用于控制多管芯功率模块的操作的方法和装置

摘要

本发明涉及一种控制多管芯功率模块的操作的方法，该多管芯功率模块由并联联接的至少两个管芯组成。该方法包括以下步骤：‑获得在多管芯功率模块中流动的电流，‑获得与多管芯功率模块的管芯有关的损耗分布，‑根据所测量的在多管芯功率模块中流动的电流来估计一个管芯在没有管芯停用时、在所述一个管芯停用时，以及在至少一个其它管芯停用时的损耗，‑根据所估计的损耗并且根据所述损耗分布来确定是否应该停用管芯以及应该停用哪个管芯，‑如果应该停用管芯，则停用应该停用的管芯。

权利要求

1.一种控制多管芯功率模块的操作的方法，所述多管芯功率模块由并联联接的至少两个管芯组成，其特征在于，所述方法包括以下步骤：-获得在所述多管芯功率模块中流动的电流，

-获得与所述多管芯功率模块的管芯有关的损耗分布，

-根据所测量的在所述多管芯功率模块中流动的电流来估计一个管芯在没有管芯停用时、在所述一个管芯停用时，以及在至少一个其它管芯停用时的损耗，-根据所估计的损耗并且根据所述损耗分布来确定是否应该停用管芯以及应该停用哪个管芯，-如果应该停用管芯，则停用应该停用的管芯。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定的步骤包括以下子步骤：-确定所述应该停用的管芯应当部分停用还是完全停用，

-如果所述应该停用的管芯应当完全停用，则通过将所述应该停用的管芯保持在截止状态来完全停用所述应该停用的管芯，-通过在比其它管芯的时段短的时段期间激活所述应该停用的管芯来部分停用所述应该停用的管芯。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述管芯的损耗是所述管芯的传导损耗和开关损耗之和，根据在所述多管芯功率模块中流动的电流并且根据所述多管芯功率模块的管芯的停用状态来确定所述管芯的损耗。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，如果所述管芯被停用，则所述开关损耗为空值，如果所述管芯被完全停用，则所述传导损耗为空值，所述开关损耗在未停用的管芯间均等地分配，而所述传导损耗在未完全停用的管芯间均等地分配。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括获得所述多管芯功率模块的温度的步骤，并且所估计的损耗还取决于所获得的温度。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，根据所估计的损耗并且根据所述损耗分布来确定是否应该停用管芯以及应该停用哪个管芯的步骤还包括以下步骤：-根据所估计的损耗并且根据所述损耗分布来确定至少一个管芯的停用模式，并且停用应该停用的管芯的步骤根据所确定的停用模式来执行。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所估计的损耗并且根据所述损耗分布来确定是否应该停用管芯以及应该停用哪个管芯的步骤还包括以下步骤：-根据所估计的损耗并且根据所述损耗分布来确定至少一个管芯的停用模式，并且停用应该停用的管芯的步骤根据所确定的停用模式来执行。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：利用一个管芯在没有管芯停用时、在所述一个管芯被停用时，以及在至少一个其它管芯被停用时的估计损耗，来获得将管芯的损耗与所述多管芯功率模块的所述停用状态关联起来的第一矩阵，并且所述停用模式是根据所获得的第一矩阵和所述损耗分布来确定的。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：利用一个管芯在没有管芯停用时、在所述一个管芯被停用时，以及在至少一个其它管芯被停用时的估计损耗，来获得将管芯的损耗与所述多管芯功率模块的所述停用状态关联起来的第一矩阵，并且所述停用模式是根据所获得的第一矩阵和所述损耗分布来确定的。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：利用一个管芯在没有管芯停用时、在所述一个管芯被停用时，以及在至少一个其它管芯被停用时的估计损耗，来获得将管芯的损耗与所述多管芯功率模块的所述停用状态关联起来的第一矩阵，并且所述停用模式是根据所获得的第一矩阵和所述损耗分布来确定的。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：利用一个管芯在没有管芯停用时、在所述一个管芯被停用时，以及在至少一个其它管芯被停用时的估计损耗，来获得将管芯的损耗与所述多管芯功率模块的所述停用状态关联起来的第一矩阵，并且所述停用模式是根据所获得的第一矩阵和所述损耗分布来确定的。

12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所获得的第一矩阵是从存储在存储器中的查找表获得的。

13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述停用模式是由作为所述第一矩阵的逆与所述损耗分布的乘积而获得的矢量确定的，所获得的矢量的第k个分量限定了不应停用第k个管芯的激活周期的比率。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，如果所获得的矢量的第k个分量为负，则所述方法还包括以下步骤：-利用一个管芯在没有管芯停用时、在所述一个管芯停用时，以及在至少一个其它管芯停用时的估计损耗，获得将管芯的损耗与所述多管芯功率模块的所述停用状态关联起来的第二矩阵，第k个管芯被完全停用，并且所述停用模式是根据所获得的第二矩阵和所述损耗分布来确定的。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所估计的损耗并且根据所述损耗分布来确定是否应该停用管芯以及应该停用哪个管芯的步骤还包括以下子步骤：-存储所估计的损耗和表示所述管芯先前是否被停用的信息，

-根据所存储的估计损耗和信息，估计由所述多管芯功率模块的每个管芯耗散的累积热水平，并且确定是否应该停用管芯以及应该停用哪个管芯的步骤根据所估计的累积热水平并且根据所述损耗分布来执行。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，针对每个管芯来确定所估计的累积热水平与所述损耗分布之间的比率，并且如果所述比率超过预定值，则确定具有最高比率的管芯应该停用。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，如果所述比率超过第二预定值，则所述管芯被确定为应该完全停用。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其特征在于，通过确定在所述多管芯功率模块中流动的电流是否过零来获得所述损耗分布，并且如果在所述多管芯功率模块中流动的电流过零，则所述方法还包括以下步骤：-确定将所述管芯的损耗与所述管芯的温度关联起来的第三矩阵，所述第三矩阵取决于在所述多管芯功率模块中流动的电流和在所述多管芯功率模块中流动的电流过零的频率，并且所述损耗分布是通过根据所述第三矩阵和均衡化温度分布确定损耗分布的矢量来获得的。

19.一种控制多管芯功率模块的操作的装置，所述多管芯功率模块由并联联接的至少两个管芯组成，其特征在于，所述装置包括：-用于获得在所述多管芯功率模块中流动的电流的单元，

-用于获得与所述多管芯功率模块的管芯有关的损耗分布的单元，

-用于根据所测量的在所述多管芯功率模块中流动的电流来估计一个管芯在没有管芯停用时、在所述一个管芯停用时以及在至少一个其它管芯停用时的损耗的单元，-用于根据所估计的损耗并且根据所述损耗分布来确定是否应该停用管芯以及应该停用哪个管芯的单元，-用于在应该停用管芯的情况下停用应该停用的管芯的单元。

说明书

用于控制多管芯功率模块的操作的方法和装置

技术领域

[0001] 本发明总体上涉及用于控制多管芯功率模块(multi-die power module)的操作的系统和方法。

背景技术

[0002] 多管芯功率模块通常由若干并联连接的功率管芯组成，并且被用于增加超过单个功率管芯的电流能力。

[0003] 例如，三相转换器由每个开关的四个并联功率管芯组成，总计二十四个功率管芯。

[0004] 新兴器件技术(诸如SiC(碳化硅)和GaN(氮化镓)晶体管)通常因晶片衬底的产量和成本限制而以高电流密度、小功率管芯实现。

[0005] 为了实现更高功率的基于SiC的模块，需要多个并联的SiC管芯。与并联连接模块不同，并联连接管芯构成以理想方式使同一负载电流换向的单个开关。

发明内容

[0006] [技术问题]

[0007] 然而，无论使用何种类型的管芯(即，二极管或电压驱动开关(例如，MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管))，管芯内都存在静态地和动态地限制负载电流的均衡分配(sharing)的特性。

[0008] 多管芯功率模块内的每个管芯的温度受其在衬底上的几何位置的影响。这种温差不会导致管芯的充分利用，因此需要并联更多管芯来达到给定电流额定值，由此增加了功率模块的总成本和物理表面积。

[0009] 而且，开关期间的能量损耗受到经过管芯的电流的影响。

[0010] [问题的解决方案]

[0011] 本发明旨在增强管芯温度的平衡，然后增加多管芯功率模块的最大能力，而不需要实现常高的动态控制。

[0012] 为此，本发明涉及一种用于控制多管芯功率模块的操作的方法，所述多管芯功率模块由并联联接的至少两个管芯组成，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

[0013] -获得在所述多管芯功率模块中流动的电流，

[0014] -获得与所述多管芯功率模块中的管芯有关的损耗分布，

[0015] -根据所测量的在所述多管芯功率模块中流动的电流来估计一个管芯在没有管芯停用时、在所述一个管芯停用时，以及在至少一个其它管芯停用时的损耗，

[0016] -根据所估计的损耗和所述损耗分布来确定是否应该停用管芯以及应该停用哪个管芯，

[0017] -如果应该停用管芯，则停用应该停用的管芯。

[0018] 本发明还涉及一种用于控制多管芯功率模块的操作的装置，所述多管芯功率模块由并联联接的至少两个管芯组成，其特征在于，所述装置包括：

[0019] -用于获得在所述多管芯功率模块中流动的电流的单元，

[0020] -用于获得与所述多管芯功率模块中的管芯有关的损耗分布的单元，

[0021] -用于根据所测量的在所述多管芯功率模块中流动的电流来估计一个管芯在没有管芯停用时、在所述一个管芯停用时以及在至少一个其它管芯停用时的损耗的单元，[0022] -用于根据所估计的损耗和所述损耗分布来确定是否应该停用管芯以及应该停用哪个管芯的单元，

[0023] -用于在应该停用管芯的情况下停用应该停用的管芯的单元。

[0024] 因此，当一个管芯停用时，管芯间的损耗是不均衡的，并且可以将实现的管芯损耗分布转向与多管芯功率模块的管芯有关的损耗分布。结果，管芯的温度可以更好地均衡，导致管芯间的相似耗损。所述多管芯功率模块的寿命得到改善。

[0025] 由于根据所述多管芯功率模块的停用状态并且根据在所述多管芯功率模块中流动的电流来估计管芯损耗，因而对损耗的估计准确，并且停用的效果可以准确地转向与所述多管芯功率模块的管芯有关的损耗分布。所述转向以慢速闭环方式实现。只需要一个电流传感器，并且测量很慢。由于采集和控制电路两者的复杂性较低，因此可以按低成本实现管芯间的温度均衡化。

[0026] 根据特定特征，所述确定步骤还包括以下子步骤：

[0027] -确定应该停用的管芯应部分停用还是完全停用，

[0028] -如果应该停用的管芯应完全停用，则通过使管芯保持在截止状态来完全停用应该停用的管芯，

[0029] -通过在比其它管芯的时段短的时段期间激活应该停用的管芯来部分停用应该停用的管芯。

[0030] 因此，实现的管芯损耗分布更快地转向与所述多管芯功率模块的管芯有关的损耗分布，因为完全停用的效果除了降低开关损耗之外还降低了传导损耗。另一方面，与部分停用相比，管芯的完全停用可增加多管芯功率模块的总损耗。因此，所述多管芯功率模块的控制具有更好的可控性，以换得收敛的速度和有效性以及最小化损耗。

[0031] 根据特定特征，管芯的损耗是管芯的传导损耗与开关损耗之和，传导损耗与开关损耗根据在所述多管芯功率模块中流动的电流并且根据所述多管芯功率模块中的管芯的停用状态来确定。

[0032] 因此，很好地描述了由不同停用选择和不同电流水平引起的管芯损耗的行为。结果，实现的损耗分布朝着希望损耗分布转向是有效的。

[0033] 根据特定特征，如果管芯被停用，则开关损耗为空值，如果管芯被完全停用，则传导损耗为空值，开关损耗在未停用的管芯间均等地分配，而传导损耗间未完全停用的管芯间均等地分配。

[0034] 因此，一个管芯的停用对其它管芯的损耗的影响是直接的。

[0035] 根据特定特征，所述方法还包括以下步骤：获得所述多管芯功率模块的温度，并且所估计的损耗还取决于所获得的温度。

[0036] 因此，可以根据所述多管芯功率模块的使用来改变损耗的确定。所估计的传导损耗和开关损耗的比例可以以准确的方式随温度变化。

[0037] 根据特定特征，根据所估计的损耗和损耗分布来确定是否应该停用管芯以及应该停用哪个管芯的步骤还包括以下步骤：

[0038] -根据所估计的损耗并且根据所述损耗分布来确定至少一个管芯的停用模式，以及

[0039] 停用应该停用的管芯的步骤根据所确定的停用模式来执行。

[0040] 因此，停用模式涵盖一系列连续的激活周期，在每个激活周期具有预定的停用状态。停用模式可以以开环方式进行，直到所测量的电流变化为止。所述多管芯功率模块的控制以低复杂性和低成本实现。

[0041] 根据特定特征，所述方法还包括以下步骤：利用一个管芯在没有管芯停用时、在所述一个管芯停用时，以及在至少一个其它管芯停用时的估计损耗，获得使管芯的损耗与所述多管芯功率模块的停用状态关联起来的第一矩阵，并且所述停用模式根据所获得的第一矩阵和所述损耗分布来确定。

[0042] 因此，停用模式的确定是根据准确的损耗估计确定的，其由停用模式的选择而产生。

[0043] 根据特定特征，所获得的第一矩阵是从存储在存储器中的查找表获得的。

[0044] 因此，即使存在不匹配的管芯和演变的电流波形，管芯停用对各个其它管芯损耗的影响也是准确的。

[0045] 根据特定特征，所述停用模式是根据作为所述第一矩阵的逆与所述损耗分布的乘积而获得的矢量来确定的，所获得的矢量的第k个分量限定其中不应停用第k个管芯的激活周期的比率。

[0046] 因此，容易确定所述停用模式。所述停用模式中的停用周期的数量直接针对所述多管芯功率模块中的每个管芯来确定。

[0047] 根据特定特征，如果所获得的矢量的第k个分量为负，则所述方法还包括以下步骤：

[0048] -利用一个管芯在没有管芯停用时、在所述一个管芯停用时，以及在至少一个其它管芯停用时的估计损耗，获得使管芯的损耗与所述多管芯功率模块的所述停用状态关联起来的第二矩阵，第k管芯完全停用，并且所述停用模式根据所获得的第二矩阵和所述损耗分布来确定。

[0049] 因此，清楚地确定对所述管芯的完全停用的确定。完全停用可以更有效地将实现的损耗分布转向希望损耗分布，尤其是在与传导损耗相比开关损耗较小的情况下。

[0050] 根据特定特征，根据所估计的损耗并且根据所述损耗分布来确定是否应该停用管芯以及应该停用哪个管芯的步骤包括以下子步骤：

[0051] -存储所估计的损耗和表示管芯先前是否停用的信息，

[0052] -根据存储的所估计的损耗和信息，估计由所述多管芯功率模块中的每个管芯耗散的累积热水平，

[0053] 并且确定是否应该停用管芯以及应该停用哪个管芯的步骤根据所估计的累积热水平并且根据所述损耗分布来执行。

[0054] 因此，每个管芯耗散的累积热水平转向希望损耗分布是有效的并且每个激活周期进行更新。

[0055] 与使用停用模式相比，该解决方案可以更好地反应快速演变的电流波形。

[0056] 根据特定特征，针对每个管芯确定所估计的累积热水平与所述损耗分布之间的比率，并且如果所述比率超过预定值，则具有最高比率的管芯被确定为要被停用。

[0057] 因此，关于应当停用哪个管芯的确定是容易的并且在每个激活周期实现。所述转向是有效的，因为具有最高比率的管芯与其相邻管芯相比耗散太多的热。选择该管芯进行停用是一种与其它管芯的耗散热水平成比例地降低该管芯的耗散热水平的有效方法。

[0058] 根据特定特征，如果所述比率超过第二预定值，则所述管芯比率被确定为要完全停用。

[0059] 因此，确定完全停用而不是部分停用是容易的。借助于完全激活，所述控制器可以限制会导致管芯的不希望耗损的过热情况。

[0060] 根据特定特征，通过确定在所述多管芯功率模块中流动的电流是否过零来获得所述损耗分布，并且如果在所述多管芯功率模块中流动的电流过零，则所述方法还包括以下步骤：

[0061] -确定使管芯的损耗与管芯的温度关联起来的第三矩阵，所述矩阵取决于在所述多管芯功率模块中流动的电流和在所述多管芯功率模块中流动的电流过零的频率，并且通过根据所述第三矩阵和均衡化温度分布确定损耗分布矢量来获得所述损耗分布。

[0062] 因此，损耗分布可以与流过所述多管芯功率模块的电流波形的基频相适应。管芯周围的热网的响应随热脉动频率而变化，所述控制可以更好地将实现的损耗分布转向这样的损耗分布，即，该损耗分布在给定基频处获得电流波形的均衡温度分布。

[0063] 根据阅读示例实施方式的下列描述，本发明的特征将更清楚地显现，所述描述参照附图生成。

附图说明

[0064] 图1表示了根据本发明的用于控制多管芯功率模块的操作的系统的示例。

[0065] 图2表示了根据本发明的用于控制多管芯功率模块的操作的控制器的示例。

[0066] 图3表示了根据本发明的用于确定控制多管芯功率模块的操作的电力模式的第一算法。

[0067] 图4表示了管芯的开关能量根据通过管芯的峰值漏极电流的变化的示例。

[0068] 图5表示了根据通过管芯的漏极电流的漏极-源极电阻的示例。

[0069] 图6表示了根据本发明的用于确定控制多管芯功率模块的操作的电力模式的第二算法。

[0070] 图7表示了用于确定损耗分布Q的算法。

具体实施方式

[0071] 图1表示了根据本发明的用于控制多管芯功率模块的操作的系统的示例。

[0072] 用于控制多管芯功率模块20的操作的系统包括控制器10和电流传感器15。

[0073] 多管芯功率模块20例如由标记为D1至D8的八个管芯组成。

[0074] 控制器10从图1中未示出的主机控制器接收要施加至多管芯功率模块20的输入控制信号，并根据由电流传感器15所感测的电流值、输入控制信号的工作频率、输入控制信号的占空比、存储在控制器的存储器中的预定损耗分布以及最终存储在控制器10的存储器中并包含针对每个管芯的激活模式的表来修改输入控制信号，如下文将公开的。

[0075] 例如，通过跳过至少一个激活周期来修改输入信号，使得由所修改的信号控制的管芯不会经历传导损耗和开关损耗，从而实现管芯的完全停用(passivation)，或者通过缩短激活周期来修改信号，使得由所修改的信号控制的管芯经历较少的开关损耗，来实现该管芯的部分停用。

[0076] 针对每个管芯，控制器10提供标记为VGS1至VGSN的栅极至源极信号，用于根据激活模式和输入控制信号来驱动每个管芯，其中，N是多管芯功率模块20的管芯的数量。在图1的示例中，N等于八。

[0077] 管芯D1至D8并联连接，管芯D1至D8的漏极或集电极30连接在一起，并且管芯D1至D8的源极或发射极25连接在一起。

[0078] 电流传感器15感测通过管芯D1至D8的电流之和，并向控制器10提供电流值。

[0079] 尽管增加了电流传感器15，但本发明保持低成本，因为电流传感器15既不需要高采集速度，也不需要高准确度，而且因为使用了单个电流传感器15。

[0080] 根据本发明的特定实现模式，多管芯功率模块20还包括感测多管芯功率模块20的衬底温度的温度传感器35。

[0081] 图2表示了根据本发明的用于控制多管芯功率模块的操作的控制器的示例。

[0082] 控制器20例如具有基于通过总线201连接在一起的组件和由程序控制的处理器200的架构，以便调节要为管芯提供的栅极到源极信号VGS1到VGSN。

[0083] 总线201将处理器200连接至只读存储器ROM 202、随机存取存储器RAM 203、输入/输出接口204以及电力接口206。

[0084] 存储器203包含寄存器，所述寄存器旨在接收变量、不同管芯的激活模式以及表示多管芯功率模块内的损耗分布的损耗分布(loss profile)矢量Q。

[0085] 如果激活模式被实时地确定，则存储器203包含与如图3、图6和/或图7所公开的算法有关的程序的指令。

[0086] 处理器200接收要施加至多管芯功率模块20的输入选通信号模式，并且针对输入控制信号的每个激活周期并且针对每个管芯，根据该激活模式来确定管芯的激活。

[0087] 只读存储器202包含与图3、图6和/或图7所公开的算法有关的程序的指令，所述指令在控制器20通电时被传递至随机存取存储器203。

[0088] 控制器20可以通过由诸如PC(个人计算机)、DSP(数字信号处理器)或微控制器的可编程计算机器执行指令集或程序而按软件实现；或者通过诸如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)的机器或专用组件而按硬件来实现。

[0089] 换句话说，控制器10包括使控制器10执行图3、图6和/或图7所公开的算法的电路或包含电路的器件。

[0090] 控制器10例如可以通过预编程的CPLD(复杂可编程逻辑器件)来实现。

[0091] 输入/输出接口204接收输入控制信号、来自电流传感器15和温度传感器35的感测信息、查找表以及损耗分配分布Q。

[0092] 针对每个功率管芯并针对输入控制信号的每个激活周期，电力接口206根据由处理器200确定的管芯停用模式，将输入控制信号转换成栅极到源极电压信号VGS1到VGSN。

[0093] 图3表示了根据本发明的用于确定控制多管芯功率模块的操作的电力模式的第一算法。

[0094] 本算法在由控制器10的处理器200执行的示例中公开。

[0095] 本算法例如每秒或每毫秒执行一次。

[0096] 在步骤S300，处理器200命令接口206以便获得由电流传感器15提供的电流值并存储所获得的电流。

[0097] 在下一步骤S301，处理器200检查所获得的电流值是否与先前存储的电流值不同。例如，如果差值大于或小于先前存储的电流值的10％，则所获得的电流值与先前存储的电流值不同。

[0098] 如果获得的电流值与先前存储的电流值不同，则处理器200移至步骤S302。否则，处理器200返回至步骤S300。

[0099] 在步骤S302，处理器200确定在多管芯功率模块20的所有管芯被激活时一管芯中的开关能量损耗Esw，N，和在多管芯功率模块20中的单个其它管芯未被激活时一管芯中的开关能量损耗Esw，N-1。

[0100] 开关损耗依赖于流过管芯D1至D8的电流。针对在步骤S300测量到的给定总电流I，流过激活管芯的电流是多管芯功率模块20中的激活管芯的数量的函数。在图4中给出了开关损耗与在一管芯中流动的电流的依赖性的示例。

[0101] 图4表示了管芯的开关能量根据通过管芯的峰值漏极电流的变化的示例。

[0102] 横轴表示管芯的以安培为单位的峰值漏极电流，纵轴表示以毫焦耳为单位的开关能量损耗。

[0103] 标记为30的曲线表示总开关损耗，标记为31的曲线表示当管芯从传导状态切换成非传导状态时由管芯耗散的关断开关损耗，而标记为32的曲线表示当管芯从非传导状态切换成传导状态时由管芯耗散的接通开关损耗。

[0104] 由曲线30给出的值例如被存储在ROM存储器202中的查找表中。

[0105] 根据所获得的电流值，处理器200根据在步骤S300测量到的电流值来确定电流经过的每开关周期Esw，N的管芯开关损耗等于I/N，其中，N是多管芯功率模块20的激活管芯的数量，如：Esw，N＝aI/N+b(I/N)2，

[0106] 其中，a和b从曲线30导出。例如，图4中的曲线30可以利用a＝25和b＝0.25来表示。

[0107] 在下一步骤S303，处理器200命令接口206以便获得由温度传感器35(若有的话)提供的温度。

[0108] 在下一步骤S304，处理器200利用在步骤S300获得的电流值，并且根据特定实现模式，利用所获得的温度值，确定在多管芯功率模块20的所有管芯被激活时多管芯功率模块20中的一管芯中的传导损耗Econ,N，和在多管芯功率模块20中的单个其它管芯未被激活时一管芯中的传导损耗Econ,N-1。

[0109] 传导损耗依赖于流过管芯D1至D8的电流。图5中给出了这种依赖性的示例。

[0110] 图5表示了根据流过管芯的漏极电流的漏极到源极电阻的示例。

[0111] 横轴表示管芯的以安培为单位的峰值漏极电流，并且纵轴表示以毫欧姆表示的管芯串联电阻。

[0112] 标记为41的曲线表示在温度为135摄氏度时管芯的串联电阻，而标记为42的曲线表示在温度为25摄氏度时管芯的串联电阻。

[0113] 由曲线41和42给出的值例如被存储在ROM存储器202中的查找表中。

[0114] 根据所获得的电流值，处理器200确定电流经过的管芯每周期的传导损耗等于I/N，反映出仅使用了部分停用： 管芯在其开关模式被修改时部分停用，使得该管芯不会贡献开关损耗，但仍贡献传导损耗。这在一旦完成其它管芯的导通就接通部分停用的管芯时，并且在一旦完成该管芯的截止就断开其它管芯时实现。

[0115] c和d根据在步骤S301测量到的电流、在步骤S303测量到的温度并且根据存储在查找表中的值来导出。

[0116] x是要施加至多管芯功率模块20的输入控制信号的占空比，并且fsw是要施加至多管芯功率模块20的输入控制信号的频率。

[0117] 根据所获得的电流值，处理器200确定电流经过的管芯每周期的传导损耗等于I/N-1，反映针对一个管芯使用全部停用，如

[0118]

[0119] 这里必须要注意，对于IGBT管芯，传导损耗可表示为 而对于MOSFET管芯，

[0120] 一管芯的部分停用构成了根据开关模式换向的延迟或提前，由此，该管芯在低电压条件下换向，如接近相邻管芯的饱和状态。因此，停用的管芯经历零开关损耗，而停用的管芯仍然引起传导损耗。

[0121] 管芯的完全停用构成从驱动信号的开关模式删除相应脉冲，因此，管芯既不引起开关损耗也不引起传导损耗。

[0122] 例如，如果在步骤S303测量到的温度是70摄氏度，并且如果在步骤S300测量到的电流是100安培，则利用存储在查找表中的值的内插来估计MOSFET管芯的串联电阻Rdson为175毫欧姆。在该示例中，c被确定为0并且值d被确定为0.175ohm。

[0123] 作为另一示例，利用直接测量或者利用在步骤S303中测量到的温度存储在查找表中的值的内插来估计IGBT管芯的集电极-发射极电压VCE。

[0124] 在下一步骤S305，处理器200确定反映管芯D1至D8的停用比与管芯D1至D8所耗散的电力之间的关系的矩阵MI。

[0125] 根据特定特征，停用的管芯只是被部分停用，意味着它们总是都在贡献传导损耗，并且矩阵MI被确定为：

[0126]

[0127] 其中，Esw，N、Esw，N-1在步骤S302被计算出，而Econ，N在步骤S304被计算出。

[0128] 假设管芯按顺序停用，即，在每个激活周期只有一个管芯被停用，构建矩阵MI。在上面的示例中，矩阵MI的第一列被构造为不同于其它列，因为假设第一管芯D1从不被停用。例如，第一管芯对应于靠近多管芯功率模块20的冷却系统的管芯。对应停用率表示没有管芯被停用的激活周期的比率。

[0129] 矩阵MI由标准矩阵构建，其对更多或更少数量的管芯的确定是直接的。

[0130] 根据特定特征，将多个矩阵MI存储在RAM存储器203中，针对一个电流值有一个矩阵。

[0131] 利用在步骤S300获得的电流值，处理器200在RAM存储器203中读取与获得的电流值相对应的矩阵。

[0132] 在步骤S306，处理器200从RAM存储器203获得损耗分布矢量Q，所述损耗分布矢量表示多管芯功率模块20内的损耗分布并且通过在多管芯功率模块20的设计期间的测量和/或仿真和/或利用针对在多管芯功率模块20的操作方面使用的冷却参数来确定。

[0133] 根据本发明的变型例，损耗分布矢量Q在被存储在RAM存储器203中之前，是从输入/输出接口204接收到的。理想的损耗分布(能够实现功率管芯D1到D8的温度均衡化)可取决于图1中未表示的外部冷却系统的设计或构造，因而损耗分布矢量Q可以通过远程/在线编程来配置，或者可以在制造时生成以馈送经校准的损耗分布。

[0134] 根据本发明的另一变型例，损耗分布矢量Q由处理器200根据图7中公开的算法确定。

[0135] 在下一步骤S307，处理器200确定停用比的矢量n。针对每个管芯，该停用比表示与连续开关周期的总数Nc相比，管芯应被停用的开关周期的量。如果该比率为零，则管芯不被停用，如果该比率为1，则管芯总是被停用。

[0136] 高停用比率表示应降低管芯对损耗的贡献。这可以通过在一些开关周期的开关瞬变期间停用管芯来实现。

[0137] 在这个示例中，矢量n包含：没有任何管芯停用的n1个开关周期，接着是一系列数量为nk的开关周期，在此期间第k个管芯被部分停用，K＝2至N。然后，损耗表示为代数公式：

[0138] MIn＝NcQ

[0139] 针对k＝1，n1表示没有管芯被停用的周期的数量。在该示例中，第一个管芯从未被停用。

[0140] 处理器200将矢量n确定为：

[0141] ∝MI-1Q,sum(n)＝Nc

[0142] 根据特定特征，矢量n如下确定：

[0143] n∝A-1(Q-Econ)

[0144] 其中，

[0145] 根据特定特征，针对多种电流和温度条件在查找表中预先计算矩阵MI。

[0146] 在下一步骤S308，处理器200检查矢量n的至少一个元素是否为负。当开关损耗不足够强以仅通过调制管芯间的开关损耗来补偿热不均衡时，矢量n的一个元素可变为负。

[0147] 如果矢量n的至少一个元素为负，则处理器200移至步骤S309。否则，处理器200移至步骤S310。

[0148] 在步骤S309，处理器200确定在至少一个管芯被完全停用时，反映管芯D1至D8的停用比与管芯D1至D8所耗散的电力之间的关系的新矩阵MI，意指当至少一个管芯被完全停用时，在停用开关周期期间，该管芯对开关损耗和传导损耗都没有贡献。

[0149] 假设在步骤S307确定的矢量n的第五元素为负，处理器200确定反映该第五功率管芯D5被完全停用的新矩阵MI：

[0150]

[0151] 矩阵MI由标准矩阵构建，其对更多或更少数量的完全停用管芯的确定是直接的。

[0152] 此后，处理器200返回至步骤S307。

[0153] 在步骤S310，处理器200将矢量n应用于要施加至多管芯功率模块20的输入控制信号的NC个连续开关周期。nk个周期被连续地应用或者可以被交织。除了在其间第k个管芯被停用的、数量为nk的开关周期期间以外，栅极到源极电压信号全部与输入控制信号相同。

[0154] 针对属于其间第k个管芯将被停用的nk个开关周期的给定开关周期，如果在步骤S308未识别出完全停用，则第k个管芯的栅极到源极电压信号收缩，以在其它管芯完成导通之后激活该管芯，并在断开其它管芯之前完成该管芯的截止。该管芯贡献传导损耗，但不贡献开关损耗。

[0155] 如果在步骤S308识别出完全停用，则第k个管芯的栅极到源极电压信号保持在低电压状态。在该开关周期期间没有电流流过第k个管芯。

[0156] 图6表示了根据本发明的用于确定控制多管芯功率模块的操作的电力模式的第二算法。

[0157] 本算法在由控制器10的处理器200执行的示例中公开。

[0158] 例如，本算法在输入控制信号的每个激活周期执行。

[0159] 在步骤S600，处理器200从电流传感器15接收电流值。

[0160] 在下一步骤S601，处理器200从温度传感器35接收温度值。

[0161] 在下一步骤S602，处理器200确定从前一个激活周期产生的、多管芯功率模块中的每个管芯的损耗L1至L8。这些损耗是开关损耗和传导损耗之和。

[0162] 如果在先前的激活周期中没有管芯被停用，则估计这些损耗相同，并且等于Esw,N+Econ,N。

[0163] 如果在先前的激活周期中一管芯被部分停用，则被停用的管芯的损耗被估计为Econ,N，而未停用的管芯的损耗被估计为Esw,N-1+Econ,N。

[0164] 如果在先前的激活周期中一管芯被完全停用，则被停用的管芯的损耗被估计为零，而未停用的管芯的损耗被估计为Esw,N-1+Econ,N-1。

[0165] 例如，根据在步骤S600感测到的电流值和在步骤S601感测到的温度值来确定Esw,N、Esw,N-1、Econ,N及Econ,N-1，如图3的步骤S302中所述。在下一步骤S603，处理器200确定在每个功率管芯D1至D8中累积的热的累积热水平QR1至QR8。例如，先前水平按在步骤S602估计的损耗递增。

[0166] QRx＝QRx+Lx，其中，x＝1至8。

[0167] 在下一步骤S604，处理器200从RAM存储器203获得表示多管芯功率模块20内的损耗分布的损耗分布矢量Q。损耗分布矢量Q通过在多管芯功率模块20的设计期间的测量和/或模拟和/或利用针对在多管芯功率模块20的操作方面使用的冷却参数来确定。

[0168] 根据本发明的变型例，损耗分布矢量Q在被存储在RAM存储器203中之前，是从输入/输出接口204接收到的。理想的损耗分布(能够实现功率管芯D1到D8的温度均衡化)可取决于图1中未表示的外部冷却系统的设计或构造，因而损耗分布矢量Q可以通过远程/在线编程来配置，或者可以在制造时生成以馈送经校准的损耗分布。

[0169] 根据本发明的另一变型例，损耗分布矢量Q在被存储在RAM存储器203中之前，由处理器200根据图7中公开的算法确定。

[0170] 在下一步骤S605，处理器200针对每个功率管芯D1至D8，确定累积热水平QR1至QR8与由在步骤S604获得的损耗分布矢量Q所表示的损耗Q1至Q8之间的比率R1至R8。

[0171] 例如，Rx＝QRx/Qx*sum(Qy)/sum(QRy)，其中x、y＝1至8。

[0172] 在下一步骤S606，处理器200确定哪个管芯具有在步骤S605中确定的比率中的最高比率。

[0173] 在下一步骤S607，处理器200确定在步骤606确定的最高比率是否高于预定阈值。例如，该阈值等于1.01。如果最高比率低于该预定阈值，则处理器200移至步骤S608。如果最高比率高于该预定阈值，则处理器200移至步骤S609。

[0174] 在步骤S608，处理器200命令电力接口206激活所有管芯以用于输入控制信号的下一个激活周期。没有管芯需要停用，因为是均衡管芯D1至D8间的温度所要求的，累积热水平QR1至QR8与损耗分布矢量Q的损耗Q1至Q8成比例。结果，功率管芯D1至D8的温度均衡。

[0175] 在步骤S609，处理器200确定在步骤S606被识别为具有最高比率的管芯是否在先前激活周期中也被停用。如果在步骤S606被识别为具有最高比率的管芯在先前激活周期中也被停用，则处理器200移至步骤S611。如果在步骤S606被识别为具有最高比率的管芯在先前激活周期中未被停用，则处理器移至步骤S610。

[0176] 在步骤S610，处理器200针对输入控制信号的下一激活周期，命令电力接口206部分地停用在步骤S606被识别为具有最高比率的管芯。处理器200针对输入控制信号的下一激活周期，还命令电力接口206激活在步骤S606未被识别为具有最高比率的所有其它管芯。

[0177] 由于在步骤S606被识别为具有最高比率的管芯与损耗分布矢量Q相比具有过量的累积热水平，因而处理器200决定停用该管芯以便减少过量的累积热水平。结果，累积热水平QR的矢量被转向均衡管芯D1至D8间的温度所要求的损耗分布矢量Q。

[0178] 在步骤S611，处理器200针对输入控制信号的下一激活周期，命令电力接口206完全停用在步骤S606被识别为具有最高比率的管芯。处理器200针对输入控制信号的下一激活周期，还命令电力接口206激活在步骤S606未被识别为具有最高比率的所有其它管芯。

[0179] 由于在步骤S606被识别为具有最高比率的管芯与矢量Q相比具有过量的耗散热，因而，处理器200决定停用该管芯以便减少过量的累积热。结果，累积热QR的矢量被转向均衡管芯D1至D8间的温度所要求的矢量Q。通过使用完全停用而不是部分停用来加速转向。该转向在任何电流波形条件下实现。

[0180] 图7表示了用于确定损耗分布Q的算法。

[0181] 本算法在其中由控制器10的处理器200执行的示例中公开。

[0182] 本算法例如每秒或每毫秒执行一次。

[0183] 在步骤S700，处理器200从电流传感器15接收电流值。

[0184] 在步骤S701，处理器200确定在步骤S701从电流传感器15接收到的电流值是否过零。如果在功率模块的激活周期期间，在步骤S700测量到的电流值过零，则处理器200移至步骤S702。如果电流值不过零，则处理器200移至步骤S700。

[0185] 在步骤S702，处理器200确定电流波形的频率。例如，频率被确定为在两个连续步骤S702之间经过的时间的倒数的一半。

[0186] 在下一步骤S703，处理器200针对与在步骤S702估计的频率交替的、流过多管芯功率模块的电流，确定使由功率管芯D1至D8耗散的损耗与稳定状态下的管芯温度T1至T8关联起来的矩阵MT。

[0187] 例如，多管芯功率模块及其冷却环境一起定义包括热阻和电容的等效热网，其被存储在RAM存储器中。矩阵MT表示热网的热响应，其可以利用常规电路分析技术按不同频率来确定。

[0188] 在下一步骤S704，处理器200确定在流过多管芯功率模块的电流与在步骤S702确定的频率交替时，均衡管芯温度所要求的损耗分布矢量Q。根据本发明，Q＝MT-1T，其中，T是期望的均衡温度分布。

[0189] 自然地，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对上述本发明的实施方式进行许多修改。