用于获取控制器的至少一个第一开关单元和第二开关单元的温度的方法和装置以及控制器与流程

文档序号:11102890
用于获取控制器的至少一个第一开关单元和第二开关单元的温度的方法和装置以及控制器与制造工艺

本发明涉及独立权利要求所述的一种装置或方法。本发明的客体也是一种计算机程序。



背景技术:

通常借助热敏电阻来测量MOSFET-B6电桥电路的壳体温度。例如可以通过微控制器分析热敏电阻的温度,其中可以在超过最大壳体温度的时候断开B6电桥的开关。如果多个B6电桥在一个电路板上,则所述B6电桥中的每一个例如均可以具有这样一个热敏电阻。



技术实现要素:

在此背景下,以这里所介绍的方案按照主权利要求推荐一种用于借助与第一开关单元和第二开关单元热耦合的温度传感器来获取控制器的至少一个第一开关单元和第二开关单元的温度的方法,此外还推荐一种使用该方法的装置、一种控制器、以及一种相应的计算机程序。通过在从属权利要求中所列举的措施,可以对在独立权利要求中给出的装置进行有利的改进和改善。

推荐一种用于借助与第一开关单元和第二开关单元热耦合的温度传感器来获取控制器的至少一个第一开关单元和第二开关单元的温度的方法,其中所述方法包括以下步骤:

读入代表温度传感器的温度的温度值、代表第一开关单元的损耗功率的第一损耗功率值、代表第二开关单元的损耗功率的第二损耗功率值、代表第一开关单元和温度传感器的热耦合的瞬态热阻的第一传感器热值、代表第二开关单元和温度传感器的热耦合的瞬态热阻的第二传感器热值、代表第一开关单元和第二开关单元的热耦合的瞬态热阻的电路热值;

在使用温度值、第一损耗功率值和第一传感器热值的情况下确定温度辅助值;并且

在使用温度辅助值、第二损耗功率值和电路热值的情况下获取第一开关单元的温度,并且/或者在使用温度辅助值、第一损耗功率值和电路热值的情况下获取第二开关单元的温度。

“开关单元”可以是例如具有三个高边开关和三个低边开关的B6电桥,例如形式为MOSFET。所述控制器可以是用于控制电机的控制器,尤其是变速箱控制器。例如可以将温度传感器实现为热敏电阻,也称作NTC电阻。两个开关单元和温度传感器可以布置在共同的电路板上,并且通过该电路板相互热耦合。在使用Zth函数、即代表热阻瞬态变化的曲线的情况下可以获取传感器热值和电路热值,其中可以给热耦合中的每一个分配各自的Zth函数。例如可以借助这些Zth函数来描述包括两个开关单元和温度传感器的热网络的热网络。“温度辅助值”可以是虚拟温度点。两个开关单元的温度可以是例如开关单元的壳体(case)或者阻挡层(junction)的温度。

这里所述的方案基于以下认识:通过使用一种合适的计算方法仅仅借助一个温度传感器、例如热敏电阻,就能够确定多个开关单元尤其是例如多个B6电桥的相应温度。

例如由此可以估计MOSFET-B6电桥的功率开关的壳体温度和阻挡层温度,并且因此在快速热变化的时候保护MOSFET-B6电桥以防热过载或者毁坏。

用于温度确定的这种方法具有下述优点,即使例如温度传感器没有直接放置在壳体上,通过使用例如存在于开关单元的相应的壳体与温度传感器之间的Zth热阻也能够足够快地检测开关单元的快速热负荷或者温度升高。

该优点也以特别的方式适用于测量布置在开关单元之内的阻挡层的温度,阻挡层可能具有比壳体更小的时间常数。现在例如当借助合适的温度模型直接根据流过相关开关单元的电流计算壳体-和阻挡层温度的变化的时候,即使在出现十分快的热负荷的时候也能充分保护相关开关单元以防过热。

此外由于仅仅使用一个温度传感器还可以节省制造成本。

按照一种实施方式所述,可以在计算步骤中根据分配给第一开关单元和/或第二开关单元的中间电路的中间电路电流和第一开关单元的至少一个元器件参数计算第一损耗功率值。作为补充或替代方案,可以在计算步骤中根据中间电路电流和第二开关单元的至少一个元器件参数计算第二损耗功率值。“中间电路”可以理解为一种装置,该装置作为储能器可以通过变换器将中间接入的电流层面或者电压层面上的多个电网电耦合。“中间电路电流”例如可以理解为通过中间电路提供的开关电流。元器件参数例如可以是描述第一或第二开关单元特征的特性曲线或者相应的特性曲线族。通过该实施方式可以高效且精确地计算损耗功率值。

此外下述情况是有利的:在确定步骤中通过将由第一损耗功率值和第一传感器热值形成的乘积从温度值中减去从而确定温度辅助值。这样就能在节省资源的很少的计算步骤中计算温度辅助值。

按照另一种实施方式所述,可以在获取步骤中通过将温度辅助值与由第二损耗功率值和电路热值形成的乘积相加从而获取第一开关单元的温度。作为补充或替代方案,可以通过将温度辅助值与由第一损耗功率值和电路热值形成的乘积相加从而获取第二开关单元的温度。通过该实施方式也可以使得在获取开关单元的相应温度时的计算花费保持尽可能小的程度。

此外下述情况是有利的:在获取步骤中获取第一开关单元的阻挡层的温度或者第二开关单元的阻挡层的温度或者两个开关单元的阻挡层的温度。作为补充或替代方案,以相应的方式可以获取第一开关单元的壳体的温度或者第二开关单元的壳体的温度或者两个开关单元的壳体的温度。通过该实施方式可以提前且准确地获取开关单元的热状态以及是否可能过热。

在此,由第二损耗功率值和电路热值形成的乘积,或者作为补充或替代方案,由第一损耗功率值和电路热值形成的乘积尤其可以代表壳体或阻挡层的温度变化。这样就能实现根据时间确定温度辅助值,从而能够相应迅速且准确地获取开关单元的相应温度的十分快的变化。

此外该方法还可以包括提供步骤,当第一开关单元的温度超过一阈值的时候,在该提供步骤中可以提供禁用信号来禁用第一开关单元。作为补充或替代方案,当第二开关单元的温度超过所述阈值的时候,还可以提供禁用信号以便禁用第二开关单元。例如可以借助禁用信号将开关单元的各个开关断开。通过该实施方式可以在达到一定的热临界温度的时候中断流过第一或第二开关单元的电流。

此外按照另一种实施方式所述,在读入步骤中还可以读入代表至少一个与温度传感器热耦合的另一个开关单元的损耗功率的另一个损耗功率值、代表另一个开关单元和温度传感器的热耦合的瞬态热阻的另一个传感器热值、代表第一开关单元和另一个开关单元的热耦合的瞬态热阻的另一个第一电路热值、以及代表第二开关单元和另一个开关单元的热耦合的瞬态热阻的另一个第二电路热值。此外在确定步骤中还可以在使用另一个损耗功率值和另一个传感器热值的情况下确定温度辅助值。相应地,在获取步骤中可以在使用温度辅助值、第一损耗功率值、第二损耗功率值、另一个第一电路热值和另一个第二电路热值的情况下获取另一个开关单元的温度。通过该实施方式可以借助仅仅一个温度传感器获取多个开关单元的相应温度。

下述情况是特别有利的:在此在获取步骤中还在使用另一个损耗功率值和另一个第一电路热值的情况下获取第一开关单元的温度。作为补充或替代方案,在此还可以在使用另一个损耗功率值和另一个第二电路热值的情况下获取第二开关单元的温度。通过该实施方式能够以很少的计算花费比较迅速地获取多个开关单元的各个温度。

该方法例如可以以软件或者硬件的方式或者以由软件和硬件构成的混合形式例如在控制器中实现。

此外,这里介绍的方案还提供一种装置,该装置被构造用于在相应的装置中执行、操控或者实施这里介绍的方法的变型方案的步骤。也可以通过本发明的形式为装置的这些实施变型方案来迅速且有效地解决本发明所基于的任务。

所述“装置”在此可以理解为一种处理传感器信号并且据此输出控制信号和/或数据信号的电设备。该装置可以具有一接口,可以通过硬件和/或软件的方式构造该接口。在以硬件的方式来构造的情况下,所述接口例如可以是所谓的系统ASIC的包含所述装置的最为不同的功能的一部分。但接口也可以是自身的集成电路,或者至少部分由离散的元器件构成。在以软件的方式来构造的情况下,所述接口可以是例如存在于其它软件模块旁边的微控制器上的软件模块。

这里所介绍的方案还提供了具有以下特征的控制器:

至少一个第一开关单元和第二开关单元;

与第一开关单元和第二开关单元热耦合的温度传感器;以及

根据上面所介绍的实施方式所述的装置。

所述控制器在此可以理解为一种处理传感器信号并且据此输出控制信号和/或数据信号的电设备。控制器可以具有一个接口,可以以硬件和/或软件的方式来构造该接口。在以硬件的方式来构造的情况下,所述接口例如可以是所谓的系统ASIC的包含控制器的最为不同的功能的一部分。但接口也可以是自身的集成电路,或者至少部分由离散的元器件构成。在以软件的方式来构造的情况下,所述接口可以是例如存在于其它软件模块旁边的微控制器上的软件模块。具有程序代码的计算机程序或者计算机程序产品也是有利的,可以将所述代码保存在机器可读的载体或存储介质上,如半导体存储器、硬盘存储器或者光学存储器,并且尤其当在计算机或者装置上执行该程序产品或者程序时,所述代码被用于执行、实施和/或操控根据上述实施方式中任一项所述方法的步骤。附图说明:

在附图中示出了本发明的实施例,并且在以下的说明中对其进行详细解释。其中示出:

附图1是根据一种实施例的控制器的示意图;

附图2是根据一种实施例的控制器的示意图;

附图3是根据一种实施例的开关单元的示意图;

附图4是用于借助根据一种实施例的装置来获取温度的模型结构的示意图;

附图5是用于借助根据一种实施例的装置来获取温度的模型结构的示意图;

附图6是用于借助根据一种实施例的装置来获取温度的PT1元件的耦合的示意图;

附图7是用于描述根据一种实施例的开关单元的损耗功率的图表;

附图8是用于描述根据一种实施例的开关单元的损耗功率的图表;

附图9是用于描述根据一种实施例的开关单元的损耗功率的图表;

附图10是在电机旋转的情况下损耗功率计算的流程图;

附图11是在电机停止的情况下损耗功率计算的流程图;并且

附图12是根据一种实施例的用于获取温度的方法的流程图。

具体实施方式

在本发明的有益的实施例的下述说明中,针对在不同附图中所示出的和类似地起作用的元件均采用相同或者类似的附图标记,其中不重复描述这些元件。

附图1示出了根据一种实施例的控制器100、例如用于电机的控制器的示意图。控制器100具有不仅直接、而且也通过温度传感器106相互热耦合的第一开关单元102和第二开关单元104。这两个开关单元102、104例如都是B6电桥,所述B6电桥尤其可以作为MOSFET输出级来实现。例如这两个开关单元102、104和温度传感器106可以通过共同的电路板相互热耦合。在附图1中使用水平连接线表示开关单元102、104和温度传感器106之间的相应的热耦合。

装置108被构造用于从温度传感器106读入代表温度传感器106的温度的温度值110、从第一开关单元102读入代表第一开关单元102的损耗功率的第一损耗功率值112、并且从第二开关单元104读入代表第二开关单元104的损耗功率的第二损耗功率值114。此外装置108还被构造用于读入代表第一开关单元102和温度传感器106的热耦合的瞬态热阻的第一传感器热值116、代表第二开关单元104和温度传感器106的热耦合的瞬态热阻的第二传感器热值118、以及代表第一开关单元102和第二开关单元104的热耦合的瞬态热阻的电路热阻120。

装置108在使用温度值110、第一损耗功率值112和第一传感器热值116的情况下首先确定温度辅助值,该温度辅助值用作虚拟温度点来获取两个开关单元102、104的相应的温度。替代地,装置108在使用第二损耗功率值114和第二传感器热值118替代使用第一损耗功率值112和第一传感器热值116的情况下来确定温度辅助值。

装置108根据之前确定的温度辅助值获取开关单元102、104的相应温度尤其是开关单元102、104的相应壳体或者相应阻挡层的温度。在此,所述装置108在使用温度辅助值、第二损耗功率值114以及电路热值110的情况下获取第一开关单元102的温度。与此类似,在使用温度辅助值、第一损耗功率值112和电路热值110的情况下获取第二开关单元104的温度。

按照一种实施例,装置108被构造用于根据所获取的两个开关单元102、104的温度产生并提供禁用信号122。当相关温度超过例如代表相应开关单元的最大热负荷的阈值的时候,例如就会产生禁用信号122。禁用信号122相应地用于禁用相关的开关单元,就是说用于将开关单元与电源断开。

附图2是根据一种实施例的控制器100的示意图。控制器100例如是如之前借助附图1所描述的那样的控制器。与附图1的区别在于,除了两个开关单元102、104之外,控制器100还例如包括第三开关单元200、第四开关单元202和第五开关单元204。两个开关单元102、104以及三个另外的开关单元200、202、204各自与温度传感器106热耦合。此外,三个另外的开关单元200、202、204以及第二开关单元104还各自与第一开关单元102热耦合。附加地,第二开关单元104还与第三开关单元200和第四开关单元202热连接,第三开关单元200与第四开关单元202和第五开关单元204热连接,并且第四开关单元202与第五开关单元204热连接。

按照该实施例,控制器100例如以第一冷却体206、第二冷却体208和第三冷却体210来实现,其中所述第一冷却体206与第一开关单元102和第二开关单元104热耦合,第二冷却体208与第三开关单元200热耦合,并且第三冷却体210与第四开关单元202和第五开关单元204热耦合。

通过在附图2中分别以小方框表示的确定的Zth函数来描述五个开关单元之间、五个开关单元和温度传感器106之间、以及五个开关单元和三个冷却体206、208、210之间的相应热连接的瞬态热阻的特征。视实施方式而定,各个Zth函数可能彼此不同。

相应地,在附图2中为了清晰起见没有绘出的装置被构造用于除了读入两个开关单元102、104的损耗功率值之外,还读入关于三个另外的开关单元200、202、204的其它损耗功率值、相应的其它传感器热值和相应的其它电路热值,以便以下面详细描述的方式确定三个另外的开关单元200、202、204的相应温度。

附图2所示为控制器电路板上的多个输出级用的热网络的简化示图。在此通过Zth函数来表示相应开关单元和温度传感器106、例如热敏电阻之间的热耦合。按照一种实施例,以如下方式计算虚拟温度值T-PCB、之前也称作温度辅助值:

Pv=元器件中的损耗功率

Zth=热网络

T-NTC=温度传感器的温度

此外例如值Pv1相当于第一损耗功率值,值Pv2相当于第二损耗功率值,值Zth4相当于第一传感器热值,值Zth7相当于第二传感器热值,值Zth1(x)相当于电路热值。

T-PCB=T-NTC-(Pv1*Zth4)-(Pv2*Zth7)-(Pv3*Zht5)-(Pv4*Zth9)

据此得出输出级温度如下:

T-开关单元1=(Pv2*Zth1(x))+(Pv3*Zth8(x))+(Pv4*Zth18(x))+(Pv5*Zth17(x))+T-PCB

T-开关单元2=(Pv1*Zth1(x))+(Pv3*Zth2(x))+(Pv4*Zth19(x))+(Pv5*Zth21(x))+T-PCB

T-开关单元3=(Pv1*Zth8(x))+(Pv2*Zth2(x))+(Pv4*Zth3(x))+(Pv5*Zth20(x))+T-PCB

T-开关单元4=(Pv1*Zth18(x))+(Pv3*Zth3(x))+(Pv2*Zth19(x))+(Pv5*Zth16(x))+T-PCB

T-开关单元5=(Pv1*Zth17(x))+(Pv3*Zth20(x))+(Pv4*Zth16(x))+(Pv2*Zth21(x))+T-PCB

例如通过PT1元件的耦合来模拟Zth函数,与以下根据附图6所示的一样。

按照一种实施例,由中间电路电流和例如实现为MOSFET开关的开关单元的相应元器件参数来计算相应的损耗功率。在此将元器件参数存放在软件中具有开关电流的RMS值(RMS=root mean square;均方根)作为输入变量的查找表(Look-up-Table)中。

以下将根据附图10和11详细描述相应的损耗功率计算。

附图3所示为根据一种实施例所述的开关单元102的示意图。所述开关单元102例如是以上根据附图1和2所描述的开关单元。开关单元102被实现为具有三个高边开关S1、S3、S5和三个低边开关S2、S4、S6的B6电桥,所述开关分别导电地与用来施加电压UZk的电源、例如可充电的电池相连或者可以相连。

附图4所示为用于借助根据一种实施例的装置来获取温度的模型结构的示意图,例如之前根据附图1至3所描述的那样的装置。

该模型结构包括用于借助三个高边开关H1、H2、H3来获取开关单元的阻挡层温度的第一处理线路401。在此,方框400代表高边开关H1、H2、H3的MOSFET损耗。为了计算损耗所需的参数均存放在查找表402之中。

方框404代表三个高边开关H1、H2、H3的体二极管损耗。相应地,为了计算损耗所需的参数均存放在另一个查找表406之中。

第一加法单元408处理从损耗的计算得出的值。第一加法单元408本身与第一除法单元410相连。第一计算单元412耦接到第一除法单元410上,第二加法单元414又耦接到第一计算单元上。

第二处理线路416用于获取开关单元的三个低边开关H1、H2、H3的阻挡层温度。

在此,方框418代表低边开关H1、H2、H3的MOSFET损耗。为了计算损耗所需的参数同样均存放在相应的查找表420之中。

方框422代表三个低边开关H1、H2、H3的体二极管损耗。相应地,为了计算损耗所需的参数均存放在另一个查找表424之中。与第一处理线路401类似,在第三加法单元426、第二除法单元428、第二计算单元430以及第四加法单元432中处理第二处理线路416中的值。

按照该实施例,两个加法单元408、426分别耦接到第五加法单元434上,第五加法单元本身又耦接到第三除法单元436上。第三除法单元436又与第三计算单元438相连。可以借助第三计算单元438计算所有开关的壳体温度。

使用大箭头标识用于计算环境温度的计算步骤。

附图5示出了用于借助根据一种实施例的装置来获取温度的模型结构的示意图。与根据附图4所述的模型结构的区别在于,根据附图5的模型结构包括第一方框500和第二方框502,第一方框包括两个处理线路401、416,所述第一方框基本上相当于根据附图4所述的模型结构并且按照该实施例可以作为10-ms任务来执行,第二方框在这里例如可以作为100-ms任务来执行。例如在第三处理线路504中计算环境温度,在第四处理线路506中计算所有开关的壳体温度,其中这两个处理线路504、506是第二方框502的一部分。

按照附图5,第二方框502包括第五加法单元434、第三除法单元436、第三计算单元438以及例如六个另外的计算单元508、另一个加法单元510、三个加法和减法单元512和一个乘法单元514。

附图6所示为用于借助根据一种实施例的装置来获取温度的PT1元件的耦合的示意图。所述耦合例如借助与之前根据附图1至5所述一样的装置来进行,并且用于模拟Zth函数。在此,在第一耦合步骤600中将开关单元与温度传感器耦合,其中相应的损耗功率值用作输入变量。在另一个耦合步骤602中耦合输出级,其中输出级的相应的壳体温度用作输入变量。

附图7所示为用于描述根据一种实施例的开关单元、例如与根据之前的附图所述一样的开关单元的损耗功率的图表。示出了关于损耗功率PvRdsOn的特性曲线族700。

附图8所示为用于描述根据一种实施例的开关单元的损耗功率的图表。与附图7的区别在于,附图8中的特生曲线族800涉及损耗功率PvDiodeRms。

附图9所示为用于描述根据一种实施例的开关单元的损耗功率的图表。与附图7和8的区别在于,附图9中的特性曲线族900涉及损耗功率PvDiodeAvg。

附图10所示为在电机旋转的情况下损耗功率计算的流程图。例如可以结合之前根据附图1至9所述的装置进行损耗功率计算。

根据高边开关的RMS电流值1000计算高边MOSFET导通损耗1002。根据高边开关的最大电流值1004计算高边MOSFET开关损耗1006。

根据高边体二极管的RMS电流值1008计算高边体二极管损耗1010作为微分电阻。根据高边体二极管的平均电流值1012计算高边体二极管损耗1014作为阈值电压。

将损耗1002、1010、1014分别提供给乘法装置1016,并且例如将其乘以三。将开关损耗1006以及利用乘法装置1016执行了乘法的结果值提供给用于与高边损耗功率值相加的第一加法装置1018。

与此相类似地,计算用于低边开关和低边体二极管的损耗功率。

根据低边开关的RMS电流值1020计算低边MOSFET导通损耗1022。根据低边开关的最大电流值1024计算低边MOSFET开关损耗1026。

根据低边体二极管的RMS电流值1028计算低边体二极管损耗1030作为微分电阻。根据低边体二极管的平均电流值1032计算低边体二极管损耗1034作为阈值电压。

再次将损耗1022、1030、1034分别提供给乘法装置1016,并且例如将其乘以三。将开关损耗1026以及利用乘法装置1016执行了乘法的结果值提供给用于与低边损耗功率值相加的第二加法装置1036。

通过第三加法装置1038将高边损耗功率值和低边损耗功率值相加,由此最后获取输出级的、也就是开关单元的损耗功率值,例如第一损耗功率值112。

附图11所示在电机停止的情况下损耗功率计算的流程图。与附图10的区别在于,在没有乘法装置的情况下进行损耗功率计算。此外还省去了计算高边体二极管损耗。

附图12所示为根据一种实施例的用于获取温度的方法1200的流程图。例如可以结合之前根据附图1至11所述的装置来执行所述方法1200。用于借助与第一开关单元和第二开关单元热耦合的温度传感器来获取控制器的至少一个第一开关单元和第二开关单元的温度的方法1200包括步骤1210,在该步骤中读入代表温度传感器的温度的温度值、代表第一开关单元的损耗功率的第一损耗功率值、代表第二开关单元的损耗功率的第二损耗功率值、代表第一开关单元和温度传感器的热耦合的瞬态热阻的第一传感器热值、代表第二开关单元和温度传感器的热耦合的瞬态热阻的第二传感器热值、以及最后读入代表第一开关单元和第二开关单元的热耦合的瞬态热阻的电路热值。

在另一个步骤1220中在使用温度值、第一损耗功率值和第一传感器热值的情况下确定温度辅助值。替代地,在使用温度值、第二损耗功率值和第二传感器热值的情况下确定温度辅助值。

随后在步骤1230中在使用温度辅助值、第二损耗功率值和电路热值的情况下获取第一开关单元的温度。视实施方式而定,作为补充或替代方案,在步骤1230还在使用温度辅助值、第一损耗功率值和电路热值的情况下获取第二开关单元的温度。

例如可以在控制器的工作过程中连续执行步骤1210、1220、1230。

为了计算开关单元的壳体和阻挡层的绝对温度,按照一种实施例所述,以温度辅助值的形式计算虚拟温度。据此可以获取环境温度如下:

壳体温度=虚拟温度点+壳体温度变化

阻挡层温度=虚拟温度点+阻挡层温度变化。

利用这种方法例如可以在极快的热过程中保护MOSFET输出级以防过热,因为直接在壳体-和阻挡层温度的热时间常数之内计算壳体-和阻挡层温度。

如果控制器具有多个MOSFET输出级,则有利地在使用仅仅一个温度传感器、例如热敏电阻的情况下就能够获取相应的B6电桥开关的壳体-和阻挡层温度。这样就能节省元器件并由此节省制造成本。也有利的是:通过省去另外的热敏电阻能够使用比较小的印刷电路板。

按照一种实施例所述,借助所测定的中间电路电流、MOSFET元器件的参数和机械结构的Zth阻值估计B6电桥电路的六个开关的壳体-和阻挡层温度。

如果一种实施例在第一种特征与第二种特征之间包括“和/或”关系,则这可以解读为根据一种实施方式的实施例不仅具有第一种特征而且也具有第二种特征,而根据另一种实施方式的实施例则要么只具有第一种特征要么只具有第二种特征。

再多了解一些
当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1