用于功率变换器的栅极驱动器制造技术

提供了一种用于功率变换器的栅极驱动器，其中所述栅极驱动器包括低侧电路以及耦合到低侧电路的高侧电路，其中所述高侧电路包括检测电路，所述检测电路被适配成提供指示低侧电路的故障条件的误差信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于功率变换器的栅极驱动器
本专利技术涉及用于功率变换器的栅极驱动器的领域，具体地涉及用于具有多个功率 变换器模块的功率变换器的栅极驱动器。此外，本专利技术涉及包括栅极驱动器的功率变换器。 此外，本专利技术涉及操作栅极驱动器的方法。
技术介绍
多兆瓦功率的电子变换器通常采用使用以软并联相连接的多个逆变器模块的模 块化方法。在这样的系统中，每个模块的输出经由平衡电抗器（reactor)而连接到共同的 负载。平衡电抗器的主要目的是适应不可避免的定时和逆变器模块之间的电压差，并且然 后提供通过其而在逆变器模块之间实现有功电流平衡的设施的重要部分。 图1示意性地示出风力涡轮机100的电气系统。风力涡轮机的叶片101耦合到发 电机102,所述发电机102经由发电机电路断路器（GCB) 103而耦合到电气系统。所述电气 系统包括多个平衡电抗器104,其耦合到GCB并且被用于将发电机所生成的功率转向到并 联连接的多个逆变器或功率变换器模块105中以便例如在若干兆瓦的范围中的高功率输 出可以由风力涡轮机的电气系统进行处理。只在图1中示意性地描绘了功率变换器并且每 一个包括发电机桥106、电压钳107和网络桥108。逆变器或功率变换器的输出耦合到另外 的平衡电抗器109,所述平衡电抗器109用于执行不可避免的定时并处理逆变器模块之间 的电压差。所述另外的平衡电抗器的输出经由感应性装置（LN)lll而连接到网络电路断路 器（NCB) 110和脉冲宽度调制滤波器（PWM) 112。NCB的输出继而耦合到风力涡轮机变压器 113并且经由用于网络的自保护的另外的电路断路器（MVCN) 114而耦合到用于传导风力场 的生成的电功率的风力场收集器网络115。 此外，所述电气系统包括风力涡轮机控制器116和控制器117,这二者用于控制逆 变器或功率变换器模块。 在典型的LV功率变换器中，以接地电位而操作的控制器生成开启和关断命令信 号以用于平衡电抗器的每个绝缘栅双极型晶体管（IGBT)栅极。IGBT栅极以自接地电位数 百伏特的电位而操作并且因此低电压命令信号必须从IGBT栅极电位电流隔离。该信号调 节和隔离由栅极驱动电路或栅极驱动器执行。栅极驱动电路板具有低侧电路，其通过使 用脉冲变压器而向和自高侧电路传输信号。 对于某些内部组件故障条件，来自控制器的IGBT关断信号不能经由脉冲变压器 传输到高侧以便关断平衡电抗器的IGBT。这表示IGBT的导通状态的控制的暂时失去，这可 能导致功率变换器或逆变器的故障。 因而，可能存在以下需要：提供一种方法，其可以避免或至少降低这样的控制失去 的概率。
技术实现思路
该需要可以由根据独立权利要求的主题来满足。由从属权利要求来描述有利实施 例。 根据示例性方面，提供了用于功率变换器的栅极驱动器，其中所述栅极驱动器包 括低侧电路和耦合到低侧电路的高侧电路，其中所述高侧电路包括检测电路，所述检测电 路被适配成提供指示低侧电路的故障条件的误差信号。 特别地，低侧电路和高侧电路可以通过耦合元件而耦合到彼此，所述耦合元件被 适配成传输例如电信号或光学信号这样的信号，和/或传输AC电流但是阻断DC电流。 因而，低侧电路和高侧电路可以关于DC电流而与彼此隔离。例如，所述耦合元件 可以是变压器或电容器。然而，所述耦合元件可以是光纤或光耦合器，这二者都适合于传输 信号但是阻断电流。 应当注意的是，术语栅极驱动器不受限于被适配成驱动晶体管的栅极的设备而 是必须在更广的意义上来理解。特别地，被适配成或适合于通过将驱动、控制或切换信号提 供到切换元件的输入端子来驱动或控制切换元件的任何设备可以被视为栅极驱动器。 术语检测电路可以特别指代适合于和/或被适配成检测低侧电路的故障条件 并且基于该检测而提供和/或生成指示故障条件的检测和/或误差信号的任何电子电路装 置。 根据示例性方面，提供了电子变换器，其包括根据示例性方面的栅极驱动器以及 切换元件，所述切换元件具有被耦合到栅极驱动器的输出端子的输入端子。 根据示例性方面，提供了对根据任何示例性方面的栅极驱动器进行操作的方法， 其中所述方法包括在高侧电路处检测低侧电路的误差条件，所述高侧电路在检测到误差条 件时生成误差信号，并且将所述误差信号提供给切换元件。 根据示例性方面，提供了计算机程序，其当由处理器执行时，被适配用于控制根据 示例性方面的方法。 如本文使用的，对计算机程序的提及旨在等同于对程序元件和/或对包含指令的 计算机可读介质的提及，所述指令用于控制处理器或计算机系统以协调对栅极驱动器进行 操作的方法的执行。计算机程序元件可以以任何适合的编程语言(诸如，例如JAVA、C++)而 实现为计算机可读指令代码并且可以存储在计算机可读介质(可移动盘、易失性或非易失 性存储器、嵌入式存储器/处理器等等)上。指令代码可操作以对计算机或任何其它可编程 设备进行编程以实施所意图的功能。计算机程序可以是从网络(诸如万维网）可得到的，从 所述网络可以下载所述计算机程序。 特别地，切换元件可以是电子变换器的晶体管。特别地，电子变换器可以包括多个 变换器级或模块，其各自包括至少一个栅极驱动器并且并联地耦合以便增加通过电子变换 器可提供的电流和/或功率量。电子变换器(其可以是多兆瓦功率电子变换器)可以包括平 衡电抗器，所述平衡电抗器被适配成提供针对电子变换器的不同变换器级的定时和/或电 压适配或匹配。 通过提供被适配成提供指示栅极驱动器的低侧电路的故障或故障条件的误差信 号的栅极驱动器，可以有可能降低逆变器或功率变换器故障的可能性。这对于某些内部组 件故障条件可能尤其成立，例如，由于短路组件和/或栅极驱动时钟信号的失去所引起的 低侧电路上功率的突然失去。在这样的情况下，用于切换元件(例如晶体管(如同IGBT)) 的关断信号可以足够快地从控制器被传输以便能够关断切换元件。因而，可以避免切换元 件的导通状态的控制的暂时失去。特别地，可以有可能避免以下情形：如果切换元件在故障 时刻处于开启状态并且传导电流，其将保持开启并且传导电流直到高侧电子器件的功率 供应失效（由高侧本地贮存器电容器所支撑）崩溃至其欠电压锁定阈值为止。 接下来描述栅极驱动器的另外的实施例。然而，相应的特征也可以与电子变换器、 操作栅极驱动器的方法以及计算机程序相组合。 根据栅极驱动器的示例性实施例，低侧电路和高侧电路与彼此电流分离。特别地， 可以通过提供变压器、通过光纤或光耦合器来执行分离或隔离。 根据示例性实施例，栅极驱动器此外包括脉冲变压器，其中所述脉冲变压器被适 配成将低侧电路耦合到高侧电路。 相比于光纤或光耦合器，将脉冲变压器用作耦合或隔离的手段可以提供信号等待 时间（以及等待时间的变化)、歪斜（以及歪斜的变化)、电压隔离能力、寿命/性能降级以及 成本的优化。脉冲变压器可以使用由高侧锁存的用以开启的电压脉冲以及用以关断的脉冲 的形式。 根据示例性实施例，所述栅极驱动器此外包括输出端子，所述输出端子被适配成 以使得在切换元件的切换输入端子处提供误差信号的方式耦合到切换元件。 特别地，切换元件可以是晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于功率变换器的栅极驱动器（200），所述栅极驱动器包括：低侧电路（201），耦合到低侧电路（201）的高侧电路（202），其中所述高侧电路（202）包括检测电路（330、331），所述检测电路被适配成提供指示低侧电路（201）的故障条件的误差信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.24 EP 12169314.71. 用于功率变换器的栅极驱动器（200)，所述栅极驱动器包括： 低侧电路（201)， 耦合到低侧电路（201)的高侧电路（202 )， 其中所述高侧电路（202)包括检测电路（330、331)，所述检测电路被适配成提供指示 低侧电路（201)的故障条件的误差信号。2. 根据权利要求1所述的栅极驱动器（200)，其中低侧电路（201)和高侧电路（202)与 彼此电流分离。3. 根据权利要求1或2所述的栅极驱动器（200)，其中所述栅极驱动器（200)还包括 脉冲变压器（205)，其中所述脉冲变压器（205)被适配成将低侧电路（201)耦合到高侧电路 (202)。4. 根据权利要求1到3中任一项所述的栅极驱动器（200)，其中所述栅极驱动器（200) 还包括输出端子（215、218)，所述输出端子被适配成以使得在切换元件（220、222)的切换 输入端子处提供误差信号的方式耦合到切换元件（220、222 )。5. 根据权利要求1到4中任一项所述的栅极驱动器（200)，其中所述故障条件是低侧 功率供应的失去和/或低侧电路的时钟信号的失去。6. 根据权利要求1到5中任一项所述的栅极驱动器（200)，其中所述检测电路（330、 331)被适配成在低于预定限制的时间跨度中提供误差信号。7. 根据权利要求1到6中任一项所述的栅极驱动器（200)，其中所述高...

【专利技术属性】
技术研发人员：PP韦特，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE