用于热保护的逆变器和测量结温的方法与流程

本公开总体上涉及用于驱动三相电机的逆变器，并且具体地涉及用于基于这些晶体管的所估计的结温(junction temperature)来保护这些逆变器的晶体管免受热应力的方法。

背景技术：

1、在诸如由三相逆变器驱动的三相电机的三相电气设备中，希望知道电机的功率器件的温度，以便能够修改这些功率器件的操作以为它们提供免受热应力的保护。

2、这可以通过使用在承载三相电气设备的外壳内的热传感器来执行。然而，这些传感器不能提供对三相电气设备的每个功率器件内的结温的测量，结温比每个功率器件附近的外壳内的温度变化更快。此外，该温度测量的精度受温度传感器的位置、源自其他来源的热量、电机电路布局和负载平衡的影响。在外壳内利用单个温度传感器的情况下，由于负载不平衡导致的不精确性尤其令人担忧，即使三相电气设备中有多个功率器件——不平衡会导致功率器件的温度彼此不同，并且由单个温度传感器提供的温度数据可能无法反映结温最高的功率器件的附加危险。

3、确定电机内功率器件温度的另一种方法是计算这些功率器件的漏源电阻(rdson)并且将其与来自外壳内的温度传感器的数据相结合以形成结温的估计。但是，这取决于rdson的计算精度，而rdson本身随结温变化。

4、因此，需要进一步开发允许在精度和响应时间方面准确估计三相电子设备内的功率器件的结温的技术。

技术实现思路

1、在利用多个功率器件的逆变器中，因为热应力可能会损坏这些功率器件，所以希望维持功率器件的稳定性以实现逆变器操作的稳健性。本文中公开了一种技术，在该技术中功率器件的被校准的漏源电阻(rdson)可以被确定为在温度范围内，并且然后被用于估计在操作期间功率器件的结温。根据这个所估计的结温，可以即时地限制功率器件内的漏极电流，以使得功率器件能够在整个操作温度范围内持续递送它们能够安全递送的最高电位。

2、本文中公开了一种电气设备，该电气设备包括待耦合到电机的相绕组以驱动电机的逆变器系统。逆变器系统包括耦合在dc电源电压节点与中间节点之间的开关支路，开关支路中的每个开关支路具有待耦合到电机的相应的相绕组的端子。分流电阻器耦合在中间节点与地之间。控制电路装置被配置为根据控制方案向开关支路施加控制信号，以使逆变器用多相ac功率信号驱动电机的相绕组。

3、控制方案被划分为分区，每个分区被划分为时段。控制电路装置被配置为在控制方案的至少一些分区期间：在第一给定时段期间：测量跨分流电阻器的分流电压；并且测量第一校准晶体管(calibration transistor)的漏源电压，第一校准晶体管是给定开关支路的晶体管；以及根据分流电阻器的电阻、在第一给定时段期间测量的第一校准晶体管的漏源电压和在第一给定时段期间测量的分流电压，来确定第一校准晶体管的漏源电阻。

4、控制电路装置还被配置为控制给定开关支路的驱动，基于第一校准晶体管的漏源电阻，确定在逆变器系统对电机的驱动期间第一校准晶体管的温度，修改给定开关支路的驱动以将第一校准晶体管的传导率(conductivity)维持在最高水平，在最高水平，第一校准晶体管的温度保持低于阈值温度，并且当第一校准晶体管的温度超过阈值温度时，停止给定开关支路的驱动。

5、控制电路装置还可以被配置为：在校准阶段期间，对第一校准晶体管的漏源电阻的、针对第一校准晶体管的给定温度值的假定值执行插值，以由此生成第一校准晶体管的漏源电阻对温度的非线性模型。控制电路装置可以使用非线性模型和第一校准晶体管的漏源电阻确定第一校准晶体管的温度。

6、控制电路装置还可以被配置为：在校准阶段期间，在执行插值之前，对第一校准晶体管的漏源电阻的假定值进行归一化。

7、外壳可以至少承载开关支路和分流电阻器，外壳内定位有温度传感器。控制电路装置还可以被配置为在校准阶段期间：从温度传感器读取外壳的内部的温度；从第一校准晶体管的漏源电阻的、针对第一校准晶体管的给定温度值的假定值，确定下第一校准晶体管的预期漏源电阻；确定第一校准晶体管的漏源电阻与第一校准晶体管的预期漏源电阻之间的比率；以及在执行插值之前，使用所确定的比率来校准第一校准晶体管的漏源电阻的、针对第一校准晶体管的给定温度值的假定值，使得对第一校准晶体管的漏源电阻的、针对第一校准晶体管的给定温度值的所校准的假定值执行插值。

8、控制电路装置还可以被配置为：在校准阶段期间，在确定第一校准晶体管的、针对所读取的温度的预期漏源电阻之前，对第一校准晶体管的漏源电阻的假定值进行归一化。

9、插值可以产生表示第一校准晶体管的漏源电阻与温度之间的关系的二阶非线性模型。

10、电机可以具有第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组。开关支路可以包括：耦合在dc电源电压节点与中间节点之间的第一开关支路，第一开关支路具有待耦合到第一相绕组的第一端子；耦合在dc电源电压节点与中间节点之间的第二开关支路，第二开关支路具有待耦合到第二相绕组的第二端子；以及耦合在dc电源电压节点与中间节点之间的第三开关支路，第三开关支路具有待耦合到第三相绕组的第三端子。控制方案可以是空间矢量脉宽调制(svpwm)方案，分区数目为六个，六个分区中的每个分区被划分为多个时段。

11、多相ac电信号可以是三相ac功率信号。控制电路装置可以根据svpwm方案向第一开关支路、第二开关支路和第三开关支路施加控制信号，以使逆变器用三相ac功率信号驱动电机的第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组。

12、第一给定时段可以是svpwm方案的至少一些分区的第二时段。控制电路装置可以被配置为在svpwm方案的至少一些分区期间：在第四时段期间：测量第一校准晶体管的漏源电压；并且测量被测量晶体管的漏源电压，被测量晶体管是下一开关支路的晶体管；

13、控制电路装置还可以被配置为在svpwm方案的至少一些分区期间：根据在第四时段期间测量的第一校准晶体管的漏源电压和第一校准晶体管的漏源电阻，来确定耦合到给定开关支路的给定相绕组的相电流；根据在第四时段期间测量的被测量晶体管的漏源电压和从svpwm方案的先前分区已知的被测量晶体管的漏源电阻，来确定耦合到下一开关支路的下一相绕组的相电流；以及根据给定相绕组的相电流和下一相绕组的相电流，来确定耦合到剩余开关支路的剩余相绕组的相电流。

14、控制电路装置可以基于给定相绕组的相电流、下一相绕组的相电流和剩余相绕组的相电流来控制第一开关支路、第二开关支路和第三开关支路的驱动。控制电路装置还可以被配置为：基于被测量晶体管的漏源电阻确定在逆变器系统对电机的驱动期间被测量晶体管的温度；修改下一开关支路的驱动以将被测量晶体管的传导率维持在最高水平，在最高水平，被测量晶体管的温度保持低于阈值温度；以及当被测量晶体管的温度超过阈值温度时，停止下一开关支路的驱动。

15、第一校准晶体管可以是给定开关支路的低侧晶体管，并且被测量晶体管可以是下一开关支路的低侧晶体管。

16、控制电路装置可以将第一校准晶体管的漏源电阻确定为：

17、

18、其中rshunt是分流电阻器的电阻，v1phase2是在第二时段期间测量的第一校准晶体管的漏源电压，并且vshunt2是在第二时段期间测量的分流电压。

19、控制电路装置可以将给定相绕组的相电流确定为：

20、iphase1＝y1phase4/rds(校准晶体管)

21、其中v1phase4是在第四时段期间测量的第一校准晶体管的漏源电压，并且rds(校准晶体管)是第一校准晶体管的漏源电阻。

22、控制电路装置可以将下一相绕组的相电流确定为：

23、iphase2＝y2phase4/rds(被测量晶体管)

24、其中v2phase4是在第四时段期间测量的被测量晶体管的漏源电压，并且rds(被测量晶体管)是从先前svpwm分区已知的被测量晶体管的漏源电阻。

25、控制电路装置可以将剩余相绕组的相电流确定为：

26、iphase3＝-(iphase1+iphase2)。

27、本文中还公开了一种待耦合到电机的三相绕组的逆变器系统。逆变器系统包括：耦合在dc电源电压节点与中间节点之间的第一开关支路，第一开关支路具有待耦合到电机的第一相绕组的第一端子；耦合在dc电源电压节点与中间节点之间的第二开关支路，第二开关支路具有待耦合到电机的第二相绕组的第二端子；耦合在dc电源电压节点与中间节点之间的第三开关支路，第三开关支路具有待耦合到电机的第三相绕组的第三端子；以及耦合在中间节点与地之间的分流电阻器。

28、控制电路装置被配置为根据空间矢量脉宽调制(svpwm)方案向第一开关支路、第二开关支路和第三开关支路施加控制信号以用三相ac功率信号驱动电机的第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组。svpwm方案被划分为六个分区，每个分区被划分为多个时段，包括第一时段、第二时段、第三时段和第四时段。

29、控制电路装置被配置为在svpwm方案的至少一些分区期间，在多个时段中的第二时段期间：测量跨分流电阻器的分流电压；以及测量第一校准晶体管的漏源电压，第一校准晶体管是给定开关支路的晶体管。

30、控制电路装置还被配置为在svpwm方案的至少一些分区期间，在多个时段中的第三时段期间：测量跨分流电阻器的分流电压；测量第二校准晶体管的漏源电压，第二校准晶体管是下一开关支路的晶体管；以及测量第一校准晶体管的漏源电压。

31、控制方案还被配置为在svpwm方案的至少一些分区期间，在多个时段中的第四时段期间：测量第一校准晶体管的漏源电压；测量第二校准晶体管的漏源电压；并且测量被测量晶体管的漏源电压，被测量晶体管是剩余开关支路的晶体管。

32、控制电路装置还被配置为在svpwm方案的至少一些分区期间：根据分流电阻器的电阻、在第二时段期间测量的第一校准晶体管的漏源电压和在第二时段期间测量的分流电压，来确定第一校准晶体管的漏源电阻；根据分流电阻器的电阻、第一校准晶体管的漏源电阻、在第四时段期间测量的第一校准晶体管的漏源电压、在第四时段期间测量的第二校准晶体管的漏源电压和在第四时段期间测量的分流电压，来确定第二校准晶体管的漏源电阻；根据在第四时段期间测量的第一校准晶体管的漏源电压和第一校准晶体管的漏源电阻，来确定耦合到给定开关支路的给定相绕组的相电流；根据在第四时段期间测量的第二校准晶体管的漏源电压和第二校准晶体管的漏源电阻，来确定耦合到下一开关支路的下一相绕组的相电流；以及根据给定相绕组的相电流和下一相绕组的相电流，来确定耦合到剩余开关支路的剩余相绕组的相电流。

33、控制电路装置还被配置为：基于给定相绕组的相电流、下一相绕组的相电流和剩余相绕组的相电流，来控制第一开关支路、第二开关支路和第三开关支路的驱动；基于第一校准晶体管的漏源电阻确定在逆变器系统对电机的驱动期间第一校准晶体管的温度；修改给定开关支路的驱动以将第一校准晶体管的传导率维持在最高水平，在最高水平，第一校准晶体管的温度保持低于阈值温度；当第一校准晶体管的温度超过阈值温度时，停止给定开关支路的驱动；基于被测量晶体管的漏源电阻确定在逆变器系统对电机的驱动期间被测量晶体管的温度；修改下一开关支路的驱动以将被测量晶体管的传导率维持在最高水平，在最高水平，被测量晶体管的温度保持低于阈值温度；以及当被测量晶体管的温度超过阈值温度时，停止下一开关支路的驱动。

34、控制电路装置还可以被配置为：在校准阶段期间，对第一校准晶体管的漏源电阻的、针对第一校准晶体管的给定温度值的假定值执行插值，从而生成第一校准晶体管的漏源电阻对温度的非线性模型。控制电路装置可以使用非线性模型和第一校准晶体管的漏源电阻确定第一校准晶体管的温度。

35、控制电路装置还可以被配置为：在校准阶段期间，在执行插值之前，对第一校准晶体管的漏源电阻的假定值进行归一化。

36、外壳可以至少承载第一开关支路、第二开关支路和第三开关支路以及分流电阻器，外壳内定位有温度传感器。控制电路装置还可以被配置为在校准阶段期间：从温度传感器读取外壳的内部的温度；从第一校准晶体管的漏源电阻的、针对第一校准晶体管的给定温度值的假定值，确定第一校准晶体管的、针对所读取的温度的预期漏源电阻；确定第一校准晶体管的漏源电阻与第一校准晶体管的预期漏源电阻之间的比率；以及在执行插值之前，使用所确定的比率来校准第一校准晶体管的漏源电阻的、针对第一校准晶体管的给定温度值的假定值，使得对第一校准晶体管的漏源电阻的、针对第一校准晶体管的给定温度值的所校准的假定值执行插值。

37、控制电路装置还可以被配置为：在校准阶段期间，在确定第一校准晶体管的、针对所读取的温度的预期漏源电阻之前，对第一校准晶体管的漏源电阻的假定值进行归一化。

38、插值可以产生表示第一校准晶体管的漏源电阻与温度之间的关系的二阶非线性模型。