可編程門控制器系統(tǒng)和方法
【專利摘要】控制具有鄰近相關(guān)聯(lián)功率開關(guān)并且遠離中央控制器的可編程門控制器系統(tǒng)的功率開關(guān)，包括：感測相關(guān)聯(lián)功率開關(guān)本地的至少一個預(yù)定條件；向遠程可編程門控制器系統(tǒng)報告感測的條件；響應(yīng)于感測的條件，產(chǎn)生在遠程可編程門控制器系統(tǒng)中的至少一個控制信號；以及向相關(guān)聯(lián)的功率開關(guān)施加控制信號。
【專利說明】可編程門控制器系統(tǒng)和方法
[0001] 相關(guān)申請
[0002] 本申請根據(jù)35仄5.(：.§§119、120、363、365 和37(：.卩.1?.§1.55以及§1.78要求 2012年2月17日提交的美國專利申請序列號No. 13/385, 403的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，所述申請通 過該引用并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明涉及可編程門控制器系統(tǒng)和方法，并且更特別地涉及可適用于功率半導體 的遠程分布式可編程門控制器系統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0004] 在諸如用于電機驅(qū)動、太陽能轉(zhuǎn)換、風能轉(zhuǎn)換的逆變器以及電池充電器和不間斷 電源的功率轉(zhuǎn)換器電路中，通常使用集中式控制器或微處理器、DSP或FPGA，其基于傳感器 反饋、設(shè)定點和控制算法來命令功率轉(zhuǎn)換開關(guān)（功率半導體）的接通和關(guān)斷。
[0005] 接通、關(guān)斷命令經(jīng)由數(shù)字線路發(fā)送給門驅(qū)動器電路，其基于數(shù)字信號的電平（例 如高=接通/低=關(guān)斷）或多或少直接命令功率開關(guān)接通或關(guān)斷。
[0006] 典型的三相逆變器具有六個功率開關(guān)，并且因此在集中式微處理器和門驅(qū)動器 (用于每個開關(guān)的門驅(qū)動器）之間需要六條數(shù)字線路。出于噪音抗干擾性和安全性的原因， 通常進一步的是中央微處理器借助于光學、電容或電感耦合與門驅(qū)動器電流隔離。通常在 門驅(qū)動器處實現(xiàn)該隔離，并且對每條線路都需求該隔離。
[0007] 除了門控制線路，功率轉(zhuǎn)換器電路同樣通常需要從門驅(qū)動器到中央控制器處理器 的連接以對故障條件發(fā)出信號。如果故障歸屬于每個門驅(qū)動器（和開關(guān)），則將需求總計六 條故障線路，導致在中央處理器和門驅(qū)動器之間總計十二條隔離線路。
[0008] 該大數(shù)量的數(shù)字線路和隔離屏障導致成本和復雜性。此外，簡單的數(shù)字線路僅提 供非常有限的功能：發(fā)送給門驅(qū)動器的命令僅具有兩個狀態(tài)（接通或關(guān)斷），而由門驅(qū)動器 返回的信息同樣是二進制（非故障或故障）。除了考慮成本和可靠性不是最優(yōu)，該集中式方 法嚴重限制門驅(qū)動器可在功率轉(zhuǎn)換控制中起的作用，并且阻止系統(tǒng)設(shè)計者充分利用在智能 和分布方式中的功率轉(zhuǎn)換電路。
[0009] 例如，功率開關(guān)的控制限于由中央處理器發(fā)出的簡單的接通/關(guān)斷命令，并且基 于實際操作條件不允許實時調(diào)節(jié)。來自門驅(qū)動器的反饋是簡單的好（0K)/不好（not-OK)， 并且不提供可輔助功率轉(zhuǎn)換性能或提供診斷的任何額外信息。
[0010] 此外，由于從測量電路到處理器以及隨后到功率開關(guān)的延遲，控制算法的帶寬固 有地采用傳統(tǒng)方法限制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 因此本發(fā)明的目的是提供改進的可編程門控制器系統(tǒng)和方法。
[0012] 本發(fā)明的進一步目的是提供這種改進的可編程門控制器系統(tǒng)和方法，其實現(xiàn)（多 個）功率開關(guān)的切換速率和接通/關(guān)斷比率的本地實時控制。
[0013] 本發(fā)明的進一步目的是提供這種改進的可編程門控制器系統(tǒng)和方法，其使自學習 算法的產(chǎn)生能夠跟蹤（多個）功率開關(guān)的本地趨勢。
[0014] 本發(fā)明的進一步目的是向?qū)崟r診斷應(yīng)用提供這種改進的可編程門控制器系統(tǒng)和 方法，以預(yù)期并且檢測（多個）功率開關(guān)的潛在故障模式。
[0015] 本發(fā)明的進一步目的是提供這種改進的可編程、門控制器系統(tǒng)和方法，其實現(xiàn)從 鄰近（多個）功率開關(guān)的分布式、遠程可編程門控制器到使更復雜控制環(huán)路和算法的實施 可行的中央控制器的實時和詳細信息的通信。
[0016] 本發(fā)明的進一步目的是提供這種改進的可編程門控制器系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方 法減少成本，增加可靠性并且容納更先進、更高的帶寬、更智能化的算法。
[0017] 本發(fā)明的進一步目的是提供這種改進的可編程門控制器系統(tǒng)和方法，其實現(xiàn)本地 高帶寬的控制環(huán)路。
[0018] 在各種方面中部分地由改進的可編程門控制器系統(tǒng)和方法實現(xiàn)產(chǎn)生的本主題發(fā) 明可通過如下實現(xiàn)：感測相關(guān)聯(lián)功率開關(guān)本地的至少一個預(yù)定條件；向遠離中央控制器的 可編程門控制器報告感測條件；響應(yīng)于感測條件，產(chǎn)生在遠程可編程門控制器中的至少一 個控制信號；以及向相關(guān)聯(lián)的功率開關(guān)施加控制信號。
[0019] 本發(fā)明以可編程門控制器系統(tǒng)為特征，該可編程門控制器系統(tǒng)包括：至少一個可 編程門控制器，其適于到中央控制器的連接；至少一個功率開關(guān)，其與可編程門控制器互連 并且可由可編程門控制器控制；可編程門控制器包括用于驅(qū)動功率開關(guān)的放大器和用于操 作放大器的可編程裝置。
[0020] 在優(yōu)選實施例中，可以存在在可編程門控制器和中央控制器之間的通信鏈接。鏈 接可以是雙向的。鏈接可包括隔離裝置。通信鏈接可基于SPI。通信鏈接可基于CAN。功 率開關(guān)可包括FET。功率開關(guān)可包括IGBT。至少一個傳感器用于感測在功率開關(guān)處的本地 條件。可編程裝置可被配置成響應(yīng)于傳感器生成命令以改變功率開關(guān)的切換速率和/或接 通/關(guān)斷比率?？删幊萄b置可被配置成響應(yīng)于傳感器生成命令以跟蹤在功率開關(guān)本地條件 中的趨勢?？删幊萄b置可被配置成響應(yīng)于傳感器生成命令以預(yù)期并且檢測功率開關(guān)的潛在 故障模式。通信鏈接可傳送從中央控制器到可編程門控制器以及從可編程門控制器到中央 控制器的開關(guān)控制命令和參數(shù)。放大器和可編程裝置可在相同芯片上。功率開關(guān)可包括 IGBT。功率開關(guān)可包括FET。
[0021] 本發(fā)明同樣以控制具有鄰近相關(guān)聯(lián)功率開關(guān)并且遠離中央控制器的可編程門控 制器系統(tǒng)的功率開關(guān)的方法為特征，該方法包括：感測在相關(guān)聯(lián)功率開關(guān)本地的至少一個 預(yù)定條件；向遠程可編程門控制器系統(tǒng)報告感測條件；響應(yīng)于感測條件產(chǎn)生在遠程可編程 門控制器系統(tǒng)中的至少一個控制信號；以及向相關(guān)聯(lián)的功率開關(guān)施加控制信號。
[0022] 在優(yōu)選實施例中，可以存在在遠程可編程門控制器系統(tǒng)和中央控制器之間的通 信。通信可以是雙向的。通信可以經(jīng)由高速串行總線。通信可以通過隔離裝置。通信可包 括從中央控制器到可編程門控制器系統(tǒng)的高分辨率設(shè)定點的傳輸。產(chǎn)生控制信號可包括生 成命令以改變相關(guān)聯(lián)開關(guān)的切換速率和/或接通/關(guān)斷比率。產(chǎn)生控制信號可包括施加自 學習算法以跟蹤在相關(guān)聯(lián)功率開關(guān)本地條件中的趨勢?？梢赃M一步包括施加診斷算法以預(yù) 期并且檢測相關(guān)聯(lián)功率開關(guān)的潛在故障模式。通信可包括從中央控制器到可編程門控制器 以及從可編程門控制器到中央控制器傳送開關(guān)控制命令和參數(shù)。
[0023] 然而，在其它實施例中本主題發(fā)明不需要實現(xiàn)所有的這些目的，并且在此的權(quán)利 要求不應(yīng)當限于能夠?qū)崿F(xiàn)這些目的的結(jié)構(gòu)或方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 從優(yōu)選實施例的以下描述和附圖，其它目的、特征和優(yōu)點將對于本領(lǐng)域的技術(shù)人 員顯現(xiàn)，在附圖中：
[0025] 圖1是使用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的集中式控制方法的門驅(qū)動器系統(tǒng)的示意性框圖；
[0026] 圖2是一個典型的現(xiàn)有技術(shù)門驅(qū)動器的更詳細的示意視圖；
[0027] 圖3是根據(jù)使用三個可編程門驅(qū)動器的本發(fā)明的可編程門控制器系統(tǒng)的示意性 框圖；
[0028] 圖4是根據(jù)采用管理用于三相逆變器的六個功率開關(guān)的一個可編程門控制器的 本發(fā)明的可編程門控制器系統(tǒng)的示意性框圖；
[0029] 圖5是圖3和圖4的可編程門控制器的一個實施方式的更詳細的框圖；
[0030] 圖6是圖3和圖4的可編程門控制器的另一個實施方式的更詳細的框圖；
[0031] 圖7示出用于在圖5和圖6的可編程門控制器的可編程裝置中運行的軟件的典型 輸入和輸出；
[0032] 圖8是根據(jù)本發(fā)明在可編程門控制器中可執(zhí)行的軟件流程圖；
[0033] 圖9和圖10分別示出典型的接通和關(guān)斷用于功率半導體開關(guān)的電壓和電流波 形；
[0034] 圖11示出在開環(huán)方法中應(yīng)用的Vge的分布；
[0035] 圖12示出在閉環(huán)方法中應(yīng)用的Vge的分布；以及
[0036] 圖13是示出采用根據(jù)本發(fā)明的可編程門控制器系統(tǒng)來控制功率開關(guān)的方法的一 個實施方式的流程圖。

【具體實施方式】
[0037] 除了以下公開優(yōu)選的實施例或多個實施例，本發(fā)明能夠在其它實施例中以各種方 式被實踐或執(zhí)行。因此，應(yīng)理解的是，本發(fā)明在其應(yīng)用中并不局限于在下面描述中闡述或在 附圖中示出的構(gòu)造細節(jié)和組件布置。如果在此僅描述一個實施例，則其權(quán)利要求不應(yīng)限于 該實施例。此外，在此的權(quán)利要求沒有限制性讀取，除非存在體現(xiàn)一定排斥、限制或免責聲 明的明確和令人信服的證據(jù)。
[0038] 在圖1中示出了利用六個門驅(qū)動器12、14、16、18、20和22的傳統(tǒng)現(xiàn)有技術(shù)門驅(qū)動 器系統(tǒng)10,每個驅(qū)動器分別驅(qū)動諸如IGBT或M0SFET的一對半導體功率開關(guān)24、26、28、30、 32、34。門驅(qū)動器12-22由來自諸如微控制器單元（MCU)的中央控制器48的在線路36、38 和40上的高信號和在線路42、44和46上的低信號驅(qū)動。用于每個門驅(qū)動器12-22的在線 路36-46上的六個高/低信號通過諸如電光、電感或電容隔離裝置50、52、54、56、58、60的 隔離裝置傳送到中央控制器48。來自每個門驅(qū)動器12-22的故障線路被"或"（0R-ed)到 同樣指向中央控制器48的故障線路62。由于由所有門驅(qū)動器12-22提供的故障信號被一 起"或"到用于傳輸?shù)街醒肟刂破?8的一個線路上方，所以該結(jié)果是非常有限的控制粒度， 并且是非常有限的診斷和/或控制反饋。中央控制器48驅(qū)動向門12-22的每個門提供功 率的門供應(yīng)控制器64。中央控制器48同樣分別從在線路70、72、74和76上的隔離電壓測 量66和電流測量68接收信號。高/低命令通常是脈沖寬度調(diào)制的接通/關(guān)斷命令，其調(diào) 節(jié)并且然后由門驅(qū)動器12-22施加到半導體開關(guān)24-34。
[0039] 圖2示出典型現(xiàn)有技術(shù)門驅(qū)動器12a使用固定的非可編程電路系統(tǒng)。接通/關(guān)斷 請求通過V in 80發(fā)生，并且每個門驅(qū)動器需要引起用于三相逆變器的六個隔離電路的隔離 電路82。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明在圖3的分布式可編程門控制器系統(tǒng)90中，在服務(wù)三相系統(tǒng)中六個半 導體功率開關(guān)24a-34a的三個可編程門控制器92、94和96的情況下，半導體功率開關(guān)24a、 26a、28a、30a、32a和34a由可編程門控制器驅(qū)動?？删幊涕T控制器92、94和96遠離中央控 制器48a，并且在雙向通信鏈接100上通過單個隔離裝置98與中央控制器48a通信，其例如 可使用串行通信接口（SCI)、串行外圍接口（SPI)或控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN)來實施。通信鏈 接100可被用來從中央控制器48a發(fā)送開關(guān)控制命令和參數(shù)給門控制器92、94、96,并且從 門控制器92、94和96接收反饋給中央控制器48a?？删幊涕T控制器92、94和96可以采用 例如微控制器單元（MCU)、數(shù)字信號處理器（DSP)、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA)的任何適合的 可編程裝置來實施。這些可編程門控制器因此能夠遠離中央控制器48a并且鄰近半導體功 率開關(guān)智能操作。諸如在可編程門控制器92、94、96處的線路102U04和106上的電流測 量的測量可本地進行，并且可本地處理，并且然后被發(fā)送到中央控制器48a或直接施加以 調(diào)節(jié)半導體開關(guān)24a_34a的操作。
[0041] 可替代地，圖4的可編程門控制器系統(tǒng)90a可使用單個集成可編程門控制器110 以服務(wù)所有六個半導體功率開關(guān)24a_34a。如由圖5的可編程門控制器92a示例的每個可 編程門控制器可包括諸如DSP、MCU、FPGA等的可編程裝置120以及具有控制裝置124和反 饋連接126的放大器122?？删幊萄b置120和放大器122可在單個芯片123上實現(xiàn)。
[0042] 圖6的可編程門控制器92b可同樣具有在一個物理裝置中集成的可編程裝置120b 和放大器122b。在每種情況下可編程裝置120、120b執(zhí)行控制算法，并經(jīng)由串行通信鏈接 100與中央處理器通信。其同樣經(jīng)由串行通信鏈接100接收諸如簡單的接通/關(guān)斷命令的 設(shè)定點或諸如占空比命令的更高分辨率設(shè)定點。借助于被連接到放大器電路的控制線路， 或在圖6的可編程門控制器92b情況下的直接連接，在可編程裝置120、120b上的控制算法 執(zhí)行經(jīng)由串行鏈接接收的請求。通常這些控制線路是脈沖寬度調(diào)制（PWM)信號，并且在每 一種情況下放大器122、122b調(diào)節(jié)控制信號，所以它們可以被施加到功率開關(guān)的門。在圖5 和圖6中放大器122、122b可同樣包含可感測與諸如溫度、電壓和電流的功率開關(guān)24b、26b 的相關(guān)聯(lián)參數(shù)有關(guān)的參數(shù)。這些量以可被采樣并且用于診斷、控制或保護目的的模擬信號 形式提供給可編程裝置120、120b。接近傳感器和功率開關(guān)的可編程門控制器92b和可編程 裝置120 (120b)的接近度以及不需要隔離的事實允許非常高帶寬控制的實施。
[0043] 用于在可編程門控制器中運行的程序的典型輸入/輸出關(guān)于圖7的可編程門控制 器92c示出。輸出包括在串行通信鏈接100上和在線路130上門電壓控制的信號。輸入包 括在具有電源電壓132以及支路電流134、支路電壓136、開關(guān)電流138、開關(guān)電壓140、開關(guān) 溫度142、（多個）門電壓144和（多個）門電流146的通信鏈接100上的信號。串行通信 鏈接100可以利用串行通信接口（SCI)、串行外圍接口（SPI)或控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN)等以 與中央控制器交換信息。該信息可包括用于功率開關(guān)、占空比的接通/關(guān)斷設(shè)定點和電壓 /電流設(shè)定點，以及將開關(guān)控制同步的定時信息。該程序的輸出主要是用于在線路130上 開關(guān)致動的控制信號。需要每個開關(guān)至少一條控制線路?？刂凭€路可以是離散模擬或偽模 擬（PWM)。在圖7中的反饋信號134-146允許實現(xiàn)保護算法并且向中央控制器提供更高級 別功能的開關(guān)的最優(yōu)控制。門電壓和門電流的測量允許有源閉環(huán)切換控制的實施。開關(guān)電 流、開關(guān)電壓和開關(guān)溫度的測量用作用于優(yōu)化和保護算法的基礎(chǔ)。支路電壓和支路電流的 測量允許將以另外方式由中央控制器執(zhí)行的更高級別特征的實施。這種特征的示例是電流 調(diào)節(jié)、死區(qū)補償（dead time compensation)和有源阻尼算法。
[0044] 軟件結(jié)構(gòu)通常如在圖8中示出，其中門控制器程序流包括主環(huán)路150、通信管理器 152、開關(guān)事件管理器154和開關(guān)控制器156。在主環(huán)路150中，例程以上電158、初始化和 自檢160開始，并且然后調(diào)查由使用數(shù)據(jù)和歷史的處理和存儲164緊隨的狀態(tài)和故障恢復 管理162。在初始化和自檢之后通信管理器152建立與中央處理器166的鏈接。其處理傳 入的消息168,并且更新開關(guān)事件170。其然后準備狀態(tài)和反饋信息172并且發(fā)送它們作為 傳出消息174。在初始化和自檢之后開關(guān)事件管理器154建立其自身的初始化開關(guān)事件表 和開關(guān)定時器176。其同步事件定時器178,更新切換參數(shù)180并且激活開關(guān)事件182。最 后開關(guān)控制器156初始化門供應(yīng)184,監(jiān)視開關(guān)186并且確定故障是否已發(fā)生188。如果故 障發(fā)生，則執(zhí)行安全關(guān)斷190,并且然后如果故障沒有被清除192,則系統(tǒng)循環(huán)。如果故障已 被清除，則其移動到輸出節(jié)點194。如果沒有故障發(fā)生，則關(guān)于開關(guān)事件是否激活196做出 查詢；如果發(fā)生故障，則實現(xiàn)控制切換198,并且在進入其輸出節(jié)點194之后更新開關(guān)模式 200。在步驟196中，如果開關(guān)事件沒有激活，則系統(tǒng)直接移動到輸出節(jié)點194。主例程150 主要負責配置控制器，啟動其它任務(wù)，并且以低速率和低優(yōu)先級執(zhí)行故障管理和故障恢復 算法。該任務(wù)可用于處理并且存儲諸如熱循環(huán)信息和影響功率開關(guān)壽命的其它參數(shù)的開關(guān) 使用數(shù)據(jù)。通信管理器152建立并且保持與中央控制器的通信。其從中央控制器接收命令 和同步信息，并且將測量和狀態(tài)信息通信返回。開關(guān)事件管理器154解析傳入的控制消息， 并且生成在開關(guān)事件表中存儲的開關(guān)事件。開關(guān)事件定義用于開關(guān)接通和關(guān)斷事件的定時 和參數(shù)。最后，開關(guān)控制器156連續(xù)地監(jiān)視諸如過電流或短路和擊穿條件的故障的每個開 關(guān)狀態(tài)。一旦驗證開關(guān)的正常運行，則其查詢用于新切換事件的事件表。如果新切換事件 已被激活，則開關(guān)控制器156基于具有開關(guān)事件的切換參數(shù)來實施以開環(huán)或閉環(huán)方式的過 渡。繼切換之后，開關(guān)模型基于如在圖8的步驟200中指示的測量數(shù)據(jù)來更新。該模型可 用于促進下一個切換事件的控制，并且向主控制提供診斷數(shù)據(jù)。如果采用開關(guān)檢測到故障， 則開關(guān)控制器156安全地禁用開關(guān)，并且防止任何進一步的切換直到故障條件被清除。
[0045] 圖9和圖10分別示出用于諸如在半橋布置中的IGBT的功率半導體開關(guān)的電壓和 電流波形的典型接通和關(guān)斷。在接通相位期間，圖9開關(guān)Vce兩端的電壓從從全阻斷電壓 (通常為幾百伏）跌落到導通電壓（約2V)。同時開關(guān)電流Ic從0A升高到其最終值。注 意到電壓如何沒有顯著下降，直到電流充分斜升，而相反的二極管停止導通（初始電壓降 為純電感）。僅當開關(guān)承載全電流時，其電壓首先以快速率并且隨后縮?。╰ailing off)地 衰減。由于在過渡周期期間電壓和電流的同步存在，功率在開關(guān)中耗散，這導致不希望的損 失和發(fā)熱。這些接通損失可通過增加門電壓并且從而降低電流斜升時間來減少。然而，高 的dl/dt導致對于開關(guān)和相反二極管的更高應(yīng)力，并且產(chǎn)生更多的電磁干擾。因此，有必要 建立在接通損耗和開關(guān)應(yīng)力/EMI之間的折衷。
[0046] 傳統(tǒng)的門驅(qū)動器被配置用于固定的接通速度，并且需要根據(jù)最壞情況條件限定大 小。然而可編程門控制器能夠基于用于每個切換實例的實際操作條件來調(diào)節(jié)折衷。這通過 在圖8中實現(xiàn)受控切換的步驟198來實現(xiàn)。此外，在每個切換事件期間收集的數(shù)據(jù)可用于 提高以下如由更新開關(guān)模型步驟200所指示的切換。
[0047] 與接通相位類似，圖10中在開關(guān)關(guān)斷相位期間功率同樣被耗散。在關(guān)斷開始時開 關(guān)兩端的電壓以由門電壓給定的速率上升。一旦Vce達到電源電壓，則相對的二極管開始 導通并且電流衰減。電流下降率主要由裝置動力學給定，而不是門電壓或環(huán)路電感。電流 dl/dt產(chǎn)生添加到開關(guān)兩端的電壓的感應(yīng)電壓尖峰，該感應(yīng)電壓尖峰產(chǎn)生額外應(yīng)力并且增 加切換損耗。一旦電流已經(jīng)基本上衰減，則其基于內(nèi)在的裝置屬性"縮小"。再次，在關(guān)斷相 位期間電壓和電流的同步存在導致?lián)p耗以及由此不希望的開關(guān)發(fā)熱。因此，門控制的參數(shù) 可用于最小化關(guān)斷損耗并且控制關(guān)斷的dV/dt，并且從而減輕EMI。因此，能夠?qū)崟r調(diào)節(jié)其 控制的可編程門控制器將具有勝于具有固定設(shè)定的傳統(tǒng)門驅(qū)動器的優(yōu)點。在圖7中示出的 輸入和輸出134-136提供執(zhí)行受控切換和開關(guān)模型更新所需的所有信息。
[0048] 借助于經(jīng)由在開環(huán)操作中例如122c的放大器而施加到例如24c的功率開關(guān)的 Vge(t)分布210,完成圖11的可編程門控制器92的受控切換操作的一個實施方式?；诠?率開關(guān)24c的實際操作條件和從最近的切換事件獲得的信息，以最小化損耗和功率開關(guān)組 件應(yīng)力的目的，分布(t) 210由軟件持續(xù)調(diào)節(jié)?？商娲兀趫D12的可編程門控制器92e 中，采用在可編程門控制器上的軟件中執(zhí)行的調(diào)節(jié)器120c，門電壓可在閉環(huán)操作中控制。注 意到，本發(fā)明的可編程門控制器從而固有地提供靈活性以執(zhí)行顯著更復雜的切換算法。
[0049] 根據(jù)本發(fā)明的可編程門控制器的方法在圖13中更一般地示為包括：感測功率開 關(guān)220本地的預(yù)定條件；向遠程可編程門控制器222報告感測條件；在遠程可編程門控制 器224中產(chǎn)生一個或多個控制信號；以及將該控制信號或多個控制信號施加給相關(guān)聯(lián)的功 率開關(guān)226。
[0050] 雖然本發(fā)明的具體特征在一些附圖中示出而沒有在其它附圖中示出，但是這僅為 了便利起見，因為每個特征可結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的任何或所有其它特征。如在本文中使用的 詞語"包括"、"包含"、"擁有"、"具有"應(yīng)廣泛和全面地解釋，并且不限于任何物理互連。此 夕卜，在主題申請中公開的任何實施例不視為唯一可能的實施方式。
[0051] 此外，在用于該專利的專利申請審查期間提出的任何修改不是在所提交申請中提 出的任何權(quán)利要求元素的放棄：本領(lǐng)域技術(shù)人員不能合理地預(yù)期草擬將從字面上涵蓋所有 的可能等價的權(quán)利要求，許多等價在修改時將不可預(yù)見，并且（如果有的話）超出要被放棄 的公平解釋之外，在修改下的基本原理可承擔不超過對許多等價無關(guān)緊要的關(guān)聯(lián)，和/或 存在 申請人:不期望描述用于在修改的任何權(quán)利要求的某些非實質(zhì)性替代的很多其它原因。
[0052] 其它實施例將對于本領(lǐng)域技術(shù)人員呈現(xiàn)，并且處于所附權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種可編程門控制器系統(tǒng)，包括： 至少一個可編程門控制器，其適于連接到中央控制器； 至少一個功率開關(guān)，其與所述可編程門控制器互連并且可由所述可編程門控制器控 制； 所述可編程門控制器包括用于驅(qū)動所述功率開關(guān)的放大器和用于操作所述放大器的 可編程裝置；以及 所述可編程門控制器被配置成響應(yīng)于感測在功率開關(guān)處的本地條件的傳感器，生成命 令以預(yù)期功率開關(guān)的一個或多個潛在故障模式。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可編程門控制器系統(tǒng)，其包括在所述可編程門控制器和所述 中央控制器之間的通信鏈接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可編程門控制器系統(tǒng)，其中所述鏈接是雙向的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可編程門控制器系統(tǒng)，其中所述鏈接包括隔離裝置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可編程門控制器系統(tǒng)，其中所述通信鏈接基于SPI。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可編程門控制器系統(tǒng)，其中所述通信鏈接基于CAN。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可編程門控制器系統(tǒng)，其中所述功率開關(guān)包括FET。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可編程門控制器系統(tǒng)，其中所述功率開關(guān)包括IGBT。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可編程門控制器系統(tǒng)，其包括用于感測在所述功率開關(guān)處的 本地條件的至少一個傳感器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的可編程門控制器系統(tǒng)，其中所述可編程裝置被配置成響應(yīng) 于所述傳感器，生成命令以改變功率開關(guān)的切換速率和/或接通/關(guān)斷比率。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的可編程門控制器系統(tǒng)，其中所述可編程裝置被配置成響應(yīng) 于所述傳感器，生成命令以跟蹤功率開關(guān)的本地條件中的趨勢。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的可編程門控制器系統(tǒng)，其中所述可編程裝置被配置成響應(yīng) 于所述傳感器，生成命令以預(yù)期并且檢測功率開關(guān)的潛在故障模式。
13. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可編程門控制器系統(tǒng)，其中所述通信鏈接從所述中央控制 器到所述可編程門控制器以及從所述可編程門控制器到所述中央控制器傳送開關(guān)控制命 令和參數(shù)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可編程門控制器系統(tǒng)，其中所述放大器和所述可編程裝置 在相同芯片上。
15. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可編程門控制器系統(tǒng)，其中所述功率開關(guān)包括IGBT。
16. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可編程門控制器系統(tǒng)，其中所述功率開關(guān)包括FET。
17. -種方法，用于控制具有鄰近相關(guān)聯(lián)功率開關(guān)并且遠離中央控制器的可編程門控 制器系統(tǒng)的功率開關(guān)，所述方法包括： 感測相關(guān)聯(lián)功率開關(guān)本地的至少一個預(yù)定條件； 向遠程可編程門控制器系統(tǒng)報告感測的條件； 響應(yīng)于感測的條件，產(chǎn)生在被配置成預(yù)期功率開關(guān)的一個或多個潛在故障模式的所述 遠程可編程門控制器系統(tǒng)中的至少一個控制信號；以及 向相關(guān)聯(lián)的功率開關(guān)施加該控制信號。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進一步包括在遠程可編程門控制器系統(tǒng)和中央控制 器之間通信。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中該通信是雙向的。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中該通信經(jīng)由高速串行總線。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中該通信通過隔離裝置。
22. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中該通信包括從中央控制器到可編程門控制器系 統(tǒng)的高分辨率設(shè)定點的傳輸。
23. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中產(chǎn)生控制信號包括產(chǎn)生命令以改變相關(guān)聯(lián)開關(guān) 的切換速率和/或接通/關(guān)斷比率。
24. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，產(chǎn)生控制信號包括施加自學習算法以跟蹤在相關(guān)聯(lián) 功率開關(guān)的本地條件中的趨勢。
25. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進一步包括施加診斷算法以預(yù)期并且檢測相關(guān)聯(lián)功 率開關(guān)的潛在故障模式。
26. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中通信包括從所述中央控制器到所述可編程門控 制器以及從所述可編程門控制器到所述中央控制器傳送開關(guān)控制命令和參數(shù)。
【文檔編號】G06F9/00GK104145243SQ201380009831
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年2月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月17日
【發(fā)明者】B·阿爾內(nèi)特 申請人:康威桑知識產(chǎn)權(quán)管理公司