Procedimiento y sistema de control de un transistor de potencia.

Procedimiento de control de un componente electrónico de potencia (10) que contiene un proceso de pilotaje (50,

80) de la abertura y/o del cierre de este componente, comprendiendo el proceso de pilotaje varias etapas para:

- controlar la aplicación de una sucesión de tensiones de conmutación diferentes en un electrodo de control de dichocomponente entre el instante en que se inicia el proceso de pilotaje y el instante en que debe acabarse la aberturay/o el cierre del componente electrónico de potencia, realizándose el paso de una etapa a la etapa siguiente en esteproceso de pilotaje automáticamente a partir del momento en que se satisface una condición de pasocorrespondiente,

- extraer (en 56; en 84) el valor de al menos un parámetro de funcionamiento característico de la reacción delcomponente electrónico de potencia (10) en respuesta a la aplicación sucesiva de dichas tensiones de conmutación,caracterizado por el hecho de que comprende las etapas consistentes en:

- predeterminar al menos un retardo impartido (Tmax abertura, Tmax cierre),

- verificar, gracias a los valores extraídos, si esta reacción del componente electrónico de potencia se produce en elretardo impartido predeterminado,- en caso afirmativo, dejar (en 58, 70; 88, 94, 100) que dicho proceso de pilotaje (50, 80) se desarrolle normalmente,y

- si no, interrumpir (en 60, 72; 90, 96, 102) dicho proceso de pilotaje y activar inmediatamente un proceso (66) desalvaguardia de la integridad del componente electrónico de potencia (10).

Procedimiento y sistema de control de un transistor de potencia

La invención se refiere a un procedimiento y a un sistema de control de un componente electrónico de potencia.

Más concretamente, la invención se refiere a un procedimiento de control que contiene un proceso de pilotaje de la abertura y/o del cierre del componente electrónico de potencia, comprendiendo el proceso de pilotaje varias etapas para controlar la aplicación de una sucesión de tensiones de conmutación diferentes en un electrodo de control de dicho componente entre el instante en que se inicia el proceso de pilotaje y el instante en que debe acabarse la abertura y/o el cierre del componente electrónico de potencia, realizándose el paso de una etapa a la etapa siguiente en este proceso de pilotaje automáticamente a partir del momento en que se satisface una condición de paso correspondiente.

Estos procesos de control son conocidos bajo los términos de control CATS y divulgados para transistores de potencia en "Control CATS: Evaluación de la Robustez y Aplicación en el acondicionamiento de control al cierre ", N. IDIR, H. SAWEZYN, J.J. FRANCHAUD, R. BAUSIERE, Université de Lille 1, Laboratoire L2EP.

Estos procesos de control CATS se han desarrollado para controlar la derivada di/dt de la intensidad de la corriente que circula entre el colector y el emisor del transistor de potencia así como las variaciones de la derivada dv/dt de la tensión en los bornes del transistor de potencia.

Este objetivo se alcanza aplicando varias tensiones sucesivas diferentes entre el inicio y el fin del proceso de conmutación del transistor. Entre esta sucesión de tensiones, al menos una tensión llamada de frenado tiene un valor intermedio diferente de aquellas capaces de mantener el transistor de potencia en los estados pasantes y no pasante. El valor de esta tensión de frenado se escoge para frenar la conmutación del transistor de potencia y, de paso, limitar y controlar las variaciones de las derivadas di/dt y dv/dt durante el cierre y durante la abertura del transistor de potencia respectivamente. La duración durante la cual esta tensión de frenado se aplica en el electrodo de control del transistor de potencia debe ser controlada con precisión para limitar pérdidas de conmutación, es decir la potencia consumida durante cada conmutación. A tal efecto, el fin de la aplicación de esta tensión de frenado se controla automáticamente cuando se satisfacen una o varias condiciones de paso. Por ejemplo, en el documento precedente, el fin de la aplicación de la tensión de frenado se controla automáticamente si la tensión en los bornes de un diodo montado en posición antiparalelo con respecto al transistor de potencia es inferior a un umbral predeterminado y si la derivada de esta misma tensión es inferior a otro umbral.

Sin embargo, en caso de disfuncionamiento del transistor de potencia, la condición de paso para controlar el fin de la aplicación de la tensión de frenado puede no realizarse jamás. En estas condiciones, el procedimiento de control queda bloqueado, lo cual se traduce en el mantenimiento de la tensión de frenado en el electrodo de control del transistor de potencia durante una duración indeterminada. Esta situación conduce, en el mejor de los casos, a consumir inútilmente energía y, en el peor, a deteriorar el transistor de potencia.

En la solicitud US 2002/0167826 también se ha propuesto vigilar la tensión modo cátodo de un transistor IGBT para identificar la ocurrencia de una desaturación y por lo tanto la eventualidad de una desnaturación para controlar una reducción de la tensión ánodo cátodo según una ley de variación temporal predeterminada. Como ocurre en los procesos conocidos, la desaturación puede muy bien no ocurrir jamás incluso si el transistor IGBT padece un disfuncionamiento.

La invención se propone dar remedio e este inconveniente proponiendo un procedimiento de control del tipo control CATS de un componente electrónico de potencia en el cual se evita el consumo inútil de energía o el deterioro del componente.

Por lo tanto, tiene por objeto un procedimiento de control como el descrito más arriba, caracterizado por el hecho de que comprende las etapas consistentes en:

- extraer el valor de al menos un parámetro de funcionamiento característico de la reacción del componente electrónico de potencia en respuesta a la aplicación sucesiva de dichas tensiones de conmutación,

- verificar, gracias a los valores extraídos, si esta reacción del componente electrónico de potencia se produce en un retardo impartido predeterminado,

- en caso afirmativo, dejar que dicho proceso de pilotaje se desarrolle normalmente, y

- si no, interrumpir dicho proceso de pilotaje y activar inmediatamente un proceso de salvaguardia de la integridad del componente electrónico de potencia.

En el procedimiento de más arriba, el tiempo de reacción del componente electrónico de potencia, en respuesta a la aplicación de las tensiones de conmutación sucesivas, se vigila permanentemente. A partir del momento en que ce tiempo de reacción sobrepasa un retardo impartido predeterminado, lo cual es el caso por ejemplo en caso de disfuncionamiento del componente electrónico de potencia, el procedimiento interrumpe el proceso de pilotaje de la abertura y/o del cierre y activa automáticamente un proceso de salvaguardia. A partir de ese momento, en un tal procedimiento de control, es imposible que el proceso de pilotaje de cada abertura y/o cierre quede bloqueado. Por lo tanto, se evita el consumo de energía inútil o el deterioro del componente electrónico de potencia.

Según otras características de un procedimiento conforme a la invención:

- al menos una condición de paso de una etapa a la siguiente en dicho proceso de pilotaje es función de los valores extraídos para dicho al menos un parámetro de funcionamiento, y, para verificar si la reacción del componente electrónico de potencia se produce en el retardo impartido predeterminado, el procedimiento comprende la etapa consistente en verificar que al menos esta condición de paso se satisface antes de que haya transcurrido el retardo impartido predeterminado;

- el procedimiento comprende la etapa consistente en verificar que todas las condiciones de paso entre dichas varias etapas de dicho proceso de pilotaje se satisfacen antes de que haya transcurrido un retardo impartido predeterminado común a todas estas condiciones de paso;

- el retardo común se cuenta a partir del instante en que se inicia la ejecución de dicho proceso de pilotaje, y este retardo común es representativo de un retardo máximo para realizar la conmutación del componente electrónico de potencia;

- uno de los parámetros de funcionamiento extraído es la tensión VCE entre los electrodos de colector y de emisor del componente electrónico de potencia;

- uno de los parámetros de funcionamiento extraído es la tensión en el electrodo de control;

- una de las etapas de dicho proceso de pilotaje consiste en controlar la aplicación en dicho electrodo de control de una tensión de frenado capaz de frenar la conmutación del componente electrónico de potencia;

- el valor de la tensión de frenado está estrictamente comprendido entre los valores de las tensiones de mantenimiento del componente electrónico de potencia respectivamente en el estado cerrado y en el estado abierto;

- dicho proceso de pilotaje es un proceso de pilotaje del cierre del componente electrónico de potencia y la condición de paso entre la etapa de control de la aplicación de una tensión de frenado y la etapa siguiente se satisface si la tensión entre los electrodos de colector y de emisor es inferior a un primer umbral predeterminado;

- el proceso de pilotaje del cierre del componente electrónico de potencia se inicia con la etapa de control de la aplicación de la tensión de frenado;

- dicho proceso de pilotaje es un proceso de pilotaje de la abertura del componente electrónico de potencia y la condición de paso entre una etapa precedente y la etapa de control de la aplicación de la tensión de frenado se satisface si la tensión entre los electrodos de colector y de emisor es superior a un segundo umbral predeterminado;

- el... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de control de un componente electrónico de potencia (10) que contiene un proceso de pilotaje (50, 80) de la abertura y/o del cierre de este componente, comprendiendo el proceso de pilotaje varias etapas para:

- controlar la aplicación de una sucesión de tensiones de conmutación diferentes en un electrodo de control de dicho componente entre el instante en que se inicia el proceso de pilotaje y el instante en que debe acabarse la abertura y/o el cierre del componente electrónico de potencia, realizándose el paso de una etapa a la etapa siguiente en este proceso de pilotaje automáticamente a partir del momento en que se satisface una condición de paso correspondiente,

- extraer (en 56; en 84) el valor de al menos un parámetro de funcionamiento característico de la reacción del componente electrónico de potencia (10) en respuesta a la aplicación sucesiva de dichas tensiones de conmutación, caracterizado por el hecho de que comprende las etapas consistentes en:

- predeterminar al menos un retardo impartido (Tmax abertura, Tmax cierre) ,

- verificar, gracias a los valores extraídos, si esta reacción del componente electrónico de potencia se produce en el retardo impartido predeterminado,

- en caso afirmativo, dejar (en 58, 70; 88, 94, 100) que dicho proceso de pilotaje (50, 80) se desarrolle normalmente, y

- si no, interrumpir (en 60, 72; 90, 96, 102) dicho proceso de pilotaje y activar inmediatamente un proceso (66) de salvaguardia de la integridad del componente electrónico de potencia (10) .

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que al menos una condición de paso (58, 70; 88, 94, 100) de una etapa a la siguiente en dicho proceso de pilotaje es función de los valores extraídos para dicho al menos un parámetro de funcionamiento, y por el hecho de que, para verificar si la reacción del componente electrónico de potencia se produce en el retardo impartido predeterminado, el procedimiento comprende la etapa consistente en verificar que al menos esta condición de paso se satisface antes de que haya transcurrido el retardo impartido predeterminado.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que el procedimiento comprende la etapa consistente en verificar que todas las condiciones de paso (58, 70; 88, 94, 100) entre dichas varias etapas de dicho proceso de pilotaje (50, 80) se satisfacen antes de que haya transcurrido un retardo impartido predeterminado común a todas estas condiciones de paso.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que el retardo común se cuenta a partir del instante en que se inicia la ejecución de dicho proceso de pilotaje (50, 80) , y por el hecho de que este retardo común es representativo de un retardo máximo para realizar la conmutación del componente electrónico de potencia, (10) .

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho de que uno de los parámetros de funcionamiento extraído es la tensión (VCE) entre los electrodos de colector y de emisor del componente electrónico de potencia (10) .

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que uno de los parámetros de funcionamiento extraído es la tensión (VGE) en el electrodo de control.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que una de las etapas (64; 92) de dicho proceso de pilotaje consiste en controlar la aplicación en dicho electrodo de control de una tensión de frenado capaz de frenar la conmutación del componente electrónico de potencia (10) .

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que el valor de la tensión de frenado (V10) está estrictamente comprendido entre los valores de las tensiones de mantenimiento del componente electrónico de potencia respectivamente en el estado cerrado (V15) y en el estado abierto (V-10) .

9. Procedimiento según la reivindicación 7 o 8, caracterizado por el hecho de que, dicho proceso de pilotaje es un proceso (80) de pilotaje del cierre del componente electrónico de potencia (10) y por el hecho de que la condición de paso entre la etapa (92) de control de la aplicación de una tensión de frenado y la etapa siguiente se satisface si la tensión (VCE) entre los electrodos de colector y de emisor es inferior a un primer umbral predeterminado (S2) .

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado por el hecho de que el proceso (80) de pilotaje del cierre del componente electrónico de potencia (10) se inicia con la etapa (92) de control de la aplicación de la tensión de frenado.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado por el hecho de que, dicho proceso de pilotaje es un proceso (50) de pilotaje de la abertura del componente electrónico de potencia (10) y por el hecho de que la condición de paso (58) entre una etapa precedente y la etapa (64) de control de la aplicación de la tensión de frenado se satisface si la tensión (VCE) entre los electrodos de colector y de emisor es superior a un segundo umbral predeterminado (S2) .

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que el valor del segundo umbral (S2) corresponde a la mitad de la tensión a conmutar.

13. Procedimiento según la reivindicación 11 o 12, caracterizado por el hecho de que dicha etapa precedente es una etapa (52) de control de la aplicación de una tensión de valor estrictamente inferior a la de la tensión de frenado.

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado por el hecho de que, en el proceso (50) de pilotaje de la abertura del componente electrónico de potencia (10) , la condición (70) de paso entre la etapa (64) de control de la aplicación de la tensión de frenado y una etapa siguiente (74) se satisface si la tensión (VCE) entre los electrodos de colector y de emisor alcanza un máximo.

15. Sistema de control de un componente electrónico de potencia capaz de ejecutar un proceso de pilotaje (50, 80) de la abertura y/o del cierre de este componente, conteniendo dicho proceso de pilotaje varias etapas para controlar la aplicación de una sucesión de tensiones de conmutación diferentes en un electrodo de control del componente electrónico de potencia entre el instante en que se inicia dicho proceso de pilotaje y el instante en que debe acabarse la abertura y/o el cierre del componente electrónico de potencia, realizándose el paso de una etapa a la etapa siguiente en este proceso de pilotaje automáticamente a partir del momento en que se satisface una condición de paso correspondiente, comprendiendo el sistema un calculador electrónico (24) adaptado para:

- extraer el valor de al menos un parámetro de funcionamiento característico de la reacción del componente electrónico de potencia (10) en respuesta a la aplicación sucesiva de dichas tensiones de conmutación, caracterizado por el hecho de que el calculador electrónico (24) está además adaptado para:

- grabar al menos un retardo impartido predeterminado (Tmax abertura, Tmax cierre) ,

- verificar, gracias a los valores extraídos, si esta reacción del componente electrónico de potencia se produce en el retardo impartido predeterminado,

- en caso afirmativo, dejar que dicho proceso de pilotaje (50, 80) se desarrolle normalmente, y

- si no, interrumpir dicho proceso de pilotaje (50, 80) y activar inmediatamente la ejecución de un proceso (66) de salvaguardia de la integridad del componente electrónico de potencia.

16. Sistema según la reivindicación 15, caracterizado por el hecho de que al menos una condición de paso de una etapa a la siguiente de dicho proceso de pilotaje es función de los valores extraídos para dicho al menos un parámetro de funcionamiento, y por el hecho de que, para verificar si la reacción del componente electrónico de potencia (10) se produce en el retardo impartido predeterminado, el calculador electrónico (24) es capaz de verificar que al menos una condición de paso se satisface antes de que haya transcurrido un retardo impartido predeterminado para esta condición de paso.

17. Sistema según la reivindicación 16, caracterizado por el hecho de que el calculador electrónico (24) es capaz de verificar que todas las condiciones de paso entre dichas etapas del proceso de pilotaje se satisfacen antes de que haya transcurrido un retardo impartido predeterminado común a todas estas condiciones de paso.

18. Soporte de grabación de informaciones que comprende instrucciones para la ejecución de las etapas de un procedimiento de control de un componente electrónico de potencia (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, cuando dichas instrucciones son ejecutadas por un calculador electrónico (24) .