采用氮化镓开关的驱动单元的架构制造技术

一种用于电动机的驱动单元，其包括印刷电路板(PCB)；具有栅极的第一氮化镓开关，所述第一氮化镓开关安装到所述PCB；具有栅极的第二氮化镓开关，所述第二氮化镓开关安装到所述PCB；栅极驱动器，其产生断开驱动信号以断开所述第一氮化镓开关，并断开所述第二氮化镓开关；所述PCB上的第一断开轨迹，所述第一断开轨迹将所述断开驱动信号引导到所述第一氮化镓开关的所述栅极；以及所述PCB上的第二断开轨迹，所述第二断开轨迹将所述断开驱动信号引导到所述第二氮化镓开关的所述栅极；其中所述第一断开轨迹的阻抗基本上等于所述第二断开轨迹的阻抗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本文公开的主题大体上涉及驱动单元的领域，且更具体而言，涉及一种使用氮化镓开关的驱动单元。专利技术背景现有的电梯驱动单元是基于硅绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。硅基设备的固有切换特性限制了实际最大脉宽调制(PffM)切换频率、最小损耗以及电梯驱动单兀的最小尺寸。娃基设备的实际切换频率通常在可听范围内，并且可导致来自驱动单元和附加电动机的噪声问题。减小电梯驱动单元的尺寸是可取的。现有的、设计良好的驱动单元的损耗大约为3-5%。这些损耗确定散热器的尺寸，以及散热器尺寸是总电梯驱动单元尺寸的主要部分。电梯驱动单元尺寸也受固有的电压阻断能力限制。切换设备尺寸是总驱动单元尺寸的另一个因素。专利技术概要示例性实施方案包括用于驱动电动机的驱动单元。驱动单元包括:印刷电路板；第一氮化镓开关，其具有栅极端子、漏极端子和源极端子，第一氮化镓开关安装到印刷电路板；第二氮化镓开关，其具有栅极端子、漏极端子和源极端子，第二氮化镓开关安装到印刷电路板；栅极驱动器，其产生断开驱动信号以断开第一氮化镓开关，并断开第二氮化镓开关；印刷电路板上的第一断开轨迹，所述第一断开轨迹将断开驱动信号引导到第一氮化镓开关的栅极端子；以及印刷电路板上的第二断开轨迹，所述第二断开轨迹将断开驱动信号引导到第二氮化镓开关的栅极端子；其中第一断开轨迹的阻抗基本上等于第二断开轨迹的阻抗。另一个示例性实施方案包括用于驱动电动机的驱动单元。驱动单元包括:印刷电路板；第一氮化镓开关，其安装到印刷电路板的第一侧；第二氮化镓开关，其安装到印刷电路板的所述第一侧；以及散热器，其安装到第一氮化镓开关和第二氮化镓开关的表面。另一示例性实施方案包括用于驱动电动机以对电梯或扶梯施加运动的电梯或扶梯驱动单元。驱动单元包括:印刷电路板；第一氮化镓开关，其具有栅极端子、漏极端子和源极端子，第一氮化镓开关安装到印刷电路板；第二氮化镓开关，其具有栅极端子、漏极端子和源极端子，第二氮化镓开关安装到印刷电路板；栅极驱动器，其产生断开驱动信号以断开第一氮化镓开关，并断开第二氮化镓开关；印刷电路板上的第一断开轨迹，所述第一断开轨迹将断开驱动信号引导到第一氮化镓开关的栅极端子；以及印刷电路板上的第二断开轨迹，所述第二断开轨迹将断开驱动信号引导到第二氮化镓开关的栅极端子；其中第一断开轨迹的阻抗基本上等于第二断开轨迹的阻抗。另一示例性实施方案包括用于驱动电动机以对电梯或扶梯施加运动的电梯或扶梯驱动单元。驱动单元包括:印刷电路板；第一氮化镓开关，其安装到印刷电路板的第一侧；第二氮化镓开关，其安装到印刷电路板的所述第一侧；以及散热器，其安装到第一氮化镓开关和第二氮化镓开关的表面。本专利技术的实施方案的其它方面、特征和技术将从结合附图的以下描述变得显而易见。附图简述现在参考附图，其中相似元件在图中编号相似:图1是示例性实施方案中的电梯驱动单元的示意图；图2描绘了示例性实施方案中的切换组件；图3描绘了示例性实施方案中的切换组件；图4描绘了示例性实施方案中的驱动单元印刷电路板；图5是示例性实施方案中的驱动单元印刷电路板的侧视图；图6是示例性实施方案中的驱动单元印刷电路板的侧视图；图7描绘了示例性实施方案中的驱动单元印刷电路板；以及图8是示例性实施方案中的驱动单元印刷电路板的一部分的横截面视图。【具体实施方式】图1是示例性实施方案中的驱动单元10的示意图。在示例性实施方案中，驱动单元10可用作电梯或扶梯的一部分。驱动单元10包括大量由控制器14驱动的切换组件12。控制器14向栅极驱动器30(图2)提供控制信号以控制如本文所述的切换组件12中的开关。在示例性实施方案中，来自控制器14的控制信号可以是脉宽调制(PffM)控制信号。控制器14可使用通用微处理器来实现，通用微处理器执行存储于存储介质上的计算机程序以执行本文所述的操作。替代地，控制器14可以硬件(例如，ASIC、FPGA)或硬件/软件的组合来实现。切换组件12可包含多个开关、栅极驱动器以及如本文关于图2进一步详细描述的其它部件。驱动器10包括三个相脚16，每个相脚16包括两个切换组件12。将每个相脚16连接到第一 DC电压总线20和第二 DC电压总线22。在操作中，控制器14接通或断开切换组件12以应用来自第一 DC电压总线20的第一电压或来自第二 DC电压总线22的第二电压，从而在端子OUT UOUT 2和OUT 3处产生AC信号。在示例性实施方案中，端子OUT 1、OUT 2和OUT 3可耦接到电动机15，例如，三相电梯电动机或扶梯电动机。虽然在图1中示出三个相脚16，但是本文所述的实施方案可与任何数量的相(包括单相驱动单元)一起使用。图1描绘了二电平驱动单元，但是本文描述的实施方案可与任何多电平驱动单元(例如，三电平中点钳位驱动单元)一起使用。驱动单元10可在驱动模式下作为逆变器(DC到AC)进行操作，或在再生模式下作为整流器(AC到DC)进行操作。图2描绘示例性实施方案中的切换组件12。切换组件12包括栅极驱动器30，其将驱动信号提供给开关32的栅极端子。在示例性实施方案中，开关32是氮化镓晶体管。栅极驱动器30接收来自控制器14的控制信号，以产生用于开关32的驱动信号。来自控制器14的控制信号可以是脉宽调制信号。在图2中示出单个开关32，但是应理解，切换组件12可包括多个由栅极驱动器30驱动的开关32。切换组件12中的开关32可并联放置，以增加电流容量。氮化镓开关32是高速切换设备，并且可在几纳秒内接通或断开。由于快速切换，开关32可产生非常高的dv/dt，其可显著地增加电磁干扰(EMI)，并且损坏驱动单元10和驱动部件(例如，电动机15)。为了管理开关32的切换速度，将栅极驱动电路34定位在栅极驱动器30与开关32之间。栅极驱动电路34包括控制开关32的切换速度的元件。栅极驱动电路34包括与开关32的栅极端子串联的接通电阻器36和断开电阻器38。当开关32接通时，通过接通电阻器36应用接通驱动信号。当开关32断开时，通过断开电阻器38应用断开驱动信号。一般而言，接通电阻器36可具有比断开电阻器38大的振幅。增加接通电阻器36减小了栅极端子电压的过冲。栅极驱动电路34包括栅极钳位电路，其包括钳位电阻器40和钳位电容器42。钳位电阻器40和钳位电容器42彼此并联，并且跨开关32的栅极端子和源极端子连接。通过选择钳位电阻器40和钳位电容器42的值，可控制开关32的切换速度。这有助于减小开关32 的 dv/dt ο切换组件12还包括跨开关32的漏极端子和源极端子耦接的缓冲器(snubber)电路50。缓冲器电路50可使用电阻器-电容器电路、电阻器-电容器-二极管电路或其它缓冲器电路配置来实现。缓冲器电路50阻止开关32的输出端处的电压过冲。通过控制接通电阻器36和断开电阻器38的值以及缓冲器电路值，可增加开关32的接通时间和断开时间以减小电压升高，且因此减小开关32的dv/dt。这使得能够使用氮化镓设备增加驱动单元的寿命和可靠性。图3描绘具有多个开关32的切换组件12。如示出，两个开关32是并联的，且由共同的栅极驱动器30驱动。为了便于说明，未示出缓冲器电路50。应理解，两个以上开关32可并联放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于驱动电动机的驱动单元，所述驱动单元包括：印刷电路板；第一氮化镓开关，其具有栅极端子、漏极端子和源极端子，所述第一氮化镓开关安装到所述印刷电路板；第二氮化镓开关，其具有栅极端子、漏极端子和源极端子，所述第二氮化镓开关安装到所述印刷电路板；栅极驱动器，其产生断开驱动信号以断开所述第一氮化镓开关，并断开所述第二氮化镓开关；所述印刷电路板上的第一断开轨迹，所述第一断开轨迹将所述断开驱动信号引导到所述第一氮化镓开关的所述栅极端子；以及所述印刷电路板上的第二断开轨迹，所述第二断开轨迹将所述断开驱动信号引导到所述第二氮化镓开关的所述栅极端子；其中所述第一断开轨迹的阻抗基本上等于所述第二断开轨迹的阻抗。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：S克里什纳墨菲，X吴，WA费罗内西，KW罗杰斯，DJ马文，
申请(专利权)人：奥的斯电梯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US