功率半導(dǎo)體模塊的制作方法
【專利摘要】描述一種功率半導(dǎo)體模塊，其包括：功率電子電路；測(cè)量電路，該測(cè)量電路被構(gòu)造用于測(cè)量至少一個(gè)在功率電子電路中出現(xiàn)的物理參數(shù)并且使代表所測(cè)量的參數(shù)的測(cè)量信號(hào)可供使用；具有初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)的傳輸單元；與次級(jí)側(cè)耦合的發(fā)射電路；和與初級(jí)側(cè)耦合并且通過該傳輸單元與發(fā)射電路電分離的分析電路。分析電路被構(gòu)造用于將交流電壓輸送給傳輸單元的初級(jí)側(cè)，由此在初級(jí)側(cè)上相應(yīng)的初級(jí)電流流動(dòng)，這又在傳輸單元的次級(jí)側(cè)上引起次級(jí)電流，該次級(jí)電流被輸送給發(fā)射電路。發(fā)射電路被構(gòu)造用于從測(cè)量電路接收測(cè)量信號(hào)并且按照測(cè)量信號(hào)調(diào)制次級(jí)電流，這引起初級(jí)電流的相應(yīng)的調(diào)制。分析電路被構(gòu)造用于分析初級(jí)電流的調(diào)制并且產(chǎn)生依賴于該分析的輸出信號(hào)。
【專利說明】功率半導(dǎo)體模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種功率半導(dǎo)體模塊，該功率半導(dǎo)體模塊具有功率電子電路和用于測(cè)量并且用于傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)的電路裝置、特別是具有用于測(cè)量和傳輸該功率電子電路的參數(shù)的裝置，其中所述測(cè)量數(shù)據(jù)包括該電路裝置的電壓供應(yīng)。

【背景技術(shù)】
[0002]在電子電路中，為了監(jiān)控特別是功率半導(dǎo)體經(jīng)常測(cè)量不同的參數(shù)。高的運(yùn)行溫度以及熱交變應(yīng)力例如可能顯著地影響部件效率和部件的故障安全性。為了避免部件的故障，因此測(cè)量例如溫度，以便可以在超過極限值時(shí)采取安全措施。但是也可以測(cè)量其它的參數(shù)、如電流或電壓。
[0003]在整流器(變流器)中測(cè)量例如溫度和中間電路電壓(DC link voltage, DC鏈路電壓)。整流器的功率半導(dǎo)體元件在此被供應(yīng)高電壓(例如0.3 — 1.7 kV)，而執(zhí)行測(cè)量和測(cè)量數(shù)據(jù)處理的測(cè)量電路以及分析電路以低的供電電壓(例如15 V)來(lái)工作。為此，測(cè)量電子設(shè)備大多與分析電子設(shè)備電分離。
[0004]通常，用于變流器的控制電路通過具有加強(qiáng)絕緣的變壓器(reinforcedinsulat1n transformer (加強(qiáng)絕緣變壓器))來(lái)供電。從可以是控制電路的部分的測(cè)量電路到分析電路的數(shù)據(jù)傳輸通過單獨(dú)的傳輸器或通過光電耦合器來(lái)進(jìn)行。為此需要多個(gè)部件，由此得出總模塊的高的空間需求和高的成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的任務(wù)是，使相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)改進(jìn)的電路裝置可供使用，該電路裝置能夠更緊湊地并且成本更低地實(shí)現(xiàn)。
[0006]該任務(wù)通過根據(jù)權(quán)利要求1的裝置和根據(jù)權(quán)利要求25的方法來(lái)解決。
[0007]—種功率半導(dǎo)體模塊被描述。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，該功率半導(dǎo)體模塊包括功率電子電路以及測(cè)量電路，該測(cè)量電路被構(gòu)造用于測(cè)量至少一個(gè)在功率電子電路中出現(xiàn)的物理參數(shù)并且使測(cè)量信號(hào)可供使用，該測(cè)量信號(hào)代表所測(cè)量的參數(shù)(Mx)。此外，該功率半導(dǎo)體模塊包括具有初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)的傳輸單元、與次級(jí)側(cè)耦合的發(fā)射電路、和分析電路，該分析電路與初級(jí)側(cè)耦合并且通過該傳輸單元與發(fā)射電路電分離。該分析電路被構(gòu)造用于將交流電壓輸送給傳輸單元的初級(jí)側(cè)，由此在初級(jí)側(cè)上相應(yīng)的初級(jí)電流流動(dòng)，這又在傳輸單元的次級(jí)側(cè)上引起次級(jí)電流，該次級(jí)電流被輸送給發(fā)射電路。該發(fā)射電路被構(gòu)造用于從測(cè)量電路接收測(cè)量信號(hào)并且按照測(cè)量信號(hào)調(diào)制次級(jí)電流，這引起初級(jí)電流的相應(yīng)的調(diào)制。此外，分析電路被構(gòu)造用于分析初級(jí)電流的調(diào)制并且產(chǎn)生依賴于該分析的輸出信號(hào)。
[0008]此外，一種用于測(cè)量和傳輸在功率半導(dǎo)體模塊中所測(cè)量的電路參數(shù)的方法被描述。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該方法包括初級(jí)電流通過以下方式在傳輸單元的初級(jí)側(cè)上的產(chǎn)生，即交流電壓被輸送給初級(jí)側(cè)，其中初級(jí)電流在傳輸單元的與初級(jí)側(cè)電分離的次級(jí)側(cè)上引起次級(jí)電流。該方法此外包括功率電子電路的至少一個(gè)參數(shù)的測(cè)量以及測(cè)量信號(hào)的提供，該測(cè)量信號(hào)代表所測(cè)量的參數(shù)。次級(jí)電流按照該測(cè)量信號(hào)被調(diào)制，這引起初級(jí)電流的相應(yīng)的調(diào)制。初級(jí)電流的所引起的調(diào)制被分析并且依賴于該分析的輸出信號(hào)被產(chǎn)生。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]隨后借助在附圖中所示出的實(shí)例進(jìn)一步解釋本發(fā)明。所示出的實(shí)施例不應(yīng)被理解為限制，更確切地說，重視于進(jìn)一步解釋本發(fā)明所基于的原理。
[0010]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例的功率半導(dǎo)體模塊，
圖2借助時(shí)間變化曲線示例性地示出在測(cè)量電路和分析電路之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑恚? 圖3示出一種用于調(diào)制測(cè)量數(shù)據(jù)的電路裝置，
圖4示出一種用于分析所傳輸?shù)臏y(cè)量數(shù)據(jù)的分析電路，
圖5示出在用于在測(cè)量電路和分析電路之間傳輸數(shù)據(jù)的裝置中的不同的過程的時(shí)序，
以及
圖6示出與圖5中相同的時(shí)序，其中然而起始和停止位被傳輸。
[0011]相同的附圖標(biāo)記表示相同的或?qū)?yīng)的組件或具有相同或相似意義的信號(hào)。

【具體實(shí)施方式】
[0012]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例的功率半導(dǎo)體模塊。該功率半導(dǎo)體模塊包括功率電子電路4、例如具有三個(gè)用于產(chǎn)生三相交流電的晶體管半橋的整流器電路(三相逆變器電路)。在本實(shí)例中，這三個(gè)晶體管半橋由六個(gè)IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor(絕緣柵雙極晶體管))構(gòu)建。替代地，也可以使用MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管))、雙極型晶體管或諸如此類的。在圖1中的實(shí)例中，半橋以1、42、43來(lái)表示。每個(gè)半橋1、42、43可以由直流電壓VDCLink (中間電路電壓)產(chǎn)生相應(yīng)的輸出交流電壓。為此各個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)41^42^41^42^41^423在其控制端子處相應(yīng)地被控制，其中半橋由這些半導(dǎo)體開關(guān)構(gòu)建。具有三個(gè)并聯(lián)的半橋4p42、43的三相整流器例如可以提供用于三相交流系統(tǒng)(未被示出)的三個(gè)輸出交流電壓。
[0013]半橋4p42、43中的每個(gè)在此包括例如兩個(gè)串聯(lián)的功率開關(guān)41JP 42^4100 422、413和423，所述功率開關(guān)分別被串聯(lián)在中間電路Vliaink的第一和第二電位之間。這樣的整流器及其功能已經(jīng)充分已知并且在此不詳細(xì)地描述。本發(fā)明的應(yīng)用不局限于在整流器中的應(yīng)用，而是可以在任意的功率電子應(yīng)用中被使用。功率電子電路4除了多個(gè)功率開關(guān)之外還可以具有其它的部件、例如二極管以及諸如此類的。
[0014]為了保護(hù)功率電子電路4的元件或?yàn)榱丝刂苹虮O(jiān)控整流器，可以進(jìn)行該電路的不同參數(shù)的測(cè)量。例如可以測(cè)量中間電路中的電流或輸出電流。為了防止過溫，可以測(cè)量功率半導(dǎo)體元件41、42的溫度。在此經(jīng)常使用具有集成的溫度傳感器(例如NTC電阻)的功率半導(dǎo)體元件(NTC = Negative Temperature Coefficient (負(fù)溫度系數(shù)))。中間電路電壓
VDCLink的測(cè)量也是經(jīng)常所期望的。
[0015]在圖1中所示出的框圖示出作為功率半導(dǎo)體模塊的實(shí)例的整流器模塊。該整流器模塊除了上面所提及的功率電子電路(三相逆變器電路4)之外包括測(cè)量電路50，以便測(cè)量一個(gè)或多個(gè)在功率電子電路4中出現(xiàn)的物理參數(shù)Mx。該或這些參數(shù)Mx例如可以包括以下參數(shù):在該模塊中出現(xiàn)的溫度、電流、中間電路電壓(或在其它位置處出現(xiàn)的電壓)、相位角等等。為此測(cè)量電路50可以分別具有適合的傳感器、諸如分流電阻、霍爾傳感器或相似的用于測(cè)量電流的電流傳感器、溫度測(cè)量電阻(例如NTC電阻)等等。
[0016]測(cè)量電路50檢測(cè)并且處理該或這些要測(cè)量的參數(shù)Mx并且使測(cè)量信號(hào)Smess可供使用。該測(cè)量信號(hào)Snress代表該或這些所測(cè)量的參數(shù)Mx并且可以例如以數(shù)字形式、即作為二進(jìn)制數(shù)據(jù)字的序列存在。測(cè)量信號(hào)Smess的分析或進(jìn)一步處理通常不在測(cè)量電路50自身中進(jìn)行，而是在分開的分析電路I中進(jìn)行。該分析電路通常與功率電子電路4和測(cè)量電路50電分離。根據(jù)應(yīng)用，所提及的電分離可能是值得期望的或必需的，因?yàn)楣β孰娮与娐?以高電壓(例如0.3 — 1.7 kV)來(lái)運(yùn)行，而用于分析測(cè)量信號(hào)或用于測(cè)量信號(hào)處理的電路組件以低電壓(例如O — 15 V)來(lái)工作。為了向分析單元I傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)(信號(hào)Smess),設(shè)置有傳輸單兀30,該傳輸單兀負(fù)責(zé)功率電子電路4和測(cè)量電路50與分析電路I的電分尚。傳輸單兀30具有初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)，該初級(jí)側(cè)具有初級(jí)繞組10并且該次級(jí)側(cè)具有次級(jí)繞組20。傳輸單元30是磁傳輸器、諸如變壓器。
[0017]分析電路I (接收電路)與傳輸單元30的初級(jí)側(cè)10連接。發(fā)射電路2 (發(fā)射電路)與傳輸單元30的次級(jí)側(cè)20連接。分析電路I和發(fā)射電路2因此是彼此電分離的。除了數(shù)據(jù)傳輸之外，變壓器30還用于傳輸電能。變壓器30因此可以被用于發(fā)射電路和測(cè)量電路的能量供應(yīng)(電壓供應(yīng))。
[0018]如果傳輸單元30例如在初級(jí)側(cè)被置于交流電壓VpkimI，該交流電壓在本實(shí)例中借助分析電路I中的晶體管末級(jí)由供電直流電壓V +來(lái)產(chǎn)生。由此在次級(jí)側(cè)20上感應(yīng)出相應(yīng)的電壓。該電壓可以被用于發(fā)射電路2和測(cè)量電路的能量供應(yīng)。被輸送給傳輸單元30的初級(jí)側(cè)10的交流電壓Vpra例如可以由分析電路I提供。在該情況下，分析電路也給與變壓器30的次級(jí)側(cè)連接的電路(發(fā)射電路2、測(cè)量電路50)提供能量供應(yīng)。如果例如(作為交流電壓Vpkim)矩形電壓被輸送給變壓器30的初級(jí)側(cè)10，該矩形電壓在關(guān)斷階段期間具有OV并且在接通階段期間具有最大的電壓值Vmax,則分別在關(guān)斷(即從Vmax過渡到零)時(shí)向次級(jí)側(cè)20傳輸能量。
[0019]為了向分析電路I傳輸測(cè)量信號(hào)Smess，發(fā)射電路2從測(cè)量電路50接收測(cè)量信號(hào)Smess。由于在初級(jí)側(cè)被輸送給傳輸單元30的交流電壓Vpkim,初級(jí)電流Ip,im在傳輸單元30的初級(jí)側(cè)10上流動(dòng)。在初級(jí)側(cè)10上的該初級(jí)電流IpHm引起相應(yīng)的次級(jí)電流Ise。，該次級(jí)電流尤其用于給發(fā)射電路2和測(cè)量電路50供電。發(fā)射電路2被構(gòu)造用于按照測(cè)量信號(hào)Smess調(diào)制次級(jí)電流I.。該調(diào)制可以在于，將次級(jí)電流I.有目的地改變(提高或減小)已知的值Δ Isec0次級(jí)電流Ise。的調(diào)制引起初級(jí)電流IpHm的相應(yīng)的調(diào)制。通過次級(jí)電流Ise。的調(diào)制，因此可以從變壓器30的次級(jí)側(cè)20向該變壓器的初級(jí)側(cè)10、即從發(fā)射電路2向分析電路I傳輸信息。通過初級(jí)電流Iprtll的分析(解調(diào))，可以還原所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。分析電路I例如可以使用于進(jìn)一步分析和處理的信號(hào)S1可供使用，該信號(hào)代表所測(cè)量的初級(jí)電流Ilttim或初級(jí)電流的所測(cè)量的變化ΛΙρΗπ。數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑韺⒋送膺M(jìn)一步被描述。
[0020]如果次級(jí)電流I.被調(diào)制，那么這也引起初級(jí)電流IpHm的相應(yīng)的調(diào)制。初級(jí)電流Iprim依賴于次級(jí)電流U。和變壓器30的線性上升的磁化電流。這在圖2中的第一時(shí)間圖中被示出。該第一時(shí)間圖示出在不同的時(shí)間間隔T0、Tl、T2、T3內(nèi)在初級(jí)側(cè)所測(cè)量的初級(jí)電流1_，在所述時(shí)間間隔期間發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸(即次級(jí)電流的調(diào)制)。
[0021]測(cè)量數(shù)據(jù)例如可以作為位序列來(lái)傳輸。在此例如可以設(shè)置每個(gè)測(cè)量值12位的字長(zhǎng)。但是，其它的字長(zhǎng)也是可能的。在圖2中所示出的情況下，在四個(gè)時(shí)間間隔T0、T1、T2、Τ3之內(nèi)，八位被傳輸，其中在每個(gè)間隔內(nèi)兩位(“位O”和“位I”)被傳輸。時(shí)間間隔也被稱為中貞。在圖2中的實(shí)例中，在每個(gè)巾貞中僅僅一個(gè)符號(hào)被傳輸(串行多電平傳輸)，該符號(hào)代表兩位。另外的在圖2中所示出的時(shí)間圖示出在相應(yīng)的傳輸時(shí)期Τ0、Τ1、Τ2、Τ3期間所傳輸?shù)奈?“位O”和“位I”)的狀態(tài)。單獨(dú)的位只可以采用兩個(gè)可能的狀態(tài)之一(例如通過高電平H或低電平L代表的邏輯O或邏輯I)。沒有電流差Λ IpHm被調(diào)制到在時(shí)間間隔TO內(nèi)的電流Ipiim的變化曲線上并且在該時(shí)間間隔TO期間的初級(jí)電流的線性上升代表變壓器30的在該時(shí)間期間上升的磁化電流。在時(shí)間間隔(在此T0)內(nèi)的缺少的電流變化代表O。差動(dòng)電流Δ Iprim = AI1被疊加在時(shí)間間隔Tl內(nèi)的電流Ilttim的變化曲線上，這對(duì)應(yīng)于邏輯I。對(duì)應(yīng)的位O具有高電平。以該方式，可以在每個(gè)時(shí)間間隔T0、T1、T2、T3內(nèi)(即在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi))傳輸一位。
[0022]在圖2中所示出的實(shí)例示出多電平傳輸，在該實(shí)例中在每個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)兩位(即2位字)通過各一個(gè)符號(hào)來(lái)傳輸?？蓚鬏?shù)奈唤M合(符號(hào))因此是“00”、“01”、“10”和“11”并且通過下面的用于“位O”和“位I”的兩個(gè)時(shí)間圖來(lái)代表。要傳輸?shù)奈唤M合“00”對(duì)應(yīng)于電流差Δ IpHm = O (參見時(shí)間間隔Τ0)，位組合“01”對(duì)應(yīng)于電流差A(yù)Ilffim= AI1 (參見時(shí)間間隔Tl)，位組合“10”對(duì)應(yīng)于電流差A(yù)Ipiim= AI2 (參見時(shí)間間隔Τ2)并且位組合“11”對(duì)應(yīng)于電流差A(yù)Iprim= ΔΙ3 (參見時(shí)間間隔Τ3)。因此可以通過在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)Τ0、Τ1、Τ2、Τ3內(nèi)所調(diào)制的電流差Λ Iprim的高度的確定來(lái)進(jìn)行解碼。
[0023]次級(jí)電流的變化Λ Isec和因此初級(jí)電流的變化Λ Iprim不必存在于整個(gè)傳輸時(shí)期Τ0、Τ1、Τ2、Τ3上。該變化也可以如在圖2中所示的那樣僅僅存在于傳輸時(shí)期Τ0、Τ1、Τ2、Τ3之內(nèi)的較短的時(shí)間段上。根據(jù)相同的原理，在傳輸時(shí)期Τ0、Τ1、Τ2、Τ3期間也可以傳輸多于兩位。次級(jí)電流的變化Λ Ise。和初級(jí)電流的由此所引起的變化Λ Ilttim不僅可以是電流的提高而且可以是電流的減小。
[0024]圖3示出發(fā)射電路2的一個(gè)實(shí)施例，該發(fā)射電路與傳輸單元30的次級(jí)側(cè)20連接。如上所提及的，發(fā)射電路2 —方面為次級(jí)側(cè)的電路組件提供能量供應(yīng)并且另一方面其用于調(diào)制次級(jí)電流，以便如上所解釋的那樣將數(shù)據(jù)傳輸?shù)匠跫?jí)側(cè)。發(fā)射電路的那些用于能量供應(yīng)的部分基本上可以對(duì)應(yīng)于通量轉(zhuǎn)換器(Flusswandler)的輸出電路。S卩，涉及到該能量供應(yīng)而工作的有分析電路1、變壓器30和發(fā)射電路2、如具有電分離的開關(guān)轉(zhuǎn)換器(例如雙晶體管通量轉(zhuǎn)換器、如在圖4中所示的推挽轉(zhuǎn)換器或全橋轉(zhuǎn)換器)。
[0025]在這樣的通量轉(zhuǎn)換器中，在傳輸單元30的初級(jí)側(cè)10 (在圖3中未被示出)上的電流I_m在第一階段(導(dǎo)通階段)期間線性地上升。在該階段期間電流流經(jīng)二極管2^或212。在第二階段(空轉(zhuǎn)階段)期間，二極管21p212是截止的并且因此不通電。
[0026]次級(jí)電流Ise。的調(diào)制例如可以通過以下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，即次級(jí)側(cè)的負(fù)載電阻相應(yīng)地被改變。通過負(fù)載電阻的變化，發(fā)射電路2的電流消耗被改變，即更多或更少的電流“被汲取”。為此在第二電路2中設(shè)置有電阻22p222、223。電阻22p222、223在兩個(gè)端子X、Y之間是相互并聯(lián)的。在圖3中示出了三個(gè)電阻，然而例如根據(jù)同時(shí)要傳輸?shù)奈坏臄?shù)量可以設(shè)置更多或更少的電阻。發(fā)射電路2此外具有開關(guān)23ρ232，其中開關(guān)23p232分別與電阻22p2?串聯(lián)。如果開關(guān)23p232是打開的，那么電流不能流經(jīng)相應(yīng)的電阻22^24?！盎矩?fù)載”通過電阻223的電阻值來(lái)代表。通過打開或閉合確定的開關(guān)23p232，另外的電阻22p222與電阻223并聯(lián)，這有效地導(dǎo)致整個(gè)負(fù)載電阻的減小(即負(fù)載的提高)并且因此導(dǎo)致相應(yīng)更高的次級(jí)電流I.。因此次級(jí)電流Ise。的所期望的調(diào)制可以通過以下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，即第二電路2的總負(fù)載電阻被改變。在此可以設(shè)置與所述電阻中的每個(gè)串聯(lián)的開關(guān)。但是也可以設(shè)置電阻，這些電阻沒有串聯(lián)的開關(guān)(即所述電阻總是“被接通”)。
[0027]為了控制開關(guān)23p232，發(fā)射電路可以具有驅(qū)動(dòng)電路24。該驅(qū)動(dòng)電路24被構(gòu)造用于提供用于控制開關(guān)23i和232的驅(qū)動(dòng)信號(hào)S2p S22。驅(qū)動(dòng)信號(hào)S2p S22可以采用例如兩個(gè)狀態(tài)。如果控制信號(hào)S2pS22采用第一狀態(tài)(SZ1 = I或S22 = 1)，那么相應(yīng)的開關(guān)23^23^例如是閉合的。如果控制信號(hào)S2p S22采用第二狀態(tài)(S2i = O或S22 = 0)，那么相應(yīng)的開關(guān)23p232例如是打開的。驅(qū)動(dòng)電路24因此被構(gòu)造用于基于要傳輸?shù)臏y(cè)量信號(hào)Smess (并且因此基于要傳輸?shù)臄?shù)據(jù))調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)S2pS22的狀態(tài)。在此開關(guān)23p232的接通和關(guān)斷時(shí)間點(diǎn)與次級(jí)側(cè)的電壓Vsek中的切換邊沿同步并且因此與初級(jí)側(cè)的交流電壓Vpra中的切換邊沿同步。該同步借助驅(qū)動(dòng)電路24來(lái)進(jìn)行，該驅(qū)動(dòng)電路控制在圖2中所示出的信號(hào)的定時(shí)。
[0028]圖4示出分析電路I的一個(gè)實(shí)施例，該分析電路與傳輸單元30的初級(jí)側(cè)10連接。如已經(jīng)提及的，分析電路I不僅負(fù)責(zé)被發(fā)射的數(shù)據(jù)的接收和分析而且負(fù)責(zé)與次級(jí)側(cè)連接的電路(發(fā)射電路2、測(cè)量電路50)的電壓供應(yīng)。分析電路I具有開關(guān)單元12，該開關(guān)單元具有第一功率晶體管和第二功率晶體管122。功率晶體管12pl22作為開關(guān)工作。通過利用合適的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)控制功率晶體管12pl22，這些功率晶體管可以被接通(導(dǎo)通階段)和被關(guān)斷(截止階段)。在導(dǎo)通階段期間初級(jí)電流IpHm近似線性地上升并且能量通過變壓器30的初級(jí)側(cè)10的線圈被傳輸?shù)酱渭?jí)側(cè)。如果功率晶體管12pl22截止，那么通過相應(yīng)晶體管12工、122的電流1_被中斷。
[0029]用于控制功率晶體管^、^的驅(qū)動(dòng)信號(hào)S2pS22可以例如由微控制器13來(lái)提供。該微控制器可以為此具有例如PWM調(diào)制器132。在本實(shí)例中，開關(guān)單元12通過傳輸單元30的初級(jí)側(cè)10與用于正電位V+的端子連接并且通過(可選的)電阻14與用于負(fù)電位V-的端子連接。電阻14例如可以用作用于測(cè)量初級(jí)電流Iprtn的測(cè)量電阻。初級(jí)電流IpHm在測(cè)量電阻14中造成電壓降，該電壓降與初級(jí)電流IpHm成比例。
[0030]次級(jí)電流Ise。的變化如已經(jīng)描述的那樣不必在整個(gè)傳輸時(shí)期(巾貞，參看圖2中的時(shí)間間隔TO到Tl)上進(jìn)行，在所述傳輸時(shí)期期間晶體管121、122之一導(dǎo)通，而是也可以僅僅在該傳輸時(shí)期之內(nèi)的確定的時(shí)間段期間進(jìn)行。為了可以在一個(gè)傳輸時(shí)期期間檢測(cè)這種短時(shí)間的電流變化，可以例如在確定的采樣時(shí)間點(diǎn)采樣初級(jí)電流Ιρ_。微控制器可以為此具有例如模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)U1，該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器執(zhí)行采樣并且例如借助PWM調(diào)制器132來(lái)觸發(fā)。
[0031]在圖5中示出了不同的傳輸時(shí)期。在第一傳輸時(shí)期(時(shí)間點(diǎn)h到t2)期間，第一功率晶體管是接通的。在第二傳輸時(shí)期(時(shí)間點(diǎn)t3到t4)期間，第二功率晶體管122是接通的。在該幀或傳輸時(shí)期U1到t2和t3到t4)期間，初級(jí)電流IpHm流經(jīng)變壓器并且流經(jīng)電阻14。在功率晶體管12pl22的持續(xù)直至?xí)r間點(diǎn)t2 (第一功率晶體管U1的接通階段的末尾)或t4 (第二功率晶體管122的接通階段的末尾)的接通階段期間，次級(jí)電流I.如上面所解釋的那樣被調(diào)制，這導(dǎo)致初級(jí)電流Ilffim的相應(yīng)的變化。在本實(shí)例中，次級(jí)電流I.不是如關(guān)于圖2所描述的那樣在一幀期間僅僅被改變一次。更確切地說，為了傳輸兩個(gè)符號(hào)(即位或在多電平傳輸?shù)那闆r下位組)，在一巾貞(傳輸時(shí)期)期間設(shè)置有電流的兩次改變。在如圖2中所示的具有四個(gè)不同的電平(O、Δ I1, Δ i2、Δ i3)的多電平傳輸?shù)那闆r下，因此四位(以兩個(gè)符號(hào)的形式)可以在一幀U1到t2或t3到t4)中被傳輸。如果初級(jí)電流Iphdi在相應(yīng)的采樣時(shí)間點(diǎn)A2和A3被采樣，那么可以檢測(cè)這些變化。如已經(jīng)關(guān)于圖2所描述的，可以在一個(gè)米樣時(shí)間點(diǎn)同時(shí)傳輸一位或多位。例如在米樣時(shí)間點(diǎn)A2兩位(第一符號(hào):位0+1)被傳輸并且在采樣時(shí)間點(diǎn)A3另外的兩位(第二符號(hào):位2+3)被傳輸。通過在一個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)傳輸多于兩位或通過在該傳輸時(shí)期期間設(shè)置另外的傳輸電平和相應(yīng)的采樣時(shí)間點(diǎn)，也可以每幀(傳輸時(shí)期)傳輸多于四位。然而也可以在需要時(shí)每個(gè)傳輸時(shí)期傳輸少于四位。也可以每中貞(順序地)傳輸多于兩個(gè)符號(hào)。
[0032]在一些應(yīng)用中必需的是，例如在少于100微秒(μ s)的間隔內(nèi)檢測(cè)并且傳送次級(jí)側(cè)的變流器的中間電路電壓。如果例如設(shè)置有具有包括起始位和停止位在內(nèi)的每個(gè)測(cè)量值12位的數(shù)據(jù)的傳輸，那么得出120 kBit/s (10000.12位/測(cè)量值)的最小數(shù)據(jù)率。在200kHz的切換頻率(次級(jí)側(cè)的電壓Vsee的頻率)的情況下，例如可以達(dá)到800 kBit/s的數(shù)據(jù)率。在圖5中的實(shí)例中，切換頻率應(yīng)該是fs =U^t1)'
[0033]為了初級(jí)電流IpHm的變化可以可靠地被識(shí)別，可以規(guī)定，調(diào)制在次級(jí)側(cè)被執(zhí)行的時(shí)間點(diǎn)與采樣時(shí)間點(diǎn)A2、A3同步。在傳輸設(shè)備30的次級(jí)側(cè)20上的電壓Vsee取決于初級(jí)側(cè)10上的電壓。如果初級(jí)側(cè)10利用矩形電壓來(lái)控制，那么在次級(jí)側(cè)也得出矩形的電壓Vsec。該次級(jí)電壓Vse。的接通邊沿例如可以被檢測(cè)。如果接通邊沿例如在時(shí)間點(diǎn)h被探測(cè)，那么次級(jí)側(cè)的電流I.可以在同步時(shí)間tsyn。到期之后相應(yīng)地被調(diào)制，以便傳輸前兩位(位0+1)。隨后，另外的調(diào)制可以被執(zhí)行，以便傳輸另外的兩位(位2+3)。于是采樣時(shí)間點(diǎn)A2和A3例如位于要采樣的位或符號(hào)的(時(shí)間上的)中間。
[0034]如上面已經(jīng)描述的，初級(jí)電流IpHm由借助傳輸單元所變換的次級(jí)電流Isee和線性上升的磁化電流構(gòu)成。該磁化電流可以使初級(jí)側(cè)的測(cè)量失真。由于該原因，可以設(shè)置另外的采樣時(shí)間點(diǎn)。如在圖5中針對(duì)第二傳輸時(shí)期(第二功率晶體管122的接通階段)所示的，例如第一米樣Al可以在該傳輸時(shí)期開始時(shí)、例如還在米樣時(shí)間點(diǎn)A2之前進(jìn)行。第一米樣Al例如還可以在同步時(shí)間tsyn。期間進(jìn)行。另外的附加的采樣A4可以在該傳輸時(shí)期的末尾、在采樣時(shí)間點(diǎn)A3之后進(jìn)行。如果次級(jí)電流I.不僅在第一采樣時(shí)間點(diǎn)Al而且在最后的采樣時(shí)間點(diǎn)A4沒有被改變或在兩個(gè)米樣時(shí)間點(diǎn)被改變相同的量，那么例如可以確定磁化電流的斜率m:
m = (Iprim (A4) -1prim (Al)) / (A4-A1)。
[0035]該斜率m代表在采樣時(shí)間點(diǎn)A2和A3的測(cè)量中的系統(tǒng)誤差。于是在微控制器13中可以根據(jù)所確定的斜率m修正在采樣時(shí)間點(diǎn)A2和A3所測(cè)量的電流值。
[0036]傳輸時(shí)期例如可以具有確定的最小持續(xù)時(shí)間，以便保障在所有四個(gè)位置Al、A2、A3、A4處的可靠的測(cè)量。在此抖動(dòng)也可以通過以下方式被一起考慮，即如此長(zhǎng)地選擇最小持續(xù)時(shí)間，使得盡管可能有抖動(dòng)，還可以可靠地在該傳輸時(shí)期期間執(zhí)行在采樣時(shí)間點(diǎn)A4的最后的測(cè)量。
[0037]如上面所提及的，為了同步幀U1到t2，t3到t4)和采樣時(shí)間點(diǎn)(Al到A4)，也可以發(fā)射起始和停止位(或起始和停止符號(hào))。起始和停止位(或符號(hào))在此在幀(傳輸時(shí)期)的開始或末尾被發(fā)射。如果要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字包括例如12位，那么為了所述12位的傳輸在本實(shí)例(具有每巾貞兩個(gè)符號(hào)或四位的多電平傳輸)中各4位的三個(gè)巾貞(三個(gè)各具有兩個(gè)符號(hào)的幀，每個(gè)符號(hào)兩位)是必需的。為了標(biāo)記數(shù)據(jù)字的開始和末尾，起始符號(hào)被插入在數(shù)據(jù)字的第一幀中并且停止符號(hào)被插入在數(shù)據(jù)字的最后的幀中。具有起始和停止符號(hào)的傳輸在圖6中被示出。該傳輸除了起始和停止符號(hào)之外與圖5相同。在本實(shí)例中，起始符號(hào)并非代替“正常的”符號(hào)被發(fā)射，而是在如下時(shí)間間隔之前被發(fā)射，在該時(shí)間間隔內(nèi)通常幀的第一位被發(fā)射。因此起始符號(hào)在采樣時(shí)間點(diǎn)Al被采樣。以相似的方式，停止符號(hào)并非代替“正常的”符號(hào)被發(fā)射，而是在如下時(shí)間間隔之后被發(fā)射，在該時(shí)間間隔內(nèi)通常幀的最后的位被發(fā)射。因此停止符號(hào)在采樣時(shí)間點(diǎn)A4被采樣。
【權(quán)利要求】
1.功率半導(dǎo)體模塊，該功率半導(dǎo)體模塊具有: 功率電子電路(4)； 測(cè)量電路(50)，所述測(cè)量電路被構(gòu)造用于測(cè)量至少一個(gè)在所述功率電子電路(4)中出現(xiàn)的物理參數(shù)(Mx)并且使測(cè)量信號(hào)(Smess)可供使用，所述測(cè)量信號(hào)代表所測(cè)量的參數(shù)(Mx); 具有初級(jí)側(cè)(10)和次級(jí)側(cè)(20)的傳輸單元(30)； 發(fā)射電路(2 )，所述發(fā)射電路與所述次級(jí)側(cè)(20 )耦合；以及 分析電路(1)，所述分析電路與所述初級(jí)側(cè)(10)耦合并且通過所述傳輸單元(30)與所述發(fā)射電路(2)電分離； 其中 所述分析電路(I)被構(gòu)造用于將交流電壓(Vpkim)輸送給所述傳輸單元(30)的初級(jí)側(cè)(10)，由此在所述初級(jí)側(cè)(10)上相應(yīng)的初級(jí)電流(Iprtn)流動(dòng)，這在所述傳輸單元(30)的次級(jí)側(cè)(20)中引起次級(jí)電流(I.)，所述次級(jí)電流被輸送給所述發(fā)射電路(2)； 所述發(fā)射電路(2 )被構(gòu)造用于從所述測(cè)量電路(50 )接收所述測(cè)量信號(hào)(Sffless)并且按照所述測(cè)量信號(hào)(Smess)調(diào)制所述次級(jí)電流(I.)，這引起所述初級(jí)電流(IpHm)的相應(yīng)的調(diào)制；以及 所述分析電路(I)此外被構(gòu)造用于分析所述初級(jí)電流(Ipriffl)的調(diào)制并且產(chǎn)生依賴于該分析的輸出信號(hào)(S1X
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中所述功率電子電路(4)包括至少一個(gè)與中間電路(Vliaink)耦合的半橋(4p42、43)并且其中所述功率電子電路(4)被構(gòu)造用于由所述中間電路的直流電壓(Vliaink)生成交流電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中所述至少一個(gè)半橋(4p42、43)中的每個(gè)包括至少兩個(gè)功率晶體管(41^42^41^42^41^423)0
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中所述功率晶體管(41^42^41^42^413、423)是 IGBT 或 MOSFET。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4之一所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中所述功率電子電路(4)的至少一個(gè)所測(cè)量的參數(shù)(Mx)是電壓、電流或溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5之一所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中所述發(fā)射電路(2)被構(gòu)造用于通過以下方式執(zhí)行調(diào)制，即該調(diào)制將所述次級(jí)電流(I.)改變已知的值。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中被輸送給所述初級(jí)側(cè)(10)的交流電壓(vd。)引起，裝置的導(dǎo)通階段與截止階段交替，其中所述導(dǎo)通階段是傳輸時(shí)期，在所述傳輸時(shí)期中所述初級(jí)電流(Ilttim)流動(dòng)并且能夠進(jìn)行分析。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中所述測(cè)量信號(hào)(Sm_)在一個(gè)傳輸時(shí)期期間或在兩個(gè)或更多相繼的傳輸時(shí)期期間被傳輸。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中所述測(cè)量信號(hào)(Sm_)借助由至少兩位組成的位序列來(lái)傳輸，其中每位能夠采用第一狀態(tài)和第二狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中在一個(gè)傳輸時(shí)期期間位的總數(shù)被傳輸，其中所述總數(shù)能夠包括一位或多位。
11.根據(jù)權(quán)利要求9和10之一所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中通過所述次級(jí)電流(1%。)變化確定的量(1:、12、13)，位的總數(shù)中的第一數(shù)量以其第一狀態(tài)被傳輸并且位的總數(shù)中的第二數(shù)量以其第二狀態(tài)被傳輸，其中不僅所述第一數(shù)量而且所述第二數(shù)量能夠不包括位，包括一位或多位。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的功率半導(dǎo)體模塊,其中所述次級(jí)電流(1%。)的變化并非在整個(gè)傳輸時(shí)期上進(jìn)行。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中在一個(gè)傳輸時(shí)期期間進(jìn)行所述次級(jí)電流(Ise。)的多于一次的變化。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中所述發(fā)射電路(2)具有可改變的負(fù)載電阻并且被構(gòu)造用于通過所述負(fù)載電阻的變化調(diào)制所述次級(jí)電流(I.)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中所述可改變的負(fù)載電阻包括至少兩個(gè)相互并聯(lián)的電阻(22^22^223)0
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中開關(guān)元件(23p232、233)與所述電阻(22p222、223)中的至少一個(gè)串聯(lián)并且其中所述負(fù)載電阻能夠通過所述開關(guān)元件(23p232、233)的相應(yīng)的打開和閉合而被改變。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中所述發(fā)射電路此外具有控制單元(24)，所述控制單元被構(gòu)造用于根據(jù)要傳輸?shù)臏y(cè)量信號(hào)(Snress)打開或閉合所述開關(guān)元件(23!、232、233)。
18.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中所述分析電路(I)具有用于測(cè)量所述初級(jí)電流(Iprtll)的測(cè)量電阻(14)。
19.根據(jù)權(quán)利要求7到18之一所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中所述分析電路(I)被構(gòu)造用于在一個(gè)傳輸時(shí)期期間在至少一個(gè)預(yù)先給定的采樣時(shí)間點(diǎn)(A2、A3)測(cè)量所述初級(jí)電流(Iprim)^以便分析所述初級(jí)電流(Ilttim)的調(diào)制。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中所述分析電路(I)此外被構(gòu)造用于在至少兩個(gè)附加的采樣時(shí)間點(diǎn)(Al、A4)采樣所述初級(jí)電流(IpHm)，以便確定所述初級(jí)電流(Iprim)的斜率(m)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中所述發(fā)射電路(2)被構(gòu)造用于確定在所述次級(jí)側(cè)(20)上所感應(yīng)出的電壓的接通邊沿的時(shí)間點(diǎn)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中所述發(fā)射電路(2)被構(gòu)造用于在接通邊沿的所確定的時(shí)間點(diǎn)之后在同步時(shí)間(tsyn。)到期之后執(zhí)行所述調(diào)制。
23.根據(jù)權(quán)利要求1到22之一所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中所述傳輸單元(30)被構(gòu)造用于將能量從第一電路(I)傳輸給所述發(fā)射電路(2 )。
24.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中所述傳輸單元(30)包括變壓器。
25.用于測(cè)量和傳輸功率半導(dǎo)體模塊中的電路參數(shù)的方法，所述方法包括: 在傳輸單元(30)的初級(jí)側(cè)(10)上通過以下方式產(chǎn)生初級(jí)電流(IpHm)，即交流電壓(Vd。)被輸送給所述初級(jí)側(cè)(10)，其中所述初級(jí)電流(Iprtll)在所述傳輸單元(30)的與所述初級(jí)側(cè)(10)電分離的次級(jí)側(cè)(20)上引起次級(jí)電流(I.)； 測(cè)量功率電子電路(4)的至少一個(gè)參數(shù)(Mx)并且提供測(cè)量信號(hào)(Snress),所述測(cè)量信號(hào)代表所測(cè)量的參數(shù)(Mx)； 按照所述測(cè)量信號(hào)(Snress)調(diào)制所述次級(jí)電流(I.)，這引起所述初級(jí)電流(Iprtll)的相應(yīng)的調(diào)制；分析所述初級(jí)電流(Ilffim)的所引起的調(diào)制并且產(chǎn)生依賴于所述分析的輸出信號(hào)(S1)15
【文檔編號(hào)】H02M1/00GK104242608SQ201410272002
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月18日
【發(fā)明者】施呂特 M., H. 施米斯 S. 申請(qǐng)人:英飛凌科技股份有限公司