本公開涉及用于計(jì)算用于控制電動(dòng)馬達(dá)的部件中的溫度的系統(tǒng)和技術(shù)。

背景技術(shù)：

智能電路可用于如驅(qū)動(dòng)、監(jiān)控和保護(hù)遠(yuǎn)程金屬氧化物場效應(yīng)晶體管(MOSFET)免受外部故障以及例如由于過電流、短路或過溫度所導(dǎo)致的損傷的任務(wù)。精確地監(jiān)控MOSFET的溫度可以在操作范圍和成本節(jié)省方面具有顯著的優(yōu)勢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

總體上，本發(fā)明提供了監(jiān)控一個(gè)或多個(gè)金屬氧化物場效應(yīng)晶體管(MOSFET)開關(guān)的溫度的系統(tǒng)和技術(shù)，其中MOSFET開關(guān)用于控制電動(dòng)馬達(dá)的至少一個(gè)相位。該系統(tǒng)和技術(shù)根據(jù)在至少兩個(gè)不同時(shí)刻得到的至少兩個(gè)測量值來計(jì)算溫度。這允許精確的溫度計(jì)算而不需要每個(gè)相應(yīng)MOSFET的具體特性的預(yù)定知識。

在一個(gè)示例中，本發(fā)明的目的在于提供一種系統(tǒng)，包括：金屬氧化物場效應(yīng)晶體管(MOSFET)開關(guān)，其被配置為控制電動(dòng)馬達(dá)的至少一個(gè)相位；以及控制單元，被配置為在兩個(gè)以上不同時(shí)刻確定來自MOSFET開關(guān)的兩個(gè)以上電信號，并且基于兩個(gè)以上電信號計(jì)算MOSFET的操作溫度。在該系統(tǒng)中，“MOSFET開關(guān)”定義包括漏極-源極溝道和與溝道平行定位的寄生二極管的晶體管。

在一些示例中，在第一預(yù)定時(shí)刻，馬達(dá)控制單元確定MOSFET開關(guān)兩端的第一漏極-源極電壓，其等于寄生二極管兩端的第一正向電壓。同時(shí)，馬達(dá)控制單元確定通過MOSFET開關(guān)的第一電流等于通過寄生二極管的第一電流。在第二預(yù)定時(shí)刻，馬達(dá)控制單元確定MOSFET開關(guān)兩端的第二漏極-源極電壓等于寄生二極管兩端的第二正向電壓，并且通過MOSFET開關(guān)的第二電流等于通過寄生二極管的第二電流。第一和第二預(yù)定時(shí)刻可以對應(yīng)于MOSFET處于“續(xù)流狀態(tài)(freewheeling state)”的時(shí)刻。即，MOSFET溝道為OFF，并且電流通過沿正向流過寄生二極管而沿逆(負(fù))向流過MOSFET。

馬達(dá)控制單元可以基于寄生二極管兩端的第一和第二正向電壓以及通過寄生二極管的第一和第二電流測量的值計(jì)算MOSFET操作溫度。在該示例中，通過MOSFET及其寄生二極管的電信號是時(shí)間變化信號。馬達(dá)控制單元使用等式來計(jì)算僅取決于一些物理常數(shù)以及第一和第二正向電壓和電流值的溫度。通過使用不同時(shí)刻的時(shí)間變化信號的兩個(gè)測量值，可以根據(jù)計(jì)算來排除設(shè)備參數(shù)。

在一些示例中，馬達(dá)控制單元部分地基于每個(gè)相應(yīng)MOSFET開關(guān)的計(jì)算操作溫度，通過控制每個(gè)相應(yīng)MOSFET開關(guān)操作來控制電動(dòng)馬達(dá)操作。一個(gè)或多個(gè)微處理器可被配置為監(jiān)控和控制馬達(dá)控制單元的操作。此外，系統(tǒng)電源可以被配置為將電能傳輸至馬達(dá)控制單元，從而將電能傳輸至一個(gè)或多個(gè)MOSFET開關(guān)以進(jìn)一步向馬達(dá)的一個(gè)或多個(gè)相位分配電能。馬達(dá)控制單元可以包括集成電路(IC)，集成電路控制IC外的一個(gè)或多個(gè)MOSFET，并且電動(dòng)馬達(dá)可以包括限定多個(gè)操作相位的多相馬達(dá)。

在另一示例中，本發(fā)明的目的在于提供一種方法，包括在兩個(gè)以上不同的時(shí)刻確定來自MOSFET開關(guān)的兩個(gè)以上電信號，其中MOSFET開關(guān)被配置為控制電動(dòng)馬達(dá)的至少一個(gè)相位，并且其中MOSFET開關(guān)限定晶體管，該晶體管包括漏極-源極溝道以及與溝道平行定位的寄生二極管。該方法至少部分地基于兩個(gè)以上電信號計(jì)算MOSFET開關(guān)的操作溫度。

在一個(gè)示例中，確定兩個(gè)以上電信號包括：在第一時(shí)刻，確定MOSFET開關(guān)兩端的第一漏極-源極電壓等于寄生二極管兩端的第一正向電壓，并且通過MOSFET開關(guān)的第一電流等于通過寄生二極管的第一電流。在第二時(shí)刻，確定MOSFET開關(guān)兩端的第二漏極-源極電壓等于寄生二極管兩端的第二正向電壓，并且通過MOSFET開關(guān)的第二電流等于通過寄生二極管的第二電流。在該示例中，該方法根據(jù)等式計(jì)算溫度，其僅取決于一些物理常數(shù)以及第一和第二正向電壓和電流值。在該示例中，第一電流測量的量級通常大于第二電流測量。電流在第一測量期間可以是負(fù)的，并且盡管該值可以較小，但量級仍然會大于第二測量的量級。

該方法可進(jìn)一步控制一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)MOSFET開關(guān)的操作，從而部分地基于每個(gè)相應(yīng)MOSFET開關(guān)的計(jì)算的操作溫度控制電動(dòng)馬達(dá)操作的一個(gè)或多個(gè)相位。控制每個(gè)相應(yīng)的MOSFET開關(guān)操作可以包括：控制相應(yīng)MOSFET開關(guān)接通或斷開的時(shí)間。

雖然參照MOSFET描述了本發(fā)明的技術(shù)，但可以找到具有其他電路元件的應(yīng)用，其包括電溝道和與電溝道平行的寄生二極管。因此，在另一示例中，系統(tǒng)可以包括：電路元件，其中電路元件限定溝道和與溝道平行定位的寄生二極管；以及控制單元，被配置為在兩個(gè)以上不同時(shí)刻確定來自電路元件的兩個(gè)以上電信號，并且基于兩個(gè)以上電信號計(jì)算電路元件的操作溫度。電路元件在一些示例中可以為MOSFET，但是在其他示例中，電路元件可以對應(yīng)于另一類型的電路元件，其包括電溝道和與電溝道平行的寄生二極管。

本公開的一個(gè)或多個(gè)示例的細(xì)節(jié)在以下附圖和說明書中進(jìn)行闡述。本公開的其他特征、目的和優(yōu)勢將根據(jù)說明書和附圖以及權(quán)利要求而變得顯而易見。

附圖說明

圖1是示出控制電動(dòng)馬達(dá)的系統(tǒng)的框圖，其包括控制一個(gè)或多個(gè)MOSFET的馬達(dá)控制單元，用于控制馬達(dá)的一個(gè)或多個(gè)相位的電能。

圖2是示出MOSFET控制和測量電路的細(xì)節(jié)的示圖。

圖3是示出時(shí)間變化信號和可在不同時(shí)刻測量的該信號上的點(diǎn)的示圖。

圖4A和圖4B是分別示出多相位信號和多相位負(fù)載的示圖。

圖5是示出用于通過測量通過MOSFET的一個(gè)或多個(gè)電信號精確地計(jì)算MOSFET開關(guān)的溫度的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

本公開提供了監(jiān)控一個(gè)或多個(gè)金屬氧化物場效應(yīng)晶體管(MOSFET)開關(guān)的系統(tǒng)和技術(shù)，其中MOSFET開關(guān)用于控制電動(dòng)馬達(dá)的至少一個(gè)相位。所描述的系統(tǒng)和技術(shù)可以根據(jù)在至少兩個(gè)不同時(shí)刻得到的電信號的至少兩個(gè)測量值來計(jì)算溫度。這允許精確的溫度計(jì)算而不需要每個(gè)相應(yīng)MOSFET的特定特性的精確知識。部分地基于這種溫度計(jì)算，系統(tǒng)可以控制MOSFET開關(guān)的操作，從而控制馬達(dá)操作。

該技術(shù)還可以利用MOSFET內(nèi)的寄生二極管的存在。如此，該技術(shù)可以消除用于溫度測量的專用二極管的需求。

根據(jù)本公開，用于測量溫度的一個(gè)示例性技術(shù)使用諸如P/N結(jié)的電路元件。例如，二極管的P/N結(jié)或雙極結(jié)晶體管(BJT)的基極-發(fā)射極(B-E)結(jié)。通過確定第一時(shí)刻通過P/N結(jié)的時(shí)間變化信號的電流(I)和正向電壓(U_F)以及第二不同時(shí)刻的第二電流和正向電壓，可以計(jì)算P/N結(jié)的操作溫度。該技術(shù)不要求電路元件的特定特性的精確的、詳細(xì)的知識，諸如尺寸、摻雜等級、材料或其他器件參數(shù)。然而，在其他示例中，可以通過利用期望進(jìn)行溫度測量的元件固有的寄生元件的存在來消除專用電路元件的需求。具體地，當(dāng)對MOSFET執(zhí)行溫度計(jì)算時(shí)，用于測量溫度的系統(tǒng)可以通過利用寄生二極管(例如，MOSFET中)的存在而改善和簡化。

MOSFET很好地適合于驅(qū)動(dòng)負(fù)載，其中監(jiān)控溫度是非常重要的，因?yàn)槊總€(gè)MOSFET都具有本體二極管，其是MOSFET的固有副產(chǎn)品并且通過其物理組成中的PN結(jié)來形成(參見圖1，項(xiàng)62)。監(jiān)控電信號(諸如通過寄生(本體)二極管兩端的電流和其兩端的正向壓降)使得可以計(jì)算本體二極管的溫度。由于本體二極管是MOSFET的固有部分，其被定位為與MOSFET的漏極-源極溝道平行，所以本體二極管的溫度是MOSFET的溫度。

該二極管與MOSFET的漏極-源極溝道平行。該二極管可以通過多個(gè)名稱表示，包括：反向二極管、反向并聯(lián)二極管、續(xù)流(freewheeling)二極管、本體二極管、回掃二極管、吸收二極管、抑制二極管和寄生二極管。反向漏極電流不能被阻擋，因?yàn)楸倔w被短路至源極，提供通過本體二極管的大電流路徑。通過MOSFET的反向或負(fù)電流是通過本體二極管的正電流。這也被稱為續(xù)流。

本公開的技術(shù)進(jìn)行沿正向流過MOSFET寄生二極管的P/N結(jié)的時(shí)間變化電流的至少兩次測量。在與每個(gè)相應(yīng)電流測量的相同時(shí)刻，得到P/N結(jié)兩端的正向壓降(U_F)。由于電流隨時(shí)間變化，所以將存在至少一個(gè)電流測量(例如，I₁)，其電平小于至少一個(gè)其他電流測量(I₂)的電平。對于每個(gè)電流測量，將存在相應(yīng)的正向壓降(U_F1和U_F2)。這些測量與根據(jù)以下等式的溫度相關(guān)，其可以針對溫度(T)來求解。使用以下技術(shù)進(jìn)行時(shí)間變化電流的兩次測量不要求具體P/N結(jié)的精確知識(例如，摻雜等級、尺寸或其他器件參數(shù))。

本公開的技術(shù)可以利用以下等式：

其中，k是玻爾茲曼常數(shù)，1.38E-23焦耳/開爾文，以及

q是電荷的量級(magnitude)，1.609E-19庫倫。

存在其他技術(shù)可用于監(jiān)控MOSFET開關(guān)的操作溫度。然而，許多這樣的技術(shù)會要求每個(gè)具體MOSFET的詳細(xì)知識，諸如構(gòu)造、漏極-源極溝道中的摻雜等級或其他參數(shù)。用于通過P/N結(jié)(諸如二極管)的電流的一個(gè)等式為：

I＝I_S*(exp(V/(n*k*T/q))–1) (等式2)

其中，

I是通過二極管的電流，

V是二極管兩端的電壓(可以為正或負(fù))，

k是玻爾茲曼常數(shù)，1.38E-23焦耳/開爾文，

T是以開爾文為單位的溫度，

q是電荷的量級，1.609E-19庫倫，

n是結(jié)常數(shù)(對于二極管通常約為2，對于晶體管通常約為1)，以及

I_S是反向飽和電流。

該等式要求P/N結(jié)特性(I_S和n)的精確知識。

在第一示例中，技術(shù)可用于監(jiān)控續(xù)流期間MOSFET的寄生二極管(本體二極管)的單個(gè)正向壓降(V_DS)。該方法還要求精確已知技術(shù)和MOSFET的器件參數(shù)，并且需要對應(yīng)的參數(shù)校正，諸如微控制器。為了得到這種精確知識，通常要求大量的實(shí)驗(yàn)測試來將測量的電信號與計(jì)算的溫度相關(guān)聯(lián)。然而，即使在大量測試之后，正常的MOSFET制造變化限制了所計(jì)算溫度的精度。正常的制造變化會在給定供應(yīng)商內(nèi)的批量之間發(fā)生。這還會在不同的供應(yīng)商之間存在差異，即使對于具有相同規(guī)格的MOSFET。這些差異會導(dǎo)致不太精確的溫度測量。

在第二示例中，技術(shù)可用于監(jiān)控單個(gè)時(shí)間點(diǎn)處的單個(gè)V_DS壓降和單個(gè)I_DS電流，并且計(jì)算實(shí)際的MOSFET R_DSon(與溫度相關(guān))。該技術(shù)假設(shè)電流將在測量期間保持恒定。該技術(shù)還可要求精確已知技術(shù)和MOSFET的器件參數(shù)，并且如上所述，通過系統(tǒng)的一些部分(諸如微控制器)需要進(jìn)行對應(yīng)的參數(shù)校正。該示例還具有如上所述的相同問題，即具有正常制造變化和精度較差的溫度測量。第一和第二示例還可用于使用直流(DC)或不隨時(shí)間變化的其他電源的應(yīng)用。

在第三示例中，用于監(jiān)控溫度的技術(shù)可以使用用于感測溫度的附加外部溫度感測器件(例如，NTC電阻器或P/N結(jié)器件，諸如二極管)。該方法相對成本較高，并且仍然是不精確且較慢，因?yàn)殡y以將感測器件安裝在充分接近MOSFET的適當(dāng)位置以使它們良好熱耦合。當(dāng)監(jiān)控絕緣柵雙極晶體管(IGBT)中的溫度時(shí)，可以需要外部溫度感測器件。然而相反，MOSFET通常包括作為MOSFET固有部分的寄生二極管。通過利用寄生二極管的存在來用于溫度測量，可以相對于使用外部傳感器的技術(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢，因?yàn)橥ㄟ^外部傳感器，感測器件對被測量溫度的鄰近會導(dǎo)致不太精確的溫度測量。

例如，專用溫度傳感器的使用可以導(dǎo)致溫度精度在+/-30℃以上變化。這表示使用用于檢測MOSFET中的溫度的專用傳感器的系統(tǒng)可以要求MOSFET在非常不保守的溫度(低于最大溫度)下操作，從而導(dǎo)致測量的變化。作為示例，具有不太精確的溫度監(jiān)控的電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要在小于125℃的溫度下操作以確?？煽康男阅?。然而，具有+/-5℃的精度的比較系統(tǒng)可以在增加的溫度范圍(例如，多達(dá)140℃)內(nèi)操作，這是因?yàn)閷?shí)際系統(tǒng)操作溫度的較大確定性。

此外，利用不太精確的溫度測量，設(shè)計(jì)者不能確定系統(tǒng)的實(shí)際溫度。系統(tǒng)部件(殼體、電路板或其他部件)可要求過度設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)可接受的可靠性。系統(tǒng)部件會需要抵抗較高的溫度來解決測量變化。這會提高制造成本，并且只會帶來很小的性能改進(jìn)或者性能沒有改進(jìn)。例如，代替使用印刷電路板(PCB)的FR4材料，系統(tǒng)可要求更昂貴的陶瓷PCB。系統(tǒng)殼體可要求由加工或沖壓金屬制成來代替廉價(jià)的模制塑料。因此，可靠且精確地測量溫度的能力可以為制造者和它們的消費(fèi)者提供顯著的成本節(jié)省。

如上所述，本公開中描述的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)可以僅取決于基本物理而不取決于特定MOSFET部件的細(xì)節(jié)知識。這些技術(shù)可以在+/-5℃的精度下逐部件和逐系統(tǒng)地產(chǎn)生可靠的計(jì)算溫度。

圖1是示出根據(jù)本公開的一種或多種技術(shù)的可計(jì)算一個(gè)或多個(gè)MOSFET開關(guān)60A、60B的操作溫度的示例性系統(tǒng)10的概念和示意性框圖。在該示例中，MOSFET開關(guān)被配置為高側(cè)MOSFET開關(guān)60A和低側(cè)MOSFET開關(guān)60B，每一個(gè)都被配置為控制馬達(dá)50A的至少一個(gè)相位。圖1僅僅是示例，并且本公開的溫度測量技術(shù)可以被其他類型的電路中的MOSFET所使用。

圖1中的每個(gè)MOSFET開關(guān)都可以包括漏極-源極溝道64和與漏極-源極溝道平行定位的寄生二極管62。如上所述，該寄生二極管62是MOSFET的通過其物理構(gòu)造形成的固有副產(chǎn)品。寄生二極管62還可以通過其他名稱來稱呼，包括：反向二極管、反平行二極管、續(xù)流二極管和本體二極管。

寄生二極管62可以認(rèn)為是與漏極-源極溝道反平行，因?yàn)楫?dāng)MOSFET反向偏置時(shí)，二極管62為正向偏置。另一種描述方式是，當(dāng)MOSFET溝道64為OFF且電流沿反(負(fù))向流過MOSFET時(shí)，電流沿正向流過寄生二極管。該示例性系統(tǒng)10示出了N溝道、增強(qiáng)型MOSFET，表示MOSFET 60A和60B將OFF，MOSFET柵極66將為零或負(fù)。其他類型的晶體管可用作馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的部件。

在該示例中，馬達(dá)控制單元(MCU)20被配置為通過在兩個(gè)以上不同的時(shí)刻確定來自MOSFET的兩個(gè)以上電信號來確定一個(gè)或多個(gè)MOSFET的操作溫度。在一個(gè)示例中，MCU 20使用電源單元202中的診斷功能確定所選MOSFET開關(guān)兩端的第一和第二時(shí)刻處的第一和第二電壓(V_DS)。在MCU 20確定第一和第二電壓的同時(shí)，MCU 20還例如通過使用電流感測單元206確定流過所選MOSFET的第一和第二電流(I_DS)。如上所述，所選MOSFET兩端的電壓(V_DS)與用于該MOSFET的寄生二極管62兩端的電壓相同。

當(dāng)MOSFET續(xù)流時(shí)(例如，負(fù)電流通過MOSFET)，二極管62將被正向偏置。MOSFET兩端的電壓將是寄生二極管62的正向電壓。類似地，當(dāng)續(xù)流時(shí)，通過所選MOSFET的電流將與通過用于該MOSFET的二極管62的正向電流相同。以下將參照圖2討論測量電流和電壓的一個(gè)示例的細(xì)節(jié)。以下參照圖3討論信號的附加細(xì)節(jié)。

MCU 20使用在兩個(gè)不同時(shí)刻確定的這兩個(gè)電壓和兩個(gè)電流來計(jì)算寄生二極管62的溫度。在一個(gè)示例中，MCU 20可以使用數(shù)字核210的部件來執(zhí)行這種計(jì)算。MCU 20可以被配置為利用其他部件計(jì)算溫度。數(shù)字核210可以包含子單元，諸如輸入控制212、診斷214和接口總線216。當(dāng)然，MCU 20僅僅是示例性的，并且根據(jù)本公開還可以使用其他類型的控制單元。

如上所述，計(jì)算二極管62的溫度給出MOSFET(其中二極管62是其固有部分)的操作溫度的足夠精確的估計(jì)。MCU 20可以至少部分地基于每個(gè)對應(yīng)MOSFET開關(guān)的計(jì)算操作溫度，通過控制MOSFET操作來控制馬達(dá)50A。在一個(gè)示例中，MCU 20可以通過控制相應(yīng)MOSFET開關(guān)接通和斷開的時(shí)間來控制每個(gè)相應(yīng)的MOSFET開關(guān)操作。

系統(tǒng)10可以包括其他部件(諸如一個(gè)或多個(gè)處理器40)，其被配置為監(jiān)控和控制馬達(dá)控制單元的操作。一個(gè)或多個(gè)處理器40的示例可以包括微處理器、微控制器、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或等效分立或集成邏輯電路中的任何一個(gè)或多個(gè)。

系統(tǒng)10還可以包括系統(tǒng)電源30，其被配置為將電能傳輸至馬達(dá)控制單元，從而將電能傳輸至一個(gè)或多個(gè)MOSFET開關(guān)以進(jìn)一步將電能分配給馬達(dá)的一個(gè)或多個(gè)相位。雖然本公開的技術(shù)通常涉及系統(tǒng)10、MOSFET 60A、60B和馬達(dá)50A，但本文描述的技術(shù)可以在控制電動(dòng)馬達(dá)的任何應(yīng)用中執(zhí)行。

圖2是示出MOSFET的詳細(xì)示圖70以及通過圖1描述的相關(guān)聯(lián)的控制和測量部件的一個(gè)示例的示意性框圖。在該示例中，柵極驅(qū)動(dòng)器76A和76B控制MOSFET 60C和60D，如通過馬達(dá)控制單元20、從而通過控制馬達(dá)50B引導(dǎo)。電阻器77A和差分放大器72A測量通過MOSFET 60C的電流并且通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)74A與馬達(dá)控制單元20通信。電阻器77B、差分放大器72B和ADC 74B執(zhí)行用于MOSFET 60D的相同電流測量功能。作為一個(gè)示例，電流感測單元206可包括電阻器77A和77B、差分放大器72A和72B以及ADC 74A和74B。其他部件(未示出)可以測量每個(gè)MOSFET 60C、60D兩端的電壓(V_DS)并且與MCU 20通信。

圖3示出了單相、時(shí)間變化信號的示例。盡管圖3示出了正弦函數(shù)，但本公開的技術(shù)和系統(tǒng)還可以用于其他時(shí)間變化信號，諸如三角函數(shù)。在圖3的示例中，在第一預(yù)定時(shí)刻88，MCU 20確定通過MOSFET開關(guān)的第一電流等于通過寄生二極管(諸如由圖1中的二極管62表示)的第一電流84(-I₁)。在相同的第一時(shí)刻，MCU 20確定MOSFET開關(guān)兩端的第一漏極-源極電壓(V_DS)等于第一正向電壓(U_F1)(未示出)。在第二預(yù)定時(shí)刻86，MCU 20確定通過MOSFET開關(guān)的第二電流等于通過相同寄生二極管的第二電流82(-I₂)。在相同的第二時(shí)刻，MCU 20確定MOSFET開關(guān)兩端的第二漏極-源極電壓等于第二正向電壓(U_F2)(未示出)。如上所述，系統(tǒng)10的MCU 20可以根據(jù)等式1計(jì)算寄生二極管的操作溫度，而不需要精確地知道MOSFET開關(guān)及其相關(guān)聯(lián)的寄生二極管的具體特性。由于寄生二極管是MOSFET的固有部分，所以計(jì)算二極管的操作溫度將產(chǎn)生MOSFET的操作溫度。

圖4A示出了具有三相80A、80B和80C的多相信號的示例。通過確定與所選MOSFET相關(guān)聯(lián)的寄生二極管的電流和正向電壓，上述計(jì)算單相的操作溫度的技術(shù)可以被多相馬達(dá)使用。這在如圖4A 88(-I₁)和87(-I₂)所示的兩個(gè)預(yù)定時(shí)刻處進(jìn)行確定。注意，在圖4A和圖3中，當(dāng)信號經(jīng)過零時(shí)，系統(tǒng)10確定信號的負(fù)部分期間的正向二極管電壓(U_1F，U_2F)和電流(-I₁，-I₂)。這是MOSFET為OFF且寄生二極管為續(xù)流時(shí)的預(yù)定時(shí)間。圖4A示出了針對相位一80A確定電流和電壓。相同的技術(shù)可用于任何相位，諸如相位二80B和相位三80C。圖4B示出了多相負(fù)載的另一示例?？梢允褂弥T如四相馬達(dá)、兩相馬達(dá)等的其他示例。

圖5是示出根據(jù)本公開的技術(shù)的MOSFET操作溫度的示例性計(jì)算的流程圖。以下說明考慮圖1和圖2的系統(tǒng)10和詳細(xì)示圖70以及圖3的單相信號。說明描述了應(yīng)用于單個(gè)MOSFET開關(guān)60C的計(jì)算，但是可以應(yīng)用于系統(tǒng)中的任何多個(gè)MOSFET開關(guān)。

在第一預(yù)定時(shí)刻，當(dāng)MOSFET開關(guān)60C斷開且電流流過固有的寄生二極管時(shí)，MCU 20通過測量MOSFET電壓(V_DS)和MOSFET電流(I_DS)來測量二極管63正向電壓(U_F1)和電流(-I₁)(90)。例如，MCU 20可以確定所選MOSFET開關(guān)60C為OFF且電流沿負(fù)向流動(dòng)(例如，圖3中的84)的第一時(shí)刻。電流感測單元206此時(shí)可以使用電阻器77A、差分放大器72A和ADC 74A確定第一電流(I_DS)。通過MOSFET開關(guān)60C為OFF，電流(I_DS)流過MOSFET開關(guān)60C固有的寄生二極管63，因?yàn)槎O管63被定位為與MOSFET 60C的漏極-源極溝道平行。因此，第一時(shí)刻處MOSFET 60C的I_DS與-I₁(84)相同。在相同的第一時(shí)刻處，電源單元202可以確定MOSFET電壓(V_DS)，其與二極管63的正向電壓(U_F1)相同。

然后，在第二預(yù)定時(shí)刻，當(dāng)MOSFET開關(guān)斷開且電流流過固有的寄生二極管時(shí)，MCU 20通過測量MOSFET電壓(V_DS)和MOSFET電流(I_DS)來測量二極管正向電壓(U_F2)和電流(-I₂)(92)。在該示例中，MCU 20可以重復(fù)第二時(shí)刻的測量處理(92)并確定第二電流(-I₂)和第二正向電壓(U_F2)。如圖3所示，第一電壓84(-I₁)的量級大于(更負(fù))第二電壓82(-I₂)。

然后，如上所述，MCU 20通過根據(jù)等式計(jì)算固有寄生二極管63的操作溫度來計(jì)算MOSFET開關(guān)(T)的操作溫度(94)。如上所述，在兩個(gè)不同時(shí)刻確定兩個(gè)信號能夠使MCU 20計(jì)算操作溫度(T)而不需要精確地知道MOSFET開關(guān)60C的具體特性。此外，如上所述，由于寄生二極管63是MOSFET 60C固有的，所以計(jì)算二極管63的操作溫度給出MOSFET 60C的溫度的精確估計(jì)，具體為MOSFET 60C的漏極-源極溝道中的溫度。

然后，MCU 20可以至少部分地基于MOSFET開關(guān)的計(jì)算溫度控制MOSFET開關(guān)60C的操作(96)以及控制馬達(dá)50B的操作(98)?？捎绊慚OSFET的操作、從而影響馬達(dá)50A、50B操作的其他因素可以包括例如來自處理器40的命令。MCU 20可以使用診斷和安全部件(諸如電源單元202)，并且數(shù)字核210通過控制柵極驅(qū)動(dòng)器76A和76B的定時(shí)來控制MOSFET開關(guān)。在一個(gè)示例中，在MOSFET開關(guān)60C接近高溫的情況下，MCU 20的診斷和安全部件可以通過在較短周期內(nèi)激活柵極開關(guān)76A來減小接通時(shí)間。這增加了MOSFET開關(guān)60C斷開的時(shí)間，并且?guī)椭刂破錅囟?。以這種方式，與具有不太精確的溫度測量方案的系統(tǒng)相比，系統(tǒng)10可以在較寬的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行操作。

盡管針對MOSFET描述了本公開的技術(shù)，但可以找到具有其他電路元件的應(yīng)用，其包括電溝道和與電溝道平行的寄生二極管。因此，在另一示例中，系統(tǒng)可以包括電路元件，其中電路元件限定溝道和定位為與溝道平行的寄生二極管，并且控制單元被配置為在兩個(gè)以上的不同時(shí)刻確定來自電路元件的兩個(gè)以上電信號，并且基于兩個(gè)以上電信號計(jì)算電路元件的操作溫度。電路元件在一些示例中可以為MOSFET，但是在其他示例中，電路元件可以對應(yīng)于另一種類型的電路元件，其包括電溝道和與電溝道平行的寄生二極管。

因此，廣義來說，本公開描述了一種系統(tǒng)，包括：電路元件，其中電路元件限定溝道和定位為與溝道平行的寄生二極管；以及控制單元，被配置為在兩個(gè)以上不同時(shí)刻確定來自電路元件的兩個(gè)以上電信號，并且基于兩個(gè)以上電信號計(jì)算電路元件的操作溫度。在一些示例中，電路元件是MOSFET開關(guān)，其被定義為包括漏極-源極溝道和定位為與溝道平行的寄生二極管的晶體管，然而本公開不是必須限于使用MOSFET的示例。

以下示例可以示出本功率的一個(gè)或多個(gè)方面。

示例1.一種系統(tǒng)，包括：金屬氧化物場效應(yīng)晶體管(MOSFET)開關(guān)，被配置為控制電動(dòng)馬達(dá)的至少一個(gè)相位，其中MOSFET開關(guān)限定晶體管，晶體管包括漏極-源極溝道和與該溝道平行定位的寄生二極管；以及控制單元，被配置為在兩個(gè)以上不同時(shí)刻確定來自MOSFET開關(guān)的兩個(gè)以上電信號，并且基于兩個(gè)以上電信號計(jì)算MOSFET的操作溫度。

示例2.根據(jù)示例1所述的系統(tǒng)，其中馬達(dá)控制單元：在第一預(yù)定時(shí)刻，確定MOSFET開關(guān)兩端的第一漏極-源極電壓等于寄生二極管兩端的第一正向電壓，并且通過MOSFET開關(guān)的第一電流等于通過寄生二極管的第一電流；在第二預(yù)定時(shí)刻，確定MOSFET開關(guān)兩端的第二漏極-源極電流等于寄生二極管兩端的第二正向電壓，并且通過MOSFET開關(guān)的第二電流等于通過寄生二極管的第二電流；以及基于寄生二極管兩端的第一正向電壓和第二正向電壓的值以及通過寄生二極管的第一電流測量值和第二電流測量值計(jì)算MOSFET的操作溫度。

示例3.根據(jù)示例1或2所述的系統(tǒng)，其中通過MOSFET開關(guān)的兩個(gè)以上電信號是時(shí)間變化信號。

示例4.根據(jù)示例1至3中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中控制單元被配置為根據(jù)等式計(jì)算溫度(T)，其中：

q是電荷的量級，1.609E-19庫倫，

k是玻爾茲曼常數(shù)，1.38E-23焦耳/開爾文，

ΔU_F是所述寄生二極管的所述第一正向電壓和所述第二正向電壓之間的差值，以及

In(I₁/I₂)是所述MOSFET開關(guān)的第一電流和第二電流的商的自然對數(shù)。

示例5.根據(jù)示例1至4中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中控制單元包括電源單元、電流感測單元和數(shù)字核。

示例6.根據(jù)示例1至5中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括控制單元，被配置為部分地基于每個(gè)相應(yīng)MOSFET開關(guān)的計(jì)算操作溫度，控制每個(gè)相應(yīng)MOSFET開關(guān)操作，從而控制電動(dòng)馬達(dá)操作。

示例7.根據(jù)示例1至6中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中控制單元被配置為通過控制相應(yīng)MOSFET開關(guān)接通和斷開的時(shí)間來控制每個(gè)相應(yīng)MOSFET開關(guān)操作。

示例8.根據(jù)示例1至7中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括：一個(gè)或多個(gè)處理器，被配置為監(jiān)控和控制馬達(dá)控制單元的操作；以及系統(tǒng)電源，被配置為將電能傳輸至馬達(dá)控制單元，從而將電能傳輸至一個(gè)或多個(gè)MOSFET開關(guān)以進(jìn)一步將電能分配給馬達(dá)的一個(gè)或多個(gè)相位。

示例9.根據(jù)示例1至8中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中電動(dòng)馬達(dá)包括限定多個(gè)操作相位的多相馬達(dá)。

示例10.根據(jù)示例1所述的系統(tǒng)，其中馬達(dá)控制單元包括集成電路(IC)，集成電路控制IC外的一個(gè)或多個(gè)MOSFET。

示例11.一種方法，包括：在兩個(gè)以上不同時(shí)刻確定來自金屬氧化物場效應(yīng)晶體管(MOSFET)開關(guān)的兩個(gè)以上電信號，其中MOSFET開關(guān)被配置為控制電動(dòng)馬達(dá)的至少一個(gè)相位，并且其中MOSFET開關(guān)限定晶體管，晶體管包括漏極-源極溝道和與該溝道平行定位的寄生二極管；以及至少部分地基于兩個(gè)以上電信號計(jì)算MOSFET開關(guān)的操作溫度。

示例12.根據(jù)示例11所述的方法，其中，確定兩個(gè)以上電信號包括：在第一時(shí)刻，確定MOSFET開關(guān)兩端的第一漏極-源極電壓等于寄生二極管兩端的第一正向電壓，并且通過MOSFET開關(guān)的第一電流等于通過寄生二極管的第一電流；以及在第二時(shí)刻，確定MOSFET開關(guān)兩端的第二漏極-源極電壓等于寄生二極管兩端的第二正向電壓，并且通過MOSFET開關(guān)的第二電流等于通過寄生二極管的第二電流。

示例13.根據(jù)示例11所述的方法，其中，計(jì)算操作溫度包括根據(jù)等式計(jì)算溫度(T)，其中：

q是電荷的量級，1.609E-19庫倫，

k是玻爾茲曼常數(shù)，1.38E-23焦耳/開爾文，

ΔU_F是所述寄生二極管的第一正向電壓和第二正向電壓之間的差值，以及

In(I₁/I₂)是所述MOSFET開關(guān)的第一電流和第二電流的商的自然對數(shù)。

示例14.根據(jù)示例11至13中任一項(xiàng)所述的方法，其中第一電流測量值的量級大于第二電流測量值的量級。

示例15.根據(jù)示例11至14中任一項(xiàng)所述的方法，還包括：至少部分地基于每個(gè)相應(yīng)MOSFET開關(guān)的計(jì)算的操作溫度，控制一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的MOSFET開關(guān)的操作，從而控制電動(dòng)馬達(dá)操作的一個(gè)或多個(gè)相位。

示例16.根據(jù)示例11至15中任一項(xiàng)所述的方法，其中控制每個(gè)相應(yīng)的MOSFET開關(guān)的操作包括：控制相應(yīng)MOSFET開關(guān)接通和斷開的時(shí)間。

示例17.一種系統(tǒng)，包括：電路元件，其中電路元件限定溝道和與溝道平行定位的寄生二極管；以及控制單元，被配置為在兩個(gè)以上不同時(shí)刻確定來自電路元件的兩個(gè)以上電信號，并且基于兩個(gè)以上電信號計(jì)算電路元件的操作溫度。

示例18.根據(jù)示例17所述的系統(tǒng)，其中電路元件是限定為晶體管的MOSFET開關(guān)，晶體管包括源極-漏極溝道和與該溝道平行定位的寄生二極管。

示例19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的系統(tǒng)，其中控制單元：在第一預(yù)定時(shí)刻，確定MOSFET開關(guān)兩端的第一漏極-源極電壓等于寄生二極管兩端的第一正向電壓，并且通過MOSFET開關(guān)的第一電流等于通過寄生二極管的第一電流；在第二預(yù)定時(shí)刻，確定MOSFET開關(guān)兩端的第二漏極-源極電流等于寄生二極管兩端的第二正向電壓，并且通過MOSFET開關(guān)的第二電流等于通過寄生二極管的第二電流；以及基于寄生二極管兩端的第一正向電壓和第二正向電壓的值以及通過寄生二極管的第一電流測量值和第二電流測量值計(jì)算MOSFET的操作溫度。

示例20.根據(jù)權(quán)利要求17至19中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中控制單元還被配置為部分地基于每個(gè)相應(yīng)MOSFET開關(guān)的計(jì)算操作溫度，控制每個(gè)相應(yīng)MOSFET開關(guān)操作，從而控制電動(dòng)馬達(dá)操作。

已經(jīng)描述了各個(gè)實(shí)施例和示例。這些和其他實(shí)施例和示例包括在以下權(quán)利要求的范圍內(nèi)。