[发明专利]用于功率变换器的栅极驱动器

说明书

提供了一种用于功率变换器的栅极驱动器，其中所述栅极驱动器包括低侧电路以及耦合到低侧电路的高侧电路，其中所述高侧电路包括检测电路，所述检测电路被适配成提供指示低侧电路的故障条件的误差信号。

技术领域

本发明涉及用于功率变换器的栅极驱动器的领域，具体地涉及用于具有多个功率变换器模块的功率变换器的栅极驱动器。此外，本发明涉及包括栅极驱动器的功率变换器。此外，本发明涉及操作栅极驱动器的方法。

背景技术

多兆瓦功率的电子变换器通常采用使用以软并联相连接的多个逆变器模块的模块化方法。在这样的系统中，每个模块的输出经由平衡电抗器（reactor）而连接到共同的负载。平衡电抗器的主要目的是适应不可避免的定时和逆变器模块之间的电压差，并且然后提供通过其而在逆变器模块之间实现有功电流平衡的设施的重要部分。

图1示意性地示出风力涡轮机100的电气系统。风力涡轮机的叶片101耦合到发电机102，所述发电机102经由发电机电路断路器（GCB）103而耦合到电气系统。所述电气系统包括多个平衡电抗器104，其耦合到GCB并且被用于将发电机所生成的功率转向到并联连接的多个逆变器或功率变换器模块105中以便例如在若干兆瓦的范围中的高功率输出可以由风力涡轮机的电气系统进行处理。只在图1中示意性地描绘了功率变换器并且每一个包括发电机桥106、电压钳107和网络桥108。逆变器或功率变换器的输出耦合到另外的平衡电抗器109，所述平衡电抗器109用于执行不可避免的定时并处理逆变器模块之间的电压差。所述另外的平衡电抗器的输出经由感应性装置（LN）111而连接到网络电路断路器（NCB）110和脉冲宽度调制滤波器（PWM）112。NCB的输出继而耦合到风力涡轮机变压器113并且经由用于网络的自保护的另外的电路断路器（MVCN）114而耦合到用于传导风力场的生成的电功率的风力场收集器网络115。

此外，所述电气系统包括风力涡轮机控制器116和控制器117，这二者用于控制逆变器或功率变换器模块。

在典型的LV功率变换器中，以接地电位而操作的控制器生成开启和关断命令信号以用于平衡电抗器的每个绝缘栅双极型晶体管（IGBT）栅极。IGBT栅极以自接地电位数百伏特的电位而操作并且因此低电压命令信号必须从IGBT栅极电位电流隔离。该信号调节和隔离由栅极驱动电路或栅极驱动器执行。栅极驱动电路板具有“低侧”电路，其通过使用脉冲变压器而向和自“高侧”电路传输信号。

对于某些内部组件故障条件，来自控制器的IGBT关断信号不能经由脉冲变压器传输到高侧以便关断平衡电抗器的IGBT。这表示IGBT的导通状态的控制的暂时失去，这可能导致功率变换器或逆变器的故障。

因而，可能存在以下需要：提供一种方法，其可以避免或至少降低这样的控制失去的概率。

发明内容

该需要可以由根据独立权利要求的主题来满足。由从属权利要求来描述有利实施例。

根据示例性方面，提供了用于功率变换器的栅极驱动器，其中所述栅极驱动器包括低侧电路和耦合到低侧电路的高侧电路，其中所述高侧电路包括检测电路，所述检测电路被适配成提供指示低侧电路的故障条件的误差信号。

特别地，低侧电路和高侧电路可以通过耦合元件而耦合到彼此，所述耦合元件被适配成传输例如电信号或光学信号这样的信号，和/或传输AC电流但是阻断DC电流。

因而，低侧电路和高侧电路可以关于DC电流而与彼此隔离。例如，所述耦合元件可以是变压器或电容器。然而，所述耦合元件可以是光纤或光耦合器，这二者都适合于传输信号但是阻断电流。

应当注意的是，术语“栅极驱动器”不受限于被适配成驱动晶体管的栅极的设备而是必须在更广的意义上来理解。特别地，被适配成或适合于通过将驱动、控制或切换信号提供到切换元件的输入端子来驱动或控制切换元件的任何设备可以被视为栅极驱动器。