開關(guān)元件驅(qū)動器以及使用該驅(qū)動器的回轉(zhuǎn)式機(jī)械控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種開關(guān)元件驅(qū)動器以及使用該驅(qū)動器的回轉(zhuǎn)式機(jī)械控制系統(tǒng)。在驅(qū)動器中，放電模塊響應(yīng)于驅(qū)動信號從接通狀態(tài)變換到斷開狀態(tài)使開關(guān)元件的接通斷開控制端以一定放電速率進(jìn)行放電。改變模塊確定是否滿足條件，該條件包括在驅(qū)動信號的接通狀態(tài)期間感測信號的電平大于閾值電平，并且在確定滿足該條件時，響應(yīng)于驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)使接通斷開控制端的放電速率改變。放寬模塊使得自驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)起經(jīng)過一時段之后的條件與緊接在驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)后的條件相比被放寬。
【專利說明】開關(guān)元件驅(qū)動器以及使用該驅(qū)動器的回轉(zhuǎn)式機(jī)械控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開內(nèi)容涉及用于下述開關(guān)元件的驅(qū)動器:該開關(guān)元件具有用于輸出與流經(jīng)開關(guān)元件的導(dǎo)電通路的電流相關(guān)聯(lián)的微小電流(也被稱為感測電流)的感測端。本公開內(nèi)容還涉及使用該驅(qū)動器的用于回旋式機(jī)械的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在日本專利公開N0.3339311中公開了這些驅(qū)動器的典型示例。作為開關(guān)元件的示例的IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)的驅(qū)動器能夠改變IGBT從接通狀態(tài)到斷開狀態(tài)的切換速度，從而保持電涌電壓的減少與開關(guān)損耗的減少之間的平衡。例如，在該專利公開中，IGBT具有用于輸出與流經(jīng)IGBT的導(dǎo)電通路的電流相關(guān)聯(lián)的感測電流的感測端，并且該驅(qū)動器基于從感測端輸出的微小電流來改變IGBT的切換速度。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]然而，技術(shù)上困難的是改變從接通狀態(tài)到斷開狀態(tài)的轉(zhuǎn)換時段(即斷開時段)期間的IGBT的切換速度。注意，晶體管如IGBT從斷開狀態(tài)到接通狀態(tài)的轉(zhuǎn)換時段也將被稱為接通時段。因此，本申請的發(fā)明人研究了根據(jù)當(dāng)前切換循環(huán)期間在IGBT處在接通狀態(tài)時流經(jīng)IGBT的電流的量來改變下一個切換循環(huán)中IGBT的切換速度的簡單的技術(shù)方法。
[0004]在本研究中，把在IGBT接通的情況下由感測端輸出的感測電流的量的測量考慮為連接在IGBT的發(fā)射極與感測端之間的電阻器上的電壓降。
[0005]該測量導(dǎo)致與在IGBT開始從斷開狀態(tài)向接通狀態(tài)改變之后的接通時段內(nèi)的某個時間點(diǎn)處的電壓降的值相比，緊接在IGBT開始從斷開狀態(tài)向接通狀態(tài)改變之后的電壓降的值增加。這種現(xiàn)象說明，即使流經(jīng)IGBT的電流的量在接通時段內(nèi)保持恒定，緊接在IGBT開始從斷開狀態(tài)向接通狀態(tài)改變之后的電壓降的值與IGBT的接通時段內(nèi)的給定時間點(diǎn)處的電壓降的值是不同的。
[0006]因此，將電壓降的值與閾值進(jìn)行比較從而確定IGBT從接通狀態(tài)到斷開狀態(tài)的切換速度，會導(dǎo)致切換速度被確定為不適當(dāng)?shù)闹怠?br>
[0007]鑒于上述情形，本公開內(nèi)容的一個方面致力于提供用于這樣的開關(guān)元件的驅(qū)動器，該開關(guān)元件具有用于輸出與流經(jīng)該開關(guān)元件的導(dǎo)電通路的電流相關(guān)聯(lián)的電流的輸出端，該驅(qū)動器被設(shè)計(jì)以解決上述問題。
[0008]具體地，本公開內(nèi)容的另一方面旨在提供這樣的驅(qū)動器，該驅(qū)動器能夠基于來自輸出端的輸出電流來適當(dāng)?shù)馗淖冮_關(guān)元件的切換速度。
[0009]根據(jù)本公開內(nèi)容的第一示例性方面，提供了一種用于響應(yīng)于驅(qū)動信號來驅(qū)動電壓控制型開關(guān)元件的驅(qū)動器，該電壓控制型開關(guān)元件具有導(dǎo)電通路、接通斷開控制端以及感測端，由該感測端輸出與流經(jīng)該導(dǎo)電通路的電流的量相關(guān)聯(lián)的感測信號。該驅(qū)動器包括放電模塊，該放電模塊被配置成響應(yīng)于驅(qū)動信號從接通狀態(tài)變換到斷開狀態(tài)使電壓控制型開關(guān)元件的接通斷開控制端以預(yù)定放電速率進(jìn)行放電，用于使電壓控制型開關(guān)元件從接通狀態(tài)改變成斷開狀態(tài)。該驅(qū)動器包括改變模塊。該改變模塊被配置成:確定是否滿足用于執(zhí)行使電壓控制型開關(guān)元件中的相應(yīng)的一個電壓控制型開關(guān)元件的接通斷開控制端的放電速率減小的條件，該條件包括在驅(qū)動信號的接通狀態(tài)期間感測信號的電平高于閾值電平；并且在確定滿足該條件時，響應(yīng)于驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)，改變電壓控制型開關(guān)元件中的相應(yīng)的一個電壓控制型開關(guān)元件的接通斷開控制端的放電速率。該驅(qū)動器包括放寬模塊，該放寬模塊被配置成:與緊接在驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)之后的條件相比，放寬自驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)起經(jīng)過預(yù)定時段之后的條件。
[0010]在本公開內(nèi)容的第一示例性方面中，緊接在驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)之后，盡管實(shí)際上流經(jīng)導(dǎo)電通路的電流的量較低，但確定感測信號的電平仍很可能(但不一定)高于閾值電平。因此，如果在本公開內(nèi)容的第一示例性方面中沒有設(shè)置放寬模塊，那么在這種情況下可能會滿足用于執(zhí)行使電壓控制型開關(guān)元件的接通斷開控制端的放電速率減小的條件，導(dǎo)致電壓控制型開關(guān)元件的放電速率可能被不適當(dāng)?shù)馗淖兊娘L(fēng)險。
[0011]然而，根據(jù)本公開內(nèi)容的第一方面的驅(qū)動器裝備有放寬模塊。該放寬模塊使得自驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)起經(jīng)過預(yù)定時段之后的條件與緊接在驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)之后的條件相比被放寬。換言之，該放寬模塊使得緊接在驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)之后的條件與自驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)起經(jīng)過預(yù)定時段之后的條件相比更嚴(yán)格。這防止電壓控制型開關(guān)元件的放電速率被不適當(dāng)?shù)馗淖兊娘L(fēng)險的發(fā)生，從而使電壓控制型開關(guān)元件的放電速率適當(dāng)?shù)馗淖儭?br>
[0012]根據(jù)本公開內(nèi)容的第二示例性方面，提供了一種用于響應(yīng)于驅(qū)動信號來驅(qū)動電壓控制型開關(guān)元件的驅(qū)動器，該電壓控制型開關(guān)元件具有導(dǎo)電通路、接通斷開控制端以及感測端，由該感測端輸出與流經(jīng)該導(dǎo)電通路的電流的量相關(guān)聯(lián)的感測信號。該驅(qū)動器包括放電模塊，該放電模塊被配置成響應(yīng)于驅(qū)動信號從接通狀態(tài)變換到斷開狀態(tài)使電壓控制型開關(guān)元件的接通斷開控制端以預(yù)定放電速率進(jìn)行放電，用于使電壓控制型開關(guān)元件從接通狀態(tài)改變成斷開狀態(tài)。該驅(qū)動器包括確定模塊，該確定模塊被配置成確定是否滿足感測信號的電平高于閾值電平的持續(xù)時間等于或長于閾時間的條件。該驅(qū)動器包括禁用模塊，該禁用模塊被配置成使確定模塊不能執(zhí)行確定，直到自驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)起經(jīng)過了預(yù)定時段為止。該驅(qū)動器包括放電速率改變模塊，該放電速率改變模塊被配置成在由確定模塊確定滿足了條件的情況下改變接通斷開控制端的放電速率。
[0013]在本公開內(nèi)容的第二示例性方面中，禁用模塊使確定模塊不能執(zhí)行對是否滿足感測信號的電平高于閾值電平的持續(xù)時間等于或長于閾時間的條件的確定，直到自驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)起經(jīng)過了預(yù)定時段為止。
[0014]因此，即使在自驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)起經(jīng)過預(yù)定時段之前滿足了條件，也可以防止電壓控制型開關(guān)元件的放電速率被不適當(dāng)?shù)馗淖儭＿@導(dǎo)致對電壓控制型開關(guān)元件的放電速率的適當(dāng)?shù)母淖儭?br>
[0015]根據(jù)本公開內(nèi)容的第三示例性方面，提供了一種用于控制回旋式機(jī)械的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)包括了裝備有至少一對串聯(lián)連接的電壓控制型開關(guān)元件的逆變器，每個電壓控制型開關(guān)元件具有導(dǎo)電通路、接通斷開控制端以及感測端，由該感測端輸出與流經(jīng)該導(dǎo)電通路的電流的量相關(guān)聯(lián)的感測信號。該控制系統(tǒng)包括用于驅(qū)動每個電壓控制型開關(guān)元件的驅(qū)動器。該驅(qū)動器包括放電模塊，該放電模塊被配置成響應(yīng)于驅(qū)動信號從接通狀態(tài)變換到斷開狀態(tài)使電壓控制型開關(guān)元件中的相應(yīng)的一個電壓控制型開關(guān)元件的接通斷開控制端以預(yù)定放電速率進(jìn)行放電，用于使電壓控制型開關(guān)元件中的相應(yīng)的一個電壓控制型開關(guān)元件從接通狀態(tài)改變成斷開狀態(tài)。該驅(qū)動器包括改變模塊，該改變模塊被配置成:確定是否滿足用于執(zhí)行使電壓控制型開關(guān)元件中的相應(yīng)的一個電壓控制型開關(guān)元件的接通斷開控制端的放電速率減小的條件，該條件包括在驅(qū)動信號的接通狀態(tài)期間感測信號的電平高于閾值電平；并且在確定滿足該條件時，響應(yīng)于從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)的驅(qū)動信號使電壓控制型開關(guān)元件中的相應(yīng)的一個電壓控制型開關(guān)元件的接通斷開控制端的放電速率改變。該驅(qū)動器包括放寬模塊，該放寬模塊被配置成:與緊接在驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)之后的條件相比，放寬自驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)起經(jīng)過預(yù)定時段之后的條件。
[0016]由于根據(jù)本公開內(nèi)容的第三示例性方面的控制系統(tǒng)包括用于逆變器的至少一對開關(guān)元件中的每個開關(guān)元件的前述的驅(qū)動器，所以可以實(shí)現(xiàn)與由根據(jù)本公開內(nèi)容的第一示例性方面的驅(qū)動器實(shí)現(xiàn)的效果相同的效果。
[0017]鑒于結(jié)合附圖的以下描述將進(jìn)一步理解本公開內(nèi)容的各個方面的上述和/或其他特征和/或優(yōu)點(diǎn)。本公開內(nèi)容的各個方面可以包括和/或不包括適用的不同的特征和/或優(yōu)點(diǎn)。此外，本公開內(nèi)容的各個方面可以結(jié)合適用的其他實(shí)施方式的一個或更多個特征。對【具體實(shí)施方式】的特征和/或優(yōu)點(diǎn)的描述不應(yīng)當(dāng)被理解為對其他實(shí)施方式或權(quán)利要求的限制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]根據(jù)參考附圖對實(shí)施方式的以下描述，本公開內(nèi)容的其他方面將變得明顯，在附圖中:
[0019]圖1是示意性地示出根據(jù)本公開內(nèi)容的第一實(shí)施方式的用于電動發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng)的整體配置的視圖；
[0020]圖2是示意性地示出圖1所示的控制系統(tǒng)的逆變器的每個驅(qū)動單元的電路圖；
[0021]圖3是示意性地示出由圖1所示的控制系統(tǒng)的每個驅(qū)動單元執(zhí)行的放電速率確定過程的示例的流程圖；
[0022]圖4是示意性地示出由圖1所示的控制系統(tǒng)的每個驅(qū)動單元執(zhí)行的斷開過程的示例的流程圖；
[0023]圖5是示意性地示出根據(jù)第一實(shí)施方式的在執(zhí)行有源柵控制期間示出由每個驅(qū)動單元執(zhí)行的有源柵控制的操作的參數(shù)如何變化的時序圖；
[0024]圖6A是示意性地示出(作為曲線圖)根據(jù)第一實(shí)施方式的相對于開關(guān)元件的擊穿電壓的通過使開關(guān)元件斷開而施加到開關(guān)元件的電壓和集電極電流之間的關(guān)系的視圖；
[0025]圖6B是示意性地示出(作為曲線圖)根據(jù)第一實(shí)施方式的流經(jīng)開關(guān)元件的集電極電流與相應(yīng)的驅(qū)動單元中的開關(guān)損耗之間的關(guān)系的視圖；
[0026]圖7是示意性地示出根據(jù)本公開內(nèi)容的第二實(shí)施方式的由控制系統(tǒng)的每個驅(qū)動單元執(zhí)行的第二放電速率確定過程的示例的流程圖；
[0027]圖8是示意性地示出根據(jù)本公開內(nèi)容的第三實(shí)施方式的由控制系統(tǒng)的每個驅(qū)動單元執(zhí)行的第三放電速率確定過程的示例的流程圖；[0028]圖9A是示意性地示出根據(jù)本公開內(nèi)容的第四實(shí)施方式的由控制系統(tǒng)的每個驅(qū)動單元執(zhí)行的第四放電速率確定過程的示例的流程圖；
[0029]圖9B是其中一個示出在逆變器的輸入電壓等于或大于閾值電壓的情況下集電極發(fā)射極電壓如何變化，而其中另一個示出在逆變器的輸入電壓小于閾值電壓的情況下集電極發(fā)射極電壓如何變化的曲線圖；以及
[0030]圖10是示意性地示出根據(jù)本公開內(nèi)容的第五實(shí)施方式的由控制系統(tǒng)的每個驅(qū)動單元執(zhí)行的第五放電速率確定過程的示例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]在下文中，將參考附圖對本公開內(nèi)容的實(shí)施方式進(jìn)行描述。在實(shí)施方式中，指定相似附圖標(biāo)記的各個實(shí)施方式之間的相似部分被省略或簡化，以避免冗余的描述。
[0032]第一實(shí)施方式
[0033]參考圖1，示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的被安裝在例如機(jī)動交通工具中作為主引擎的三相電動發(fā)電機(jī)作為回旋式機(jī)械的示例，其被簡稱為“電動發(fā)電機(jī)”10。電動發(fā)電機(jī)10機(jī)械稱聯(lián)到機(jī)動交通工具的驅(qū)動輪(未示出)。
[0034]例如，無刷DC電機(jī)，即三相SM (同步電機(jī))用作電動發(fā)電機(jī)10。
[0035]電動發(fā)電機(jī)10例如由包括磁場的轉(zhuǎn)子和包括三相繞組即U相繞組、V相繞組以及W相繞組的定子構(gòu)成。電動發(fā)電機(jī)10的轉(zhuǎn)子基于轉(zhuǎn)子的磁場與在三相繞組被通電的情況下由三相繞組生成的旋轉(zhuǎn)場之間的磁相互作用而旋轉(zhuǎn)。例如，三相繞組(U相繞組、V相繞組以及W相繞組)中的每一相繞組一端連接到公用接點(diǎn)(中性點(diǎn))而另一端連接到例如星型配置中的各個端子。
[0036]在圖1中，還示出了用于控制電動發(fā)電機(jī)10的控制系統(tǒng)100?？刂葡到y(tǒng)100裝備有逆變器INV，轉(zhuǎn)換器CNV，作為DC電源的示例的高壓電池12，驅(qū)動單元即驅(qū)動器、DU，接口14，低壓電池16以及控制單元18。
[0037]高壓電池12經(jīng)由逆變器INV和轉(zhuǎn)換器CNV電連接到電動發(fā)電機(jī)10。高壓電池12具有例如等于或大于100V的跨聞壓電池12的端電壓。
[0038]轉(zhuǎn)換器CNV包括電容器C、一對串聯(lián)連接的開關(guān)元件Scp和Sen、一對續(xù)流二極管Dcp和Dcn以及電抗器L。電容器C與逆變器INV并聯(lián)連接，而串聯(lián)連接的開關(guān)元件Scp和Scn與電容器C并聯(lián)連接。續(xù)流二極管Dcp和Dcn分別與相應(yīng)的開關(guān)元件Scp和Scn反并聯(lián)連接。電抗器L的一端連接到高壓電池12的正端子以及開關(guān)元件Scp與開關(guān)元件Scn之間的連接點(diǎn)。轉(zhuǎn)換器CNV的串聯(lián)連接的開關(guān)元件Scp和Scn的一端連接到逆變器INV的正極DC輸入線，而另一端連接到逆變器INV的負(fù)極DC輸入線。逆變器INV的負(fù)極DC輸入線連接到電池12的負(fù)端子。
[0039]轉(zhuǎn)換器CNV可操作以將高壓電池12的端電壓轉(zhuǎn)換成大于高壓電池12的端電壓的電壓，并且將升高的電壓輸出作為轉(zhuǎn)換器CNV的跨電容器C的輸出DC電壓。由轉(zhuǎn)換器CNV使端電壓提升的預(yù)定上限被設(shè)定成預(yù)定高電壓，如666V。
[0040]逆變器INV被設(shè)計(jì)為三相逆變器。逆變器INV被設(shè)置有三對串聯(lián)連接的高壓側(cè)和低壓側(cè)(上臂和下臂)開關(guān)元件Sup和SuruSvp和Svn以及Swp和Swn。逆變器INV還被設(shè)置有分別與相應(yīng)的開關(guān)元件S*# (*=u、v、w,#=p、n)反并聯(lián)電連接的續(xù)流二極管D*# (*=u、V、w, #=p> n)。
[0041]在第一實(shí)施方式中，多個IGBT分別用作開關(guān)元件S*# (*=u、V、w, #=ρ、η)。
[0042]在功率MOSFET用作開關(guān)元件S*# (*=u、v、w，#=p、n)的情況下，功率MOSFET的內(nèi)部二極管可以用作續(xù)流二極管，從而除去續(xù)流二極管。
[0043]三對開關(guān)元件以橋式配置彼此并聯(lián)連接。通過其開關(guān)元件S*p (*=u、v、w)中的每個開關(guān)元件串聯(lián)連接到S*n (*=u、V、w)中的相應(yīng)的一個開關(guān)元件的連接點(diǎn)與從U相繞組、V相繞組以及W相繞組中的相應(yīng)的一個繞組的各個端子延伸的輸出引線相連接。三對中的每一對串聯(lián)連接的開關(guān)元件的一端，如相應(yīng)的高壓側(cè)開關(guān)元件的集電極，經(jīng)由正極DC輸入線連接到高壓電池12的正端子。三對中的每一對串聯(lián)連接的開關(guān)元件的另一端，如相應(yīng)的低壓側(cè)開關(guān)元件的發(fā)射極，經(jīng)由負(fù)極DC輸入線連接到高壓電池12的負(fù)端子。
[0044]例如，控制單元18基于由低壓電池16提供的低于跨高壓電池12的端電壓的電源電壓而工作。因此，控制單元18與低壓電池16構(gòu)成低壓系統(tǒng)。相反地，電動發(fā)電機(jī)10、轉(zhuǎn)換器CNV、逆變器INV以及高壓電池12構(gòu)成高壓系統(tǒng)。
[0045]高壓系統(tǒng)使用機(jī)動交通工具的機(jī)架接地(機(jī)殼接地)作為高壓系統(tǒng)的基準(zhǔn)電位。因?yàn)橹行渣c(diǎn)連接到機(jī)動交通工具的機(jī)架(機(jī)殼)，所以基準(zhǔn)電位被設(shè)定成高壓電池12的正端子處的電位與負(fù)端子處的電位的中間值。
[0046]另一方面，低壓系統(tǒng)使用機(jī)動交通工具的機(jī)架接地作為其基準(zhǔn)電位，該基準(zhǔn)電位被設(shè)定成低壓電池16的負(fù)端子處的電位。也就是說，高壓電池12的負(fù)端子處的電位與低壓電池16的負(fù)端子處的電位彼此不同。
[0047]接口 14被設(shè)置有光藕合器14a作為為逆變器INV和轉(zhuǎn)換器CNV的相應(yīng)開關(guān)元件S*#設(shè)置的絕緣構(gòu)件的不例。每個光藕合器14a由光電二極管和光電晶體管組成。光藕合器14a被配置成能夠在高壓系統(tǒng)與低壓系統(tǒng)之間建立電隔離的同時在高壓系統(tǒng)與低壓系統(tǒng)之間進(jìn)行通信。具體地，每個光藕合器14a被配置成使控制單元18能夠在控制單元18與開關(guān)元件S*#中相應(yīng)的一個開關(guān)元件之間建立電隔離的同時對開關(guān)元件S*#中相應(yīng)的一個開關(guān)元件進(jìn)行控制。
[0048]控制單元18被設(shè)計(jì)成分別驅(qū)動逆變器INV和轉(zhuǎn)換器CNV，從而控制電動發(fā)電機(jī)10的受控的變量，如電動發(fā)電機(jī)10的輸出扭矩。
[0049]具體地，控制單元18被設(shè)計(jì)成將驅(qū)動信號gcp和gcn分別發(fā)送給為相應(yīng)的開關(guān)元件Scp和Scn設(shè)置的驅(qū)動單元DU，從而分別接通或斷開相應(yīng)的開關(guān)元件Scp和Sen?？刂茊卧?8還被設(shè)計(jì)成將驅(qū)動信號gup、gun、gvp、gvn、gwp以及gwn分別發(fā)送給為相應(yīng)的開關(guān)元件Sup、Sun、Svp> Svn> Swp以及Swn設(shè)置的驅(qū)動單元DU,從而分別接通或斷開相應(yīng)的開關(guān)元件Sup、Sun、Svp> Svn> Swp以及Swn。對相應(yīng)的開關(guān)元件Sup、Sun、Svp> Svn> Swp以及Swn分別接通或斷開將作為給逆變器INV的輸入電壓VH的跨電容器C的輸出DC電壓轉(zhuǎn)換成AC電壓，并且將AC電壓提供給電動發(fā)電機(jī)10。
[0050]每個驅(qū)動信號g*#具有預(yù)定占空比，即開關(guān)元件S*#中的相應(yīng)的一個開關(guān)元件的每個切換循環(huán)的接通持續(xù)時間比總持續(xù)時間的預(yù)定比率(參見圖1)。具體地，控制單元18被設(shè)計(jì)成根據(jù)相應(yīng)的驅(qū)動信號g*#經(jīng)由相應(yīng)的驅(qū)動單元DU補(bǔ)充地接通每一支路(相)的高壓側(cè)開關(guān)元件S*#和低壓側(cè)開關(guān)元件S*#。換言之，控制單元18被設(shè)計(jì)成交替地接通一支路(相)的高壓側(cè)開關(guān)元件S*p和同一支路(相)的低壓側(cè)開關(guān)元件S*n。該驅(qū)動器交替地關(guān)閉一支路的高壓側(cè)開關(guān)元件S*p的集電極和與發(fā)射極之間的導(dǎo)電通路和同一支路的低壓側(cè)開關(guān)元件S*n的集電極和與發(fā)射極之間的導(dǎo)電通路。
[0051]接下來，將參考圖2來描述為相應(yīng)開關(guān)元件S*#設(shè)置的每個驅(qū)動單元DU的電路結(jié)構(gòu)的示例。
[0052]參考圖2，驅(qū)動單元DU包括恒壓源20、恒流開關(guān)元件22、恒流電阻器24以及差分放大器26。驅(qū)動單元DU還包括第一放電電阻器30、第一放電開關(guān)元件32、第二放電電阻器34、第二放電開關(guān)元件36、感測電阻器38以及芯片上的驅(qū)動IC40。
[0053]P溝道MOSFET用作恒流開關(guān)元件22，而N溝道MOSFET用作第一放電開關(guān)元件32和第二放電開關(guān)兀件36中的每一個。
[0054]外部恒壓源20連接到安裝在例如接口 14中的反激轉(zhuǎn)換器20a。反激轉(zhuǎn)換器20a連接到低壓電池16并且可操作以基于跨低壓電池16的電壓產(chǎn)生恒定電壓Vom作為電壓源20的端電壓。電壓源20的輸出端連接到恒流開關(guān)元件22的源極。恒流開關(guān)元件22的漏極連接到恒流電阻器24的一端，而恒流電阻器24的另一端連接到接通斷開控制端，即開關(guān)元件S*#的柵極。恒流開關(guān)元件22的接通斷開控制端，即柵極，連接到驅(qū)動IC40。
[0055]恒流電阻器24的兩端連接到差分放大器26的非反相輸入端和反相輸入端，以使得恒流電阻器24的兩端之間的電位差Vc由差分放大器26放大以輸入給驅(qū)動IC40。
[0056]驅(qū)動IC40包括反饋模塊FB。反饋模塊FB可操作以進(jìn)行反饋操作來操縱恒流開關(guān)元件22的柵極處的電壓，使得輸入驅(qū)動IC40的電位差Vc被調(diào)整成目標(biāo)電平Vref。這導(dǎo)致跨恒流電阻器24的電壓降Vc被調(diào)整成恒定電平，從而經(jīng)由恒流電阻器24基于恒定電壓Vom將開關(guān)元件S*#的柵極的充電電流保持在恒定電平。
[0057]開關(guān)元件S*#的柵極經(jīng)由第一放電電阻器30、第一放電開關(guān)元件32以及驅(qū)動單元DU的公用電位線也連接到基準(zhǔn)端，即開關(guān)元件S*#的作為導(dǎo)電通路的一端的發(fā)射極。具體地，開關(guān)元件S*#的柵極連接到第一放電電阻器30的一端，而第一放電電阻器30的另一端連接到第一放電開關(guān)元件32的漏極。第一放電開關(guān)元件32的源極經(jīng)由公用電位線連接到開關(guān)元件S*#的發(fā)射極。
[0058]類似地，開關(guān)元件S*#的柵極經(jīng)由第二放電電阻器34、第二放電開關(guān)元件36以及驅(qū)動單元DU的公用電位線連接到開關(guān)元件S*#的發(fā)射極。具體地，開關(guān)元件S*#的柵極連接到第二放電電阻器34的一端，而第二放電電阻器34的另一端連接到第二放電開關(guān)元件36的漏極。第二放電開關(guān)元件36的源極經(jīng)由公用電位線連接到開關(guān)元件S*#的發(fā)射極。
[0059]第一放電電阻器30和第二放電電阻器34均是線性元件。第一放電電阻器30和第二放電電阻器34具有各自的電阻Rl和R2。第一放電電阻器30的電阻Rl低于第二放電電阻器34的電阻R2。第一放電電阻器30的電阻Rl與第二放電電阻器34的電阻R2之間的差導(dǎo)致了第一放電通路與第二放電通路之間電阻的差，用于使開關(guān)元件S*#的柵極放電，即用于使存儲在開關(guān)元件S*#上的正電荷放電，從而斷開開關(guān)元件S*#。選擇第一放電通路和第二放電通路中之一能夠?qū)﹂_關(guān)元件S*#進(jìn)行有源柵控制，即對柵電壓進(jìn)行調(diào)整。
[0060]也就是說，根據(jù)第一實(shí)施方式，第一放電通路和第二放電通路中的每個通路的電阻用作用于調(diào)整使開關(guān)元件S*#的柵極放電的速率的參數(shù)。使不同的電阻Rl和R2之間的開關(guān)元件S*#的放電通路中的電阻改變旨在有效地減少由于對開關(guān)元件S*#的切換操作而產(chǎn)生的電涌損耗和開關(guān)損耗二者。[0061]注意，如上所述，根據(jù)第一實(shí)施方式的驅(qū)動單元DU使用恒流控制給開關(guān)元件S*#的柵極提供恒定的充電電流。與驅(qū)動單元DU使用恒壓控制給開關(guān)元件S*#的柵極施加恒定電壓的情況相比，根據(jù)第一實(shí)施方式的驅(qū)動單元DU導(dǎo)致了由于對開關(guān)元件S*#的切換操作而產(chǎn)生的電涌損耗和開關(guān)損耗二者的減少。
[0062]驅(qū)動IC40可操作以分別控制對恒流開關(guān)元件22、第一放電開關(guān)元件32以及第二放電開關(guān)元件36中的每個的接通或斷開。
[0063]在第一實(shí)施方式中，驅(qū)動IC40接通恒流開關(guān)元件22和第一放電開關(guān)元件32或第二放電開關(guān)元件36中的一個開關(guān)元件，同時補(bǔ)充地?cái)嚅_其中另一個開關(guān)元件，從而交替地接通和斷開開關(guān)元件S*#。
[0064]具體地,驅(qū)動IC40響應(yīng)于相應(yīng)的驅(qū)動信號g*#的上升沿來接通恒流開關(guān)元件22,同時斷開第一放電開關(guān)元件32和第二放電開關(guān)元件36中的每個開關(guān)元件。在驅(qū)動信號g*#的對應(yīng)的接通持續(xù)時間期間，驅(qū)動IC40保持恒流開關(guān)元件22接通，同時保持第一放電開關(guān)元件32和第二放電開關(guān)元件36中的每個開關(guān)元件斷開。響應(yīng)于相應(yīng)的驅(qū)動信號g*#的下降沿，驅(qū)動IC40斷開恒流開關(guān)元件22，同時接通第一放電開關(guān)元件32和第二放電開關(guān)元件36中的每個開關(guān)元件。在驅(qū)動信號g*#的相應(yīng)的斷開持續(xù)時間期間，驅(qū)動IC40保持恒流開關(guān)元件22斷開，同時保持第一放電開關(guān)元件32和第二放電開關(guān)元件36中的每個開關(guān)元件接通。
[0065]開關(guān)元件S*#具有感測端子St，用于輸出與流經(jīng)開關(guān)元件S*#的集電極與發(fā)射極之間的導(dǎo)電通路的電流如集電極電流Ic相關(guān)聯(lián)的微小電流(也被稱為感測電流)。感測端子St經(jīng)由電阻器38連接到驅(qū)動單元DU的公用電位線和驅(qū)動IC40 二者。
[0066]在集電極電流Ic流經(jīng)開關(guān)元件S*#的導(dǎo)電通路的情況下，與集電極電流Ic相關(guān)聯(lián)的感測電流流經(jīng)電阻器38，從而引起了跨電阻器38的電壓降。驅(qū)動IC40測量跨電阻器38的電壓降以作為感測電壓Vse，從而根據(jù)所測量的感測電壓Vse獲得指示流經(jīng)開關(guān)元件S*#的集電極電流Ic的大小的信號。也就是說，感測電壓Vse的電平與流經(jīng)開關(guān)元件S*#的集電極電流Ic的大小相關(guān)聯(lián)。
[0067]驅(qū)動IC40基于感測電壓Vse來確定流經(jīng)開關(guān)元件S*#的集電極電流Ic的電平是否超過了允許的上限。驅(qū)動IC40強(qiáng)制斷開恒流開關(guān)元件22并且將故障安全信號FL輸出到接口 14。
[0068]接口 14包括圖1所示的故障安全單元14b，并且故障安全單元14b響應(yīng)于故障安全信號FL來關(guān)閉逆變器INV和轉(zhuǎn)換器CNV中的每個。
[0069]圖2中示出了故障安全單元14b的結(jié)構(gòu)的示例。
[0070]具體地，故障安全單元14b包括為每個光耦合器14a設(shè)置的電阻器64、一組低壓電源60以及低電平有效開關(guān)元件62。故障安全單元14b還包括為每個開關(guān)元件S*#的光耦合器70、低壓電源72、電阻器74、比較器76、電阻器78與電阻器80以及NAND門82。
[0071]光稱合器14a中的每個光稱合器的光電二極管的一端連接到電阻器64的一端和控制單兀18,而光稱合器14a中的每個光稱合器的光電二極管的另一端接地。電阻器64的另一端經(jīng)由開關(guān)元件62連接到低壓電源60。開關(guān)元件62的控制端連接到NAND門82的輸出端。在低壓信號被輸入到開關(guān)元件62中的相應(yīng)的一個開關(guān)元件以使得光電二極管被通電并且光電晶體管被接通的情況下，光耦合器14a中的每個是接通的。否則，在高壓信號被輸入到開關(guān)兀件62中的相應(yīng)的一個開關(guān)兀件以使得光電二極管被斷電并且光電晶體管被斷開的情況下，光耦合器14a中的每個光耦合器是斷開的。在光耦合器14a接通時，基于驅(qū)動信號g*#的信息被輸入給驅(qū)動IC40。
[0072]光耦合器70中的每個由光電二極管和光電晶體管組成。光耦合器中的每個的光電二極管的一端連接到驅(qū)動IC40，而其另一端接地。各個光耦合器70的光電晶體管串聯(lián)連接來構(gòu)成串聯(lián)連接的光耦合器模塊。串聯(lián)連接的光耦合器模塊的一個端子連接到比較器76的反相輸入端，而另一個端子接地。電阻器74與電阻器78構(gòu)成分壓器，該分壓器對從低壓電源72施加的電壓進(jìn)行分壓，并且由分壓器分壓的電壓被輸入到比較器76的非反相輸入端。低壓電源72經(jīng)由電阻器80也連接到比較器76的反相輸入端。
[0073]在沒有故障安全信號FL從驅(qū)動IC40輸出的情況下，比較器76的反相輸入端接地，以使得低電平的電壓信號從比較器76輸出到控制單元18。相反地，在關(guān)于至少一個開關(guān)元件S*# (也被稱為目標(biāo)開關(guān)元件S*#)的故障安全信號FL從驅(qū)動IC40輸出的情況下，用于目標(biāo)開關(guān)元件S*#的光耦合器70被斷開。光耦合器70的斷開使從低壓電池72施加給比較器76的反相輸入端的電壓大于施加給比較器76的非反相輸入端的經(jīng)分壓的電壓，從而導(dǎo)致從比較器76輸出的電壓信號的低電平反轉(zhuǎn)成高電平。比較器76的高電平電壓信號被發(fā)送給控制單元18和NAND門82。
[0074]NAND門82具有兩個輸入端，其中一個輸入端連接到比較器76的輸出端，而其中另一個輸入端連接到控制單元18。因而，從比較器76輸出的高電平電壓信號被輸入到控制單兀18作為故障安全信號FLl。
[0075]控制單元18可操作以在故障安全信號FLl不被輸入到控制單元18的情況下經(jīng)由另一個輸入端將具有高電平的電壓信號正常地輸出到NAND門82。因而，在沒有故障安全信號FL從驅(qū)動IC40輸出以使得高電平電壓信號從比較器76輸出的情況下,具有低電平的電壓信號從NAND門82輸出到為各個開關(guān)元件S*#設(shè)置的低電平有效開關(guān)元件62的控制端。因而，低電平有效開關(guān)元件62被接通或被保持接通，以使得開關(guān)元件S*#是接通的。也就是說，在沒有故障安全信號FL從驅(qū)動IC40輸出的情況下，開關(guān)元件S*#是接通的。
[0076]相反地，在至少一個開關(guān)元件S*#的故障安全信號FL從驅(qū)動IC40輸出以使得低電平電壓信號從比較器76輸出的情況下,具有高電平的電壓信號從NAND門82輸出到為各個開關(guān)元件S*#設(shè)置的低電平有效開關(guān)元件62的控制端。因而，低電平有效開關(guān)元件62被斷開或被保持?jǐn)嚅_，以使得所有開關(guān)元件S*#是斷開的。也就是說，在至少一個故障安全信號FL從驅(qū)動IC40輸出的情況下，所有開關(guān)元件S*#是斷開的，以使得逆變器INV和轉(zhuǎn)換器CNV中的每一個都被關(guān)閉。
[0077]注意，為了關(guān)閉逆變器INV和轉(zhuǎn)換器CNV中的每個，希望使用開關(guān)元件S*#的柵極與公用電位線之間的另一條放電通路；該放電通路具有大于第一放電通路的電阻Rl和第二放電通路的電阻R2中的每個。例如，如圖2所示，對于故障安全關(guān)閉的被示出為DP的放電通路包括具有連接到驅(qū)動IC40的接通斷開控制端的開關(guān)元件SW。如上所述，在至少一個故障安全信號FL從驅(qū)動IC40輸出的情況下，控制器14控制每個驅(qū)動器DU經(jīng)由放電通路DP來接通開關(guān)元件SW，同時保持開關(guān)元件22、32以及36中的每個斷開。開關(guān)元件SW的接通經(jīng)由放電通路DP使存儲在開關(guān)元件S*#的柵極中的電荷驅(qū)散，從而使開關(guān)元件S*#斷開。如上所述，放電通路DP的電阻大于第一放電通路和第二放電通路中的每個的電阻。因而，在這種異常狀態(tài)下開關(guān)元件S*#經(jīng)由放電通路DP的斷開速度低于在正常狀態(tài)下開關(guān)元件S*#經(jīng)由第一放電通路和第二放電通路中的每個的斷開速度。開關(guān)元件S*#的斷開速度的減小導(dǎo)致了對由于開關(guān)元件S*#的斷開而產(chǎn)生的電涌的抑制。
[0078]在第一實(shí)施方式中，在下一個切換循環(huán)中將開關(guān)元件S*#從接通狀態(tài)改變到斷開狀態(tài)的情況下，驅(qū)動IC40基于流經(jīng)開關(guān)元件S*#的電流的量選擇性地接通第一放電開關(guān)元件32和第二放電開關(guān)元件36中的任一個，同時IGBT在當(dāng)前切換循環(huán)中處在接通狀態(tài)。這基于流經(jīng)開關(guān)元件S*#的集電極電流Ic的量而改變放電通路的電阻，用于使開關(guān)元件S*#斷開，從而執(zhí)行上述有源柵控制。
[0079]接下來，在下文中將參考圖3來描述由每個驅(qū)動單元DU的驅(qū)動IC40執(zhí)行的關(guān)于開關(guān)元件S*#的放電速率確定過程。
[0080]圖3是示意性地示出放電速率確定過程的流程圖。注意，每個驅(qū)動單元DU的驅(qū)動IC40可以被配置作為編程邏輯電路、硬連線邏輯電路或者結(jié)合硬連線邏輯和編程邏輯的混合電路。例如，驅(qū)動IC40被配置成在驅(qū)動單元DU被加電時重復(fù)地執(zhí)行放電速率確定過程。
[0081]在驅(qū)動信號g*#被輸入到驅(qū)動IC40的情況下，在步驟SlO中驅(qū)動IC40接收驅(qū)動信號g*#。
[0082]在步驟SlO中，驅(qū)動IC40確定驅(qū)動信號g*#是否從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)。
[0083]在確定驅(qū)動信號g*#從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)時(步驟SlO中的是)，驅(qū)動IC40執(zhí)行步驟S12中的操作。具體地，在步驟S12中，驅(qū)動IC40在步驟S12中接通恒流開關(guān)元件22。恒流開關(guān)元件22的接通開始了對開關(guān)元件S*#的柵極的改變。
[0084]在步驟S12中，驅(qū)動IC40使預(yù)先合并在其中的作為硬件或軟件計(jì)數(shù)器的第一計(jì)數(shù)器Tl遞增I ;第一計(jì)數(shù)器Tl的初始值被設(shè)定成O。第一計(jì)數(shù)器Tl示出自驅(qū)動信號g*#從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)起的已經(jīng)過的時間。步驟S12中的操作用作例如被配置成響應(yīng)于驅(qū)動信號g*#從斷開狀態(tài)到接通狀態(tài)的變換來開始對時間Tl進(jìn)行測量的第一模塊。
[0085]接下來，在步驟S14中，驅(qū)動IC40確定第一計(jì)數(shù)器Tl是否等于或大于預(yù)置的第一閾時間值，即第一閾時段，Tlth0步驟S14中的操作是確定是否減小第二閾時間值，即稍后描述的第二閾時段，T2th。第一閾時間值Tlth例如基于感測電壓Vse減少到穩(wěn)定而集電極電流Ic恒定所需的時間而設(shè)定。步驟S14中的操作用作例如第二模塊，其被配置成根據(jù)所測量的時間Tl確定自驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)起是否已經(jīng)過預(yù)定時段Tlth。
[0086]在確定第一計(jì)數(shù)器Tl等于或大于第一閾時間值Tlth時(步驟S14中的是)，在步驟S16中驅(qū)動IC40將第二閾時間值T2th設(shè)定成短默認(rèn)值T2S。否則，在確定第一計(jì)數(shù)器Tl小于第一閾時間值Tlth時(步驟S14中的否)，在步驟S18中驅(qū)動IC40將第二閾時間值T2th設(shè)定成大于短默認(rèn)值T2S的長默認(rèn)值T2L。具體地，由長默認(rèn)值T2L限定的時間長于由短默認(rèn)值T2S限定的時間。
[0087]在步驟S16或步驟S18的操作之后，驅(qū)動IC40執(zhí)行步驟S20的操作。
[0088]在步驟S20中，驅(qū)動IC40確定感測電壓Vse是否等于或大于有源柵閾值電壓Vacth。步驟S20中的操作是確定是否使用第二放電開關(guān)元件36來斷開開關(guān)元件S*#。具體地，感測電壓Vse越高，流經(jīng)開關(guān)元件S*#的集電極電流Ic的電平越高。為此，在集電極電流Ic的電平高的情況下，使用第一放電開關(guān)元件32斷開開關(guān)元件S*#可以引起過高的電涌。為此，在集電極電流Ic的電平高的情況下，使用第二放電開關(guān)元件36來斷開開關(guān)元件S*#也可以引起過高的電涌。因此，在集電極電流Ic的電平高的情況下，使用第二放電開關(guān)元件36來斷開開關(guān)元件S*#使得可以防止基于開關(guān)元件S*#的斷開的電涌過高。注意，有源柵閾值電壓Vacth被設(shè)定成防止跨開關(guān)元件S*#的導(dǎo)電通路的兩端即發(fā)射極和集電極施加的電壓由于由開關(guān)元件S*#的斷開產(chǎn)生的電涌而超過開關(guān)元件S*#的擊穿電壓。
[0089]在確定感測電壓Vse等于或大于有源柵閾值電壓Vacth時(步驟S20中的是)，驅(qū)動IC40使預(yù)先合并在其中的作為硬件或軟件計(jì)數(shù)器的第二計(jì)數(shù)器T2遞增1，在步驟S22中第二計(jì)數(shù)器T2的初始值被設(shè)定成O。第二計(jì)數(shù)器T2示出等于或大于有源柵閾值電壓Vacth的感測電壓Vse的持續(xù)時間。否則，在確定感測電壓Vse小于有源柵閾值電壓Vacth時(步驟S20中的否)，在步驟S26中驅(qū)動IC40將第二計(jì)數(shù)器T2重置為零。
[0090]在完成了步驟S22中的操作之后，在步驟S24中，驅(qū)動IC40確定第二計(jì)數(shù)器T2是否等于或大于上述第二閾時間值T2th。步驟S24中的操作是確定是否使用第二放電開關(guān)元件36。
[0091]注意，第二計(jì)數(shù)器T2等于或大于第二閾時間值T2th的條件用作執(zhí)行使開關(guān)元件S*#的放電速率減小的條件，這在下文中將被稱為執(zhí)行條件。在放電速率確定過程中設(shè)置執(zhí)行條件以用于避免錯誤地選擇用于使開關(guān)元件S*#的柵極放電的第二放電開關(guān)元件36。
[0092]具體地，存在下述風(fēng)險:在經(jīng)過第一閾時間值Tlth之后，感測電壓Vse由于噪聲而短暫地超過有源柵閾值電壓Vacth。在此情況下，在步驟S20中的肯定確定用作執(zhí)行條件的情況下，可能存在不適當(dāng)?shù)厥褂玫诙烹婇_關(guān)元件36的風(fēng)險。另一方面，在經(jīng)過第一閾時間值Tlth之前，盡管集電極電流Ic實(shí)際上是低的，步驟S20中的確定仍很可能是肯定的。因此，在步驟S20中的肯定確定用作執(zhí)行條件的情況下，會存在不適當(dāng)?shù)厥褂玫诙烹婇_關(guān)元件36的風(fēng)險。
[0093]因此，根據(jù)第一實(shí)施方式的驅(qū)動IC40被配置成使用第二計(jì)數(shù)器T2等于或大于第二閾時間值T2th的確定來作為執(zhí)行條件。
[0094]在第一實(shí)施方式中，步驟S12、S14、S16以及S18中的操作用作例如可以由圖2所示的硬件電路、軟件電路或硬件/軟件混合電路構(gòu)成的放寬模塊Ml。放寬模塊Ml被配置成使得在自驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)起經(jīng)過預(yù)定時段Tlth之后的執(zhí)行條件與緊接在驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)之后的執(zhí)行條件相比被放寬。
[0095]例如，與緊接在驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)之后的執(zhí)行條件相比，使在自驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)起經(jīng)過預(yù)定時段Tlth之后的執(zhí)行條件放寬包括:使執(zhí)行條件與緊接在驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)之后相比，在自驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)起經(jīng)過預(yù)定時段Tlth之后更容易被滿足。
[0096]在確定第二計(jì)數(shù)器T2小于第二閾時間值T2th時(步驟S24中的否)，驅(qū)動IC40執(zhí)行步驟S28中的操作。在步驟S28中，驅(qū)動IC40確定驅(qū)動信號g*#是否從接通狀態(tài)變換到斷開狀態(tài)。
[0097]在確定驅(qū)動信號g*#未從接通狀態(tài)變換到斷開狀態(tài)時(步驟S28中的否)，驅(qū)動IC40返回到步驟S12中的操作，并且重復(fù)地執(zhí)行從步驟S12開始的操作。
[0098]否則，在確定驅(qū)動信號g*#從接通狀態(tài)變換到斷開狀態(tài)時(步驟28中的是)，在步驟S32中驅(qū)動IC40確定使用第一放電開關(guān)元件32用于使開關(guān)元件S*#斷開。具體地，驅(qū)動IC40選擇包括第一放電電阻器30的第一放電通路的電阻Rl作為開關(guān)元件的柵極的放電通路的阻抗。
[0099]另一方面，在確定第二計(jì)數(shù)器T2等于或大于第二閾時間值T2th時(步驟S24中的是)，驅(qū)動IC40執(zhí)行步驟S30中的操作。在步驟S30中，驅(qū)動IC40確定使用第二放電開關(guān)元件36用于使開關(guān)元件S*#斷開。具體地，驅(qū)動IC40接通第二放電開關(guān)元件36，同時斷開第一放電開關(guān)元件32，從而選擇電阻R2替代電阻Rl作為開關(guān)元件S*#的柵極的放電通路的阻抗。由于電阻R2大于電阻R1，所以降低了開關(guān)元件S*#的放電速率。
[0100]在完成了步驟S30或步驟S32中的操作之后，在步驟S34中驅(qū)動IC40將第一計(jì)數(shù)器Tl和第二計(jì)數(shù)器T2中的每個重置成零，并且終止放電速率確定過程。此外，在確定驅(qū)動信號g*#未從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)時(步驟SlO中的否)，在步驟S34中驅(qū)動IC40將第一計(jì)數(shù)器Tl和第二計(jì)數(shù)器T2中的每個重置成零，并且終止放電速率確定過程。
[0101]步驟S20、S22、S24以及S30中的操作例如用作可以由圖2所示的硬件電路、軟件電路或硬件/軟件混合電路構(gòu)成的改變模塊M2。改變模塊M2被配置成:
[0102]確定在驅(qū)動信號的接通狀態(tài)期間是否滿足包括感測信號的電平大于閾值電平Vacth的執(zhí)行條件；以及
[0103]響應(yīng)于從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)的驅(qū)動信號，根據(jù)感測信號的電平來改變開關(guān)元件S*#的柵極的放電速率。
[0104]在從另一方面來看圖3所示的放電速率確定過程的操作的情況下，步驟S20、S22以及S24中的操作例如用作確定模塊M3，而步驟S12和S14中的操作例如用作禁用模塊M4。在另一方面，步驟S30中的操作例如用作放電速率改變模塊M5。模塊M3至M5中的每個都可以由圖2所示的硬件電路、軟件電路或硬件/軟件混合電路構(gòu)成。
[0105]確定模塊M3被配置成確定是否滿足了大于閾值電平Vacth的感測信號Vse的電平的持續(xù)時間T2等于或長于閾時間T2th的執(zhí)行條件。
[0106]禁用模塊M4被配置成使確定模塊M3不能執(zhí)行確定，直到自驅(qū)動信號g*#從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)起經(jīng)過預(yù)定時段Tlth為止。
[0107]放電速率改變模塊M5被配置成在由確定模塊確定滿足執(zhí)行條件的情況下改變開關(guān)元件S*#的柵極的放電速率(參見步驟S24中的肯定確定和步驟S30中的操作)。
[0108]圖4是示意性地示出根據(jù)第一實(shí)施方式的由使用放電模塊的每個驅(qū)動單元DU的驅(qū)動IC40執(zhí)行的開關(guān)元件S*#的斷開過程的流程圖。在第一實(shí)施方式中，放電模塊例如是可操作以響應(yīng)于從接通狀態(tài)變換到斷開狀態(tài)的驅(qū)動信號使開關(guān)元件S*#的柵極以預(yù)定放電速率進(jìn)行放電，用于使開關(guān)元件S*#從接通狀態(tài)改變成斷開狀態(tài)。例如，放電模塊包括第一放電電阻器30、第一放電開關(guān)兀件32、第二放電電阻器34以及第二放電開關(guān)兀件36。例如，驅(qū)動IC40被配置成在驅(qū)動單元DU被加電時重復(fù)地執(zhí)行斷開過程。
[0109]在驅(qū)動信號g*#被輸入到驅(qū)動IC40的情況下，在步驟S40中驅(qū)動IC40接收驅(qū)動信號g*#。
[0110]在步驟S40中，驅(qū)動IC40確定驅(qū)動信號g*#是否從接通狀態(tài)變換到斷開狀態(tài)。
[0111]在確定驅(qū)動信號g*#從接通狀態(tài)變換到斷開狀態(tài)時(步驟S40中的是)，驅(qū)動IC40執(zhí)行步驟S42中的操作。具體地，在步驟S42中，驅(qū)動IC40確定基于第一放電電阻器30的第一放電通路是否被選擇作為開關(guān)元件S*#的柵極的放電通路。
[0112]在確定基于第一放電電阻器30的第一放電通路被選擇作為開關(guān)元件S*#的柵極的放電通路時(步驟S42中的是)，在步驟S44中驅(qū)動IC40接通第一放電開關(guān)元件32。
[0113]否則，在確定基于第二放電電阻器34的第二放電通路被選擇作為開關(guān)元件S*#的柵極的放電通路時(步驟S42中的否)，在步驟S46中驅(qū)動IC40接通第二放電開關(guān)元件36。
[0114]在完成了步驟S44或步驟S46中的操作之后，驅(qū)動IC40終止斷開過程。此外，在確定驅(qū)動信號g*#未從接通狀態(tài)變換到斷開狀態(tài)時(步驟S40中的否)，驅(qū)動IC40終止斷開過程。
[0115]也就是說，放電速率確定過程和斷開過程用作使每個驅(qū)動單元DU的驅(qū)動IC40執(zhí)行針對相應(yīng)開關(guān)元件S*#的有源柵控制的過程。
[0116]圖5是示意性地示出在執(zhí)行有源柵控制期間示出對有源柵控制的操作的參數(shù)如何變化。參數(shù)包括驅(qū)動信號g*#、開關(guān)元件S*#的柵極處的柵電壓Vge、集電極電流Ic以及感測電壓Vse。柵電壓Vge示出開關(guān)元件S*#的柵極與發(fā)射極之間的電位差的絕對值。
[0117]參考圖5，在時刻tl處驅(qū)動信號g*#從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)的情況下，恒流開關(guān)元件22在時刻tl處被接通。恒流開關(guān)元件22的接通在時刻t2處基于跨恒流電阻器24的電位差Vc開始使柵電壓Vge增加。柵電壓Vge的增加使集電極電流Ic增加(參見時刻 t3)。
[0118]參考圖5，柵電壓Vge上升到Miller電壓Vm，并且此后在Miller電壓處保持一個Miller時段，以便改變柵漏電容。此后，柵電壓Vge上升到其上限。
[0119]注意，集電極電流Ic的波形的變化示出集電極電流Ic突然上升(參見時刻t4)，并且此后，稍微下降(參見時刻t5)。假定開關(guān)元件S*#是一相的高壓側(cè)的開關(guān)元件和低壓側(cè)的開關(guān)元件之一，集電極電流Ic的變化是由流經(jīng)反并聯(lián)連接到同一相的高壓側(cè)開關(guān)元件S*p和低壓側(cè)開關(guān)元件S*n中的另一個開關(guān)元件的二極管D*p或D*n的恢復(fù)電流引起的。
[0120]有恢復(fù)電流流動的時段內(nèi)的集電極電流Ic的電平不適于用作下述值:驅(qū)動IC40參考該值用于在有源柵控制下確定放電通路的阻抗。
[0121]此外，在恢復(fù)電流的流動停止之后，集電極電流Ic的波形的變化示出集電極電流Ic逐漸上升。
[0122]由于恢復(fù)電流，跨續(xù)流二極管和開關(guān)元件S*p與S*n中的另一個開關(guān)元件產(chǎn)生了電涌。電涌經(jīng)由開關(guān)元件S*p與S*n之一的發(fā)射極與集電極之間的寄生電容被疊加在開關(guān)元件S*p與S*n之一的感測電壓Vse上。該疊加導(dǎo)致感測電壓Vse的峰值，并且感測電壓Vse的峰值在時刻t6處超過有源柵閾值電壓Vacth。
[0123]如圖5所示，在恢復(fù)電流停止之后柵電壓Vm保持在Miller電壓Vm的情況下，感測電壓Vm的電平相對于集電極電流Ic的電平被保持在較高的值。
[0124]因此，根據(jù)第一實(shí)施方式的驅(qū)動IC40建立第二閾時間值T2th用作禁用時段，即屏蔽時段。禁用時段意指這樣的時段:在該時段期間使開關(guān)元件S*#的柵極的放電通路的阻抗不能從低阻抗即電阻Rl改變成高阻抗即電阻R2。換言之，第二閾時間值T2th的長默認(rèn)值T2L被設(shè)定成:第二閾時間值T2th的長默認(rèn)值T2L的期滿導(dǎo)致超過了有源柵閾值電壓Vacth的感測電壓Vse等于或小于有源柵閾值電壓Vacth。因此，可以避免在有源柵控制下開關(guān)元件S*#的放電通路的阻抗由于保持在Mi 11 er電壓Vm的柵電壓Vge而被設(shè)定成不適當(dāng)?shù)闹怠?br>
[0125]此后，感測電壓Vse隨著集電極電流Ic的增加而上升，使得感測電壓Vse在時刻t7處超過了有源柵閾值電壓Vacth。此后，在其間感測電壓Vse等于或大于有源柵閾值電壓Vacth的經(jīng)計(jì)數(shù)的時間T2變得等于或大于第二閾時間值T2th的短默認(rèn)值T2S的情況下，在有源柵控制下放電通路的阻抗在時刻t8處被確定成高阻抗的電阻R2。如上所述，由于自驅(qū)動信號g*#從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)起經(jīng)過了第一閾時間值Tlth，所以第二閾時間值T2th從長默認(rèn)值T2L改變成短默認(rèn)值T2S。
[0126]為此，即使在感測電壓Vse變得等于或大于有源柵閾值電壓Vacth之后不久將驅(qū)動信號g*#從接通狀態(tài)變換到斷開狀態(tài)，也可以將在有源柵控制下放電通路的阻抗確定成適當(dāng)?shù)闹?。這導(dǎo)致消除了對有源柵閾值電壓Vacth具有大的余量的需要，從而將有源柵閾值電壓Vacth設(shè)定成盡可能高的值。
[0127]接下來，將參考圖6A和圖6B來描述由根據(jù)第一實(shí)施方式的驅(qū)動單元DU實(shí)現(xiàn)的技術(shù)效果。
[0128]圖6A示意性地示出(作為曲線圖)通過使開關(guān)元件S*#斷開而施加到開關(guān)元件S*#的電壓Vsurge與集電極電流Ic之間的關(guān)系，以及曲線圖與開關(guān)元件S*#的擊穿電壓Vigbt之間的關(guān)系。在圖6A中，由根據(jù)第一實(shí)施方式的驅(qū)動單元DU獲得的實(shí)線圖表明所施加的電壓Vsurge緊接在其達(dá)到擊穿電壓Vigbt之前減少。在有源柵控制下開關(guān)元件S*#的放電通路的阻抗的增加使圖6A中所示的所施加的電壓Vsurge減小。
[0129]相反地，由使用固定時間值作為第二閾時間值T2th的已知的驅(qū)動單元獲得的虛線圖在圖6A中被示出。如上所述，第二閾時間值T2th被設(shè)定成固定的時間值。為此，為了在集電極電流Ic的電平等于或大于與根據(jù)第一實(shí)施方式的有源柵閾值電壓Vacth對應(yīng)的電流電平的情況下可靠地增加開關(guān)元件S*#的放電通路的阻抗，需要將有源柵閾值電壓Vacth設(shè)置成小于根據(jù)第一實(shí)施方式的有源柵閾值電壓Vacth的值。因此，虛線圖表明在保持感測電壓Vse相對于擊穿電壓Vigbt具有給定的余量的同時增加了放電通路的阻抗。
[0130]具體地，圖6B示出的實(shí)線圖示出流經(jīng)開關(guān)元件S*#的集電極電流Ic與根據(jù)第一實(shí)施方式的驅(qū)動單元DU中的開關(guān)損耗之間的關(guān)系。圖6B還示出了虛線圖，該虛線圖示出流經(jīng)開關(guān)元件S*#的集電極電流Ic與已知的驅(qū)動單元中的開關(guān)損耗之間的關(guān)系。
[0131]圖6B表明與根據(jù)第一實(shí)施方式的驅(qū)動單元DU中的開關(guān)損耗相比已知的驅(qū)動單元中的開關(guān)損耗減小。
[0132]如上所述，根據(jù)第一實(shí)施方式的用于每個開關(guān)元件S*#的驅(qū)動單元DU被配置成:與緊接在驅(qū)動信號g*#從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)之后對開關(guān)元件S*#的執(zhí)行條件相比，放松即放寬自驅(qū)動信號g*#從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)起經(jīng)過第一閾時間值Tlth之后對開關(guān)元件S*#的執(zhí)行條件。
[0133]具體地，該配置使得:與緊接在驅(qū)動信號g*#從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)之后相t匕，自驅(qū)動信號g*#從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)起經(jīng)過第一閾時間值Tlth之后的第二閾時段T2th的長度變短。
[0134]該配置實(shí)現(xiàn)了下述第一效果:可靠地執(zhí)行使開關(guān)元件S*#的放電速率減小，同時在柵電壓Vge充分增加到作為其上限的穩(wěn)態(tài)電平Vst之前避免由于感測電壓Vm的電平相對于集電極電流Ic的電平較高的而使開關(guān)元件S*#的放電速率減小。
[0135]根據(jù)第一實(shí)施方式的用于每個開關(guān)元件S*#的驅(qū)動單元DU還被配置成:在驅(qū)動信號g*#處在斷開狀態(tài)時使開關(guān)元件S*#的柵極的放電通路的阻抗不能從低阻抗改變到高阻抗。該配置實(shí)現(xiàn)了下述第二效果:在驅(qū)動信號g*#處在斷開狀態(tài)時避免在有源柵控制下開關(guān)元件S*#的放電通路的阻抗由于柵電壓Vge而被設(shè)定成不適當(dāng)?shù)闹怠?br>
[0136]根據(jù)第一實(shí)施方式的用于每個開關(guān)元件S*#的驅(qū)動單元DU還被配置成:減小第二閾時間值T2th，從而放寬對于開關(guān)元件S*#的執(zhí)行條件。該配置實(shí)現(xiàn)了下述第三效果:容易地使對于開關(guān)元件S*#的執(zhí)行條件放寬。
[0137]此外，根據(jù)第一實(shí)施方式的用于每個開關(guān)元件S*#的驅(qū)動單元DU被配置成:
[0138]開始測量自驅(qū)動信號g*#從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)起經(jīng)過的時間作為第一計(jì)數(shù)器Tl ;以及
[0139]在所測量的經(jīng)過時間等于或大于第一閾時間值Tlth的情況下放寬對于開關(guān)元件S*#的執(zhí)行條件。
[0140]該配置實(shí)現(xiàn)了下述第四效果:適當(dāng)?shù)卮_定執(zhí)行條件的放寬時機(jī)。
[0141]第二實(shí)施方式
[0142]將參考圖7來描述根據(jù)本公開內(nèi)容的第二實(shí)施方式的用于控制電動發(fā)電機(jī)10的控制系統(tǒng)。
[0143]根據(jù)第二實(shí)施方式的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和/或功能除了下列幾點(diǎn)之外與根據(jù)第一實(shí)施方式的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和/或功能大體上是相同的。因此，在下文中將主要描述不同點(diǎn)。
[0144]根據(jù)第二實(shí)施方式的關(guān)于開關(guān)元件S*#的第二放電速率確定過程被配置成在驅(qū)動信號g*#處在斷開狀態(tài)時根據(jù)等于或大于有源柵閾值電壓Vacth的感測電壓Vse的持續(xù)時間的長度來確定執(zhí)行條件。
[0145]圖7是示意性地示出根據(jù)第二實(shí)施方式的由每個驅(qū)動單元DU的驅(qū)動IC40執(zhí)行的關(guān)于開關(guān)元件S*#的第二放電速率確定過程的流程圖。
[0146]注意，圖3所示的放電速率確定過程與圖7所示的第二放電速率確定過程均由每個驅(qū)動單元DU的驅(qū)動IC40重復(fù)地執(zhí)行。
[0147]如圖7所示，在步驟S50中，驅(qū)動IC40確定驅(qū)動信號g*#是否從接通狀態(tài)變換到斷開狀態(tài)。
[0148]在確定驅(qū)動信號g*#從接通狀態(tài)變換到斷開狀態(tài)時(步驟S50中的是)，在步驟S52中驅(qū)動IC40確定感測電壓Vse是否等于或大于有源柵閾值電壓Vacth。
[0149]在確定感測電壓Vse等于或大于有源柵閾值電壓Vacth時(步驟S52中的是)，驅(qū)動IC40使預(yù)先合并其中的作為硬件或軟件計(jì)數(shù)器的第三計(jì)數(shù)器T3遞增1，第三計(jì)數(shù)器T3的初始值被設(shè)定成O。第三計(jì)數(shù)器T3示出等于或大于有源柵閾值電壓Vacth的感測電壓Vse的持續(xù)時間。
[0150]否則，在確定感測電壓Vse小于有源柵閾值電壓Vacth時(步驟S52中的否)，在步驟S56中驅(qū)動IC40將第三計(jì)數(shù)器T3重置為零。
[0151]在完成了步驟S54中的操作之后，在步驟S58中驅(qū)動IC40確定第三計(jì)數(shù)器T3是否等于或大于第三閾時間值T3th。步驟S58中的操作是確定是否在有源柵控制下增加開關(guān)元件S*#的放電通路的阻抗。第三閾時間值T3th被設(shè)定成長于短默認(rèn)值T2S。第三閾時間值T3th的該設(shè)定使得在驅(qū)動信號g*#處在斷開狀態(tài)時的執(zhí)行條件與根據(jù)第一實(shí)施方式的在自驅(qū)動信號g*#從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)起第一閾時間值Tlth之后的執(zhí)行時間相比更嚴(yán)格。具體地，第三閾時間值T3th的該設(shè)定在驅(qū)動信號g*#處在斷開狀態(tài)時使有源柵控制下開關(guān)元件S*#的放電通路的阻抗不能改變。為了可靠地使阻抗不能改變，第三閾時間值T3th被設(shè)定成其間驅(qū)動信號g*#處在斷開狀態(tài)的預(yù)期最小時間值。
[0152]在確定第三計(jì)數(shù)器T3小于第三閾時間值T3th時(步驟S58中的否)，驅(qū)動IC40執(zhí)行步驟S60中的操作。在步驟S60中，驅(qū)動IC40確定驅(qū)動信號g*#是否從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)。
[0153]在確定驅(qū)動信號g*#未從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)時(步驟S60中的否)，驅(qū)動IC40返回到步驟S52中的操作，并且重復(fù)地執(zhí)行從步驟S52開始的操作。
[0154]另一方面，在確定第三計(jì)數(shù)器T3等于或大于第三閾時間值T3th時(步驟S58中的是)，驅(qū)動IC40執(zhí)行步驟S62中的操作。在步驟S62中，驅(qū)動IC40確定使用第二放電開關(guān)元件36用于斷開開關(guān)元件S*#。具體地，驅(qū)動IC40選擇包括第二放電電阻器34的第二放電通路的電阻R2作為開關(guān)元件的柵極的放電通路的阻抗。
[0155]在完成了步驟S62中的操作之后，或者在確定驅(qū)動信號g*#從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)時(步驟S60中的是)，在步驟S64中驅(qū)動IC40將第三計(jì)數(shù)器T3重置為零，并且終止放電速率確定過程。此外，在確定驅(qū)動信號g*#未從接通狀態(tài)變換到斷開狀態(tài)時(步驟S50中的否)，在步驟S64中驅(qū)動IC40將第三計(jì)數(shù)器T3重置為零，并且終止放電速率確定過程。
[0156]如上所述，根據(jù)第二實(shí)施方式的用于每個開關(guān)元件S*#的驅(qū)動單元DU被配置成執(zhí)行圖3所示的放電速率確定過程和圖7所示的第二放電速率確定過程二者，驅(qū)動單元DU基于等于或大于有源柵閾值電壓Vacth的感測電壓Vse的持續(xù)時間來確定開關(guān)元件S*#的放電通路的阻抗。因此，根據(jù)第二實(shí)施方式的用于每個開關(guān)元件S*#的驅(qū)動單元DU與驅(qū)動信號g*#是處在接通狀態(tài)還是斷開狀態(tài)無關(guān)地確定開關(guān)元件S*#的放電通路的阻抗。
[0157]第三實(shí)施方式
[0158]將參考圖8來描述根據(jù)本公開內(nèi)容的第三實(shí)施方式的用于控制電動發(fā)電機(jī)10的控制系統(tǒng)。
[0159]根據(jù)第三實(shí)施方式的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和/或功能除了下列幾點(diǎn)之外與根據(jù)第一實(shí)施方式的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和/或功能大體上是相同的。因此，在下文中將主要描述不同點(diǎn)。
[0160]圖8是示意性地示出根據(jù)第三實(shí)施方式的由每個驅(qū)動單元DU的驅(qū)動IC40執(zhí)行的關(guān)于開關(guān)元件S*#的第三放電速率確定過程的流程圖。在根據(jù)第三實(shí)施方式的第三放電速率確定過程中，指定相似的步驟編號的與根據(jù)第一實(shí)施方式的放電速率確定過程的相似步驟被省略或簡化，以避免冗余的描述。例如，驅(qū)動IC40被配置成在驅(qū)動單元DU被加電時重復(fù)地執(zhí)行第三放電速率確定過程替代圖3所示的放電速率確定過程。
[0161]參考圖8，在確定驅(qū)動信號g*#從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)時(步驟SlO中的是)，驅(qū)動IC40執(zhí)行步驟S14a中的操作。
[0162]在步驟S14a中，驅(qū)動IC40確定柵電壓Vge是否等于或大于電壓源20的端電壓Vom減去預(yù)置余量電平Λ ;該減法可以表示為“Vom-Λ”。步驟S14a中的操作是確定柵電壓Vge是否達(dá)到穩(wěn)態(tài)電平Vst。
[0163]在確定柵電壓Vge等于或大于電壓源20的端電壓Vom減去預(yù)置余量電平Λ時(步驟S14a中的是)，驅(qū)動IC40執(zhí)行上述步驟S16中的操作。否則，在確定柵電壓Vge小于電壓源20的端電壓Vom減去預(yù)置余量電平Λ時(步驟S14a中的否)，驅(qū)動IC40執(zhí)行上述步驟S18中的操作。
[0164]在第三實(shí)施方式中，步驟S14a、S16和S18中的操作用作例如圖2中所示的放寬模塊Ml。根據(jù)第三實(shí)施方式的放寬模塊Ml被配置成在柵電壓Vge等于或大于電壓源20的端電壓Vom減去預(yù)置余 量電平△的情況下確定自驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)起經(jīng)過預(yù)定時段Tlth。
[0165]如上所述，根據(jù)第三實(shí)施方式的用于每個開關(guān)元件S*#的驅(qū)動單元DU被配置成在柵電壓Vge等于或大于值k情況下增加滿足條件的可能性,其中值k由等式k=Vom-A來限定。該配置除第一效果至第三效果之外還實(shí)現(xiàn)了第五效果:在感測電壓Vse的電平相對于集電極電流Ic的電平是高時可靠地使?jié)M足條件的可能性不能增加。
[0166]第四實(shí)施方式
[0167]將參考圖9A和圖9B來描述根據(jù)本公開內(nèi)容的第四實(shí)施方式的用于控制電動發(fā)電機(jī)10的控制系統(tǒng)。
[0168]根據(jù)第四實(shí)施方式的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和/或功能除了下列幾點(diǎn)之外與根據(jù)第一實(shí)施方式的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和/或功能大體上是相同的。因此，在下文中將主要描述不同點(diǎn)。
[0169]圖9A是示意性地示出根據(jù)第四實(shí)施方式的由每個驅(qū)動單元DU的驅(qū)動IC40執(zhí)行的關(guān)于開關(guān)元件S*#的第四放電速率確定過程的流程圖。在根據(jù)第四實(shí)施方式的第四放電速率確定過程中，指定相似步驟編號的與根據(jù)第一實(shí)施方式的放電速率確定過程的相似步驟被省略或簡化，以避免冗余的描述。例如，驅(qū)動IC40被配置成在驅(qū)動單元DU被加電時重復(fù)地執(zhí)行第四放電速率確定過程替代圖3所示的放電速率確定過程。
[0170]參考圖9A，在確定驅(qū)動信號g*#從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)時(步驟SlO中的是)，驅(qū)動IC40執(zhí)行步驟S14b中的操作。
[0171]在步驟S14b中，驅(qū)動IC40確定開關(guān)元件S*#的集電極發(fā)射極電壓Vce是否等于或小于閾值電壓Vcth。閾值電壓Vcth被設(shè)定成接近于集電極發(fā)射極電壓Vce的下限。集電極發(fā)射極電壓Vce示出開關(guān)元件S*#的集電極與發(fā)射極之間的電位差的絕對值。
[0172]在確定集電極發(fā)射極電壓Vce等于或小于閾值電壓Vcth時(步驟S14b中的是)，在步驟S15中驅(qū)動IC40確定逆變器INV的輸入電壓VH是否等于或大于閾值電壓Vhth。
[0173]在確定逆變器INV的輸入電壓VH等于或大于閾值電壓Vhth時(步驟S15中的是)，在步驟S16中驅(qū)動IC40將第二閾時間值T2th設(shè)定成短默認(rèn)值T2S，從而放寬執(zhí)行條件。
[0174]否則，在確定逆變器INV的輸入電壓VH小于閾值電壓Vhth時(步驟S15中的否)，在步驟S17中驅(qū)動IC40等待直到自集電極發(fā)射極電壓Vce等于或小于閾值電壓Vcth起經(jīng)過預(yù)置時間Tw為止。在自集電極發(fā)射極電壓Vce等于或小于閾值電壓Vcth起經(jīng)過預(yù)置時間Tw之后，在步驟S17中驅(qū)動IC40將第二閾時間值T2th設(shè)定成短默認(rèn)值T2S，從而放寬執(zhí)行條件。
[0175]否則，在確定集電極發(fā)射極電壓Vce大于閾值電壓Vcth時(步驟S14b中的否),在步驟S18中驅(qū)動IC40將第二閾時間值T2th設(shè)定成比短默認(rèn)值T2S大的長默認(rèn)值T2L。
[0176]在逆變器INV的輸入電壓VH等于或大于閾值電壓Vhth的情況下，集電極發(fā)射極電壓Vce隨著柵極發(fā)射極電壓Vge的增加而減少。具體地，集電極發(fā)射極電壓Vce下降到預(yù)置中間電壓，并且此后在預(yù)置中間電壓處保持與Miller時段對應(yīng)的時段。此后，集電極發(fā)射極電壓Vce隨著柵極發(fā)射極電壓Vge上升到穩(wěn)態(tài)電平Vst而下降到其下限(參見圖9B的上部)。因此，感測電壓Vse被確定成小于Vacth。
[0177]因此，如圖9B的上部所示，集電極發(fā)射極電壓Vce是否等于或小于閾值電壓Vcth的條件可以用作第一計(jì)數(shù)器Tl是否等于或大于第一閾時間值Tlth的條件。
[0178]另一方面，在逆變器INV的輸入電壓VH小于閾值電壓Vhth的情況下，在開關(guān)元件S*#的接通狀態(tài)期間集電極發(fā)射極電壓Vce變得等于或小于閾值電壓Vcth的時機(jī)大大早于柵電壓Vge上升到穩(wěn)態(tài)電平Vst的時機(jī)(參見圖9B的下部)。
[0179]具體地，在開關(guān)元件S*p或S*n被切換到接通狀態(tài)的情況下，在相應(yīng)的繞組中感應(yīng)了電壓作為反電動勢以阻止流經(jīng)逆變器INV的DC輸入線的電流減小。也就是說，所感應(yīng)的電壓具有與逆變器INV的輸入電壓VH的極性相反的極性。為此，在驅(qū)動信號g*#從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)的情況下，開關(guān)元件S*#的集電極發(fā)射極電壓Vce小于逆變器INV的輸入電壓VH。特別地，在逆變器INV的輸入電壓VH小于閾值電壓Vhth的情況下，盡管集電極電流Ic時間上是低的，集電極發(fā)射極電壓Vce仍迅速下降成小于閾值電壓Vcth而不保持在中間電壓。
[0180]因此，在逆變器INV的輸入電壓VH小于閾值電壓Vhth時，在步驟S14b中的肯定確定被用作執(zhí)行條件的情況下，會存在不適當(dāng)?shù)厥褂玫诙烹婇_關(guān)元件36的風(fēng)險。
[0181]因此，根據(jù)第四實(shí)施方式的驅(qū)動IC40被配置成使用集電極發(fā)射極電壓Vce等于或小于閾值電壓Vcth的確定和逆變器INV的輸入電壓VH等于或大于閾值電壓Vhth的確定二者作為執(zhí)行條件。
[0182]在逆變器INV的輸入電壓VH小于閾值電壓Vhth時步驟S14b中的確定是肯定的情況下，驅(qū)動IC40使在有源柵控制下開關(guān)元件S*#的放電通路的阻抗不能改變，直到自集電極發(fā)射極電壓Vce達(dá)到閾值電壓Vcth處起經(jīng)過預(yù)置時間Tw為止(參見圖9B的下部)。預(yù)置時間Tw被獲得以使得自集電極發(fā)射極電壓Vce達(dá)到閾值電壓Vcth起經(jīng)過預(yù)置時間Tw以后，感測電壓Vse已被估計(jì)成低于Vacth。
[0183]因此，驅(qū)動IC40可以使用集電極發(fā)射極電壓Vce和逆變器INV的輸入電壓VH來確定是否改變開關(guān)元件S*#的放電通路的阻抗。
[0184]在第四實(shí)施方式中，步驟S14b、S15、S16、S17和S18中的操作用作例如圖2中所示的放寬模塊Ml。根據(jù)第四實(shí)施方式的放寬模塊M被配置成:
[0185]將開關(guān)元件S*#的導(dǎo)電通路的第一端與第二端之間的電位差的絕對值與閾值電壓Vcth進(jìn)行比較；以及
[0186]在基于比較結(jié)果確定開關(guān)元件S*#的導(dǎo)電通路的第一端與第二端之間的電位差的絕對值小于閾值電壓Vcth之后，確定自驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)起預(yù)定時段Tlth期滿。
[0187]如上所述，根據(jù)第四實(shí)施方式的用于每個開關(guān)元件S*#的驅(qū)動單元DU被配置成基于開關(guān)元件S*#的集電極發(fā)射極電壓Vce是否等于或小于閾值電壓Vcth來確定使執(zhí)行條件放松。由于集電極發(fā)射極電壓Vce隨著柵電壓Vge的增加而減少，所以該配置除第一效果至第三效果之外還實(shí)現(xiàn)了第六效果:在感測電壓Vse的電平相對于集電極電流Ic高時可靠地避免對執(zhí)行條件的放松。[0188]第五實(shí)施方式
[0189]將參考圖10來描述根據(jù)本公開內(nèi)容的第五實(shí)施方式的用于控制電動發(fā)電機(jī)10的控制系統(tǒng)。
[0190]根據(jù)第五實(shí)施方式的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和/或功能除了下列幾點(diǎn)之外與根據(jù)第一實(shí)施方式的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和/或功能大體上是相同的。因此，在下文中將主要描述不同點(diǎn)。
[0191]圖10是示意性地示出根據(jù)第五實(shí)施方式的由每個驅(qū)動單元DU的驅(qū)動IC40執(zhí)行的關(guān)于開關(guān)元件S*#的第五放電速率確定過程的流程圖。在根據(jù)第五實(shí)施方式的第五放電速率確定過程中，指定相似步驟編號的與根據(jù)第一實(shí)施方式的放電速率確定過程的相似步驟被省略或簡化，以避免冗余的描述。例如，驅(qū)動IC40被配置成在驅(qū)動單元DU被加電時重復(fù)地執(zhí)行第五放電速率確定過程替代圖3所示的放電速率確定過程。
[0192]參考圖10，在確定第一計(jì)數(shù)器Tl小于第一閾時間值Tlth時(步驟S14中的否)，驅(qū)動IC40返回到步驟S12中的操作而不執(zhí)行步驟S18中的操作，并且重復(fù)地執(zhí)行從步驟S12開始的操作。
[0193]第五放電速率確定過程的該配置僅在自驅(qū)動信號g*#從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)起經(jīng)過第一閾時間值Tlth之后允許執(zhí)行步驟S20中的操作。換言之，自驅(qū)動信號g*#從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)起經(jīng)過第一閾時間值Tlth之后，可以執(zhí)行步驟S20中的操作而不執(zhí)行步驟S14中的操作。
[0194]具體地，在第五實(shí)施方式中，步驟S12和步驟S14中的操作用作例如圖2中所示的放寬模塊Ml。根據(jù)第五實(shí)施方式的放寬模塊Ml被配置成與緊接在驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)之后的時機(jī)相比，在自驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)起經(jīng)過第一閾時間值Tlth之后使包括步驟S14和步驟S20中的每一個步驟中的肯定確定的執(zhí)行條件放寬。
[0195]具體地，該配置允許在自驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)起經(jīng)過第一閾時間值Tlth之后無條件地滿足步驟S14中的確定。因此，與緊接在驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)之后的時機(jī)相比，該配置在自驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)起經(jīng)過第一閾時間值Tlth之后使執(zhí)行條件放寬。
[0196]根據(jù)第五實(shí)施方式的用于每個開關(guān)元件S*#的驅(qū)動單元DU的配置可以將第二閾時間值T2th固定成短默認(rèn)值T2S。
[0197]根據(jù)第一實(shí)施方式至第五實(shí)施方式的驅(qū)動單元DU和控制系統(tǒng)可以被修改。
[0198]根據(jù)第一實(shí)施方式至第五實(shí)施方式的驅(qū)動IC40在步驟S30中用作使第二放電開關(guān)元件36接通同時使第一放電開關(guān)元件32斷開的改變模塊的一部分，但本公開內(nèi)容不限于此。
[0199]具體地，驅(qū)動IC40在步驟S30中用作從第一放電開關(guān)元件32和第二放電開關(guān)元件36之一被接通到使第一放電開關(guān)元件32和第二放電開關(guān)元件36都接通的改變模塊的一部分。在步驟S30中這使開關(guān)元件S*#的柵極的放電通路的阻抗從電阻Rl和R2之一改變成電阻Rl和R2之和。
[0200]在第一實(shí)施方式至第五實(shí)施方式中的每一個實(shí)施方式中，電阻器30的電阻Rl和電阻器34的電阻R2分別用作用于使開關(guān)元件S*#的柵極的放電速率改變的參數(shù)，但本公開內(nèi)容不限于此。[0201]具體地，施加到開關(guān)元件S*#的柵極的電壓電平可以用作用于使開關(guān)元件S*#的柵極的放電速率改變的參數(shù)。
[0202]在該修改中，在步驟S32a中(例如，參見圖10)，驅(qū)動IC40可以通過例如將柵極連接到電位比開關(guān)元件S*#的發(fā)射極低的部分將負(fù)偏置電壓施加到開關(guān)元件S*#的柵極。此夕卜，在步驟S30a中，驅(qū)動IC40可以通過例如將柵極連接到開關(guān)元件S*#的發(fā)射極將零電壓施加到開關(guān)元件S*#的柵極。步驟S30a中的該操作使開關(guān)元件S*#的放電速率與基于步驟S32a中的操作的開關(guān)元件S*#的放電速率相比有所減小。
[0203]在第一實(shí)施方式至第五實(shí)施方式中的每一個實(shí)施方式中，感測電壓Vse用作從開關(guān)元件S*#的感測端輸出的感測信號，但本公開內(nèi)容不限于此。具體地，與流經(jīng)開關(guān)元件S*#的導(dǎo)電通路的電流的量相關(guān)聯(lián)的、依賴于柵電壓Vge的大小而變化大小的信號可以用作從開關(guān)元件S*#的感測端輸出的感測信號。在該修改中，與緊接在驅(qū)動信號從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)之后的執(zhí)行條件相比，使自驅(qū)動信號g*#從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)起經(jīng)過預(yù)定時段Tlth之后的執(zhí)行條件放寬，高效可靠地執(zhí)行使開關(guān)元件S*#的放電速率減小。
[0204]作為被配置成響應(yīng)于從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)的驅(qū)動信號g*#而開始對時間Tl進(jìn)行測量的第一模塊，步驟S12中的操作不限于實(shí)際上使用驅(qū)動信號g*#的操作。具體地，配置成使用恒流開關(guān)元件22的柵電壓被改變成特定電平的時機(jī)作為觸發(fā)器，開始對時間Tl進(jìn)行測量的步驟S12中的另一操作可以用作第一模塊。特定電平示出了引起驅(qū)動信號g*#從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)的觸發(fā)使恒流開關(guān)元件22接通所需的電平。
[0205]在第四實(shí)施方式中，在確定逆變器INV的輸入電壓VH小于閾值電壓Vhth的情況下，用于每個開關(guān)元件S*#的驅(qū)動單元DU被配置成只在自集電極發(fā)射極電壓Vce等于或小于閾值電壓Vcth起經(jīng)過預(yù)置時間Tw以后使執(zhí)行條件放寬。作為該配置的修改，預(yù)置時間Tw被配置成可依賴于輸入電壓VH和集電極電流Ic而變化的。在開關(guān)元件S*#從斷開狀態(tài)變換到接通狀態(tài)期間使跨開關(guān)元件S*#的導(dǎo)電通路的第一端和第二端所施加的集電極發(fā)射極電壓Vce減小的情況下，集電極電流Ic的電平用作與集電極電流Ic的改變速度相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。
[0206]如圖9B所示，集電極發(fā)射極電壓Vce的減小速度越快，預(yù)置時間Tw的長度可被減少的越多。因此，假定開關(guān)元件S*#從斷開狀態(tài)到接通狀態(tài)的切換速度是恒定的，集電極電流Ic的電平越高，集電極電流Ic的改變速度越大，使得預(yù)置時間Tw的長度可被減少的越多。
[0207]在第一實(shí)施方式至第五實(shí)施方式中的每一個實(shí)施方式中，IGBT用作每個驅(qū)動單元DU的開關(guān)元件S*#，但N通道MOSFET或P通道MOSFET也可以用作每個驅(qū)動單元DU的開關(guān)元件S*#。在該修改中，使接通斷開控制端即P通道MOSFET或N通道MOSFET的柵極到其一端即源極的電位差改變來允許P通道MOSFET或N通道MOSFET接通或斷開。
[0208]雖然在此已經(jīng)描述了本公開內(nèi)容的說明性實(shí)施方式，但是本公開內(nèi)容不限于在此所描述的實(shí)施方式，而包括基于本公開內(nèi)容將由本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的具有修改、省略、組合(例如，跨各個實(shí)施方式的各個方面)、改編和/或變更的所有實(shí)施方式。權(quán)利要求中的限制是基于權(quán)利要求中所使用的術(shù)語待進(jìn)行廣泛的解釋，而不限于本說明書中所描述的示例或者在對本申請進(jìn)行期間待被理解為非排他性的示例。
【權(quán)利要求】
1.一種用于響應(yīng)于驅(qū)動信號來驅(qū)動電壓控制型開關(guān)元件的驅(qū)動器，所述電壓控制型開關(guān)元件具有導(dǎo)電通路、接通斷開控制端以及感測端，由所述感測端輸出與流經(jīng)所述導(dǎo)電通路的電流的量相關(guān)聯(lián)的感測信號，所述驅(qū)動器包括: 放電模塊，所述放電模塊被配置成:響應(yīng)于所述驅(qū)動信號從接通狀態(tài)變換到斷開狀態(tài)，使所述電壓控制型開關(guān)元件的所述接通斷開控制端以預(yù)定放電速率進(jìn)行放電，用于使所述電壓控制型開關(guān)元件從所述接通狀態(tài)改變成所述斷開狀態(tài)； 改變模塊，所述改變模塊被配置成: 確定是否滿足用于執(zhí)行使所述電壓控制型開關(guān)元件的所述接通斷開控制端的放電速率減小的條件，所述條件包括在所述驅(qū)動信號的所述接通狀態(tài)期間所述感測信號的電平高于閾值電平；并且 在確定滿足所述條件時，響應(yīng)于所述驅(qū)動信號從所述斷開狀態(tài)變換到所述接通狀態(tài)，改變所述接通斷開控制端的所述放電速率；以及 放寬模塊，所述放寬模塊被配置成:與緊接在所述驅(qū)動信號從所述斷開狀態(tài)變換到所述接通狀態(tài)之后的所述條件相比，放寬自所述驅(qū)動信號從所述斷開狀態(tài)變換到所述接通狀態(tài)起經(jīng)過預(yù)定時段之后的所述條件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動器，其中，所述放寬模塊被配置成:與所述驅(qū)動信號處在所述斷開狀態(tài)時的所述條件相比，放寬自所述驅(qū)動信號從所述斷開狀態(tài)變換到所述接通狀態(tài)起經(jīng)過所述預(yù)定時段之后的所述條件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動器，其中，所述條件是所述感測信號的電平高于所述閾值電平的持續(xù)時間等于或長于閾時間，并且所述放寬模塊被配置成減小所述閾時間從而放寬所述條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動器，其中，除了所述感測信號的電平高于所述閾值電平之外，所述條件還包括自所述驅(qū)動信號從所述斷開狀態(tài)變換到所述接通狀態(tài)起經(jīng)過所述預(yù)定時段的條件，從而所述放寬模塊被配置成放寬自所述驅(qū)動信號從所述斷開狀態(tài)變換到所述接通狀態(tài)起經(jīng)過所述預(yù)定時段之后的條件。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的驅(qū)動器，其中，除了所述感測信號的電平高于所述閾值電平之外，所述條件還包括所述驅(qū)動信號處在所述接通狀態(tài)的條件，從而所述放寬模塊被配置成:與所述驅(qū)動信號處在所述斷開狀態(tài)時的所述條件相比，放寬自所述驅(qū)動信號從所述斷開狀態(tài)變換到所述接通狀態(tài)起經(jīng)過所述預(yù)定時段之后的所述條件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動器，其中，所述放寬模塊包括: 第一模塊，所述第一模塊被配置成響應(yīng)于所述驅(qū)動信號從所述斷開狀態(tài)變換到所述接通狀態(tài)而開始對時間進(jìn)行測量；以及 第二模塊，所述第二模塊被配置成根據(jù)由所述第一模塊測量的時間來確定是否自所述驅(qū)動信號從所述斷開狀態(tài)變換到所述接通狀態(tài)起經(jīng)過了所述預(yù)定時段。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動器，其中，所述電壓控制型開關(guān)元件的所述導(dǎo)電通路具有第一端和與所述第一端相反的第二端，所述電壓控制型開關(guān)元件基于所述第一端和所述第二端之一與所述接通斷開控制端之間的電位差而被接通或斷開，并且所述放寬模塊被配置成在所述電位差的絕對值等于或大于預(yù)置值的情況下確定自所述驅(qū)動信號從所述斷開狀態(tài)變換到所述接通狀態(tài)起經(jīng)過了所述預(yù)定時段。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動器，其中，所述電壓控制型開關(guān)元件的所述導(dǎo)電通路具有第一端和與所述第一端相反的第二端，并且所述放寬模塊被配置成: 將所述開關(guān)元件的所述導(dǎo)電通路的所述第一端與所述第二端之間的電位差的絕對值與預(yù)置閾值進(jìn)行比較；并且 在基于所述比較的結(jié)果確定所述開關(guān)元件的所述導(dǎo)電通路的所述第一端與所述第二端之間的所述電位差的絕對值等于或小于所述預(yù)置閾值之后，確定自所述驅(qū)動信號從所述斷開狀態(tài)變換到所述接通狀態(tài)起經(jīng)過了所述預(yù)定時段。
9.一種用于響應(yīng)于驅(qū)動信號來驅(qū)動電壓控制型開關(guān)元件的驅(qū)動器，所述電壓控制型開關(guān)元件具有導(dǎo)電通路、接通斷開控制端以及感測端，由所述感測端輸出與流經(jīng)所述導(dǎo)電通路的電流的量相關(guān)聯(lián)的感測信號，所述驅(qū)動器包括: 放電模塊，所述放電模塊被配置成響應(yīng)于所述驅(qū)動信號從接通狀態(tài)變換到所述斷開狀態(tài)，使所述電壓控制型開關(guān)元件的所述接通斷開控制端以預(yù)定放電速率進(jìn)行放電，用于使所述電壓控制型開關(guān)元件從所述接通狀態(tài)改變成所述斷開狀態(tài)； 確定模塊，所述確定模塊被配置成確定是否滿足所述感測信號的電平高于閾值電平的持續(xù)時間等于或長于閾時間的條件； 禁用模塊，所述禁用模塊被配置成使所述確定模塊不能執(zhí)行所述確定，直到自所述驅(qū)動信號從所述斷開狀態(tài)變換到所述接通狀態(tài)起經(jīng)過預(yù)定時段為止；以及 放電速率改變模塊，所述放電速率改變模塊被配置成:在由所述確定模塊確定滿足所述條件的情況下，改變所述接通斷開控制端的所述放電速率。
10.一種用于控制回旋式機(jī)械的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括: 裝備有至少一對串聯(lián)連接的電 壓控制型開關(guān)元件的逆變器，每個所述電壓控制型開關(guān)元件具有導(dǎo)電通路、接通斷開控制端以及感測端，由所述感測端輸出與流經(jīng)所述導(dǎo)電通路的電流的量相關(guān)聯(lián)的感測信號；以及 用于驅(qū)動每個所述電壓控制型開關(guān)元件的驅(qū)動器，所述驅(qū)動器包括: 放電模塊，所述放電模塊被配置成響應(yīng)于所述驅(qū)動信號從接通狀態(tài)變換到所述斷開狀態(tài)使所述電壓控制型開關(guān)元件中的相應(yīng)的一個電壓控制型開關(guān)元件的所述接通斷開控制端以預(yù)定放電速率進(jìn)行放電，用于使所述電壓控制型開關(guān)元件中的相應(yīng)的一個電壓控制型開關(guān)元件從所述接通狀態(tài)改變成所述斷開狀態(tài)； 改變模塊，所述改變模塊被配置成: 確定是否滿足用于執(zhí)行使所述電壓控制型開關(guān)元件中的相應(yīng)的一個電壓控制型開關(guān)元件的所述接通斷開控制端的放電速率減小的條件，所述條件包括在所述驅(qū)動信號的所述接通狀態(tài)期間所述感測信號的電平高于閾值電平；并且 在確定滿足所述條件時，響應(yīng)于所述驅(qū)動信號從所述斷開狀態(tài)變換到所述接通狀態(tài)，改變所述電壓控制型開關(guān)元件中的相應(yīng)的一個電壓控制型開關(guān)元件的所述接通斷開控制端的所述放電速率；以及 放寬模塊，所述放寬模塊被配置成:與緊接在所述驅(qū)動信號從所述斷開狀態(tài)變換到所述接通狀態(tài)之后的所述條件相比，放寬自所述驅(qū)動信號從所述斷開狀態(tài)變換到所述接通狀態(tài)起經(jīng)過預(yù)定時段之后的所述條件。
【文檔編號】H02M3/155GK103683917SQ201310375836
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月28日
【發(fā)明者】鈴木智貴, 三浦亮太郎, 小松丈泰 申請人:株式會社電裝