專(zhuān)利名稱(chēng)：控制大功率電力半導(dǎo)體功率組件開(kāi)關(guān)速度一致性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于大功率電力半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及調(diào)節(jié)門(mén)控晶閘管動(dòng)作延遲的一種控制大功率電力半導(dǎo)體功率組件開(kāi)關(guān)速度一致性的方法。
背景技術(shù)：
門(mén)控晶閘管一般包括晶閘管，門(mén)極可關(guān)斷晶閘管(GTO)和集成門(mén)極換流晶閘管(IGCT)。為了提高多個(gè)門(mén)控晶閘管配合動(dòng)作時(shí)的工作性能，特別是開(kāi)關(guān)性能，都希望每個(gè)門(mén)控晶閘管的開(kāi)通和關(guān)斷速度相同。在此之前，人們提出了很多方案。現(xiàn)行做法有兩種一.是提高生產(chǎn)工藝，以求生產(chǎn)出的大功率電力半導(dǎo)體組件工作參數(shù)相差盡量小。
二.是大規(guī)模生產(chǎn)，在生產(chǎn)出的大量大功率電力半導(dǎo)體組件中，挑出開(kāi)通和關(guān)斷特性相同的幾套，用于配套使用。
這些方案都存在一些缺點(diǎn)首先，大功率電力半導(dǎo)體組件中驅(qū)動(dòng)電路印制板和門(mén)控晶閘管的開(kāi)關(guān)特性存在分散性，這是現(xiàn)有器件生產(chǎn)工藝下的固有特性，是不能被消除的。如果提出對(duì)器件開(kāi)關(guān)速度一致性要求過(guò)高，就會(huì)增加對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝的要求；其次，生產(chǎn)大量的門(mén)控晶閘管，從中找出開(kāi)關(guān)特性一致的這種方法，必然會(huì)剩余大量特性不一致的器件，浪費(fèi)資源，提高生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種控制大功率電力半導(dǎo)體功率組件開(kāi)關(guān)速度一致性的方法。所述控制大功率電力半導(dǎo)體組件開(kāi)關(guān)速度一致性的方法是針對(duì)現(xiàn)有器件生產(chǎn)工藝參數(shù)分散性而引起每個(gè)獨(dú)立的大功率電力半導(dǎo)體功率組件特性參數(shù)不一致，是不能被消除的固有特性，器件開(kāi)關(guān)速度的一致性直接影響大功率電力半導(dǎo)體功率組件的使用；實(shí)現(xiàn)器件開(kāi)關(guān)速度的一致性的方法，是調(diào)整驅(qū)動(dòng)電路印制板的控制程序，控制向每個(gè)門(mén)控晶閘管開(kāi)通和關(guān)斷信號(hào)的發(fā)出時(shí)間來(lái)分別進(jìn)行調(diào)整，使得每個(gè)大功率電力半導(dǎo)體功率組件都具有相同的開(kāi)通和關(guān)斷速度。包括如下步驟1.大功率電力半導(dǎo)體功率組件外部控制系統(tǒng)發(fā)出開(kāi)通/關(guān)斷命令；2.測(cè)量每個(gè)獨(dú)立的大功率電力半導(dǎo)體功率組件開(kāi)通/關(guān)斷的延遲時(shí)間；3.延遲時(shí)間是否等于標(biāo)定值；4.如果是等于標(biāo)定值，合格標(biāo)定出廠；5.如果不等于標(biāo)定值，則調(diào)整控制電力半導(dǎo)體功率組件驅(qū)動(dòng)電路印制板的控制程序，達(dá)到調(diào)整步驟1中控制系統(tǒng)向門(mén)控晶閘管門(mén)極發(fā)出開(kāi)通/關(guān)斷命令的延遲時(shí)間等于標(biāo)定值。
所述對(duì)控制門(mén)控晶閘管開(kāi)通和關(guān)斷信號(hào)發(fā)出時(shí)間的具體步驟為a.所述門(mén)控晶閘管門(mén)極觸發(fā)開(kāi)通是從驅(qū)動(dòng)電路向門(mén)極注入正向門(mén)極電流開(kāi)始，到門(mén)控晶閘管陽(yáng)極電壓下降到穩(wěn)態(tài)值10％時(shí)，表明該門(mén)控晶閘管導(dǎo)通，該段時(shí)間稱(chēng)為門(mén)控晶閘管導(dǎo)通的延遲時(shí)間td；則控制開(kāi)通一致性步驟(1)首先確認(rèn)大功率電力半導(dǎo)體功率組件從接收到開(kāi)通信號(hào)至門(mén)控晶閘管導(dǎo)通的延遲時(shí)間的標(biāo)定值td。
(2)測(cè)量每個(gè)獨(dú)立的大功率電力半導(dǎo)體功率組件從接收到開(kāi)通信號(hào)至門(mén)控晶閘管導(dǎo)通的延遲時(shí)間t1。如果t1＞td，則調(diào)整大功率電力半導(dǎo)體功率組件中驅(qū)動(dòng)電路印制板的控制程序，將注入正向門(mén)極電流時(shí)間提前t1-td＝Δt；如果t1＜td，則調(diào)整控制驅(qū)動(dòng)電路印制板的程序，將注入正向門(mén)極電流時(shí)間延遲td-t1＝Δt。重復(fù)測(cè)量和調(diào)整，直到該大功率電力半導(dǎo)體功率組件開(kāi)通延遲符合標(biāo)定值。
b.門(mén)控晶閘管門(mén)極觸發(fā)關(guān)斷是從門(mén)極被反向偏置開(kāi)始，當(dāng)門(mén)控晶閘管陽(yáng)極電流下降到穩(wěn)態(tài)值10％時(shí)，表明該門(mén)控晶閘管關(guān)斷，該段時(shí)間稱(chēng)為門(mén)控晶閘管關(guān)斷的延遲時(shí)間tf，則控制關(guān)斷一致性步驟(1)首先確認(rèn)大功率電力半導(dǎo)體功率組件從接收到外部關(guān)斷信號(hào)至門(mén)控晶閘管關(guān)斷的延遲時(shí)間的標(biāo)定值tf。
(2)測(cè)量每個(gè)獨(dú)立的大功率電力半導(dǎo)體功率組件從接收到關(guān)斷信號(hào)至門(mén)控晶閘管關(guān)斷的延遲時(shí)間t2。如果t2＞tf，則調(diào)整大功率電力半導(dǎo)體功率組件驅(qū)動(dòng)電路印制板的控制程序，將門(mén)極反向偏置時(shí)間提前t2-tf＝Δt；如果t2＜tf，則調(diào)整驅(qū)動(dòng)電路印制板的控制程序，將門(mén)極反向偏置時(shí)間延遲tf-t2＝Δt。通過(guò)重復(fù)測(cè)量和調(diào)整控制程序，保證每個(gè)獨(dú)立的大功率電力半導(dǎo)體功率組件從接收到外部關(guān)斷信號(hào)至門(mén)控晶閘管關(guān)斷延遲都等于標(biāo)定值。
本發(fā)明的有益效果是采用上述方法設(shè)計(jì)的大功率電力半導(dǎo)體功率組件，其優(yōu)點(diǎn)在于針對(duì)門(mén)控晶閘管各自的開(kāi)通和關(guān)斷速度，調(diào)整驅(qū)動(dòng)電路印制板上控制程序，將控制門(mén)控晶閘管開(kāi)通和關(guān)斷信號(hào)的發(fā)出時(shí)間進(jìn)行相應(yīng)的提前或推遲，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)大功率電力半導(dǎo)體組件具有相同的開(kāi)通和關(guān)斷速度。不再要求每個(gè)大功率電力半導(dǎo)體組件中門(mén)控晶閘管和驅(qū)動(dòng)電路印制板都分別具有相同的開(kāi)通和關(guān)斷速度，從而降低了對(duì)大功率電力半導(dǎo)體組件的生產(chǎn)工藝要求，解決了上述兩種設(shè)計(jì)思路中的缺點(diǎn)，降低了生產(chǎn)成本和生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性，進(jìn)一步擴(kuò)大其在大功率領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍。


圖1a門(mén)控晶閘管門(mén)極觸發(fā)開(kāi)通控制示意圖，圖1b門(mén)控晶閘管門(mén)極觸發(fā)關(guān)斷控制示意圖。
圖2開(kāi)關(guān)速度一致性控制流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出一種控制大功率電力半導(dǎo)體功率組件開(kāi)關(guān)速度一致性的方法。該方法是針對(duì)現(xiàn)有器件生產(chǎn)工藝參數(shù)分散性而引起每個(gè)獨(dú)立的大功率電力半導(dǎo)體功率組件特性參數(shù)不一致，是不能被消除的固有特性。器件開(kāi)關(guān)速度的一致性直接影響大功率電力半導(dǎo)體功率組件的使用；實(shí)現(xiàn)器件開(kāi)關(guān)速度的一致性的方法是調(diào)整驅(qū)動(dòng)電路印制板的控制程序，控制向門(mén)控晶閘管開(kāi)通和關(guān)斷信號(hào)的發(fā)出時(shí)間來(lái)分別進(jìn)行調(diào)整，使得每個(gè)大功率電力半導(dǎo)體功率組件都具有相同的開(kāi)通和關(guān)斷速度，大功率電力半導(dǎo)體功率組件的開(kāi)關(guān)速度一致性控制流程圖如圖2所示，包括如下步驟1.大功率電力半導(dǎo)體功率組件外部控制系統(tǒng)發(fā)出開(kāi)通/關(guān)斷命令；2.測(cè)量每個(gè)獨(dú)立的大功率電力半導(dǎo)體功率組件開(kāi)通/關(guān)斷的延遲時(shí)間；
3.延遲時(shí)間是否等于標(biāo)定值；4.如果是等于標(biāo)定值，合格標(biāo)定出廠；5.如果不等于標(biāo)定值，則調(diào)整控制電力半導(dǎo)體功率組件驅(qū)動(dòng)電路印制板的控制程序，達(dá)到調(diào)整步驟1中控制系統(tǒng)向門(mén)控晶閘管門(mén)極發(fā)出開(kāi)通/關(guān)斷命令的延遲時(shí)間等于標(biāo)定值。
圖1a所示為門(mén)控晶閘管門(mén)極觸發(fā)開(kāi)通控制示意圖。
確認(rèn)大功率電力半導(dǎo)體功率組件開(kāi)通延遲的標(biāo)定值td＝3μs，關(guān)斷延遲的標(biāo)定值tf＝3.5μs。用示波器測(cè)量編號(hào)14-001的大功率電力半導(dǎo)體功率組件開(kāi)通延遲，示波器通道1測(cè)量外部開(kāi)通命令，示波器通道2測(cè)量門(mén)控晶閘管陽(yáng)極電壓，示波器上觀測(cè)到從發(fā)出開(kāi)通命令，到陽(yáng)極電壓下降到其穩(wěn)態(tài)值10％的時(shí)間延遲t1＝2.5μs，因?yàn)閠1＜td，不符合標(biāo)定值，調(diào)整該大功率電力半導(dǎo)體功率組件控制程序，先將注入門(mén)極電流時(shí)間延遲200ns，重復(fù)前面測(cè)量步驟和調(diào)整控制程序，直到該大功率電力半導(dǎo)體功率組件開(kāi)通延遲達(dá)到3μs。如果t1＝3.5s，因?yàn)閠1＞td，則調(diào)整大功率電力半導(dǎo)體功率組件中驅(qū)動(dòng)電路印制板的控制程序，將注入正向門(mén)極電流時(shí)間提前，直到該大功率電力半導(dǎo)體功率組件開(kāi)通延遲達(dá)到3μs。
圖1b門(mén)控晶閘管門(mén)極觸發(fā)關(guān)斷控制示意圖。用示波器測(cè)量編號(hào)14-001的大功率電力半導(dǎo)體功率組件關(guān)斷延遲，示波器通道1測(cè)量外部關(guān)斷命令，示波器通道2測(cè)量門(mén)控晶閘管陽(yáng)極電流，示波器上觀測(cè)到從發(fā)出關(guān)斷命令，到陽(yáng)極電流下降到其穩(wěn)態(tài)值10％的時(shí)間延遲t2＝4μs，因?yàn)閠2＞tf，不符合標(biāo)定值，調(diào)整該大功率電力半導(dǎo)體功率組件控制程序，先將門(mén)極反向偏置時(shí)間提前300ns，重復(fù)前面測(cè)量步驟和調(diào)整控制程序，直到該大功率電力半導(dǎo)體功率組件關(guān)斷延遲達(dá)到3.5μs。如果t2＜tf，則調(diào)整驅(qū)動(dòng)電路印制板的控制程序，將門(mén)極反向偏置時(shí)間延遲直到該大功率電力半導(dǎo)體功率組件關(guān)斷延遲達(dá)到3.5μs。
權(quán)利要求
1.一種控制大功率電力半導(dǎo)體功率組件開(kāi)關(guān)速度一致性的方法，其特征在于，通過(guò)調(diào)整大功率電力半導(dǎo)體功率組件中驅(qū)動(dòng)電路印制板上控制程序，實(shí)現(xiàn)多個(gè)大功率電力半導(dǎo)體組件具有相同的開(kāi)通和關(guān)斷的速度，即當(dāng)大功率電力半導(dǎo)體組件中門(mén)控晶閘管開(kāi)通關(guān)斷速度比設(shè)定值快時(shí)，延遲發(fā)出大功率電力半導(dǎo)體功率組件中驅(qū)動(dòng)電路印制板控制程序的開(kāi)通和關(guān)斷信號(hào)；當(dāng)大功率電力半導(dǎo)體組件中門(mén)控晶閘管開(kāi)通關(guān)斷速度比設(shè)定值慢時(shí)，提前發(fā)出大功率電力半導(dǎo)體功率組件中驅(qū)動(dòng)電路印制板控制程序的開(kāi)通和關(guān)斷信號(hào)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)，多個(gè)大功率電力半導(dǎo)體組件具有相同的開(kāi)通和關(guān)斷速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制大功率電力半導(dǎo)體功率組件開(kāi)關(guān)速度一致的方法，其特征在于，實(shí)現(xiàn)大功率電力半導(dǎo)體功率組件開(kāi)關(guān)速度一致的步驟如下(1)大功率電力半導(dǎo)體功率組件外部控制系統(tǒng)發(fā)出開(kāi)通/關(guān)斷命令；(2)測(cè)量每個(gè)獨(dú)立的大功率電力半導(dǎo)體功率組件開(kāi)通/關(guān)斷的延遲時(shí)間；(3)延遲時(shí)間是否等于標(biāo)定值；(4)如果是等于標(biāo)定值，合格標(biāo)定出廠；(5)如果不等于標(biāo)定值，則調(diào)整控制電力半導(dǎo)體功率組件中驅(qū)動(dòng)電路印制板的控制程序，達(dá)到調(diào)整步驟1中控制系統(tǒng)向門(mén)控晶閘管門(mén)極發(fā)出開(kāi)通/關(guān)斷命令的延遲時(shí)間等于標(biāo)定值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制大功率電力半導(dǎo)體功率組件開(kāi)關(guān)速度一致的方法，其特征在于，所述門(mén)控晶閘管門(mén)極觸發(fā)開(kāi)通是從驅(qū)動(dòng)電路向門(mén)極注入正向門(mén)極電流開(kāi)始，到門(mén)控晶閘管陽(yáng)極電壓下降到穩(wěn)態(tài)值10％時(shí)，表明該門(mén)控晶閘管導(dǎo)通，該段時(shí)間稱(chēng)為門(mén)控晶閘管導(dǎo)通的延遲時(shí)間td；則對(duì)控制門(mén)控晶閘管開(kāi)通信號(hào)發(fā)出時(shí)間的具體步驟為(1)確認(rèn)大功率電力半導(dǎo)體功率組件從接收到開(kāi)通信號(hào)至門(mén)控晶閘管導(dǎo)通的延遲時(shí)間的標(biāo)定值td；(2)測(cè)量每個(gè)獨(dú)立的大功率電力半導(dǎo)體功率組件從接收到開(kāi)通信號(hào)至門(mén)控晶閘管導(dǎo)通的延遲時(shí)間t1；如果t1＞td，則調(diào)整大功率電力半導(dǎo)體功率組件中驅(qū)動(dòng)電路印制板的控制程序，將注入正向門(mén)極電流時(shí)間提前t1-td＝Δt；如果t1＜td，則調(diào)整控制驅(qū)動(dòng)電路印制板的程序，將注入正向門(mén)極電流時(shí)間延遲td-t1＝Δt，重復(fù)測(cè)量和調(diào)整，直到該大功率電力半導(dǎo)體功率組件開(kāi)通延遲符合標(biāo)定值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制大功率電力半導(dǎo)體功率組件開(kāi)關(guān)速度一致的方法，其特征在于，所述門(mén)控晶閘管門(mén)極觸發(fā)關(guān)斷是從門(mén)極被反向偏置開(kāi)始，當(dāng)門(mén)控晶閘管陽(yáng)極電流下降到穩(wěn)態(tài)值10％時(shí)，表明該門(mén)控晶閘管關(guān)斷，該段時(shí)間稱(chēng)為門(mén)控晶閘管關(guān)斷的延遲時(shí)間tf，則對(duì)控制門(mén)控晶閘管關(guān)斷信號(hào)發(fā)出時(shí)間的具體步驟為(1)確認(rèn)大功率電力半導(dǎo)體功率組件從接收到外部關(guān)斷信號(hào)至門(mén)控晶閘管關(guān)斷的延遲時(shí)間的標(biāo)定值tf；(2)測(cè)量每個(gè)獨(dú)立的大功率電力半導(dǎo)體功率組件從接收到關(guān)斷信號(hào)至門(mén)控晶閘管關(guān)斷的延遲時(shí)間t2。如果t2＞tf，則調(diào)整大功率電力半導(dǎo)體功率組件驅(qū)動(dòng)電路印制板的控制程序，將門(mén)極反向偏置時(shí)間提前t2-tf＝Δt；如果t2＜tf，則調(diào)整驅(qū)動(dòng)電路印制板的控制程序，將門(mén)極反向偏置時(shí)間延遲tf-t2＝Δt。通過(guò)重復(fù)測(cè)量和調(diào)整控制程序，保證每個(gè)獨(dú)立的大功率電力半導(dǎo)體功率組件從接收到外部關(guān)斷信號(hào)至門(mén)控晶閘管關(guān)斷延遲都等于標(biāo)定值。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了屬于大功率電力半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域的一種控制大功率電力半導(dǎo)體功率組件開(kāi)關(guān)速度一致性的方法。是在大功率電力半導(dǎo)體組件中門(mén)控晶閘管開(kāi)通關(guān)斷速度比設(shè)定值快時(shí)，延遲發(fā)出大功率電力半導(dǎo)體功率組件中驅(qū)動(dòng)電路印制板控制程序的開(kāi)通和關(guān)斷信號(hào)；在大功率電力半導(dǎo)體組件中門(mén)控晶閘管開(kāi)通關(guān)斷速度比設(shè)定值慢時(shí)，提前發(fā)出大功率電力半導(dǎo)體功率組件中驅(qū)動(dòng)電路印制板控制程序的開(kāi)通和關(guān)斷信號(hào)。這樣就可以實(shí)現(xiàn)，多個(gè)大功率電力半導(dǎo)體組件具有相同的開(kāi)通和關(guān)斷速度。從而降低了對(duì)大功率電力半導(dǎo)體組件的生產(chǎn)工藝要求和生產(chǎn)成本，進(jìn)一步擴(kuò)大其在大功率領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍。
文檔編號(hào)H03K17/72GK101079619SQ20071009900
公開(kāi)日2007年11月28日 申請(qǐng)日期2007年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月8日
發(fā)明者童亦斌, 張嬋, 黃杏 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)