053]第一测量单元210被布置成测量跨第一电阻器Rl的电压降。类似地，第二测量单元220被布置成测量跨第二电阻器R2的电压降。减法单元230耦合到第一和第二测量单元210、220以生成由第一测量单元210和第二测量单元220测量的电压之间的差或误差电压Verror。提供电压调节器240以响应于来自减法单元230的误差电压Verror而调节第一与第二输出端子211、212之间的电压Vm。更具体地，如果误差电压为正，则电压调节器增加输出端子211、212之间的电压。类似地，如果误差电压为负，则电压调节器降低输出端子211,212之间的电压。
[0054]换言之，第一测量单元210、第二测量单元220、减法单元230和电压调节器240构成闭环电压调节电路，其保证跨第二电阻器R2的电压跟随跨第一电阻器Rl的电压。由于电阻器Rl、R2等同，因此通过电阻器Rl、R2的电流也等同。另外，由于二极管Dl、D2也等同，即具有相同电流-电压特性和温度特性，因此跨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。因此，IGBT的集电极-发射极电压Vce由Vce = Vs — Vm给出。
[0055]由于考虑(而不是如在现有技术中那样估计)跨第一二极管Dl的实际电压，装置201能够提供处于导通状态的IGBT的集电极-发射极电压Vce的高精度测量。由此，通过同样考虑IGBT的集电极电流，可以通过比较集电极-发射极电压Vce与对应预定值来监控IGBT的老化。这些预定值可以存储在监控系统(未示出)的存储器中，或者可以作为表而被提供给系统操作者。
[0056]图3示出图2中所示的装置的实现的详细电路图301。标记为Vce的端子将连接到IGBT的集电极。相比于图2，注意到，第二电阻器标记为RlO (而不是如图2中的R2)并且第一测量单元210、第二测量单元220、减法单元230和电压调节器240全部由标准模拟组件(即电阻器、电容器和运算放大器)实现。电路301提供快速且精确的测量输出Vout。更具体地，在1mV内稳定的时间为近似27 μ S。因此，电路301能够提供IGBT的集电极-发射极电压的非常精确的测量，当后者以如20kHz那样尚的频率而开关的时候。在海底可调速驱动装置中的典型应用中，其中开关频率在200Hz与1200Hz之间，电路301将提供极好的性能。对于更高频率，可以使用更快的运算放大器，尽管这些通常不太准确。
[0057]注意到，术语“包括”不排除其它元件或步骤，并且冠词“一”或“一个”的使用不排除多个。而且，与不同实施例相关联地描述的元件可以组合。还注意到，权利要求中的参考标记不要被解释为限制权利要求的范围。
【主权项】
1.一种用于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装置，所述装置包括 包括第一保护元件、第一阻抗元件和电压源(Vs)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， 形成在第一输出端子(211)与第二输出端子(212)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 用于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的调节电路， 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(Vce)等于由电压源(Vs)提供的电压与第一输出端子(211)和第二输出端子(212)之间的电压降(Vm)之间的差。2.根据前项权利要求的装置，其中调节电路包括 用于测量第一电路路径中的电流的第一测量单元(210)， 用于测量第二电路路径中的电流的第二测量单元(220 )，以及用于响应于由第一和第二测量单元所测量的电流之间的差而调节第二电路路径中的电流的调节器(240)。3.根据前项权利要求的装置，其中调节电路还包括用于计算由第一(210)和第二(220)测量单元所测量的电流之间的差的减法单元(230)。4.根据权利要求2或3的装置，其中 第一测量单元(210)被适配成基于跨第一阻抗元件的电压而测量第一电路路径中的电流，并且 第二测量单元(220 )被适配成基于跨第二阻抗元件的电压而测量第二电路路径中的电流。5.根据前述权利要求中任一项的装置，其中第一保护元件和第二保护元件是等同的二极管(D1，D2)。6.根据前述权利要求中任一项的装置，其中第一阻抗元件和第二阻抗元件是等同的电阻器(Rl，R2)。7.根据前述权利要求中任一项的装置，其中第一保护元件、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等同的环境影响。8.—种海底设备，包括 包括绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的可调速驱动装置，以及 根据前述权利要求中任一项的装置(201，301)，其中第一端子是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的集电极并且其中第二端子是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的发射极。9.根据前项权利要求的海底设备，还包括 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，以及用于基于装置的第一输出端子(211)与第二输出端子(212)之间的电压降(Vm)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。10.一种用于监控根据前项权利要求的海底设备的系统，所述系统包括 用于与海底设备通信的通信单元， 存储器单元，以及 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。11.一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，所述方法包括 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， 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 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。
【专利摘要】描述了用于精确测量跨半导体开关元件的电压降的装置。装置包括（a）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与第二端子之间；（b）形成在第一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，和（c）用于调节第二电路路径中的电流使得第二电路路径中的电流等于第一电路路径中的电流的调节电路，其中半导体开关元件的第一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和第二输出端子之间的电压降之间的差。另外，描述海底设备、监控系统和方法。
【IPC分类】G01R31/26, G01R19/00
【公开号】CN105021967
【申请号】CN201510182934
【发明人】A.达斯, I.H.利斯弗约德
【申请人】西门子公司
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年4月17日
【公告号】EP2933646A1, US20150301103