[发明专利]栅极控制电路、功率模块和相关联的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于在故障发生时控制主电路的电流的功率开关的控制。

背景技术

如技术领域中熟知的一样，如果一个或多个单独的功率开关（例如，绝缘栅双极晶体管，IGBT）发生故障，则短路故障模式(SCFM)提供功率开关模块的可预测行为。只要一般与包含故障功率开关的IGBT模块串联连接的足够数量的其它功率开关模块可操作，应用便仍能够运行。这能够继续，直至替换或修复故障功率开关或功率开关模块。

能够提供栅极单元，以便基于提供到功率模块的控制信号，提供适合的信号到功率开关。

栅极单元能够从主电路供电，并且能够具有功率开关位置暂时在非导通状态时继续为栅极单元供电的组件。然而，短路故障功率开关最终将导致栅极单元的功率关闭，使得难以或不可能控制剩余运转正常的功率开关。

发明内容

目的是在栅极单元从主电路供电的情况下，提供实现用于功率模块的短路故障模式的健壮方式。

根据第一方面，介绍了一种栅极控制电路，包括：主栅极单元，其布置成经多个主栅极单元输出供应栅极信号到多个功率开关的相应栅极以用于控制主电流；以及辅助栅极单元，包括用于将输入光功率转换成辅助电栅极信号的光功率转换器。辅助栅极单元布置成在多个功率开关之一中发生故障时，提供辅助电栅极信号到还在操作中的多个功率开关的任何一个的相应栅极。通过从光功率为辅助栅极单元供电，确保了短路故障模式独立于主电路用于剩余的操作的功率开关。只要光功率的源在运转，这便能够在长时间期内继续，例如，直至故障的功率开关能够被替换。

辅助栅极单元可包括在光功率转换器与用于多个功率开关的每个的相应输出之间提供的多个辅助栅极单元电阻器，其中，多个辅助栅极单元电阻器中的每个辅助栅极单元电阻器大到足以保持操作功率开关的栅极电压，使得相应操作功率开关导通。这防止了故障功率开关收集来自光功率的所有功率，以便能够提供足够的电压到要设在导通状态中的剩余的操作的功率开关。

主栅极单元可还包括分别连接到每个主栅极单元输出的多个主栅极单元电阻器，其中，每个主栅极单元电阻器的电阻大大低于每个辅助栅极单元电阻器的电阻。这允许用于主栅极单元驱动器的快速响应及辅助栅极单元驱动器的持续连接。

主栅极单元可包括布置成相互断开多个主栅极单元输出的多个输出开关。具体而言，在从主栅极单元到每个栅极存在低电阻的情况下，这阻止故障功率开关压低剩余的操作的功率开关的电压。

输出开关可分别包括布置成在主栅极单元变得无功率时变为非导通的晶体管。这样，设置输出开关在阻断状态的控制信号变得是可选的。

辅助栅极单元可包括可由控制器选择性地操作用于使辅助栅极单元提供辅助电栅极信号到还在操作中的多个功率开关的任何一个的控制开关。

辅助栅极单元可包括连接到光功率转换器的电容器。电容器降低了来自光功率转换器的电压的临时变化。

第二方面是一种功率模块，包括：根据第一方面的栅极控制电路；以及连接到栅极控制电路的多个功率开关。

多个功率开关的每个功率开关可包括绝缘栅双极晶体管。

第三方面是一种在栅极控制电路中执行的方法，栅极控制电路包括：主栅极单元，布置成经多个主栅极单元输出供应栅极信号到多个功率开关的相应栅极以用于控制主电路的电流；以及辅助栅极单元，包括用于将输入光功率转换成辅助电栅极信号的光功率转换器。方法包括以下步骤：在多个功率开关之一中发生故障时，提供辅助电栅极信号到还在操作中的多个功率开关的任何功率开关的相应栅极。

要注意的是，在适合时，第一、第二或第三方面的任何特征可应用到这些方面的任何其它。

描述和权利要求中的“多个”一词要理解为表示“不止一个”。

通常，除非在本文中另有明确定义，否则，在权利要求中使用的所有术语可根据在技术领域中其普通含意理解。除非另有明确说明，否则，对“一/一个/该元素、设备、组件、部件、步骤等”的所有引用要以开放方式理解为指元素、设备、组件、部件、步骤等的至少一个实例。除非明确说明，否则，本文中公开的任何方法的步骤不必按公开的确切顺序执行。

附图说明

现在将通过示例，参照附图描述本发明，其中：

图1A-B是示出能够应用本发明的实施例的环境的示意图；

图2A是示出在所有功率开关可操作时图1A和1B的功率模块之一的组件和接口的示意图；

图2B是示出在功率开关之一已发生故障时图1A和1B的功率模块之一的组件和接口的示意图；