控制大功率电力半导体功率组件开关速度一致性的方法

摘要

本发明公开了属于大功率电力半导体器件技术领域的一种控制大功率电力半导体功率组件开关速度一致性的方法。是在大功率电力半导体组件中门控晶闸管开通关断速度比设定值快时，延迟发出大功率电力半导体功率组件中驱动电路印制板控制程序的开通和关断信号；在大功率电力半导体组件中门控晶闸管开通关断速度比设定值慢时，提前发出大功率电力半导体功率组件中驱动电路印制板控制程序的开通和关断信号。这样就可以实现，多个大功率电力半导体组件具有相同的开通和关断速度。从而降低了对大功率电力半导体组件的生产工艺要求和生产成本，进一步扩大其在大功率领域中的应用范围。

说明书

技术领域

本发明属于大功率电力半导体器件技术领域，特别涉及调节门控晶闸管动作延迟的一种控制大功率电力半导体功率组件开关速度一致性的方法。

背景技术

门控晶闸管一般包括晶闸管，门极可关断晶闸管(GTO)和集成门极换流晶闸管(IGCT)。为了提高多个门控晶闸管配合动作时的工作性能，特别是开关性能，都希望每个门控晶闸管的开通和关断速度相同。在此之前，人们提出了很多方案。现行做法有两种：

一.是提高生产工艺，以求生产出的大功率电力半导体组件工作参数相差尽量小。

二.是大规模生产，在生产出的大量大功率电力半导体组件中，挑出开通和关断特性相同的几套，用于配套使用。

这些方案都存在一些缺点：

首先，大功率电力半导体组件中驱动电路印制板和门控晶闸管的开关特性存在分散性，这是现有器件生产工艺下的固有特性，是不能被消除的。如果提出对器件开关速度一致性要求过高，就会增加对生产设备和生产工艺的要求；

其次，生产大量的门控晶闸管，从中找出开关特性一致的这种方法，必然会剩余大量特性不一致的器件，浪费资源，提高生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提出一种控制大功率电力半导体功率组件开关速度一致性的方法。所述控制大功率电力半导体组件开关速度一致性的方法是针对现有器件生产工艺参数分散性而引起每个独立的大功率电力半导体功率组件特性参数不一致，是不能被消除的固有特性，器件开关速度的一致性直接影响大功率电力半导体功率组件的使用；实现器件开关速度的一致性的方法，是调整驱动电路印制板的控制程序，控制向每个门控晶闸管开通和关断信号的发出时间来分别进行调整，使得每个大功率电力半导体功率组件都具有相同的开通和关断速度。包括如下步骤：

1.大功率电力半导体功率组件外部控制系统发出开通/关断命令；

2.测量每个独立的大功率电力半导体功率组件开通/关断的延迟时间；

3.延迟时间是否等于标定值；

4.如果是等于标定值，合格标定出厂；

5.如果不等于标定值，则调整控制电力半导体功率组件驱动电路印制板的控制程序，达到调整步骤1中控制系统向门控晶闸管门极发出开通/关断命令的延迟时间等于标定值。

所述对控制门控晶闸管开通和关断信号发出时间的具体步骤为：

a.所述门控晶闸管门极触发开通是从驱动电路向门极注入正向门极电流开始，到门控晶闸管阳极电压下降到稳态值10％时，表明该门控晶闸管导通，该段时间称为门控晶闸管导通的延迟时间t_d；则控制开通一致性步骤：

(1)首先确认大功率电力半导体功率组件从接收到开通信号至门控晶闸管导通的延迟时间的标定值t_d。

(2)测量每个独立的大功率电力半导体功率组件从接收到开通信号至门控晶闸管导通的延迟时间t1。如果t1＞t_d，则调整大功率电力半导体功率组件中驱动电路印制板的控制程序，将注入正向门极电流时间提前t1-t_d＝Δt；如果t1＜t_d，则调整控制驱动电路印制板的程序，将注入正向门极电流时间延迟t_d-t1＝Δt。重复测量和调整，直到该大功率电力半导体功率组件开通延迟符合标定值。

b.门控晶闸管门极触发关断是从门极被反向偏置开始，当门控晶闸管阳极电流下降到稳态值10％时，表明该门控晶闸管关断，该段时间称为门控晶闸管关断的延迟时间t_f，则控制关断一致性步骤：

(1)首先确认大功率电力半导体功率组件从接收到外部关断信号至门控晶闸管关断的延迟时间的标定值t_f。

(2)测量每个独立的大功率电力半导体功率组件从接收到关断信号至门控晶闸管关断的延迟时间t2。如果t2＞t_f，则调整大功率电力半导体功率组件驱动电路印制板的控制程序，将门极反向偏置时间提前t2-t_f＝Δt；如果t2＜t_f，则调整驱动电路印制板的控制程序，将门极反向偏置时间延迟t_f-t2＝Δt。通过重复测量和调整控制程序，保证每个独立的大功率电力半导体功率组件从接收到外部关断信号至门控晶闸管关断延迟都等于标定值。

本发明的有益效果是采用上述方法设计的大功率电力半导体功率组件，其优点在于：针对门控晶闸管各自的开通和关断速度，调整驱动电路印制板上控制程序，将控制门控晶闸管开通和关断信号的发出时间进行相应的提前或推迟，实现了多个大功率电力半导体组件具有相同的开通和关断速度。不再要求每个大功率电力半导体组件中门控晶闸管和驱动电路印制板都分别具有相同的开通和关断速度，从而降低了对大功率电力半导体组件的生产工艺要求，解决了上述两种设计思路中的缺点，降低了生产成本和生产工艺的复杂性，进一步扩大其在大功率领域中的应用范围。

附图说明

图1a门控晶闸管门极触发开通控制示意图，图1b门控晶闸管门极触发关断控制示意图。

图2开关速度一致性控制流程图。

具体实施方式

本发明提出一种控制大功率电力半导体功率组件开关速度一致性的方法。该方法是针对现有器件生产工艺参数分散性而引起每个独立的大功率电力半导体功率组件特性参数不一致，是不能被消除的固有特性。器件开关速度的一致性直接影响大功率电力半导体功率组件的使用；实现器件开关速度的一致性的方法是调整驱动电路印制板的控制程序，控制向门控晶闸管开通和关断信号的发出时间来分别进行调整，使得每个大功率电力半导体功率组件都具有相同的开通和关断速度，大功率电力半导体功率组件的开关速度一致性控制流程图如图2所示，包括如下步骤：

1.大功率电力半导体功率组件外部控制系统发出开通/关断命令；

2.测量每个独立的大功率电力半导体功率组件开通/关断的延迟时间；

3.延迟时间是否等于标定值；

4.如果是等于标定值，合格标定出厂；

5.如果不等于标定值，则调整控制电力半导体功率组件驱动电路印制板的控制程序，达到调整步骤1中控制系统向门控晶闸管门极发出开通/关断命令的延迟时间等于标定值。

图1a所示为门控晶闸管门极触发开通控制示意图。

确认大功率电力半导体功率组件开通延迟的标定值t_d＝3μs，关断延迟的标定值t_f＝3.5μs。用示波器测量编号14-001的大功率电力半导体功率组件开通延迟，示波器通道1测量外部开通命令，示波器通道2测量门控晶闸管阳极电压，示波器上观测到从发出开通命令，到阳极电压下降到其稳态值10％的时间延迟t₁＝2.5μs，因为t1＜t_d，不符合标定值，调整该大功率电力半导体功率组件控制程序，先将注入门极电流时间延迟200ns，重复前面测量步骤和调整控制程序，直到该大功率电力半导体功率组件开通延迟达到3μs。如果t₁＝3.5s，因为t1＞t_d，则调整大功率电力半导体功率组件中驱动电路印制板的控制程序，将注入正向门极电流时间提前，直到该大功率电力半导体功率组件开通延迟达到3μs。

图1b门控晶闸管门极触发关断控制示意图。用示波器测量编号14-001的大功率电力半导体功率组件关断延迟，示波器通道1测量外部关断命令，示波器通道2测量门控晶闸管阳极电流，示波器上观测到从发出关断命令，到阳极电流下降到其稳态值10％的时间延迟t2＝4μs，因为t2＞t_f，不符合标定值，调整该大功率电力半导体功率组件控制程序，先将门极反向偏置时间提前300ns，重复前面测量步骤和调整控制程序，直到该大功率电力半导体功率组件关断延迟达到3.5μs。如果t2＜t_f，则调整驱动电路印制板的控制程序，将门极反向偏置时间延迟直到该大功率电力半导体功率组件关断延迟达到3.5μs。