1是本方法示例性实施的框图。在图1中，多个开关装置11 (在该情况下为 IGBT)并联连接。开关还可W是其他电压控制的半导体开关装置，诸如M0S阳T或IGCT。驱 动器单元12是控制开关装置11的控制端电压的栅极驱动器。在该情况下，控制端电压是 IGBT11的栅极-发射极电压VeE。驱动器单元12基于其从控制器接收的栅极控制信号C。 驱动IGBT11至导通状态或至非导通状态。在开关11的换相瞬变之后，可W调节栅极-发 射极电压vec的最大值W实现静态电流平衡。
[0035] 在图1中，电流测量单元13用于确定通过开关11的电流。该电流在图1中是集电 极电流ie。平衡控制器14从电流测量单元13接收估计并且计算电流之间的比例。例如， 平衡控制器14可W是现场可编程口阵列（FPGA)。平衡控制器被配置成使电流之间的比例 均衡。平衡控制器控制为驱动器单元12提供供电电压的供电单元15。如图1所示，可基于 来自平衡控制器14的供电控制信号cs控制供电单元15的输出电压。通过控制供电电压， 平衡控制器14能够控制驱动器单元12正在产生的栅极-发射极电压的电平。
[0036] 供电单元15可W是DC-DC开关转换器，并且供电控制信号Cs可W采用控制DC-DC 转换器15的占空比的PWM信号的形式。取决于控制端电压的要求，供电单元15可通过各 种方式实施。
[0037] 在接通换相瞬变期间，可针对所有开关11使用标准的栅极-发射极电压，但在换 相瞬变之后，开关11的栅极-发射极电压的电平可被主动控制W实现静态电流平衡。
[0038] 为了确定通过开关的电流中静态失衡的量，可通过使用诸如罗氏线圈（Rogowski coil)、开环或闭环电流变送器或其他测量装置的电流传感器来测量电流。然而，可W不必 知道电流的准确值，而仅知道电流相对于彼此的比例。因此，替代传统的电流测量，电流之 间的比例可通过其他方式来确定。
[0039] 可通过确定在半导体开关的主路径中的电感上的电压来估计电流。例如，可W基 于键合电压（即通过芯片键合形成的杂散电感两端的电压、或与功率半导体开关串联的其 他杂散电感两端的电压）估计开关的电流（诸如集电极电流）、然后基于估计的电流计算开 关的电流之间的比例，来确定开关的电流之间的比例。用该种方式，可W在不使用电流传感 器的情况下估计电流和比例。
[0040] 例如，IGBT或IGBT模块的内部杂散电感可被用于电流估计。图2示出了IGBT的 简化模型。该模型示出了内部的栅极-发射极电容c。^、集电极-栅极电容c。。和集电极-发 射极电容Ca。该模型进一步示出了内部杂散电容Udw，其可表示例如在IGBT芯片上的发 射极与IGBT模块的功率发射极端之间的键合。IGBT模块还具备辅助发射极端。接着，可 W在功率发射极端与辅助发射极端之间测量电感Lb。。,上的电压Vb。^。模型进一步示出了与 IGBT的栅极连接的栅极电阻。
[0041]杂散电感Udw两端的内部电压Vb。^与集电极电流ie的斜率W下述方式成比例：
[0042]
【主权项】
1. 一种用于在两个或更多个并联连接的功率半导体开关的接通状态期间、平衡所述开 关的电流的方法，其中每个开关的控制端由驱动器单元驱动，其中所述方法包括： 确定通过所述开关的电流之间的比例；W及， 对于每个开关： 通过控制所述开关的所述驱动器单元的供电电压的电平，基于所述比例控制所述控制 端的电压，W及 在接通换相瞬变之后，调制所述驱动器单元的输出，其中所述调制的占空比被控制W使得所述控制端的电压从一个电压电平向另一个电压电平转换所需的时间最短。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中通过使用具有响应于基于所述比例确定的供电控 制信号的占空比的开关转换器，产生所述供电电压，并且其中控制所述驱动器单元的供电 电压的电平包括： 通过使用所述开关转换器的第一占空比来产生第一供电电压电平，W及 在接通换相瞬变之后， 通过使用所述开关转换器的第二占空比来产生供电电压电平。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述开关转换器具有在所述第一占空比和所述第 二占空比之间的第H占空比的时间段，其中所述第H占空比被设置为使得从所述第一供电 电压电平至所述第二供电电压电平的转换时间最短。
4. 根据权利要求2或3所述的方法，其中在所述开关转换器的所述第一占空比和所述 第二占空比期间，所述驱动器单元的输出处于接通状态，并且在所述第H占空比的时间段 期间被调制。
5. 根据前述任一项权利要求所述的方法，其中确定所述开关的电流之间的比例包括： 基于所述开关的键合电压来估计所述开关的电流，W及 基于所估计的电流来计算所述比例。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中估计所述开关的电流包括；对于至少一个电流， 在一段时间内对键合电压进行积分， 测量被积分的电压，W及 基于所述被积分的电压来估计所述电流。
7. 根据权利要求5所述的方法，其中估计所述开关的电流包括： 将所述键合电压与设置极限相比较， 测量所述键合电压超过所述设置极限的时间， 基于测量的时间来估计所述电流。
8. 根据权利要求2-7中任一项所述的方法，其中通过使用被配置成均衡所述电流之间 的比例的平衡控制器来确定所述供电控制信号。
9. 根据权利要求2-8中任一项所述的方法，其中在接通换相瞬变之后、所述驱动器单 元的输出的调制的开关频率至少是所述控制端的低通特性的截止频率。
10. -种被配置成用于在两个或更多个并联连接的功率半导体开关的接通状态期间平 衡所述开关的电流的设备，其中每个开关的控制端与驱动器单元连接，其中所述设备包括 被配置成如下的装置： 确定所述开关的电流之间的比例；W及， 对于每个开关： 基于所述比例计算供电控制信号， 基于所述供电控制信号控制用于所述开关的驱动器单元的供电电压，W及 在接通换相瞬变之后，调制所述驱动器单元的输出，其中占空比被配置成被控制W使 得从一个电压电平至另一电压电平的转换所需的时间最短。
【专利摘要】本发明公开了一种用于在两个或更多个并联连接的功率半导体开关的接通状态期间平衡该开关的电流的方法和实施该方法的设备，其中每个开关的控制端被驱动器单元驱动。该方法包括：确定通过开关的电流之间的比例，以及，对于每个开关:通过控制开关的驱动器单元的供电电压的电平，基于该比例控制控制端的电压，以及在接通换相瞬变之后，调制驱动器单元的输出，其中调制的占空比被控制以使得控制端的电压从一个电压电平向另一个电压电平转换所需的时间最短。
【IPC分类】H02M3-155
【公开号】CN104716833
【申请号】CN201410749182
【发明人】伊格纳西奥·利扎马, 罗德里戈·阿隆索·阿尔瓦雷斯瓦伦祖埃拉, 斯特芬·贝尔内特, 马蒂·莱蒂宁
【申请人】Abb公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2014年12月9日
【公告号】EP2884661A1, US20150162902