本發(fā)明涉及IGBT溫度控制技術(shù)，尤其涉及一種并聯(lián)IGBT溫度控制裝置以及相應(yīng)的并聯(lián)IGBT溫度控制方法。

背景技術(shù)：

隨著功率電子技術(shù)的發(fā)展，單個(gè)IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)的電流水平持續(xù)提升，但仍無(wú)法滿足大容量變頻器的需求?？紤]到IGBT的可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及其他因素，選擇最高等級(jí)的IGBT有時(shí)并非是最佳解決方案。較佳的方法是使用多個(gè)IGBT并聯(lián)技術(shù)來(lái)滿足單個(gè)變頻器的電流要求。

IGBT的溫度是并聯(lián)IGBT使用過(guò)程中的重要因素。以下幾個(gè)因素會(huì)造成并聯(lián)IGBT的不平衡高溫：

1.IGBT自身參數(shù)的差異；

2.外部電路參數(shù)的不同；

3.IGBT散熱條件的不同。

并聯(lián)IGBT的這種不平衡高溫限制了IGBT的輸出電流，并且影響IGBT的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)均流。因此，如何控制IGBT溫度成為IGBT并聯(lián)技術(shù)領(lǐng)域中的一個(gè)非常重要的研究方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種并聯(lián)IGBT溫度控制裝置以及相應(yīng)的并聯(lián)IGBT溫度控制方法。特別是，本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)IGBT的正向柵極電壓使得并聯(lián)IGBT的溫度得以平衡。本發(fā)明的基本概念在于：IGBT的正向柵極電壓可以影響IGBT的集電極-發(fā)射極電壓降，進(jìn)而影響IGBT的殼溫。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種并聯(lián)IGBT溫度控制裝置，包括：

至少兩個(gè)IGBT，所述至少兩個(gè)IGBT彼此并聯(lián)；

溫度傳感器，監(jiān)測(cè)所述至少兩個(gè)IGBT中的每一個(gè)的殼溫；

驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接至所述IGBT的柵極；

控制單元，與所述溫度傳感器和所述驅(qū)動(dòng)電路連接，其中所述控制單元根據(jù)所述殼溫向所述驅(qū)動(dòng)電路輸出控制信號(hào)，以使所述驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)所述控制信號(hào)調(diào)節(jié)輸出至與所述驅(qū)動(dòng)電路的輸出端相連接的IGBT的正向柵極電壓。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在上述的并聯(lián)IGBT溫度控制裝置中，每一個(gè)IGBT都具有一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路以及一個(gè)用于監(jiān)測(cè)其殼溫的溫度傳感器。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在上述的并聯(lián)IGBT溫度控制裝置中，所述控制單元從所有溫度傳感器接收每一個(gè)IGBT的殼溫，計(jì)算所有IGBT的平均殼溫作為基準(zhǔn)值，并根據(jù)每一個(gè)IGBT的殼溫和所述基準(zhǔn)值的偏差，向該每一個(gè)IGBT的驅(qū)動(dòng)電路輸出針對(duì)該IGBT的控制信號(hào)，所述控制信號(hào)用于調(diào)節(jié)該每一個(gè)IGBT的正向柵極電壓。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在上述的并聯(lián)IGBT溫度控制裝置中，所述控制單元還向所述驅(qū)動(dòng)電路輸出用于導(dǎo)通或關(guān)斷所述IGBT的IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在上述的并聯(lián)IGBT溫度控制裝置中，所述控制單元在同一時(shí)間向每一個(gè)IGBT的驅(qū)動(dòng)電路輸出相同的IGBT驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在上述的并聯(lián)IGBT溫度控制裝置中，所述驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)一步包括：

正向電壓調(diào)節(jié)電路，連接至所述控制單元以接收所述控制信號(hào)；

驅(qū)動(dòng)輸出電路，與所述正向電壓調(diào)節(jié)電路和所述控制單元相連接，其中，所述驅(qū)動(dòng)輸出電路接收來(lái)自所述控制單元的IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及來(lái)自所述正向電壓調(diào)節(jié)電路的輸出，然后輸出至所述IGBT的柵極。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在上述的并聯(lián)IGBT溫度控制裝置中，所述正向柵極電壓用于控制所述IGBT的殼溫，

其中，當(dāng)一個(gè)IGBT的殼溫大于所述基準(zhǔn)值時(shí)，所述控制單元輸出用于升高該IGBT的正向柵極電壓的控制信號(hào)至所述驅(qū)動(dòng)電路；

其中，當(dāng)一個(gè)IGBT的殼溫小于所述基準(zhǔn)值時(shí)，所述控制單元輸出用于降低該IGBT的正向柵極電壓的控制信號(hào)至所述驅(qū)動(dòng)電路。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在上述的并聯(lián)IGBT溫度控制裝置中，所述溫度傳感器設(shè)置于所述IGBT的中心部位。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種并聯(lián)IGBT溫度控制方法，適用于彼此并聯(lián)的至少兩個(gè)IGBT，包括：

監(jiān)測(cè)所述至少兩個(gè)IGBT中的每一個(gè)的殼溫；

根據(jù)所述殼溫調(diào)節(jié)輸出至IGBT的正向柵極電壓。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在上述的并聯(lián)IGBT溫度控制方法中，所述根據(jù)所述殼溫調(diào)節(jié)輸出至IGBT的正向柵極電壓的步驟進(jìn)一步包括：

計(jì)算所有IGBT的平均殼溫作為基準(zhǔn)值；

當(dāng)一個(gè)IGBT的殼溫大于所述基準(zhǔn)值時(shí)，升高該IGBT的正向柵極電壓；

當(dāng)一個(gè)IGBT的殼溫小于所述基準(zhǔn)值時(shí)，降低該IGBT的正向柵極電壓。

應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明以上的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都是示例性和說(shuō)明性的，并且旨在為如權(quán)利要求所述的本發(fā)明提供進(jìn)一步的解釋。

附圖說(shuō)明

包括附圖是為提供對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步的理解，它們被收錄并構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并與本說(shuō)明書一起起到解釋本發(fā)明原理的作用。附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的并聯(lián)IGBT溫度控制裝置的電路框圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)電路的電路框圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的并聯(lián)IGBT溫度控制方法的流程圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的并聯(lián)IGBT溫度控制方法的流程圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：

1 并聯(lián)IGBT溫度控制裝置

2 IGBT

3 溫度傳感器

4 驅(qū)動(dòng)電路

5 控制單元

6 正向電壓調(diào)節(jié)電路

7 驅(qū)動(dòng)輸出電路

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將詳細(xì)參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例?，F(xiàn)在將詳細(xì)參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其示例在附圖中示出。在任何可能的情況下，在所有附圖中將使用相同的標(biāo)記來(lái)表示相同或相似的部分。此外，盡管本發(fā)明中所使用的術(shù)語(yǔ)是從公知公用的術(shù)語(yǔ)中選擇的，但是本發(fā)明說(shuō)明書中所提及的一些術(shù)語(yǔ)可能是申請(qǐng)人按他或她的判斷來(lái)選擇的，其詳細(xì)含義在本文的描述的相關(guān)部分中說(shuō)明。此外，要求不僅僅通過(guò)所使用的實(shí)際術(shù)語(yǔ)，而是還要通過(guò)每個(gè)術(shù)語(yǔ)所蘊(yùn)含的意義來(lái)理解本發(fā)明。

參考圖1和圖2來(lái)更詳細(xì)地討論本發(fā)明的基本原理和優(yōu)選實(shí)施例。如圖所示，本發(fā)明的并聯(lián)IGBT溫度控制裝置1主要包括：IGBT 2、溫度傳感器3、驅(qū)動(dòng)電路4和控制單元5。

如圖1所示，至少兩個(gè)IGBT 2彼此并聯(lián)，以滿足較高電流的要求。

溫度傳感器3設(shè)置于IGBT 2處，例如每個(gè)IGBT 2的中心部位處，用以監(jiān)測(cè)每一個(gè)IGBT 2的殼溫。作為一個(gè)示例，可以在每一個(gè)IGBT 2處分別設(shè)置一個(gè)溫度傳感器3，如圖1所示的實(shí)施例那樣。或者，某些半橋模塊內(nèi)包含上下兩個(gè)IGBT，在這種半橋模塊中設(shè)置一個(gè)溫度傳感器也可以同時(shí)測(cè)量到這上下兩個(gè)IGBT的溫度。因此，本發(fā)明的溫度傳感器3的數(shù)量并非必須同IGBT 2的數(shù)量保持一致，只需要確保能監(jiān)測(cè)到每一個(gè)IGBT 2的殼溫既可。

此外，驅(qū)動(dòng)電路4的輸出端連接至IGBT 2的柵極，用以調(diào)節(jié)該IGBT 2的正向柵極電壓以及控制該IGBT 2的導(dǎo)通或關(guān)斷。

控制單元5與溫度傳感器3和驅(qū)動(dòng)電路4連接。控制單元5首先接收來(lái)自溫度傳感器3的反饋(即監(jiān)測(cè)到的殼溫)，并可以根據(jù)殼溫向驅(qū)動(dòng)電路4輸出控制信號(hào)Vgiven，以使驅(qū)動(dòng)電路4根據(jù)該控制信號(hào)Vgiven調(diào)節(jié)輸出至與該驅(qū)動(dòng)電路4的輸出端相連接的IGBT 2的正向柵極電壓。

基于上述電路結(jié)構(gòu)，就可以調(diào)節(jié)IGBT 2的正向柵極電壓來(lái)調(diào)節(jié)IGBT 2的集電極-發(fā)射極電壓降，進(jìn)而調(diào)節(jié)IGBT 2的殼溫，最終使得并聯(lián)IGBT的溫度實(shí)現(xiàn)平衡。

在圖1所示的實(shí)施例中，每一個(gè)IGBT 2都具有一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路4以及一個(gè)用于監(jiān)測(cè)其殼溫的溫度傳感器3。這樣，控制單元5可以從所有溫度傳感器3接收每一個(gè)IGBT 2的殼溫，計(jì)算出所有IGBT 2的平均殼溫作為基準(zhǔn)值，并根據(jù)每一個(gè)IGBT 2的殼溫和上述基準(zhǔn)值的偏差，向該每一個(gè)IGBT 2的驅(qū)動(dòng)電路4輸出針對(duì)該IGBT 2的控制信號(hào)Vgiven，控制信號(hào)Vgiven用于調(diào)節(jié)該每一個(gè)IGBT 2的正向柵極電壓。如此為每一個(gè)IGBT 2建立一個(gè)閉環(huán)控制。

例如，當(dāng)某一個(gè)IGBT 2的殼溫大于基準(zhǔn)值時(shí)，控制單元5輸出用于升高該IGBT 2的正向柵極電壓的控制信號(hào)Vgiven至驅(qū)動(dòng)電路4；而，當(dāng)一個(gè)IGBT 2的殼溫小于基準(zhǔn)值時(shí)，控制單元5輸出用于降低該IGBT 2的正向柵極電壓的控制信號(hào)Vgiven至驅(qū)動(dòng)電路4。因?yàn)?，IGBT 2的正向柵極電壓越低，則在給定電流下該IGBT 2的集電極-發(fā)射極電壓降越高，反之亦然。假定IGBT的導(dǎo)通階段期間的電流是恒定的，則以下等式可用于計(jì)算導(dǎo)通損耗Pcon：Pcon＝Uce*Ic，其中Uce是集電極-發(fā)射極電壓降且Ic是上述恒定的電流。此外，通過(guò)調(diào)節(jié)IGBT的正向柵極電壓還可以改變IGBT的開關(guān)損耗，但該影響非常小，可以忽略。

此外，控制單元5還可以向驅(qū)動(dòng)電路4輸出用于導(dǎo)通或關(guān)斷IGBT的IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)(IGBT drive signal)。轉(zhuǎn)到圖2，驅(qū)動(dòng)電路4可以進(jìn)一步包括：正向電壓調(diào)節(jié)電路6和驅(qū)動(dòng)輸出電路7。正向電壓調(diào)節(jié)電路6連接至控制單元5以接收控制信號(hào)Vgiven。驅(qū)動(dòng)輸出電路7與正向電壓調(diào)節(jié)電路6和控制單元5分別連接。該驅(qū)動(dòng)輸出電路7接收來(lái)自控制單元5的IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)(IGBT drive signal)以及來(lái)自正向電壓調(diào)節(jié)電路6的輸出，然后一并輸出至IGBT 2的柵極。例如，控制單元5在同一時(shí)間向每一個(gè)IGBT 2的驅(qū)動(dòng)電路4輸出的IGBT驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)可以是相同的，但同一時(shí)間輸出的控制信號(hào)Vgiven則因上述偏差的不同而彼此不同。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的并聯(lián)IGBT溫度控制方法的流程圖。該并聯(lián)IGBT溫度控制方法適用于彼此并聯(lián)的至少兩個(gè)IGBT，并可以包括以下步驟：

S1：監(jiān)測(cè)至少兩個(gè)IGBT中的每一個(gè)的殼溫；

S2：根據(jù)殼溫調(diào)節(jié)輸出至IGBT的正向柵極電壓。

更具體的，在圖4所示的實(shí)施例中，步驟S2可以進(jìn)一步包括：

S2-1：計(jì)算所有IGBT的平均殼溫作為基準(zhǔn)值；

S2-2：當(dāng)一個(gè)IGBT的殼溫大于基準(zhǔn)值時(shí)，升高該IGBT的正向柵極電壓；

S2-3：當(dāng)一個(gè)IGBT的殼溫小于基準(zhǔn)值時(shí)，降低該IGBT的正向柵極電壓。

綜上，本發(fā)明所提出的并聯(lián)IGBT溫度控制裝置和方法至少具備以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

1)本發(fā)明易于使并聯(lián)IGBT的溫度平衡，從而提升并聯(lián)IGBT電路的可靠性；

2)與現(xiàn)有技術(shù)的其他解決方案相比，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)成本更低；

3)采用本發(fā)明的變頻器易于獲得更高的性能。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可顯見，可對(duì)本發(fā)明的上述示例性實(shí)施例進(jìn)行各種修改和變型而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。因此，旨在使本發(fā)明覆蓋落在所附權(quán)利要求書及其等效技術(shù)方案范圍內(nèi)的對(duì)本發(fā)明的修改和變型。