平衡功率半導(dǎo)體的電流的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體部件的控制，并且更具體地涉及平衡功率半導(dǎo)體的電流?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002] 功率半導(dǎo)體比如絕緣柵雙極型晶體管（IGBT)用于在諸如變流器、逆變器和頻率 轉(zhuǎn)換器的不同器件中接通和切斷電流。如果需要的電流非常高或需要可擴(kuò)展性和模塊化， 則可并行控制若干這樣的器件。
[0003]在這些情況中，在不同的并行分支之間的電流平衡可能會(huì)出現(xiàn)問題。如果，由于個(gè) 體的功率半導(dǎo)體的差異，一個(gè)半導(dǎo)體早于其他半導(dǎo)體接通，則其比其他半導(dǎo)體承受更多的 壓力。
[0004] -種防止上述情況的方法是針對(duì)每個(gè)功率半導(dǎo)體提供單獨(dú)的輸出濾波器、即感應(yīng) 器或?yàn)V波器，并在濾波器后組合這些電流。該方法的問題是成本、復(fù)雜度以及可能的諧振問 題。
[0005] 另一種方法是將不同分支的所有變量控制為盡可能相等。在實(shí)踐中這將意味著測(cè) 量和選擇類似的功率半導(dǎo)體并且對(duì)每個(gè)受控部件而言具有類似的穩(wěn)壓柵極控制電壓。匹配 半導(dǎo)體的選擇增加了成本并且如果其中一個(gè)半導(dǎo)體隨后必須更換則產(chǎn)生了困難。
[0006] 另一種方法是單獨(dú)地測(cè)量具有非常好的動(dòng)態(tài)性能的每個(gè)分支的電流。通過改變切 換的定時(shí)以使得每個(gè)分支同時(shí)切換，可以微調(diào)每個(gè)分支的接通和斷開時(shí)間。
[0007] -種用于分配定時(shí)信息的技術(shù)方案是將來自每個(gè)功率半導(dǎo)體單元PSU的實(shí)際電 流改變的時(shí)間傳送至中央控制單元CCU。因此，每個(gè)功率半導(dǎo)體單元測(cè)量狀態(tài)改變的實(shí)際時(shí) 刻并將該信息發(fā)送至中央控制單元。中央控制單元通過向功率半導(dǎo)體單元發(fā)送控制信息來 控制功率半導(dǎo)體。在已知結(jié)構(gòu)中，CCU對(duì)于接通和斷開兩者針對(duì)每個(gè)功率半導(dǎo)體單獨(dú)地微 調(diào)定時(shí)信息。
[0008] 在另一種技術(shù)方案中，功率半導(dǎo)體單元相互傳送它們的延遲以找出最慢的單元。 一旦找出最慢的單元，則每個(gè)PSU增加其延遲以使得實(shí)現(xiàn)同時(shí)切換。然而，不同的PSU之間 的通信增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度。
[0009] 存在各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆糜诜峙涠〞r(shí)信息。當(dāng)使用具有CCU作為中心節(jié)點(diǎn)的星型拓 撲時(shí)，由于不同單元之間的通信延遲的變化，因此每個(gè)PSU在不同的時(shí)間處接收定時(shí)信息。 作為星型拓?fù)涞奶娲桨?，可形成傳統(tǒng)的鏈?zhǔn)交颦h(huán)形拓?fù)洹＿@就是說，定時(shí)信息的路線是 CCU->PSU_l->PSU_2->…->PSU_n，n為功率半導(dǎo)體單元的數(shù)目。在鏈?zhǔn)酵負(fù)渲?，不同PSU的 延遲總是不同并且朝向鏈或環(huán)的末端而增加。
[0010] 分配定時(shí)信息的已知系統(tǒng)即使在功率半導(dǎo)體單元之間也使用有些復(fù)雜的通信并 且需要取決于其他單元的延遲的計(jì)算。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的是提供一種通信系統(tǒng)和通信方法以便克服上述問題。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種平衡功率半導(dǎo)體的電流的方法，包括：多個(gè)功 率半導(dǎo)體單元（PSU)和中央控制單元（CCU)，每個(gè)功率半導(dǎo)體單元（PSU)包括功率半導(dǎo)體并 且中央控制單元和功率半導(dǎo)體單元被布置在雙向環(huán)中，其中中央控制單元向雙向環(huán)的兩個(gè) 方向發(fā)送用于功率半導(dǎo)體單元的控制信息，并且每個(gè)功率半導(dǎo)體單元接收來自兩個(gè)方向的 控制信息并轉(zhuǎn)發(fā)所接收到的控制信息，在該方法中每個(gè)功率半導(dǎo)體單元處理如下步驟：在 第一時(shí)刻（T_l)接收來自第一方向的所述控制信息，在第二時(shí)刻（T_2)接收來自第二方向 的所述控制信息，計(jì)算在第一時(shí)刻和第二時(shí)刻之間的中點(diǎn)（T_IN)，以及在計(jì)算出的中點(diǎn)之 后的時(shí)間延遲（T_ADD)過去之后，根據(jù)控制信息控制功率半導(dǎo)體部件。
[0013] 在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)功率半導(dǎo)體單元還包括用于確定功率半導(dǎo)體的電流改變時(shí) 的時(shí)刻的裝置，在該方法中每個(gè)功率半導(dǎo)體單元處理如下步驟：設(shè)定恒定延遲（T_MAX)，檢 測(cè)所述功率半導(dǎo)體部件的實(shí)際狀態(tài)改變的時(shí)刻，如果從所計(jì)算的在所述第一時(shí)刻與所述第 二時(shí)刻之間的所述中點(diǎn)（T_IN)開始測(cè)得的所述實(shí)際狀態(tài)改變的時(shí)刻與所述恒定延遲（T_ MAX)的值不同，則改變所述時(shí)間延遲（T_ADD)的值。
[0014] 在一個(gè)示例中，計(jì)算在第一時(shí)刻和第二時(shí)刻之間的中點(diǎn)（T_IN)的步驟包括：在所 述第一時(shí)刻起動(dòng)計(jì)數(shù)器，以及在所述第二時(shí)刻將計(jì)數(shù)器的值除以2用于獲得在第一時(shí)刻和 第二時(shí)刻之間的中點(diǎn)（T_IN)。
[0015] 在一個(gè)示例中，在所計(jì)算的中點(diǎn)之后的時(shí)間延遲過去之后，根據(jù)控制信息控制功 率半導(dǎo)體部件的步驟包括：將計(jì)數(shù)器的值設(shè)定為與所計(jì)算的中點(diǎn)的值相對(duì)應(yīng)的值；當(dāng)計(jì)數(shù) 器的值與時(shí)間延遲（T_ADD)對(duì)應(yīng)時(shí)，觸發(fā)功率半導(dǎo)體部件。
[0016] 在一個(gè)示例中，在所計(jì)算的中點(diǎn)之后的時(shí)間延遲過去之后，根據(jù)控制信息控制功 率半導(dǎo)體部件的步驟包括：通過將所計(jì)算的中點(diǎn)（T_IN)的值加到時(shí)間延遲來修改時(shí)間延 遲（T_ADD);以及當(dāng)計(jì)數(shù)器的值與時(shí)間延遲（T_ADD)對(duì)應(yīng)時(shí)，觸發(fā)功率半導(dǎo)體部件。
[0017] 可以針對(duì)接通和斷開使用單獨(dú)的時(shí)間延遲（T_ADD)的值。
[0018] 在一個(gè)示例中，改變時(shí)間延遲（T_ADD)的值的步驟包括將設(shè)定值加到先前的延遲 的值或從先前的延遲的值減去設(shè)定值的步驟。
[0019] 設(shè)定值可以取決于在檢測(cè)的所述實(shí)際狀態(tài)改變的時(shí)刻的所述計(jì)數(shù)器的值之間的 差異。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種平衡功率半導(dǎo)體的電流的設(shè)備，包括多個(gè) 功率半導(dǎo)體單元（PSU)和中央控制單元（CCU)，每個(gè)功率半導(dǎo)體單元（PSU)包括功率半導(dǎo)體 并且中央控制單元和功率半導(dǎo)體單元被布置在雙向環(huán)中，其中中央控制單元向雙向環(huán)的兩 個(gè)方向發(fā)送用于功率半導(dǎo)體單元的控制信息并且每個(gè)功率半導(dǎo)體單元接收來自兩個(gè)方向 的控制信息并轉(zhuǎn)發(fā)所接收到的控制信息，在設(shè)備中每個(gè)功率半導(dǎo)體單元包括：用于在第一 時(shí)刻（T_l)接收來自第一方向的控制信息的裝置，用于在第二時(shí)刻（T_2)接收來自第二方 向的控制信息的裝置，用于計(jì)算在第一時(shí)刻和第二時(shí)刻之間的中點(diǎn)（T_IN)的裝置，用于在 所計(jì)算的中點(diǎn)之后的時(shí)間延遲（T_ADD)過去之后根據(jù)控制信息控制功率半導(dǎo)體部件的裝 置。
[0021] 本發(fā)明是基于形成雙向環(huán)的想法，其中中央控制單元和多個(gè)功率半導(dǎo)體單元按照 環(huán)形通信結(jié)構(gòu)連接。中央控制單元向兩個(gè)功率半導(dǎo)體單元發(fā)送控制信息。半導(dǎo)體單元轉(zhuǎn)發(fā) 它們接收的控制信息。當(dāng)來自環(huán)的兩個(gè)方向的控制信息在每個(gè)功率半導(dǎo)體單元處被接收 時(shí)，每個(gè)功率半導(dǎo)體單元基于來自兩個(gè)方向的控制信息被接收的時(shí)刻計(jì)算用于執(zhí)行控制操 作的適當(dāng)時(shí)刻。
[0022] 本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的優(yōu)點(diǎn)是功率半導(dǎo)體單元無需為了同步功率半導(dǎo)體的操作 而向其他功率半導(dǎo)體單元或中央控制單元傳送任何延遲時(shí)間。從而簡(jiǎn)化了單元之間的通信 并且獲得了分離的功率半導(dǎo)體之間精確的并行操作。
【附圖說明】
[0023] 下面，將參照附圖借助優(yōu)選的實(shí)施方式來更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中
[0024] 圖1示出了通信拓?fù)涞囊粋€(gè)示例；
[0025] 圖2示出了本發(fā)明的用于計(jì)算接收到的定時(shí)標(biāo)記的中間點(diǎn)的時(shí)間軸；
[0026] 圖3示出了描述實(shí)施方式的操作的時(shí)間軸；以及
[0027] 圖4示出了本發(fā)明的設(shè)備的簡(jiǎn)化框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 圖1示出了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)化通信拓?fù)?。在該拓?fù)渲校粋€(gè)中央控制單元（CCU)向 多個(gè)功率半導(dǎo)體單元（PSU)發(fā)送控制信息。中央控制單元負(fù)責(zé)發(fā)送控制信息比如功率半導(dǎo) 體的接通或斷開。在本發(fā)明中使用的中央控制單元能夠向兩個(gè)功率半導(dǎo)體單元發(fā)送控制信 息。優(yōu)選地，控制信息包括定時(shí)標(biāo)記和信息部分。定時(shí)標(biāo)記可以是數(shù)字脈沖序列，類似地， 信息部分可以是能夠被功率半導(dǎo)體單元解譯的數(shù)字脈沖序列。控制信息還可包括一些其他 數(shù)據(jù)。
[0029] 如圖1所示，中央控制單元和功率半導(dǎo)體單元被布置成雙向環(huán)狀通信結(jié)構(gòu)。該 結(jié)構(gòu)意味著中央控制單元通過通信鏈路連接到兩個(gè)功率半導(dǎo)體單元并且每個(gè)功率半導(dǎo)體 單元連接到兩個(gè)相鄰單元。如圖1可以看到的，中央控制單元CCU連接到功率半導(dǎo)體單元 PSU_1和PSU_4。圖1的示例包括四個(gè)PSU并且每個(gè)PSU是雙向環(huán)的一部分，以使得在環(huán)的 兩個(gè)方向上形成從ecu到所有PSU的通信路徑。在單元之間的雙向通信連接或鏈路可以由 兩個(gè)單獨(dú)的通信路徑形成或由使得能夠同時(shí)在兩個(gè)方向上通信的單個(gè)