一种功率器件的控制装置及方法与流程

1.本技术涉及电气领域，尤其涉及一种功率器件的控制装置及方法。


背景技术：

2.电机控制器可以将直流电转为交流电，为电动汽车或其他的电动设备提供动力。电机控制器可以通过调节其输出的输出功率，控制电机输出转矩。电机控制器中重要的功率单元为功率器件，功率器件通常包含半导体器件，例如绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)或金属-氧化物半导体场效应管(metal-oxide semiconductor fet，mos-fet)。在功率器件工作时，功率器件中的半导体器件温度可能会过高，导致功率器件损坏，电气控制器无法正常运行。目前，本领域急需一种功率器件的控制装置，控制功率器件的温度保持在正常工作温度，从而可以提供电机控制器的安全性和稳定性。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本技术提供了一种功率器件的控制装置及方法，控制功率器件的温度保持在正常工作温度，从而可以提供电机控制器的安全性和稳定性。
4.为了实现上述目的，本技术实施例提供的技术方案如下：
5.本技术实施例提供一种功率器件的控制装置，功率器件应用于电机控制器，装置包括：调节模块、变参数模块和反馈结温获取模块；
6.反馈结温获取模块，用于获得功率器件的反馈结温；
7.变参数模块，用于根据反馈结温与预设温度的大小关系确定调节系数；调节模块，用于根据调节系数和反馈结温，控制功率器件的输出功率，输出功率的变化速率与调节系数呈正相关，功率器件的输出功率指示与电机控制器连接的电机的转矩。
8.作为一种可能的实施方式，反馈结温获取模块，具体用于：
9.测量功率器件中多个半导体器件的多个结温，并将多个结温中的最高温度确定为功率器件的反馈结温。
10.作为一种可能的实施方式，反馈结温获取模块，具体用于：
11.根据电机控制器的运行参数计算功率器件中多个半导体器件的多个结温，并将多个结温中的最高温度确定为功率器件的反馈结温。
12.作为一种可能的实施方式，变参数模块具体用于：
13.当反馈结温大于预设温度时，确定调节系数为第一调节系数；
14.当反馈结温小于预设温度时，确定调节系数为第二调节系数；第二调节系数小于第一调节系数。
15.作为一种可能的实施方式，调节模块用于：
16.当反馈结温大于预设温度时，根据第一调节系数和反馈结温，降低功率器件的输出功率；
17.当反馈结温小于预设温度时，根据第二调节系数和反馈结温，提高功率器件的输出功率。
18.作为一种可能的实施方式，调节模块具体用于：
19.根据结温误差的积分和调节系数，确定降额系数；结温误差为反馈结温与预设温度的差值，降额系数用于指示功率器件的输出功率与功率器件的目标输出功率的比例关系。
20.作为一种可能的实施方式，还包括：输出限幅模块；
21.输出限幅模块，用于限定降额系数在预设区间内，以使功率器件的输出功率不大于功率器件的目标输出功率。
22.作为一种可能的实施方式，还包括：处理模块；
23.处理模块，用于根据预设区间内的降额系数，控制功率器件的输出功率。
24.作为一种可能的实施方式，反馈结温获取模块，具体用于：
25.获得功率器件中多个半导体器件的多个结温，并将多个结温中的最高温度确定为功率器件的反馈结温。
26.根据本技术实施例提供的功率器件的控制装置，本技术实施例还提供了一种功率器件的控制方法，功率器件应用于电机控制器，方法包括：
27.获得功率器件的反馈结温；
28.根据反馈结温与预设温度的大小关系确定调节系数；
29.根据调节系数和反馈结温，控制功率器件的输出功率，输出功率的变化速率与调节系数呈正相关，功率器件的输出功率指示与电机控制器连接的电机的转矩。
30.作为一种可能的实施方式，获得功率器件的反馈结温，包括：
31.测量功率器件中多个半导体器件的多个结温，并将多个结温中的最高温度确定为功率器件的反馈结温。
32.作为一种可能的实施方式，获得功率器件的反馈结温，包括：
33.根据电机控制器的运行参数计算功率器件中多个半导体器件的多个结温，并将多个结温中的最高温度确定为功率器件的反馈结温。
34.作为一种可能的实施方式，根据反馈结温确定调节系数，包括：
35.当反馈结温大于预设温度时，确定调节系数为第一调节系数；
36.当反馈结温小于预设温度时，确定调节系数为第二调节系数；第二调节系数小于第一调节系数。
37.作为一种可能的实施方式，根据调节系数和反馈结温，控制功率器件的输出功率，包括：
38.当反馈结温大于预设温度时，根据第一调节系数和反馈结温，降低功率器件的输出功率；
39.当反馈结温小于预设温度时，根据第二调节系数和反馈结温，提高功率器件的输出功率。
40.根据本技术实施例提供的功率器件的控制装置和功率器件的控制方法，本技术实施例还提供了一种电机控制器，电机控制器包括功率器件的控制装置，装置包括：调节模块、变参数模块和反馈结温获取模块；
41.反馈结温获取模块，用于获得功率器件的反馈结温；
42.变参数模块，用于根据反馈结温与预设温度的大小关系确定调节系数；
43.调节模块，用于根据调节系数和反馈结温，控制功率器件的输出功率，输出功率的变化速率与调节系数呈正相关，功率器件的输出功率指示与电机控制器连接的电机的转矩。
44.通过上述技术方案可知，本技术具有以下有益效果：
45.本技术实施例提供了一种功率器件的控制装置，功率器件应用于电机控制器，该装置包括：调节模块、变参数模块和反馈结温获取模块；反馈结温获取模块，用于获得功率器件的反馈结温；变参数模块，用于根据反馈结温与预设温度的大小关系确定调节系数；调节模块，用于根据调节系数和反馈结温，控制功率器件的输出功率，输出功率的变化速率与调节系数呈正相关，功率器件的输出功率指示与电机控制器连接的电机的转矩。
46.由此可知，本技术实施例提供的功率器件的控制装置，可以通过反馈结温获取模块获取的反馈结温，并根据反馈结温和预设温度的大小关系确定调节系数，从而可以根据调节系数和反馈结温控制输出功率，使得输出功率的变化速率与调节系数呈正相关。如此，本技术实施例提供的装置中，功率器件的输出功率的变化速率与调节系数相关，反馈结温与预设温度的大小关系不同时，功率器件的输出功率的变化速率也不同，从而使得功率器件的输出功率的变化更加灵活，用户的体验感更好。
附图说明
47.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
48.图1为本技术实施例提供的一种功率器件的控制装置的示意图；
49.图2a为本技术实施例提供的一种功率器件的结温的示意图；
50.图2b为本技术实施例提供的一种反馈结温的示意图；
51.图3为本技术实施例提供的一种电机控制器的示意图；
52.图4为本技术实施例提供的一种功率器件的控制方法的流程图。
具体实施方式
53.为了帮助更好地理解本技术实施例提供的方案，在介绍本技术实施例提供的方法之前，先介绍本技术实施例方案的应用的场景。
54.电机控制器可以将直流电转为交流电，为电动汽车或其他的电动设备提供动力。电机控制器可以通过调节其输出的输出功率，控制电机输出转矩。在功率器件工作时，功率器件中的半导体器件温度可能会过高，导致功率器件损坏，电气控制器无法正常运行。目前，本领域急需一种功率器件的控制装置，控制功率器件的温度保持在正常工作温度，从而可以提供电机控制器的安全性和稳定性。
55.本技术实施例提供了一种功率器件的控制装置，功率器件应用于电机控制器，该装置包括：调节模块、变参数模块和反馈结温获取模块；反馈结温获取模块，用于获得功率
器件的反馈结温；变参数模块，用于根据反馈结温与预设温度的大小关系确定调节系数；调节模块，用于根据调节系数和反馈结温，控制功率器件的输出功率，输出功率的变化速率与调节系数呈正相关，功率器件的输出功率指示与电机控制器连接的电机的转矩。
56.由此可知，本技术实施例提供的功率器件的控制装置中，功率器件的输出功率的变化速率与调节系数相关，反馈结温与预设温度的大小关系不同时，功率器件的输出功率的变化速率也不同，从而使得功率器件的输出功率的变化更加灵活，用户的体验感更好。
57.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术实施例作进一步详细的说明。
58.参见图1，该图为本技术实施例提供的一种功率器件的控制装置的示意图。
59.本技术实施例中的功率器件应用于电机控制器，如图1所示，本技术实施例提供的功率器件的控制装置，包括：调节模块300、变参数模块200和反馈结温获取模块100。
60.反馈结温获取模块100，用于获得功率器件的反馈结温；
61.变参数模块200，用于根据反馈结温与预设温度的大小关系确定调节系数；
62.调节模块300，用于根据调节系数和反馈结温，控制功率器件的输出功率，输出功率的变化速率与调节系数呈正相关，功率器件的输出功率指示与电机控制器连接的电机的转矩。
63.需要说明的是，功率器件的输出功率通常由目标转矩确定。但本技术中为了避免功率器件的温度过高，调节模块可以对目标转矩进行限定，生成实际转矩指令，使得电机控制器根据实际转矩指令输出功率，即控制功率器件的输出功率。功率器件的输出功率将指示电机的转矩。需要说明的是，本技术实施例中的电机控制器可以应用于电动汽车或其他电力设备，本技术实施例在此不做限定。当本技术实施例应用于电动汽车时，目标转矩可以根据电动汽车的油门开度确定。
64.本技术实施例中的反馈结温可以为功率器件中多个半导体器件的多个结温的最高温度。本技术实施例可以获得功率器件中多个半导体器件的多个结温，并将多个结温中的最高温度确定为功率器件的反馈结温。作为一个示例，假设电机控制器由三相六桥臂组成，电机控制器的每个桥臂上可以存在2个结温观测点，即电机控制器一共包含12个结温观测点，通常来说结温观测点对应功率器件中的发热点，即结温观测点通常位于半导体器件附近。本技术实施例中获得的反馈结温可以为12个结温观测点中测得的结温的最大值。由于本技术实施例中的反馈结温为测得的多个结温的最大值，获得多个结温的最大值可以实现对功率器件中的发热点较为全面的保护。
65.参见图2a，该图为本技术实施例提供的一种功率器件的结温的示意图。
66.参见图2b，该图为本技术实施例提供的一种反馈结温的示意图。
67.图2a和图2b的横坐标均表示时间，纵坐标表示温度。图2a中每一条曲线表示功率器件中一个半导体器件的结温(例如芯片估算温度)，半导体器件的结温通常在一个温度区间内进行波动。图2b中的曲线表示反馈温度(结温降额反馈取值)，由于反馈温度为多个结温中的最大值，而多个结温分别在不同的时间段达到最大值，从而使得反馈温度一直保持在较高的数值，进而使得反馈温度的波动减少。需要说明的是，功率器件中的单个点的结温通常存在较大的波动，尤其是在功率器件的低频区，而本技术中选取各点最高温度作为反馈结温，可以大大减小反馈结温波动，有利于闭环调节器的设计，同时也减小了电机的降额
输出转矩的波动。
68.作为一种可能的实施方式，本技术实施例中多个半导体器件的多个结温可以通过温度测量装置，例如温度传感器测量获得。作为另一种可能的实施方式，本技术实施例也可以根据电机控制器的运行参数计算功率器件中多个半导体器件的多个结温，并将多个结温中的最高温度确定为功率器件的反馈结温。其中，运行参数可以包括电机控制器的输出电流、电机控制器的开关频率、电机控制器的母线电压和电机控制器的占空比；运行参数也可以包括电机控制器的输出电流、电机控制器的开关频率、电机控制器的母线电压和电机控制器的占空比中的任意一项。
69.在本技术实施例中，预设温度可以由功率器件允许长时间运行的最大温度确定。具体地，预设温度可以直接为功率器件允许长时间运行的最大温度，也可以为功率器件允许长时间运行的最大温度乘以预设系数，本技术实施例在此不做限定。作为一个示例，功率器件运行长时间运行的最大温度为150℃，本技术中的预设温度可以直接为150℃，预设温度也可以为预设温度150℃乘以预设系数0.9，即135℃。
70.本技术实施例中的反馈结温与预设温度的大小关系，可以包括反馈结温大于预设温度、反馈结温小于预设温度或反馈结温等于预设温度等。作为一个示例，当反馈结温大于预设温度时，变参数模块可以确定调节系数为第一调节系数；当反馈结温小于预设温度时，变参数模块可以确定调节系数为第二调节系数；其中，第二调节系数小于第一调节系数。
71.在本技术实施例中，当反馈结温大于预设温度时，调节模块根据第一调节系数和反馈结温，降低功率器件的输出功率；当反馈结温小于预设温度时，调节模块根据第二调节系数和反馈结温，提高功率器件的输出功率。需要说明的是，本技术实施例提供的反馈结温在大于预设温度时，调节系数为较大的第一调节系数，输出功率的变化速率较大，实现较为快速降低功率器件的输出功率，即能够较为快速地将反馈结温降低到预设温度。而在反馈结温已经小于预设温度时，调节系数为较小的第二调节系数，输出功率的变化速率较小，实现较为缓慢地恢复功率器件的输出功率。
72.如此，本技术实施例中的功率器件的反馈结温超出预设温度时，功率器件的反馈结温将会较为快速地下降，避免了功率器件的温度过高导致功率器件损坏，电气控制器无法正常运行。本技术实施例中的功率器件的反馈结温小于预设温度时，功率器件的输出功率将会较为缓慢地上升，使得功率器件的结温也缓慢上升，降低了功率器件的输出功率的波动，提高了用户的使用体验。
73.在实际的应用中，调节模块可以根据结温误差的积分和调节系数，确定降额系数。其中，结温误差为反馈结温与预设温度的差值；降额系数用于指示功率器件的输出功率与功率器件的目标输出功率的比例关系。需要说明的是，本技术实施例中采用的纯积分结构可以适应反馈结温的大惯性特性，降低控制噪声的产生。为了更好的理解本技术提供的方案，下面介绍本技术提供的一个示例。
74.调节模块可以将预设温度t
lim
与反馈结温t
fdb
做差得到结温误差t
err
＝t
lim-t
fdb
，结温误差t
err
乘以调节系数ki作为积分环节输入，考虑电机旋转工况输出为交流电实际结温存在波动的特性，为提升控制输出的平稳性，实现快速降额和慢速恢复特性要求，根据调节器输入误差的符号切换积分器的调节系数，且，如下式所示。
[0075][0076]
其中，第一调节系数k
i_dec
大于第二调节系数k
i_rec
。结温误差乘以调节系数输入积分器获得降额系数d
c1
＝ki∫t
err
dt。
[0077]
参见图3，该图为本技术实施例提供的一种电机控制器的示意图。
[0078]
如图3所示，本技术实施例提供的功率器件的控制装置1000包括：调节模块300、变参数模块200、反馈结温获取模块100和输出限幅模块400。其中反馈结温获取模块获取反馈结温t
fdb
，反馈结温t
fdb
和预设温度t
lim
做差得到结温误差t
err
。变参数模块200根据结温误差t
err
确定调节系数ki。调节模块300根据调节系数ki和结温误差t
err
得到降额系数d
c1
＝ki∫t
err
dt。
[0079]
需要说明的是，本技术实施例中的功率器件的控制装置用于根据结温降低电机的目标转矩输出，即结温降额。考虑到结温降额的单向性，即通常只能降低目标转矩输出，而不能主动增大输出转矩，因此本技术可以采用不对称双边限幅保护设计。
[0080]
输出限幅模块400限定降额系数d
c1
在预设区间内得到结温降额系数d
c2
，以使功率器件的输出功率不大于功率器件的目标输出功率。作为一个示例，假设预设区间为[0,1]，结温降额系数d
c2
可以为：
[0081][0082]
综上所述，本技术实施例的功率器件的控制装置的调节过程可以简单描述为：若反馈结温超过闭环给定结温则通过闭环调节后降额系数小于1.0，从而降低电机转矩输出，减小流过功率器件的电流，功率器件结温随之降低；若反馈结温低于闭环给定结温，则经过闭环调节后降额系数等于1.0，使得本技术中的调节装置不影响电机转矩输出。
[0083]
如图3所示，本技术实施例提供的电机控制器，还包括：处理模块2000、功率器件3000和电机4000。其中，处理模块2000用于根据预设区间内的降额系数，即结温降额系数d
c2
，控制功率器件的输出功率。具体地，处理模块2000可以根据结温降额系数d
c2
和目标转矩生成驱动指令。目标转矩可以由用户需求确定，当本技术中的电机控制器应用于电动汽车时，目标转矩由电动汽车的油门开度确定。功率器件3000根据驱动指令输出输出功率至电机4000。
[0084]
综上所述，功率器件的反馈结温超出预设温度时，本技术实施例中的功率器件的控制装置将会使得功率器件的反馈结温将会较为快速地下降，避免了功率器件的温度过高导致功率器件损坏，电气控制器无法正常运行。本技术实施例中的功率器件的反馈结温小于预设温度时，本技术实施例中的功率器件的控制装置将会使得功率器件的输出功率将会较为缓慢地上升，使得功率器件的结温也缓慢上升，降低了功率器件的输出功率的波动，提高了用户的使用体验。当本技术的功率器件的控制装置应用于电动汽车时，可以降低功率器件对电机输出转矩的影响，从而提高该电动汽车的驾驶舒适性。
[0085]
根据本技术实施例提供的功率器件的控制装置，本技术实施例还提供了一种功率器件的控制方法。
[0086]
参见图4，该图为本技术实施例提供的一种功率器件的控制方法的流程图。
[0087]
本技术中的功率器件应用于电机控制器，如图4所示，该方法包括：
[0088]
s401:获得功率器件的反馈结温。
[0089]
s402:根据反馈结温与预设温度的大小关系确定调节系数。
[0090]
s403:根据调节系数和反馈结温，控制功率器件的输出功率，输出功率的变化速率与调节系数呈正相关，功率器件的输出功率指示与电机控制器连接的电机的转矩。
[0091]
作为一种可能的实施方式，获得功率器件的反馈结温，包括：测量功率器件中多个半导体器件的多个结温，并将多个结温中的最高温度确定为功率器件的反馈结温。
[0092]
作为一种可能的实施方式，获得功率器件的反馈结温，包括：根据电机控制器的运行参数计算功率器件中多个半导体器件的多个结温，并将多个结温中的最高温度确定为功率器件的反馈结温，运行参数可以包括开关频率、输出电流、母线电压和占空比。
[0093]
作为一种可能的实施方式，根据反馈结温确定调节系数，包括：当反馈结温大于预设温度时，确定调节系数为第一调节系数；当反馈结温小于预设温度时，确定调节系数为第二调节系数；第二调节系数小于第一调节系数。
[0094]
作为一种可能的实施方式，根据调节系数和反馈结温，控制功率器件的输出功率，包括：当反馈结温大于预设温度时，根据第一调节系数和反馈结温，降低功率器件的输出功率；当反馈结温小于预设温度时，根据第二调节系数和反馈结温，提高功率器件的输出功率。
[0095]
综上所述，功率器件的反馈结温超出预设温度时，本技术实施例中的功率器件的控制方法将会使得功率器件的反馈结温将会较为快速地下降，避免了功率器件的温度过高导致功率器件损坏，电气控制器无法正常运行。本技术实施例中的功率器件的反馈结温小于预设温度时，本技术的方法通过调节系数和反馈结温，控制功率器件的输出功率较为缓慢地上升，使得功率器件的结温也缓慢上升，降低了功率器件的输出功率的波动，提高了用户的使用体验。当本技术的功率器件的控制方法应用于电动汽车时，可以降低功率器件对电机输出转矩的影响，从而提高该电动汽车的驾驶舒适性。
[0096]
根据本技术实施例提供的功率器件的控制装置和控制方法，本技术实施例还提供了一种电机控制器，电机控制器包括功率器件的控制装置，装置包括：调节模块、变参数模块和反馈结温获取模块；反馈结温获取模块，用于获得功率器件的反馈结温；变参数模块，用于根据反馈结温与预设温度的大小关系确定调节系数；调节模块，用于根据调节系数和反馈结温，控制功率器件的输出功率，输出功率的变化速率与调节系数呈正相关，功率器件的输出功率指示与电机控制器连接的电机的转矩。
[0097]
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法中的全部或部分步骤可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者诸如媒体网关等网络通信设备，等等)执行本技术各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0098]
需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实
施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统部分说明即可。
[0099]
还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0100]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。