用于控制多个功率半导体器件的系统和方法技术方案

一种功率变换系统包括：多个功率器件；以及传感器，所述传感器操作地耦接到所述多个功率器件中的至少一个，并被配置成检测与所述多个功率器件关联的电压、电流或电磁特征信号。所述功率变换器还可包括操作地耦接到所述多个功率器件和所述传感器的电路。所述电路可以将相应的门极信号发送至所述多个功率器件中的每个相应功率器件，使得每个相应门极信号被延迟相应的补偿延迟，所述补偿延迟是基于所述相应功率器件的相应时间延迟和所述多个功率器件的最大时间延迟对所述相应功率器件确定的。

Systems and methods used to control multiple power semiconductor devices

A power conversion system consists of a plurality of power devices, and sensors, which are operatively coupled to at least one of the plurality of power devices and configured to detect voltage, current or electromagnetic characteristic signals associated with the plurality of power devices. The power converter may also include a circuit that is operatively coupled to the plurality of power devices and the sensors. The circuit may transmit the corresponding gate signal to each of the corresponding power devices in the plurality of power devices so that each corresponding gate signal is delayed corresponding compensation delay based on the corresponding time delay of the corresponding power device and the maximum time delay pair of the plurality of power devices. The corresponding power device is determined.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制多个功率半导体器件的系统和方法
技术介绍
本文中所公开的主题涉及功率变换系统。更具体地，本公开大体上涉及控制功率变换系统中的多个功率电子器件的切换以提高其性能。宽带隙半导体，例如碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)越来越多地用在功率电子器件例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)中。与在相应器件内不使用宽带隙半导体的其它功率电子器件相比，宽带隙功率电子器件通常在相对较高的开关速率(例如千赫兹(kHz)到兆赫兹(MHz)范围)具有相对较低的开关损耗，在相对较高的结点温度下操作，并在相对较高的电压下操作。因此，近年来，宽带隙功率电子器件由于其开关性能和高温工作能力受到了关注。还可以认识到，商业功率变换系统可包括共同工作以将电功率从一种形式变换成另一种形式的数十或数百个功率电子器件，即便功率电子器件的开关操作时序中的微小的不匹配也可能显著降低整个系统的性能。还可以认识到，由于制造时两种不同的功率电子器件的差异和/或由于功率电子器件在其工作寿命中的开关行为的变化，功率电子器件的开关操作可能是不匹配的。
技术实现思路
在一个实施例中，功率变换器可包括：多个功率器件；以及传感器，所述传感器操作地耦接到所述多个功率器件中的至少一个，并被配置成检测与所述多个功率器件关联的电压、电流或电磁(EM)特征信号(signaturesignal)。所述功率变换器还可包括操作地耦接到所述多个功率器件和所述传感器的电路，例如处理器。所述处理器可以将相应的门极信号(gatesignal)发送至所述多个功率器件中的每个相应功率器件，使得每个相应门极信号被相应的补偿延迟(arespectivecompensationdelay)延迟(delayed)，所述补偿延迟是基于所述相应功率器件的相应时间延迟和所述多个功率器件的最大时间延迟对所述相应功率器件确定的。在另一实施例中，一种方法可包括：通过电路确定与被配置成将第一电压变换成第二电压的多个功率器件关联的多个时间延迟。所述方法还可包括基于所述多个时间延迟通过所述电路来识别最大时间延迟；基于所述最大时间延迟和所述多个时间延迟通过所述电路来对所述多个功率器件生成多个补偿延迟。所述方法可以接着通过所述电路将多个门极信号发送至所述多个功率器件，使得所述多个门极信号中的每个门极信号包括所述多个补偿延迟的相应补偿延迟。在又一实施例中，一种非瞬态计算机可读介质可包括计算机可执行指令，所述指令使得电路确定与被配置成将第一电压变换成第二电压的多个功率器件关联的多个时间延迟。所述电路接着可以基于所述多个时间延迟来识别最大时间延迟；基于所述最大时间延迟和所述多个时间延迟对所述多个功率器件生成多个补偿延迟。所述电路还可以将多个门极信号发送至所述多个功率器件，使得所述多个门极信号中的每个门极信号包括所述多个补偿延迟的相应补偿延迟。附图说明当参考附图阅读以下详细描述时，本专利技术的这些和其它特征、方面以及优点将变得更好理解，其中在整个附图中相同的标号表示相同的部分，其中：图1是根据实施例的并联连接的功率电子器件系统的框图；图2是根据实施例的串联连接的功率电子器件系统的框图；图3是根据实施例的传送到图1或图2的多个功率电子器件的门极信号的时序图；图4是根据实施例的用于将门极信号发送至图1的多个功率电子器件的方法的流程图；图5是根据实施例的基于图4的方法传送到图1或图2的多个功率电子器件的门极信号的时序图；以及图6是根据实施例的用于将门极信号发送至图2的多个功率电子器件的方法的流程图。具体实施方式下文将描述一个或多个特定实施例。为了提供这些实施例的简要描述，并不在本说明书中描述实际实施方案的所有特征。应了解，在如任何工程或设计项目的任何此类实际实施方案的开发过程中，众多针对实施方案的决定必须实现开发者的具体目标，例如遵守可能在各个实施方案之间变化的相关系统约束和相关商业约束。此外，应当理解的是，这种开发工作可能复杂且耗时，但是对于受益于本公开的普通技术人员来说，这仍是常规的设计、生产和制造工作。在介绍本公开的各种实施例的元件时，冠词“一个(a/an)”和“所述”旨在意味着存在所述元件中的一个或多个。术语“包括”和“具有”旨在为包括性的并且意味着可能存在除了所列元件之外的额外元件。硅(Si)功率电子器件广泛用在各种功率变换系统(例如，整流器、逆变器)中以将一种形式的电压或电流变换成另一形式的电压或电流，例如将交流(AC)电压/电流变换成直流(DC)电压/电流(例如，AC到DC，AC到AC，DC到DC和/或DC到AC等)。功率变换系统的性能通常与功率电子器件的操作频率和/或开关暂态有关。然而，基于硅的功率电子器件例如硅绝缘栅双极晶体管(IGBT)可能在高频开关期间以热损耗的形式损失其能量的增加的部分。因此，基于硅的功率电子器件的性能可能局限于某个开关频率(例如在高功率应用中1kHz或更低)。与基于硅的功率电子器件相比，宽带隙功率电子器件例如碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和氮化镓(GaN)MOSFET相比基于硅的功率电子器件可能表现出明显更低的开关损耗。同样，当频繁地(例如，＞几十kHz)和/或在较高温度(例如，＞150℃)下开关时，宽带隙功率电子器件可比Si功率电子器件更高效地操作。尽管宽带隙功率电子器件能够在高频速率下开关，但当多个宽带隙功率电子器件耦接在一起(例如，串联、并联或串-并联)时，这些宽带隙功率电子器件的开关可能不是相互同步的。即，这些宽带隙功率电子器件的开关可能不在期望的时间发生，结果，所连接的宽带隙功率电子器件之间的电压和电流分担可能是不平衡的。由于每个宽带隙功率电子器件的门极信号路径的阻抗的不匹配、每个宽带隙功率电子器件内的传播延迟、每个宽带隙功率电子器件的特性差异及其它原因，可能造成这些宽带隙功率电子器件不能在期望的时间开关(例如相互同步)。为了确保宽带隙功率电子器件在期望的时间开关(例如相互同步操作)，在一个实施例中，门极驱动控制系统可确定要加入到每个相应门极信号的补偿延迟时间，所述门极信号用来使相应的功率电子器件接通或关断(例如，激活或去激活相应的功率电子器件)。在某些实施例中，可基于与系统内的每个功率电子器件关联的相应延迟时间和所有相应延迟时间中最大的延迟时间来确定补偿延迟时间。在对每个相应的功率电子器件确定补偿延迟时间之后，门极驱动控制系统可将相应的补偿延迟时间加入到每个相应的门极信号。结果，每个功率电子器件于是可在期望的时间开关，且可在所连接的功率电子器件之间提供平衡的电流和电压分担。考虑前述情况，本公开详述了在提供至系统的多个功率电子器件的门极信号中主动地引入一个或多个延迟(例如，上升沿延迟、下降沿延迟或两者)以补偿信号路径或功率半导体的时序不匹配和上面列出的其它因素的系统和方法。在一个实施例中，处理器可使用差分电压信号(differentialvoltagesignal)在亚纳秒级上(atasub-nanosecondlevel)控制何时将门极信号的延迟(即补偿延迟)提供至所连接的功率电子器件。通过使用本说明书中描述的系统和技术，可以实现可用于整流器、逆变器、驱动器和其它功率变换系统的大规模的并联/串联连接的高速功率半导体，在系统的每个功率电子器件之间具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率变换系统，包括：多个功率器件；传感器，所述传感器操作地耦接到所述多个功率器件中的至少一个，并被配置成检测与所述多个功率器件关联的电压、电流或电磁(EM)特征信号；以及操作地耦接到所述多个功率器件和所述传感器的电路，其中，所述电路被配置成将相应的门极信号发送至所述多个功率器件中的每个相应功率器件，并且其中，每个相应门极信号被延迟相应的补偿延迟，所述补偿延迟是基于所述相应功率器件的相应时间延迟和所述多个功率器件的最大时间延迟对所述相应功率器件确定的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.29 US 14/982,9751.一种功率变换系统，包括：多个功率器件；传感器，所述传感器操作地耦接到所述多个功率器件中的至少一个，并被配置成检测与所述多个功率器件关联的电压、电流或电磁(EM)特征信号；以及操作地耦接到所述多个功率器件和所述传感器的电路，其中，所述电路被配置成将相应的门极信号发送至所述多个功率器件中的每个相应功率器件，并且其中，每个相应门极信号被延迟相应的补偿延迟，所述补偿延迟是基于所述相应功率器件的相应时间延迟和所述多个功率器件的最大时间延迟对所述相应功率器件确定的。2.根据权利要求1所述的功率变换系统，其中，所述电路被配置成基于将测试门极信号传送到所述功率器件的第一时间和所述传感器检测与所述功率器件关联的电压、电流或EM特征变化的第二时间，对所述多个功率器件中的每个功率器件确定相应的时间延迟。3.根据权利要求1所述的功率变换系统，其中，所述电路被配置成从所述多个功率器件的相应时间延迟中识别所述最大时间延迟。4.根据权利要求1所述的功率变换系统，其中，所述多个功率器件中的每一个相互并联电连接。5.根据权利要求4所述的功率变换系统，其中，所述门极信号被配置成切换所述多个功率器件中的相应一个功率器件。6.根据权利要求1所述的功率变换系统，其中，所述多个功率器件中的每一个相互串联电连接。7.根据权利要求6所述的功率变换系统，其中，所述门极信号被配置成切换所述多个功率器件中的相应一个功率器件。8.根据权利要求1所述的功率变换系统，其中，所述电路被配置成基于所述最大时间延迟和所述多个时间延迟之间的差生成所述多个补偿延迟。9.一种方法，包括：通过电路确定与被配置成将第一电压变换成第二电压的多个功率器件关联的多个时间延迟；基于所述多个时间延迟，通过所述电路识别最大时间延迟；基于所述最大时间延迟和所述多个时间延迟，通过所述电路对所述多个功率器件生成多个补偿延迟；以及通过所述电路将多个门极信号发送至所述多个功率器件，其中，所述多个门极信号中的每个门极信号包括所述多个补偿延迟的相应补偿延迟。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述多个功率器件中的每个功率器件包括碳化硅(SiC)或氮化镓半导体材料。11.根据权利要求9所述的方法，其中，确定所述多个时间延迟包括：在第一时间将测试门极信号发送至所述多个功率器件中的相应一个；接收...

【专利技术属性】
技术研发人员：PM什塞斯尼，R达塔，陶峰峰，戴健，佘煦，T弗兰吉，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US