开关元件驱动器以及使用该驱动器的回转式机械控制系统的制作方法
【专利摘要】一种开关元件驱动器以及使用该驱动器的回转式机械控制系统。在驱动器中，放电模块响应于驱动信号从接通状态变换到断开状态使开关元件的接通断开控制端以一定放电速率进行放电。改变模块确定是否满足条件，该条件包括在驱动信号的接通状态期间感测信号的电平大于阈值电平，并且在确定满足该条件时，响应于驱动信号从断开状态变换到接通状态使接通断开控制端的放电速率改变。放宽模块使得自驱动信号从断开状态变换到接通状态起经过一时段之后的条件与紧接在驱动信号从断开状态变换到接通状态后的条件相比被放宽。
【专利说明】开关元件驱动器以及使用该驱动器的回转式机械控制系统
【技术领域】
[0001]本公开内容涉及用于下述开关元件的驱动器:该开关元件具有用于输出与流经开关元件的导电通路的电流相关联的微小电流(也被称为感测电流)的感测端。本公开内容还涉及使用该驱动器的用于回旋式机械的控制系统。
【背景技术】
[0002]在日本专利公开N0.3339311中公开了这些驱动器的典型示例。作为开关元件的示例的IGBT (绝缘栅双极型晶体管)的驱动器能够改变IGBT从接通状态到断开状态的切换速度，从而保持电涌电压的减少与开关损耗的减少之间的平衡。例如，在该专利公开中，IGBT具有用于输出与流经IGBT的导电通路的电流相关联的感测电流的感测端，并且该驱动器基于从感测端输出的微小电流来改变IGBT的切换速度。
【发明内容】
[0003]然而，技术上困难的是改变从接通状态到断开状态的转换时段(即断开时段)期间的IGBT的切换速度。注意，晶体管如IGBT从断开状态到接通状态的转换时段也将被称为接通时段。因此，本申请的发明人研究了根据当前切换循环期间在IGBT处在接通状态时流经IGBT的电流的量来改变下一个切换循环中IGBT的切换速度的简单的技术方法。
[0004]在本研究中，把在IGBT接通的情况下由感测端输出的感测电流的量的测量考虑为连接在IGBT的发射极与感测端之间的电阻器上的电压降。
[0005]该测量导致与在IGBT开始从断开状态向接通状态改变之后的接通时段内的某个时间点处的电压降的值相比，紧接在IGBT开始从断开状态向接通状态改变之后的电压降的值增加。这种现象说明，即使流经IGBT的电流的量在接通时段内保持恒定，紧接在IGBT开始从断开状态向接通状态改变之后的电压降的值与IGBT的接通时段内的给定时间点处的电压降的值是不同的。
[0006]因此，将电压降的值与阈值进行比较从而确定IGBT从接通状态到断开状态的切换速度，会导致切换速度被确定为不适当的值。
[0007]鉴于上述情形，本公开内容的一个方面致力于提供用于这样的开关元件的驱动器，该开关元件具有用于输出与流经该开关元件的导电通路的电流相关联的电流的输出端，该驱动器被设计以解决上述问题。
[0008]具体地，本公开内容的另一方面旨在提供这样的驱动器，该驱动器能够基于来自输出端的输出电流来适当地改变开关元件的切换速度。
[0009]根据本公开内容的第一示例性方面，提供了一种用于响应于驱动信号来驱动电压控制型开关元件的驱动器，该电压控制型开关元件具有导电通路、接通断开控制端以及感测端，由该感测端输出与流经该导电通路的电流的量相关联的感测信号。该驱动器包括放电模块，该放电模块被配置成响应于驱动信号从接通状态变换到断开状态使电压控制型开关元件的接通断开控制端以预定放电速率进行放电，用于使电压控制型开关元件从接通状态改变成断开状态。该驱动器包括改变模块。该改变模块被配置成:确定是否满足用于执行使电压控制型开关元件中的相应的一个电压控制型开关元件的接通断开控制端的放电速率减小的条件，该条件包括在驱动信号的接通状态期间感测信号的电平高于阈值电平；并且在确定满足该条件时，响应于驱动信号从断开状态变换到接通状态，改变电压控制型开关元件中的相应的一个电压控制型开关元件的接通断开控制端的放电速率。该驱动器包括放宽模块，该放宽模块被配置成:与紧接在驱动信号从断开状态变换到接通状态之后的条件相比，放宽自驱动信号从断开状态变换到接通状态起经过预定时段之后的条件。
[0010]在本公开内容的第一示例性方面中，紧接在驱动信号从断开状态变换到接通状态之后，尽管实际上流经导电通路的电流的量较低，但确定感测信号的电平仍很可能(但不一定)高于阈值电平。因此，如果在本公开内容的第一示例性方面中没有设置放宽模块，那么在这种情况下可能会满足用于执行使电压控制型开关元件的接通断开控制端的放电速率减小的条件，导致电压控制型开关元件的放电速率可能被不适当地改变的风险。
[0011]然而，根据本公开内容的第一方面的驱动器装备有放宽模块。该放宽模块使得自驱动信号从断开状态变换到接通状态起经过预定时段之后的条件与紧接在驱动信号从断开状态变换到接通状态之后的条件相比被放宽。换言之，该放宽模块使得紧接在驱动信号从断开状态变换到接通状态之后的条件与自驱动信号从断开状态变换到接通状态起经过预定时段之后的条件相比更严格。这防止电压控制型开关元件的放电速率被不适当地改变的风险的发生，从而使电压控制型开关元件的放电速率适当地改变。
[0012]根据本公开内容的第二示例性方面，提供了一种用于响应于驱动信号来驱动电压控制型开关元件的驱动器，该电压控制型开关元件具有导电通路、接通断开控制端以及感测端，由该感测端输出与流经该导电通路的电流的量相关联的感测信号。该驱动器包括放电模块，该放电模块被配置成响应于驱动信号从接通状态变换到断开状态使电压控制型开关元件的接通断开控制端以预定放电速率进行放电，用于使电压控制型开关元件从接通状态改变成断开状态。该驱动器包括确定模块，该确定模块被配置成确定是否满足感测信号的电平高于阈值电平的持续时间等于或长于阈时间的条件。该驱动器包括禁用模块，该禁用模块被配置成使确定模块不能执行确定，直到自驱动信号从断开状态变换到接通状态起经过了预定时段为止。该驱动器包括放电速率改变模块，该放电速率改变模块被配置成在由确定模块确定满足了条件的情况下改变接通断开控制端的放电速率。
[0013]在本公开内容的第二示例性方面中，禁用模块使确定模块不能执行对是否满足感测信号的电平高于阈值电平的持续时间等于或长于阈时间的条件的确定，直到自驱动信号从断开状态变换到接通状态起经过了预定时段为止。
[0014]因此，即使在自驱动信号从断开状态变换到接通状态起经过预定时段之前满足了条件，也可以防止电压控制型开关元件的放电速率被不适当地改变。这导致对电压控制型开关元件的放电速率的适当的改变。
[0015]根据本公开内容的第三示例性方面，提供了一种用于控制回旋式机械的控制系统。该控制系统包括了装备有至少一对串联连接的电压控制型开关元件的逆变器，每个电压控制型开关元件具有导电通路、接通断开控制端以及感测端，由该感测端输出与流经该导电通路的电流的量相关联的感测信号。该控制系统包括用于驱动每个电压控制型开关元件的驱动器。该驱动器包括放电模块，该放电模块被配置成响应于驱动信号从接通状态变换到断开状态使电压控制型开关元件中的相应的一个电压控制型开关元件的接通断开控制端以预定放电速率进行放电，用于使电压控制型开关元件中的相应的一个电压控制型开关元件从接通状态改变成断开状态。该驱动器包括改变模块，该改变模块被配置成:确定是否满足用于执行使电压控制型开关元件中的相应的一个电压控制型开关元件的接通断开控制端的放电速率减小的条件，该条件包括在驱动信号的接通状态期间感测信号的电平高于阈值电平；并且在确定满足该条件时，响应于从断开状态变换到接通状态的驱动信号使电压控制型开关元件中的相应的一个电压控制型开关元件的接通断开控制端的放电速率改变。该驱动器包括放宽模块，该放宽模块被配置成:与紧接在驱动信号从断开状态变换到接通状态之后的条件相比，放宽自驱动信号从断开状态变换到接通状态起经过预定时段之后的条件。
[0016]由于根据本公开内容的第三示例性方面的控制系统包括用于逆变器的至少一对开关元件中的每个开关元件的前述的驱动器，所以可以实现与由根据本公开内容的第一示例性方面的驱动器实现的效果相同的效果。
[0017]鉴于结合附图的以下描述将进一步理解本公开内容的各个方面的上述和/或其他特征和/或优点。本公开内容的各个方面可以包括和/或不包括适用的不同的特征和/或优点。此外，本公开内容的各个方面可以结合适用的其他实施方式的一个或更多个特征。对【具体实施方式】的特征和/或优点的描述不应当被理解为对其他实施方式或权利要求的限制。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]根据参考附图对实施方式的以下描述，本公开内容的其他方面将变得明显，在附图中:
[0019]图1是示意性地示出根据本公开内容的第一实施方式的用于电动发电机的控制系统的整体配置的视图；
[0020]图2是示意性地示出图1所示的控制系统的逆变器的每个驱动单元的电路图；
[0021]图3是示意性地示出由图1所示的控制系统的每个驱动单元执行的放电速率确定过程的示例的流程图；
[0022]图4是示意性地示出由图1所示的控制系统的每个驱动单元执行的断开过程的示例的流程图；
[0023]图5是示意性地示出根据第一实施方式的在执行有源栅控制期间示出由每个驱动单元执行的有源栅控制的操作的参数如何变化的时序图；
[0024]图6A是示意性地示出(作为曲线图)根据第一实施方式的相对于开关元件的击穿电压的通过使开关元件断开而施加到开关元件的电压和集电极电流之间的关系的视图；
[0025]图6B是示意性地示出(作为曲线图)根据第一实施方式的流经开关元件的集电极电流与相应的驱动单元中的开关损耗之间的关系的视图；
[0026]图7是示意性地示出根据本公开内容的第二实施方式的由控制系统的每个驱动单元执行的第二放电速率确定过程的示例的流程图；
[0027]图8是示意性地示出根据本公开内容的第三实施方式的由控制系统的每个驱动单元执行的第三放电速率确定过程的示例的流程图；[0028]图9A是示意性地示出根据本公开内容的第四实施方式的由控制系统的每个驱动单元执行的第四放电速率确定过程的示例的流程图；
[0029]图9B是其中一个示出在逆变器的输入电压等于或大于阈值电压的情况下集电极发射极电压如何变化，而其中另一个示出在逆变器的输入电压小于阈值电压的情况下集电极发射极电压如何变化的曲线图；以及
[0030]图10是示意性地示出根据本公开内容的第五实施方式的由控制系统的每个驱动单元执行的第五放电速率确定过程的示例的流程图。
【具体实施方式】
[0031]在下文中，将参考附图对本公开内容的实施方式进行描述。在实施方式中，指定相似附图标记的各个实施方式之间的相似部分被省略或简化，以避免冗余的描述。
[0032]第一实施方式
[0033]参考图1，示出了根据第一实施方式的被安装在例如机动交通工具中作为主引擎的三相电动发电机作为回旋式机械的示例，其被简称为“电动发电机”10。电动发电机10机械稱联到机动交通工具的驱动轮(未示出)。
[0034]例如，无刷DC电机，即三相SM (同步电机)用作电动发电机10。
[0035]电动发电机10例如由包括磁场的转子和包括三相绕组即U相绕组、V相绕组以及W相绕组的定子构成。电动发电机10的转子基于转子的磁场与在三相绕组被通电的情况下由三相绕组生成的旋转场之间的磁相互作用而旋转。例如，三相绕组(U相绕组、V相绕组以及W相绕组)中的每一相绕组一端连接到公用接点(中性点)而另一端连接到例如星型配置中的各个端子。
[0036]在图1中，还示出了用于控制电动发电机10的控制系统100。控制系统100装备有逆变器INV，转换器CNV，作为DC电源的示例的高压电池12，驱动单元即驱动器、DU，接口14，低压电池16以及控制单元18。
[0037]高压电池12经由逆变器INV和转换器CNV电连接到电动发电机10。高压电池12具有例如等于或大于100V的跨闻压电池12的端电压。
[0038]转换器CNV包括电容器C、一对串联连接的开关元件Scp和Sen、一对续流二极管Dcp和Dcn以及电抗器L。电容器C与逆变器INV并联连接，而串联连接的开关元件Scp和Scn与电容器C并联连接。续流二极管Dcp和Dcn分别与相应的开关元件Scp和Scn反并联连接。电抗器L的一端连接到高压电池12的正端子以及开关元件Scp与开关元件Scn之间的连接点。转换器CNV的串联连接的开关元件Scp和Scn的一端连接到逆变器INV的正极DC输入线，而另一端连接到逆变器INV的负极DC输入线。逆变器INV的负极DC输入线连接到电池12的负端子。
[0039]转换器CNV可操作以将高压电池12的端电压转换成大于高压电池12的端电压的电压，并且将升高的电压输出作为转换器CNV的跨电容器C的输出DC电压。由转换器CNV使端电压提升的预定上限被设定成预定高电压，如666V。
[0040]逆变器INV被设计为三相逆变器。逆变器INV被设置有三对串联连接的高压侧和低压侧(上臂和下臂)开关元件Sup和SuruSvp和Svn以及Swp和Swn。逆变器INV还被设置有分别与相应的开关元件S*# (*=u、v、w,#=p、n)反并联电连接的续流二极管D*# (*=u、V、w, #=p> n)。
[0041]在第一实施方式中，多个IGBT分别用作开关元件S*# (*=u、V、w, #=ρ、η)。
[0042]在功率MOSFET用作开关元件S*# (*=u、v、w，#=p、n)的情况下，功率MOSFET的内部二极管可以用作续流二极管，从而除去续流二极管。
[0043]三对开关元件以桥式配置彼此并联连接。通过其开关元件S*p (*=u、v、w)中的每个开关元件串联连接到S*n (*=u、V、w)中的相应的一个开关元件的连接点与从U相绕组、V相绕组以及W相绕组中的相应的一个绕组的各个端子延伸的输出引线相连接。三对中的每一对串联连接的开关元件的一端，如相应的高压侧开关元件的集电极，经由正极DC输入线连接到高压电池12的正端子。三对中的每一对串联连接的开关元件的另一端，如相应的低压侧开关元件的发射极，经由负极DC输入线连接到高压电池12的负端子。
[0044]例如，控制单元18基于由低压电池16提供的低于跨高压电池12的端电压的电源电压而工作。因此，控制单元18与低压电池16构成低压系统。相反地，电动发电机10、转换器CNV、逆变器INV以及高压电池12构成高压系统。
[0045]高压系统使用机动交通工具的机架接地(机壳接地)作为高压系统的基准电位。因为中性点连接到机动交通工具的机架(机壳)，所以基准电位被设定成高压电池12的正端子处的电位与负端子处的电位的中间值。
[0046]另一方面，低压系统使用机动交通工具的机架接地作为其基准电位，该基准电位被设定成低压电池16的负端子处的电位。也就是说，高压电池12的负端子处的电位与低压电池16的负端子处的电位彼此不同。
[0047]接口 14被设置有光藕合器14a作为为逆变器INV和转换器CNV的相应开关元件S*#设置的绝缘构件的不例。每个光藕合器14a由光电二极管和光电晶体管组成。光藕合器14a被配置成能够在高压系统与低压系统之间建立电隔离的同时在高压系统与低压系统之间进行通信。具体地，每个光藕合器14a被配置成使控制单元18能够在控制单元18与开关元件S*#中相应的一个开关元件之间建立电隔离的同时对开关元件S*#中相应的一个开关元件进行控制。
[0048]控制单元18被设计成分别驱动逆变器INV和转换器CNV，从而控制电动发电机10的受控的变量，如电动发电机10的输出扭矩。
[0049]具体地，控制单元18被设计成将驱动信号gcp和gcn分别发送给为相应的开关元件Scp和Scn设置的驱动单元DU，从而分别接通或断开相应的开关元件Scp和Sen。控制单元18还被设计成将驱动信号gup、gun、gvp、gvn、gwp以及gwn分别发送给为相应的开关元件Sup、Sun、Svp> Svn> Swp以及Swn设置的驱动单元DU,从而分别接通或断开相应的开关元件Sup、Sun、Svp> Svn> Swp以及Swn。对相应的开关元件Sup、Sun、Svp> Svn> Swp以及Swn分别接通或断开将作为给逆变器INV的输入电压VH的跨电容器C的输出DC电压转换成AC电压，并且将AC电压提供给电动发电机10。
[0050]每个驱动信号g*#具有预定占空比，即开关元件S*#中的相应的一个开关元件的每个切换循环的接通持续时间比总持续时间的预定比率(参见图1)。具体地，控制单元18被设计成根据相应的驱动信号g*#经由相应的驱动单元DU补充地接通每一支路(相)的高压侧开关元件S*#和低压侧开关元件S*#。换言之，控制单元18被设计成交替地接通一支路(相)的高压侧开关元件S*p和同一支路(相)的低压侧开关元件S*n。该驱动器交替地关闭一支路的高压侧开关元件S*p的集电极和与发射极之间的导电通路和同一支路的低压侧开关元件S*n的集电极和与发射极之间的导电通路。
[0051]接下来，将参考图2来描述为相应开关元件S*#设置的每个驱动单元DU的电路结构的示例。
[0052]参考图2，驱动单元DU包括恒压源20、恒流开关元件22、恒流电阻器24以及差分放大器26。驱动单元DU还包括第一放电电阻器30、第一放电开关元件32、第二放电电阻器34、第二放电开关元件36、感测电阻器38以及芯片上的驱动IC40。
[0053]P沟道MOSFET用作恒流开关元件22，而N沟道MOSFET用作第一放电开关元件32和第二放电开关兀件36中的每一个。
[0054]外部恒压源20连接到安装在例如接口 14中的反激转换器20a。反激转换器20a连接到低压电池16并且可操作以基于跨低压电池16的电压产生恒定电压Vom作为电压源20的端电压。电压源20的输出端连接到恒流开关元件22的源极。恒流开关元件22的漏极连接到恒流电阻器24的一端，而恒流电阻器24的另一端连接到接通断开控制端，即开关元件S*#的栅极。恒流开关元件22的接通断开控制端，即栅极，连接到驱动IC40。
[0055]恒流电阻器24的两端连接到差分放大器26的非反相输入端和反相输入端，以使得恒流电阻器24的两端之间的电位差Vc由差分放大器26放大以输入给驱动IC40。
[0056]驱动IC40包括反馈模块FB。反馈模块FB可操作以进行反馈操作来操纵恒流开关元件22的栅极处的电压，使得输入驱动IC40的电位差Vc被调整成目标电平Vref。这导致跨恒流电阻器24的电压降Vc被调整成恒定电平，从而经由恒流电阻器24基于恒定电压Vom将开关元件S*#的栅极的充电电流保持在恒定电平。
[0057]开关元件S*#的栅极经由第一放电电阻器30、第一放电开关元件32以及驱动单元DU的公用电位线也连接到基准端，即开关元件S*#的作为导电通路的一端的发射极。具体地，开关元件S*#的栅极连接到第一放电电阻器30的一端，而第一放电电阻器30的另一端连接到第一放电开关元件32的漏极。第一放电开关元件32的源极经由公用电位线连接到开关元件S*#的发射极。
[0058]类似地，开关元件S*#的栅极经由第二放电电阻器34、第二放电开关元件36以及驱动单元DU的公用电位线连接到开关元件S*#的发射极。具体地，开关元件S*#的栅极连接到第二放电电阻器34的一端，而第二放电电阻器34的另一端连接到第二放电开关元件36的漏极。第二放电开关元件36的源极经由公用电位线连接到开关元件S*#的发射极。
[0059]第一放电电阻器30和第二放电电阻器34均是线性元件。第一放电电阻器30和第二放电电阻器34具有各自的电阻Rl和R2。第一放电电阻器30的电阻Rl低于第二放电电阻器34的电阻R2。第一放电电阻器30的电阻Rl与第二放电电阻器34的电阻R2之间的差导致了第一放电通路与第二放电通路之间电阻的差，用于使开关元件S*#的栅极放电，即用于使存储在开关元件S*#上的正电荷放电，从而断开开关元件S*#。选择第一放电通路和第二放电通路中之一能够对开关元件S*#进行有源栅控制，即对栅电压进行调整。
[0060]也就是说，根据第一实施方式，第一放电通路和第二放电通路中的每个通路的电阻用作用于调整使开关元件S*#的栅极放电的速率的参数。使不同的电阻Rl和R2之间的开关元件S*#的放电通路中的电阻改变旨在有效地减少由于对开关元件S*#的切换操作而产生的电涌损耗和开关损耗二者。[0061]注意，如上所述，根据第一实施方式的驱动单元DU使用恒流控制给开关元件S*#的栅极提供恒定的充电电流。与驱动单元DU使用恒压控制给开关元件S*#的栅极施加恒定电压的情况相比，根据第一实施方式的驱动单元DU导致了由于对开关元件S*#的切换操作而产生的电涌损耗和开关损耗二者的减少。
[0062]驱动IC40可操作以分别控制对恒流开关元件22、第一放电开关元件32以及第二放电开关元件36中的每个的接通或断开。
[0063]在第一实施方式中，驱动IC40接通恒流开关元件22和第一放电开关元件32或第二放电开关元件36中的一个开关元件，同时补充地断开其中另一个开关元件，从而交替地接通和断开开关元件S*#。
[0064]具体地,驱动IC40响应于相应的驱动信号g*#的上升沿来接通恒流开关元件22,同时断开第一放电开关元件32和第二放电开关元件36中的每个开关元件。在驱动信号g*#的对应的接通持续时间期间，驱动IC40保持恒流开关元件22接通，同时保持第一放电开关元件32和第二放电开关元件36中的每个开关元件断开。响应于相应的驱动信号g*#的下降沿，驱动IC40断开恒流开关元件22，同时接通第一放电开关元件32和第二放电开关元件36中的每个开关元件。在驱动信号g*#的相应的断开持续时间期间，驱动IC40保持恒流开关元件22断开，同时保持第一放电开关元件32和第二放电开关元件36中的每个开关元件接通。
[0065]开关元件S*#具有感测端子St，用于输出与流经开关元件S*#的集电极与发射极之间的导电通路的电流如集电极电流Ic相关联的微小电流(也被称为感测电流)。感测端子St经由电阻器38连接到驱动单元DU的公用电位线和驱动IC40 二者。
[0066]在集电极电流Ic流经开关元件S*#的导电通路的情况下，与集电极电流Ic相关联的感测电流流经电阻器38，从而引起了跨电阻器38的电压降。驱动IC40测量跨电阻器38的电压降以作为感测电压Vse，从而根据所测量的感测电压Vse获得指示流经开关元件S*#的集电极电流Ic的大小的信号。也就是说，感测电压Vse的电平与流经开关元件S*#的集电极电流Ic的大小相关联。
[0067]驱动IC40基于感测电压Vse来确定流经开关元件S*#的集电极电流Ic的电平是否超过了允许的上限。驱动IC40强制断开恒流开关元件22并且将故障安全信号FL输出到接口 14。
[0068]接口 14包括图1所示的故障安全单元14b，并且故障安全单元14b响应于故障安全信号FL来关闭逆变器INV和转换器CNV中的每个。
[0069]图2中示出了故障安全单元14b的结构的示例。
[0070]具体地，故障安全单元14b包括为每个光耦合器14a设置的电阻器64、一组低压电源60以及低电平有效开关元件62。故障安全单元14b还包括为每个开关元件S*#的光耦合器70、低压电源72、电阻器74、比较器76、电阻器78与电阻器80以及NAND门82。
[0071]光稱合器14a中的每个光稱合器的光电二极管的一端连接到电阻器64的一端和控制单兀18,而光稱合器14a中的每个光稱合器的光电二极管的另一端接地。电阻器64的另一端经由开关元件62连接到低压电源60。开关元件62的控制端连接到NAND门82的输出端。在低压信号被输入到开关元件62中的相应的一个开关元件以使得光电二极管被通电并且光电晶体管被接通的情况下，光耦合器14a中的每个是接通的。否则，在高压信号被输入到开关兀件62中的相应的一个开关兀件以使得光电二极管被断电并且光电晶体管被断开的情况下，光耦合器14a中的每个光耦合器是断开的。在光耦合器14a接通时，基于驱动信号g*#的信息被输入给驱动IC40。
[0072]光耦合器70中的每个由光电二极管和光电晶体管组成。光耦合器中的每个的光电二极管的一端连接到驱动IC40，而其另一端接地。各个光耦合器70的光电晶体管串联连接来构成串联连接的光耦合器模块。串联连接的光耦合器模块的一个端子连接到比较器76的反相输入端，而另一个端子接地。电阻器74与电阻器78构成分压器，该分压器对从低压电源72施加的电压进行分压，并且由分压器分压的电压被输入到比较器76的非反相输入端。低压电源72经由电阻器80也连接到比较器76的反相输入端。
[0073]在没有故障安全信号FL从驱动IC40输出的情况下，比较器76的反相输入端接地，以使得低电平的电压信号从比较器76输出到控制单元18。相反地，在关于至少一个开关元件S*# (也被称为目标开关元件S*#)的故障安全信号FL从驱动IC40输出的情况下，用于目标开关元件S*#的光耦合器70被断开。光耦合器70的断开使从低压电池72施加给比较器76的反相输入端的电压大于施加给比较器76的非反相输入端的经分压的电压，从而导致从比较器76输出的电压信号的低电平反转成高电平。比较器76的高电平电压信号被发送给控制单元18和NAND门82。
[0074]NAND门82具有两个输入端，其中一个输入端连接到比较器76的输出端，而其中另一个输入端连接到控制单元18。因而，从比较器76输出的高电平电压信号被输入到控制单兀18作为故障安全信号FLl。
[0075]控制单元18可操作以在故障安全信号FLl不被输入到控制单元18的情况下经由另一个输入端将具有高电平的电压信号正常地输出到NAND门82。因而，在没有故障安全信号FL从驱动IC40输出以使得高电平电压信号从比较器76输出的情况下,具有低电平的电压信号从NAND门82输出到为各个开关元件S*#设置的低电平有效开关元件62的控制端。因而，低电平有效开关元件62被接通或被保持接通，以使得开关元件S*#是接通的。也就是说，在没有故障安全信号FL从驱动IC40输出的情况下，开关元件S*#是接通的。
[0076]相反地，在至少一个开关元件S*#的故障安全信号FL从驱动IC40输出以使得低电平电压信号从比较器76输出的情况下,具有高电平的电压信号从NAND门82输出到为各个开关元件S*#设置的低电平有效开关元件62的控制端。因而，低电平有效开关元件62被断开或被保持断开，以使得所有开关元件S*#是断开的。也就是说，在至少一个故障安全信号FL从驱动IC40输出的情况下，所有开关元件S*#是断开的，以使得逆变器INV和转换器CNV中的每一个都被关闭。
[0077]注意，为了关闭逆变器INV和转换器CNV中的每个，希望使用开关元件S*#的栅极与公用电位线之间的另一条放电通路；该放电通路具有大于第一放电通路的电阻Rl和第二放电通路的电阻R2中的每个。例如，如图2所示，对于故障安全关闭的被示出为DP的放电通路包括具有连接到驱动IC40的接通断开控制端的开关元件SW。如上所述，在至少一个故障安全信号FL从驱动IC40输出的情况下，控制器14控制每个驱动器DU经由放电通路DP来接通开关元件SW，同时保持开关元件22、32以及36中的每个断开。开关元件SW的接通经由放电通路DP使存储在开关元件S*#的栅极中的电荷驱散，从而使开关元件S*#断开。如上所述，放电通路DP的电阻大于第一放电通路和第二放电通路中的每个的电阻。因而，在这种异常状态下开关元件S*#经由放电通路DP的断开速度低于在正常状态下开关元件S*#经由第一放电通路和第二放电通路中的每个的断开速度。开关元件S*#的断开速度的减小导致了对由于开关元件S*#的断开而产生的电涌的抑制。
[0078]在第一实施方式中，在下一个切换循环中将开关元件S*#从接通状态改变到断开状态的情况下，驱动IC40基于流经开关元件S*#的电流的量选择性地接通第一放电开关元件32和第二放电开关元件36中的任一个，同时IGBT在当前切换循环中处在接通状态。这基于流经开关元件S*#的集电极电流Ic的量而改变放电通路的电阻，用于使开关元件S*#断开，从而执行上述有源栅控制。
[0079]接下来，在下文中将参考图3来描述由每个驱动单元DU的驱动IC40执行的关于开关元件S*#的放电速率确定过程。
[0080]图3是示意性地示出放电速率确定过程的流程图。注意，每个驱动单元DU的驱动IC40可以被配置作为编程逻辑电路、硬连线逻辑电路或者结合硬连线逻辑和编程逻辑的混合电路。例如，驱动IC40被配置成在驱动单元DU被加电时重复地执行放电速率确定过程。
[0081]在驱动信号g*#被输入到驱动IC40的情况下，在步骤SlO中驱动IC40接收驱动信号g*#。
[0082]在步骤SlO中，驱动IC40确定驱动信号g*#是否从断开状态变换到接通状态。
[0083]在确定驱动信号g*#从断开状态变换到接通状态时(步骤SlO中的是)，驱动IC40执行步骤S12中的操作。具体地，在步骤S12中，驱动IC40在步骤S12中接通恒流开关元件22。恒流开关元件22的接通开始了对开关元件S*#的栅极的改变。
[0084]在步骤S12中，驱动IC40使预先合并在其中的作为硬件或软件计数器的第一计数器Tl递增I ;第一计数器Tl的初始值被设定成O。第一计数器Tl示出自驱动信号g*#从断开状态变换到接通状态起的已经过的时间。步骤S12中的操作用作例如被配置成响应于驱动信号g*#从断开状态到接通状态的变换来开始对时间Tl进行测量的第一模块。
[0085]接下来，在步骤S14中，驱动IC40确定第一计数器Tl是否等于或大于预置的第一阈时间值，即第一阈时段，Tlth0步骤S14中的操作是确定是否减小第二阈时间值，即稍后描述的第二阈时段，T2th。第一阈时间值Tlth例如基于感测电压Vse减少到稳定而集电极电流Ic恒定所需的时间而设定。步骤S14中的操作用作例如第二模块，其被配置成根据所测量的时间Tl确定自驱动信号从断开状态变换到接通状态起是否已经过预定时段Tlth。
[0086]在确定第一计数器Tl等于或大于第一阈时间值Tlth时(步骤S14中的是)，在步骤S16中驱动IC40将第二阈时间值T2th设定成短默认值T2S。否则，在确定第一计数器Tl小于第一阈时间值Tlth时(步骤S14中的否)，在步骤S18中驱动IC40将第二阈时间值T2th设定成大于短默认值T2S的长默认值T2L。具体地，由长默认值T2L限定的时间长于由短默认值T2S限定的时间。
[0087]在步骤S16或步骤S18的操作之后，驱动IC40执行步骤S20的操作。
[0088]在步骤S20中，驱动IC40确定感测电压Vse是否等于或大于有源栅阈值电压Vacth。步骤S20中的操作是确定是否使用第二放电开关元件36来断开开关元件S*#。具体地，感测电压Vse越高，流经开关元件S*#的集电极电流Ic的电平越高。为此，在集电极电流Ic的电平高的情况下，使用第一放电开关元件32断开开关元件S*#可以引起过高的电涌。为此，在集电极电流Ic的电平高的情况下，使用第二放电开关元件36来断开开关元件S*#也可以引起过高的电涌。因此，在集电极电流Ic的电平高的情况下，使用第二放电开关元件36来断开开关元件S*#使得可以防止基于开关元件S*#的断开的电涌过高。注意，有源栅阈值电压Vacth被设定成防止跨开关元件S*#的导电通路的两端即发射极和集电极施加的电压由于由开关元件S*#的断开产生的电涌而超过开关元件S*#的击穿电压。
[0089]在确定感测电压Vse等于或大于有源栅阈值电压Vacth时(步骤S20中的是)，驱动IC40使预先合并在其中的作为硬件或软件计数器的第二计数器T2递增1，在步骤S22中第二计数器T2的初始值被设定成O。第二计数器T2示出等于或大于有源栅阈值电压Vacth的感测电压Vse的持续时间。否则，在确定感测电压Vse小于有源栅阈值电压Vacth时(步骤S20中的否)，在步骤S26中驱动IC40将第二计数器T2重置为零。
[0090]在完成了步骤S22中的操作之后，在步骤S24中，驱动IC40确定第二计数器T2是否等于或大于上述第二阈时间值T2th。步骤S24中的操作是确定是否使用第二放电开关元件36。
[0091]注意，第二计数器T2等于或大于第二阈时间值T2th的条件用作执行使开关元件S*#的放电速率减小的条件，这在下文中将被称为执行条件。在放电速率确定过程中设置执行条件以用于避免错误地选择用于使开关元件S*#的栅极放电的第二放电开关元件36。
[0092]具体地，存在下述风险:在经过第一阈时间值Tlth之后，感测电压Vse由于噪声而短暂地超过有源栅阈值电压Vacth。在此情况下，在步骤S20中的肯定确定用作执行条件的情况下，可能存在不适当地使用第二放电开关元件36的风险。另一方面，在经过第一阈时间值Tlth之前，尽管集电极电流Ic实际上是低的，步骤S20中的确定仍很可能是肯定的。因此，在步骤S20中的肯定确定用作执行条件的情况下，会存在不适当地使用第二放电开关元件36的风险。
[0093]因此，根据第一实施方式的驱动IC40被配置成使用第二计数器T2等于或大于第二阈时间值T2th的确定来作为执行条件。
[0094]在第一实施方式中，步骤S12、S14、S16以及S18中的操作用作例如可以由图2所示的硬件电路、软件电路或硬件/软件混合电路构成的放宽模块Ml。放宽模块Ml被配置成使得在自驱动信号从断开状态变换到接通状态起经过预定时段Tlth之后的执行条件与紧接在驱动信号从断开状态变换到接通状态之后的执行条件相比被放宽。
[0095]例如，与紧接在驱动信号从断开状态变换到接通状态之后的执行条件相比，使在自驱动信号从断开状态变换到接通状态起经过预定时段Tlth之后的执行条件放宽包括:使执行条件与紧接在驱动信号从断开状态变换到接通状态之后相比，在自驱动信号从断开状态变换到接通状态起经过预定时段Tlth之后更容易被满足。
[0096]在确定第二计数器T2小于第二阈时间值T2th时(步骤S24中的否)，驱动IC40执行步骤S28中的操作。在步骤S28中，驱动IC40确定驱动信号g*#是否从接通状态变换到断开状态。
[0097]在确定驱动信号g*#未从接通状态变换到断开状态时(步骤S28中的否)，驱动IC40返回到步骤S12中的操作，并且重复地执行从步骤S12开始的操作。
[0098]否则，在确定驱动信号g*#从接通状态变换到断开状态时(步骤28中的是)，在步骤S32中驱动IC40确定使用第一放电开关元件32用于使开关元件S*#断开。具体地，驱动IC40选择包括第一放电电阻器30的第一放电通路的电阻Rl作为开关元件的栅极的放电通路的阻抗。
[0099]另一方面，在确定第二计数器T2等于或大于第二阈时间值T2th时(步骤S24中的是)，驱动IC40执行步骤S30中的操作。在步骤S30中，驱动IC40确定使用第二放电开关元件36用于使开关元件S*#断开。具体地，驱动IC40接通第二放电开关元件36，同时断开第一放电开关元件32，从而选择电阻R2替代电阻Rl作为开关元件S*#的栅极的放电通路的阻抗。由于电阻R2大于电阻R1，所以降低了开关元件S*#的放电速率。
[0100]在完成了步骤S30或步骤S32中的操作之后，在步骤S34中驱动IC40将第一计数器Tl和第二计数器T2中的每个重置成零，并且终止放电速率确定过程。此外，在确定驱动信号g*#未从断开状态变换到接通状态时(步骤SlO中的否)，在步骤S34中驱动IC40将第一计数器Tl和第二计数器T2中的每个重置成零，并且终止放电速率确定过程。
[0101]步骤S20、S22、S24以及S30中的操作例如用作可以由图2所示的硬件电路、软件电路或硬件/软件混合电路构成的改变模块M2。改变模块M2被配置成:
[0102]确定在驱动信号的接通状态期间是否满足包括感测信号的电平大于阈值电平Vacth的执行条件；以及
[0103]响应于从断开状态变换到接通状态的驱动信号，根据感测信号的电平来改变开关元件S*#的栅极的放电速率。
[0104]在从另一方面来看图3所示的放电速率确定过程的操作的情况下，步骤S20、S22以及S24中的操作例如用作确定模块M3，而步骤S12和S14中的操作例如用作禁用模块M4。在另一方面，步骤S30中的操作例如用作放电速率改变模块M5。模块M3至M5中的每个都可以由图2所示的硬件电路、软件电路或硬件/软件混合电路构成。
[0105]确定模块M3被配置成确定是否满足了大于阈值电平Vacth的感测信号Vse的电平的持续时间T2等于或长于阈时间T2th的执行条件。
[0106]禁用模块M4被配置成使确定模块M3不能执行确定，直到自驱动信号g*#从断开状态变换到接通状态起经过预定时段Tlth为止。
[0107]放电速率改变模块M5被配置成在由确定模块确定满足执行条件的情况下改变开关元件S*#的栅极的放电速率(参见步骤S24中的肯定确定和步骤S30中的操作)。
[0108]图4是示意性地示出根据第一实施方式的由使用放电模块的每个驱动单元DU的驱动IC40执行的开关元件S*#的断开过程的流程图。在第一实施方式中，放电模块例如是可操作以响应于从接通状态变换到断开状态的驱动信号使开关元件S*#的栅极以预定放电速率进行放电，用于使开关元件S*#从接通状态改变成断开状态。例如，放电模块包括第一放电电阻器30、第一放电开关兀件32、第二放电电阻器34以及第二放电开关兀件36。例如，驱动IC40被配置成在驱动单元DU被加电时重复地执行断开过程。
[0109]在驱动信号g*#被输入到驱动IC40的情况下，在步骤S40中驱动IC40接收驱动信号g*#。
[0110]在步骤S40中，驱动IC40确定驱动信号g*#是否从接通状态变换到断开状态。
[0111]在确定驱动信号g*#从接通状态变换到断开状态时(步骤S40中的是)，驱动IC40执行步骤S42中的操作。具体地，在步骤S42中，驱动IC40确定基于第一放电电阻器30的第一放电通路是否被选择作为开关元件S*#的栅极的放电通路。
[0112]在确定基于第一放电电阻器30的第一放电通路被选择作为开关元件S*#的栅极的放电通路时(步骤S42中的是)，在步骤S44中驱动IC40接通第一放电开关元件32。
[0113]否则，在确定基于第二放电电阻器34的第二放电通路被选择作为开关元件S*#的栅极的放电通路时(步骤S42中的否)，在步骤S46中驱动IC40接通第二放电开关元件36。
[0114]在完成了步骤S44或步骤S46中的操作之后，驱动IC40终止断开过程。此外，在确定驱动信号g*#未从接通状态变换到断开状态时(步骤S40中的否)，驱动IC40终止断开过程。
[0115]也就是说，放电速率确定过程和断开过程用作使每个驱动单元DU的驱动IC40执行针对相应开关元件S*#的有源栅控制的过程。
[0116]图5是示意性地示出在执行有源栅控制期间示出对有源栅控制的操作的参数如何变化。参数包括驱动信号g*#、开关元件S*#的栅极处的栅电压Vge、集电极电流Ic以及感测电压Vse。栅电压Vge示出开关元件S*#的栅极与发射极之间的电位差的绝对值。
[0117]参考图5，在时刻tl处驱动信号g*#从断开状态变换到接通状态的情况下，恒流开关元件22在时刻tl处被接通。恒流开关元件22的接通在时刻t2处基于跨恒流电阻器24的电位差Vc开始使栅电压Vge增加。栅电压Vge的增加使集电极电流Ic增加(参见时刻 t3)。
[0118]参考图5，栅电压Vge上升到Miller电压Vm，并且此后在Miller电压处保持一个Miller时段，以便改变栅漏电容。此后，栅电压Vge上升到其上限。
[0119]注意，集电极电流Ic的波形的变化示出集电极电流Ic突然上升(参见时刻t4)，并且此后，稍微下降(参见时刻t5)。假定开关元件S*#是一相的高压侧的开关元件和低压侧的开关元件之一，集电极电流Ic的变化是由流经反并联连接到同一相的高压侧开关元件S*p和低压侧开关元件S*n中的另一个开关元件的二极管D*p或D*n的恢复电流引起的。
[0120]有恢复电流流动的时段内的集电极电流Ic的电平不适于用作下述值:驱动IC40参考该值用于在有源栅控制下确定放电通路的阻抗。
[0121]此外，在恢复电流的流动停止之后，集电极电流Ic的波形的变化示出集电极电流Ic逐渐上升。
[0122]由于恢复电流，跨续流二极管和开关元件S*p与S*n中的另一个开关元件产生了电涌。电涌经由开关元件S*p与S*n之一的发射极与集电极之间的寄生电容被叠加在开关元件S*p与S*n之一的感测电压Vse上。该叠加导致感测电压Vse的峰值，并且感测电压Vse的峰值在时刻t6处超过有源栅阈值电压Vacth。
[0123]如图5所示，在恢复电流停止之后栅电压Vm保持在Miller电压Vm的情况下，感测电压Vm的电平相对于集电极电流Ic的电平被保持在较高的值。
[0124]因此，根据第一实施方式的驱动IC40建立第二阈时间值T2th用作禁用时段，即屏蔽时段。禁用时段意指这样的时段:在该时段期间使开关元件S*#的栅极的放电通路的阻抗不能从低阻抗即电阻Rl改变成高阻抗即电阻R2。换言之，第二阈时间值T2th的长默认值T2L被设定成:第二阈时间值T2th的长默认值T2L的期满导致超过了有源栅阈值电压Vacth的感测电压Vse等于或小于有源栅阈值电压Vacth。因此，可以避免在有源栅控制下开关元件S*#的放电通路的阻抗由于保持在Mi 11 er电压Vm的栅电压Vge而被设定成不适当的值。
[0125]此后，感测电压Vse随着集电极电流Ic的增加而上升，使得感测电压Vse在时刻t7处超过了有源栅阈值电压Vacth。此后，在其间感测电压Vse等于或大于有源栅阈值电压Vacth的经计数的时间T2变得等于或大于第二阈时间值T2th的短默认值T2S的情况下，在有源栅控制下放电通路的阻抗在时刻t8处被确定成高阻抗的电阻R2。如上所述，由于自驱动信号g*#从断开状态变换到接通状态起经过了第一阈时间值Tlth，所以第二阈时间值T2th从长默认值T2L改变成短默认值T2S。
[0126]为此，即使在感测电压Vse变得等于或大于有源栅阈值电压Vacth之后不久将驱动信号g*#从接通状态变换到断开状态，也可以将在有源栅控制下放电通路的阻抗确定成适当的值。这导致消除了对有源栅阈值电压Vacth具有大的余量的需要，从而将有源栅阈值电压Vacth设定成尽可能高的值。
[0127]接下来，将参考图6A和图6B来描述由根据第一实施方式的驱动单元DU实现的技术效果。
[0128]图6A示意性地示出(作为曲线图)通过使开关元件S*#断开而施加到开关元件S*#的电压Vsurge与集电极电流Ic之间的关系，以及曲线图与开关元件S*#的击穿电压Vigbt之间的关系。在图6A中，由根据第一实施方式的驱动单元DU获得的实线图表明所施加的电压Vsurge紧接在其达到击穿电压Vigbt之前减少。在有源栅控制下开关元件S*#的放电通路的阻抗的增加使图6A中所示的所施加的电压Vsurge减小。
[0129]相反地，由使用固定时间值作为第二阈时间值T2th的已知的驱动单元获得的虚线图在图6A中被示出。如上所述，第二阈时间值T2th被设定成固定的时间值。为此，为了在集电极电流Ic的电平等于或大于与根据第一实施方式的有源栅阈值电压Vacth对应的电流电平的情况下可靠地增加开关元件S*#的放电通路的阻抗，需要将有源栅阈值电压Vacth设置成小于根据第一实施方式的有源栅阈值电压Vacth的值。因此，虚线图表明在保持感测电压Vse相对于击穿电压Vigbt具有给定的余量的同时增加了放电通路的阻抗。
[0130]具体地，图6B示出的实线图示出流经开关元件S*#的集电极电流Ic与根据第一实施方式的驱动单元DU中的开关损耗之间的关系。图6B还示出了虚线图，该虚线图示出流经开关元件S*#的集电极电流Ic与已知的驱动单元中的开关损耗之间的关系。
[0131]图6B表明与根据第一实施方式的驱动单元DU中的开关损耗相比已知的驱动单元中的开关损耗减小。
[0132]如上所述，根据第一实施方式的用于每个开关元件S*#的驱动单元DU被配置成:与紧接在驱动信号g*#从断开状态变换到接通状态之后对开关元件S*#的执行条件相比，放松即放宽自驱动信号g*#从断开状态变换到接通状态起经过第一阈时间值Tlth之后对开关元件S*#的执行条件。
[0133]具体地，该配置使得:与紧接在驱动信号g*#从断开状态变换到接通状态之后相t匕，自驱动信号g*#从断开状态变换到接通状态起经过第一阈时间值Tlth之后的第二阈时段T2th的长度变短。
[0134]该配置实现了下述第一效果:可靠地执行使开关元件S*#的放电速率减小，同时在栅电压Vge充分增加到作为其上限的稳态电平Vst之前避免由于感测电压Vm的电平相对于集电极电流Ic的电平较高的而使开关元件S*#的放电速率减小。
[0135]根据第一实施方式的用于每个开关元件S*#的驱动单元DU还被配置成:在驱动信号g*#处在断开状态时使开关元件S*#的栅极的放电通路的阻抗不能从低阻抗改变到高阻抗。该配置实现了下述第二效果:在驱动信号g*#处在断开状态时避免在有源栅控制下开关元件S*#的放电通路的阻抗由于栅电压Vge而被设定成不适当的值。
[0136]根据第一实施方式的用于每个开关元件S*#的驱动单元DU还被配置成:减小第二阈时间值T2th，从而放宽对于开关元件S*#的执行条件。该配置实现了下述第三效果:容易地使对于开关元件S*#的执行条件放宽。
[0137]此外，根据第一实施方式的用于每个开关元件S*#的驱动单元DU被配置成:
[0138]开始测量自驱动信号g*#从断开状态变换到接通状态起经过的时间作为第一计数器Tl ;以及
[0139]在所测量的经过时间等于或大于第一阈时间值Tlth的情况下放宽对于开关元件S*#的执行条件。
[0140]该配置实现了下述第四效果:适当地确定执行条件的放宽时机。
[0141]第二实施方式
[0142]将参考图7来描述根据本公开内容的第二实施方式的用于控制电动发电机10的控制系统。
[0143]根据第二实施方式的控制系统的结构和/或功能除了下列几点之外与根据第一实施方式的控制系统的结构和/或功能大体上是相同的。因此，在下文中将主要描述不同点。
[0144]根据第二实施方式的关于开关元件S*#的第二放电速率确定过程被配置成在驱动信号g*#处在断开状态时根据等于或大于有源栅阈值电压Vacth的感测电压Vse的持续时间的长度来确定执行条件。
[0145]图7是示意性地示出根据第二实施方式的由每个驱动单元DU的驱动IC40执行的关于开关元件S*#的第二放电速率确定过程的流程图。
[0146]注意，图3所示的放电速率确定过程与图7所示的第二放电速率确定过程均由每个驱动单元DU的驱动IC40重复地执行。
[0147]如图7所示，在步骤S50中，驱动IC40确定驱动信号g*#是否从接通状态变换到断开状态。
[0148]在确定驱动信号g*#从接通状态变换到断开状态时(步骤S50中的是)，在步骤S52中驱动IC40确定感测电压Vse是否等于或大于有源栅阈值电压Vacth。
[0149]在确定感测电压Vse等于或大于有源栅阈值电压Vacth时(步骤S52中的是)，驱动IC40使预先合并其中的作为硬件或软件计数器的第三计数器T3递增1，第三计数器T3的初始值被设定成O。第三计数器T3示出等于或大于有源栅阈值电压Vacth的感测电压Vse的持续时间。
[0150]否则，在确定感测电压Vse小于有源栅阈值电压Vacth时(步骤S52中的否)，在步骤S56中驱动IC40将第三计数器T3重置为零。
[0151]在完成了步骤S54中的操作之后，在步骤S58中驱动IC40确定第三计数器T3是否等于或大于第三阈时间值T3th。步骤S58中的操作是确定是否在有源栅控制下增加开关元件S*#的放电通路的阻抗。第三阈时间值T3th被设定成长于短默认值T2S。第三阈时间值T3th的该设定使得在驱动信号g*#处在断开状态时的执行条件与根据第一实施方式的在自驱动信号g*#从断开状态变换到接通状态起第一阈时间值Tlth之后的执行时间相比更严格。具体地，第三阈时间值T3th的该设定在驱动信号g*#处在断开状态时使有源栅控制下开关元件S*#的放电通路的阻抗不能改变。为了可靠地使阻抗不能改变，第三阈时间值T3th被设定成其间驱动信号g*#处在断开状态的预期最小时间值。
[0152]在确定第三计数器T3小于第三阈时间值T3th时(步骤S58中的否)，驱动IC40执行步骤S60中的操作。在步骤S60中，驱动IC40确定驱动信号g*#是否从断开状态变换到接通状态。
[0153]在确定驱动信号g*#未从断开状态变换到接通状态时(步骤S60中的否)，驱动IC40返回到步骤S52中的操作，并且重复地执行从步骤S52开始的操作。
[0154]另一方面，在确定第三计数器T3等于或大于第三阈时间值T3th时(步骤S58中的是)，驱动IC40执行步骤S62中的操作。在步骤S62中，驱动IC40确定使用第二放电开关元件36用于断开开关元件S*#。具体地，驱动IC40选择包括第二放电电阻器34的第二放电通路的电阻R2作为开关元件的栅极的放电通路的阻抗。
[0155]在完成了步骤S62中的操作之后，或者在确定驱动信号g*#从断开状态变换到接通状态时(步骤S60中的是)，在步骤S64中驱动IC40将第三计数器T3重置为零，并且终止放电速率确定过程。此外，在确定驱动信号g*#未从接通状态变换到断开状态时(步骤S50中的否)，在步骤S64中驱动IC40将第三计数器T3重置为零，并且终止放电速率确定过程。
[0156]如上所述，根据第二实施方式的用于每个开关元件S*#的驱动单元DU被配置成执行图3所示的放电速率确定过程和图7所示的第二放电速率确定过程二者，驱动单元DU基于等于或大于有源栅阈值电压Vacth的感测电压Vse的持续时间来确定开关元件S*#的放电通路的阻抗。因此，根据第二实施方式的用于每个开关元件S*#的驱动单元DU与驱动信号g*#是处在接通状态还是断开状态无关地确定开关元件S*#的放电通路的阻抗。
[0157]第三实施方式
[0158]将参考图8来描述根据本公开内容的第三实施方式的用于控制电动发电机10的控制系统。
[0159]根据第三实施方式的控制系统的结构和/或功能除了下列几点之外与根据第一实施方式的控制系统的结构和/或功能大体上是相同的。因此，在下文中将主要描述不同点。
[0160]图8是示意性地示出根据第三实施方式的由每个驱动单元DU的驱动IC40执行的关于开关元件S*#的第三放电速率确定过程的流程图。在根据第三实施方式的第三放电速率确定过程中，指定相似的步骤编号的与根据第一实施方式的放电速率确定过程的相似步骤被省略或简化，以避免冗余的描述。例如，驱动IC40被配置成在驱动单元DU被加电时重复地执行第三放电速率确定过程替代图3所示的放电速率确定过程。
[0161]参考图8，在确定驱动信号g*#从断开状态变换到接通状态时(步骤SlO中的是)，驱动IC40执行步骤S14a中的操作。
[0162]在步骤S14a中，驱动IC40确定栅电压Vge是否等于或大于电压源20的端电压Vom减去预置余量电平Λ ;该减法可以表示为“Vom-Λ”。步骤S14a中的操作是确定栅电压Vge是否达到稳态电平Vst。
[0163]在确定栅电压Vge等于或大于电压源20的端电压Vom减去预置余量电平Λ时(步骤S14a中的是)，驱动IC40执行上述步骤S16中的操作。否则，在确定栅电压Vge小于电压源20的端电压Vom减去预置余量电平Λ时(步骤S14a中的否)，驱动IC40执行上述步骤S18中的操作。
[0164]在第三实施方式中，步骤S14a、S16和S18中的操作用作例如图2中所示的放宽模块Ml。根据第三实施方式的放宽模块Ml被配置成在栅电压Vge等于或大于电压源20的端电压Vom减去预置余 量电平△的情况下确定自驱动信号从断开状态变换到接通状态起经过预定时段Tlth。
[0165]如上所述，根据第三实施方式的用于每个开关元件S*#的驱动单元DU被配置成在栅电压Vge等于或大于值k情况下增加满足条件的可能性,其中值k由等式k=Vom-A来限定。该配置除第一效果至第三效果之外还实现了第五效果:在感测电压Vse的电平相对于集电极电流Ic的电平是高时可靠地使满足条件的可能性不能增加。
[0166]第四实施方式
[0167]将参考图9A和图9B来描述根据本公开内容的第四实施方式的用于控制电动发电机10的控制系统。
[0168]根据第四实施方式的控制系统的结构和/或功能除了下列几点之外与根据第一实施方式的控制系统的结构和/或功能大体上是相同的。因此，在下文中将主要描述不同点。
[0169]图9A是示意性地示出根据第四实施方式的由每个驱动单元DU的驱动IC40执行的关于开关元件S*#的第四放电速率确定过程的流程图。在根据第四实施方式的第四放电速率确定过程中，指定相似步骤编号的与根据第一实施方式的放电速率确定过程的相似步骤被省略或简化，以避免冗余的描述。例如，驱动IC40被配置成在驱动单元DU被加电时重复地执行第四放电速率确定过程替代图3所示的放电速率确定过程。
[0170]参考图9A，在确定驱动信号g*#从断开状态变换到接通状态时(步骤SlO中的是)，驱动IC40执行步骤S14b中的操作。
[0171]在步骤S14b中，驱动IC40确定开关元件S*#的集电极发射极电压Vce是否等于或小于阈值电压Vcth。阈值电压Vcth被设定成接近于集电极发射极电压Vce的下限。集电极发射极电压Vce示出开关元件S*#的集电极与发射极之间的电位差的绝对值。
[0172]在确定集电极发射极电压Vce等于或小于阈值电压Vcth时(步骤S14b中的是)，在步骤S15中驱动IC40确定逆变器INV的输入电压VH是否等于或大于阈值电压Vhth。
[0173]在确定逆变器INV的输入电压VH等于或大于阈值电压Vhth时(步骤S15中的是)，在步骤S16中驱动IC40将第二阈时间值T2th设定成短默认值T2S，从而放宽执行条件。
[0174]否则，在确定逆变器INV的输入电压VH小于阈值电压Vhth时(步骤S15中的否)，在步骤S17中驱动IC40等待直到自集电极发射极电压Vce等于或小于阈值电压Vcth起经过预置时间Tw为止。在自集电极发射极电压Vce等于或小于阈值电压Vcth起经过预置时间Tw之后，在步骤S17中驱动IC40将第二阈时间值T2th设定成短默认值T2S，从而放宽执行条件。
[0175]否则，在确定集电极发射极电压Vce大于阈值电压Vcth时(步骤S14b中的否),在步骤S18中驱动IC40将第二阈时间值T2th设定成比短默认值T2S大的长默认值T2L。
[0176]在逆变器INV的输入电压VH等于或大于阈值电压Vhth的情况下，集电极发射极电压Vce随着栅极发射极电压Vge的增加而减少。具体地，集电极发射极电压Vce下降到预置中间电压，并且此后在预置中间电压处保持与Miller时段对应的时段。此后，集电极发射极电压Vce随着栅极发射极电压Vge上升到稳态电平Vst而下降到其下限(参见图9B的上部)。因此，感测电压Vse被确定成小于Vacth。
[0177]因此，如图9B的上部所示，集电极发射极电压Vce是否等于或小于阈值电压Vcth的条件可以用作第一计数器Tl是否等于或大于第一阈时间值Tlth的条件。
[0178]另一方面，在逆变器INV的输入电压VH小于阈值电压Vhth的情况下，在开关元件S*#的接通状态期间集电极发射极电压Vce变得等于或小于阈值电压Vcth的时机大大早于栅电压Vge上升到稳态电平Vst的时机(参见图9B的下部)。
[0179]具体地，在开关元件S*p或S*n被切换到接通状态的情况下，在相应的绕组中感应了电压作为反电动势以阻止流经逆变器INV的DC输入线的电流减小。也就是说，所感应的电压具有与逆变器INV的输入电压VH的极性相反的极性。为此，在驱动信号g*#从断开状态变换到接通状态的情况下，开关元件S*#的集电极发射极电压Vce小于逆变器INV的输入电压VH。特别地，在逆变器INV的输入电压VH小于阈值电压Vhth的情况下，尽管集电极电流Ic时间上是低的，集电极发射极电压Vce仍迅速下降成小于阈值电压Vcth而不保持在中间电压。
[0180]因此，在逆变器INV的输入电压VH小于阈值电压Vhth时，在步骤S14b中的肯定确定被用作执行条件的情况下，会存在不适当地使用第二放电开关元件36的风险。
[0181]因此，根据第四实施方式的驱动IC40被配置成使用集电极发射极电压Vce等于或小于阈值电压Vcth的确定和逆变器INV的输入电压VH等于或大于阈值电压Vhth的确定二者作为执行条件。
[0182]在逆变器INV的输入电压VH小于阈值电压Vhth时步骤S14b中的确定是肯定的情况下，驱动IC40使在有源栅控制下开关元件S*#的放电通路的阻抗不能改变，直到自集电极发射极电压Vce达到阈值电压Vcth处起经过预置时间Tw为止(参见图9B的下部)。预置时间Tw被获得以使得自集电极发射极电压Vce达到阈值电压Vcth起经过预置时间Tw以后，感测电压Vse已被估计成低于Vacth。
[0183]因此，驱动IC40可以使用集电极发射极电压Vce和逆变器INV的输入电压VH来确定是否改变开关元件S*#的放电通路的阻抗。
[0184]在第四实施方式中，步骤S14b、S15、S16、S17和S18中的操作用作例如图2中所示的放宽模块Ml。根据第四实施方式的放宽模块M被配置成:
[0185]将开关元件S*#的导电通路的第一端与第二端之间的电位差的绝对值与阈值电压Vcth进行比较；以及
[0186]在基于比较结果确定开关元件S*#的导电通路的第一端与第二端之间的电位差的绝对值小于阈值电压Vcth之后，确定自驱动信号从断开状态变换到接通状态起预定时段Tlth期满。
[0187]如上所述，根据第四实施方式的用于每个开关元件S*#的驱动单元DU被配置成基于开关元件S*#的集电极发射极电压Vce是否等于或小于阈值电压Vcth来确定使执行条件放松。由于集电极发射极电压Vce随着栅电压Vge的增加而减少，所以该配置除第一效果至第三效果之外还实现了第六效果:在感测电压Vse的电平相对于集电极电流Ic高时可靠地避免对执行条件的放松。[0188]第五实施方式
[0189]将参考图10来描述根据本公开内容的第五实施方式的用于控制电动发电机10的控制系统。
[0190]根据第五实施方式的控制系统的结构和/或功能除了下列几点之外与根据第一实施方式的控制系统的结构和/或功能大体上是相同的。因此，在下文中将主要描述不同点。
[0191]图10是示意性地示出根据第五实施方式的由每个驱动单元DU的驱动IC40执行的关于开关元件S*#的第五放电速率确定过程的流程图。在根据第五实施方式的第五放电速率确定过程中，指定相似步骤编号的与根据第一实施方式的放电速率确定过程的相似步骤被省略或简化，以避免冗余的描述。例如，驱动IC40被配置成在驱动单元DU被加电时重复地执行第五放电速率确定过程替代图3所示的放电速率确定过程。
[0192]参考图10，在确定第一计数器Tl小于第一阈时间值Tlth时(步骤S14中的否)，驱动IC40返回到步骤S12中的操作而不执行步骤S18中的操作，并且重复地执行从步骤S12开始的操作。
[0193]第五放电速率确定过程的该配置仅在自驱动信号g*#从断开状态变换到接通状态起经过第一阈时间值Tlth之后允许执行步骤S20中的操作。换言之，自驱动信号g*#从断开状态变换到接通状态起经过第一阈时间值Tlth之后，可以执行步骤S20中的操作而不执行步骤S14中的操作。
[0194]具体地，在第五实施方式中，步骤S12和步骤S14中的操作用作例如图2中所示的放宽模块Ml。根据第五实施方式的放宽模块Ml被配置成与紧接在驱动信号从断开状态变换到接通状态之后的时机相比，在自驱动信号从断开状态变换到接通状态起经过第一阈时间值Tlth之后使包括步骤S14和步骤S20中的每一个步骤中的肯定确定的执行条件放宽。
[0195]具体地，该配置允许在自驱动信号从断开状态变换到接通状态起经过第一阈时间值Tlth之后无条件地满足步骤S14中的确定。因此，与紧接在驱动信号从断开状态变换到接通状态之后的时机相比，该配置在自驱动信号从断开状态变换到接通状态起经过第一阈时间值Tlth之后使执行条件放宽。
[0196]根据第五实施方式的用于每个开关元件S*#的驱动单元DU的配置可以将第二阈时间值T2th固定成短默认值T2S。
[0197]根据第一实施方式至第五实施方式的驱动单元DU和控制系统可以被修改。
[0198]根据第一实施方式至第五实施方式的驱动IC40在步骤S30中用作使第二放电开关元件36接通同时使第一放电开关元件32断开的改变模块的一部分，但本公开内容不限于此。
[0199]具体地，驱动IC40在步骤S30中用作从第一放电开关元件32和第二放电开关元件36之一被接通到使第一放电开关元件32和第二放电开关元件36都接通的改变模块的一部分。在步骤S30中这使开关元件S*#的栅极的放电通路的阻抗从电阻Rl和R2之一改变成电阻Rl和R2之和。
[0200]在第一实施方式至第五实施方式中的每一个实施方式中，电阻器30的电阻Rl和电阻器34的电阻R2分别用作用于使开关元件S*#的栅极的放电速率改变的参数，但本公开内容不限于此。[0201]具体地，施加到开关元件S*#的栅极的电压电平可以用作用于使开关元件S*#的栅极的放电速率改变的参数。
[0202]在该修改中，在步骤S32a中(例如，参见图10)，驱动IC40可以通过例如将栅极连接到电位比开关元件S*#的发射极低的部分将负偏置电压施加到开关元件S*#的栅极。此夕卜，在步骤S30a中，驱动IC40可以通过例如将栅极连接到开关元件S*#的发射极将零电压施加到开关元件S*#的栅极。步骤S30a中的该操作使开关元件S*#的放电速率与基于步骤S32a中的操作的开关元件S*#的放电速率相比有所减小。
[0203]在第一实施方式至第五实施方式中的每一个实施方式中，感测电压Vse用作从开关元件S*#的感测端输出的感测信号，但本公开内容不限于此。具体地，与流经开关元件S*#的导电通路的电流的量相关联的、依赖于栅电压Vge的大小而变化大小的信号可以用作从开关元件S*#的感测端输出的感测信号。在该修改中，与紧接在驱动信号从断开状态变换到接通状态之后的执行条件相比，使自驱动信号g*#从断开状态变换到接通状态起经过预定时段Tlth之后的执行条件放宽，高效可靠地执行使开关元件S*#的放电速率减小。
[0204]作为被配置成响应于从断开状态变换到接通状态的驱动信号g*#而开始对时间Tl进行测量的第一模块，步骤S12中的操作不限于实际上使用驱动信号g*#的操作。具体地，配置成使用恒流开关元件22的栅电压被改变成特定电平的时机作为触发器，开始对时间Tl进行测量的步骤S12中的另一操作可以用作第一模块。特定电平示出了引起驱动信号g*#从断开状态变换到接通状态的触发使恒流开关元件22接通所需的电平。
[0205]在第四实施方式中，在确定逆变器INV的输入电压VH小于阈值电压Vhth的情况下，用于每个开关元件S*#的驱动单元DU被配置成只在自集电极发射极电压Vce等于或小于阈值电压Vcth起经过预置时间Tw以后使执行条件放宽。作为该配置的修改，预置时间Tw被配置成可依赖于输入电压VH和集电极电流Ic而变化的。在开关元件S*#从断开状态变换到接通状态期间使跨开关元件S*#的导电通路的第一端和第二端所施加的集电极发射极电压Vce减小的情况下，集电极电流Ic的电平用作与集电极电流Ic的改变速度相关联的参数。
[0206]如图9B所示，集电极发射极电压Vce的减小速度越快，预置时间Tw的长度可被减少的越多。因此，假定开关元件S*#从断开状态到接通状态的切换速度是恒定的，集电极电流Ic的电平越高，集电极电流Ic的改变速度越大，使得预置时间Tw的长度可被减少的越多。
[0207]在第一实施方式至第五实施方式中的每一个实施方式中，IGBT用作每个驱动单元DU的开关元件S*#，但N通道MOSFET或P通道MOSFET也可以用作每个驱动单元DU的开关元件S*#。在该修改中，使接通断开控制端即P通道MOSFET或N通道MOSFET的栅极到其一端即源极的电位差改变来允许P通道MOSFET或N通道MOSFET接通或断开。
[0208]虽然在此已经描述了本公开内容的说明性实施方式，但是本公开内容不限于在此所描述的实施方式，而包括基于本公开内容将由本领域技术人员想到的具有修改、省略、组合(例如，跨各个实施方式的各个方面)、改编和/或变更的所有实施方式。权利要求中的限制是基于权利要求中所使用的术语待进行广泛的解释，而不限于本说明书中所描述的示例或者在对本申请进行期间待被理解为非排他性的示例。
【权利要求】
1.一种用于响应于驱动信号来驱动电压控制型开关元件的驱动器，所述电压控制型开关元件具有导电通路、接通断开控制端以及感测端，由所述感测端输出与流经所述导电通路的电流的量相关联的感测信号，所述驱动器包括: 放电模块，所述放电模块被配置成:响应于所述驱动信号从接通状态变换到断开状态，使所述电压控制型开关元件的所述接通断开控制端以预定放电速率进行放电，用于使所述电压控制型开关元件从所述接通状态改变成所述断开状态； 改变模块，所述改变模块被配置成: 确定是否满足用于执行使所述电压控制型开关元件的所述接通断开控制端的放电速率减小的条件，所述条件包括在所述驱动信号的所述接通状态期间所述感测信号的电平高于阈值电平；并且 在确定满足所述条件时，响应于所述驱动信号从所述断开状态变换到所述接通状态，改变所述接通断开控制端的所述放电速率；以及 放宽模块，所述放宽模块被配置成:与紧接在所述驱动信号从所述断开状态变换到所述接通状态之后的所述条件相比，放宽自所述驱动信号从所述断开状态变换到所述接通状态起经过预定时段之后的所述条件。
2.根据权利要求1所述的驱动器，其中，所述放宽模块被配置成:与所述驱动信号处在所述断开状态时的所述条件相比，放宽自所述驱动信号从所述断开状态变换到所述接通状态起经过所述预定时段之后的所述条件。
3.根据权利要求1所述的驱动器，其中，所述条件是所述感测信号的电平高于所述阈值电平的持续时间等于或长于阈时间，并且所述放宽模块被配置成减小所述阈时间从而放宽所述条件。
4.根据权利要求1所述的驱动器，其中，除了所述感测信号的电平高于所述阈值电平之外，所述条件还包括自所述驱动信号从所述断开状态变换到所述接通状态起经过所述预定时段的条件，从而所述放宽模块被配置成放宽自所述驱动信号从所述断开状态变换到所述接通状态起经过所述预定时段之后的条件。
5.根据权利要求2所述的驱动器，其中，除了所述感测信号的电平高于所述阈值电平之外，所述条件还包括所述驱动信号处在所述接通状态的条件，从而所述放宽模块被配置成:与所述驱动信号处在所述断开状态时的所述条件相比，放宽自所述驱动信号从所述断开状态变换到所述接通状态起经过所述预定时段之后的所述条件。
6.根据权利要求1所述的驱动器，其中，所述放宽模块包括: 第一模块，所述第一模块被配置成响应于所述驱动信号从所述断开状态变换到所述接通状态而开始对时间进行测量；以及 第二模块，所述第二模块被配置成根据由所述第一模块测量的时间来确定是否自所述驱动信号从所述断开状态变换到所述接通状态起经过了所述预定时段。
7.根据权利要求1所述的驱动器，其中，所述电压控制型开关元件的所述导电通路具有第一端和与所述第一端相反的第二端，所述电压控制型开关元件基于所述第一端和所述第二端之一与所述接通断开控制端之间的电位差而被接通或断开，并且所述放宽模块被配置成在所述电位差的绝对值等于或大于预置值的情况下确定自所述驱动信号从所述断开状态变换到所述接通状态起经过了所述预定时段。
8.根据权利要求1所述的驱动器，其中，所述电压控制型开关元件的所述导电通路具有第一端和与所述第一端相反的第二端，并且所述放宽模块被配置成: 将所述开关元件的所述导电通路的所述第一端与所述第二端之间的电位差的绝对值与预置阈值进行比较；并且 在基于所述比较的结果确定所述开关元件的所述导电通路的所述第一端与所述第二端之间的所述电位差的绝对值等于或小于所述预置阈值之后，确定自所述驱动信号从所述断开状态变换到所述接通状态起经过了所述预定时段。
9.一种用于响应于驱动信号来驱动电压控制型开关元件的驱动器，所述电压控制型开关元件具有导电通路、接通断开控制端以及感测端，由所述感测端输出与流经所述导电通路的电流的量相关联的感测信号，所述驱动器包括: 放电模块，所述放电模块被配置成响应于所述驱动信号从接通状态变换到所述断开状态，使所述电压控制型开关元件的所述接通断开控制端以预定放电速率进行放电，用于使所述电压控制型开关元件从所述接通状态改变成所述断开状态； 确定模块，所述确定模块被配置成确定是否满足所述感测信号的电平高于阈值电平的持续时间等于或长于阈时间的条件； 禁用模块，所述禁用模块被配置成使所述确定模块不能执行所述确定，直到自所述驱动信号从所述断开状态变换到所述接通状态起经过预定时段为止；以及 放电速率改变模块，所述放电速率改变模块被配置成:在由所述确定模块确定满足所述条件的情况下，改变所述接通断开控制端的所述放电速率。
10.一种用于控制回旋式机械的控制系统，所述控制系统包括: 装备有至少一对串联连接的电 压控制型开关元件的逆变器，每个所述电压控制型开关元件具有导电通路、接通断开控制端以及感测端，由所述感测端输出与流经所述导电通路的电流的量相关联的感测信号；以及 用于驱动每个所述电压控制型开关元件的驱动器，所述驱动器包括: 放电模块，所述放电模块被配置成响应于所述驱动信号从接通状态变换到所述断开状态使所述电压控制型开关元件中的相应的一个电压控制型开关元件的所述接通断开控制端以预定放电速率进行放电，用于使所述电压控制型开关元件中的相应的一个电压控制型开关元件从所述接通状态改变成所述断开状态； 改变模块，所述改变模块被配置成: 确定是否满足用于执行使所述电压控制型开关元件中的相应的一个电压控制型开关元件的所述接通断开控制端的放电速率减小的条件，所述条件包括在所述驱动信号的所述接通状态期间所述感测信号的电平高于阈值电平；并且 在确定满足所述条件时，响应于所述驱动信号从所述断开状态变换到所述接通状态，改变所述电压控制型开关元件中的相应的一个电压控制型开关元件的所述接通断开控制端的所述放电速率；以及 放宽模块，所述放宽模块被配置成:与紧接在所述驱动信号从所述断开状态变换到所述接通状态之后的所述条件相比，放宽自所述驱动信号从所述断开状态变换到所述接通状态起经过预定时段之后的所述条件。
【文档编号】H02M3/155GK103683917SQ201310375836
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月26日 优先权日:2012年8月28日
【发明者】铃木智贵, 三浦亮太郎, 小松丈泰 申请人:株式会社电装