控制开关阀的方法技术

提供一种控制开关阀(30)的方法。开关阀(30)包括多个串联连接的开关元件(32)和多个辅助电路(34)。每个辅助电路(34)与多个串联连接的开关元件(32)中的相应一个开关元件并联连接。每个辅助电路(34)包括相应辅助电容器。所述方法包括执行补偿程序的步骤。所述补偿程序包括以下子步骤：通过向每个开关元件(32)发送相应关断控制信号来发起关断事件；在所述关断事件之后测量每个辅助电容器的相应电容器电压值；比较所测量的所述电容器电压值；和使用测量到的所述电容器电压之间的所述比较作为参考以调整向所述开关元件(32)中的至少一个发送相应关断控制信号的时间，以便减小在下次关断事件时所述开关元件(32)的所述关断时间之间的相应时间差。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】控制开关阀的方法
技术介绍
本专利技术涉及一种控制开关阀的方法和一种开关阀。已知使用基于多个串联连接的开关元件的开关阀，以便增加开关阀的总额定电压。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种控制开关阀的方法，所述开关阀包括多个串联连接的开关元件和多个辅助电路，每个辅助电路与多个串联连接的开关元件中的相应一个并联连接，每个辅助电路包括相应辅助电容器，所述方法包括执行补偿程序的步骤，所述补偿程序包括以下子步骤：通过向每个开关元件发送相应关断控制信号来发起关断事件；在所述关断事件之后测量每个辅助电容器的相应电容器电压值；比较所测量的所述电容器电压值；和使用在测量到的所述电容器电压之间的所述比较作为参考以调整向所述开关元件中的至少一个发送一个或相应关断控制信号的时间，以便减小在下次关断事件时所述开关元件的所述关断时间之间的一个或相应时间差。通过向每个开关元件发送相应关断控制信号，通过发起串联连接的开关元件的关断(即，关断事件)来关断开关阀。当在跨开关阀存在电压的同时发起关断事件(即，硬开关事件)时，在任何施加的反向电压之上，跨开关元件可能出现过电压。如果所有串联连接的开关元件同时关断，则过电压将主要与包括开关阀的换向回路中存在的任何杂散电感成比例，并且还与开关阀中关断电流的速度成比例。每个串联连接的开关元件通常被设置为在所有开关元件都关断时能够承受跨开关阀的总电压的比例份额。然而，实际上，可能并非所有开关元件都将同时关断，也就是说，开关元件的关断时间之间存在至少一个时间差。在这种情况下，较高的过电压将暂时出现在任何较早关断的开关元件上，因为在剩余开关元件或每个剩余开关元件保持接通时它或它们将最初经历总过电压的较高份额。因此，给定开关元件可经历超过其额定值的过电压，从而可能对开关元件施加过度应力并因此缩短其寿命。此不期望的电压分配效应可以在对应换向回路中不存在任何杂散电感的情况下发生，但是在存在杂散电感的情况下更为严重。在开关元件的关断时间之间存在至少一个时间差可能是由若干因素导致，包括但不限于随时间推移的部件劣化、开关元件的不相同的开关特性、由对应的控制器的物理部件发送关断控制信号的延迟、与开关元件相关联的相应栅极驱动器的致动的差异，以及开关元件的开关中涉及的任何其他部件的致动的差异。开关元件的关断时间之间的所述或每个时间差可以在数纳秒到数百秒的量级，并且因受诸如环境温度的缓慢变化变量的影响而是随时间推移基本上恒定的。前述不期望的电压分配效应可借助于本专利技术的方法避免，其中使用在测量到的所述电容器电压之间的所述比较作为参考以调整向所述开关元件中的至少一个发送一个或相应关断控制信号的时间，以便减小在下次关断事件时所述开关元件的所述关断时间之间的所述或每个时间差。这继而又不仅确保开关元件在关断事件时将更接近同时关断，这减少了前述不期望的电压分配效应发生，由此限制或防止开关元件的过应力，并且由此保护它们寿命，，而且还防止了开关元件的关断时间漂离，该漂离可能因时变因素诸如部件劣化而发生。此外，从补偿程序获得的数据，诸如调整向开关元件中的至少一个发送一个或相应关断控制信号的时间的程度，可以用于监视和分析开关阀的特性，诸如部件劣化。补偿程序可以重复多次，以使得能够多重减少在下次关断事件时开关元件的关断时间之间的时间差。另外，可有意地在温和或小的硬开关事件期间执行补偿程序以触发开关元件的关断时间之间的所述或每个时间差的减小来准备将来严重的硬开关事件。向开关元件中的至少一个开关元件发送关断控制信号或相应关断控制信号的时间的调整程度由所测量的电容器电压之间的差值或每个差值确定。测量到的电容器电压之间的较大差异将需要对应地大幅地调整向开关元件中的至少一个发送一个或相应关断控制信号的时间，而测量到的电容器电压之间的微小差异将需要相应地小幅地调整向开关元件中的至少一个发送一个或相应关断控制信号的时间。在本专利技术的传统替代解决方案中，无源部件可连接到开关元件。此类无源部件被额定为确保开关元件的关断时间主要取决于无源部件的额定值，以便均衡关断时间。然而，以此方式使用的无源部件往往体积庞大且成本高昂。本专利技术的方法的减小开关元件的关断时间之间的所述或每个时间差的能力有利地允许减小无源部件的大小，由此使开关阀更成本效益好且可靠。在本专利技术的另一常规替代解决方案中，基于在关断事件期间在开关元件上瞬时地且直接地测量到的电压测量值而测量并减小开关元件的关断时间之间的时间差。然而，此替代解决方案不利于开关元件的关断时间之间的低水平的时间差，低水平的时间差可以在纳秒范围内，尤其是当在开关元件上的电压在宽范围值内变化时。这是因为对在开关元件的关断时间之间的这种低水平的时间差的测量将会需要高分辨率(例如，小于100-200V)的电压信号，所述电压信号可以从零或非常低的电压在非常短的时间(例如，几微秒)内变化到几千伏特，这将会因需要高超的测量技术以及高质量的仪器和数据处理系统而增加开关阀的成本和复杂度。或者，可通过连续监测跨开关元件的电压来代替瞬时电压测量，但是这种连续监测将需要大量的数据存储和分析，这也会增加开关阀的成本和复杂度。另一方面，本专利技术的方法有利地基于辅助电容器的测量到的电容器电压值而减小在下次关断事件时开关元件的关断时间之间的所述或每个时间差。这是因为在关断事件之后，辅助电容器的能量存储能力允许在每个辅助电容器上的电压保持基本上恒定于在在关断事件期间达到的最大电压处，其保持的时间长到足以以类似于DC或静态测量的方式测量电容器电压值，而不需要极快地使用仪器和数据捕获电子器件。因此，本专利技术的方法可容易地应用于开关元件的关断时间之间的低水平的时间差，例如，在纳秒范围内的时间差，即使当开关元件上的电压在宽范围值内变化时也是如此。此外，本专利技术方法的测量电容器电压值可在不牺牲补偿程序精度的情况下经历滤波。辅助电路的结构和配置可变化，只要每个辅助电路包括相应辅助电容器即可。例如，每个辅助电路可包括缓冲电路，可选地，其中每个缓冲电路可以是电容器-二极管缓冲电路或电阻器-电容器-二极管缓冲电路。本专利技术的方法适用于各种类型的开关元件，特别是半导体开关元件。另外，每个开关元件可以是自换向开关元件，诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)。在本专利技术的优选的实施例中，减小在下次关断事件时所述开关元件的所述关断时间之间的所述或每个时间差可以包括：使所述或每个时间差最小化(例如，最小化为几乎为零或可忽略的时间差)；或者将所述或每个时间差减小到零。在本专利技术的另一优选实施例中，比较测量到的电容器电压值的子步骤可以包括确定所述开关元件的所述关断时间之间的至少一个时间差，并且在测量到的所述电容器电压之间的所述比较包括所述开关元件的所述关断时间之间的所述已确定的时间差或每个已确定的时间差。在此类实施例中，所述方法可进一步包括以下步骤：建立测量到的所述电容器电压值与所述开关元件的所述关断时间之间的时间差之间的相关性，其中比较测量到的所述电容器电压值的子步骤包括基于所述相关性而确定所述开关元件的所述关断时间之间的至少一个时间差。在本专利技术的方法中使用建立的相关性导致更有效地减小在下次关断事件时所述开关元件的所述关断时间之间的所述或每个时间差。可以在开关阀的制造或测试期间建立测量到的所述电容器电压值与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制开关阀(30)的方法，所述开关阀(30)包括多个串联连接的开关元件(32)和多个辅助电路(34)，每个辅助电路(34)与多个串联连接的所述开关元件(32)中的相应一个并联连接，每个辅助电路(34)包括相应辅助电容器，所述方法包含执行补偿程序的步骤，所述补偿程序包括以下子步骤：通过向每个开关元件(32)发送相应关断控制信号来发起关断事件；在所述关断事件之后测量每个辅助电容器的相应电容器电压值(42,44,46,48,50)；比较所测量的所述电容器电压值(42,44,46,48,50)；和使用在测量到的所述电容器电压(42,44,46,48,50)之间的所述比较作为参考以调整向所述开关元件中的至少一个发送一个或相应关断控制信号的时间，以便减小在下次关断事件时所述开关元件(32)的所述关断时间之间的一个或相应时间差。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.27 GB 1609384.11.一种控制开关阀(30)的方法，所述开关阀(30)包括多个串联连接的开关元件(32)和多个辅助电路(34)，每个辅助电路(34)与多个串联连接的所述开关元件(32)中的相应一个并联连接，每个辅助电路(34)包括相应辅助电容器，所述方法包含执行补偿程序的步骤，所述补偿程序包括以下子步骤：通过向每个开关元件(32)发送相应关断控制信号来发起关断事件；在所述关断事件之后测量每个辅助电容器的相应电容器电压值(42,44,46,48,50)；比较所测量的所述电容器电压值(42,44,46,48,50)；和使用在测量到的所述电容器电压(42,44,46,48,50)之间的所述比较作为参考以调整向所述开关元件中的至少一个发送一个或相应关断控制信号的时间，以便减小在下次关断事件时所述开关元件(32)的所述关断时间之间的一个或相应时间差。2.根据权利要求1所述的方法，其中每个辅助电路(34)包括缓冲电路。3.根据权利要求2所述的方法，其中每个缓冲电路是电容器-二极管缓冲电路或电阻器-电容器-二极管缓冲电路。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中每个开关元件(32)是自换向开关元件。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中减小在下次关断事件时所述开关元件(32)的所述关断时间之间的所述或每个时间差包括：使所述或每个时间差最小化；或者将所述或每个时间差减小到零。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中比较所测量的所述电容器电压值(42,44,46,48,50)的所述子步骤包括确定所述开关元件(32)的所述关断时间之间的至少一个时间差，并且所测量的所述电容器电压(42,44,46,48,50)之间的所述比较包括所述开关元件(32)的所述关断时间之间的所述或每个确定的时间差。7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括在所测量的所述电容器电压值(42,44,46,48,50)与所述开关元件(32)的所述关断时间之间的时间差之间建立相关性的步骤，其中比较所测量的所述电容器电压值(42,44,46,48,50)的所述子步骤包括基于所述相关性确定所述开关元件(32)的所述关断时间之间的至少一个时间差。8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括使用所测量的所述电容器电压值(42,44,46,48,50)之间的所述比较作为参考，以调整所测量的所述电容器电压值(42,44,46,48,50)与所述开关元件(32)的所述关断时间之间的时间差之间的所述相关性的步骤。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：将所述多个串联连接的开关元件(32)分组为多个群组，每个群组包括多个串联连接的所述开关元件中的两个或更多个；针对每个群组，为同一群组的所述开关元件(32)执行所述补偿程序；和然后，为所述多个群组的所述开关元件(32)执行所述补偿程序。10.根据权利要求9所述的方法，其中为所述多个群组的所述开关元件(32)执行所述补偿程序的所述步骤包括：为一组群组的所述开关元件(32)执行所述补偿程序，其中所述组群组包括所述多个群组中的两个或更多个群组；将所述多个群组中的一个或多个添加到所述组群组中；以及然后，为包括所述或每个附加群组的所述组群组的所述开关元件(32)执行所述补偿程序。11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括在分层布置中对所述群组进行排序的步骤，并且为所述多个群组的所述开关元件(32)执行所述补偿程序的所述步骤包括：为所述组群组的所述开关元件(32)执行所述补偿程序，其中所述组群组首先在所述分层布置中进行排序；将所述多个群组中的一个或多个添加到所述组群组中，其中所述或每个附加群组在所述分层布置中接着排序；以及然后，为包括所述或每个附加群组的所述组群组的所述开关元件(32)执行所述补偿程序。12.如权利要求11所述的方法，进一步包括在对所述多个群组的所述开关元件(32)执行所述补偿程序的步骤之前，随机化所述分层布置中的所述群组的顺序和/或随机化所使用的分层布置的类型的步骤。13.根据权利要求11或权利要求12所述的方法，其中所述分层布置包括树形拓扑或星形拓扑。14.一种开关阀(30)，所述开关阀包含多个串联连接的开关元件(32)和多个辅助电路(34)，每个辅助电路(34)与多个串联连接的所述开关元件(32)中的相应一个开关元件并联连接，每个辅助电路(34)包括相应辅助电容器，其中所述开关阀(30)进一步包括控制器(36)，所述控制器被编程为执行补偿程序，所述控制器(36)被编程为通过向每个开关元件(32)发送相应关断控制信号来发起关断事件，所述控制器包括测量装置，所述测量装置被配置成在所述关断事件之后测量每个辅助电容器的相应电容器电压值(42,44,46,48,50)，所述控制器(36)被编程为比较测量到的所述电容器电压值(42,44,46,48,50)，并且所述控制器(36)被编程为使用测量到...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·J·齐维特扎巴尔扎，P·布里夫，J·C·尼科尔斯，
申请(专利权)人：通用电气技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH