本发明涉及一种igbt型晶体管的控制方法及一种相关的控制装置。
背景技术：
已知的是，类型为igbt(绝缘栅双极型晶体管)同样被称为绝缘网格双极型晶体管，该晶体管包含三个端或电连接，已知为栅极，集电极和发射极。
igbt型晶体管特别地可用作电开关。事实上，这样的晶体管定义了导通状态和关断状态，在导通状态中，集电极被电连接到发射极上，在关断状态中，集电极与发射极彼此电绝缘。
两个状态的转换由合适的控制装置施加在栅极的额定电压来控制。
特别地，关断状态和导通状态之间的切换包含触发转换阶段以及关断转换阶段，在触发转换阶段中晶体管从关断状态转向导通状态，在关断转换阶段中晶体管从导通状态转向关断状态。
这些阶段中的每个包括多个与晶体管在关断状态和导通状态之间的不同中间状态对应的中间步骤。
通常，晶体管的控制适用于确保这些中间步骤的完好进行并且保证匀速的转换。
为此，被连接到晶体管的控制装置根据所处的每个中间步骤在栅极上施加不同的电流。
所以能够检测到每个中间步骤来确保晶体管的控制是重要的。
根据现有技术的已知方法，中间步骤的检测由测量集电极和发射极之间的电压，以及通过集电极的电流强度来实现。
尽管如此，为了准确确定中间步骤之间的转换时刻，提供特别精准测量通过晶体管的电压和电流强度的控制装置是必须的。
因此，这提出了更复杂的连接到晶体管的电路结构。这个问题对于用于铁路以及高压领域的晶体管特别关切。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种igbt型晶体管的控制方法，该方法准许在关断状态和导通状态之间的转换时有效地控制中间步骤而不使被连接到晶体管的电路结构更加复杂。
为此，本发明的主旨是一种igbt型晶体管的控制方法，该晶体管包括一个栅极，一个集电极和一个发射极，并且定义了导通状态和关断状态，在导通状态中集电极和发射极之间流有主电流，在关断状态中集电极与发射极电隔离。
该方法包括导通状态和关断状态之间的切换阶段，该切换阶段包括产生在晶体管栅极上具有不同额定值强度的额定电流，至少某些额定值是根据主电流的瞬时导数的符号被选择，每个额定值是从预定额定值的集合中被选择。
根据本发明的其他有利方面，该方法包括一个或多个以下特征，单独使用或按照任何技术上可能的组合：
-转换阶段还包括测量栅极和发射极之间的电流电压并且将这个电压与至少一个预定的电压门限相比较；
-当栅极与发射极之间的所述电压度达到预定电压门限时，至少一个额定值被选择；
-根据从前一个的额定值被选择的时刻开始经过的时间，至少一个额定值被选择；
-转换阶段是触发转换阶段或是关断转换阶段，在触发转换阶段中晶体管从关断状态转向导通状态，在关断转换阶段中晶体管从导通状态转向关断状态；
-触发转换阶段包括连续实施以下步骤：
触发的初始步骤是接收到晶体管从关断状态转向导通状态的转换指令；
转换的第一步骤是产生与第一额定值相等的额定电流强度直到栅极和发射极之间的电流电压达到预定触发电压门限，或者主电流的瞬时导数变成正，或者从转换的第一步骤开始经过的时间达到第一预定时间门限；
转换的第二步骤是产生与第二额定值相等的额定强度直到主电流的瞬时导数变成负，或者从转换的第二步骤开始经过的时间达到第二预定时间门限；并且
转换的第三步骤是产生与第三额定值相等的额定强度直到从转换的第一步骤开始经过的时间达到预定触发时间门限；
-关断转换阶段包括连续实施以下步骤：
关断的初始步骤是接收到晶体管从导通状态转向关断状态的转换指令；
转换的第四步骤是产生与第四额定值相等的额定电流强度直到栅极和发射极之间的电流电压达到预定关断电压门限，或者主电流的瞬时导数变成负，或者从转换的第四步骤开始经过的时间达到第四预定时间门限；
转换的第五步骤是产生与第五额定值相等的额定强度直到从转换的第五步骤开始经过的时间达到第五预定时间门限；并且
转换的第六步骤是产生与第六额定值相等的额定强度直到从转换的第四步骤开始经过的时间达到预定关断时间门限；
-触发转换阶段还包括短路检测步骤，根据在预定长度的观察时间窗内主电流的瞬时导数的符号来检测短路；
-该方法在导通状态和关断状态之间包括至少两个转换阶段，这两个阶段是触发转换阶段和关断转换阶段。
本发明的目的同样是一种igbt型晶体管的控制装置，该晶体管包括一个栅极，一个集电极和一个发射极，并且定义了导通状态和关断状态，在导通状态中集电极和发射极之间流有主电流，在关断状态中集电极与发射极电隔离。
该装置适用于产生额定电流，该额定电流在晶体管栅极上的强度具有不同额定值，至少某些额定值是根据主电流的瞬时导数的符号被选择，每个额定值是从预定额定值的集合中被选择。
附图说明
在下文的描述中参考附图将展现本发明的特征和优点，其中：
图1是根据本发明整合尤其是igbt型晶体管和该晶体管的控制装置的电路的示意图；
图2是根据本发明的控制方法由图1的控制装置实施的触发转换阶段的流程图；
图3是图2的触发转换阶段的不同步骤的示意图；
图4是控制方法的关断转换阶段的流程图；
图5是图4的关断转换阶段的不同步骤的示意图；
图6是的在图2的触发转换阶段实施短路检测步骤的流程图；
图7是图6的短路检测步骤的示意图。
具体实施方式
图1的电路10可用于控制至少特别包含两个端eaux和ep的功率部件12的部分运行。
电路10和功率部件12尤其可用于铁路领域，例如嵌入在铁路车辆中。
参考图1，电路10包括连接到功率部件12和二极管15上的晶体管14，电压测量模块16，电流变化检测模块18和根据本发明的晶体管14的控制装置20。
晶体管14是类型为igbt(绝缘栅双极型晶体管)的晶体管，同样被称为绝缘网格双极型晶体管。
晶体管14本身是已知的并且特别地包括三个端或电连接，即栅极g，集电极c和发射极e。
发射极e特别地被连接到功率部件12的端eaux上。
晶体管14定义了导通状态和关断状态，在导通状态中集电极c和发射极e之间流有电流ic，后文中称为主电流，在关断状态中集电极c与发射极e电隔离。
此外，二极管15准许在晶体管14的任何状态下，电流从发射极e流向集电极c。
电压测量模块16一端被连接到栅极g上，另一端被连接到晶体管14的发射极e上并且准许测量栅极g和发射极e之间的电压vge。
电压测量模块16例如具有合适的电压表。
电流变化检测模块18被连接到功率部件12的端eaux和ep上并且准许检测通过电部件12主电流ic强度的全部变化。
换句话说，模块18准许检测主电流ic的强度值在时间上所有的增大和减小。
仍可说，模块18准许检测主电流ic的瞬时导数dic/dt的符号。
为此，模块18适合测量功率部件12的端eaux和ep之间的电压u。主电流ic的瞬时导数dic/dt的符号由电压u的符号决定，因为瞬时导数dic/dt和电压u线性相关。事实上，电压u等于瞬时导数dic/dt和功率部件12的电感的乘积。
控制装置20被连接到晶体管14的栅极g上并且准许通过根据后文更加详细描述的控制方法100在栅极g上施加额定电压和额定电流控制晶体管14的运行。
控制装置20还被连接到模块16和18用于分别获得电压vge和dic/dt符号的测量，该装置也被连接到产生正额定电压和负额定电压的供电源(未示出)。
正额定电压例如可基本为+15v。
负额定电压例如可基本为-15v。
控制装置20包括例如控制电路和连接到控制电路上的计算器并且准许数字上处理来自模块16和18的测量使得实现控制方法100的至少某些步骤。
最后，控制装置20适用于接收由中心计算器(未示出)分发的晶体管14的触发指令和关断指令。
晶体管14的控制方法100将被详细阐述。
控制方法100包括触发转换阶段，触发阶段，关断转换阶段和关断阶段。
当触发阶段时，控制装置20通过在栅极g上施加正额定电压将晶体管14保持在导通状态中。
当关断阶段时，控制装置20通过在栅极g上施加负额定电压将晶体管14保持在关断状态中。
触发转换阶段是关断阶段和触发阶段之间的过渡阶段并且特别准许晶体管14从关断状态转向导通状态。
图2示出了该触发转换阶段的流程图。
这样，参考图2，触发转换阶段包括初始步骤101，在该步骤中控制装置20接收到触发指令。
在这种情况下，控制装置20实施步骤110至135。
在转换的第一步骤110中，控制装置20用强度等于第一额定值ic1的额定电流在晶体管14的栅极g上施加正额定电压。
当步骤115与转换的第一步骤110同时实施时，控制装置20接收到来自模块16和18的测量，并且使用这些测量来检验转换的第一步骤110的停止条件。
特别地，在该步骤115中，控制装置20继续实施步骤110直到实现以下停止条件中的一个：
-栅极g和发射极e之间的电流电压vge达到预定触发电压门限von；
-主电流ic的瞬时导数dic/dt变为正；
-从转换的第一步骤110开始经过的时间达到预定第一时间门限t1。
触发电压门限von可由控制装置20设定参数并且可在实施方法100前被预先调整，例如在1v和20v之间。该门限von优选地为5v。
第一时间门限t1可由控制装置20设定参数并且可在实施方法100前被预先调整，例如在1μs和8μs之间。
第一额定值ic1可由控制装置20设定参数并且可在实施方法100前被预先调整，例如在0.2a和20a之间。
接着，控制装置20实施转换的第二步骤120，在该步骤中控制装置用强度等于第二额定值ic2的额定电流在晶体管14的栅极g上施加正额定电压。
当步骤125与转换的第二步骤120同时实施时，控制装置20接收到来自模块18的测量，并且使用这些测量来检验转换的第二步骤120的停止条件。
特别地，在该步骤125中，控制装置20继续实施步骤120直到实现以下停止条件中的一个：
-主电流ic的瞬时导数dic/dt变为负；
-从转换的第二步骤120开始经过的时间达到预定第二时间门限t2。
第二时间门限t2可由控制装置20设定参数并且可在实施方法100前被预先调整，例如在1μs和4μs之间。
第二额定值ic2可由控制装置20设定参数并且可在实施方法100前被预先调整，例如在0.2a和20a之间。
接着，控制装置20实施转换的第三步骤130，在该步骤中控制装置用强度等于第三额定值ic3的额定电流在晶体管14的栅极g上施加正额定电压。
当步骤135与转换的第三步骤130同时实施时，控制装置20检验转换的第二步骤130的停止条件。
特别地，在该步骤135中，控制装置20继续实施步骤130直到从转换的第一步骤110开始经过的时间达到预定触发时间门限ton。
触发时间门限ton可由控制装置20设定参数并且可在实施方法100前被预先调整，例如在3μs和20μs之间。
第三额定值ic3可由控制装置20设定参数并且可在实施方法100前被预先调整，例如在0.2a和20a之间。
已知在触发转换阶段实施的时候，每个额定值ic1到ic3都从预定额定值的集合中选择。这些值在实施控制方法之前被预定。
此外，额定值ic1到ic3彼此不同。
在所述实施例中，额定值ic1到ic3为正使得第三额定值ic3小于第一额定值ic1并且大于第二额定值ic2。
图3示出了实施了触发转换阶段的步骤110至130的实施例中的主电流ic，栅极g和发射极e之间的电流电压vge，主电流ic的瞬时导数dic/dt以及栅极g的额定电流ig的特性曲线。
关断转换阶段是触发阶段和关断阶段之间的过渡阶段并且特别准许晶体管14从导通状态转向关断状态。
图4示出了该关断转换阶段的流程图。
这样，参考图4，关断转换阶段包括初始步骤139，在该步骤中控制装置20接收到关断指令。
在这种情况下，控制装置20实施步骤140至165。
在转换的第四步骤140中，控制装置20用强度等于第四额定值ic4的额定电流在晶体管14的栅极g上施加负额定电压。
当步骤145与转换的第四步骤140同时实施时，控制装置20接收到来自模块16和18的测量，并且使用这些测量来检验转换的第四步骤140的停止条件。
特别地，在该步骤145中，控制装置20继续实施步骤140直到实现以下停止条件中的一个：
-栅极g和发射极e之间的电流电压vge达到预定关断电压门限voff；
-主电流ic的瞬时导数dic/dt变为负；
-从转换的第四步骤140开始经过的时间达到预定第四时间门限t4。
关断电压门限voff可由控制装置20设定参数并且可在实施方法100前被预先调整，例如在0.5v和20v之间。该门限voff优选地为2v。
第四时间门限t4可由控制装置20设定参数并且可在实施方法100前被预先调整，例如在1μs和10μs之间。
第四额定值ic4的绝对值可由控制装置20设定参数并且可在实施方法100前被预先调整，例如在0.2a和20a之间。
接着，控制装置20实施转换的第五步骤150，在该步骤中控制装置用强度等于第五额定值ic5的额定电流在晶体管14的栅极g上施加负额定电压。
当步骤155与转换的第五步骤150同时实施时，控制装置20检验转换的第五步骤150的停止条件。
特别地，在该步骤155中，控制装置20继续实施步骤150直到从转换的第五步骤150开始经过的时间达到预定第五时间门限t5。
第五时间门限t5可由控制装置20设定参数并且可在实施方法100前被预先调整，例如在0.5μs和2μs之间。
第五额定值ic5的绝对值可由控制装置20设定参数并且可在实施方法100前被预先调整，例如在0.2a和20a之间。
接着，控制装置20实施转换的第六步骤160，在该步骤中控制装置用强度等于第六额定值ic6的额定电流在晶体管14的栅极g上施加负额定电压。
当步骤165与转换的第六步骤160同时实施时，控制装置20检验转换的第六步骤160的停止条件。
特别地，在该步骤165中，控制装置20继续实施步骤160直到从转换的第四步骤140开始经过的时间达到预定关断时间门限toff。
关断时间门限toff可由控制装置20设定参数并且可在实施方法100前被预先调整，例如在3μs和20μs之间。
第六额定值ic6的绝对值可由控制装置20设定参数并且可在实施方法100前被预先调整，例如在0.2a和20a之间。
已知在关断转换阶段实施的时候，每个额定值ic4到ic6都从预定额定值的集合中选择。这些值在实施控制方法100之前被预定。
此外，额定值ic4到ic6彼此不同。
在所述实施例中，额定值ic4到ic6为负使得第六额定值ic6小于第五额定值ic5并且大于第四额定值ic4。
图5示出了实施了关断转换阶段的步骤140至160的实施例中的主电流ic，栅极g和发射极e之间的电流电压vge，主电流ic的瞬时导数dic/dt以及栅极g的额定电流ig的特性曲线。
另外，触发转换阶段包括在电路10中的短路检测步骤170。该步骤170与步骤110至135同时实施。
特别地，该检测步骤170包括多个子步骤，这些子步骤的流程图在图6中示出。
在子步骤171中，控制装置20在观察时间窗tobs内观察主电流ic的瞬时导数dic/dt的符号。
观察时间窗tobs的开始对应于触发转换阶段的开始。
如果在预定测试时期tt中主电流ic的瞬时导数dic/dt为正，装置20在子步骤172中检测到出现短路。在相反的情况下，控制装置20推断出短路不可能出现。
有利地，步骤170还包括子步骤173，在该步骤中装置20确认被检测出的短路的出现。
特别地，在该子步骤173中，当主电流ic的瞬时导数dic/dt在测试时期tt接下来的补充时期内保持在大于或等于零，控制装置20确认出现短路。在相反的情况下，控制装置20推断出短路不可能出现。
补充时期开始于测试时期tt的结尾并且以例如观察时间窗tobs的长度自己结束。
当检测出短路，控制装置20显示短路并且至少在一个预定关断时期内将晶体管14保持在关断状态。
测试时期tt可由控制装置20设定参数并且可在实施方法100前被预先调整，例如在1μs和10μs之间。
观察时间窗tobs的长度可由控制装置20设定参数并且可在实施方法100前被预先调整，例如在1μs和20μs之间。
测试时期tt和补充时期都被包含在观察时间窗tobs内。
图7示出了实施了触发转换阶段的两个实施例中的主电流ic和主电流ic的瞬时导数dic/dt的特性曲线。
在与ic和dic/dt连续曲线对应的第一实施例中，没有产生短路。在这种情况下，在测试时期tt内导数dic/dt的符号改变并且控制装置20没有检测到任何短路。
在与ic和dic/dt虚线曲线对应的第二实施例中，短路产生了。在这种情况下，在测试时期tt内导数dic/dt为正并且在此时期外等于0。这样控制装置20检测到短路。
因此，可已知的是本发明具有很多优点。
根据本发明的控制方法在晶体管在关断状态和导通状态间转换时，仅使用栅极g和发射极e之间的电压vge的测量，以及主电流ic的瞬时导数dic/dt的符号来控制不同的中间步骤。
应注意到的是，任何主电流ic的值或是它导数dic/dt的值需要被测量用来实施该方法。因此，只有导数dic/dt的符号对于晶体管的控制是重要的，这简化了在电路中的不同测量装置上的限制。
这样显著地简化了整合在晶体管中电路的结构。
此外，主电流ic的导数dic/dt的符号被用于作为调整的方法使得限制功率部件的关断过压。
这样，不需要任何反馈电路以及特别地，任何连接到功率部件端电压的电路来限制关断过压。这构成了本发明的一个特殊优点。