基于来自两个方向的控制信息被接收的时刻计算用于执行控制操 作的适当时刻。
[0022] 本发明的系统和方法的优点是功率半导体单元无需为了同步功率半导体的操作 而向其他功率半导体单元或中央控制单元传送任何延迟时间。从而简化了单元之间的通信 并且获得了分离的功率半导体之间精确的并行操作。
【附图说明】
[0023] 下面，将参照附图借助优选的实施方式来更详细地描述本发明，其中
[0024] 图1示出了通信拓扑的一个示例；
[0025] 图2示出了本发明的用于计算接收到的定时标记的中间点的时间轴；
[0026] 图3示出了描述实施方式的操作的时间轴；以及
[0027] 图4示出了本发明的设备的简化框图。
【具体实施方式】
[0028] 图1示出了本发明的结构化通信拓扑。在该拓扑中，一个中央控制单元（CCU)向 多个功率半导体单元（PSU)发送控制信息。中央控制单元负责发送控制信息比如功率半导 体的接通或断开。在本发明中使用的中央控制单元能够向两个功率半导体单元发送控制信 息。优选地，控制信息包括定时标记和信息部分。定时标记可以是数字脉冲序列，类似地， 信息部分可以是能够被功率半导体单元解译的数字脉冲序列。控制信息还可包括一些其他 数据。
[0029] 如图1所示，中央控制单元和功率半导体单元被布置成双向环状通信结构。该 结构意味着中央控制单元通过通信链路连接到两个功率半导体单元并且每个功率半导体 单元连接到两个相邻单元。如图1可以看到的，中央控制单元CCU连接到功率半导体单元 PSU_1和PSU_4。图1的示例包括四个PSU并且每个PSU是双向环的一部分，以使得在环的 两个方向上形成从ecu到所有PSU的通信路径。在单元之间的双向通信连接或链路可以由 两个单独的通信路径形成或由使得能够同时在两个方向上通信的单个