晶体管的热平衡并行工作的制作方法
晶体管的热平衡并行工作的制作方法
【技术领域】
[0001]本文中介绍的实施方式的领域是热平衡并行晶体管，并且更具体地调整并行晶体管中的每一个的电流以均衡工作温度，并且因此实现并行晶体管的均等热劣化。
【背景技术】
[0002]诸如导通电阻和栅极电容的晶体管参数受到温度、老化和缺陷的影响。然而，制造差异导致晶体管性能彼此不同。因为晶体管的每一个进行不同的工作，所以晶体管的并行工作可能不具有相同的条件。因此，制造差异使得很难在并行系统中相对于另一个控制每个晶体管的性能。
[0003]典型的并行工作需要迫使每个晶体管承载相同量的电流，或换言之，每个晶体管承载相同的负载。传统地，这被视为使并联晶体管的系统两端的温度平衡而试图使在系统中的每个晶体管以相同的速率磨损的最佳方法。但是平衡电流可能导致具有较高导通电阻的一些晶体管的相对过载，由于制造差异，并且因此导致相对于具有较低导通电阻的其他晶体管的较高温度。与较高温度相关的晶体管更迅速地磨损和老化。
[0004]诸如飞机的交通工具可以具有一个或多个发动机，所述发动机要求使用具有电动机控制器的电动机以起动每个发动机。电动机控制器包括多个并联晶体管。传统地，用于飞机的电动机控制器被涉及和构造为处理最大需求而不管其实际使用。例如，类似设计的电动机控制器能够驱动100千瓦(kW)的电动机或50kW的电动机。因此，大部分电动机控制器被过构造且未被充分利用。期望能够驱动各种电动机的具有并行输出的更轻和更灵活的电动机控制器。例如，多个控制器可以并行结合以提供定制和恰当尺寸的控制系统，其中，根据交通工具的需要给不同控制器派任务。
[0005]针对这些考虑和其他考虑，在此提出了本公开。
【发明内容】
[0006]应当认识到，提供本
【发明内容】
从而以简单的形式介绍下面【具体实施方式】中进一步描述的构思的选择。本
【发明内容】
旨不在用于限制所要求保护主题的范围。
[0007]根据本文中公开的一个实施方式，提供了一种具有温度控制的电子电路。电子电路包括晶体管，被配置为并行工作。温度传感器热耦接至晶体管的每一个以产生表示晶体管每一个的测量温度的温度输出信号。电子电路还包括控制器，用于监控温度传感器的每一个的每个温度输出信号并且响应于温度输出提供控制器输出以改变与晶体管的每一个相关的栅极电阻Re和栅极发射极电阻R GEo栅极电阻Re和栅极发射极电阻R eE改变晶体管的每一个的电流以使晶体管热平衡。在一个或多个配置中，控制器被配置为响应于温度差大于零来增大一个或多个晶体管的栅极电阻Re以降低一个或多个晶体管的测量温度，并且被配置为响应于温度差大于零来减少一个或多个晶体管的栅极发射极电阻ReE以降低一个或多个晶体管的测量温度。控制器可以进一步被配置为响应于温度差小于零来减少一个或多个晶体管的栅极电阻Re以增大一个或多个晶体管的测量温度，并且被配置为响应于温度差小于零来增大一个或多个晶体管的栅极发射极电阻ReE以增大一个和多个晶体管的测量温度。
[0008]根据本文中公开的另一实施方式，提供了一种具有温度控制系统的双晶体管系统。双晶体管系统包括第一晶体管和第二晶体管，被配置为并行工作。双晶体管系统还包括第一温度传感器和第二温度传感器。第一温度传感器热耦接至第一晶体管以表示第一晶体管的第一测量温度的第一温度输出信号。第二温度传感器热耦接至第二晶体管以产生表示第二晶体管的第二测量温度的第二温度输出信号。双晶体管系统还包括控制器，用于监控第一温度输出和第二温度输出，并且响应于第一温度输出和第二温度输出提供控制器输出以改变与第一晶体管相关的第一栅极电阻1^和第一栅极发射极电阻R eE1并且改变与第二晶体管相关的第二栅极电阻1^2和第二栅极发射极电阻R eE2。RejP !^吧改变第一晶体管的电流，并且&2和ReE2改变第二晶体管的电流，以使第一晶体管和第二晶体管热平衡。
[0009]根据本文中公开的又一实施方式，提供了一种用于延长并且均衡多个晶体管有效寿命的方法。所述方法包括并行工作多个晶体管，并且利用温度传感器测量晶体管的每一个的温度。所述方法还包括确定晶体管的平均温度，并且确定晶体管的平均温度和晶体管的每一个的测量温度之间的温度差。所述方法然后包括基于温度差改变电阻以通过控制通过晶体管的每一个的电流而控制晶体管的测量温度，从而使晶体管热平衡。在一个或多个配置中，所述方法包括响应于温度差大于零来增大一个或多个晶体管的栅极电阻以降低一个或多个晶体管的测量温度，以及响应于温度差大于零来减少一个或多个晶体管的栅极发射极电阻以降低一个或多个晶体管的测量温度。所述方法还可以包括响应于温度差小于零来减少一个或多个晶体管的栅极电阻以增大一个或多个晶体管的测量温度，以及响应于温度差小于零来增大一个或多个晶体管的栅极发射极电阻以增大一个或多个晶体管的测量温度。
[0010]已经讨论的特征、功能和优点可以在本公开的各种实施方式中独立地实现，可以参考以下描述和附图了解本公开的更多细节。
【附图说明】
[0011]根据详细描述和附图将更加全面地理解本文介绍的实施方式，其中:
[0012]图1示出了并行工作的两个晶体管，其中，两个晶体管的强制均等电流导致不同程度的热劣化；
[0013]图2示出了图1的两个晶体管的切换波形(switching waveform)的部分，其中，电流不平衡；
[0014]图3示出了根据本文中公开的至少一个实施方式的具有利用共同的栅极驱动和用于实现均等热劣化的控制器的两个并联晶体管的电子电路的一个配置；
[0015]图4示出了根据本文中公开的至少一个实施方式的具有利用单独的栅极驱动和用于实现均等热劣化的控制器的两个并联晶体管的电子电路的一个配置；
[0016]图5示出了根据本文中公开的至少一个实施方式的具有利用单独的栅极驱动和用于实现均等热劣化的控制器的三个以上并联晶体管的电子电路的一个配置；
[0017]图6示出了根据本文中公开的至少一个实施方式的与并联晶体管系统一起使用的控制器的一个配置；
[0018]图7示出了根据本文中公开的至少一个实施方式的用于控制具有控制器的并联晶体管系统的流程图的一个配置；
[0019]图8示出了根据本文中公开的至少一个实施方式的具有DC输入和三相AC输出并且具有利用单独的栅极驱动和用于实现均等热劣化的控制器的两个并行逆变器的电子电路的一个配置；
[0020]图9示出了根据本文中公开的至少一个实施方式的具有利用单独的栅极驱动和用于实现均等热劣化的并行DC-至-DC转换器的电子电路的一个配置；以及
[0021]图10示出了根据本文中公开的至少一个实施方式的用于延长并且均衡并行工作晶体管的有效寿命的方法的一个配置。
[0022]在本申请中存在的多个附图示出了本公开的实施方式的变形和不同方面。因此，在对每个示图的详细说明将描述在对应示图中识别的差异。
【具体实施方式】
[0023]以下详细说明设置使并联晶体管热平衡，并且更具体地，涉及调整每一个并联晶体管的电流以均衡每个晶体管的工作温度，并且因此实现并联晶体管的均等热劣化。本公开容许有许多不同的形式的实施方式。具体地，电子电路的一种或多种配置并行地控制晶体管的操作，使得每个晶体管的温度是相等的或基本上接近于其他晶体管的温度。通过控制晶体管传导的电流实现晶体管的温度控制从而使得并联晶体管始终处于相同的热条件，而使得它们实现相同速度的磨损和老化，并因此，对晶体管更好的热和健康管理。
[0024]不旨在将本公开的原理限制于具体公开的实施方式。晶体管系统可以具有任意数量的并联晶体管。例如，电子电路可以包括双晶体管系统、三晶体管系统等，并且晶体管可以是任何类型。例如，晶体管可以是诸如结型场效应晶体管(JFET)的场效应晶体管(FET)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、或绝缘栅场效应晶体管(IGFET)、或诸如绝缘栅双极晶体管的双极晶体管(IGBT)。可以通过逻辑电路或控制器产生用于晶体管的切换控制信号。在一个或多个实例中，并联晶体管是栅驱动电路实施方式。
[0025]在以下详细说明中，将参考形成其一部分的附图，并且其中，通过示例性的【具体实施方式】或实例示出附图。现参考附图，其中贯穿几幅图，相同的标号表示相同元件，将呈现本公开的各个方面。
[0026]图1示出了电子电路10，该电子电路10具有DC输入电压VD。和分别与栅极驱动12和栅极驱 动14并行工作的第一晶体管T1和第二晶体管T 2。因为晶体管！\和晶体管T 2的漏极到源极的外部阻抗Zei (Rei和L G1)和Ze2 (Re2和L e2)可以是不同的，所以分别加载到晶体管1\和晶体管T 2的栅极的电流i ei和i e2可以是不同的。同样，晶体管T T 2的栅极信号可以是不同的。在内部，晶体管TjPT2的导通电阻和栅极电容可以是不同的。晶体管T1和T2以阻抗Z E1 (ReJP L E1)和Ze2啦2和L E2)提供栅极发射极电压VjP V GE2,并且其中，晶体管!\和T 2的晶体管电流i i 2被强制相等，晶体管T jP T 2的温度是不同的。因此，晶体管1\和T 2受到不同程度的热劣化和老化。
[0027]图2示出了当晶体管电流iJP i 2不平衡时电子电路10的晶体管T T 2的切换波形的部分。动态区域和稳定状态区域中的晶体管电流ijP i 2的特性由于电子电路10的晶体管！\和T 2的制造而涉及不同参数。基于图2的相异波形，晶体管T jP T 2之间的热条件的更好平衡需要晶体管1\和T 2并行工作的更好控制。
[0028]图3示出了利用一个共用栅极驱动22和控制器24的电子电路30，共用栅极驱动22用于向晶体管!\和T2提供驱动信号，控制器24用于实现晶体管T T2均等热劣化。一个或多个其他配置可以包括用于向晶体管提供驱动信号的单独和同步的栅极驱动。电子电路30还包括温度传感器TpS1和T PS2?温度传感器TpS1和T PS2的每一个热耦接至晶体管T I和T2的任一个，并且产生表示晶体管T i的测量温度T pml和晶体管T 2的测量温度T pm2的第一和第二温度输出信号。控制器24监控温度传感器TpSpTpS2的每个的相应温度输出。响应于温度输出，控制器24提供控制器输出以改变可变电阻器的值。例如，关于晶体管T1，控制器24提供控制器输出CeiW改变栅极电阻Rei并且提供控制器输出Cem以改变栅极发射极电阻ReE1。关于晶体管T2，控制器24提供控制器输出0；2以改变栅极电阻Re2并且提供控制器输出CeE2以改变栅极发射极电阻ReE2。控制器输出Ce1、Ce2、Cem、和CeE2调整Rei两端的电压、ReE1两端的电压、R e2两端的电压以及R eE2两端的电压，并且因此，控制器输出C e1、Ce2、Cgei和CeE2调整通过R ei的电流、通过R GE1的电流、通过R G2的电流以及通过R GE2的电流。通过改变Rg1、RG2、Rgei和R GE2的值，改变V GE1、VGE2、iG1和i G2的值，这导致晶体管电流i i 2在动态区域和稳定状态区域两者中改变，以使得晶体管！\、1~2热平衡。当热平衡时，当通过晶体管T1, T2传导的晶体管电流i P “不同时，晶体管T 1、T2的每一个的温度基本上是相同的。换言之，当晶体管电流ip i2不平衡时，晶体管T P T2是热平衡的。
[0029]控制器24被配置为基于通过由温度传感器TpSp TpS2提供的温度输出确定晶体管V 1~2的测量温度T pml、Tpm2，其中，从所述测量温度确定晶体管V T2的平均温度Tp ave?基于晶体管T1、T2的平均温度Tp _和晶体管T P T2的每一个的测量温度T pml、Tpm2之间的差值计算温度差Δ Tp。基于晶体管T1、T2的每一个的温度差Λ Tp提供控制器输出C e1、Ce2、CeE1和CeE2。响应于温度差Λ Tp大于零，控制器24增大晶体管系统中的一个或多个晶体管，诸如晶体管!\、Τ2，的栅极电阻Re1、Rg2,以降低晶体管1\、1~2的测量温度T pml、Tpm2O响应于温度差Λ Tp大于零，控制器24还减少晶体管系统中的一个或多个晶体管，诸如晶体管!\、T2,的栅极发射极电阻ReE1、Rge2,以降低晶体管1\、T2的测量温度T pml、Tpm2。响应于温度差Λ Tp小于零，控制器24减小晶体管1\、T2的栅极电阻R e1、Re2以增大增加晶体管T P T2的测量温度Tpml、Tpm2。响应于温度差Λ Tp小于零，控制器24增大晶体管T1J2的栅极发射极电阻，以增大晶体管T1、T2的测量温度T pml、Tpm2。
[0030]图4示出了利用单独和同步的栅极驱动22、26的电子电路40，该单独和同步的栅极驱动22、26用于向晶体管1\、T2提供驱动信号以实现晶体管T P 1~2的均等热劣化。除了使用两个栅极驱动22、26之外，电子电路40类似于电子电路30。图5示出了作为在图4的电子电路40上扩展的配置的电子电路50。电子电路50包括三以上的并联晶体管，其中，N表示并联晶体管的数量。电子电路50的所有栅极驱动是同步的。基于晶体管?\、Τ2、…丁，的每一个的温度差Λ Tp提供控制器24的控制器输出CmCw...CGN、CGE1，CGE2、...Cgeno通过改变 Rel、R(；2、…Rra、Rce1、Rce2、…Rcen的值，V cm、Vce2、…Vcen、k1、^、…的值改变，这导致在动态和稳定状态区域两者中晶体管电流i1、i2、一iN的变化以使晶体管?\、τ2、…丁，热平衡。
[0031]图6示出了控制器24的一个配置。通过温度传感器TpSPTpS2、…TpS1^g测测量温度Tpml、Tpm2、夂1；_。通过将测量温度Tpml、Tpm2、…Tprt平均计算并联晶体管1\、T2、的平均温度Tpave。通过从平均温度Tpave减去晶体管TTn的每一个的测量温度T pml、
Tpm2,…TpmN来计算晶体管1\、T2、的每一个的温度差ΛΤρ。然后，将温度差ATpml、Δ Tpm2、…Λ TpmN提供至比例-积分-微分(PID)控制器 PID-la、PID-lb、PID-2a、PID-2b、…PID-Na, PID-Nb以分别产生控制器输出Ce1、CeE1、Ce2、Cce2、…控制器输出Ce1、Cem、Os、Cge2' …Cgn' 0^控制每个晶体管 T P T2、…Tn的值 R e1、Rgep Rg2> Rge2> …Rgn> ReEN。现有的通用PID控制器技术可以应用于此。这些PID控制器的功能在于通过调整输出变量将温度差Λ Tpml、ATpm2,…Δ Tprt最小化以接近于零；因此，测量温度Tp ml、Tpm2、一TpJS随(track)并且等于它们的平均温度，即，晶体管I\、T2、一Tn的温度被控制为彼此相等。使用饱和模块(saturat1n block) Sla、Slb、...SNa、Sffl3以将PID输出限定在预定范围内。
[0032]图7示出了与图6的控制器24对应的控制流程图100的一个配置。控制流程图100在框102处开始，获得控制器输出CeK、Ceffi的上限和下限，其中，k = 1，2…N，且N等于在晶体管系统中并联晶体管的总数。在框104中，确定每个晶体管的测量温度Tpmk，并且在框106中，计算晶体管T1、T2、…TN组的平均温度Tpave和晶体管的每一个的温度差ATpmk。框108最初指定k= 1，并且在确定框110处，如果Λ Tpmk大于零，则然后控制流程图沿着“是(YES)”分支前进至框112，其中，控制器输出Ca增加，并且因此，增大特定晶体管的温度。在决定模块110，如果ATpmkF大于零，则控制流程图沿着“否(NO)”分支前进至确定框114。在确定框114处，如果Λ Tpmk小于零，则然后控制流程图100沿着YES分支前进至框116，其中，减少控制器输出Ca，并且因此，降低具体晶体管的温度。然而，如果ATpmkF大于或小于零，则ΔΤρΛ应当约等于零，其指示特定的晶体管具有与晶体管系统的平均温度Tpave约相同的测量温度Tp m。在这样的情况下，控制流程图100前进至框118以递增至下一个晶体管。控制流程图100从框118前进至确定框120以确定是否k < N。如果不是，则处理跟随NO分支返回至框104，其中，再次确定晶体管I\、T2、…!^勺测量温度Tpmk以继续使晶体管系统热平衡。在确定框120中，如果k小于或等于N，则处理环回至上述确定框110之前。
[0033]如在框112所示，为了增大晶体管的温度，控制器输出Ca增加。然后，在确定框122中，如果控制器输出Ca大于控制器输出Ca，maximum，则然后框124跟随YES分支，其中，控制器输出(^被设置为等于控制器输出Ca，maXimum。如果控制器输出Ca不大于控制器输出Cetmaximum，则然后框126跟随NO分支，其中，控制器输出Cea减少。在确定框128中，如果控制器输出CeEK小于CeEk， minimum，则然后框130跟随YES分支，其中，控制器输出CeEK被设置为等于ReEk, minimum。处理从框130继续至上述框118。如果控制器输出0^不小于CeEk，minimum，则然后框118跟随NO分支。
[0034]如在框116中所示，为了降低晶体管的温度，减少控制器输出Ca。然后，在确定框132中，如果控制器输出(:&小于控制器输acek，minimum，则然后框134跟随YES分支，其中，控制器输出Ca被设置为等于控制器输出Ca，minimum。如果控制器输出CaF小于控制器输出Ca，minimum，则然后框136跟随NO分支，其中，控制器输出Cea增加。在确定框138中，如果控制器输出Ceffi大于C GEkmaximum,则然后框140跟随YES分支，其中，控制器输出CeEK被设置为等于ReEk，minimum。处理从框140继续至上述框118。如果控制器输出Ceffi不大于CGEk；maximum,则然后框118跟随NO分支。
[0035]图8示出了具有两个并联逆变器82、84的电子电路80的一个配置，所述逆变器82,84利用单独的栅极驱动22、26和用于实现并联逆变器82、84的均等热劣化的控制器24。逆变器82、84的每一个包括以特定配置连接的几个晶体管，并且可以是升压转换器(boost converter)或降压转换器(buck converter)。虽然具有逆变器82、84的电子电路80仅描述了并行工作的晶体管TpT2，但是逆变器82、84的其他对的晶体管T3、T4、T5、T6、T7、Τ8、Τ9、Τ1(ι、Τη和T 12也可以并行工作并且由来自用于使晶体管系统热平衡的控制器24的控制器输出控制。此外，两个以上的逆变器可以并行工作。
[0036]图9示出了具有并联的DC-至-DC转换器的电路图90的一个配置，所述乒联的DC-至-DC转换器具有电容器Cp C2、电感器Lp L2—级二极管D pD2。并联DC-至-DC转换器利用单独的栅极驱动22、26和控制器24以实现并联DC-至-DC转换器的均等热劣化。两个以上的DC-至-DC转换器也可以并行工作并且由来自用于使DC-至-DC转换器热平衡的控制器24的控制器输出控制。
[0037]图10示出了用于延长并且均衡多个晶体管有效寿命的方法200。除非另有指示，否则可以进行比附图中示出的和本文中描述的更多或更少的操作。此外，除非另有指示，否则还可以以与本文中所描述的顺序不同的顺序进行这些操作。
[0038]方法200在操作210处开始，其中，并行工作多个晶体管I\、T2、".Tno然后，在框220中，利用温度传感器TpSp TpS2、…了?5^则量晶体管?\、T2、…Tn的每一个的温度。在框230中，处理确定晶体管?\、Τ2、…Tn的平均温度Tp ave。在框240处，处理确定晶体管！\、T2,…TN€统的平均温度Tp ■和晶体管T P T2、…Tn的每一个的测量温度Tp之间的温度差ΔΤρο在处理框250中，基于温度差△ Tp改变阻抗Re1、Re2、...Rgn、Rge1、Rge2、...Rgen以通过控制通过晶体管?\、Τ2、…!^勺每一个的电流i Pi2、.”?Ν而控制晶体管I\、T2、…1的每一个的测量温度Τρ，从而使晶体管Ι\、Τ2、…!',热平衡。
[0039]方法200也可以包括基于晶体管?\、Τ2、…Tn每一个的温度差提供控制器输出Ce1、CgepCg2, CGE2,…CaoQrf响应于温度差Δ Tp大于零增大一个或多个晶体管T 1、T2、…1^勺栅极电阻RmRw…Rffl以降低晶体管T 1、T2、…Tn的每一个的测量温度Tp;以及响应于温度差ΔΤρ大于零减少晶体管?\、T2、的栅极发射极电阻ReE1、ReE2、以降低晶体管I\、T2、…Tn的每一个的测量温度Τρ。
[0040]方法200也可以包括响应于温度差Δ Tp小于零减少晶体管?\、Τ2、…1的栅极电阻Re1、Re2、…ReN以增大一个或多个晶体管?\、Τ2、…Tn的每一个的测量温度Tp ;以及响应于温度差Δ Tp小于零增大一个或多个晶体管Ι\、Τ2、夂1',的栅极发射极电阻1?(^1、1^2、…ReEN以增大一个或多个晶体管T P T2、…Tn的每一个的测量温度Τρ。
[0041]此外，本公开包括根据下列条款的实施方式。
[0042]条款1:一种具有温度控制的电子电路，包括:多个晶体管，被配置为并行工作；多个温度传感器，多个温度传感器的每一个热耦接至多个晶体管的每一个以用来产生表示多个晶体管的每一个的温度的温度输出信号；以及控制器，用于监控多个温度传感器的每一个的每个温度输出信号并且响应于温度输出提供控制器输出以改变与多个晶体管的每一个相关的栅极电阻Re和栅极发射极电阻R eE，其中，每个栅极电阻Re和每个栅极发射极电阻ReE分别改变多个晶体管的每一个的电流以使多个晶体管热平衡。
[0043]条款2:根据条款I的电子电路，进一步包括至少一个栅极驱动，被配置为向多个晶体管中的一个或多个提供驱动信号。
[0044]条款3:根据条款I的电子电路，其中，至少一个栅极驱动是被配置为向所述多个晶体管的每一个增大驱动信号的共用栅极驱动。
[0045]条款4:根据条款I的电子电路，其中，至少一个栅极驱动包括用于向多个晶体管的每一个提供将驱动信号的单独和同步的栅极驱动。
[0046]条款5:根据条款I的电子电路，其中，多个晶体管是包括第一晶体管和第二晶体管的双晶体管系统，温度传感器包括分别热耦接至第一和第二晶体管的第一和第二温度传感器，其中，控制器响应于表示第一晶体管的温度的第一温度输出信号和响应于表示第二晶体管的温度的第二温度输出信号而提供控制器输出，并且其中，控制器输出包括分别改变与第一晶体管相关的栅极电阻Rei和栅极发射极电阻Rffil的控制器输出CeJPCem，并且进一步包括分别改变与第二晶体管相关的栅极电阻Re2和栅极发射极电阻R eE2控制器输出Ce2
和 0；Ε2。
[0047]条款6:根据条款I的电子电路，其中，控制器输出调整Rei两端的电压、Rem两端的电压、Re2两端的电压以及R eE2两端的电压。
[0048]条款7:根据条款I的电子电路，其中，控制器输出调整通过Rei的电流、通过R-的电流、通过Re2的电流以及通过R GE2的电流。
[0049]条款8:根据条款I的电子电路，其中，控制器被配置为基于由温度传感器提供的温度输出确定多个晶体管的每一个的温度、基于多个晶体管的每一个的温度确定多个晶体管的平均温度、以及确定多个晶体管的每一个的平均温度和多个晶体管的每一个的温度之间的温度差，其中，基于多个晶体管的每一个的温度差提供控制器输出。
[0050]条款9:根据条款I的电子电路，其中，多个晶体管的每一个的温度是基本上相同的，并且其中，通过多个晶体管的每一个传导的电流是不同的以使多个晶体管热平衡。
[0051]条款10:根据条款I的电子电路，其中，控制器被配置为响应于温度差大于零增大多个晶体管中的一个或多个的栅极电阻以降低一个或多个晶体管中的一个或多个的温度。
[0052]条款11:根据条款10的电子电路，其中，控制器被配置为响应于温度差大于零减少多个晶体管中的一个或多个的栅极发射极电阻以降低多个晶体管中的一个或多个的温度。
[0053]条款12:根据条款I的电子电路，其中，控制器被配置为响应于温度差小于零减少多个晶体管中的一个或多个的栅极电阻以增大多个晶体管中的一个或多个的温度。
[0054]条款13:根据条款12的电子电路，其中，控制器被配置为响应于温度差小于零增大多个晶体管中的一个或多个的栅极发射极电阻以增大多个晶体管的一个或多个的温度。
[0055]条款14:根据条款I的电子电路，其中，多个晶体管被热平衡并且电流不平衡。
[0056]条款15:根据条款I的电子电路，其中，多个晶体管的一部分与第一逆变器对应，并且多个晶体管的另一部分与第二逆变器对应，其中，第一逆变器和第二逆变器被配置为并行工作，并且第一逆变器的至少一个晶体管被配置为与第二逆变器的至少一个晶体管并行工作。
[0057]条款16:根据条款I的电子电路，其中，多个晶体管的一部分与DC-至-DC转换器对应，并且多个晶体管的另一部分于第二 DC-至-DC转换器对应，其中，第一和第二DC-至-DC转换器被配置为并行工作，并且第一 DC-至-DC转换器的至少一个晶 体管被配置为与第二 DC-至-DC转换器的至少一个晶体管并行工作。
[0058]条款17:—种具有温度控制的双晶体管系统，包括:第一晶体管和第二晶体管，被配置为并行工作；第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器热耦接至第一晶体管以用来产生表示第一晶体管的第一测量温度的第一温度输出信号，并且第二温度传感器热耦接至第二晶体管以用来产生表示第二晶体管的第二测量温度的第二温度输出信号；以及控制器，用于监控第一和第二温度输出，并且响应于第一和第二温度输出提供控制器输出以改变与第一晶体管相关的第一栅极电阻1^和第一栅极发射极电阻R eE1并且改变与第二晶体管相关的第二栅极电阻1^和第二栅极发射极电阻R eE2，其中，第一栅极电阻Rei和第一栅极发射极电阻1?<^改变第一晶体管的电流，并且第二栅极电阻Re2和第二栅极发射极电阻ReE2改变第二晶体管的电流，以使第一和第二晶体管热平衡。
[0059]条款18:根据条款17的双晶体管系统，其中，控制器被配置为基于第一晶体管和第二晶体管的第一测量温度和第二测量温度确定第一晶体管和第二晶体管的每一个的平均温度并且确定第一晶体管和第二晶体管的平均温度与第一晶体管和第二晶体管的第一测量温度和第二测量温度之间的温度差，其中，基于第一晶体管和第二晶体管的每一个的温度差提供控制器输出。
[0060]条款19:根据条款17的双晶体管系统，进一步包括用于向第一晶体管和第二晶体管提供驱动信号的单独和同步的栅极驱动。
[0061]条款20:根据条款17的双晶体管系统，其中，控制器被配置为响应于温度差大于零增大第一晶体管和第二晶体管的第一栅极电阻和第二栅极电阻Re1、1^以降低第一晶体管和第二晶体管的第一测量温度和第二测量温度，并且其中，控制器进一步被配置为响应于温度差大于零减少第一晶体管和第二晶体管的第一栅极发射极电阻和第二栅极发射极电阻ReE1、ReE2以降低第一晶体管和第二晶体管的第一测量温度和第二测量温度。
[0062]条款21:根据条款17的双晶体管系统，其中，控制器被配置为响应于温度差小于零减少第一晶体管和第二晶体管的第一栅极电阻和第二栅极电阻Re1、1^以增大第一晶体管和第二晶体管的第一测量温度和第二测量温度，并且其中，控制器进一步被配置为响应于温度差小于零增大第一晶体管和第二晶体管的第一栅极发射极电阻和第二栅极发射极电阻ReE1、ReE2以增大第一晶体管和第二晶体管的第一测量温度和第二测量温度。
[0063]条款22:—种用于延长并且均衡多个晶体管有效寿命的方法，包括:并行工作多个晶体管；利用温度传感器测量多个晶体管的每一个的测量温度；确定多个晶体管的平均温度；确定在多个晶体管的平均温度和多个晶体管的每一个的测量温度之间的温度差；以及基于温度差改变电阻以通过控制通过多个晶体管的每一个的电流而控制多个晶体管的每一个的测量温度，从而使多个晶体管热平衡。
[0064]条款23:根据条款22的方法，进一步包括基于多个晶体管的每一个的温度差提供控制器输出。
[0065]条款24:根据条款22的方法，进一步包括响应于温度差大于零增大多个晶体管中的一个或多个的栅极电阻以降低多个晶体管中的一个或多个的测量温度。
[0066]条款25:根据条款22的方法，进一步包括响应于温度差大于零减少多个晶体管中的一个或多个的栅极发射极电阻以降低多个晶体管中的一个或多个的测量温度。
[0067]条款26:根据条款22的方法，进一步包括响应于温度差小于零减少多个晶体管中的一个或多个的栅极电阻以增大多个晶体管中的一个或多个的测量温度。
[0068]条款27:根据条款22的方法，进一步包括响应于温度差小于零增加多个晶体管中一个或多个的栅极发射极电阻以增大多个晶体管中的一个或多个的测量温度。
[0069]以上所述主题仅通过例证方式被提供并且不应被解释为限制性的。可以在不遵循所示出和所描述的示例性实施方式和应用，并且不背离所附权利要求书中所阐述的本公开的实质精神和范围的情况下对本文中所描述的主题进行各种修改和改变。
【主权项】
1.一种具有温度控制的电子电路，包括: 多个晶体管，被配置为并行工作； 多个温度传感器，所述多个温度传感器中的每一个热耦接至所述多个晶体管中的每一个以产生表示所述多个晶体管中的每一个的温度的温度输出信号；以及 控制器，用于监控所述多个温度传感器中的每一个的每个温度输出信号并且响应于所述温度输出信号提供控制器输出以改变与所述多个晶体管中的每一个相关的栅极电阻Re和栅极发射极电阻ReE，其中，每个栅极电阻Re和每个栅极发射极电阻ReE分别改变所述多个晶体管中的每一个的电流以使所述多个晶体管热平衡。
2.根据权利要求1所述的电子电路，进一步包括至少一个栅极驱动，被配置为向所述多个晶体管中的一个或多个提供驱动信号。
3.根据权利要求1所述的电子电路，其中，所述控制器输出调整电阻器Rei两端的电压、电阻器ReE1两端的电压、电阻器Rke两端的电压以及电阻器Rcee两端的电压。
4.根据权利要求1所述的电子电路，其中，所述控制器被配置为响应于温度差大于零来增大所述多个晶体管中的一个或多个晶体管的所述栅极电阻以降低所述多个晶体管中的所述一个或多个晶体管的所述温度。
5.根据权利要求4所述的电子电路，其中，所述控制器被配置为响应于所述温度差大于零来减少所述多个晶体管中的一个或多个晶体管的所述栅极发射极电阻以降低所述多个晶体管中的所述一个或多个晶体管的所述温度。
6.根据权利要求1所述的电子电路，其中，所述多个晶体管被热平衡并且电流不平衡。
7.一种具有温度控制的双晶体管系统，包括: 第一晶体管和第二晶体管，被配置为并行工作； 第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器热耦接至所述第一晶体管以产生表示所述第一晶体管的第一测量温度的第一温度输出信号，并且所述第二温度传感器热耦接至所述第二晶体管以产生表示所述第二晶体管的第二测量温度的第二温度输出信号；以及 控制器，用于监控所述第一温度输出信号和所述第二温度输出信号，并且响应于所述第一温度输出信号和所述第二温度输出信号提供控制器输出以改变与所述第一晶体管相关的第一栅极电阻1^和第一栅极发射极电阻Rffil以及与所述第二晶体管相关的第二栅极电阻1^和第二栅极发射极电阻R eE2，其中，所述第一栅极电阻Rei和所述第一栅极发射极电阻Rem改变所述第一晶体管的电流，并且所述第二栅极电阻Re2和所述第二栅极发射极电阻ReE2改变所述第二晶体管的电流，以使所述第一晶体管和所述第二晶体管热平衡。
8.一种用于延长并且均衡多个晶体管的有效寿命的方法，包括: 多个晶体管并行工作； 利用温度传感器测量所述多个晶体管的中每一个的测量温度； 确定所述多个晶体管的平均温度； 确定所述多个晶体管的所述平均温度和所述多个晶体管中的每一个的所述测量温度之间的温度差；以及 基于所述温度差改变电阻以通过控制流过所述多个晶体管的每一个的电流而控制所述多个晶体管中的每一个的所述测量温度，从而使所述多个晶体管热平衡。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括响应于所述温度差大于零来增大所述多个晶体管中的一个或多个晶体管的栅极电阻以降低所述多个晶体管中的所述一个或多个晶体管的所述测量温度。
10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括响应于所述温度差小于零来减少所述多个晶体管中的一个或多个晶体管的栅极电阻以增大所述多个晶体管中的所述一个或多个晶体管的所述测量温度。
【专利摘要】本发明涉及晶体管的热平衡并行工作。公开了用于延长并且均衡并行工作的多个晶体管的有效寿命的系统和方法。测量每个晶体管的温度，并且与晶体管系统的平均温度比较。确定晶体管的平均温度和晶体管的每一个的测量温度之间的温度差。基于温度差改变每个晶体管的栅极电阻和栅极发射极电阻，以通过控制通过每个晶体管的电流而控制每个晶体管的测量温度，从而使晶体管热平衡。
【IPC分类】G05D23-22
【公开号】CN104865988
【申请号】CN201510071154
【发明人】刘生义, 高立军, 尤金·V·索洛多夫尼克, 卡米亚尔·J·卡里米
【申请人】波音公司
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年2月10日
【公告号】CA2876122A1, EP2911191A2, US9046912
【技术领域】
[0001]本文中介绍的实施方式的领域是热平衡并行晶体管，并且更具体地调整并行晶体管中的每一个的电流以均衡工作温度，并且因此实现并行晶体管的均等热劣化。
【背景技术】
[0002]诸如导通电阻和栅极电容的晶体管参数受到温度、老化和缺陷的影响。然而，制造差异导致晶体管性能彼此不同。因为晶体管的每一个进行不同的工作，所以晶体管的并行工作可能不具有相同的条件。因此，制造差异使得很难在并行系统中相对于另一个控制每个晶体管的性能。
[0003]典型的并行工作需要迫使每个晶体管承载相同量的电流，或换言之，每个晶体管承载相同的负载。传统地，这被视为使并联晶体管的系统两端的温度平衡而试图使在系统中的每个晶体管以相同的速率磨损的最佳方法。但是平衡电流可能导致具有较高导通电阻的一些晶体管的相对过载，由于制造差异，并且因此导致相对于具有较低导通电阻的其他晶体管的较高温度。与较高温度相关的晶体管更迅速地磨损和老化。
[0004]诸如飞机的交通工具可以具有一个或多个发动机，所述发动机要求使用具有电动机控制器的电动机以起动每个发动机。电动机控制器包括多个并联晶体管。传统地，用于飞机的电动机控制器被涉及和构造为处理最大需求而不管其实际使用。例如，类似设计的电动机控制器能够驱动100千瓦(kW)的电动机或50kW的电动机。因此，大部分电动机控制器被过构造且未被充分利用。期望能够驱动各种电动机的具有并行输出的更轻和更灵活的电动机控制器。例如，多个控制器可以并行结合以提供定制和恰当尺寸的控制系统，其中，根据交通工具的需要给不同控制器派任务。
[0005]针对这些考虑和其他考虑，在此提出了本公开。
【发明内容】
[0006]应当认识到，提供本
【发明内容】
从而以简单的形式介绍下面【具体实施方式】中进一步描述的构思的选择。本
【发明内容】
旨不在用于限制所要求保护主题的范围。
[0007]根据本文中公开的一个实施方式，提供了一种具有温度控制的电子电路。电子电路包括晶体管，被配置为并行工作。温度传感器热耦接至晶体管的每一个以产生表示晶体管每一个的测量温度的温度输出信号。电子电路还包括控制器，用于监控温度传感器的每一个的每个温度输出信号并且响应于温度输出提供控制器输出以改变与晶体管的每一个相关的栅极电阻Re和栅极发射极电阻R GEo栅极电阻Re和栅极发射极电阻R eE改变晶体管的每一个的电流以使晶体管热平衡。在一个或多个配置中，控制器被配置为响应于温度差大于零来增大一个或多个晶体管的栅极电阻Re以降低一个或多个晶体管的测量温度，并且被配置为响应于温度差大于零来减少一个或多个晶体管的栅极发射极电阻ReE以降低一个或多个晶体管的测量温度。控制器可以进一步被配置为响应于温度差小于零来减少一个或多个晶体管的栅极电阻Re以增大一个或多个晶体管的测量温度，并且被配置为响应于温度差小于零来增大一个或多个晶体管的栅极发射极电阻ReE以增大一个和多个晶体管的测量温度。
[0008]根据本文中公开的另一实施方式，提供了一种具有温度控制系统的双晶体管系统。双晶体管系统包括第一晶体管和第二晶体管，被配置为并行工作。双晶体管系统还包括第一温度传感器和第二温度传感器。第一温度传感器热耦接至第一晶体管以表示第一晶体管的第一测量温度的第一温度输出信号。第二温度传感器热耦接至第二晶体管以产生表示第二晶体管的第二测量温度的第二温度输出信号。双晶体管系统还包括控制器，用于监控第一温度输出和第二温度输出，并且响应于第一温度输出和第二温度输出提供控制器输出以改变与第一晶体管相关的第一栅极电阻1^和第一栅极发射极电阻R eE1并且改变与第二晶体管相关的第二栅极电阻1^2和第二栅极发射极电阻R eE2。RejP !^吧改变第一晶体管的电流，并且&2和ReE2改变第二晶体管的电流，以使第一晶体管和第二晶体管热平衡。
[0009]根据本文中公开的又一实施方式，提供了一种用于延长并且均衡多个晶体管有效寿命的方法。所述方法包括并行工作多个晶体管，并且利用温度传感器测量晶体管的每一个的温度。所述方法还包括确定晶体管的平均温度，并且确定晶体管的平均温度和晶体管的每一个的测量温度之间的温度差。所述方法然后包括基于温度差改变电阻以通过控制通过晶体管的每一个的电流而控制晶体管的测量温度，从而使晶体管热平衡。在一个或多个配置中，所述方法包括响应于温度差大于零来增大一个或多个晶体管的栅极电阻以降低一个或多个晶体管的测量温度，以及响应于温度差大于零来减少一个或多个晶体管的栅极发射极电阻以降低一个或多个晶体管的测量温度。所述方法还可以包括响应于温度差小于零来减少一个或多个晶体管的栅极电阻以增大一个或多个晶体管的测量温度，以及响应于温度差小于零来增大一个或多个晶体管的栅极发射极电阻以增大一个或多个晶体管的测量温度。
[0010]已经讨论的特征、功能和优点可以在本公开的各种实施方式中独立地实现，可以参考以下描述和附图了解本公开的更多细节。
【附图说明】
[0011]根据详细描述和附图将更加全面地理解本文介绍的实施方式，其中:
[0012]图1示出了并行工作的两个晶体管，其中，两个晶体管的强制均等电流导致不同程度的热劣化；
[0013]图2示出了图1的两个晶体管的切换波形(switching waveform)的部分，其中，电流不平衡；
[0014]图3示出了根据本文中公开的至少一个实施方式的具有利用共同的栅极驱动和用于实现均等热劣化的控制器的两个并联晶体管的电子电路的一个配置；
[0015]图4示出了根据本文中公开的至少一个实施方式的具有利用单独的栅极驱动和用于实现均等热劣化的控制器的两个并联晶体管的电子电路的一个配置；
[0016]图5示出了根据本文中公开的至少一个实施方式的具有利用单独的栅极驱动和用于实现均等热劣化的控制器的三个以上并联晶体管的电子电路的一个配置；
[0017]图6示出了根据本文中公开的至少一个实施方式的与并联晶体管系统一起使用的控制器的一个配置；
[0018]图7示出了根据本文中公开的至少一个实施方式的用于控制具有控制器的并联晶体管系统的流程图的一个配置；
[0019]图8示出了根据本文中公开的至少一个实施方式的具有DC输入和三相AC输出并且具有利用单独的栅极驱动和用于实现均等热劣化的控制器的两个并行逆变器的电子电路的一个配置；
[0020]图9示出了根据本文中公开的至少一个实施方式的具有利用单独的栅极驱动和用于实现均等热劣化的并行DC-至-DC转换器的电子电路的一个配置；以及
[0021]图10示出了根据本文中公开的至少一个实施方式的用于延长并且均衡并行工作晶体管的有效寿命的方法的一个配置。
[0022]在本申请中存在的多个附图示出了本公开的实施方式的变形和不同方面。因此，在对每个示图的详细说明将描述在对应示图中识别的差异。
【具体实施方式】
[0023]以下详细说明设置使并联晶体管热平衡，并且更具体地，涉及调整每一个并联晶体管的电流以均衡每个晶体管的工作温度，并且因此实现并联晶体管的均等热劣化。本公开容许有许多不同的形式的实施方式。具体地，电子电路的一种或多种配置并行地控制晶体管的操作，使得每个晶体管的温度是相等的或基本上接近于其他晶体管的温度。通过控制晶体管传导的电流实现晶体管的温度控制从而使得并联晶体管始终处于相同的热条件，而使得它们实现相同速度的磨损和老化，并因此，对晶体管更好的热和健康管理。
[0024]不旨在将本公开的原理限制于具体公开的实施方式。晶体管系统可以具有任意数量的并联晶体管。例如，电子电路可以包括双晶体管系统、三晶体管系统等，并且晶体管可以是任何类型。例如，晶体管可以是诸如结型场效应晶体管(JFET)的场效应晶体管(FET)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、或绝缘栅场效应晶体管(IGFET)、或诸如绝缘栅双极晶体管的双极晶体管(IGBT)。可以通过逻辑电路或控制器产生用于晶体管的切换控制信号。在一个或多个实例中，并联晶体管是栅驱动电路实施方式。
[0025]在以下详细说明中，将参考形成其一部分的附图，并且其中，通过示例性的【具体实施方式】或实例示出附图。现参考附图，其中贯穿几幅图，相同的标号表示相同元件，将呈现本公开的各个方面。
[0026]图1示出了电子电路10，该电子电路10具有DC输入电压VD。和分别与栅极驱动12和栅极驱 动14并行工作的第一晶体管T1和第二晶体管T 2。因为晶体管！\和晶体管T 2的漏极到源极的外部阻抗Zei (Rei和L G1)和Ze2 (Re2和L e2)可以是不同的，所以分别加载到晶体管1\和晶体管T 2的栅极的电流i ei和i e2可以是不同的。同样，晶体管T T 2的栅极信号可以是不同的。在内部，晶体管TjPT2的导通电阻和栅极电容可以是不同的。晶体管T1和T2以阻抗Z E1 (ReJP L E1)和Ze2啦2和L E2)提供栅极发射极电压VjP V GE2,并且其中，晶体管!\和T 2的晶体管电流i i 2被强制相等，晶体管T jP T 2的温度是不同的。因此，晶体管1\和T 2受到不同程度的热劣化和老化。
[0027]图2示出了当晶体管电流iJP i 2不平衡时电子电路10的晶体管T T 2的切换波形的部分。动态区域和稳定状态区域中的晶体管电流ijP i 2的特性由于电子电路10的晶体管！\和T 2的制造而涉及不同参数。基于图2的相异波形，晶体管T jP T 2之间的热条件的更好平衡需要晶体管1\和T 2并行工作的更好控制。
[0028]图3示出了利用一个共用栅极驱动22和控制器24的电子电路30，共用栅极驱动22用于向晶体管!\和T2提供驱动信号，控制器24用于实现晶体管T T2均等热劣化。一个或多个其他配置可以包括用于向晶体管提供驱动信号的单独和同步的栅极驱动。电子电路30还包括温度传感器TpS1和T PS2?温度传感器TpS1和T PS2的每一个热耦接至晶体管T I和T2的任一个，并且产生表示晶体管T i的测量温度T pml和晶体管T 2的测量温度T pm2的第一和第二温度输出信号。控制器24监控温度传感器TpSpTpS2的每个的相应温度输出。响应于温度输出，控制器24提供控制器输出以改变可变电阻器的值。例如，关于晶体管T1，控制器24提供控制器输出CeiW改变栅极电阻Rei并且提供控制器输出Cem以改变栅极发射极电阻ReE1。关于晶体管T2，控制器24提供控制器输出0；2以改变栅极电阻Re2并且提供控制器输出CeE2以改变栅极发射极电阻ReE2。控制器输出Ce1、Ce2、Cem、和CeE2调整Rei两端的电压、ReE1两端的电压、R e2两端的电压以及R eE2两端的电压，并且因此，控制器输出C e1、Ce2、Cgei和CeE2调整通过R ei的电流、通过R GE1的电流、通过R G2的电流以及通过R GE2的电流。通过改变Rg1、RG2、Rgei和R GE2的值，改变V GE1、VGE2、iG1和i G2的值，这导致晶体管电流i i 2在动态区域和稳定状态区域两者中改变，以使得晶体管！\、1~2热平衡。当热平衡时，当通过晶体管T1, T2传导的晶体管电流i P “不同时，晶体管T 1、T2的每一个的温度基本上是相同的。换言之，当晶体管电流ip i2不平衡时，晶体管T P T2是热平衡的。
[0029]控制器24被配置为基于通过由温度传感器TpSp TpS2提供的温度输出确定晶体管V 1~2的测量温度T pml、Tpm2，其中，从所述测量温度确定晶体管V T2的平均温度Tp ave?基于晶体管T1、T2的平均温度Tp _和晶体管T P T2的每一个的测量温度T pml、Tpm2之间的差值计算温度差Δ Tp。基于晶体管T1、T2的每一个的温度差Λ Tp提供控制器输出C e1、Ce2、CeE1和CeE2。响应于温度差Λ Tp大于零，控制器24增大晶体管系统中的一个或多个晶体管，诸如晶体管!\、Τ2，的栅极电阻Re1、Rg2,以降低晶体管1\、1~2的测量温度T pml、Tpm2O响应于温度差Λ Tp大于零，控制器24还减少晶体管系统中的一个或多个晶体管，诸如晶体管!\、T2,的栅极发射极电阻ReE1、Rge2,以降低晶体管1\、T2的测量温度T pml、Tpm2。响应于温度差Λ Tp小于零，控制器24减小晶体管1\、T2的栅极电阻R e1、Re2以增大增加晶体管T P T2的测量温度Tpml、Tpm2。响应于温度差Λ Tp小于零，控制器24增大晶体管T1J2的栅极发射极电阻，以增大晶体管T1、T2的测量温度T pml、Tpm2。
[0030]图4示出了利用单独和同步的栅极驱动22、26的电子电路40，该单独和同步的栅极驱动22、26用于向晶体管1\、T2提供驱动信号以实现晶体管T P 1~2的均等热劣化。除了使用两个栅极驱动22、26之外，电子电路40类似于电子电路30。图5示出了作为在图4的电子电路40上扩展的配置的电子电路50。电子电路50包括三以上的并联晶体管，其中，N表示并联晶体管的数量。电子电路50的所有栅极驱动是同步的。基于晶体管?\、Τ2、…丁，的每一个的温度差Λ Tp提供控制器24的控制器输出CmCw...CGN、CGE1，CGE2、...Cgeno通过改变 Rel、R(；2、…Rra、Rce1、Rce2、…Rcen的值，V cm、Vce2、…Vcen、k1、^、…的值改变，这导致在动态和稳定状态区域两者中晶体管电流i1、i2、一iN的变化以使晶体管?\、τ2、…丁，热平衡。
[0031]图6示出了控制器24的一个配置。通过温度传感器TpSPTpS2、…TpS1^g测测量温度Tpml、Tpm2、夂1；_。通过将测量温度Tpml、Tpm2、…Tprt平均计算并联晶体管1\、T2、的平均温度Tpave。通过从平均温度Tpave减去晶体管TTn的每一个的测量温度T pml、
Tpm2,…TpmN来计算晶体管1\、T2、的每一个的温度差ΛΤρ。然后，将温度差ATpml、Δ Tpm2、…Λ TpmN提供至比例-积分-微分(PID)控制器 PID-la、PID-lb、PID-2a、PID-2b、…PID-Na, PID-Nb以分别产生控制器输出Ce1、CeE1、Ce2、Cce2、…控制器输出Ce1、Cem、Os、Cge2' …Cgn' 0^控制每个晶体管 T P T2、…Tn的值 R e1、Rgep Rg2> Rge2> …Rgn> ReEN。现有的通用PID控制器技术可以应用于此。这些PID控制器的功能在于通过调整输出变量将温度差Λ Tpml、ATpm2,…Δ Tprt最小化以接近于零；因此，测量温度Tp ml、Tpm2、一TpJS随(track)并且等于它们的平均温度，即，晶体管I\、T2、一Tn的温度被控制为彼此相等。使用饱和模块(saturat1n block) Sla、Slb、...SNa、Sffl3以将PID输出限定在预定范围内。
[0032]图7示出了与图6的控制器24对应的控制流程图100的一个配置。控制流程图100在框102处开始，获得控制器输出CeK、Ceffi的上限和下限，其中，k = 1，2…N，且N等于在晶体管系统中并联晶体管的总数。在框104中，确定每个晶体管的测量温度Tpmk，并且在框106中，计算晶体管T1、T2、…TN组的平均温度Tpave和晶体管的每一个的温度差ATpmk。框108最初指定k= 1，并且在确定框110处，如果Λ Tpmk大于零，则然后控制流程图沿着“是(YES)”分支前进至框112，其中，控制器输出Ca增加，并且因此，增大特定晶体管的温度。在决定模块110，如果ATpmkF大于零，则控制流程图沿着“否(NO)”分支前进至确定框114。在确定框114处，如果Λ Tpmk小于零，则然后控制流程图100沿着YES分支前进至框116，其中，减少控制器输出Ca，并且因此，降低具体晶体管的温度。然而，如果ATpmkF大于或小于零，则ΔΤρΛ应当约等于零，其指示特定的晶体管具有与晶体管系统的平均温度Tpave约相同的测量温度Tp m。在这样的情况下，控制流程图100前进至框118以递增至下一个晶体管。控制流程图100从框118前进至确定框120以确定是否k < N。如果不是，则处理跟随NO分支返回至框104，其中，再次确定晶体管I\、T2、…!^勺测量温度Tpmk以继续使晶体管系统热平衡。在确定框120中，如果k小于或等于N，则处理环回至上述确定框110之前。
[0033]如在框112所示，为了增大晶体管的温度，控制器输出Ca增加。然后，在确定框122中，如果控制器输出Ca大于控制器输出Ca，maximum，则然后框124跟随YES分支，其中，控制器输出(^被设置为等于控制器输出Ca，maXimum。如果控制器输出Ca不大于控制器输出Cetmaximum，则然后框126跟随NO分支，其中，控制器输出Cea减少。在确定框128中，如果控制器输出CeEK小于CeEk， minimum，则然后框130跟随YES分支，其中，控制器输出CeEK被设置为等于ReEk, minimum。处理从框130继续至上述框118。如果控制器输出0^不小于CeEk，minimum，则然后框118跟随NO分支。
[0034]如在框116中所示，为了降低晶体管的温度，减少控制器输出Ca。然后，在确定框132中，如果控制器输出(:&小于控制器输acek，minimum，则然后框134跟随YES分支，其中，控制器输出Ca被设置为等于控制器输出Ca，minimum。如果控制器输出CaF小于控制器输出Ca，minimum，则然后框136跟随NO分支，其中，控制器输出Cea增加。在确定框138中，如果控制器输出Ceffi大于C GEkmaximum,则然后框140跟随YES分支，其中，控制器输出CeEK被设置为等于ReEk，minimum。处理从框140继续至上述框118。如果控制器输出Ceffi不大于CGEk；maximum,则然后框118跟随NO分支。
[0035]图8示出了具有两个并联逆变器82、84的电子电路80的一个配置，所述逆变器82,84利用单独的栅极驱动22、26和用于实现并联逆变器82、84的均等热劣化的控制器24。逆变器82、84的每一个包括以特定配置连接的几个晶体管，并且可以是升压转换器(boost converter)或降压转换器(buck converter)。虽然具有逆变器82、84的电子电路80仅描述了并行工作的晶体管TpT2，但是逆变器82、84的其他对的晶体管T3、T4、T5、T6、T7、Τ8、Τ9、Τ1(ι、Τη和T 12也可以并行工作并且由来自用于使晶体管系统热平衡的控制器24的控制器输出控制。此外，两个以上的逆变器可以并行工作。
[0036]图9示出了具有并联的DC-至-DC转换器的电路图90的一个配置，所述乒联的DC-至-DC转换器具有电容器Cp C2、电感器Lp L2—级二极管D pD2。并联DC-至-DC转换器利用单独的栅极驱动22、26和控制器24以实现并联DC-至-DC转换器的均等热劣化。两个以上的DC-至-DC转换器也可以并行工作并且由来自用于使DC-至-DC转换器热平衡的控制器24的控制器输出控制。
[0037]图10示出了用于延长并且均衡多个晶体管有效寿命的方法200。除非另有指示，否则可以进行比附图中示出的和本文中描述的更多或更少的操作。此外，除非另有指示，否则还可以以与本文中所描述的顺序不同的顺序进行这些操作。
[0038]方法200在操作210处开始，其中，并行工作多个晶体管I\、T2、".Tno然后，在框220中，利用温度传感器TpSp TpS2、…了?5^则量晶体管?\、T2、…Tn的每一个的温度。在框230中，处理确定晶体管?\、Τ2、…Tn的平均温度Tp ave。在框240处，处理确定晶体管！\、T2,…TN€统的平均温度Tp ■和晶体管T P T2、…Tn的每一个的测量温度Tp之间的温度差ΔΤρο在处理框250中，基于温度差△ Tp改变阻抗Re1、Re2、...Rgn、Rge1、Rge2、...Rgen以通过控制通过晶体管?\、Τ2、…!^勺每一个的电流i Pi2、.”?Ν而控制晶体管I\、T2、…1的每一个的测量温度Τρ，从而使晶体管Ι\、Τ2、…!',热平衡。
[0039]方法200也可以包括基于晶体管?\、Τ2、…Tn每一个的温度差提供控制器输出Ce1、CgepCg2, CGE2,…CaoQrf响应于温度差Δ Tp大于零增大一个或多个晶体管T 1、T2、…1^勺栅极电阻RmRw…Rffl以降低晶体管T 1、T2、…Tn的每一个的测量温度Tp;以及响应于温度差ΔΤρ大于零减少晶体管?\、T2、的栅极发射极电阻ReE1、ReE2、以降低晶体管I\、T2、…Tn的每一个的测量温度Τρ。
[0040]方法200也可以包括响应于温度差Δ Tp小于零减少晶体管?\、Τ2、…1的栅极电阻Re1、Re2、…ReN以增大一个或多个晶体管?\、Τ2、…Tn的每一个的测量温度Tp ;以及响应于温度差Δ Tp小于零增大一个或多个晶体管Ι\、Τ2、夂1',的栅极发射极电阻1?(^1、1^2、…ReEN以增大一个或多个晶体管T P T2、…Tn的每一个的测量温度Τρ。
[0041]此外，本公开包括根据下列条款的实施方式。
[0042]条款1:一种具有温度控制的电子电路，包括:多个晶体管，被配置为并行工作；多个温度传感器，多个温度传感器的每一个热耦接至多个晶体管的每一个以用来产生表示多个晶体管的每一个的温度的温度输出信号；以及控制器，用于监控多个温度传感器的每一个的每个温度输出信号并且响应于温度输出提供控制器输出以改变与多个晶体管的每一个相关的栅极电阻Re和栅极发射极电阻R eE，其中，每个栅极电阻Re和每个栅极发射极电阻ReE分别改变多个晶体管的每一个的电流以使多个晶体管热平衡。
[0043]条款2:根据条款I的电子电路，进一步包括至少一个栅极驱动，被配置为向多个晶体管中的一个或多个提供驱动信号。
[0044]条款3:根据条款I的电子电路，其中，至少一个栅极驱动是被配置为向所述多个晶体管的每一个增大驱动信号的共用栅极驱动。
[0045]条款4:根据条款I的电子电路，其中，至少一个栅极驱动包括用于向多个晶体管的每一个提供将驱动信号的单独和同步的栅极驱动。
[0046]条款5:根据条款I的电子电路，其中，多个晶体管是包括第一晶体管和第二晶体管的双晶体管系统，温度传感器包括分别热耦接至第一和第二晶体管的第一和第二温度传感器，其中，控制器响应于表示第一晶体管的温度的第一温度输出信号和响应于表示第二晶体管的温度的第二温度输出信号而提供控制器输出，并且其中，控制器输出包括分别改变与第一晶体管相关的栅极电阻Rei和栅极发射极电阻Rffil的控制器输出CeJPCem，并且进一步包括分别改变与第二晶体管相关的栅极电阻Re2和栅极发射极电阻R eE2控制器输出Ce2
和 0；Ε2。
[0047]条款6:根据条款I的电子电路，其中，控制器输出调整Rei两端的电压、Rem两端的电压、Re2两端的电压以及R eE2两端的电压。
[0048]条款7:根据条款I的电子电路，其中，控制器输出调整通过Rei的电流、通过R-的电流、通过Re2的电流以及通过R GE2的电流。
[0049]条款8:根据条款I的电子电路，其中，控制器被配置为基于由温度传感器提供的温度输出确定多个晶体管的每一个的温度、基于多个晶体管的每一个的温度确定多个晶体管的平均温度、以及确定多个晶体管的每一个的平均温度和多个晶体管的每一个的温度之间的温度差，其中，基于多个晶体管的每一个的温度差提供控制器输出。
[0050]条款9:根据条款I的电子电路，其中，多个晶体管的每一个的温度是基本上相同的，并且其中，通过多个晶体管的每一个传导的电流是不同的以使多个晶体管热平衡。
[0051]条款10:根据条款I的电子电路，其中，控制器被配置为响应于温度差大于零增大多个晶体管中的一个或多个的栅极电阻以降低一个或多个晶体管中的一个或多个的温度。
[0052]条款11:根据条款10的电子电路，其中，控制器被配置为响应于温度差大于零减少多个晶体管中的一个或多个的栅极发射极电阻以降低多个晶体管中的一个或多个的温度。
[0053]条款12:根据条款I的电子电路，其中，控制器被配置为响应于温度差小于零减少多个晶体管中的一个或多个的栅极电阻以增大多个晶体管中的一个或多个的温度。
[0054]条款13:根据条款12的电子电路，其中，控制器被配置为响应于温度差小于零增大多个晶体管中的一个或多个的栅极发射极电阻以增大多个晶体管的一个或多个的温度。
[0055]条款14:根据条款I的电子电路，其中，多个晶体管被热平衡并且电流不平衡。
[0056]条款15:根据条款I的电子电路，其中，多个晶体管的一部分与第一逆变器对应，并且多个晶体管的另一部分与第二逆变器对应，其中，第一逆变器和第二逆变器被配置为并行工作，并且第一逆变器的至少一个晶体管被配置为与第二逆变器的至少一个晶体管并行工作。
[0057]条款16:根据条款I的电子电路，其中，多个晶体管的一部分与DC-至-DC转换器对应，并且多个晶体管的另一部分于第二 DC-至-DC转换器对应，其中，第一和第二DC-至-DC转换器被配置为并行工作，并且第一 DC-至-DC转换器的至少一个晶 体管被配置为与第二 DC-至-DC转换器的至少一个晶体管并行工作。
[0058]条款17:—种具有温度控制的双晶体管系统，包括:第一晶体管和第二晶体管，被配置为并行工作；第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器热耦接至第一晶体管以用来产生表示第一晶体管的第一测量温度的第一温度输出信号，并且第二温度传感器热耦接至第二晶体管以用来产生表示第二晶体管的第二测量温度的第二温度输出信号；以及控制器，用于监控第一和第二温度输出，并且响应于第一和第二温度输出提供控制器输出以改变与第一晶体管相关的第一栅极电阻1^和第一栅极发射极电阻R eE1并且改变与第二晶体管相关的第二栅极电阻1^和第二栅极发射极电阻R eE2，其中，第一栅极电阻Rei和第一栅极发射极电阻1?<^改变第一晶体管的电流，并且第二栅极电阻Re2和第二栅极发射极电阻ReE2改变第二晶体管的电流，以使第一和第二晶体管热平衡。
[0059]条款18:根据条款17的双晶体管系统，其中，控制器被配置为基于第一晶体管和第二晶体管的第一测量温度和第二测量温度确定第一晶体管和第二晶体管的每一个的平均温度并且确定第一晶体管和第二晶体管的平均温度与第一晶体管和第二晶体管的第一测量温度和第二测量温度之间的温度差，其中，基于第一晶体管和第二晶体管的每一个的温度差提供控制器输出。
[0060]条款19:根据条款17的双晶体管系统，进一步包括用于向第一晶体管和第二晶体管提供驱动信号的单独和同步的栅极驱动。
[0061]条款20:根据条款17的双晶体管系统，其中，控制器被配置为响应于温度差大于零增大第一晶体管和第二晶体管的第一栅极电阻和第二栅极电阻Re1、1^以降低第一晶体管和第二晶体管的第一测量温度和第二测量温度，并且其中，控制器进一步被配置为响应于温度差大于零减少第一晶体管和第二晶体管的第一栅极发射极电阻和第二栅极发射极电阻ReE1、ReE2以降低第一晶体管和第二晶体管的第一测量温度和第二测量温度。
[0062]条款21:根据条款17的双晶体管系统，其中，控制器被配置为响应于温度差小于零减少第一晶体管和第二晶体管的第一栅极电阻和第二栅极电阻Re1、1^以增大第一晶体管和第二晶体管的第一测量温度和第二测量温度，并且其中，控制器进一步被配置为响应于温度差小于零增大第一晶体管和第二晶体管的第一栅极发射极电阻和第二栅极发射极电阻ReE1、ReE2以增大第一晶体管和第二晶体管的第一测量温度和第二测量温度。
[0063]条款22:—种用于延长并且均衡多个晶体管有效寿命的方法，包括:并行工作多个晶体管；利用温度传感器测量多个晶体管的每一个的测量温度；确定多个晶体管的平均温度；确定在多个晶体管的平均温度和多个晶体管的每一个的测量温度之间的温度差；以及基于温度差改变电阻以通过控制通过多个晶体管的每一个的电流而控制多个晶体管的每一个的测量温度，从而使多个晶体管热平衡。
[0064]条款23:根据条款22的方法，进一步包括基于多个晶体管的每一个的温度差提供控制器输出。
[0065]条款24:根据条款22的方法，进一步包括响应于温度差大于零增大多个晶体管中的一个或多个的栅极电阻以降低多个晶体管中的一个或多个的测量温度。
[0066]条款25:根据条款22的方法，进一步包括响应于温度差大于零减少多个晶体管中的一个或多个的栅极发射极电阻以降低多个晶体管中的一个或多个的测量温度。
[0067]条款26:根据条款22的方法，进一步包括响应于温度差小于零减少多个晶体管中的一个或多个的栅极电阻以增大多个晶体管中的一个或多个的测量温度。
[0068]条款27:根据条款22的方法，进一步包括响应于温度差小于零增加多个晶体管中一个或多个的栅极发射极电阻以增大多个晶体管中的一个或多个的测量温度。
[0069]以上所述主题仅通过例证方式被提供并且不应被解释为限制性的。可以在不遵循所示出和所描述的示例性实施方式和应用，并且不背离所附权利要求书中所阐述的本公开的实质精神和范围的情况下对本文中所描述的主题进行各种修改和改变。
【主权项】
1.一种具有温度控制的电子电路，包括: 多个晶体管，被配置为并行工作； 多个温度传感器，所述多个温度传感器中的每一个热耦接至所述多个晶体管中的每一个以产生表示所述多个晶体管中的每一个的温度的温度输出信号；以及 控制器，用于监控所述多个温度传感器中的每一个的每个温度输出信号并且响应于所述温度输出信号提供控制器输出以改变与所述多个晶体管中的每一个相关的栅极电阻Re和栅极发射极电阻ReE，其中，每个栅极电阻Re和每个栅极发射极电阻ReE分别改变所述多个晶体管中的每一个的电流以使所述多个晶体管热平衡。
2.根据权利要求1所述的电子电路，进一步包括至少一个栅极驱动，被配置为向所述多个晶体管中的一个或多个提供驱动信号。
3.根据权利要求1所述的电子电路，其中，所述控制器输出调整电阻器Rei两端的电压、电阻器ReE1两端的电压、电阻器Rke两端的电压以及电阻器Rcee两端的电压。
4.根据权利要求1所述的电子电路，其中，所述控制器被配置为响应于温度差大于零来增大所述多个晶体管中的一个或多个晶体管的所述栅极电阻以降低所述多个晶体管中的所述一个或多个晶体管的所述温度。
5.根据权利要求4所述的电子电路，其中，所述控制器被配置为响应于所述温度差大于零来减少所述多个晶体管中的一个或多个晶体管的所述栅极发射极电阻以降低所述多个晶体管中的所述一个或多个晶体管的所述温度。
6.根据权利要求1所述的电子电路，其中，所述多个晶体管被热平衡并且电流不平衡。
7.一种具有温度控制的双晶体管系统，包括: 第一晶体管和第二晶体管，被配置为并行工作； 第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器热耦接至所述第一晶体管以产生表示所述第一晶体管的第一测量温度的第一温度输出信号，并且所述第二温度传感器热耦接至所述第二晶体管以产生表示所述第二晶体管的第二测量温度的第二温度输出信号；以及 控制器，用于监控所述第一温度输出信号和所述第二温度输出信号，并且响应于所述第一温度输出信号和所述第二温度输出信号提供控制器输出以改变与所述第一晶体管相关的第一栅极电阻1^和第一栅极发射极电阻Rffil以及与所述第二晶体管相关的第二栅极电阻1^和第二栅极发射极电阻R eE2，其中，所述第一栅极电阻Rei和所述第一栅极发射极电阻Rem改变所述第一晶体管的电流，并且所述第二栅极电阻Re2和所述第二栅极发射极电阻ReE2改变所述第二晶体管的电流，以使所述第一晶体管和所述第二晶体管热平衡。
8.一种用于延长并且均衡多个晶体管的有效寿命的方法，包括: 多个晶体管并行工作； 利用温度传感器测量所述多个晶体管的中每一个的测量温度； 确定所述多个晶体管的平均温度； 确定所述多个晶体管的所述平均温度和所述多个晶体管中的每一个的所述测量温度之间的温度差；以及 基于所述温度差改变电阻以通过控制流过所述多个晶体管的每一个的电流而控制所述多个晶体管中的每一个的所述测量温度，从而使所述多个晶体管热平衡。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括响应于所述温度差大于零来增大所述多个晶体管中的一个或多个晶体管的栅极电阻以降低所述多个晶体管中的所述一个或多个晶体管的所述测量温度。
10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括响应于所述温度差小于零来减少所述多个晶体管中的一个或多个晶体管的栅极电阻以增大所述多个晶体管中的所述一个或多个晶体管的所述测量温度。
【专利摘要】本发明涉及晶体管的热平衡并行工作。公开了用于延长并且均衡并行工作的多个晶体管的有效寿命的系统和方法。测量每个晶体管的温度，并且与晶体管系统的平均温度比较。确定晶体管的平均温度和晶体管的每一个的测量温度之间的温度差。基于温度差改变每个晶体管的栅极电阻和栅极发射极电阻，以通过控制通过每个晶体管的电流而控制每个晶体管的测量温度，从而使晶体管热平衡。
【IPC分类】G05D23-22
【公开号】CN104865988
【申请号】CN201510071154
【发明人】刘生义, 高立军, 尤金·V·索洛多夫尼克, 卡米亚尔·J·卡里米
【申请人】波音公司
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年2月10日
【公告号】CA2876122A1, EP2911191A2, US9046912
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