用于控制变换器的跳闸事件的方法
【专利摘要】在本文中公开了一种用于通过考虑变换器的温度来控制变换器的跳闸事件的方法。该方法包括：使用温度感测电路来感测在过载电流测量时间内变换器的温度变化；基于温度变化来确定从变换器发出的热量；确定在过载电流测量时间内消耗的变换器的电能；基于热量和电能来确定补偿参考时间；并且将补偿参考时间与过载电流测量时间进行比较以使变换器跳闸。结果，反映了当变换器进行操作时测量的变换器的实际温度，使得可以更精确地控制变换器的跳闸事件。
【专利说明】
用于控制变换器的跳闸事件的方法
技术领域
[0001] 本公开涉及一种用于控制变换器的跳闸事件的方法，且更具体地涉及一种用于通 过考虑变换器的温度来控制变换器的跳闸事件的方法。
【背景技术】
[0002] 变换器包括将AC电压转换成DC电压的电路，根据脉冲宽度调制(pmo信号由开关 元件切换所转换的DC电压以生成AC电压，并且将所生成的AC电压输出到负载。该变换器允 许用户将具有期望电平和频率的AC电压供应到负载，从而精确地控制该负载。
[0003] 在操作变换器中，如果过电流在变换器中流过，则变换器的温度增加并且从而变 换器过热。如果变换器过热，则跳闸事件发生用于保护变换器。一旦跳闸事件发生，就中断 变换器。存在多个控制变换器的跳闸事件的方法。例如，存在已知的锁存器型控制方案，通 过其仅仅通过复位可以取消一旦由于过热而发生的跳闸事件。另外，存在已知的电平型控 制方案，通过其如果过热消失则自动取消跳闸事件。
[0004] 对于使用锁存器型控制方案的变换器，当由于过热而发生跳闸事件时，用户务必 由她自己/他自己执行复位操作。因此，必需防止不必要的跳闸事件。然而，根据现存的跳闸 控制方案，基于变换器的估计温度而不是实际测量的温度来确定是否发生跳闸事件。结果， 很难精确地控制跳闸事件。
【发明内容】
[0005] 本公开的一个方面在于提供用于控制变换器的跳闸事件的方法，其反映了当变换 器进行操作时测量的变换器的实际温度，使得可以更精确地控制变换器的跳闸事件。
[0006] 本公开的另一方面在于提供用于控制变换器的跳闸事件的方法，其反映变换器的 实际温度，从而改善变换器的跳闸点，使得可以减少不必要的跳闸事件并且跳闸点可以更 早，从而防止当变换器过热时对变换器的损坏。
[0007] 本公开的其它目的不限于上述目的并且通过参考本公开的实施例以下描述的说 明书可以明白其它目的以及优点。另外，将容易明白的是通过附加的权利要求中引用的手 段及其组合可以实现本公开的目的和优点。
[0008] 根据本公开的一个方面，用于控制变换器的跳闸事件的方法包括:使用所述温度 感测电路来感测在过载电流测量时间内所述变换器的温度变化;基于所述温度变化来确定 从所述变换器发出的热量;确定在所述过载电流测量时间内消耗的所述变换器的电能;基 于所述热量和所述电能来确定补偿参考时间;并且将补偿参考时间与过载电流测量时间进 行比较以使变换器跳闸。
【附图说明】
[0009] 本发明的上述和其它方面、特征和优点将从结合附图给出的以下示例性实施例的 描述中变得显而易见，其中：
[0010] 图1是根据本公开的示例性实施例的用于控制变换器的跳闸事件的方法应用到的 变换器的电源模块的电路图；
[0011] 图2是示出参考负载因子相对于图1的变换器中包括的开关元件的开关频率的变 化的曲线图；
[0012] 图3是示出变换器的直到跳闸事件发生所花费的时间对比实际负载因子的曲线 图；
[0013] 图4是示出现有技术的用于控制变换器的跳闸事件的方法的流程图；
[0014] 图5是根据本公开的示例性实施例的用于测量变换器的温度的温度感测电路的电 路图；
[0015] 图6是示出根据本公开的示例性实施例的用于控制变换器的跳闸事件的方法的流 程图；
[0016] 图7是示出根据本公开的示例性实施例当在过载电流测量时间内从变换器发出的 实际热量小于基于测量的电流计算的电能时跳闸点的移动的曲线图；以及
[0017] 图8是示出根据本公开的示例性实施例当在过载电流测量时间内基于变换器的温 度信息的过热参考大于基于输出电流信息的过热参考时跳闸点的移动的曲线图。
【具体实施方式】
[0018] 上述目的、特征和优点将参照附图从以下详细描述中变得显而易见。充分详细描 述实施例以使得本领域的技术人员能够容易实践本公开的技术思想。可以省略公知的功能 或结构的详细说明以便不不必要地模糊本公开的要点。在下文中，将参考附图详细地描述 本公开的实施例。贯穿附图，相似的附图标记表示相似的要素。
[0019] 图1是负责将电力供应给根据本公开的示例性实施例的用于控制变换器的跳闸事 件的方法应用到的变换器的电源模块的电路图。
[0020] 如图1所示，变换器102包括多个开关元件11至17。在变换器102中使用的开关元件 可以包括但是不限于绝缘栅双极型模式晶体管（IGBT)。开关元件11至17重复导通和截止以 由此将DC电压转换成AC电压。在给定的时间段内开关元件11至17的开关次数越大，即，开关 元件11至17的开关频率越高，开关元件11至17发出的热量越多。因此，变换器102的温度因 此增加。
[0021] 图2是示出参考负载因子相对于图1的变换器中包括的开关元件的开关频率的变 化的曲线图。
[0022] 根据本公开的示例性实施例，变换器102将实际负载因子1。/1^与参考负载因子 进行并且基于比较的结果确定是否使变换器102跳闸。如在本文中所使用的，实际负载因子 被定义为在开关元件中流动的输出电流I。与变换器102的额定电流I ref的比率。参考负载因 子是用于确定是否使变换器跳闸的基准值。默认参考负载因子是100%。
[0023] 如上所述，从开关元件发出的热量随着开关元件的开关频率增加。因此，如图2所 示，当开关频率超过参考频率例如6kHz时，参考负载因子被调整使得它变成小于100%。
[0024] 图3是示出直到跳闸事件发生所花费的时间相对于变换器的实际负载因子的曲线 图。
[0025]如上面参考图2所述，取决于开关元件的开关频率确定参考负载因子。另外，如上 所述，比较变换器102的实际负载因子Io/Irrf与参考负载因子，并且基于比较的结果确定是 否和何时使变换器102跳闸（跳闸点）。如图3所示，实际负载因子Io/Irrf越高，跳闸事件发生 越早。
[0026] 图4是示出现有技术的用于控制变换器的跳闸事件的方法的流程图。
[0027] 参考图4,将变换器中包括的开关元件的开关频率fs与变换器的参考频率f。进行比 较(步骤S402)。参考频率是用于确定是否由于开关元件的开关频率f s而导致变换器过热 的基准值，并且可以被任意地给出。当开关频率fs不大于参考频率f。时，参考负载因子被设 为预定值例如100% (步骤S404)。另一方面，当开关频率fs大于参考频率fc时，根据预定比率 来插入参考负载因子(步骤S406)。
[0028] 然后，将在步骤S404或S406中确定的参考负载因子与实际负载因子Ιο/Iref进行比 较，该实际负载因子Io/Iref是在开关元件中流动的输出电流I。与变换器的额定电流Iref的比 (步骤S408)。如果确定实际负载因子Io/Iref不大于参考负载因子，则返回到步骤S402而不 执行跳闸控制处理。另一方面，如果在步骤S408中确定实际负载因子Io/Iref大于参考负载 因子，这意味着变换器过热，则将过载电流测量时间t与跳闸点参考时间t ref进行比较(步骤 S410)，使得执行跳闸控制。过载电流测量时间t表示输出电流I。在开关元件中流动的时间 段。跳闸点参考时间tref被定义如下：
[0029][数学表达式1]
[0030] tref = Eref/(CXI〇2)
[0031 ] 其中trrf表示跳闸点参考时间，Errf表示用于确定是否跳闸的参考能量，C表示比例 常数，并且I。表示在开关元件中流动的输出电流。等式1是例如用于估计从E[J] = Ic>2XRXt 导出的时间的等式，其中E表示电能并且R代表变换器的电阻。
[0032] 如果在步骤S410中确定过载电流测量时间t不大于跳闸点参考时间tref，则返回到 步骤S402而不执行跳闸控制。如果在步骤S410中确定过载电流测量时间t大于跳闸点参考 时间t ref，则变换器跳闸（步骤S412)并且因而中断变换器的操作。
[0033] 根据用于控制变换器的跳闸事件的现有方法，如图4所示，过载电流测量时间t与 跳闸点参考时间tref进行比较，并且确定变换器是否过热以及是否使变换器跳闸。通过等式 1表示的输出电流I。确定跳闸点参考时间trrf。这基于以下思想：电能被定义为E[J] = Ic12XR X t，其中R表示变换器的电阻并且根据等式IJ = O. 24cal，电能E可以被转换成从变换器发 出的热量。关于此，从变换器发出的热量被定义为Q[cal] = cXmX At，其中c表示变换器的 特定热，m代表变换器的质量，并且At代表变换器的温度变化。简短地说，可以通过将由变 换器消耗的电能E转换成从变换器发出的热量Q来估计变换器的温度变化Δ t。
[0034] 即，在现有技术中，基于在过载电流测量时间t内由变换器消耗的电能E来估计在 过载电流测量时间t内变换器的温度变化At，从而控制跳闸操作。然而，根据在现有技术中 用于控制变换器跳闸点的方法，因为基于输出电流I。不是直接测量变换器的温度来估计温 度变化，所以不能精确地控制变换器的跳闸点。另外，根据在现有技术中的方法，变换器的 负载消耗的电能仅基于在E[J] = I。2XRXt中表示的电阻。然而，实际上，在等效电路中，诸 如连接到变换器的电机的负载也被表示为电感L以及电阻R。因此，基于电能估计的温度不 能精确地反映变换器的温度的实际变化。
[0035] 关于此，根据本公开的示例性实施例，为了在控制变换器的跳闸点中直接测量变 换器的温度变化以反映它，使用温度感测电路来检测在过载电流测量时间t内变换器的温 度变化。
[0036] 图5是根据本公开的示例性实施例的用于测量变换器的温度的温度感测电路的电 路图。
[0037] 参考图5,根据本公开的示例性实施例的温度感测电路包括串联连接的第一电阻 器和第二电阻器502和504以及并联连接到第二电阻器504的第三电阻器506。第三电阻器 506可以是可变电阻器，诸如具有与目标即变换器的温度成反比的电阻的负温度系数(NTC) 电阻器。
[0038] 根据本公开的示例性实施例，图5中所示的温度感测电路可以用于测量变换器的 温度。例如，输出电压乂咖可以被计算如下：
[0039][数学表达式2]
[0040] Vout = VocX [(R2 I |R3)/{R1+(R2| |R3)}
[0041 ] 其中Rl表示第一电阻器502的电阻，R2表示第二电阻器504的电阻，并且R3表示第 一电阻器506的电阻。另外，定义1/(R2| |R3) = 1/R2+1/R3
[0042]根据本公开的不例性实施例，将输出电压Vout与诸如表1的表中不出的预定输出电 压范围进行比较。然后，与输出电压范围对应的温度可以被确定为变换器的温度。如表1中 示出的输出电压范围和对应的温度可以取决于实施例而不同。
[0043][表1]
[0045] 在一些实施例中，除了图5所示的温度感测电路之外的其他感测设备可以用于测 量变换器的温度。
[0046] 图6是示出根据本公开的示例性实施例的用于控制变换器的跳闸事件的方法的流 程图。
[0047] 参考图6,将变换器中包括的开关元件的开关频率fs与变换器的参考频率进行比 较(步骤S602)。如果开关频率匕不大于参考频率f。，则参考负载因子被设为预定值，例如， 100% (步骤S604)。另一方面，当开关频率fs大于参考频率f。时，根据预定比率插入参考负载 因子(步骤S606)。
[0048] 然后，将在步骤S604或S606中确定的参考负载因子与实际负载因子Icyiref进行比 较，该实际负载因子Io/Irrf是在开关元件中流动的输出电流Io与变换器的额定电流Irrf的 比（步骤S608)。如果确定实际负载因子Io/Iref不大于参考负载因子，则返回到步骤S602而 不执行跳闸控制处理。另一方面，如果在步骤S608中确定实际负载因子Io/Iref大于参考负 载因子，这意味着变换器过热，则将过载电流测量时间t与补偿参考时间t ref+t。进行比较 (步骤S610 )，从而执行跳闸控制。
[0049] 根据图6所示的示例性实施例，如上面参照图5所示，使用直接测量的变换器的温 度来检测在过载电流测量时间周期t内变换器的温度变化。然后，在过载电流测量时间t内 从变换器发出的热量Q可以被计算如下：
[0050] [数学表达式3]
[0051] Q[cal] =cXmX Δ t
[0052] 其中c表示变换器的特定热，m表示变换器的质量并且△ t表示变换器的温度的变 化。
[0053] 另外，在过载电流测量时间内由变换器消耗的电能E可以被计算如下：
[0054][数学表达式4]
[0055] E[J] = I〇2XRXt [0056]其中R表示变换器的电阻。
[0057]根据本公开的示例性实施例，可以基于在过载电流测量时间t内从变换器发出的 实际热量Q和所计算的电能E来将补偿时间t。计算如下：
[0058][数学表达式5]
[0059] tc=(E-Q)/(CXI〇2)
[0060] 其中C表示比例常数。为了获得所计算的变换器的电能E和从变换器发出的实际热 量之间的差，即，E-Q，可以基于诸如IJ = O. 24cal或leal = 4.186J的关系来将热量Q的单位 转换为电能E的单位或者反之亦然。
[0061] 在计算补偿时间t。之后，补偿时间t。被添加到跳闸点参考时间以获得补偿参考 时间tref+tc(见等式1)。然后，将所计算的补偿参考时间tref+t c与过载电流测量时间进行比 较，从而确定是否使变换器跳闸（步骤S610)。即，如果过载电流测量时间t大于补偿参考时 间t ref+tc，，则确定变换器过热，并且因此中断变换器（步骤S612)。否则，处理返回到步骤 S602〇
[0062] 如此，根据本公开的示例性实施例，基于在过载电流测量时间t内在所计算的变换 器的电能E和从变换器发出的热的实际量Q之间的差来补偿跳闸点参考时间t ref。结果，与现 有技术相比可以更精确地控制变换器的跳闸点。
[0063] 图7是示出根据本公开的示例性实施例当在过载电流测量时间内从变换器发出的 实际热量小于基于测量的电流计算的电能时跳闸点的移动的曲线图。
[0064] 如上所述，根据本公开的示例性实施例，基于在所计算的变换器的电能E和从变换 器发出的实际热量Q之间的差来补偿跳闸点参考时间t ref，并且因此，调整变换器的跳闸点。 例如，如果从变换器发出的实际热量Q小于所计算的电能E，则补偿时间t。变成正值。因此， 补偿参考时间trrf+t。变成大于跳闸点参考时间trrf。当这发生时，所补偿的跳闸点参考时间 的曲线706移动到原始跳闸点参考时间的曲线704的右方，如图7所示。结果，被确定为是关 于原始曲线704的过载信号的信号702不被确定为是关于新曲线706的过载信号。结果，根据 本公开的示例性实施例，如果从变换器发出的实际热量Q小于所计算的电能E，则能够减少 即使变换器的温度处于正常范围由错误的温度信息导致的不必要的跳闸事件的数量。
[0065] 图8是示出根据本公开的示例性实施例当在过载电流测量时间内基于变换器的温 度信息的过热参考大于基于输出电流信息的过热参考时跳闸点的移动的曲线图。
[0066] 与图7相反，如果从变换器发出的实际热量Q大于所计算的电能E，则补偿时间t。变 成负值。因此，补偿参考时间trrf+t。变成小于跳闸点参考时间t rrf。当这发生时，所补偿的跳 闸点参考时间的曲线804移动到原始跳闸点参考时间的曲线806的左方，如图8所示。结果， 不被确定为是关于原始曲线806的过载信号的信号802被确定为是关于新曲线804的过载信 号。结果，根据本公开的示例性实施例，如果从变换器发出的实际热量Q大于所计算的电能 E，则能够防止当根据现有技术的方法过热的变换器被错误地确定为正常操作时引起的对 变换器的损害和设备的故障。
[0067] 根据本公开的示例性实施例，反映了当变换器进行操作时测量的变换器的实际温 度，使得可以更精确地控制变换器的跳闸事件。
[0068] 另外，根据本公开的示例性实施例，可以改进变换器的跳闸点，使得可以减少不必 要的跳闸事件并且跳闸点可以更早，从而防止当变换器过热时对变换器的损坏。
[0069] 上述本公开可以由本公开属于的本领域的技术人员进行各种代替、变更以及修改 而没有偏离本公开的范围和精神。因此，本公开不限于上述示例性实施例以及附图。
【主权项】
1. 一种用于控制变换器的跳闸事件的方法，所述变换器包括开关元件和温度感测电 路，其中，所述方法包括： 使用所述温度感测电路来感测在过载电流测量时间内所述变换器的温度变化； 基于所述温度变化来确定从所述变换器发出的热量； 确定在所述过载电流测量时间内消耗的所述变换器的电能； 基于所述热量和所述电能来确定补偿参考时间;并且 将所述补偿参考时间和所述过载电流测量时间进行比较以使所述变换器跳闸。2. 根据权利要求1所述的方法，其中，通过将补偿时间添加到跳闸点参考时间来确定所 述补偿参考时间。3. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述补偿时间被确定为 tc=(Q-E)/(CXI〇2) 其中，t。表示补偿时间，Q表示热量，E表示电能，C表示比例常数，并且I。表示在所述开关 元件中流动的输出电流。4. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述跳闸点参考时间被确定为 tref = Eref/(CX I02) 其中，trrf表示跳闸点参考时间，Errf表示用于确定是否使所述变换器跳闸的参考能量， C表示比例常数并且I。表示在所述开关元件中流动的输出电流。5. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述温度感测电路包括 串联连接的第一电阻器和第二电阻器；以及 并联连接到所述第二电阻器的第三电阻器。6. 根据权利要求5所述的方法，其中，所述第三电阻器是具有与所述变换器的温度成反 比的电阻的可变电阻器。7. 根据权利要求1所述的方法，还包括： 基于在所述开关元件中流动的输出电流与所述变换器的额定电流的比来计算实际负 载因子； 将所述实际负载因子与参考负载因子进行比较;并且 基于比较的结果来确定是否使所述变换器跳闸。8. 根据权利要求7所述的方法，还包括： 将所述开关元件的开关频率与参考频率进行比较;并且 基于比较的结果来确定是否插入所述参考负载因子。
【文档编号】H02M1/32GK105915087SQ201610060457
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月28日
【发明人】金弘锡, 梁千锡
【申请人】Ls产电株式会社