对并联连接的功率器件的控制制造技术

一种用于控制并联连接的功率器件中例如频率转换器中例如IGBT的半导体功率开关的方法和安排，其中，所述半导体功率开关将所述功率器件的中间DC电压的或者正极或者负极连接至所述功率器件的输出相位。在所述方法中，测量并联连接的那些输出相位的电压，在输出电压测量结果的基础上计算输出电压状态变化的定时差异，并且提前或延迟所述半导体功率开关的控制信号，使得在期望时刻发生经由输出阻抗连接在一起的所述相位的所述输出电压状态变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对并联连接的功率器件的控制
本专利技术涉及一种用于控制并联连接的功率器件的方法和安排。更具体地，本专利技术涉及通过控制并联连接逆变器的功率半导体开关的切换时刻来均衡并联连接的逆变器的负载。
技术介绍
由于对商用开关型功率部件(如IGBT模块)的限制而需要在很高的输出功率电平(例如，＞1MW)下进行对电功率器件(例如，频率转换器)的并联连接。并行连接可以或者在单个单元内部通过将多个功率部件并联连接或者通过将较大的类似单元并联连接来实现。单个单元内部的并联连接是有问题的，因为每个不同功率电平需要其自己的机械构造。这就是全部功率单元通常并联连接的原因，从制造和服务的角度来看，这也是有利的。对功率单元的并联连接通常还需要使用在输出端子与公共耦合点之间的外部均衡阻抗，例如，电感器。绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是广泛使用在功率电子器件的主电路中(如在频率转换器中)的开关型功率电子部件。IGBT是栅极控制的部件，这意味着其可以通过向栅极端子供应的电压信号而接通/断开。IGBT由于对栅极控制信号的快速响应时间而是功率电子应用的理想部件，由此使得有可能在精确控制下保持负载电流。在下文中，IGBT被用作功率半导体开关的示例，但是如对于本领域技术人员清楚的是，还存在可以应用本专利技术的其他类型的功率半导体部件。并联连接的功率单元的负载性能(即，电流负载能力)通常低于单一器件的性能之和，因为器件之间不一定相等地分担负载电流。这就是通常使用降额因数(例如，0，9)的原因，这意味着：P总＝0，9×∑PN[1]其中，P总是并联连接的单元的总输出功率，并且PN是每个单一单元的标称输出功率。降额因数意味着理论最大功率的减小，由此例如就经济性而言是个问题。有利的是，能够使用尽可能高的降额因数，通过尽可能精确地均衡负载，这是可能的。存在许多用于均衡的公知方法，例如，美国专利公开US8,188,694B2呈现了一种解决方案，其中，公共控制单元计算输出电压状态变化实例的定时，并且向每个并联连接的逆变器的控制单元发送此定时信号。然后，逆变器特定的控制单元基本上同时形成功率级IGBT的控制信号。同时切换时刻促进了相等负载共享，但是在此方法和安排中，信号路径中的部件的信号延迟容差可能导致偏离理想情况以及需要使用降额因数和较大输出阻抗。美国专利公开US8,432,714呈现了一种解决方案，其中，在并联连接的逆变器模块之间的负载均衡基于根据所测量的输出电流和所测量的逆变器模块温度来调整开关部件的切换指令。
技术实现思路
本专利技术的目标是通过呈现一种用于并联连接的功率器件(例如，频率转换器)的新颖解决方案、实现对输出电压脉冲波形的受控的有利地基本上同时的定时来避免现有技术的问题。此目标由独立权利要求中陈述的内容实现，其他优选实施例在从属权利要求中被公开。本专利技术的特有特征是：测量所有并联连接的功率器件(例如，频率转换器)的输出电压，并且将测量结果用于减轻在由例如栅极驱动电路以及切换部件参数容差引起的输出电压状态变化期间的定时差异。在实践中，这意味着并联运行的IGBT的控制信号被提前或推迟，使得如期望的发生输出电压脉冲状态变化的定时。在本专利技术的一个实施例中，期望定时是基本上同时的，但是根据本专利技术，还有可能设置定时差异，例如，以便于补偿负载阻抗不均衡的效应。根据本专利技术的实施例，用于确定输出电压定时的标准是预定义时段(例如，在参考电压状态变化之后(此定时已在附图中用作示例))上的电压时间积分。根据本专利技术的实施例，用于确定输出电压定时的标准是输出电压在参考电压状态变化之后经过一个电压电平(例如，DC中间电压电平的中间值)或多个电压电平(例如，DC中间电压电平的10％和90％)的时刻或持续时间。根据本专利技术的实施例，测量输出电压，并且在器件运行期间连续执行根据测量结果进行的对信号处理路径延迟差异的补偿。因此，通过此方法，例如温度、电流电平、老化等对输出电压状态变化定时的影响将被自动予以考虑并补偿。在此文献中，这被称为动态形式的实施方式。这种实施方式形式的条件是功率器件或安排包括用于测量输出电压的装置。测量装置的工作原理可以是模拟的或数字的(即，将输出电压与一个或多个预定义电平进行比较)。根据本专利技术的实施例，对输出电压的测量的本质是非循环性的(即，输出电压仅在制造过程期间或在调试期间被测量)，并且根据检测到的定时差异计算的IGBT特定的补偿提前或延迟作为参数被存储在器件的控制单元中。然后，可以根据一个或多个负载状况确定和存储的这些延迟补偿参数在器件运行期间被使用，直到可能的下一个参数确定发生。在此文献中，这被称为静态形式的实施方式。这种静态形式的实施方式或者通过使用内部测量装置或者通过使用外部测量装置(例如，示波器)成为可能。通过此方法，输出电压状态变化定时的可能变化将不会在器件运行期间被补偿。相比于现有技术，本专利技术的益处在于：整个控制信号路径中的信号处理延迟差异在所有环境和负载状况下被连续补偿。因此，输出电压状态变化根据期望有利地基本上同时发生，这使得有可能使降额因数最大化并且使外部均衡阻抗最小化例如使得所述外部均衡阻抗可以仅仅由几条线缆组成。在本说明书和以下实施例示例中更详细地限定了本专利技术。在独立权利要求以及其他权利要求中的优选实施例中限定了保护范围。附图说明在下文中，本专利技术参照附图、使用示例呈现了更详细的说明，在附图中：图1呈现了并联连接的频率转换器的主电路，图2呈现了并联连接的相位开关的主电路，图3A至图3C呈现了采用并联连接的控制数据转移拓扑结构，图4展示了并联连接中的输出电压，并且图5展示了并联连接中的输出电压。具体实施方式图1呈现了作为可以应用根据本专利技术的方法的功率器件安排的示例的并联连接频率转换器的主要图示。在所述安排中，频率转换器FC1和FC2经由输出三相电感器L01和L02并联连接以便对公共电机M进行供应。输出电感器的主要功能是在切换瞬间改善负载电流共享。为了简化起见，在此示例性附图和以下示例性附图中的并联连接的器件的数量为二，但这不是对本专利技术的任何限制，更多类似的器件FC3......也可以被连接在同一安排中。在本示例中，FC1的主电路被详细地呈现。FC1为已知且典型的频率转换器，其包含：二极管桥式整流器REC1，所述二极管桥式整流器将三相电源电压L1、L2和L3整流为恒定中间DC链路电压UDC1，所述DC链路电压由电容CDC1进行平滑；三相逆变器单元INU1，所述三相逆变器单元由具有反向平行续流二极管D1...D6的IGBT开关V1...V6组成；以及控制单元CU1。电感部件通常被用在整流器的任一侧中，以便对供应相位电流的谐波进行滤波，但是从本专利技术的角度来看，作为无关部件，电感部件已从图中省略。逆变器的基本功能是为电机M产生三相可调输出电压U1、V1、W1。这种类型的器件由于DC链路电压的两极而被称为双电平转换器。如对本领域技术人员显而易见的，本专利技术不仅仅局限于双电平转换器，而是还可以应用于更高电压电平的转换器。另一个并联连接的频率转换器FC2在框图层面呈现。每个频率转换器都可以是完整的，并且可以具有如图中呈现的自身单元，或者它们可以具有例如公共整流器和公共中间电路。所有并联连接的器件具有公共控制单元CU，所述公共控制单元与频率转换器特定的控制单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制并联连接的功率器件中例如频率转换器中的例如IGBT的半导体功率开关的方法，其中，所述半导体功率开关将所述功率器件的中间DC电压的或者正极或者负极连接至所述功率器件的输出相位，其特征在于：测量并联连接的那些输出相位的电压，并且在输出电压测量结果的基础上计算输出电压状态变化的定时差异，并且提前或延迟所述半导体功率开关的控制信号，使得在期望时刻发生经由输出阻抗连接在一起的所述相位的所述输出电压状态变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.09 FI 201557091.一种用于控制并联连接的功率器件中例如频率转换器中的例如IGBT的半导体功率开关的方法，其中，所述半导体功率开关将所述功率器件的中间DC电压的或者正极或者负极连接至所述功率器件的输出相位，其特征在于：测量并联连接的那些输出相位的电压，并且在输出电压测量结果的基础上计算输出电压状态变化的定时差异，并且提前或延迟所述半导体功率开关的控制信号，使得在期望时刻发生经由输出阻抗连接在一起的所述相位的所述输出电压状态变化。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：提前或延迟所述半导体功率开关的所述控制信号，使得基本上同时发生经由输出阻抗连接在一起的所述相位的所述输出电压状态变化。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：较快相位开关的控制信号相比于较慢相位开关的控制信号被延迟，和/或所述较慢相位开关的所述控制信号相比于所述较快相位开关的所述控制信号被提前。4.根据任何以上权利要求所述的方法，其特征在于：测量并联连接的那些输出相位的输出电压的波形，并且计算并联连接的所述输出相位的输出电压在预定义时段上的时间积分，并且经由输出阻抗连接在一起的所述相位的所计算时间积分的差异被用作用于确定输出电压定时差异的标准。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：计算所述输出电压在预定义时段上的时间积分，使得在所述输出电压状态变化发生之前或之时开始针对每个相位的积分计算。6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于：测量并联连接的那些输出相位的输出电压的波形，并且确定所述输出电压经过一个或多个预定义电压电平的时刻，经过经由输出阻抗连接在一起的所述相位中的相当电压电平的所确定时刻的差异被用作用于确定输出电压定时差异的标准。7.根据任何以上权利要求所述的方法，其特征在于：在所述功率器件的运行期间基本上连续地执行所述输出电压定时差异计算。8.根据任何以上权利要求所述的方法，其特征在于：所确定输出电压定时差异作为参数被存储在所述功率器件的控制单元中。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：在制造过程期间和/或在调试期间执行所述输出电压定时差异计算。10.一种用于控制并联连接的功率器件中例如频率转换器中例如IGBT的半导体功率开关的安排，其中，所述半导体功率开关被安排用于将所述功率器件的中间DC电压的或者正极或者负极连接至所述功率器件的输出相位，其特征在于：所述安排被安排...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤西·波图，阿里·瑞斯提马克，托妮·意康恩，
申请(专利权)人：伟肯有限公司，
类型：发明
国别省市：芬兰,FI