一种半桥功率转换器的切换方法，所述半桥功率转换器包括在所述转换器的支腿中的至少一对功率开关，其提供上分支功率开关和下分支功率开关以及上分支功率开关和下分支功率开关的第一栅极控制电路和第二栅极控制电路。所述切换方法包括：在切换一对功率开关期间感测上分支和下分支中的电流导数，以提供与上功率开关和下功率开关中的功率电流的电流导数成正比的第一信号和第二信号，对第一信号和第二信号求和以提供求和后的电流导数信号，并将求和后的电流导数信号与第一栅极控制电路和第二栅极控制电路的功率开关命令信号相加，从而使求和后的导数信号调制栅极控制电路的栅极换向信号。换向信号。换向信号。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半桥功率转换器和用于半桥功率转换器的切换方法、及功率开关
[0001]本专利技术涉及包括至少一个半桥的功率转换器，所述至少一个半桥包括两个开关，所述两个开关以互补方式从阻断到导通和从导通到阻断被驱动，并且本专利技术提出了一种改进的控制处理和系统，其消除了两个开关的换向(commutation)之间的死区时间(dead time)。
技术介绍
[0002]在功率转换器中，在开关转换之间使用两个开关都关闭的死区时间。这种死区时间的主要原因是为了避免控制电压因多种因素而交叠的风险，这些因素包括传播延迟、开启和关闭之间的不匹配、阈值电压在温度上的漂移等，从而导致能损坏器件的贯通电流。为了避免这种情况并确保死区时间期间的电流连续性，使用开关器件的续流二极管、开关器件(诸如MOSFET情况下的体二极管)的固有反向能力或侧向氮化镓(GaN)器件的第三象限传导能力。
[0003]虽然绝对必要，但死区时间期间的反向传导相位是转换器运行中的不利因素的原因。为了减少组件数量和相关成本，一些功率模块不配置反并联二极管，并且依赖于开关的反向能力。然而，这种本征二极管的切换性能或传导性能通常明显低于外部二极管(尤其是，肖特基势垒二极管)的切换性能或传导性能。因此，死区时间操作时间对转换器的损耗有重大影响。另一个问题是，不可能调整始终确保二极管不传导的死区时间。
[0004]此外，由于与死区时间相关的非线性，控制回路中也会产生一些失真。通过使用查找表，可以根据操作点实现智能控制方法来减少死区时间。然后尽可能地限制反向传导时间。同时，需要快速计算能力，通常成本更高。即使死区时间持续时间被优化，它仍然存在。
[0005]在功率转换器中，两个开关的快速精确控制是必不可少的。由于宽带隙器件(WBG)(诸如碳化硅(SiC)或GaN)的快速切换能力，切换频率的增加增加了对控制的限制。
[0006]通常实现的半桥配置要求死区时间，以避免交叉传导和贯通电流，如果控制不当，这可能导致显著的额外损耗，甚至对半导体的损坏。
[0007]在死区时间/自由转轮转变期间，半导体器件之一可以在反向传导模式下承载电流。然而，在反向传导模式下，可能会产生高损耗，这主要是由于体二极管的不良特性，例如高正向电压、反向恢复电荷。
[0008]为了缓解损耗问题，可以添加性能更好(较低的压降和零恢复电荷)的反并联二极管(例如，SiC肖特基势垒二极管)，以便在死区时间内工作。然而，这是一种成本高昂的解决方案，通常会导致更大的系统(两个组件而不是一个组件)和由于互补接线而产生的附加杂散电感，即使反向恢复问题得到缓解，由于电容电荷导致仍然存在额外损耗。
[0009]本专利技术解决的问题：
[0010]本专利技术旨在减少死区时间持续时间，并且防止使用额外的快速和昂贵的二极管，并以成本有效的方式抵消贯通电流的出现。
技术实现思路
[0011]本公开的目的是利用调整后的控制信号将功率半导体的死区时间和反向传导替换为半桥换向单元的两个开关都传导负载电流的时间段。为了实现这一点，通过调制并联的两个开关器件的栅极电压来控制转变期间的贯通电流。这种控制是基于传感器感测这种器件中的电流导数的。这些传感器的输出的组合被放大，以控制栅极电压，从而实现顺畅的换向，而无需任何器件的反向传导。
[0012]更准确地说，本公开提出了一种用于半桥功率转换器的切换方法，半桥功率转换器包括在所述转换器的支腿(leg)中的至少一对功率开关，所述至少一对功率开关提供上分支功率开关和下分支功率开关，并且所述半桥功率转换器包括用于所述上分支功率开关的第一栅极控制电路和用于所述下分支功率开关的第二栅极控制电路，其特征在于，所述切换方法包括以下步骤：
[0013]‑
在切换所述一对功率开关期间，感测所述上分支中的电流导数和所述下分支中电流导数，以提供与所述上功率开关中的功率电流的电流导数成正比的第一信号和与所述下功率开关中的功率电流的电流导数成正比的第二信号
[0014]‑
对所述第一信号和所述第二信号求和以提供求和后的电流导数信号以及
[0015]‑
将所述求和后的电流导数信号与所述第一栅极控制电路的功率开关命令信号和所述第二栅极控制电路的功率开关命令信号相加，使得求和后的导数信号调制所述栅极控制电路的栅极换向信号，从而通过减慢所述一对功率开关中的较快功率开关的换向，同时加速所述一对功率开关中的较慢开关的换向来均衡两个功率开关中的电流变化。
[0016]这种方法允许减少换向死区时间，并且允许在这种换向中控制电流过冲(current overshoot)。
[0017]在实现模式中：
[0018]该方法可以包括在将所述求和后的电流导数信号与功率开关命令信号相加之前放大所述求和后的电流导数信号。
[0019]可以利用单独的第一上传感器和第二上传感器来感测所述上分支中的电流导数，并且可以利用单独的第一下传感器和第二下传感器来感测该下分支中的电流导数，以提供与所述第一栅极控制电路的开关命令信号相加的第一求和后的电流导数信号、以及与所述第二栅极控制电路的开关命令信号相加的第二求和后的电流导数信号。
[0020]这允许分支的命令电路的传感器彼此隔离。
[0021]所述方法可以包括使所述第一求和后的电流导数参照所述上分支功率开关的下端的电压，并使所述第二求和后的电流导数参照所述下分支功率开关的下端的电压。需要具有浮动电源的上分支命令电路，因为Mosfet开关的源极或上分支的双极开关的发射极处于取决于切换状态的可变电压。
[0022]本专利技术还涉及一种半桥功率转换器，该半桥功率转换器包括：转换器的上分支上的上功率开关，所述上功率开关由第一栅极控制驱动器驱动；以及转换器的下分支上的下
功率开关，所述下功率开关由第二栅极控制驱动器驱动，其中，所述栅极控制驱动器均包括用于实现本公开的切换方法的电子电路，其中，所述电子电路对于所述上开关和下开关中的每个都包括在所述上分支上提供第一电流导数信号的至少第一电流导数传感器、在所述下分支上提供第二电流导数信号的至少第二电流导数传感器；调制和调节电路，其用于相加和放大所述第一电流导数信号和第二电流导数信号，以提供放大的求和后的导数信号；以及加法器，其用于将所述导数信号与所述第一栅极驱动器和所述第二栅极驱动器的命令信号相加。
[0023]这种配置在换向期间提供开关的闭环控制，其不会影响开关在换向外的接通或断开状态。
[0024]所述调制和调节电路可以通过电源供电，电源的中点是指电源作用于的功率开关的下端电压。
[0025]这为每个电路提供独立的电源。
[0026]每个所述调制和调节电路都位于每个功率开关的栅极控制驱动器的预驱动器电路部分之后和栅极缓冲器之前。
[0027]所述电流导数传感器可以用罗戈夫斯基线圈(Rogowski coil)制成。
[0028]罗戈夫斯基线圈与分支导体隔离，并且提供足够的感测电流导数的信号。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半桥功率转换器的切换方法，所述半桥功率转换器包括在所述转换器的支腿中的至少一对功率开关，所述半桥功率转换器提供上分支功率开关和下分支功率开关，并且所述半桥功率转换器包括用于所述上分支功率开关的第一栅极控制电路和用于所述下分支功率开关的第二栅极控制电路，其特征在于，所述切换方法包括以下步骤：
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在切换所述一对功率开关期间，感测所述上分支中的电流导数和所述下分支中的电流导数，以提供与上功率开关中的功率电流的电流导数成正比的第一信号和与下功率开关中的功率电流的电流导数成正比的第二信号
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对所述第一信号和所述第二信号求和，以提供求和后的电流导数信号以及
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将所述求和后的电流导数信号与所述第一栅极控制电路的功率开关命令信号和所述第二栅极控制电路的功率开关命令信号相加，使得求和后的导数信号调制所述栅极控制电路的栅极换向信号，以便通过减慢所述一对功率开关中的较快功率开关的换向，同时加速所述一对功率开关中的较慢开关的换向，来均衡两个功率开关中的电流变化，从而减小换向的死区时间并且控制开关中的电流过冲。2.根据权利要求1所述的半桥功率转换器的切换方法，其中，所述切换方法包括以下步骤：在将所述求和后的电流导数信号与所述功率开关命令信号相加之前，放大所述求和后的电流导数信号。3.根据权利要求1或2所述的用于至少一对功率开关的切换方法，其中，感测所述上分支中的电流导数是利用单独的第一上传感器和第二上传感器完成的，并且感测所述下分支中的电流导数是利用单独的第一下传感器和第二下传感器完成的，以提供与所述第一栅极控制电路的所述开关命令信号相加的第一求和后的电流导数信号和与所述第二栅极控制电路的所述开关命令信号相加的第二求和后的电流导数信号。4.根据权利要求3所述的用于至少一对功率开关的切换方法，其中，所述切换方法包括以下步骤：使所述第一求和后的电流导数参照所述上分支功率开关的下端的电压，并且使所述第二求和后的电流导数参照所述下分支功率开关的下端的电压。5.一种半桥功率转换器，所述半桥功率转换器包括所述转换器的上分支上的上功率开关和所述转换器的下分支上的下功率开关，所述上功率开关由第一栅...
【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：
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