用于测量与半导体开关器件有关的开关损耗的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体开关器件,并且更具体地但不排他地涉及一种用于测量与一个或多个半导体开关器件的开关单元有关的开关损耗的系统和方法。
【背景技术】
[0002]混合动力电动车辆(HEV),插电式混合动力电动车辆(PHEV),电池电动车辆(BEV),燃料电池车辆以及其它已知的电气化车辆与传统的机动车辆不同,其区别之处在于取代内燃机或除了内燃机之外,他们由一个或多个电机(即电动机和/或发电机)提供动力。通常由一个或多个储存电能的蓄电池供应高压电流至电机。
[0003]已知半导体开关器件在许多产品中用于支持双向功率流。半导体器件的开关单元根据控制器产生的驱动信号执行开关操作以控制负载。例如,电气化车辆常常包括具有多个半导体开关单元(例如功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或绝缘栅双极型晶体管(IGBT))的逆变器系统,其进行切换操作以从直流蓄电池为一个或多个交流驱动电动机提供动力,或作为选择,以使直流蓄电池从交流电源(例如发电机)进行充电。
[0004]计算与半导体开关器件的开关单元有关的开关损耗变得很有必要。例如,开关损耗信息对于控制其他车辆系统和操作来说是重要的。
【发明内容】
[0005]根据本发明的示例性方面,一种方法包括使用半导体开关器件的开关损耗信息控制车辆以及其他,开关损耗信息来源于传导损耗及传导和开关损耗的结合。
[0006]在前述方法的进一步非限制性实施例中,控制步骤包括修改被传送用于冷却半导体开关器件的冷却量。
[0007]在前述方法的任何一个进一步非限制性实施例中,该方法包括通过以下步骤计算传导损耗及传导和开关损耗的结合:用来自电容的能量给电感充电,执行多个开关循环,以及从电感释放能量至电容。
[0008]在前述方法的任何一个进一步非限制性实施例中,该方法包括测量每个充电步骤、执行步骤和放电步骤期间与电容和电感有关的电压和电流。
[0009]在前述方法的任何一个进一步非限制性实施例中,该方法包括通过从传导和开关损耗的结合中减去传导损耗得到开关损耗信息。
[0010]根据本发明的另一个示例性方面,一种方法包括在传导循环中操作半导体开关器件的电路,计算与电路有关的传导损耗,在传导和开关循环中操作电路,计算与电路有关的传导和开关损耗的结合,以及从传导和开关损耗的结合中减去传导损耗以计算电路的开关损耗,以及其他。
[0011]在前述方法的进一步非限制性实施例中,每个传导循环以及传导和开关循环的操作包括,用来自电容的能量给电感充电,执行多个开关循环,以及从电感释放能量至电容。
[0012]在前述方法的任何一个进一步非限制性实施例中,充电步骤包括在导通和关断之间切换电路的第一开关单元和第二开关单元,测量切换步骤之前和之后电容两端的电压。
[0013]在前述方法的任何一个进一步非限制性实施例中,执行步骤包括交替地在电路的上桥和下桥之间续流(freewheel)电感。
[0014]在前述方法的任何一个进一步非限制性实施例中,交替地续流电感包括在切换第一开关单元导通和关断以在上桥中续流和切换第二开关单元导通和关断以在下桥中续流之间交替。
[0015]在前述方法的任何一个进一步非限制性实施例中,该方法包括测量每个充电步骤、执行步骤和放电步骤期间与电容和电感有关的电压和电流。
[0016]在前述方法的任何一个进一步非限制性实施例中,该方法包括根据每个充电步骤、执行步骤和放电步骤期间测量到的电压和电流得到开关损耗。
[0017]在前述方法的任何一个进一步非限制性实施例中,放电步骤包括切换第一二极管和第二二极管导通。
[0018]在前述方法的任何一个进一步非限制性实施例中,传导循环包括用来自电容的能量给电感充电,在电路的或者是上桥或者是下中桥续流电感,以及从电感释放能量至电容。
[0019]在前述方法的任何一个进一步非限制性实施例中,传导和开关循环包括用来自电容的能量给电感充电,在电路的上桥和下桥之间交替地续流电感,以及从电感释放能量至电容。
[0020]根据本发明的示例性方面,一种半导体开关器件包括开关损耗测量系统以及其他,开关损耗测量系统包括第一测量设备、第二测量设备和控制单元,第一测量设备配置用于测量半导体电路的第一储能设备的电压,第二测量设备配置用于测量半导体电路的第二储能设备的电流,控制单元配置用于根据来自第一和第二测量设备的电压和电流输入得到与半导体电路有关的开关损耗。
[0021]在前述器件的进一步非限制性实施例中,控制单元配置用于传达开关损耗至电气化车辆的控制系统。
[0022]在前述器件的任何一个进一步非限制性实施例中,半导体电路包括配置在H桥排布中的多个开关单元。
[0023]在前述器件的任何一个进一步非限制性实施例中,第一储能设备是电容且第二储能设备是电感。
[0024]在前述器件的任何一个进一步非限制性实施例中,为了计算开关损耗,控制单元配置用于在每个传导循环以及传导和开关循环中操作半导体电路。
[0025]前述段落、权利要求或以下说明书和附图中的实施例、示例和可选方案,包括它们的各种方面或各自的个体特征,可以独立地或以任意组合的形式获得。关于一个实施例描述的特征适用于所有的实施例,除非这些特征互不相容。
[0026]从以下的详细说明中,本发明的各种特征和优势对本领域技术人员来说是显而易见的。伴随详细说明的附图可以简要描述如下:
【附图说明】
[0027]图1图示地说明了电气化车辆的动力系统。
[0028]图2说明了半导体开关器件电路的拓扑结构。
[0029]图3图示地说明了用于测量与一个或多个半导体开关器件的开关单元有关的开关损耗的开关损耗测量系统。
[0030]图4A说明了半导体开关器件电路操作循环的第一阶段。
[0031]图4B是半导体开关器件的储能设备在电路操作循环第一阶段期间电流和电压分布的图解示意图。
[0032]图5A说明了电路操作循环的第二阶段的第一部分。
[0033]图5B说明了电路操作循环的第二阶段的第二部分。
[0034]图5C是半导体开关器件的储能设备在电路操作循环第二阶段期间电流和电压分布的图解示意图。
[0035]图6A说明了电路操作循环的第三阶段。
[0036]图6B是半导体开关器件的储能设备在电路操作循环第三阶段期间电流和电压分布的图解示意图。
[0037]图7是半导体开关器件电路的传导循环以及传导和开关循环的图解示意图。
【具体实施方式】
[0038]本发明涉及一种用于测量与一个或多个半导体开关器件的开关单元有关的开关损耗的系统和方法。为了测量开关损耗,H-桥开关拓扑可以在不同的预定开关频率、占空比以及工作电流和电压下操作。为了确定半导体器件中的传导损耗以及传导和开关损耗的结合,半导体开关器件的电路可以在传导循环以及传导和开关循环中操作。通过从传导和开关损耗的结合中减去传导损耗来计算开关损耗。可以使用开关损耗信息控制车辆系统或操作。这些和其他特征在本发明中进行了更详细地讨论。
[0039]图1图示地说明了用于电气化车辆12(例如HEV)的动力系统10。虽然被描述为HEV,应当理解的是,本发明中描述的构思不限于HEV,可以延伸到其他电气化车辆,包括但不限于PHEV、BEV及燃料电池车辆。
[0040]在一个实施例中,动力系统10是功率分流动力系统,其使用第一驱动系统和第二驱动系统,其中第一驱动系统包括发动机14和发电机16 (即第一电机)的结合,第二驱动系统至少包括电动机36 (即第二电机),发电机16和蓄电池50。例如,电