跨半导体开关元件的电压降的精确测量制造技术

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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及跨半导体开关元件的电压降的测量的领域，特别地涉及用于精确测量这样的电压降的装置。本专利技术还涉及包括前述装置的海底设备、用于监控海底设备的系统和精确测量跨半导体开关元件的电压降的方法。
技术介绍
诸如用于与例如石油和天然气生产结合的海底应用的可调速驱动装置(ASD)之类的许多电动系统利用半导体开关元件，诸如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。例如，IGBT可以使用在DC-AC转换器中。在其中一旦已经将设备布置在海床处则IGBT和其它组件就不易接近的海底应用中，合期望的是可以获得关于IGBT状态中的改变(例如，由于老化效应)的信息，使得可以对预期寿命进行预测并且可以采取适当措施。IGBT的开启状态电压是当其传导电流时从集电极到发射极的跨IGBT的电压(Vce)，并且IGBT处于所谓的饱和模式，意味着其作为开关而操作。这是对于IGBT的正常操作。该电压取决于若干因素。动态(不由器件的物理构造决定)的主要因素是流过IGBT的电流。增加电流意味着增加电压。针对饱和的IGBT的典型值可以是从0.5V到2.5V。确定电压的另一因素是IGBT的老化。随着IGBT老化，开启状态电压Vce增加。由于老化所致的电压中的差异典型地为贯穿寿命的几百毫伏。提供某种电压测量/估计电路以便能够确定IGBT是否在饱和之外是惯例。在IGBT的关断状态(IGBT不传导任何电流)中的Vce可以非常高，并且测量电路需要被保护以免受该电压。这通常通过插入保护测量电路的二极管来完成。然后通过二极管和IGBT发送电流，开启状态中在集电极与发射极之间的电压(Vce)可以通过测量二极管和Vce之上的总电压降来估计。二极管的电压可以被估计，并且然后被取出，并且Vce留下。在图1中示出用于该目的的实际电路100。如所示，电流源与电压源Vs和串联电阻器Rl交换。这具有两个原因，第一是当IGBT关断时，来自电流源的电流除了进入测量电路之外将会无处可去。测量电路本质上是高阻抗电路，并且因此电流源将设立高电压，这可能损坏测量电路。另一原因在于电压源更加可得到。当使用电压源Vs时，电压Vm的测量于是将替代地在电阻器Rl之上，因此电压Vce可以通过公式Vs — Vm — V(Dl) 一 Vce = O来计算。通过使用这样的电路100，二极管Dl之上的电压降未被测量，并且因此是不确定的。二极管Dl之上的电压降关于流过二极管Dl的电流和环境温度二者都是非线性的。因此，基于电路100的Vce测量可能不提供用于确定IGBT的老化的足够精度。因此可能存在对于测量跨半导体开关元件的电压降的经改进的方式的需要，其提供足够精度以确定半导体开关元件的老化。
技术实现思路
该需要可以通过根据独立权利要求的主题来满足。通过从属权利要求描述本专利技术的有利实施例。根据本专利技术的第一方面，提供了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。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端子与第二端子之间；(b)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(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。本专利技术的该方面基于以下想法:第一电路路径被提供在半导体开关元件的第一与第二端子之间，而具有等同于第一电路路径中的对应第一元件的第二保护元件和第二阻抗元件的第二电路路径被提供在第一与第二输出端子之间。提供调节电路，其调节第二电路路径中的电流使得其等于第一电路路径中的电流。由此，第一与第二输出端子之间的电压等于跨第一电路路径中的第一保护元件和第一阻抗元件的电压降的总和。换言之，跨第一保护元件的电压被包括在测量中并且因此不必被估计。第一保护元件、第一阻抗元件和电压源可以串联连接。特别地，第一保护元件的一个端子可以可连接至半导体开关元件的第一端子，而保护元件的另一端子可以连接至第一阻抗元件的一个端子。第一阻抗元件的另一端子可以连接至电压源的一个端子，并且电压源的另一端子可以可连接至半导体开关元件的第二端子。第一保护元件被布置成当半导体开关元件正导通时允许电流在第一电路路径中流动并且当半导体开关元件不在导通时防止电流在第一电路路径中流动。第二保护元件和第二阻抗元件可以在第一与第二输出端子之间串联连接。第一阻抗元件和第二阻抗元件在以下意义上是等同的:它们是具有基本上等同的物理属性、特别是电学属性的两个分离的物理元件。类似地，第一保护元件和第二保护元件在以下意义上是等同的:它们是具有基本上等同的物理属性、特别是电学属性的两个分离的物理元件。因此，由于在第二电路路径中流动的电流被调节成基本上等于在第一电路路径中流动的电流，因此应当预期到第一与第二输出端子之间的电压基本上等同于跨第一保护元件和第一阻抗元件的电压降的总和。作为结果，半导体开关元件的第一端子与第二端子之间的电压降基本上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。由此，根据第一方面的装置提供了一种获得半导体开关元件的第一与第二端子之间的电压的精确测量的简单方式。根据本专利技术的实施例，调节电路包括(a)用于测量第一电路路径中的电流的第一测量单元，(b)用于测量第二电路路径中的电流的第二测量单元，以及(C)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。换言之，调节电路构成闭环调节器，其中第二电路路径中的电流基于相对于第一电路路径中的电流的所测量的差而被调节。根据本专利技术另外的实施例，调节电路还包括用于计算由第一和第二测量单元所测量的电流之间的差的减法单元。减法单元可以是能够数字地减去所表示的测量值的数字减法单元，或者减法单元可以是被设计成从第一电路路径中的电流减去第二电路路径中的电流以便生成用于调节电路的误差信号的模拟电路。根据本专利技术另外的实施例，第一测量单元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。换言之，第一和第二电路路径中的相应电流借助于被连接以测量跨相应阻抗元件的电压的简单但精确的电压测量单元来测量。根据本专利技术另外的实施例，第一保护元件和第二保护元件是等同的二极管。二极管在以下意义上是等同的:它们首先是相同类型的二极管，优选地来自相同的生产批次。另外，保证二极管的诸如电流-电压特性和温度相关性之类的电学属性在预定容差内是等同的。根据本专利技术另外的实施例，第一阻抗元件和第二阻抗元件是等同的电阻器。电阻器在以下意义当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A达斯，IH利斯弗约德，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE