跨半导体开关元件的电压降的精确测量的制作方法_2

文档序号:9303788阅读:来源:国知局
上是等同的:他们首先是具有相同标称电阻的相同类型的电阻器,优选地来自相同生产批次。另外,保证电阻器的诸如温度相关性之类的电学属性在预定容差内是等同的。
[0028]根据本发明另外的实施例,第一保护元件、第二保护元件、第一阻抗元件和第二阻抗元件被布置成暴露于基本上等同的环境影响。
[0029]换言之,保护元件和阻抗元件被布置成足够靠近彼此使得它们将经历基本上相同的温度、湿度、压力和其它相关物理参数。
[0030]因此,由于第一和第二保护元件以及第一和第二阻抗元件分别基本上等同,暴露于基本上相同的电流和基本上相同的环境影响,因此将预期到相应元件将以高度类似(如果不等同的话)的方式进行操作。
[0031]因此,在第一和第二输出端子处测量的电压将为跨半导体开关元件的电压提供非常精确的值。
[0032]根据本发明的第二方面,提供了一种海底设备,包括(a)包括绝缘栅双极型晶体管的可调速驱动装置,以及(b)根据第一方面或以上实施例权利要求中任一个的装置,其中第一端子是倒栅(inverted-gate )双极型晶体管的集电极并且其中第二端子是绝缘栅双极型晶体管的发射极。
[0033]本发明的该方面本质上是基于与以上描述的第一方面相同的想法并且为海底设备提供有高精度测量IGBT的集电极-发射极电压的能力,从而允许IGBT的老化状态的有用分析。
[0034]根据本发明的实施例,海底设备还包括(a)用于测量绝缘栅双极型晶体管的集电极电流的电流测量单元,以及(b)用于基于装置的第一输出端子与第二输出端子之间的电压降而测量绝缘栅双极型晶体管的集电极-发射极电压的电压测量单元。
[0035]由于集电极-发射极电压取决于集电极电流,因此可以通过比较集电极-发射极电压和集电极电流的对应值来确定根据该实施例的海底设备的IGBT是否已经受老化影响。
[0036]因此,以容易和不昂贵的方式获得针对海底设备的剩余寿命的估计将是可能的。
[0037]根据本发明的第三方面,提供了一种用于监控根据第二方面的以上实施例的海底设备的系统,系统包括(a)用于与海底设备通信的通信单元,(b)存储器单元,以及(C)处理单元,其中处理单元被适配成从海底设备接收集电极电流和集电极-发射极电压的对应的测量值并且基于所接收的测量值和存储在存储器单元中的集电极电流和集电极-发射极电压的预定值的比较来确定绝缘栅双极型晶体管的老化状态。
[0038]根据本发明的该方面的系统能够处理集电极电流和集电极-发射极电压的对应值,特别地通过将这样的值与存储在存储器单元中的预定值相比较。
[0039]由此,系统可以向系统操作者提供关于老化的相关信息,使得可以在由于老化引起的海底设备误运转之前采取相关措施。
[0040]根据本发明的第四方面,提供了一种精确测量半导体开关元件的第一端子与第二端子之间的电压降的方法,方法包括(a)提供包括第一保护元件、第一阻抗元件和电压源的第一电路路径,其中第一电路路径被适配成连接在半导体开关元件的第一端子与第二端子之间,(b)提供形成在第一输出端子与第二输出端子之间的第二电路路径,第二电路路径包括第二保护元件和第二阻抗元件,其中第二保护元件等同于第一保护元件,并且其中第二阻抗元件等同于第一阻抗元件,以及(c)调节第二电路路径中的电流使得第二电路路径中的所述电流等于第一电路路径中的电流,其中半导体开关元件的第一端子与第二端子之间的电压降等于由电压源提供的电压与第一输出端子和第二输出端子之间的电压降之间的差。
[0041]第四方面本质上是基于与以上描述的本发明的第一方面相同的想法。
[0042]注意到,已经参考不同主题描述了本发明的实施例。特别地,已经参考方法类型权利要求描述了一些实施例,而已经参考装置类型权利要求描述了其它实施例。然而,本领域技术人员将从上文和以下描述中推断出,除非另行指示,否则除属于一种类型的主题的特征的任何组合之外,涉及不同主题的特征的任何组合,特别是方法类型权利要求的特征和装置类型权利要求的特征的组合也是本文档的公开内容的部分。
[0043]以上限定的方面和本发明另外的方面从以下将描述的实施例的示例显而易见并且参考实施例的示例而被解释。以下将参考实施例的示例更加详细地描述本发明。然而,明确指出的是,本发明不限于所描述的示例性实施例。
【附图说明】
[0044]图1示出根据现有技术的用于估计IGBT的集电极-发射极电压降的电路。
[0045]图2示出依照本发明的实施例的用于精确测量IGBT的集电极_发射极电压降的装置的原理电路图。
[0046]图3示出图2中所示的装置的实现的详细电路图。
【具体实施方式】
[0047]附图中的图示是示意性的。注意到,在不同图中,类似或等同的元件被提供有相同的参考标号或仅在第一数位内不同的参考标号。
[0048]图1示出根据现有技术的用于估计IGBT的集电极-发射极电压降的电路100。已经在引言中讨论了电路100并且因此将不在此进一步讨论。
[0049]图2示出依照本发明的实施例的用于精确测量IGBT的集电极_发射极电压降的装置201的原理电路图。如所示,IGBT的栅极端子连接至海底可调速驱动设备的驱动器电路205。IGBT被耦合以充当开关并且以200Hz与1200Hz之间的开关频率被驱动,其中标称频率为600Hz。当IGBT未导通时,集电极-发射极电压为大约lkV。注意到,装置201的原理对于如50V那样低的电压良好地起作用。在实践中,电压不太可能超过2.5kV,其为大多数半导体的限度。当IGBT导通时,集电极-发射极电压可以在0.5V与2.5V之间,这取决于集电极电流和IGBT。
[0050]如同在图1中所示的现有技术电路100中那样,第一二极管D1、第一电阻器Rl和电压源Vs串联连接在IGBT的集电极与发射极之间。源Vs中的电压水平必须被选择使得其高于IGBT之上预期的电压降和电阻器Rl之上的电压降。因而,电压源Vs和电阻器Rl的值必须匹配。更具体地,Dl的阴极连接至IGBT的集电极,Vs的较低电位连接至IGBT的发射极,并且Rl连接在Dl的阳极与Vs的较高电位之间。第一二极管Dl、第一电阻器Rl和电压源Vs构成本发明的术语中的第一电路路径。注意到,如果合期望的话,例如出于实现考虑的原因,D1、R1和Vs在第一电路路径内的次序可以改变。例如,Vs和Rl可以互换,使得Vs布置在Rl与Dl之间。
[0051]装置201还包括在第一输出端子211与第二输出端子212之间的与第二二极管D2串联耦合的第二电阻器R2。第二电阻器R2和第二二极管D2构成本发明的术语中的第二电路路径。类似地,如以上关于第一电路路径所讨论的,D2和R2的次序可以互换,如果合期望的话。
[0052]在以下意义上第二电阻器R2等同于第一电阻器Rl:R1和R2具有相同电阻,为相同类型的,并且优选地来自相同生产批次。类似地,在以下意义上第二二极管D2等同于第一二极管Dl:D1和D2具有相同电流-电压特性,为相同类型的,并且优选地来自相同生产批次。另外,Rl和R2以及Dl和D2具有相同温度特性。组件全部被布置成如此靠近彼此使得它们在操作期间将经历基本上等同的环境影响,特别是温度。因此,如果在第一电路路径Dl、RU Vs中流动的电流与第二电路路径R2、D2中流动的电流相同,则跨Dl和Rl的总电压降将等同于跨R2和D2的总电压降,即等同于第一与第二输出端子211、212之间的输出电压Vm。
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