半導(dǎo)體器件控制中的改進(jìn)可靠性的制作方法
【專利摘要】半導(dǎo)體器件的柵控裝置(30)包括：至少一個(gè)電源模塊(42、46)；至少一個(gè)光學(xué)通信接口(40、44)，用于從兩個(gè)閥門控制單元(36、38)接收光信號(hào)(OS1、OS2)并且將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)以提供給對(duì)應(yīng)電源模塊(42、46)，其中在正常操作模式中，一個(gè)閥門控制單元是活動(dòng)閥門控制單元，而另一個(gè)是備用閥門控制單元，其中活動(dòng)單元的光信號(hào)激勵(lì)柵控裝置并且為半導(dǎo)體器件提供控制數(shù)據(jù)；半導(dǎo)體器件控制模塊(52)和可靠性控制模塊(50)，其執(zhí)行活動(dòng)閥門控制單元的選擇。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體器件控制中的改進(jìn)可靠性
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的控制。更具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及用于操作柵控裝置的方法、柵控裝置以及半導(dǎo)體器件的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]直流(DC)輸電系統(tǒng)對(duì)于在各種情況中的使用是有意義的，例如在通過長(zhǎng)距離傳遞電功率時(shí)。
[0003]在這些系統(tǒng)中，為了安全措施，例如為了能夠在故障、例如接地故障的情況下中斷電力線中的電流，必須提供DC斷路器。
[0004]這種DC斷路器在許多情況下將包括一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件，例如采取使用柵控裝置和一個(gè)或多個(gè)閥門控制單元來(lái)控制的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的形式。
[0005]此外，一些DC系統(tǒng)可被提供以用于覆蓋長(zhǎng)距離，并且還可在諸如高于500 kV之類、例如在500 - 1200 kV的范圍中的高電壓下提供。這還表示DC斷路器將放置在高電位。
[0006]半導(dǎo)體器件在這里可由控制系統(tǒng)(其包括閥門控制單元和柵控裝置)來(lái)控制。高電位引起柵控裝置的電流隔離的問題，以便能夠操作這些高電壓。隔離通常將要求大變壓器，其既笨重并且昂貴。
[0007]解決這個(gè)問題的一種方式是通過使用光控制信號(hào)。這些光信號(hào)可提供給柵控裝置，柵控裝置又執(zhí)行半導(dǎo)體器件的控制。這樣，解決高電壓下的控制信號(hào)的電流隔離的問題，而無(wú)需借助于變壓器。
[0008]在多個(gè)文獻(xiàn)中描述了光控制信號(hào)。
[0009]一個(gè)示例在US 7239535中給出，其描述經(jīng)由光纖連接到一個(gè)中央閥門控制裝置的柵控裝置。閥門控制裝置還描述為與柵控裝置在電流上分隔。
[0010]JP 62-131755描述來(lái)自啟動(dòng)信號(hào)發(fā)生器的啟動(dòng)信號(hào)和其它信號(hào)如何組合在光導(dǎo)中并且提供給晶閘管。光導(dǎo)中的信號(hào)還提供給啟動(dòng)信號(hào)開關(guān)電路的光檢測(cè)器。
[0011]JP 59-209066描述經(jīng)由光纖連接到柵極電路的雙啟動(dòng)裝置。各啟動(dòng)電路連接到對(duì)應(yīng)柵極電路。
[0012]US 5629869描述智能斷路器，其中斷路器控制單元能夠是冗余的，并且使用光纖電纜布線。
[0013]因此，這些文獻(xiàn)描述光纖用于相對(duì)于半導(dǎo)體器件的控制來(lái)傳送控制信號(hào)。
[0014]但是，也將光信號(hào)用于能量供應(yīng)則也可以是感興趣的。
[0015]但是，為了能夠這樣做，激光源、例如激光二極管必須用于代替發(fā)光二極管(LED)。由于所需的功率，這些激光源的可靠性則也將成需要得到解決的問題。
[0016]此外，當(dāng)柵控裝置在光學(xué)上從閥門控制單元來(lái)供電時(shí)，可靠性變得重要。與LED或者用于控制HVDC轉(zhuǎn)換器的低功率垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)的可靠性相比，閥門控制單元中的激光源的可靠性通常更低。[0017]當(dāng)今，維護(hù)周期長(zhǎng)大約為一年。因此對(duì)這些周期進(jìn)行延長(zhǎng)是感興趣的。
[0018]本發(fā)明涉及解決處置將光學(xué)光用作功率源和控制信號(hào)源兩者的半導(dǎo)體器件的控制系統(tǒng)中的可靠性的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]本發(fā)明針對(duì)處置與半導(dǎo)體器件的控制系統(tǒng)中的柵控裝置有關(guān)的可靠性，其中柵控裝置將光學(xué)光用作功率源和控制信號(hào)源兩者。
[0020]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種操作半導(dǎo)體器件的控制系統(tǒng)中的半導(dǎo)體器件的柵控裝置、以便增強(qiáng)控制系統(tǒng)的可靠性的方法。
[0021]按照本發(fā)明的第一方面，這個(gè)目的通過一種用于操作半導(dǎo)體器件的柵控裝置的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，柵控裝置連接到第一和第二閥門控制單元，其中在正常操作模式中，一個(gè)閥門控制單元是活動(dòng)閥門控制單元，而另一閥門控制單元是備用閥門控制單元，以及活動(dòng)閥門控制單元提供用于激勵(lì)柵控裝置并且提供用于控制半導(dǎo)體器件的數(shù)據(jù)的光信號(hào)，該方法在柵控裝置中執(zhí)行，并且包括下列步驟:
在第一閥門控制單元活動(dòng)時(shí)從第一閥門控制單元接收第一光信號(hào)，
在第二閥門控制單元活動(dòng)時(shí)從第二閥門控制單元接收第二光信號(hào)，
執(zhí)行活動(dòng)閥門控制單元的選擇，以及
將第一和第二光信號(hào)中的能量用于為柵控裝置供電。
[0022]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供半導(dǎo)體器件的控制系統(tǒng)中的柵控裝置，其增強(qiáng)控制系統(tǒng)的可靠性。
[0023]按照本發(fā)明的第二方面，這個(gè)目的通過半導(dǎo)體器件的柵控裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，其包括: 至少一個(gè)電源模塊，
用于從兩個(gè)閥門控制單元接收光信號(hào)的至少一個(gè)光學(xué)通信接口，其中在閥門控制單元的正常操作模式中，一個(gè)閥門控制單元是活動(dòng)閥門控制單元，而另一閥門控制單元是備用閥門控制單元，以及活動(dòng)閥門控制單元提供用于激勵(lì)柵控裝置并且提供用于控制半導(dǎo)體器件的數(shù)據(jù)的光信號(hào)，所述至少一個(gè)光學(xué)接口還配置成將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)以提供給為柵控裝置供電的對(duì)應(yīng)電源模塊，
半導(dǎo)體器件控制模塊，用于控制半導(dǎo)體器件，以及 可靠性控制模塊，配置成執(zhí)行活動(dòng)閥門控制單元的選擇。
[0024]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供至少一個(gè)半導(dǎo)體器件的控制系統(tǒng)，其具有增強(qiáng)可靠性。
[0025]按照本發(fā)明的第三方面，這個(gè)目的通過至少一個(gè)半導(dǎo)體器件的控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其包括:
第一閥門控制單元，配置成提供第一光信號(hào)，
第二閥門控制單元，配置成提供第二光信號(hào)，
第一柵控裝置，包括 至少一個(gè)電源模塊，
用于從所述兩個(gè)閥門控制單元接收所述光信號(hào)的至少一個(gè)光學(xué)通信接口，其中在閥門控制單元的正常操作模式中，一個(gè)閥門控制單元是活動(dòng)閥門控制單元，而另一閥門控制單元是備用閥門控制單元，以及活動(dòng)閥門控制單元提供用于激勵(lì)柵控裝置并且提供用于控制半導(dǎo)體器件的數(shù)據(jù)的光信號(hào)，所述至少一個(gè)光學(xué)接口還配置成將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)以提供給為柵控裝置供電的對(duì)應(yīng)電源模塊，
半導(dǎo)體器件控制模塊，用于控制第一半導(dǎo)體器件，以及 可靠性控制模塊，配置成執(zhí)行活動(dòng)閥門控制單元的選擇。
[0026]本發(fā)明具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。通過柵控裝置選擇活動(dòng)閥門控制單元，省去閥門控制單元的中央選擇功能和兩個(gè)閥門控制單元之間的相互通信的需要。這還簡(jiǎn)化閥門控制單元的設(shè)計(jì)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]下面將參照附圖來(lái)描述本發(fā)明，其中:
圖1示意示出DC輸電系統(tǒng)，該DC輸電系統(tǒng)還包括轉(zhuǎn)換器、DC電力線以及DC斷路器、柵控裝置和本地控制系統(tǒng)，
圖2示意示出DC輸電系統(tǒng)中的簡(jiǎn)化DC斷路器，
圖3示意示出按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的控制系統(tǒng)的一部分，
圖4示意示出用于操作圖3所示控制系統(tǒng)的部分中的柵控裝置的方法的流程圖，以及 圖5示意示出按照本發(fā)明的第二實(shí)施例的冗余半導(dǎo)體器件的控制系統(tǒng)的一部分。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面將給出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述。
[0029]圖1示出簡(jiǎn)化直流(DC)輸電系統(tǒng)10的單線圖。輸電系統(tǒng)可有利地是工作在高于500 kV、例如在500 - 1200 kV的范圍中、以及有利地在800 - 1200 kV的范圍中的高壓直流(HVDC)系統(tǒng)。在這里，存在第一轉(zhuǎn)換器12，其具有供連接到第一 AC電力線(未示出)的交流(AC)側(cè)和連接到第一 DC電力線20以及連接到第二 DC電力線22的DC側(cè)。提供第一轉(zhuǎn)換器12以用于在AC與DC之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。還存在第二轉(zhuǎn)換器14，其在AC與DC之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并且具有連接到第二 AC電力線(未示出)的AC側(cè)和連接到第二 DC電力線22以及連接到第三DC電力線24的DC側(cè)。還存在第三轉(zhuǎn)換器16，其在AC與DC之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并且具有連接到第三AC電力線(未示出)的AC側(cè)和連接到第一 DC電力線20以及連接到第四DC電力線26的DC側(cè)。此外，存在第四轉(zhuǎn)換器18，其用于在AC與DC之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并且具有連接到第四AC電力線(未示出)的AC側(cè)和連接到第三DC電力線24以及連接到第四DC電力線26的DC側(cè)。此外，提供第一電力線20中的第一斷路器28，斷路器28包括第一半導(dǎo)體器件。最后，圖1示出本地控制系統(tǒng)32，其放置成與第一轉(zhuǎn)換器12相鄰，并且連接到第一柵控裝置30以控制斷路器28的第一半導(dǎo)體器件。此外，本地控制系統(tǒng)32與第一柵控裝置30之間的這個(gè)連接通過至少一個(gè)光纖34來(lái)提供。本地控制系統(tǒng)32和第一柵控裝置30共同形成斷路器28中的第一半導(dǎo)體器件的控制系統(tǒng)。
[0030]AC電力線在這里可在不同的AC輸電和/或配電系統(tǒng)中提供。DC輸電系統(tǒng)10又可稱作DC電網(wǎng)。轉(zhuǎn)換器在這里可以是電壓源轉(zhuǎn)換器。但是，它對(duì)于電流源轉(zhuǎn)換器也是可能的。
[0031]在這里應(yīng)當(dāng)知道，DC輸電系統(tǒng)能夠更為復(fù)雜，并且包括若干更多DC電力線，例如連接到各轉(zhuǎn)換器以用于提供雙極系統(tǒng)的兩個(gè)DC電力線。它還能夠包括較少電力線，例如一個(gè)。還應(yīng)當(dāng)知道，DC系統(tǒng)中可存在若干更多斷路器。圖1中僅存在一個(gè)斷路器，以便簡(jiǎn)化本發(fā)明的描述。如果存在更多斷路器，則當(dāng)然將存在更多柵控裝置以及也許還有本地控制系統(tǒng)。還可存在與DC輸電系統(tǒng)進(jìn)行接口連接的更多或更少轉(zhuǎn)換器。
[0032]圖2示意示出斷路器28的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。它包括與電子斷路器元件串聯(lián)的機(jī)械斷路器元件BR1。機(jī)械斷路器元件BRl例如可以是繼電器或者單極單擲開關(guān)。電子斷路器元件在這個(gè)示例中由一對(duì)半導(dǎo)體器件組成，其中一個(gè)是前面所述的第一半導(dǎo)體器件SCDl (其在這個(gè)示例中是高壓或功率半導(dǎo)體器件)，而另一個(gè)是第二半導(dǎo)體器件SCD2。各半導(dǎo)體器件SCDl和SCD2可以是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，其中源極和集電極連接在DC電力線的電流通路中。在這個(gè)示例中，還存在連接在集電極與發(fā)射極之間的反并聯(lián)二極管，以便提供沿相反主要電流方向的旁路。二極管的陽(yáng)極在這里連接到對(duì)應(yīng)半導(dǎo)體器件的集電極，而陰極連接到對(duì)應(yīng)半導(dǎo)體器件的發(fā)射極。如前所述，半導(dǎo)體器件SCDl和SCD2具有相反取向。這樣做以便能夠阻斷兩個(gè)不同的主要電流方向。這意味著，在這里，第一半導(dǎo)體器件S⑶I的發(fā)射極連接到第二半導(dǎo)體器件SCD2的發(fā)射極，而集電極彼此相背朝向。晶體管還各具有柵極，并且這個(gè)柵極應(yīng)該接收來(lái)自對(duì)應(yīng)柵控裝置的控制信號(hào)，其中第一半導(dǎo)體器件接收來(lái)自第一柵控裝置30的控制信號(hào)，以及第二半導(dǎo)體器件接收來(lái)自另一個(gè)柵控裝置的控制信號(hào)。
在斷路器28中，還存在與電子開關(guān)元件并聯(lián)、即與具有反并聯(lián)二極管的兩個(gè)半導(dǎo)體器件SCDl和SCD2并聯(lián)的過電壓保護(hù)元件。在這個(gè)示例中，這個(gè)元件是電涌放電器ZA、例如變阻器。
[0033]在這里應(yīng)當(dāng)知道，有可能并且也通常常見的是，在斷路器中存在相互串聯(lián)連接的更多這類功率半導(dǎo)體器件。所有這些則需要在柵極接收來(lái)自獨(dú)立柵控裝置的對(duì)應(yīng)控制信號(hào)。還應(yīng)當(dāng)知道，IGBT只是能夠在斷路器中使用的高壓半導(dǎo)體器件的一個(gè)示例。能夠使用的其它類型例如是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)、晶閘管、柵極可關(guān)斷晶閘管(GTO)和集成柵極換流晶閘管(IGCT)。最后，應(yīng)當(dāng)知道，可省略反并聯(lián)二極管。這例如可在第一和第二半導(dǎo)體器件是以相反取向串聯(lián)的兩個(gè)反向?qū)蓶烹p極晶體管(RC-1GBT)時(shí)進(jìn)行。如果兩個(gè)反向阻斷集成柵雙極晶體管(RB-1GBT)反并聯(lián)連接，則也可省略反并聯(lián)二極管。
[0034]這種斷路器28的功能在于，在系統(tǒng)的正常操作中，機(jī)械和電子斷路器元件BRl和S⑶1、S⑶2均閉合。然后，如果檢測(cè)到故障、例如接地故障，則兩者將均必須斷開。在這種情況下，電子斷路器元件SCDl和SCD2首先斷開，之后有可能斷開機(jī)械斷路器元件BRl。
[0035]如前面所述，DC系統(tǒng)10通常工作在高電壓電平、例如800 kV - 1200 kV。在那些電壓下，存在的問題在于，柵控裝置必須對(duì)于高電壓電平在電流上隔離，這是費(fèi)用高并且也是成問題的。此外，當(dāng)使用串聯(lián)連接IGBT時(shí)，柵控裝置在不同電壓下使用。
[0036]本發(fā)明通過將控制信號(hào)作為光信號(hào)提供給柵控裝置，來(lái)解決這個(gè)問題。此外，這些光信號(hào)還用于激勵(lì)柵控裝置。這意味著，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓，該電壓還用作柵控裝置的供應(yīng)電壓。這具有提供柵控信號(hào)與系統(tǒng)的其余部分的電流隔離的優(yōu)點(diǎn)。
[0037]為了能夠這樣做，閥門控制單元的光源必須是激光器，例如激光二極管。此外，用于控制電子開關(guān)的信號(hào)(通常表示為啟動(dòng)脈沖(FP))還在這些激光器的低輸出功率級(jí)來(lái)提供。這意味著，沒有半導(dǎo)體器件控制信號(hào)在高輸出功率級(jí)來(lái)傳送。斷路器僅當(dāng)存在故障時(shí)才很少地開關(guān)。它通常使用通過短數(shù)據(jù)突發(fā)所形成的控制信號(hào)來(lái)開關(guān)。這樣，將在大多數(shù)時(shí)間提供高功率級(jí)。這還意味著，高電平將通常存在，并且足夠長(zhǎng)以用于實(shí)現(xiàn)對(duì)柵控裝置的供電。
[0038]圖3示意示出按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的第一半導(dǎo)體器件SCDl的控制系統(tǒng)的部分，以及在這里更具體地示出兩個(gè)閥門控制單元36和38，其在圖1所示的本地控制系統(tǒng)32中提供。這兩個(gè)閥門控制單元36和38與第一柵控裝置30進(jìn)行通信。通信在這里經(jīng)由提供I/O信道的專用光纖來(lái)提供，并且因此閥門控制單元36和38配備有用于傳送光信號(hào)的光學(xué)發(fā)射器以及用于接收光信號(hào)的光學(xué)接收器。發(fā)射器在這里通常是激光器、例如激光二極管，以及接收器是光電檢測(cè)器、例如光電二極管。光學(xué)發(fā)射器和光學(xué)接收器的組合也可被認(rèn)為是光學(xué)收發(fā)器。由于這個(gè)原因，按照這個(gè)第一實(shí)施例，第一柵控裝置30配備有用于與第一閥門控制單元36的光學(xué)收發(fā)器進(jìn)行通信的第一光學(xué)接口 40。在這個(gè)第一實(shí)施例中，存在提供第一閥門控制單元36與柵控裝置30的第一光學(xué)接口 40之間的專用I/O信道的專用光纖。這個(gè)第一光學(xué)通信接口 40電連接到第一電源模塊42、到可靠性控制模塊50和到半導(dǎo)體控制模塊52。第一光學(xué)通信接口 40還執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換，因?yàn)樗谝环矫鎸⒐庑盘?hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并且將這些電信號(hào)中的功率提供給第一電源模塊42，以及另一方面將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，供通過專用I/O信道傳遞給第一閥門控制單元36。因此，第一光學(xué)通信接口也配備有光學(xué)收發(fā)器。但是，在這里充分的是，光學(xué)發(fā)射器是發(fā)光二極管(LED)?；谒邮展庑盘?hào)所生成的電信號(hào)也可提供給可靠性控制模塊50。如前面所述，光信號(hào)包括采取啟動(dòng)脈沖形式的數(shù)據(jù)，其可被轉(zhuǎn)發(fā)給半導(dǎo)體器件控制模塊52。
[0039]柵控裝置30的第二光學(xué)接口 44按照相同方式經(jīng)由提供第二閥門控制單元38與第一柵控裝置30之間的專用I/O信道的第二光纖連接到第二閥門控制單元38。第二光學(xué)接口 44還包括光學(xué)收發(fā)器，并且電連接到第二電源模塊46、到可靠性控制模塊50和到半導(dǎo)體器件控制模塊52。半導(dǎo)體器件控制模塊52在這里提供第一控制信號(hào)SCD_CTRL1，其被應(yīng)用到斷路器中的第一半導(dǎo)體器件SCDl的柵極，其中信號(hào)因而是電信號(hào)。它還可提供指示脈沖，該指示脈沖被發(fā)送給閥門控制單元，它從該閥門控制單元中接收啟動(dòng)脈沖。指示脈沖在這里是與第一半導(dǎo)體器件的控制相關(guān)的數(shù)據(jù)。在這個(gè)第一實(shí)施例中，可靠性控制模塊50還連接到第一和第二電源模塊42和46以及連接到半導(dǎo)體器件控制模塊52。
[0040]現(xiàn)在還將參照?qǐng)D4來(lái)描述本發(fā)明的第一實(shí)施例，圖4示出用于操作柵控裝置并且在第一柵控裝置中執(zhí)行的方法中的多個(gè)方法步驟的流程圖。
[0041]用于半導(dǎo)體器件的控制系統(tǒng)通常在包括至少三個(gè)等級(jí)的各種分層等級(jí)來(lái)提供。在最低分層等級(jí)提供柵控裝置，以及在下一個(gè)較高等級(jí)提供閥門控制單元。在甚至更高的等級(jí)，例如由于電力線中的接地故障的檢測(cè)，通常提供執(zhí)行保護(hù)功能的一個(gè)或多個(gè)控制計(jì)算機(jī)。在這里，控制計(jì)算機(jī)生成控制命令，控制命令被發(fā)送給閥門控制單元36或38，閥門控制單元36或38又基于控制命令來(lái)生成啟動(dòng)脈沖，該啟動(dòng)脈沖在光信號(hào)OSl或0S2中發(fā)送給柵控裝置30。柵控裝置30中的半導(dǎo)體控制模塊52則基于啟動(dòng)脈沖采用控制信號(hào)SCD_CTRLl來(lái)控制半導(dǎo)體器件。
[0042]為了冗余目的而提供兩個(gè)閥門控制單元36和38。這意味著，在正常操作模式中，始終存在作為活動(dòng)閥門控制單元的閥門控制單元以及作為后備閥門控制單元的另一個(gè)閥門控制單元。這還意味著，活動(dòng)閥門控制單元提供信號(hào)、即啟動(dòng)脈沖，該信號(hào)用于控制半導(dǎo)體器件，而備用閥門控制單元是備用單元，其信號(hào)通常僅用于取代主要閥門控制單元(其在這個(gè)主要閥門控制單元在正常操作模式中變成有故障時(shí)通常是活動(dòng)的)的信號(hào)。在本發(fā)明的這個(gè)第一實(shí)施例中，第一閥門控制單元36在這里最初是活動(dòng)閥門控制單元，而第二閥門控制單元是備用閥門控制單元。
[0043]在這個(gè)第一實(shí)施例中，第一柵控裝置30在正常操作模式中連續(xù)并且同時(shí)地提供有來(lái)自第一閥門控制單元36的第一光信號(hào)OSl以及來(lái)自第二閥門控制單元38的第二光信號(hào)0S2。因此，如能夠看到，第一光學(xué)通信接口 40接收來(lái)自第一活動(dòng)閥門控制單元的第一光信號(hào)0S1，步驟54，而第二光學(xué)接口 44接收來(lái)自第二閥門控制單元38的第二光信號(hào)0S2。在存在由本地控制系統(tǒng)所提供的、預(yù)計(jì)送往半導(dǎo)體控制模塊52的數(shù)據(jù)、例如啟動(dòng)脈沖的情況下，這則將在第一光信號(hào)OSl中而不在第二光信號(hào)0S2中提供。在這里不可能的是，啟動(dòng)脈沖存在于來(lái)自備用閥門控制單元的光信號(hào)0S2中，即使在第一光信號(hào)OSl中存在這類啟動(dòng)脈沖也是如此。但是，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，始終存在第二光信號(hào)0S2。按照本發(fā)明的一些實(shí)施例，來(lái)自閥門控制單元36和38的光信號(hào)以某個(gè)功率級(jí)來(lái)提供，以及在這個(gè)實(shí)施例中，兩者均以光學(xué)發(fā)射器的最大輸出功率級(jí)的一半來(lái)提供。
[0044]因此，第一光信號(hào)OSl由第一光學(xué)接口 40來(lái)接收，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并且提供給第一電壓饋送模塊42以及給可靠性控制模塊50。它還可提供給半導(dǎo)體控制模塊52，特別是在信號(hào)包括啟動(dòng)脈沖時(shí)。
[0045]還按照相同方式，第二光信號(hào)0S2由第二光學(xué)接口 44來(lái)接收，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并且提供給第二電壓饋送模塊46以及可能還提供給半導(dǎo)體控制模塊52。
[0046]在這里，可靠性控制模塊50可控制半導(dǎo)體控制模塊52來(lái)僅處置來(lái)自活動(dòng)閥門控制單元的信號(hào)，而忽視或者忽略來(lái)自備用閥門控制單元的可能信號(hào)。
[0047]半導(dǎo)體控制模塊52則將啟動(dòng)脈沖轉(zhuǎn)換成柵電壓以便施加到半導(dǎo)體器件的柵極，并且采用指示脈沖來(lái)響應(yīng)啟動(dòng)脈沖。
[0048]此外，為了確?；顒?dòng)閥門控制單元令人滿意地進(jìn)行操作，它可由可靠性控制模塊設(shè)置或者指示以定期發(fā)送功能控制數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的一個(gè)變型中，可將它設(shè)置成以固定間隔發(fā)送數(shù)據(jù)，其可與半導(dǎo)體器件控制命令清楚地分離，但是足夠相似以確保能夠發(fā)送開關(guān)命令?？梢詢H提供這個(gè)功能控制數(shù)據(jù)以用于給出證明活動(dòng)閥門控制單元正確起作用。作為備選方案，功能控制數(shù)據(jù)可以是啟動(dòng)脈沖，柵控裝置已知其為不是用于控制第一半導(dǎo)體器件而是僅用于調(diào)查閥門控制單元的功能性的“假”或“偽”啟動(dòng)脈沖。但是，由于只有活動(dòng)閥門控制單元發(fā)送這種功能控制數(shù)據(jù)，所以不可能從冗余閥門控制單元得到相同的功能控制。這可能是個(gè)問題，因?yàn)橛泄收系娜哂鄠溆瞄y門控制單元與健康活動(dòng)閥門控制單元并聯(lián)提供。
[0049]為了處置這種情況，以及作為補(bǔ)充或替代，為了延長(zhǎng)活動(dòng)閥門控制單元的壽命，可靠性控制模塊50可按照可靠性增強(qiáng)方案來(lái)暫時(shí)將第二閥門控制單元38切換為活動(dòng)閥門控制單元，步驟56。因此，可靠性控制模塊50可生成傳遞給第一光學(xué)接口 40的命令，其中將命令變換為光學(xué)形式并且傳送給第一閥門控制單元36。這個(gè)命令則會(huì)指揮第一閥門控制單元36停止作為活動(dòng)閥門控制單元，并轉(zhuǎn)而成為備用閥門控制單元。這個(gè)命令還可包括與這種情況為有效的時(shí)間長(zhǎng)度有關(guān)的數(shù)據(jù)。作為對(duì)這個(gè)命令的響應(yīng)，第一閥門控制單元36則可與第二閥門控制單元38進(jìn)行通信，以便對(duì)作用進(jìn)行切換。第一閥門控制單元36在這里可通知第二閥門控制單元38關(guān)于狀態(tài)的變化以及還關(guān)于時(shí)間持續(xù)期。作為備選方案，有可能的是，當(dāng)?shù)搅饲袚Q回去的時(shí)間的時(shí)候，可靠性控制模塊50通知第一閥門控制單元36或者第二閥門控制單元38。作為又一個(gè)備選方案，有可能的是，可靠性控制模塊50同時(shí)向第一閥門控制單元36 (其將作為備用閥門控制單元)發(fā)送第一控制信號(hào)VCU_CTRL1以及向第二閥門控制單元38 (其將成為活動(dòng)閥門控制單元)發(fā)送第二控制信號(hào)VCU_CTRL2，其中可能還具有時(shí)間持續(xù)期的指示。在這后一種變型中，有可能的是，不是通知關(guān)于持續(xù)期，可靠性控制模塊50而是再次同時(shí)通知兩個(gè)閥門控制單元36和38關(guān)于它們將恢復(fù)其活動(dòng)和備用閥門控制單元的先前作用。這樣，能夠看到，柵控裝置的可靠性控制模塊執(zhí)行活動(dòng)閥門控制單元的選擇。
[0050]在這里，作用被改變、即第二閥門控制單元為活動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)度可需要是充分的，以便接收數(shù)據(jù)，由該數(shù)據(jù)能夠確定第二閥門控制單元的正確功能。因此，在這里還清楚地知道，包括功能控制數(shù)據(jù)的第二光信號(hào)0S2在第二閥門控制單元38為活動(dòng)時(shí)從第二閥門控制單元38來(lái)接收，步驟58。
[0051]可靠性處置方案通常展示作用的這種切換的周期性，作為示例其可以是每秒一次、每分鐘一次、每小時(shí)一次或者每天一次。
[0052]兩個(gè)信號(hào)OSl和0S2在這里由第一和第二電源單元42和46用于激勵(lì)整個(gè)柵控裝置，步驟60。在這個(gè)實(shí)施例中，第一光信號(hào)OSl用于激勵(lì)柵控裝置30的一部分，以及第二光信號(hào)0S2用于激勵(lì)柵控裝置30的另一個(gè)部分。在這個(gè)第一實(shí)施例中，第一光信號(hào)OSl還激勵(lì)柵控裝置30的前一半，而第二光信號(hào)0S2激勵(lì)柵控裝置30的另一半。
[0053]可靠性控制模塊50還可執(zhí)行可靠性檢查，步驟62。這個(gè)檢查可涉及來(lái)自活動(dòng)閥門控制單元的光信號(hào)的光功率級(jí)的檢測(cè)，步驟62。由于這個(gè)原因，可靠性控制模塊50可從光學(xué)接口接收或者取光信號(hào)的功率級(jí)測(cè)量。光功率級(jí)例如可在可靠性控制模塊50中與可靠性閾值、即與指示閥門控制單元是否正確起作用以及更具體來(lái)說(shuō)閥門控制單元的激光器是否正確起作用的閾值進(jìn)行比較。還有可能的是，調(diào)查功能控制數(shù)據(jù)查看它是否正確，作為對(duì)功率級(jí)檢查的代替或補(bǔ)充。功能控制數(shù)據(jù)可以是可靠性控制模塊已知的，以及檢查可涉及將所接收功能控制數(shù)據(jù)與所接收功能控制數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。另外，沒有預(yù)計(jì)功能控制數(shù)據(jù)可指示故障的閥門控制單元。
[0054]如果所調(diào)查閥門控制單元通過可靠性檢查，如同功率級(jí)高于閾值或者功能控制數(shù)據(jù)存在并且是正確的情況中一樣，步驟64，則活動(dòng)閥門控制單元正確起作用，并且因此繼續(xù)進(jìn)行正常操作模式，步驟68。但是，在活動(dòng)閥門控制單元未通過可靠性檢查的情況下，步驟64，則可靠性控制模塊50進(jìn)入故障模式，步驟66。
[0055]這種故障模式可包括可靠性控制模塊50，其指揮備用閥門控制單元接管作為活動(dòng)閥門控制單元，并且指揮在故障模式的整個(gè)持續(xù)期內(nèi)未通過可靠性檢查的閥門控制單元的斷開。故障模式通?？沙掷m(xù)到更換了故障閥門控制單元。
[0056]在這個(gè)第一實(shí)施例中，這可與可靠性控制模塊50相結(jié)合，該可靠性控制模塊50連接與健康閥門控制單元、即故障模式中唯一活動(dòng)閥門控制單元關(guān)聯(lián)的電源模塊，以用于向整個(gè)柵控裝置、即還向故障閥門控制單元最初供給的部分提供功率。
[0057]這樣，能夠看到，柵控裝置配備有提供光學(xué)電源、啟動(dòng)控制(FP)和指示脈沖(IP)的功能性的兩個(gè)單獨(dú)光學(xué)通信接口。可靠性控制模塊還定期地輪轉(zhuǎn)和控制經(jīng)由通信信道來(lái)自兩個(gè)冗余閥門控制單元的光信號(hào)。這將允許單獨(dú)I/o信道的控制，而無(wú)需中央閥門控制單元和相互通信控制器在冗余閥門控制單元之間選擇活動(dòng)閥門控制單元。因此，這意味著，按照本發(fā)明，閥門控制單元之間的切換的確定在閥門控制單元所放置的分層等級(jí)之下的控制系統(tǒng)的分層等級(jí)、而不是如通常情況那樣在其之上的分層等級(jí)進(jìn)行。本發(fā)明還克服被應(yīng)用以激勵(lì)柵控裝置的激光驅(qū)動(dòng)光學(xué)電源的平均故障間隔時(shí)間(MTBF)使用期限限制。由柵控裝置對(duì)I/O信道的單獨(dú)控制簡(jiǎn)化與硬件和軟件都有關(guān)的閥門控制單元的設(shè)計(jì)，并且因而降低冗余的成本。在激光器的使用期限結(jié)束或者I/O信道的突然故障時(shí)，充分光功率仍然由其余I/O信道來(lái)提供，直到下一個(gè)維護(hù)間隔。不要求DC斷路器的立即跳閘和修復(fù)，并且因此有可能避免連接到柵控裝置的半導(dǎo)體器件的破壞。
[0058]第一實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，兩種I/O信道的光功率連續(xù)控制成為供給柵控裝置的不同部分。在使用期限結(jié)束或者一個(gè)I/o信道的突然故障時(shí)，其余I/O信道的光學(xué)功率供給則重定向成服務(wù)于柵控裝置的所有部分。通過避免半導(dǎo)體器件位置的致命損壞，可靠性、維護(hù)間隔和成本以DC斷路器閥門控制的冗余光學(xué)接口的適度代價(jià)來(lái)顯著降低。通過使用降低50%的輸出功率級(jí),激光源的所產(chǎn)生平均激光電流(laser current)和操作溫度極大地降低。這不止使激光源的預(yù)計(jì)使用期限(MTBF)為兩倍。
[0059]由柵控單元所執(zhí)行的監(jiān)控來(lái)自閥門控制單元的激光輸出功率的方式能夠按照多種方式執(zhí)行。
[0060]存在對(duì)各閥門控制單元來(lái)監(jiān)測(cè)的兩個(gè)功率級(jí)，即警告級(jí)和告警級(jí)。警告級(jí)在這里可用于判定閥門控制單元將增加還是降低其光輸出功率。這個(gè)等級(jí)因而可用于向閥門控制單元發(fā)送功率控制命令。與光輸入功率、即從閥門控制單元提供給柵控單元的功率是否充分有關(guān)的信息可以以充分頻率從柵控單元發(fā)送給對(duì)應(yīng)閥門控制單元。閥門控制單元按這個(gè)信息起作用，并且相應(yīng)地調(diào)節(jié)其輸出的光功率。
[0061]一方面，告警級(jí)可用于判定哪一個(gè)閥門控制單元將是活動(dòng)的。柵控單元?jiǎng)t可將判定發(fā)送給閥門控制單元，該閥門控制單元按照判定起作用。存在其中可以這樣做的多種方式。
[0062]在第一變型中，柵控單元的一部分提供有經(jīng)由一個(gè)光學(xué)通信接口所得到的功率，以及另一個(gè)部分提供有經(jīng)由另一光學(xué)通信接口所接收的功率。在這里，只有一個(gè)柵控單元可以是活動(dòng)的并且發(fā)送控制脈沖。如果可靠性控制模塊從活動(dòng)?xùn)趴貑卧獧z測(cè)到功率低于告警極限，則它可將命令發(fā)送給這個(gè)閥門控制單元以自行停用，并且同時(shí)命令另一閥門控制單元自行激活。同時(shí)，來(lái)自激活閥門控制單元的光功率用于為整個(gè)閥門控制單元供電。
[0063]作為備選方案，有可能以這樣的方式調(diào)制連接到通過光學(xué)通信接口所提供的兩個(gè)光學(xué)接收器的負(fù)荷:即使得閥門控制單元的兩個(gè)光源遇到相同負(fù)荷。調(diào)制可在使得光學(xué)通信接口連續(xù)遇到該負(fù)荷的一半的頻率來(lái)執(zhí)行。用于控制所連接半導(dǎo)體器件的控制脈沖僅從活動(dòng)的一個(gè)閥門控制單元發(fā)送。另一個(gè)僅傳遞光功率。如果在光輸入功率的監(jiān)測(cè)中，存在所進(jìn)行的關(guān)于來(lái)自活動(dòng)閥門控制單元的功率低于告警極限的檢測(cè)，則柵控單元將把命令發(fā)送給這個(gè)閥門控制單元，直到應(yīng)當(dāng)使它不活動(dòng)。同時(shí)，柵控單元指揮另一閥門控制單元被激活。
[0064]作為又一個(gè)備選方案，有可能的是，柵控單元所需的所有能量經(jīng)由一個(gè)光學(xué)通信接口來(lái)得到。另一接口的負(fù)荷則完全斷開。不活動(dòng)閥門控制單元?jiǎng)t僅發(fā)送多達(dá)使功率監(jiān)測(cè)起作用所需的功率。如果光功率的監(jiān)測(cè)揭示來(lái)自活動(dòng)閥門控制單元的功率低于告警級(jí)，則柵控單元指揮這個(gè)閥門控制單元被停用，并且同時(shí)指揮另一閥門控制單元變成被激活。
[0065]另一備選方案是以低頻率將整個(gè)負(fù)荷從一個(gè)閥門控制單元切換到另一閥門控制單元。切換應(yīng)當(dāng)以使得它沒有中斷閥門控制單元與柵控單元之間發(fā)生的通信的這樣的頻率進(jìn)行。柵控單元判定哪一個(gè)閥門控制單元是活動(dòng)的，并且發(fā)送控制命令和光功率兩者。如果對(duì)柵控單元的光輸入功率低于告警極限，則這個(gè)切換被中斷，并且只有能夠提供足夠功率的閥門控制單元被激活。
[0066]存在能夠由本發(fā)明組成的多種其它變型。
[0067]以上對(duì)活動(dòng)閥門控制單元進(jìn)行可靠性檢查。只要光信號(hào)由備用閥門控制單元來(lái)提供，則還能夠調(diào)查這個(gè)信號(hào)的功率級(jí)。這意味著，可靠性檢查也能夠?qū)溆瞄y門控制單元進(jìn)行。
[0068]還應(yīng)當(dāng)知道，能夠改變功率級(jí)的關(guān)系。備用閥門控制單元例如可使用具有作為活動(dòng)閥門控制單元的功率級(jí)的一小部分的功率級(jí)的光信號(hào)。這個(gè)小部分在一個(gè)實(shí)施例中可以是25%,以及在另一個(gè)實(shí)施例中可以是10%。具有活動(dòng)閥門控制單元的功率級(jí)的一部分的功率級(jí)的優(yōu)點(diǎn)在于，有可能調(diào)查備用閥門控制單元，而同時(shí)甚至進(jìn)一步延長(zhǎng)系統(tǒng)在必須更換故障閥門控制單元之前可運(yùn)行的時(shí)間。
[0069]作為又一個(gè)備選方案，有可能關(guān)斷備用閥門控制單元的光源，這節(jié)省能量，并且甚至進(jìn)一步延長(zhǎng)備用閥門控制單元的壽命。但是，在這種情況下，不可能調(diào)查備用閥門控制單元，直到它變?yōu)榛顒?dòng)為止。在這種情況下，兩種光信號(hào)還將用于激勵(lì)整個(gè)柵控裝置。
[0070]作為本發(fā)明的另一個(gè)變型，有可能的是，各光學(xué)接口配備有電存儲(chǔ)電容器。在本發(fā)明的這種變型中，可靠性控制模塊可將兩個(gè)閥門控制單元控制成在起動(dòng)模式中同時(shí)是活動(dòng)的，即，即使備用閥門控制的光源稍后在正常操作模式中完全關(guān)斷。在這里，它們最初還可工作在最大輸出功率。這意味著，在初始起動(dòng)期間，兩個(gè)I/o信道可用于向柵控裝置供電。這降低柵控裝置的起動(dòng)時(shí)間。單獨(dú)電容能量存儲(chǔ)在這里允許信道之間的安全輪轉(zhuǎn)，而沒有公共柵控裝置功能的功率中斷的風(fēng)險(xiǎn)。
[0071]各閥門控制單元還可配備有激光控制狀態(tài)表，其中存儲(chǔ)激光電流設(shè)定數(shù)據(jù)。當(dāng)某個(gè)閥門控制單元的激光器開始使用時(shí)，完成校準(zhǔn)之后的最終激光電流值存儲(chǔ)在這個(gè)閥門控制單元的激光控制狀態(tài)表中，該值則在這個(gè)激光器在已經(jīng)關(guān)斷之后稍后開始使用時(shí)立即使用。具有非校準(zhǔn)激光器的其他柵控裝置的表值則可接收校準(zhǔn)激光器的最終激光電流值。這加速稍后開始的激光器的校準(zhǔn)過程。所述的值可在閥門控制單元之間直接傳遞。作為備選方案，它可從一個(gè)閥門控制單元傳遞給柵控裝置，柵控裝置接著將它轉(zhuǎn)發(fā)給另一閥門控制單元。
[0072]在另一個(gè)變型中，兩種閥門控制單元可在相同電路板上提供。因此，它們可放置在公共閥門控制單元I/o板上。這還意味著，它們可采用到柵控裝置的相同I/O信道，因而第二光學(xué)接口可從柵控裝置中去除。這還將光纖數(shù)量減少至少25%。
[0073]在本發(fā)明的另一種變型中，對(duì)于第一柵控裝置和第一半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)完全并聯(lián)冗余。這將允許對(duì)出故障半導(dǎo)體器件設(shè)旁路，以便防止DC斷路器的立即跳閘和修復(fù)。這種情況在圖5中示意示出。
[0074]如前所述，存在與第一柵控裝置30進(jìn)行通信的第一和第二閥門控制單元36和38，第一柵控裝置30又控制第一半導(dǎo)體器件SCDl。但是，在這種變型中，存在控制第三另一半導(dǎo)體器件SCD3的第二并聯(lián)柵控裝置70，該第三半導(dǎo)體器件SCD3與第一半導(dǎo)體器件SCDl并聯(lián)連接。在這里，還應(yīng)當(dāng)知道，所示半導(dǎo)體器件的每個(gè)通常會(huì)與具有正如圖2中的相反取向的半導(dǎo)體器件串聯(lián)連接。但是，這些在這里被省略，以免以不必要細(xì)節(jié)影響對(duì)本發(fā)明的理解。在這里，第一和第二閥門控制單元36和38還與第二柵控裝置70進(jìn)行通信。這意味著，它們均還向這個(gè)第二柵控裝置70發(fā)送其光信號(hào)OSl和0S2以及從這個(gè)第二柵控裝置70接收控制信號(hào)VCU_CTRL3和VCU_CTRL4。這個(gè)第二柵控裝置70將具有與第一柵控裝置30相同的功能性。
[0075]除了已經(jīng)所述的之外，還存在可由本發(fā)明組成的許多變型。省略可靠性檢查是可能的。作為備選方案，省略活動(dòng)閥門控制單元的暫時(shí)切換是可能的。但是，這些功能之一應(yīng)當(dāng)由柵控裝置執(zhí)行。本發(fā)明并不局限于DC系統(tǒng)，而是可用于任何輸電或配電系統(tǒng)中。在除了斷路器中之外的另一個(gè)領(lǐng)域中使用半導(dǎo)體器件也是可能的。它例如可用于轉(zhuǎn)換器或者STATC0M 中。
[0076]從前面的論述顯而易見，本發(fā)明能夠按照許多方式來(lái)改變。因此，將會(huì)知道，本發(fā)明僅受到以下權(quán)利要求書限制。
【權(quán)利要求】
1.一種用于操作半導(dǎo)體器件(SCDl)的柵控裝置(30)的方法，所述柵控裝置連接到第一和第二閥門控制單元(36，38)，其中在正常操作模式中，一個(gè)閥門控制單元是活動(dòng)閥門控制單元，而另一閥門控制單元是備用閥門控制單元，以及所述活動(dòng)閥門控制單元提供用于激勵(lì)所述柵控裝置并且提供用于控制所述半導(dǎo)體器件的數(shù)據(jù)的光信號(hào)，所述方法在所述柵控裝置中執(zhí)行，并且包括下列步驟: 在所述第一閥門控制單元活動(dòng)時(shí)從所述第一閥門控制單元接收(54)第一光信號(hào)(OSl)， 從所述第二閥門控制單元接收(58)第二光信號(hào)(0S2)， 執(zhí)行(58，62)活動(dòng)閥門控制單元的選擇，以及 將所述第一光信號(hào)和所述第二光信號(hào)中的能量用于(60)為所述柵控裝置供電。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，活動(dòng)閥門控制單元的選擇的執(zhí)行包括按照在正常操作模式中應(yīng)用的可靠性增強(qiáng)方案從活動(dòng)的所述第一閥門控制單元暫時(shí)切換(58)到活動(dòng)的所述第二閥門控制單元。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，活動(dòng)閥門控制單元的選擇的執(zhí)行包括執(zhí)行(62)所述閥門控制單元之一的可靠性檢查，并且基于所述可靠性檢查的結(jié)果(64)進(jìn)入(66)故障模式，其中所述故障模式包括選擇另一閥門控制單元作為在所述故障模式的持續(xù)期內(nèi)的唯一活動(dòng)閥門控制單元。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述可靠性檢查包括檢測(cè)來(lái)自所調(diào)查閥門控制單元的光信號(hào)的功率級(jí)，并且將所述功率級(jí)與可靠性閥值進(jìn)行比較，以及如果所述功率級(jí)無(wú)法達(dá)到所述可靠性閾值，則進(jìn)行所述故障模式的進(jìn)入。
5.如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，關(guān)斷備用閥門控制單元的光源。
6.如權(quán)利要求1-4中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，備用閥門控制單元提供具有與所述活動(dòng)閥門控制單元的功率級(jí)相關(guān)的功率級(jí)的光信號(hào)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述備用閥門控制單元的功率級(jí)是所述活動(dòng)閥門控制單元的功率級(jí)的一小部分。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述備用閥門控制單元的功率級(jí)與所述活動(dòng)閥門控制單元的功率級(jí)相同。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述第一和第二閥門控制單元具有其光源的最大功率級(jí)的一半的功率級(jí)。
10.如權(quán)利要求5-8中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一閥門控制單元激勵(lì)所述柵控裝置的第一部分，以及所述第二閥門控制單元激勵(lì)所述柵控裝置的第二部分。
11.如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，將光信號(hào)中的數(shù)據(jù)作為所述信號(hào)的低功率級(jí)來(lái)提供。
12.如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括將所述第一閥門控制單元和所述第二閥門控制單元控制成在起動(dòng)模式中同時(shí)是活動(dòng)的。
13.一種用于半導(dǎo)體器件(S⑶I)的柵控裝置(30)，包括: -至少一個(gè)電源模塊(42,46), -至少一個(gè)光學(xué)通信接口(40 ;44)，其用于從兩個(gè)閥門控制單元(36，38)接收光信號(hào)(OSI, 0S2)，其中在所述閥門控制單元的正常操作模式中，一個(gè)閥門控制單元是活動(dòng)閥門控制單元，而另一閥門控制單元是備用閥門控制單元，以及活動(dòng)閥門控制單元提供用于激勵(lì)所述柵控裝置并且提供用于控制所述半導(dǎo)體器件的數(shù)據(jù)的光信號(hào)，所述至少一個(gè)光學(xué)接口還配置成將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)以提供給為所述柵控裝置供電的對(duì)應(yīng)電源模塊(42，46)， -半導(dǎo)體器件控制模塊(52)，其用于控制所述半導(dǎo)體器件，以及 -可靠性控制模塊(50)，其配置成執(zhí)行活動(dòng)閥門控制單元的選擇。
14.如權(quán)利要求13所述的柵控裝置，其中，所述可靠性控制模塊在配置成執(zhí)行活動(dòng)閥門控制單元的選擇時(shí)還配置成經(jīng)由所述至少一個(gè)光學(xué)通信接口、按照正常操作模式中應(yīng)用的可靠性增強(qiáng)方案從活動(dòng)的所述第一閥門控制單元暫時(shí)切換到活動(dòng)的所述第二閥門控制單元。
15.如權(quán)利要求13或14所述的柵控裝置，其中，所述可靠性控制模塊在配置成執(zhí)行活動(dòng)閥門控制單元的選擇時(shí)還配置成執(zhí)行所述閥門控制單元之一的可靠性檢查，并且基于所述可靠性檢查的結(jié)果進(jìn)入故障模式，其中在所述故障模式中，所述可靠性控制模塊還配置成選擇另一閥門控制單元作為在所述故障模式的持續(xù)期內(nèi)唯一活動(dòng)閥門控制單元。
16.如權(quán)利要求15所述的柵控裝置，其中，所述可靠性控制模塊在執(zhí)行可靠性檢查時(shí)配置成檢測(cè)來(lái)自所調(diào)查閥門控制單元的光信號(hào)的功率級(jí)，并且將所述功率級(jí)與可靠性閾值進(jìn)行比較，以及在進(jìn)入所述故障模式時(shí)配置成在所述功率級(jí)無(wú)法達(dá)到所述可靠性閾值時(shí)進(jìn)入所述故障模式。
17.如權(quán)利要求13-16中的任一項(xiàng)所述的柵控裝置，其中，備用閥門控制單元提供具有與所述活動(dòng)閥門控制單元的功率級(jí)相關(guān)的功率級(jí)的光信號(hào)。
18.如權(quán)利要求17所 述的柵控裝置，其中，存在第一和第二光學(xué)通信接口(40，44)以及第一和第二電源模塊(42，46)，其中所述第一光學(xué)通信接口(40)連接到所述第一電源模塊(42)，以允許所述第一閥門控制單元(36)激勵(lì)所述柵控裝置的第一部分，以及第二光學(xué)通信接口(44)連接到所述第二電源模塊(46)，以允許所述第二閥門控制單元激勵(lì)所述柵控裝置的第二部分。
19.如權(quán)利要求18所述的柵控裝置，其中，各光學(xué)通信接口配備有電存儲(chǔ)電容器。
20.如權(quán)利要求13-19中的任一項(xiàng)所述的柵控裝置，其中，所述可靠性控制模塊還配置成在起動(dòng)模式中將兩個(gè)閥門控制單元保持為活動(dòng)。
21.一種用于至少一個(gè)半導(dǎo)體器件(S⑶I ;srai，S⑶3)的控制系統(tǒng)，包括: -第一閥門控制單兀(36),其配置成提供第一光信號(hào)(OSl), -第二閥門控制單元(38)，其配置成提供第二光信號(hào)(0S2)， -第一柵控裝置(30)，包括 -至少一個(gè)電源模塊(42,46), -至少一個(gè)光學(xué)通信接口(40 ;42)，其用于從所述兩個(gè)閥門控制單元(36，38)接收所述光信號(hào)(0S1，0S2)，其中在所述閥門控制單元的正常操作模式中，一個(gè)閥門控制單元是活動(dòng)閥門控制單元，而另一閥門控制單元是備用閥門控制單元，以及所述活動(dòng)閥門控制單元提供用于激勵(lì)所述柵控裝置并且提供用于控制所述半導(dǎo)體器件的數(shù)據(jù)的光信號(hào)，所述至少一個(gè)光學(xué)接口還配置成將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)以提供給為所述柵控裝置供電的對(duì)應(yīng)電源模塊(42，46)， -半導(dǎo)體器件控制模塊(52)，其用于控制第一半導(dǎo)體器件(SCDl)，以及-可靠性控制模塊(50)，其配置成執(zhí)行活動(dòng)閥門控制單元的選擇。
22.如權(quán)利要求21所述的控制系統(tǒng)，其中，各閥門控制單元配備有激光控制狀態(tài)表，其中一個(gè)閥門控制單元的所述激光控制狀態(tài)表通過來(lái)自另一閥門控制單元的校準(zhǔn)激光電流值來(lái)更新。
23.如權(quán)利要求21或22所述的控制系統(tǒng)，其中，所述第一閥門控制單元和第二閥門控制單元放置在相同電路板上。
24.如權(quán)利要求21-23中的任一項(xiàng)所述的控制系統(tǒng)，還包括與所述第一柵控裝置并聯(lián)的冗余第二柵控裝置(70)以及與所述第一半導(dǎo)體器件并聯(lián)的另一半導(dǎo)體器件(SCD3)，其中所述另一半導(dǎo) 體器件連接到所述第二冗余柵控裝置(70)。
【文檔編號(hào)】H02H3/05GK103828163SQ201180071876
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月27日
【發(fā)明者】R.斯杰斯特雷姆, J.赫夫納, M.達(dá)維德斯森 申請(qǐng)人:Abb 技術(shù)有限公司