устройство и схема управления силовым электронным компонентом, соответствующие способ управления и пусковое устройство

Формула изобретения

1. Схема (26, 28, 30) управления открыванием и закрыванием силового электронного компонента (12, 14, 16), содержащего электрод затвора, электрод эмиттера и электрод коллектора, характеризующаяся тем, что содержит Н-образный мост, содержащий:

- первую вертикальную ветвь (33А), содержащую первый выключатель (34) и первый генератор тока (40), управляемый в цифровом режиме, при этом первый выключатель (34) отделен от первого генератора тока (40) центральной точкой (32А), предназначенной для соединения с электродом эмиттера силового электронного компонента (12, 14, 16); и

- вторую вертикальную ветвь (33В), параллельную первой вертикальной ветви (33А), при этом вторая вертикальная ветвь (33В) содержит второй выключатель (36) и второй генератор тока (44), управляемый в цифровом режиме, при этом второй выключатель (36) отделен от второго генератора (44) центральной точкой (32В), предназначенной для соединения с электродом затвора силового электронного компонента (12, 14, 16);

- при этом первый генератор тока (40) выполнен с возможностью генерирования тока питания (Ig), имеющего первое направление (F1), для питания электрода затвора силового электронного компонента (12, 14, 16); и второй генератор тока (44) выполнен с возможностью генерирования тока питания (Ig), имеющего второе направление (F2), противоположное первому направлению (F1), для питания электрода эмиттера силового электронного компонента (12, 14, 16).

2. Схема (26, 28, 30) управления по п.1, в которой Н-образный мост содержит третий выключатель (42), параллельно соединенный с первым генератором тока (40), и четвертый выключатель (46), параллельно соединенный со вторым генератором тока (44), при этом схема (26, 28, 30) содержит источник тока (50, 57), выполненный с возможностью подачи питания на Н-образный мост, причем указанный источник тока подключен с одной стороны между первым (34) и вторым (36) выключателями, а с другой стороны - между первым (40) и вторым (44) генераторами тока.

3. Схема (26, 28, 30) управления по п.2, в которой источник напряжения (50, 57) содержит конденсатор (50).

4. Схема (26, 28, 30) управления по любому из пп.1-3, в которой выключатели (34, 36, 42, 44) являются транзисторами типа МОП-транзисторов.

5. Способ управления схемой (26, 28, 30) управления по любому из пп.1-4, характеризующийся тем, что во время подачи команды на закрывание силового электронного компонента (12, 14, 16) осуществляют этап (62) генерирования тока питания (Ig) первым генератором тока (40), при этом второй выключатель (36) находится в состоянии пропускания в первом направлении (F1).

6. Способ управления по п.5, характеризующийся тем, что содержит предварительный этап (60) перевода второго выключателя (36) в состояние пропускания в указанном первом направлении (F1), при этом первый выключатель (34) находится в состоянии пропускания в указанном первом направлении (F1).

7. Способ управления по п.5 или 6, применяемый для схемы по п.2, характеризующийся тем, что содержит:

- этап (64) перевода третьего выключателя (42) в состояние пропускания в первом направлении (F1); при этом второй выключатель (36) находится в состоянии пропускания в первом направлении (F1);

- этап (64) подачи источником тока (50, 57) импульса тока в первом направлении (F1).

8. Способ управления по п.5 или 6, характеризующийся тем, что во время подачи команды на открывание силового электронного компонента (12, 14, 16) осуществляют этап (70) генерирования тока питания (Ig) вторым генератором тока (44).

9. Способ управления по п.8, применяемый для схемы по п.2, характеризующийся тем, что осуществляют предварительный этап (68) перевода четвертого выключателя (46) в состояние пропускания в указанном втором направлении (F2), при этом третий выключатель (42) находится в состоянии пропускания в указанном втором направлении (F2).

10. Способ управления по п.8, применяемый для схемы по п.2, характеризующийся тем, что осуществляют:

- этап (72) перевода первого (34) и четвертого (46) выключателей в состояние пропускания в указанном втором противоположном направлении (F2) и

- этап (72) подачи источником тока (50, 57) импульса тока в указанном втором направлении (F2).

11. Способ управления по п.7, применяемый для схемы по п.3, характеризующийся тем, что этап (64, 72) подачи импульса тока происходит за счет разряда конденсатора (50).

12. Способ управления по п.5 или 6, характеризующийся тем, что этап подачи тока питания (Ig) содержит этап (62, 70) постепенного понижения тока питания (Ig) со временем в соответствии с заранее определенным профилем.

13. Устройство (24) управления, по меньшей мере, одной схемой (26, 28, 30) управления по любому из пп.1-4, характеризующееся тем, что выполнено с возможностью приема силовых командных сигналов и с возможностью управления схемой (26, 28, 30) управления для открывания и закрывания, по меньшей мере, одного силового электронного компонента (12, 14, 16) в зависимости от силовых командных сигналов, при этом устройство (24) содержит:

- блок (79) управления, выполненный с возможностью преобразования силовых командных сигналов в сигналы управления размыканием и/или замыканием выключателей (34, 36, 42, 46) и в сигналы управления подачей напряжения и/или отключением напряжения на генераторах тока (40, 44) схемы управления (26, 28, 30);

- запоминающее устройство (80) для хранения рабочих параметров (P1, P2, Р3, Р4, Р5, Р6, Р7, Р8) силового электронного компонента или каждого силового электронного компонента (12, 14, 16) и параметров управления током (Ig), который подается на электрод затвора и электрод эмиттера силового электронного компонента или каждого силового электронного компонента (12, 14, 16), при этом указанное запоминающее устройство (80) является стираемым и перезаписываемым; и

- периферийный логический блок (82), выполненный с возможностью получения из указанного запоминающего устройства (80) рабочих параметров и параметров управления током питания (Ig), при этом периферийный логический блок (82) выполнен с возможностью выполнения задач для блока (79) управления в зависимости от полученных рабочих параметров и параметров управления током.

14. Устройство (24) управления по п.13, характеризующееся тем, что содержит, по меньшей мере, один хронометр (92, 94), выполненный с возможностью хронометража моментов передачи сигналов управления размыканием и/или замыканием выключателей (34, 36, 42, 46) на основании рабочих параметров и параметров управления, получаемых из запоминающего устройства (80).

15. Устройство (24) управления по п.13 или 14, характеризующееся тем, что содержит блок (94) регулирования, выполненный с возможностью подачи цифровых команд изменения тока питания (Ig) по заранее определенному профилю (Р6) на цифроаналоговый преобразователь для управления генераторами тока (40, 44).

16. Устройство (24) управления по п.13 или 14, характеризующееся тем, что содержит:

- схему (84) сбора данных о напряжении V(_CE) между электродом коллектора и электродом эмиттера силового электронного компонента (12, 14, 16) и

- временной блок (88) фильтрования данных, поступающих в схему сбора (84),

- при этом блок (79) управления выполнен с возможностью определения состояния силового электронного компонента (12, 14, 16) на основании данных, фильтруемых временным блоком (88) фильтрования, при этом блок (79) управления выполнен также с возможностью контроля соответствия между силовыми командными сигналами и состоянием силового электронного компонента (12, 14, 16).

17. Пусковое устройство (6), содержащее:

- устройство (24) управления по любому из пп.13-16 и

- стираемое и перезаписываемое запоминающее устройство (23), при этом указанное запоминающее устройство (23) снабжено электрическими контактами, выполненными с возможностью соединения с компьютером для получения параметров управления и рабочих параметров, при этом указанное запоминающее устройство (23) подключено к запоминающему устройству (80) устройства (24) управления для передачи в него указанных параметров управления и указанных рабочих параметров.

18. Система, содержащая схему (26, 28, 30) управления по любому из пп.1-4 и устройство (24) управления по любому из пп.13-16 для управления этой схемой (26, 28, 30) управления.

Описание изобретения к патенту

Объектами настоящего изобретения являются устройство, схема и способ управления силовым электронным компонентом.

Силовые электронные компоненты используются, например, в высоковольтных устройствах переключения для «адаптации» формы тока к его применению во вращающейся машине или в двигателе транспортного средства на электрическом ходу.

Устройство переключения может преобразовывать переменный ток в постоянный ток и наоборот или изменять форму, амплитуду и частоту волны тока.

Устройство переключения содержит силовые электронные компоненты, например, силовые транзисторы IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors - биполярные транзисторы с изолированным затвором), которые при переключении из открытого состояния в закрытое состояние делят постоянное напряжение на вторичные волны для изменения характера тока и получения, например, переменного тока.

Для этого устройство переключения принимает командные сигналы от вычислительного устройства, которые оно переводит в команды открывания и закрывания транзисторов IGBT. Для активирования открывания или закрывания транзисторов IGBT подают напряжение между электродом затвора и электродом эмиттера транзисторов IGBT. Это приложение напряжения, как правило, осуществляют схемы RC (резистор-конденсатор).

Однако значения удельного сопротивления и емкостного сопротивления компонентов схем RC необходимо менять для каждого нового варианта применения, то есть каждый раз, когда устройство переключения управляет новой машиной и даже когда рабочие параметры этой новой машины меняются.

Настоящее изобретение призвано предложить схему управления, по меньшей мере, одним силовым электронным компонентом, выполненным с возможностью управления таким образом, чтобы его можно было адаптировать для каждого нового варианта применения без изменения компонентов схемы RC.

В этой связи объектом изобретения является схема управления открыванием и закрыванием силового электронного компонента, при этом силовой электронный компонент содержит электрод затвора, электрод эмиттера и электрод коллектора, схема содержит Н-образный мост, содержащий:

- первую вертикальную ветвь, содержащую первый выключатель и первый генератор тока, управляемый в цифровом режиме, при этом первый выключатель отделен от первого генератора тока центральной точкой, предназначенной для соединения с электродом эмиттера силового электронного компонента; и

- вторую вертикальную ветвь, параллельную первой вертикальной ветви, при этом вторая вертикальная ветвь содержит второй выключатель и второй генератор тока, управляемый в цифровом режиме, при этом второй выключатель отделен от второго генератора центральной точкой, предназначенной для соединения с электродом затвора силового электронного компонента;

- при этом первый генератор тока выполнен с возможностью генерирования тока питания, имеющего первое направление, для питания электрода затвора силового электронного компонента; и второй генератор тока выполнен с возможностью генерирования тока питания, имеющего второе направление, противоположное первому направлению, для питания электрода эмиттера силового электронного компонента.

Согласно другим вариантам изобретения, схема управления содержит один или несколько следующих признаков:

- Н-образный мост содержит третий выключатель, параллельно соединенный с первым генератором тока, и четвертый выключатель, параллельно соединенный со вторым генератором тока, и схема содержит источник тока, выполненный с возможностью подачи питания на Н-образный мост, при этом указанный источник тока подключен, с одной стороны, между первым и четвертым выключателями и, с другой стороны, между первым и вторым генераторами тока;

- источник напряжения содержит конденсатор; и

- выключатели являются транзисторами типа МОП-транзисторов.

Объектом настоящего изобретения является также способ управления описанной выше схемой управления, заключающийся в том, что во время подачи команды на закрывание силового электронного компонента генерируют ток питания первым генератором тока, при этом второй выключатель находится в состоянии пропускания в первом направлении.

Согласно другим вариантам изобретения, способ управления содержит один или несколько следующих признаков:

- способ содержит предварительный этап перевода второго выключателя в состояние пропускания в указанном первом направлении, при этом первый выключатель находится в состоянии пропускания в указанном первом направлении;

- способ дополнительно содержит:

- этап перевода третьего выключателя в состояние пропускания в первом направлении; при этом второй выключатель находится в состоянии пропускания в первом направлении,

- этап подачи источником тока импульса тока в первом направлении;

- во время подачи команды на открывание силового электронного компонента генерируют ток питания вторым генератором тока;

- способ содержит предварительный этап перевода четвертого выключателя в состояние пропускания в указанном втором направлении, при этом третий выключатель находится в состоянии пропускания в указанном втором направлении;

- способ также содержит:

- этап перевода первого и четвертого выключателей в состояние пропускания в указанном втором противоположном направлении, и

- этап подачи источником тока импульса тока в указанном втором направлении;

- этап подачи импульса тока происходит за счет разряда конденсатора; и

- этап подачи тока питания содержит этап постепенного понижения тока питания в течение времени согласно определенному профилю.

Кроме того, объектом изобретения является устройство управления, по меньшей мере, одной схемой управления вышеупомянутого типа, при этом устройство управления выполнено с возможностью приема силовых командных сигналов и с возможностью управления схемой управления для открывания и закрывания, по меньшей мере, одного силового электронного компонента в зависимости от силовых командных сигналов, при этом устройство содержит:

- блок управления, выполненный с возможностью преобразования силовых командных сигналов в сигналы управления размыканием и/или замыканием выключателей и в сигналы управления подачей напряжения и/или отключением напряжения на генераторах тока схемы управления;

- запоминающее устройство хранения рабочих параметров силового электронного компонента или каждого силового электронного компонента и параметров управления током, предназначенным для подачи на электрод затвора и электрод эмиттера силового электронного компонента или каждого силового электронного компонента, при этом указанное запоминающее устройство является стираемым и перезаписываемым; и

- периферийный логический блок, выполненный с возможностью получения из указанного запоминающего устройства рабочих параметров и параметров управления током питания, при этом периферийный логический блок выполнен с возможностью выполнения задач для блока управления в зависимости от полученных рабочих параметров и параметров управления током.

Согласно другим вариантам изобретения, устройство содержит один или несколько следующих признаков:

- устройство содержит, по меньшей мере, один хронометр, выполненный с возможностью хронометража моментов передачи сигналов управления размыканием и/или замыканием выключателей на основании рабочих параметров и параметров управления, получаемых от запоминающего устройства;

- устройство содержит блок регулирования, выполненный с возможностью подачи цифровых команд изменения тока питания по заранее определенному профилю на цифро-аналоговый преобразователь для управления генераторами тока; и

- устройство содержит:

- схему сбора данных о напряжении между электродом коллектора и электродом эмиттера силового электронного компонента, и

- временной блок фильтрования данных, поступающих в схему сбора,

- при этом блок управления выполнен с возможностью определения состояния силового электронного компонента на основании данных, фильтруемых временным блоком фильтрования, при этом блок управления выполнен также с возможностью контроля соответствия между силовыми командными сигналами и состоянием силового электронного компонента.

Кроме того, объектом изобретения является пусковое устройство, содержащее:

- устройство управления вышеупомянутого типа, и

- стираемое и перезаписываемое запоминающее устройство, при этом указанное запоминающее устройство снабжено электрическими контактами, выполненными с возможностью соединения с компьютером для получения параметров управления и рабочих параметров, при этом указанное запоминающее устройство подключено к запоминающему устройству устройства управления для передачи в него указанных параметров управления и указанных рабочих параметров.

Наконец, объектом изобретения является система, содержащая схему управления вышеупомянутого типа и вышеупомянутое устройство управления этой схемой управления.

Настоящее изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве иллюстрации, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - схематичный вид системы управления вращающейся машиной;

фиг.2 - схематичный вид выключателя, состоящего из трех пакетов силовых электронных компонентов;

фиг.3 - схематичный вид архитектуры устройства управления и трех схем управления, каждая из которых выполнена с возможностью управления силовым электронным компонентом выключателя;

фиг.4 - схематичный вид детали схемы управления, показанной на фиг.3;

фиг.5 - блок-схема способа управления компонентами схемы управления, показанной на фиг.4;

фиг.6-9 - схематичный вид частей схемы управления, показанной на фиг.4.

Фиг.10 и 11 - графики изменения во времени различных рабочих параметров силового электронного компонента во время применения способа, показанного на фиг.5.

Показанная на фиг.1 система управления электрической вращающейся машиной 2 классически содержит вычислительное устройство 4, выполненное с возможностью подачи силовых командных сигналов на электронное пусковое устройство 6. Пусковое устройство 6 предназначено для преобразования силовых командных сигналов в команды управления выключателем 10 устройства 8 переключения.

Устройство 8 переключения является, например, трехфазным преобразователем постоянного тока в переменный. Оно содержит шесть выключателей 10.

На фиг.1 и 2 показан только один выключатель 10. Этот выключатель 10 содержит три пакета 11А, 11В, 11С. Каждый пакет 11А, 11В, 11С содержит силовой транзистор 12, 14, 16 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors), установленный противопараллельно со своим диодом 18, 20, 22. Каждый силовой транзистор содержит электрод затвора, электрод коллектора и электрод эмиттера, в дальнейшем называемые затвором, коллектором и эмиттером соответственно.

Каждый силовой транзистор 12, 14, 16 обычно выполнен с возможностью коммутации токов до 1200 А. Выключатель 10, то есть установленные параллельно три транзистора 12, 14, 16, выполнен с возможностью коммутации токов до 2500 А. Каждый силовой транзистор 12, 14, 16 может выдерживать напряжение V_CE между коллектором и эмиттером в непропускном состоянии, то есть в отрытом состоянии, достигающее 4000 В, и в пропускном состоянии, то есть в закрытом состоянии, напряжение V_CE, как правило, менее 5В.

Пусковое устройство 6 выполнено с возможностью управления переключением выключателя 10. Оно содержит не показанные кодер/декодер, систему питания и цифровую систему.

Оно содержит также флэш-память 23 и устройство управления 24 переключением силовых транзисторов пакета.

Флэш-память 23 выполнена с возможностью хранения рабочих параметров и параметров управления силовых транзисторов 12, 14, 16. Она является электрически стираемой и перезаписываемой. Для этого ее оборудуют электрическими контактами, выполненными с возможностью соединения с компьютером для изменения рабочих параметров и параметров управления силовых транзисторов 12, 14, 16 каждый раз, когда устройство 8 переключения управляет новой машиной.

Устройство 24 управления показано на фиг.3. Оно встроено в схему, программируемую пользователем, обычно называемую FPGA (от английского "Field Programmable Gate Array" - логическая матрица, программируемая пользователем). Оно содержит логическую схему управления, выполненную с возможностью синхронного и независимого управления тремя схемами управления 26, 28, 30, каждая из которых выполнена с возможностью управления парой затвор/эмиттер силового транзистора 12, 14, 16 выключателя 10. На фиг.4 показаны только схема управления 26 и силовой транзистор 12. Схемы управления 28 и 30 выполнены с возможностью управления переключением транзисторов 14 и соответственно 16. Эти схемы являются идентичными схеме 26, и их подробное описание опускается.

Поскольку силовой транзистор 12 ведет себя, как если бы он содержал конденсатор, на фиг.4-9 он показан с конденсатором 32, соединенным с его затвором и с его эмиттером.

Схема 26 является Н-образным мостом, который служит для установления потенциала между затвором и эмиттером силового транзистора 12. Она ограничена замкнутой линией и содержит две параллельные электрические линии связи, образующие первую 33А и вторую 33В вертикальные ветви Н-образного моста. Первая ветвь 33А содержит первый МОП-транзистор 34, первый генератор тока 40, параллельно соединенный с третьим МОП-транзистором 42. Первый МОП-транзистор 34 отделен от группы «генератор тока 40 - МОП-транзистор 42» центральной точкой 32А, предназначенной для соединения с эмиттером силового транзистора 12. Вторая ветвь 33В содержит второй МОП-транзистор 36, второй генератор тока 44, параллельно соединенный с четвертым МОП-транзистором 46. Второй МОП-транзистор 36 отделен от группы «генератор тока 44 - четвертый МОП-транзистор 46» второй центральной точкой 32В, предназначенной для соединения с затвором силового транзистора 12.

При отсутствии напряжения на своем затворе МОП-транзисторы пропускают ток от своего истока до своего стока (канал N) или от своего стока до своего истока (канал Р).

Поэтому они схематично показаны на фиг.4 и 6-9 в виде выключателей, установленных параллельно с диодом.

Генераторы 40 и 44 являются генераторами тока с переменным сопротивлением, управляемыми в цифровом режиме при помощи не показанного цифроаналогового преобразователя.

Управление открыванием и закрыванием МОП-транзисторов 34, 36, 42, 46 осуществляется непосредственно устройством 24 управления или блоками управления, управляемыми устройством 24 управления.

МОП-транзисторы 34, 42 и 36, 46 являются выключателями, функцией которых является установление полярности затвора и эмиттера силового транзистора 12 для обеспечения циркуляции тока, входящего в затвор силового транзистора 12 (тока в направлении часовой стрелки F1) или выходящего из этого затвора (ток в направлении против часовой стрелки F2).

Н-образный мост питается через конденсатор 50, подключенный к узлу 54, находящемуся между МОП-транзисторами 34 и 36, а также к узлу 56, находящемуся между группами «МОП-транзисторы 42, 46 - генераторы тока 40, 44». Напряжение конденсатора 50 устанавливают на 15 В при помощи источника напряжения 57. Этот источник подает ток, необходимый для работы, компенсируя джоулевы потери, неизбежные в процессе управления затвором транзистора 12.

Способ управления схемой 26 начинается с этапа 58, во время которого проверяют, чтобы конденсатор 32 не был замкнут накоротко, например, по причине неисправности МОП-транзистора.

Если происходит короткое замывание конденсатора 32, применяется защитная процедура, чтобы избежать повреждения пускового устройства 6.

Если конденсатор 32 не замкнут накоротко, напряжение V_GE между затвором и эмиттером транзистора 12 изначально подается в значении -15В.

На этапе 60 транзистор 36 закрыт, то есть находится в состоянии пропускания. Транзисторы 42 и 46 находятся в открытом состоянии, то есть в непропускном состоянии. На генераторы тока 40, 44 не подается напряжение или ток, то есть они не генерируют тока. Ток Ig разряда конденсатора 32 устанавливается в верхней части Н-образного моста в направлении часовой стрелки F1, пока напряжение V_GE между затвором и эмиттером не станет примерно равным 0 В. Часть схемы 26, в которой циркулирует ток Ig, показана на фиг.6.

Ток Ig имеет пик большой силы, находящийся в пределах от 5 до 10 А. Этот пик тока позволяет привести затвор силового транзистора 12 к порогу электропроводности.

Во время этого этапа напряжение V_CE между коллектором и эмиттером транзистора 12 является высоким (превышающим 1/2 рабочего напряжения). Между коллектором и эмиттером силового транзистора 12 ток не проходит.

На этапе 62 на генератор тока 40 подается напряжение для генерирования тока Ig. Этот ток Ig проходит в затвор силового транзистора 12 через конденсатор 50 и транзистор 36, как показано на фиг.7 и 10.

Управление генератором 40 происходит таким образом, чтобы ток Ig постепенно уменьшался согласно заранее определенному профилю Р6, после чего прекращается подача напряжения на генератор 40. Профиль тока Р6 содержит горизонтальную площадку в момент, когда силовой транзистор 12 переходит в пропускное состояние, как показано на фиг.10, или меняется по обратной экспоненциальной кривой, как показано на фиг.11.

Как показано на фиг.10, ток Iс устанавливается между коллектором и эмиттером транзистора 12, тогда как напряжение V_CE постепенно понижается.

Если ток Ig является очень большим, то ток Iс, который устанавливается между коллектором и эмиттером транзистора 12, может резко увеличиться до слишком большого значения (слишком большое значение dIc/dt), что может привести к необратимым последствиям на силовом транзисторе 12.

Поскольку генератор тока 40 в соответствии с настоящим изобретением управляется в цифровом режиме, уменьшение тока Ig точно регулируется устройством 24 управления, чтобы избежать любого повреждения силового транзистора 12.

Предпочтительно этот профиль кривой Р6 можно легко изменить, когда устройство 8 переключения используют для нового варианта применения, что будет подробнее пояснено ниже.

Во время этапа 64 транзистор 42 закрыт. Конденсатор 50 разряжается и генерирует импульс разряда D, показанный на фиг.10. Этот импульс разряда позволяет поддерживать пропускное состояние силового транзистора 12, избегая последовательных колебательных явлений закрывания и открывания, которые могли бы повредить транзистор 12.

В этом случае напряжение V_CE примерно равно 5 В. Напряжение V_GE между затвором и эмиттером равно +15 В.

Во время этапов 60 и 64 источник напряжения подзаряжает конденсатор 50, чтобы компенсировать джоулевы потери, накапливающиеся во время циклов заряда и разряда конденсатора 32.

Процедура открывания силовых транзисторов 12, 14, 16 начинается этапом 68, на котором транзистор 46 закрыт (пунктирная линия на фиг.8), а транзисторы 34, 36 и 42 открыты. В схеме 26 устанавливается сильный ток Ig разряда конденсатора 32 в направлении против часовой стрелки F2, как показано на фиг.8 и 10. Он может достигать значения от 5 до 10 А в зависимости от типа IGBT. В конце этапа 68 напряжение V_GE примерно равно пороговому напряжению электропроводности IGBT.

После этого на этапе 70 транзистор 46 открывается (показано на фиг.8 сплошной линией), и на генератор тока 44 подается напряжение. Он генерирует ток Ig небольшой силы в направлении против часовой стрелки F2, как показано на фиг.10.

Генератор тока 44 постепенно уменьшает ток, который может поддерживаться на одном уровне в момент, когда силовой транзистор 12 переходит в блокированное или непропускное состояние. Наконец, на генератор тока 44 подается напряжение.

Во время этапа 72, показанного на фиг.9, транзисторы 46 и 34 закрыты. Конденсатор 50 генерирует импульс тока разряда D, показанный на фиг.10. Разряд конденсатора 50 в конденсатор 32 позволяет быстро привести ток, циркулирующий между коллектором и эмиттером силового транзистора 12, к нулевому значению. Этот импульс позволяет устранить колебательное явление, которое обычно происходит во время открывания силовых транзисторов нового поколения. Поскольку ток Iс быстро приходит к 0, потери от коммутации снижаются.

Во время этапов 68 и 72 источник напряжения 57 подзаряжает конденсатор 50, чтобы компенсировать джоулевы потери во время циклов заряда и разряда конденсатора 32.

Далее со ссылками на фиг.3 следует описание других блоков устройства 24 управления.

Устройство 24 управления содержит блок 79 управления, выполненный с возможностью решать, какое напряжение V_GE следует подать между затвором и эмиттером транзисторов 12, 14, 16.

Блок 79 управления является машиной конечных состояний, выполненной с возможностью автоматического перехода от одного состояния управления к другому при соблюдении определенного условия перехода к следующему состоянию.

Блок 79 управления выполнен с возможностью преобразования силовых командных сигналов вычислительного устройства 4, принимаемых кодером/декодером пускового устройства 6 в сигналы управления для инжекции тока в затворы или извлечения тока из затворов силовых транзисторов 12, 14, 16.

Устройство 24 управления дополнительно содержит запоминающее устройство 80, периферийный логический блок 82 и схему 84 сбора данных о напряжении V _CE между коллектором и эмиттером силовых транзисторов 12, 14, 16.

Запоминающее устройство 80 является оперативным запоминающим устройством типа RAM с двойным портом, загружаемым от электрически программируемой флэш-памяти 23. Она содержит рабочие параметры каждого силового транзистора 12, 14, 16 и параметры управления током Ig, предназначенным для подачи на затвор и на эмиттер каждого силового транзистора 12, 14, 16. Эти параметры передаются от флэш-памяти 23 на последовательный порт запоминающего устройства 80 для подачи напряжения на пусковое устройство 6 и после этого могут передаваться от 16-битового порта запоминающего устройства 80 для программирования периферийного логического блока 82.

Когда устройство 8 переключения используют для нового варианта применения, рабочие параметры и параметры управления можно легко изменить путем подключения флэш-памяти 23 к компьютеру, содержащему программу, позволяющую изменять эти параметры.

Схема 84 сбора выполнена с возможностью определения в любой момент напряжения V_CE между коллектором и эмиттером силовых транзисторов 12, 14, 16, а также его изменения относительно времени. Принцип работы этой схемы подробно описан в патентной заявке, опубликованной под номером 02 851 056, и его описание в настоящей заявке опускается.

Блок 79 управления выполнен с возможностью приема данных измерения напряжения V_CE, а также данных измерений изменения этого напряжения V_CE во времени, от схемы 84 сбора для постоянного контроля соответствия между командными сигналами, полученными от вычислительного устройства 4, и состоянием каждого силового транзистора 12, 14, 16 как в момент переключений, так и во время стационарных состояний.

Периферийный логический блок 82 содержит временной блок 88 фильтрования сигналов, полученных от схемы 84 сбора, первый 90 и второй 92 хронометры, блок 94 регулирования профиля тока, инжектируемого в затвор силовых транзисторов 12, 14, 16, и, наконец, проверочный блок 96.

Временной блок 88 фильтрования выполнен с возможностью осуществления фильтрования напряжения V_CE в заранее определенном временном интервале для устранения сигналов, характеризующих паразитные колебания этого напряжения.

Первый хронометр 90 выполнен с возможностью хронометража интервалов времени порядка десятка микросекунд по команде блока 79 управления. Он может принимать от запоминающего устройства 80 рабочие параметры и параметры управления. В частности, в них входят минимальная продолжительность Р1 импульса, допустимая для затвора каждого силового транзистора 12, 14 16, а также минимальный срок Р2 насыщения каждого силового транзистора, то есть минимальный промежуток между двумя командами переключения. Примеры рабочих параметров и параметров управления показаны на фиг.11.

Второй хронометр 92 выполнен с возможностью измерения интервалов времени от 25 нс до нескольких микросекунд по команде блока 79 управления. Он принимает предназначенные для хронометража параметры от запоминающего устройства 80. В частности, его используют для хронометража моментов Р3, Р4, Р5 инжекции токов Ig в каждый затвор силовых транзисторов 12, 14, 16 выключателя, длины импульса тока Р7, а также времени регулирования Р8.

Блок 94 регулирования выполнен с возможностью изменения кривых тока Ig1, Ig2, Ig3 питания силовых транзисторов 12, 14, 16 по Р6 или нескольким заранее определенным профилям тока, полученным от запоминающего устройства 80. Профиль тока Р6 может образовать ступеньку, как показано на фиг.10, или понижающуюся экспоненту, как показано на фиг.11.

Блок 94 управления выполнен с возможностью управления генераторами тока 40 и 44 схем 26, 28 и 30 управления. Для этого его подключают к цифроаналоговым преобразователям, которые, в свою очередь, соединяют с каждым из генераторов 40, 44.

Проверочный блок 96 принимает команды от блока 79 управления для управления блоками управления транзисторами 34, 36, 42 и 46. Проверочный блок 96 обеспечивает недопущение восстановления проводимости МОП-транзисторов. Кроме того, проверочный блок 96 позволяет запустить инжекцию токов Ig1, Ig2, Ig3 в затворы каждого из транзисторов 12, 14, 16 в заранее определенные моменты Р3, Р4, Р5.

Рабочие параметры и параметры управления, хранящиеся в запоминающем устройстве 80, содержат, в частности, минимальную продолжительность Р1 импульса, допустимую для затвора каждого силового транзистора, минимальный срок Р2 насыщения, моменты Р3, Р4, Р5 инжекции тока в каждый затвор силовых транзисторов 12, 14, 16 и профиль Р6 понижения тока затвора.

Устройство 24 управления и схемы 26, 28, 30 управления позволяют точно и быстро управлять всеми тремя транзисторами 12, 14, 16 с учетом рабочего состояния каждого из этих силовых транзисторов, причем устройство 24 управления выполнено с возможностью запуска аварийной процедуры в случае выхода из строя одного или нескольких силовых транзисторов.

Силовые транзисторы 12, 14, 16 характеризуются разными моментами перехода из пропускного состояния в непропускное состояние и наоборот. Эти различия моментов перехода из одного состояния в другое вытекают из второстепенных различий в поведении их кремния и из их положения в силовом контуре переключения. Промышленный разброс параметров пакетов 11А, 11В, 11С и незначительная асимметрия контура переключения вносят дисбаланс в мгновенное распределение тока в параллельно установленных пакетах во время переключений. Это ограничивает полномасштабное использование возможности отключения пакетов в параллельных монтажных схемах.

Иначе говоря, первый транзистор выключателя, который производит переключение, должен выдерживать более высокий переходный ток, чем другие, пока все другие параллельно установленные транзисторы не заработают на полную мощность. Поэтому необходимо ограничивать номинальный ток переключения преобразователя, то есть ток, коммутируемый выключателем 10.

Перед использованием производят тестирование пакетов 11А, 11В, 11С для точного определения относительных отклонений между ними. Моменты срабатывания Р3, Р4, Р5 тока Ig определяют в зависимости от этих отклонений. Проверочный блок 96 устройства управления включает подачу напряжения на генераторы тока 40, 44 и отключает от них напряжение, чтобы все силовые транзисторы 12, 14, 16 переходили в пропускное состояние в один и тот же момент, как показано на фиг.11, таким образом, чтобы можно было повышать номинальный ток преобразователя.

В варианте, генераторы тока 40, 44 могут быть выполнены в виде регуляторов напряжения и усилителей.

В известных схемах управления энергия, используемая для переключения силовых транзисторов 12, 14, 16, рассеивается в резисторах, тогда как, согласно настоящему изобретению, эта энергия предпочтительно отбирается конденсатором 50. Следовательно, устройство запуска 6 потребляет меньше энергии, и компоненты схем 26, 28, 30 управления не перегреваются и, следовательно, не портятся.

Иначе говоря, принцип управления парой затвор/эмиттер силового транзистора, используемого в схеме управления в соответствии с настоящим изобретением, позволяет рассеивать энергию при запуске силовых транзисторов только на укороченных этапах. Это позволяет уменьшить в 10-50 раз рассеяние энергии схемами 26, 28, 30 во время запуска затворов силовых транзисторов. Действительно, энергия рассеивается только на этапах 60 и 70, и нет необходимости в искусственном усилении конденсатора 32 силовых транзисторов 12, 14, 16 путем добавления дополнительного внешнего конденсатора для корректировки схемы RC.