本申請總體上涉及用于降低開關(guān)損耗的在器件截止期間混合動力電動動力傳動系統(tǒng)中的igbt柵極上的電壓的控制和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電氣化車輛(包括混合動力電動車輛(hev)和電池電動車輛(bev))依靠牽引電池向用于推進的牽引馬達提供電力，并且依靠牽引電池和牽引馬達之間的電力逆變器將直流(dc)電力轉(zhuǎn)換為交流(ac)電力。典型的ac牽引馬達是由3個正弦信號提供電力的3相馬達，所述3個正弦信號中的每個以120度的相位分離驅(qū)動。牽引電池被配置為在特定電壓范圍內(nèi)操作。典型的牽引電池的端電壓超過100伏特dc，并且可選地，牽引電池被稱作高電壓電池。然而，電機的改善的性能可通過在不同的電壓范圍內(nèi)進行操作來實現(xiàn)，所述電壓范圍通常高于牽引電池的電壓。

很多電氣化車輛包括dc-dc轉(zhuǎn)換器(還被稱作可變電壓轉(zhuǎn)換器(vvc))，以將牽引電池的電壓轉(zhuǎn)換為電機的操作電壓水平。電機(可包括牽引馬達)可能需要高電壓和高電流。由于電壓需求、電流需求和開關(guān)需求，絕緣柵雙極型晶體管(igbt)通常被用于產(chǎn)生電力逆變器和vvc中的信號。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

一種車輛動力傳動系統(tǒng)包括igbt和柵極驅(qū)動器。igbt被配置為給電機通電。柵極驅(qū)動器被配置為：當igbt操作在飽和模式下時，將小于閾值電壓的截止電壓施加到igbt的柵極，并且響應于從自飽和模式到線性模式的轉(zhuǎn)換開始的延遲的到期，施加超過所述截止電壓的電壓脈沖，以減小來自電機的反激。

一種使電力系統(tǒng)的igbt截止的方法包括：由柵極驅(qū)動器將操作在飽和模式下時的igbt的柵極電壓降低至處于低于閾值電壓的水平的截止電壓；響應于igbt從飽和模式轉(zhuǎn)換到線性模式，施加超過所述截止電壓的電壓脈沖，以降低igbt的開關(guān)損耗。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述電壓脈沖的最大幅值為igbt的閾值電壓。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述方法還包括：將所述電壓脈沖的施加延遲預定量。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述預定量基于dc總線電壓、柵極電流以及在igbt的集電極短接到發(fā)射極的情況下在igbt的柵極和發(fā)射極之間測量的igbt的輸入電容。

一種車輛動力傳動系統(tǒng)包括igbt和柵極驅(qū)動器。igbt被配置為給電機通電。柵極驅(qū)動器被配置為：當igbt操作在飽和模式下時，將截止電壓施加到igbt的柵極，并且響應于自igbt從飽和模式到線性模式的轉(zhuǎn)換開始的延遲的到期，施加大于所述截止電壓的電壓脈沖，以減小來自電機的反激。

根據(jù)本發(fā)明，提供一種車輛動力傳動系統(tǒng)的dc-dc轉(zhuǎn)換器，所述車輛動力傳動系統(tǒng)dc-dc轉(zhuǎn)換器包括：igbt，被配置為給電感器通電；柵極驅(qū)動器，被配置為：當igbt操作在飽和模式下時，將截止電壓施加到igbt的柵極，并且響應于自igbt從飽和模式到線性模式的轉(zhuǎn)換開始的延遲的到期，施加超過所述截止電壓的電壓脈沖，以減小來自電感器的反激。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，柵極驅(qū)動器還被配置為：以基于igbt的寄生電感的電壓水平施加電壓脈沖。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，igbt基于dc總線電壓給電感器通電，并且所述延遲基于dc總線電壓、柵極電流以及在igbt的集電極短接到發(fā)射極的情況下在igbt的柵極和發(fā)射極之間測量的igbt的輸入電容。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述電壓脈沖的最大幅值是igbt的閾值電壓。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述截止電壓小于igbt的閾值電壓。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述電壓脈沖的最大幅值是基于igbt的溫度、dc總線電壓和用于給電感器通電的最大電流的。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述電壓脈沖是從所述最大幅值下降到所述截止電壓的具有負斜率的鋸齒形脈沖。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述電壓脈沖的負斜率基于柵極電流以及在igbt的集電極短接到發(fā)射極的情況下在igbt的柵極和發(fā)射極之間測量的igbt的輸入電容。

附圖說明

圖1是示出典型的動力傳動系統(tǒng)和能量儲存組件以及在動力傳動系統(tǒng)和能量儲存組件之間的可變電壓轉(zhuǎn)換器和電力逆變器的混合動力車輛的示圖。

圖2是車輛的可變電壓轉(zhuǎn)換器的示意圖。

圖3是車輛的電機逆變器的示意圖。

圖4a和圖4b是柵極電壓和柵極電流相對于時間的圖形表示。

圖5是柵極電壓、集電極和發(fā)射極之間的電壓以及集電極電流相對于時間的圖形表示。

圖6a和圖6b是用于在截止時驅(qū)動igbt的柵極以降低開關(guān)損耗的方法的流程圖。

圖7是igbt操作特性相對于時間的圖形表示。

圖8a和圖8b是igbt截止損耗相對于集電極電流的圖形表示。

具體實施方式

在此描述本公開的實施例。然而，應理解的是，所公開的實施例僅為示例，并且其它實施例可采用各種和替代形式。附圖不必按比例繪制；可夸大或最小化一些特征以示出特定組件的細節(jié)。因此，在此公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細節(jié)不應被解釋為限制，而僅僅作為用于教導本領(lǐng)域技術(shù)人員以多種形式利用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，參考任一附圖示出和描述的各種特征可與在一個或更多個其它附圖中示出的特征組合，以產(chǎn)生未明確示出或描述的實施例。示出的特征的組合提供用于典型應用的代表實施例。然而，與本公開的教導一致的特征的各種組合和變型可被期望用于特定的應用或?qū)嵤┓绞健?/p>

絕緣柵雙極型晶體管(igbt)和反激二極管或續(xù)流二極管在多種工業(yè)應用(諸如，電動馬達驅(qū)動和電力逆變器)中被廣泛使用。igbt的操作受由柵極驅(qū)動器供應的柵極電壓控制。常規(guī)的柵極驅(qū)動器通常是基于被施加到具有限流電阻器的igbt柵極上的大于閾值電壓的電壓的，所述柵極驅(qū)動器由可開關(guān)電壓源和柵極電阻器組成。低柵極電阻會導致快速的開關(guān)速度和低開關(guān)損耗，但是也會在半導體器件上產(chǎn)生更高的負荷(stress)(例如，過電壓負荷)。因此，選擇柵極電阻以尋求開關(guān)損耗、開關(guān)延遲和負荷之間的折衷。當使igbt截止時，柵極電阻器減小了從柵極流出的電流并因此增大了igbt的截止時間。

與用于igbt導通和截止的常規(guī)的柵極驅(qū)動器關(guān)聯(lián)的一些缺點包括：對開關(guān)延遲時間、電流斜率和電壓斜率的有限的控制，使得優(yōu)化開關(guān)損耗受到限制。另一缺點是：柵極電阻通常基于最差情況的操作狀況被選擇，因此在正常操作狀況下引入了過多的開關(guān)損耗。例如，在高dc總線電壓下，柵極電阻基于電流相對于時間的變化(di/dt)被選擇，以避免在負載的二極管反激期間過度的二極管電壓過沖。然而，在低dc總線電壓下，由于盡管二極管過電壓低于閾值但是開關(guān)速度因柵極電阻而降低，因此使用被選擇用于保護高總線電壓的柵極電阻引入了過多的開關(guān)損耗。

這里，在固態(tài)器件(諸如，igbt或金屬氧化物半導體場效應晶體管(mosfet))的截止期間，將電壓脈沖施加到固態(tài)器件的柵極，從而產(chǎn)生兩階段的柵極電流截止波形。將截止電壓施加到柵極(vg)以消耗來自柵極的電荷并且使因柵極電壓形成的溝道截止。當增強溝道被消耗時，隨著固態(tài)器件溝道電壓(諸如，igbt的集電極到發(fā)射極電壓(vce)、mosfet的漏極到源極電壓(vds))由于線性操作模式而增大，固態(tài)器件從飽和操作模式轉(zhuǎn)換為線性操作模式。然后，將電壓脈沖施加到固態(tài)器件的柵極，以減小從柵極流出的電流并且緩和器件截止。在另一實施例中，電壓脈沖可包括線性電壓斜坡，使得柵極電流在脈沖期間基本上保持恒定。

在常規(guī)的柵極驅(qū)動系統(tǒng)中，用于igbt截止的柵極驅(qū)動是從導通電壓(諸如，15v)到截止電壓(諸如，0v)的階躍函數(shù)。低柵極電阻rg將引起快速的開關(guān)速度和低開關(guān)損耗，但是也會在半導體器件上產(chǎn)生較高的負荷(stress)(例如，過電壓負荷)。因此，選擇柵極電阻以尋求開關(guān)損耗、開關(guān)延遲和負荷之間的折衷。常規(guī)的柵極驅(qū)動系統(tǒng)不能單獨地控制開關(guān)延遲時間、電流斜率和電壓斜率以優(yōu)化開關(guān)軌跡。

在所提出的用于igbt截止的柵極驅(qū)動分布曲線中，鋸齒波形被插入到vg分布曲線中，從而產(chǎn)生兩階段柵極電流波形。在開始時產(chǎn)生較高的ig，以增大電壓vce上升速度并降低開關(guān)損耗。在稍后的時間段產(chǎn)生較低的ig，以降低電流ic下降速度，從而有效地減小igbt過電壓。因此，所提出的柵極驅(qū)動分布曲線利用了igbt特性的本質(zhì)并且產(chǎn)生了兩個ig階段，以優(yōu)化整個開關(guān)軌跡。

圖1描繪了可被稱作插電式混合動力電動車輛(phev)的電氣化車輛112。插電式混合動力電動車輛112可包括機械地連接至混合動力傳動裝置116的一個或更多個電機114。電機114能夠作為馬達或發(fā)電機運轉(zhuǎn)。此外，混合動力傳動裝置116機械地連接至發(fā)動機118?；旌蟿恿鲃友b置116還機械地連接至驅(qū)動軸120，驅(qū)動軸120機械地連接至車輪122。電機114可在發(fā)動機118啟動或關(guān)閉時提供推進和減速能力。電機114還可用作發(fā)電機，并且能夠通過回收在摩擦制動系統(tǒng)中通常將作為熱損失掉的能量來提供燃料經(jīng)濟性效益。電機114還可通過允許發(fā)動機118以更高效的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)并允許混合動力電動車輛112在特定狀況下以發(fā)動機118關(guān)閉的電動模式運轉(zhuǎn)而減少車輛排放。電氣化車輛112還可以是電池電動車輛(bev)。在bev配置中，可以不存在發(fā)動機118。在其它配置中，電氣化車輛112可以是沒有插電能力的全混合動力電動車輛(fhev)。

牽引電池或電池組124儲存可被電機114使用的能量。車輛電池組124可提供高電壓直流(dc)輸出。牽引電池124可電連接至一個或更多個電力電子模塊126。一個或更多個接觸器142可在斷開時將牽引電池124與其它組件隔離，并且可在閉合時將牽引電池124連接至其它組件。電力電子模塊126還電連接至電機114，并提供在牽引電池124與電機114之間雙向傳輸能量的能力。例如，牽引電池124可提供dc電壓而電機114可使用三相交流電(ac)來運轉(zhuǎn)。電力電子模塊126可將dc電壓轉(zhuǎn)換為三相ac電流來運轉(zhuǎn)電機114。在再生模式下，電力電子模塊126可將來自用作發(fā)電機的電機114的三相ac電流轉(zhuǎn)換為與牽引電池124兼容的dc電壓。

車輛112可包括電連接在牽引電池124和電力電子模塊126之間的可變電壓轉(zhuǎn)換器(vvc)152。vvc152可以是被配置為增大或升高由牽引電池124提供的電壓的dc/dc升壓轉(zhuǎn)換器。通過增大電壓，電流需求可被降低，從而導致電力電子模塊126和電機114的布線尺寸減小。此外，電機114可以以較高的效率和較低的損耗運轉(zhuǎn)。

牽引電池124除了提供用于推進的能量以外，還可為其它車輛電力系統(tǒng)提供能量。車輛112可包括dc/dc轉(zhuǎn)換器模塊128，dc/dc轉(zhuǎn)換器模塊128將牽引電池124的高電壓dc輸出轉(zhuǎn)換為與低電壓車輛負載兼容的低電壓dc供應。dc/dc轉(zhuǎn)換器模塊128的輸出可電連接至輔助電池130(例如，12v電池)以用于給輔助電池130充電。低電壓系統(tǒng)可電連接至輔助電池130。一個或更多個電負載146可連接至高電壓總線。電負載146可具有適時地操作和控制電負載146的關(guān)聯(lián)的控制器。電負載146的示例可以是風扇、電加熱元件和/或空調(diào)壓縮機。

電氣化車輛112可被配置為通過外部電源136對牽引電池124進行再充電。外部電源136可連接至電插座。外部電源136可電連接至充電器或電動車輛供電設備(evse)138。外部電源136可以是由公共電力公司提供的配電網(wǎng)或電網(wǎng)。evse138可提供電路和控制，以調(diào)節(jié)和管理電源136與車輛112之間的能量傳輸。外部電源136可向evse138提供dc電力或ac電力。evse138可具有用于插入到車輛112的充電端口134中的充電連接器140。充電端口134可以是被配置為從evse138向車輛112傳輸電力的任意類型的端口。充電端口134可電連接至充電器或車載電力轉(zhuǎn)換模塊132。電力轉(zhuǎn)換模塊132可對從evse138供應的電力進行調(diào)節(jié)，以向牽引電池124提供合適的電壓水平和電流水平。電力轉(zhuǎn)換模塊132可與evse138進行接口連接，以協(xié)調(diào)對車輛112的電力傳輸。evse連接器140可具有與充電端口134的相應凹入緊密配合的引腳?？蛇x地，被描述為電耦合或電連接的各種組件可使用無線感應耦合來傳輸電力。

可提供一個或更多個車輪制動器144，以使車輛112減速并阻止車輛112移動。車輪制動器144可以是液壓致動的、電致動的或者它們的某種組合。車輪制動器144可以是制動系統(tǒng)150的一部分。制動系統(tǒng)150可包括用于操作車輪制動器144的其它組件。為簡單起見，附圖描繪了制動系統(tǒng)150與車輪制動器144中的一個之間的單一連接。制動系統(tǒng)150和其它車輪制動器144之間的連接被隱含。制動系統(tǒng)150可包括控制器以監(jiān)測和協(xié)調(diào)制動系統(tǒng)150。制動系統(tǒng)150可監(jiān)測制動組件并控制車輪制動器144以進行車輛減速。制動系統(tǒng)150可對駕駛員命令做出響應，并且還可自主運轉(zhuǎn)以實現(xiàn)諸如穩(wěn)定性控制的功能。制動系統(tǒng)150的控制器可在被另一控制器或子功能請求時實現(xiàn)施加被請求的制動力的方法。

車輛112中的電子模塊可經(jīng)由一個或更多個車輛網(wǎng)絡進行通信。車輛網(wǎng)絡可包括用于通信的多個信道。車輛網(wǎng)絡的一個信道可以是諸如控制器局域網(wǎng)(can)的串行總線。車輛網(wǎng)絡的信道中的一個可包括由電氣與電子工程師協(xié)會(ieee)802標準族定義的以太網(wǎng)。車輛網(wǎng)絡的其它信道可包括模塊之間的離散連接，并且可包括來自輔助電池130的電力信號。不同的信號可通過車輛網(wǎng)絡的不同信道進行傳輸。例如，視頻信號可通過高速信道(例如，以太網(wǎng))進行傳輸，而控制信號可通過can或離散信號進行傳輸。車輛網(wǎng)絡可包括協(xié)助在模塊之間傳輸信號和數(shù)據(jù)的任何硬件組件和軟件組件。車輛網(wǎng)絡未在圖1中被示出，但是可隱含了車輛網(wǎng)絡可連接在車輛112中存在的任何電子模塊?？纱嬖谲囕v系統(tǒng)控制器(vcs)148來協(xié)調(diào)各個組件的操作。

圖2描繪了被配置為升壓轉(zhuǎn)換器的vvc152的示圖。vvc152可包括可通過接觸器142連接至牽引電池124的端子的輸入端子。vvc152可包括連接至電力電子模塊126的端子的輸出端子。vvc152可被操作為使得輸出端子處的電壓高于輸入端子處的電壓。車輛112可包括監(jiān)測和控制vvc152內(nèi)的多個位置處的電參數(shù)(例如，電壓和電流)的vvc控制器200。在一些配置中，vvc控制器200可被包括為vvc152的一部分。vvc控制器200可確定輸出電壓基準vvc控制器200可基于電參數(shù)和電壓基準確定足以使vvc152實現(xiàn)期望的輸出電壓的控制信號。在一些配置中，控制信號可被實現(xiàn)為脈沖寬度調(diào)制(pwm)信號，其中，pwm信號的占空比是變化的。控制信號可在預定開關(guān)頻率下操作。vvc控制器200可命令vvc152使用控制信號提供期望的輸出電壓。操作vvc152的特定控制信號可與由vvc152提供的電壓升高量直接相關(guān)。

vvc152的輸出電壓可被控制以實現(xiàn)期望的基準電壓。在一些配置中，vvc152可以是升壓轉(zhuǎn)換器。在升壓轉(zhuǎn)換器的配置中，vvc控制器200控制占空比，輸入電壓vin和輸出電壓vout之間的理想關(guān)系以及占空比d可使用以下等式示出：

期望的占空比d可通過測量輸入電壓(例如，牽引電池電壓)以及將輸出電壓設置為基準電壓而被確定。vvc152可以是降低從輸入至輸出的電壓的降壓轉(zhuǎn)換器。在降壓配置中，可推導得到將輸入電壓和輸出電壓與占空比關(guān)聯(lián)的不同表達式。在一些配置中，vvc152可以是可增大或減小輸入電壓的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。這里描述的控制策略不限于特定的可變電壓轉(zhuǎn)換器拓撲。

參照圖2，vvc152可升高或“提高”(stepup)由牽引電池124提供的電力的電勢。牽引電池124可提供高電壓(hv)dc電力。在一些配置中，牽引電池124可提供150伏特和400伏特之間的電壓。接觸器142可串聯(lián)電連接在牽引電池124和vvc152之間。當接觸器142閉合時，hvdc電力可從牽引電池124被傳輸?shù)絭vc152。輸入電容器202可與牽引電池124并聯(lián)電連接。輸入電容器202可穩(wěn)定總線電壓并減小任何電壓紋波和電流紋波。vvc152可接收hvdc電力，并根據(jù)占空比升高或“提高”輸入電壓的電壓電勢。

輸出電容器204可電連接在vvc152的輸出端子之間。輸出電容器204可穩(wěn)定總線電壓，并減小vvc152的輸出處的電壓紋波和電流紋波。

進一步參照圖2，vvc152可包括用于升高輸入電壓以提供升高的輸出電壓的第一開關(guān)器件206和第二開關(guān)器件208。開關(guān)器件206和開關(guān)器件208可被配置為使電流選擇性地流動至電負載(例如，電力電子模塊126和電機114)。開關(guān)器件206和開關(guān)器件208中的每個可由vvc控制器200的柵極驅(qū)動電路(未示出)單獨控制，并且可包括任何類型的可控開關(guān)(例如，絕緣柵雙極型晶體管(igbt)或場效應晶體管(fet))。柵極驅(qū)動電路可向開關(guān)器件206和開關(guān)器件208中的每個提供基于控制信號(例如，pwm控制信號的占空比)的電信號。二極管可跨接在開關(guān)器件206和開關(guān)器件208中的每個上。開關(guān)器件206和開關(guān)器件208可分別具有關(guān)聯(lián)的開關(guān)損耗。開關(guān)損耗是在開關(guān)器件的狀態(tài)變化(例如，開/關(guān)和關(guān)/開的轉(zhuǎn)換)期間產(chǎn)生的功率損耗。可通過在轉(zhuǎn)換期間流過開關(guān)器件206和開關(guān)器件208的電流以及開關(guān)器件206兩端的電壓和開關(guān)器件208兩端的電壓來量化開關(guān)損耗。開關(guān)器件還可具有當器件導通時產(chǎn)生的關(guān)聯(lián)的傳導損耗。

車輛系統(tǒng)可包括用于測量vvc152的電參數(shù)的傳感器。第一電壓傳感器210可被配置為測量輸入電壓(例如，電池124的電壓)，并向vvc控制器200提供相應的輸入信號(vbat)。在一個或更多個實施例中，第一電壓傳感器210可測量與電池電壓對應的輸入電容器202兩端的電壓。第二電壓傳感器212可測量vvc152的輸出電壓并向vvc控制器200提供相應的輸入信號(vdc)。在一個或更多個實施例中，第二電壓傳感器212可測量與dc總線電壓對應的輸出電容器204兩端的電壓。第一電壓傳感器210和第二電壓傳感器212可包括用于將電壓縮放到適合vvc控制器200的水平的電路。vvc控制器200可包括用于對來自第一電壓傳感器210和第二電壓傳感器212的信號進行濾波和數(shù)字化的電路。

輸入電感器214可串聯(lián)電連接在牽引電池124與開關(guān)器件206和開關(guān)器件208之間。輸入電感器214可在將能量儲存在vvc152中和釋放vvc152中的能量之間轉(zhuǎn)換，從而能夠提供可變的電壓和電流作為vvc152的輸出并且能夠?qū)崿F(xiàn)期望的電壓升高。電流傳感器216可測量通過輸入電感器214的輸入電流，并且可向vvc控制器200提供相應的電流信號(il)。通過輸入電感器214的輸入電流可以是vvc152的輸入電壓和輸出電壓之間的電壓差、開關(guān)器件206和開關(guān)器件208的導通時間以及輸入電感器214的電感l(wèi)共同作用的結(jié)果。vvc控制器200可包括用于對來自電流傳感器216的信號進行縮放、濾波和數(shù)字化的電路。

vvc控制器200可被配置為控制vvc152的輸出電壓。vvc控制器200可經(jīng)由車輛網(wǎng)絡從vvc152和其它控制器接收輸入，并且可確定控制信號。vvc控制器200可監(jiān)測輸入信號以確定控制信號。例如，vvc控制器200可向柵極驅(qū)動電路提供與占空比命令對應的控制信號。柵極驅(qū)動電路隨后可基于占空比命令控制開關(guān)器件206和開關(guān)器件208中的每個。

提供給vvc152的控制信號可被配置為以特定的開關(guān)頻率驅(qū)動開關(guān)器件206和開關(guān)器件208。在開關(guān)頻率的每個周期內(nèi)，開關(guān)器件206和開關(guān)器件208可以以特定的占空比被操作。占空比定義開關(guān)器件206和開關(guān)器件208處于接通狀態(tài)和斷開狀態(tài)的時間量。例如，100％的占空比可使開關(guān)器件206和開關(guān)器件208在無斷開的持續(xù)接通狀態(tài)下操作。0％的占空比可使開關(guān)器件206和開關(guān)器件208在無接通的持續(xù)斷開狀態(tài)下操作。50％的占空比可使開關(guān)器件206和開關(guān)器件208在接通狀態(tài)下操作持續(xù)半個周期并且在斷開狀態(tài)下操作持續(xù)半個周期。兩個開關(guān)206和208的控制信號可以是互補的。即，發(fā)送至開關(guān)器件中的一個(例如，開關(guān)器件206)的控制信號可以是發(fā)送至另一開關(guān)器件(例如，開關(guān)器件208)的控制信號的相反的版本。

由開關(guān)器件206和開關(guān)器件208控制的電流可包括紋波分量，所述紋波分量具有隨著電流幅值以及開關(guān)器件206和開關(guān)器件208的占空比和開關(guān)頻率的變化而變化的幅值。相對于輸入電流，在相對高的輸入電流的狀況期間出現(xiàn)最差情況的紋波電流幅值。如圖4所示，當占空比固定時，電感器電流的增大引起紋波電流幅值的增大。紋波電流的幅值還與占空比相關(guān)。當占空比等于50％時，出現(xiàn)最高幅值的紋波電流。電感器紋波電流幅值和占空比之間的大體關(guān)系可如圖5所示?；谶@些事實，在高電流和中間范圍占空比的狀況下實施用于減小紋波電流幅值的措施可能是有益的。

當設計vvc152時，可選擇開關(guān)頻率和電感器214的電感值以滿足最大可允許紋波電流幅值。紋波分量可以是在dc信號中呈現(xiàn)的周期性變量。紋波分量可由紋波分量幅值和紋波分量頻率來定義。紋波分量可具有處于可聽頻率范圍內(nèi)的諧波，所述諧波可增加車輛的噪聲特征。此外，紋波分量可能導致難以精確地控制由電源供電的器件。在開關(guān)瞬變期間，開關(guān)器件206和開關(guān)器件208可在最大電感器電流(dc電流加紋波電流)下斷開，這可引起開關(guān)器件206和開關(guān)器件208兩端的大的電壓尖峰。由于尺寸和成本的限制，可基于傳導電流選擇電感值。通常，隨著電流增大，電感可由于飽和而減小。

開關(guān)頻率可被選擇以限制在最差情況的情境(例如，最高輸入電流的狀況和/或占空比接近50％的狀況)下的紋波電流分量的幅值。開關(guān)器件206和開關(guān)器件208的開關(guān)頻率可被選擇為高于連接至vvc152的輸出的馬達/發(fā)電機逆變器的開關(guān)頻率(例如，5khz)的頻率(例如，10khz)。在一些應用中，vvc152的開關(guān)頻率可被選擇為預定的固定頻率。預定的固定頻率通常被選擇以滿足噪聲和紋波電流的規(guī)范。然而，預定的固定頻率的選擇可能無法在vvc152的全部操作范圍內(nèi)提供最佳性能。預定的固定頻率可在特定集合的操作狀況下提供最佳結(jié)果，但是可能是在其它操作狀況下的折衷。

增大開關(guān)頻率可減小紋波電流幅值并降低開關(guān)器件206和開關(guān)器件208上的電壓負荷，但可能導致更高的開關(guān)損耗。雖然可針對最差情況的紋波狀況選擇開關(guān)頻率，但是vvc152在最差情況的紋波狀況下的操作時間可能僅占總操作時間的小百分比。這可能導致可降低燃料經(jīng)濟性的非必要的高開關(guān)損耗。此外，固定的開關(guān)頻率可將噪聲頻譜集中在非常窄的范圍內(nèi)。在這個窄的范圍內(nèi)的增大的噪聲密度可引起顯著的噪聲、振動和聲振粗糙度(nvh)問題。

vvc控制器200可被配置為基于占空比和輸入電流改變開關(guān)器件206和開關(guān)器件208的開關(guān)頻率。開關(guān)頻率的改變可通過降低開關(guān)損耗來改善燃料經(jīng)濟性并減少nvh問題，同時保持最差情況的操作狀況下的紋波電流目標。

在相對高的電流狀況期間，開關(guān)器件206和開關(guān)器件208可能經(jīng)受增大的電壓負荷。在vvc152的最大操作電流下，可期望選擇相對高的開關(guān)頻率，從而減小紋波分量的幅值并且開關(guān)損耗水平是合理的?？苫谳斎腚娏鞣颠x擇開關(guān)頻率，使得開關(guān)頻率隨著輸入電流幅值的增大而增大。開關(guān)頻率可增大到預定的最大開關(guān)頻率。預定的最大開關(guān)頻率可以是在較低的紋波分量幅值和較高的開關(guān)損耗之間提供折衷的水平?？稍诓僮麟娏鞣秶鷥?nèi)按照離散步長改變開關(guān)頻率或持續(xù)地改變開關(guān)頻率。

vvc控制器200可被配置為響應于電流輸入低于預定的最大電流而降低開關(guān)頻率。預定的最大電流可以是vvc152的最大操作電流。開關(guān)頻率的改變可以是基于輸入到開關(guān)器件206和開關(guān)器件208的電流的幅值的。當電流大于預定的最大電流時，開關(guān)頻率可被設置為預定的最大開關(guān)頻率。隨著電流減小，紋波分量的幅值減小。通過在電流減小時以較低的開關(guān)頻率進行操作，開關(guān)損耗被降低。開關(guān)頻率可基于輸入到開關(guān)器件的功率而變化。由于輸入功率是輸入電流和電池電壓的函數(shù)，所以輸入功率和輸入電流可以以類似的方式被使用。

由于紋波電流還受占空比影響，所以開關(guān)頻率可基于占空比而變化?？苫谳斎腚妷号c輸出電壓之間的比值來確定占空比。因此，開關(guān)頻率還可基于輸入電壓和輸出電壓之間的比值而變化。當占空比接近50％時，預測的紋波電流幅值是最大值，并且開關(guān)頻率可被設置為預定的最大頻率。預定的最大頻率可以是被選擇為使紋波電流幅值最小化的最大開關(guān)頻率值。開關(guān)頻率可在占空比范圍內(nèi)按照離散步長變化或持續(xù)地變化。

vvc控制器200可被配置為響應于占空比和預測的紋波分量幅值為最大值時的占空比值(例如，50％)之間的差的大小而從預定的最大頻率開始減小開關(guān)頻率。當所述差的大小小于閾值時，開關(guān)頻率可被設置為預定頻率。當所述差的大小減小時，開關(guān)頻率可向著預定的最大頻率增大，以減小紋波分量幅值。當所述差的大小小于閾值時，開關(guān)頻率可被設置為預定的最大頻率。

開關(guān)頻率可被限制在預定的最大頻率和預定的最小頻率之間。預定的最小頻率可以是大于連接至可變電壓轉(zhuǎn)換器152的輸出的電力電子模塊126的預定開關(guān)頻率的頻率水平。開關(guān)頻率還可基于與igbt的柵極相關(guān)聯(lián)的寄生電感。

參照圖3，系統(tǒng)300被提供用于控制電力電子模塊(pem)126。圖3的pem126被示出為包括多個開關(guān)302a至302f(例如，igbt)，所述多個開關(guān)302a至302f被配置為共同操作為具有第一相臂(phaseleg)316、第二相臂318和第三相臂320的逆變器。盡管逆變器被示出為三相轉(zhuǎn)換器，但是逆變器可包括額外的相臂。例如，逆變器可以是四相轉(zhuǎn)換器、五相轉(zhuǎn)換器、六相轉(zhuǎn)換器等。此外，pem126可包括多個轉(zhuǎn)換器，pem126中的每個逆變器包括三個或更多個相臂。例如，系統(tǒng)300可控制pem126中的兩個或更多個逆變器。pem126還可包括具有高功率開關(guān)(例如，igbt)的dc至dc轉(zhuǎn)換器，以經(jīng)由升壓、降壓或它們的組合將電力電子模塊輸入電壓轉(zhuǎn)換為電力電子模塊輸出電壓。

如圖3所示，逆變器可以是dc至ac轉(zhuǎn)換器。在操作中，dc至ac轉(zhuǎn)換器通過dc總線304(包括dc總線304a和304b)從dc電力鏈路(powerlink)306接收dc電力，并將dc電力轉(zhuǎn)換為ac電力。ac電力經(jīng)由相電流ia、ib和ic傳輸，以驅(qū)動ac電機，所述ac電機也被稱作電機114(諸如圖3中描繪的三相永磁同步馬達(pmsm))。在這樣的示例中，dc電力鏈路306可包括dc蓄電池，以向dc總線304提供dc電力。在另一示例中，逆變器可操作為將來自ac電機114(例如，發(fā)電機)的ac電力轉(zhuǎn)換為dc電力的ac至dc轉(zhuǎn)換器，其中，dc總線304可將dc電力提供至dc電力鏈路306。此外，系統(tǒng)300可控制其它電力電子拓撲結(jié)構(gòu)的pem126。

繼續(xù)參照圖3，逆變器中的相臂316、318和320中的每個均包括電力開關(guān)302，電力開關(guān)302可由多種類型的可控開關(guān)來實現(xiàn)。在一個實施例中，每個電力開關(guān)302可包括二極管和晶體管(例如，igbt)。圖3中的二極管被標記為da1、da2、db1、db2、dc1和dc2，而圖3中的igbt分別被標記為sa1、sa2、sb1、sb2、sc1和sc2。電力開關(guān)sa1、sa2、da1和da2是三相轉(zhuǎn)換器的相臂a的一部分，其在圖3中被標記為第一相臂a316。類似地，電力開關(guān)sb1、sb2、db1和db2是三相轉(zhuǎn)換器的相臂b318的一部分，電力開關(guān)sc1、sc2、dc1和dc2是三相轉(zhuǎn)換器的相臂c320的一部分。逆變器可根據(jù)逆變器的特定構(gòu)造而包括任意數(shù)量的電力開關(guān)302或電路元件。二極管(dxx)與igbt(sxx)并聯(lián)連接，然而，由于為了適當?shù)牟僮鳎瑯O性是相反的，因此該構(gòu)造通常被稱作反向并聯(lián)。這種反向并聯(lián)構(gòu)造中的二極管也被稱作續(xù)流二極管。

如圖3所示，設置電流傳感器csa、csb和csc以分別感測相臂316、318和320中的電流。圖3示出了與pem126分離的電流傳感器csa、csb和csc。然而，根據(jù)pem126的構(gòu)造，電流傳感器csa、csb和csc可被集成為pem126的一部分。圖3中的電流傳感器csa、csb和csc被安裝成分別與相臂a、b和c(即，圖3中的相臂316、318和320)串聯(lián)，并分別提供用于系統(tǒng)300的反饋信號ias、ibs和ics(也在圖3中示出)。反饋信號ias、ibs和ics可以是由邏輯器件(ld)310處理的原始電流信號，或者可被嵌入關(guān)于分別流過相臂316、318和320的電流的數(shù)據(jù)或信息，或者可利用所述數(shù)據(jù)或信息被編碼。此外，電力開關(guān)302(例如，igbt)可包括電流感測能力。電流感測能力可包括被配置有可提供表示ias、ibs和ics的數(shù)據(jù)或信號的電流鏡像輸出。所述數(shù)據(jù)或信號可指示分別流過相臂a、b和c的電流的方向、幅值或者方向和幅值兩者。

再次參照圖3，系統(tǒng)300包括邏輯器件(ld)或控制器310?？刂破骰騦d310可由多種類型的電子裝置和/或基于微處理器的計算機或控制器或者它們的組合來實現(xiàn)。為了實現(xiàn)控制pem126的方法，控制器310可執(zhí)行被嵌入有所述方法或利用所述方法編碼并且被存儲在易失性存儲器312和/或永久性存儲器312中的計算機程序或算法?？蛇x地，邏輯可被編碼到離散邏輯、微處理器、微控制器或存儲在一個或更多個集成電路芯片上的邏輯或門陣列中。如圖3中的實施例所示，控制器310接收并處理反饋信號ias、ibs和ics以控制相電流ia、ib和ic，使得相電流ia、ib和ic根據(jù)多種電流模式或電壓模式流過相臂316、318和320并進入電機114的對應的繞組。例如，電流模式可包括相電流ia、ib和ic流進和流出dc總線304或dc總線電容器308的模式。圖3中的dc總線電容器308被示出為與pem126分離。然而，dc總線電容器308可被集成為pem126的一部分。

如圖3所示，諸如計算機可讀存儲器的存儲介質(zhì)312(以下稱為“存儲器”)可存儲被嵌入有所述方法或利用所述方法編碼的計算機程序或算法。此外，存儲器312可存儲關(guān)于pem126中的各種操作狀況或組件的數(shù)據(jù)或信息。例如，存儲器312可存儲關(guān)于流過各個相臂316、318和320的電流的數(shù)據(jù)或信息。如圖3所示，存儲器312可以是控制器310的一部分。然而，存儲器312可被設置在控制器310可訪問的任何合適的位置。

如圖3所示，控制器310向電力轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)126發(fā)送至少一個控制信號236。電力轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)126接收控制信號236以控制逆變器的開關(guān)配置，從而控制流過各個相臂316、318和320的電流。所述開關(guān)配置是逆變器中的電力開關(guān)302的開關(guān)狀態(tài)的集合。一般而言，逆變器的開關(guān)配置確定逆變器如何轉(zhuǎn)換dc電力鏈路306和電機114之間的電力。

為了控制逆變器的開關(guān)配置，逆變器基于控制信號236將逆變器中的每個電力開關(guān)302的開關(guān)狀態(tài)改變?yōu)殚_啟狀態(tài)或關(guān)閉狀態(tài)。在示出的實施例中，為了將電力開關(guān)302切換到開啟狀態(tài)或關(guān)閉狀態(tài)，控制器或ld310向每個電力開關(guān)302提供柵極電壓(vg)，從而驅(qū)動每個電力開關(guān)302的開關(guān)狀態(tài)。柵極電壓vga1、vga2、vgb1、vgb2、vgc1和vgc2(在圖3中被示出)控制各個電力開關(guān)302的開關(guān)狀態(tài)和特性。雖然逆變器在圖3中被示出為電壓驅(qū)動的器件，但是逆變器可以是電流驅(qū)動的器件，或者可由將電力開關(guān)302在開啟狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間進行切換的其它策略來控制?？刂破?10可基于電機114的轉(zhuǎn)速、鏡像電流或igbt開關(guān)的溫度來改變每個igbt的柵極驅(qū)動。柵極驅(qū)動的變化可根據(jù)多個柵極驅(qū)動電流被選擇，在所述多個柵極驅(qū)動電流中，柵極驅(qū)動電流的變化與igbt開關(guān)速度的變化成比例。

還如圖3所示，相臂316、318和320中的每個包括兩個開關(guān)302。然而，在相臂316、318和320中的每個中僅有一個開關(guān)可處于開啟狀態(tài)而不會使dc電力鏈路306短路。因此，在每個相臂中，下方開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)通常與對應的上方開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)相反。因此，相臂的高狀態(tài)指的是相臂中的上方開關(guān)處于開啟狀態(tài)并且下方開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)。同樣地，相臂的低狀態(tài)指的是相臂的上方開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)并且下方開關(guān)處于開啟狀態(tài)。因此，具有電流鏡像能力的igbt可以是所有igbt、igbt的子集(例如，sa1、sb1、sc1)或單個igbt。

在圖3中示出的三相轉(zhuǎn)換器示例的激活狀態(tài)期間會出現(xiàn)兩種情況：(1)兩個相臂處于高狀態(tài)，而第三個相臂處于低狀態(tài)，或者(2)一個相臂處于高狀態(tài)，而另外兩個相臂處于低狀態(tài)。因此，三相轉(zhuǎn)換器中的一個相臂(可被定義為逆變器的特定激活狀態(tài)的“參考”相)處于與另外兩個具有相同狀態(tài)的相臂(或者“非參考”相)的狀態(tài)相反的狀態(tài)。因此，非參考相在逆變器的激活狀態(tài)期間均處于高狀態(tài)或者均處于低狀態(tài)。

圖4a是柵極電壓(vg和vge)和柵極電流相對于時間的圖形表示400。這里，柵極電壓以伏特(402)為單位被測量，柵極電流以安培(404)為單位被測量。柵極電壓和柵極電流兩者均相對于時間406被示出。常規(guī)的柵極電壓(vg)分布曲線408連同在發(fā)射極和柵極之間測量的常規(guī)的柵極電壓(vge)的分布曲線410和柵極電流(ig)分布曲線412一起被示出。在時間414處，將截止電壓施加到igbt的柵極。截止電壓是小于igbt的閾值電壓的電壓，并且截止電壓通常為0伏特的dc電壓或者基本上為0伏特。在該圖示中，在時間414處施加截止電壓之前，igbt以飽和模式導通。當施加了截止電壓時，柵極到發(fā)射極電壓(vge)分布曲線410在時間414處從穩(wěn)定狀態(tài)導通電壓開始以基本上線性的速率減小，直到在時間416處達到米勒平臺(millerplateau)。該分布曲線由于米勒平臺上的米勒效應而從時間416到時間418一直保持基本恒定的電壓。柵極到發(fā)射極電壓將在時間418處在米勒平臺效應之后以線性速率繼續(xù)減小，直到在時間420處將來自igbt的柵極的電荷耗盡。

圖4b是柵極電壓(vg和vge)和柵極電流相對于時間的圖形表示450。這里，柵極電壓以伏特(452)為單位被測量，柵極電流以安培(454)為單位被測量。柵極電壓和柵極電流兩者均相對于時間456被示出。所提出的柵極電壓(vg)分布曲線458連同在發(fā)射極和柵極之間測量的常規(guī)的柵極電壓(vge)的分布曲線460和柵極電流(ig)分布曲線462一起被示出。這里，在時間464處施加截止電壓，導致柵極到發(fā)射極電壓在時間466處達到米勒平臺。在時間468處，將電壓脈沖施加到igbt的柵極，以降低柵極電流水平。在該示例中，所述電壓脈沖被示出為具有直到時間472的線性減小尾部(lineardecreasingtail)的電壓沖激(impulse)。線性減小曲線導致基本恒定的柵極電流，之后電壓vge將恢復減小。這里，附加的電壓脈沖的目的在于與常規(guī)的418至420的時間段相比保持468至474的時間段，而與常規(guī)的414至418的時間段相比縮短了464至468的時間段。

從時間468到時間472的柵極電流ig的幅值(ig_low)確定電流減小斜率和igbt電壓尖峰。ig_low的絕對值越大，電壓尖峰越高。ig_low被選擇為使得igbt電壓尖峰在系統(tǒng)的最壞操作狀況(例如，高dc總線電壓、高負載電流、低器件結(jié)溫)下不超過安全限制。在一個實施例中，vg_step＝vg_threshold-ig*rg。其中，vg_threshold是igbt閾值電壓，ig是柵極電流(諸如，ig_low)，rg是柵極電阻。一般來說，vg衰減斜率與vge衰減斜率相同，以便產(chǎn)生恒定的ig。斜率(dvg/dt)大致為ig_low/cies，其中，cies為在集電極短接到發(fā)射極的情況下在柵極端子與發(fā)射極端子之間測量的器件輸入電容。

圖5是相對于時間示出的柵極電壓(vg)508、集電極和發(fā)射極之間的電壓(vce)510以及集電極電流(ic)512的圖形表示500。以伏特(502)為單位表示vg508和vce510，同時以電流504(安培)表示ig。在時間514處施加截止電壓，從而導致集電極到發(fā)射極電壓(vce)在時間516處增大。在時間516處增大之前，igbt工作在飽和模式下，并且vce等于飽和電壓。在時間516處，igbt從飽和模式下的操作轉(zhuǎn)換為線性模式下的操作。在從轉(zhuǎn)換時間516開始的預定延遲之后，向igbt的柵極施加電壓脈沖。所述預定延遲被示出為時間518和時間516之間的差。集電極電流被示出為基本恒定直到時間518，在時間518之后，因為vce由于施加到igbt的柵極的電壓脈沖而超過dc總線電壓，所以集電極電流減小。在該示例中，電壓脈沖被示出為具有直到時間520的線性減小尾部的電壓沖激。然而，電壓脈沖可以是其它形式(包括矩形脈沖、三角形脈沖、鋸齒形脈沖或沖激)。

圖6a是用于在截止期間驅(qū)動igbt的柵極以降低開關(guān)損耗的方法的流程圖600。在操作602，控制器接收用于使igbt器件截止的信號。該流程圖600有益于參數(shù)的選擇。例如，在操作604，控制器計算截止期間的相對于時間的期望的電流(ic)變化以及相對于時間的期望的電壓(vce)變化。

在操作606，控制器計算在igbt的兩個操作階段期間的期望的柵極電流(ig)。第一階段是從時間466到時間468的時間段，第二階段是從時間468到時間472的時間段。

在操作608，控制器計算柵極電阻，其中，所述柵極電阻根據(jù)第一階段期間的柵極電流被確定。

在操作610，控制器計算vg_step和斜降斜率，其中，vg_step和斜降斜率根據(jù)第二階段期間的柵極電流和來自操作608的柵極電阻被確定。

圖6b是用于在igbt截止期間驅(qū)動igbt的柵極以降低開關(guān)損耗的方法的流程圖650。該流程圖650在車輛動力傳動系統(tǒng)運行時間期間是有益的。在操作652，控制器接收用于使igbt器件截止的信號。在操作654，控制器將igbt的柵極和發(fā)射極之間的電壓從vg_on水平減小至截止水平。vg_on水平是高于igbt的閾值電壓(vth)的水平并且通常為15v。截止水平是低于閾值電壓的電壓水平并且通常為0伏特。

在操作656，測量igbt的集電極和發(fā)射極之間的電壓(vce)。類似地針對用于電力逆變器中的igbt，可監(jiān)測跨電機的相臂的電壓，或者在dc-dc轉(zhuǎn)換器中，可監(jiān)測圖2中的標記“m”的電感器節(jié)點上的電壓水平。

在操作658，控制器比較在操作656測量的電壓是否大于預定值。例如，當igbt正在被操作時，igbt通常導通并且工作在飽和模式，使得集電極和發(fā)射極之間的電壓處于飽和模式。當igbt處于飽和模式時，集電極到發(fā)射極電壓相比于線性模式下操作的集電極到發(fā)射極電壓是低的。這里，監(jiān)測集電極到發(fā)射極電壓以檢測igbt何時從飽和模式轉(zhuǎn)換到線性模式。vce的增大指示從飽和模式到線性模式的轉(zhuǎn)換，然而，其它狀況也可能導致vce的增大，例如，igbt溫度的升高通常將使集電極到發(fā)射極電壓增大。如果集電極到發(fā)射極電壓未超過閾值，則控制器將繼續(xù)在操作656監(jiān)測所述電壓。如果集電極到發(fā)射極電壓超過閾值，則控制器將轉(zhuǎn)到操作660。

在操作660，控制器向igbt的柵極施加處于閾值電壓以上水平的電壓脈沖。所述電壓脈沖隨后逐漸斜降至0伏特。在該示例中，所述電壓脈沖是鋸齒形脈沖，然而，所述電壓脈沖也可以是沖激、方波脈沖、矩形脈沖、三角形脈沖、正弦脈沖或其它脈沖波形。這里，如圖4b所示的鋸齒形波形的使用示出了基于鋸齒形脈沖的柵極電流的減小以及基本保持柵極電流。

在脈沖的水平返回到截止狀態(tài)(諸如，0伏特)之后，柵極電壓vg將保持截止水平直到下一個導通信號到達。

圖7是igbt操作特性相對于時間710的圖形表示。這里，操作特性包括施加到柵極電阻器的柵極電壓(vg)、igbt的柵極和發(fā)射極之間的電壓(vge)的分布曲線、與igbt的柵極關(guān)聯(lián)的電流(ig)的分布曲線以及igbt的集電極和發(fā)射極之間的電壓(vce)。該圖形表示將兩個柵極驅(qū)動系統(tǒng)(常規(guī)的柵極驅(qū)動和所提出的包括在器件截止期間的電壓脈沖的柵極驅(qū)動)進行比較。分布曲線基于截止被對準，其中，如由常規(guī)的柵極驅(qū)動的截止開始時間712與所提出的柵極驅(qū)動的截止開始時間714之間的時間所示，常規(guī)的柵極驅(qū)動需要更長的截止時間。兩個分布曲線中對準的是器件開始截止的時間，如圖所示，在時間716處施加電壓脈沖之前一點的時間，vce開始從飽和電壓增大。這里，在指示從飽和操作到線性操作的轉(zhuǎn)換的vce開始增大的時間與施加電壓脈沖的時間716之間插入延遲。然而，在其它實施例中，可在vce轉(zhuǎn)換時施加脈沖。示出了兩個vg分布曲線(常規(guī)的柵極驅(qū)動的vg分布曲線718和包括在器件截止期間施加的電壓脈沖的vg分布曲線720)。包括在器件截止期間施加的電壓脈沖的vg分布曲線的優(yōu)點包括截止時間的縮短。通過常規(guī)的柵極驅(qū)動在時間712處啟動igbt截止的時間與所提出的柵極驅(qū)動在時間714處啟動igbt截止的時間之間的差示出截止時間的縮短。

基于柵極電阻和常規(guī)柵極驅(qū)動在時間712處啟動igbt截止的時間柵極和發(fā)射極之間的柵極電壓(vge)被示出為在時間712之后開始降低。當所提出的柵極驅(qū)動在時間714處啟動igbt截止時，如由分布曲線所示，柵極和發(fā)射極之間的柵極電壓(vge)被示出為在時間714之后降低。

示出了兩個vge分布曲線(常規(guī)的柵極驅(qū)動的vge分布曲線722和包括在器件截止期間施加的電壓脈沖的vge分布曲線724)。常規(guī)的柵極驅(qū)動系統(tǒng)的增大的柵極電阻產(chǎn)生截止期間的更大的開關(guān)損耗。同樣地，示出了兩個ig分布曲線(常規(guī)的柵極驅(qū)動的ig分布曲線726和包括在器件截止期間施加的電壓脈沖的ig分布曲線728)。由于所提出的柵極驅(qū)動系統(tǒng)的減小的柵極電阻，所以負的柵極電流較大，從而允許所提出的柵極驅(qū)動系統(tǒng)在截止期間具有較低的開關(guān)損耗。

示出了兩個vce分布曲線(常規(guī)的柵極驅(qū)動的vce分布曲線730和包括在器件截止期間施加的電壓脈沖的vce分布曲線732)。這里，示出了從飽和到截止的更快的轉(zhuǎn)換，其中，脈沖減小了過沖，從而降低了截止期間的開關(guān)損耗。

圖8a和圖8b是igbt截止損耗相對于集電極電流的圖形表示。所提出的igbt中的柵極驅(qū)動系統(tǒng)在各種操作狀況(包括不同的電流水平和電壓水平)下的損耗降低已經(jīng)被示出為降低了35％至60％。

在圖8a中，針對以200v的vce操作的系統(tǒng)，示出了以毫焦耳(mj)為單位顯示的能量損耗802相對于集電極電流(ic)804的圖形表示800。這里，示出了常規(guī)的柵極驅(qū)動系統(tǒng)的能量損耗分布曲線806以及所提出的柵極驅(qū)動系統(tǒng)的能量損耗分布曲線808。當vce為200v并且電流為300安培時，曲線圖示出能量損耗的降低大約為35％，所述能量損耗的降低隨著ic減小而減小。

在圖8b中，針對以400v的vce操作的系統(tǒng)，示出了以毫焦耳(mj)為單位顯示的能量損耗802相對于集電極電流(ic)804的圖形表示850。這里，示出了常規(guī)的柵極驅(qū)動系統(tǒng)的能量損耗分布曲線810以及所提出的柵極驅(qū)動系統(tǒng)的能量損耗分布曲線812。當vce為400v并且電流為300安培時，曲線圖示出能量損耗的降低大約為35％，所述能量損耗的降低隨著ic減小而減小。

在此公開的處理、方法或算法可被傳送到處理裝置、控制器或計算機，或者通過所述處理裝置、控制器或計算機實現(xiàn)，其中，所述處理裝置、控制器或計算機可包括任何現(xiàn)有的可編程電子控制單元或?qū)Ｓ玫碾娮涌刂茊卧?。類似地，所述處理、方法或算法可以多種形式被存儲為可由控制器或計算機執(zhí)行的數(shù)據(jù)或指令，其中，所述多種形式包括但不限于信息被永久地存儲在非可寫存儲介質(zhì)(諸如，只讀存儲器(rom)裝置)中以及信息被可變地存儲在可寫存儲介質(zhì)(諸如，軟盤、磁帶、致密盤(cd)、隨機存取存儲器(ram)裝置以及其它磁介質(zhì)和光學介質(zhì))中。所述處理、方法或算法也可在軟件可執(zhí)行對象中實現(xiàn)?？蛇x地，可使用合適的硬件組件(諸如，專用集成電路(asic)、現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)、狀態(tài)機、控制器或者其它硬件組件或裝置)或者硬件組件、軟件組件和固件組件的組合來整體或部分地實現(xiàn)所述處理、方法或算法。

雖然以上描述了示例性實施例，但是并不意在這些實施例描述權(quán)利要求所涵蓋的所有可能形式。說明書中所使用的詞語是描述性詞語而非限制性詞語，并且應理解的是，可在不脫離本公開的精神和范圍的情況下做出各種改變。如前所述，可將各個實施例的特征進行組合以形成本發(fā)明的可能未被明確描述或示出的進一步的實施例。盡管針對一個或更多個期望特性，各個實施例可能已經(jīng)被描述為提供優(yōu)點或優(yōu)于其它實施例或現(xiàn)有技術(shù)的實施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應認識到，根據(jù)具體的應用和實施方式，一個或更多個特征或特性可被折衷以實現(xiàn)期望的整體系統(tǒng)屬性。這些屬性可包括但不限于成本、強度、耐用性、生命周期成本、市場性、外觀、包裝、尺寸、可維護性、重量、可制造性、裝配的容易性等。因此，被描述為在一個或更多個特性方面不如其它實施例或現(xiàn)有技術(shù)的實施方式的實施例并非在本公開的范圍之外，并且可被期望用于特定的應用。