電力電子模塊絕緣柵雙極型晶體管保護(hù)方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電力電子模塊絕緣柵雙極型晶體管保護(hù)方法和系統(tǒng)。本發(fā)明還提供一種用于將功率傳遞給負(fù)載的方法，包括：以指定的開(kāi)關(guān)頻率激活和去激活固態(tài)開(kāi)關(guān)，以生成輸出電流波形，其中，固態(tài)開(kāi)關(guān)并聯(lián)地電耦合到二極管；估計(jì)固態(tài)開(kāi)關(guān)在輸出電流波形的一個(gè)周期的結(jié)溫度變化；和基于固態(tài)開(kāi)關(guān)在輸出電流波形的一個(gè)周期的結(jié)溫度變化來(lái)改變開(kāi)關(guān)頻率；其中，結(jié)溫變化被定義為在輸出電流波形的每一周期期間達(dá)到的峰值溫度與谷值溫度之間的差。
【專利說(shuō)明】
電力電子模塊絕緣柵雙極型晶體管保護(hù)方法和系統(tǒng)
[0001 ] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00910177657.4、申請(qǐng)日為2009年9月30日、名稱為"電力電子 模塊絕緣柵雙極型晶體管保護(hù)方法和系統(tǒng)"的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明一般地設(shè)及功率轉(zhuǎn)換器和逆變器領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明設(shè)及用于防止過(guò) 熱所導(dǎo)致的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的故障。
【背景技術(shù)】
[0003] 功率逆變器和轉(zhuǎn)換器通常采用功率模塊來(lái)創(chuàng)建期望的輸出電流波形，W對(duì)各種設(shè) 備(例如電動(dòng)機(jī)和其它裝置)供電。例如，輸出電流波形的頻率和幅度可通過(guò)例如改變電動(dòng) 機(jī)的速度或轉(zhuǎn)矩而影響設(shè)備的工作。一些功率模塊通過(guò)脈寬調(diào)制來(lái)創(chuàng)建期望的輸出電流波 形，其中，使得功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(例如絕緣柵雙極型晶體管（IGBT))按特定順序快速導(dǎo)通和 截止，從而創(chuàng)建近似正弦輸出電流波形。此外，高IGBT開(kāi)關(guān)速度易產(chǎn)生更平滑更理想的正弦 波形，在一些應(yīng)用中可能期望如此。例如，在加熱系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)W及空調(diào)系統(tǒng)中，更平滑的 正弦波形將減小系統(tǒng)噪聲和振動(dòng)。
[0004] 然而，高IGBT開(kāi)關(guān)速度可易提高IGBT的結(jié)溫，運(yùn)可能隨著時(shí)間導(dǎo)致更大的機(jī)械應(yīng) 力W及增加的IGBT故障率。已經(jīng)嘗試通過(guò)限制最大絕對(duì)IGBT結(jié)溫來(lái)減少IGBT故障。然而，運(yùn) 些技術(shù)未能解決在啟動(dòng)條件或低速條件下易出現(xiàn)的增加的應(yīng)力，其中，IGBT在低輸出頻率 時(shí)易經(jīng)歷高電流。
[0005] 因此，有利的是，提供一種在啟動(dòng)條件和低速高電流條件下尤其有效的減小IGBT 熱應(yīng)力的系統(tǒng)和方法。具體地，有利地，提供一種減小IGBT結(jié)（即半導(dǎo)體忍片自身）W及外殼 (即包含半導(dǎo)體忍片的封裝)的溫度變化的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明一般地設(shè)及一種設(shè)計(jì)用于解決上述需求的IGBT保護(hù)機(jī)制配置。實(shí)施例包括 用于減小逆變器模塊的開(kāi)關(guān)頻率W避免高結(jié)溫變化的系統(tǒng)和方法。實(shí)施例還包括用于估計(jì) 預(yù)期的結(jié)溫變化的方法。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 參照附圖閱讀W下詳細(xì)描述，可更好地理解本發(fā)明的運(yùn)些和其它特征、方面和優(yōu) 點(diǎn)，在各圖中，相似的標(biāo)號(hào)表示相似的部分，其中：
[000引圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的采用用于防止高結(jié)溫變化的電路的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的 框圖；
[0009]圖2是示出圖1的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的逆變器模塊的簡(jiǎn)化電路圖；
[0010]圖3是圖2所示的逆變器模塊的IGBT的側(cè)視圖，示出與之關(guān)聯(lián)的故障模式；
[0011]圖4描述圖2所示的逆變器模塊的熱網(wǎng)絡(luò)模型；
[0012] 圖5示出相對(duì)于輸出電流的結(jié)溫變化；
[0013] 圖6示出作為開(kāi)關(guān)頻率和輸出頻率的函數(shù)的最大結(jié)溫變化；
[0014] 圖7是描述對(duì)逆變器模塊的開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)行控制的一種方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 本發(fā)明實(shí)施例設(shè)及減小結(jié)溫的大變化所導(dǎo)致的IGBT上的機(jī)械應(yīng)力。大的結(jié)溫變化 可有助于特別高級(jí)別的機(jī)械應(yīng)力，原因在于，IGBT封裝內(nèi)的各種材料的不同膨脹率可能導(dǎo) 致引線鍵合W及相似的接觸件中引線損傷增長(zhǎng)。因此，減小結(jié)溫變化可導(dǎo)致較長(zhǎng)壽命的逆 變器模塊。在本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)頻率來(lái)控制結(jié)溫變化。因?yàn)樽罡呓Y(jié)溫變化易在 啟動(dòng)或低速、高電流條件下出現(xiàn)，所W可僅在啟動(dòng)期間內(nèi)的短時(shí)間內(nèi)減小開(kāi)關(guān)頻率，此后可 W增加開(kāi)關(guān)頻率，W提供更平滑的正弦波形。
[0016] 圖1示出示例性電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)10,其采用了用于在各種工作條件下防止極端的 結(jié)溫變化的電路。=相電源12將=相電壓波形W恒定頻率提供給整流器14,并且可W得自 發(fā)生器或外部電網(wǎng)。整流器14執(zhí)行=相電壓波形的全波整流，將直流(DC)電壓輸出到逆變 器模塊16。
[0017] 逆變器模塊16接受來(lái)自整流器電路14的DC電壓的正線和負(fù)線，并且輸出具有獨(dú)立 于=相電源12的頻率的期望頻率的離散=相波形。驅(qū)動(dòng)器電路18向逆變器模塊16提供適當(dāng) 的信號(hào)，使得逆變器模塊16能夠輸出波形。所得=相波形此后可驅(qū)動(dòng)負(fù)載(例如電動(dòng)機(jī)20)。
[0018] 控制電路22可從遠(yuǎn)程控制電路24接收命令，使用所述命令來(lái)使驅(qū)動(dòng)器電路18能夠 正確地控制逆變器模塊16。在一些實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)可W包括一個(gè)或多個(gè)用于檢 測(cè)工作溫度、電壓、電流等的傳感器26。采用來(lái)自傳感器26的反饋數(shù)據(jù)，控制電路22可保持 對(duì)于使逆變器模塊16可工作的各種條件的詳細(xì)跟蹤。反饋數(shù)據(jù)可進(jìn)一步允許控制電路22確 定逆變器模塊16何時(shí)可能接近高溫度，從而允許控制電路實(shí)現(xiàn)預(yù)防性措施。
[0019] 參照?qǐng)D2,逆變器模塊16可包括多個(gè)IGBT 28和電力二極管30JGBT 28和電力二極 管30通過(guò)鍵合引線32(適當(dāng)?shù)?結(jié)合到正或負(fù)DC線W及輸出線a、b或C。由于IGBT 28快速導(dǎo) 通和截止而在輸出34處產(chǎn)生離散的=相輸出電流波形，熱循環(huán)的應(yīng)力的變形的結(jié)果是張力 施加在鍵合引線32上。
[0020] 圖3示出逆變器模塊16的一部分的側(cè)視圖，表現(xiàn)出因源于熱應(yīng)力的累積變形而導(dǎo) 致的鍵合引線故障。逆變器模塊16可包括直接覆銅(DBC)襯底38,其可包括陶瓷基底40、銅 層42 W及銅接觸件44和46。在DBC襯底38之上，銅44通過(guò)焊料48而結(jié)合到娃IGBT 28。鍵合引 線52將IGBT 28結(jié)合到銅觸點(diǎn)46。高結(jié)溫可易使得DBC襯底38和鍵合引線52受熱并且不均勻 膨脹，在鍵合引線52上一一尤其在焊料連接處--產(chǎn)生張力。隨著IGBT 28與DBC襯底38之 間的溫差的增加，鍵合引線52上的張力也因鍵合引線52和DBC襯底38的不同熱膨脹率而增 加。因此，IGBT 28的結(jié)溫變化可對(duì)逆變器模塊的壽命具有顯著影響。如W下將進(jìn)一步討論 的，結(jié)溫變化在啟動(dòng)或低速、高電流條件時(shí)可易達(dá)到最大。在很多功率周期施加于IGBT 28 之后，鍵合引線52的變形可易在鍵合引線52中產(chǎn)生根部損傷54。此外，鍵合引線52可因提離 56而開(kāi)始與娃忍片46或金屬板50分離。當(dāng)根部損傷54或提離56完全對(duì)鍵合引線52起作用 時(shí)，IGBT 28可變得不可操作。
[0021] 圖4示出熱網(wǎng)絡(luò)模型58,示出結(jié)到外殼的熱阻抗句。60。結(jié)到外殼的熱阻抗句。60包 括串聯(lián)的四個(gè)熱阻抗，每一熱阻抗均與圖3所示的各物理層之一對(duì)應(yīng)。每一熱阻抗包括并聯(lián) 的熱阻和熱容。熱阻包括化62、R264、R366和R468,熱容包括Ci70、C272、C374和C476,它們的值 通?？蒞從逆變器模塊16制造商所提供的數(shù)據(jù)表來(lái)獲得。如W下將進(jìn)一步解釋的，熱網(wǎng)絡(luò) 可用于估計(jì)固態(tài)IGBT的結(jié)與安裝了 IGBT的外殼之間的溫度差。應(yīng)理解，熱網(wǎng)絡(luò)58對(duì)于不同 逆變器模塊可W是不同的，并且可W包括更多或更少的熱阻抗元件。
[0022] 圖5描述了示出典型逆變器模塊16關(guān)于時(shí)間的結(jié)溫變化的圖58,疊加有逆變器模 塊16的電流輸出。圖78包括表示時(shí)間的水平軸80、W及兩個(gè)垂直軸82和84。右側(cè)的垂直軸82 表示電流，左側(cè)的垂直軸84表示溫度。曲線86表示逆變器模塊的一個(gè)相的電流輸出。應(yīng)注 意，因?yàn)殡娏鬏敵隼@零點(diǎn)變化，可利用兩個(gè)IGBT 28,一個(gè)用于正極性，而另一個(gè)用于負(fù)極 性。曲線88表示產(chǎn)生曲線86所描述的電流輸出的一個(gè)IGBT 28的結(jié)溫。還應(yīng)注意，因?yàn)樗?示的IGBT 28在負(fù)極性電流輸出期間處于截止?fàn)顟B(tài)，所WIGBT 28在該時(shí)間段期間連續(xù)冷 卻，如曲線88所示。應(yīng)理解，在二極管30上生成的電流也將產(chǎn)生相似的溫度特性。
[0023] 如圖78可見(jiàn)，結(jié)溫在輸出電流的每一周期期間達(dá)到峰值90,并且在每個(gè)半周期之 后達(dá)到谷值91。結(jié)溫變化被定義為峰值90溫度與谷值91溫度之間的差。應(yīng)理解，當(dāng)結(jié)溫達(dá)到 峰值90時(shí)，上述熱應(yīng)力可為最大的。因此，一些實(shí)施例可包括:對(duì)輸出電流的一個(gè)周期，估計(jì) 峰值IGBT 28結(jié)溫。其它實(shí)施例可包括:對(duì)輸出電流的一個(gè)周期，估計(jì)峰值二極管30溫度。
[0024] 為了估計(jì)IGBT 28結(jié)溫變化，W上結(jié)合圖4所描述的熱網(wǎng)絡(luò)58可用峰值結(jié)溫來(lái)表 示，如下所述。相應(yīng)地，本發(fā)明實(shí)施例還包括一種估計(jì)峰值結(jié)溫的方法。在一些實(shí)施例中，估 計(jì)的峰值結(jié)溫可基于估計(jì)的IGBT 28的功率損失。此外，估計(jì)的IGBT 28的功率損失可基于 估計(jì)的IGBT 28的工作條件。例如，峰值IGBT 28結(jié)溫的估計(jì)可基于根據(jù)W下公式計(jì)算出的 估計(jì)傳導(dǎo)搞^巧井羊搞^ ?
[0025] (1)；
[0026] (2)；
[0027]
[002引其中，Pc等于作為基頻f和驅(qū)動(dòng)的輸出RMS電流Irms的函數(shù)的估計(jì)傳導(dǎo)功率損失;Ps 等于作為開(kāi)關(guān)頻率fs和驅(qū)動(dòng)的輸出MS電流Irms的函數(shù)的估計(jì)開(kāi)關(guān)功率損失;P(f，fs，lRMS)等 于IGBT 28的總的估計(jì)功率損失。在公式（1)中，M(f)表示調(diào)制指數(shù)，PF表示由逆變器模塊16 驅(qū)動(dòng)的負(fù)載的功率系數(shù)。在公式（1)中，Vt表示在較小或接近于零的前向電流時(shí)的近似IGBT 28傳導(dǎo)電壓，Rt表示近似斜率電阻。Vt和Rt二者皆可W得自制造商數(shù)據(jù)表。在公式（2)中， EnnDff表示在IGBT 28的額定電壓VnomQGBT額定電壓的一半)和電流In?(額定IGBT模塊電流） 時(shí)使IGBT 28導(dǎo)通和截止所需的總能量。EDnDff、Vn?W及Innm立者皆可W從制造商數(shù)據(jù)表而獲 得。Irms和Vd康示IGBT 28的估計(jì)的工作電流和總線電壓。因此，iRMs/Inom和VdcA隨二者皆充 當(dāng)應(yīng)用于開(kāi)關(guān)損失值EonDff的比例系數(shù)，可W從制造商數(shù)據(jù)表而獲得?？偣β蕮p失P于是可用 于通過(guò)使用熱網(wǎng)絡(luò)16來(lái)計(jì)算結(jié)溫變化，如下所述。
[0029]在一些實(shí)施例中，通過(guò)假設(shè)外殼的溫度變化可忽略，結(jié)溫變化（ATj)的計(jì)算可W 簡(jiǎn)化。運(yùn)樣，可首先根據(jù)W下公式基于熱網(wǎng)絡(luò)58計(jì)算"提升系數(shù)(boost化Ctor)" (BF(f)):
[0030]
(4)，
[0031] 其中，Ri和Tl等于熱網(wǎng)絡(luò)的熱阻和熱容，如圖4所示，Ric等于結(jié)與外殼之間的總熱 阻。此外，可W根據(jù)W下公式由提升系數(shù)計(jì)算出中間值BF_ A Tj :
[0032] BF_ATj(f) = 1.85 ?(邸(f)-l)若BF(f)<2 (5)；
[003；3] BF_ATj(f)=BF(f)若邸（f)>2 (6)；
[0034]獲得了估計(jì)的功率損失和提升系數(shù)的情況，就可W根據(jù)W下方程式來(lái)近似估計(jì)的 結(jié)溫變化A Tj:
[003引 ATj(f，fs，Irms)=PI(f，fs，Irms) ? BF_ATj(f) ? Rj (15)
[0036] 其中，A Tj表示在逆變器模塊的一個(gè)輸出周期之后的結(jié)溫變化。
[0037] 應(yīng)理解，在仍然落入本發(fā)明范圍的同時(shí)，可W對(duì)上述方程式進(jìn)行變化。此外，在一 些實(shí)施例中，例如，可W測(cè)量變量(例如lRMS、EDnDf域Vdc)中的一個(gè)或多個(gè)?；蛘撸部苫诘?型逆變器模塊或特定逆變器模塊的一般公知操作條件來(lái)估計(jì)運(yùn)些變量。此外，在一些實(shí)施 例中，可估計(jì)二極管30的結(jié)溫變化，而非IGBT的結(jié)溫變化。
[0038] 現(xiàn)轉(zhuǎn)向圖6,圖92示出典型逆變器模塊的結(jié)溫變化A Tj。具體地，圖92在IGBT開(kāi)關(guān) 頻率4曲Z(曲線98)、8曲Z(曲線100)和12曲Z(曲線102)下相對(duì)于基頻（即逆變器模塊的輸出 頻率)描述了 A Tj。
[0039] 如圖92可見(jiàn)，當(dāng)逆變器模塊工作在低基頻時(shí)，A Tj易較大，而在DC條件下是最大 的。運(yùn)可能是由于：當(dāng)逆變器工作在較低輸出頻率時(shí)，電流易在單個(gè)IGBT 28上集中較長(zhǎng)時(shí) 間。因?yàn)榈湫碗妱?dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器可在啟動(dòng)期間W較低速度工作，在啟動(dòng)期間也可出現(xiàn)較高結(jié)溫 變化。
[0040] 此外，如圖92還可見(jiàn)，對(duì)于較高的開(kāi)關(guān)頻率，ATj易較大。運(yùn)可能是由于：IGBT 28 中的大多數(shù)功率損失產(chǎn)生于使IGBT 28導(dǎo)通或截止時(shí)的短暫過(guò)渡時(shí)間。因此，較高的開(kāi)關(guān)頻 率易導(dǎo)致較高的結(jié)溫和較高的結(jié)溫變化。
[0041] 還應(yīng)理解，IGBT 28通常在啟動(dòng)時(shí)傳導(dǎo)較高級(jí)別的電流，運(yùn)部分地是由于在此條件 下電動(dòng)機(jī)繞組的較低頻率和較低阻抗，其中，電動(dòng)機(jī)繞組是磁化的。所有W上因素可對(duì)啟動(dòng) 條件期間較高級(jí)別的逆變器模塊磨損，如上所述，運(yùn)可最終導(dǎo)致故障。因此，為了減小啟動(dòng) 時(shí)過(guò)多的逆變器模塊磨損，本發(fā)明實(shí)施例包括:暫時(shí)減小逆變器模塊16的開(kāi)關(guān)頻率，由此減 小IGBT 28上的結(jié)溫變化和熱應(yīng)力。
[0042] 圖7描述了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于減小開(kāi)關(guān)頻率（圖7中示為"fs")的過(guò)程104的 流程圖。在一些實(shí)施例中，過(guò)程104可W在結(jié)合圖1所討論的控制電路22中得W實(shí)現(xiàn)。首先， 在步驟106,可使用上述公式(3)估計(jì)IGBT 28的功率損失。在一些實(shí)施例中，在步驟106所估 計(jì)的功率損失可基于已知的或估計(jì)的工作值和條件。在其它實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)值(例如 RMS電流)可基于測(cè)量(例如由傳感器26(見(jiàn)圖1)執(zhí)行的并傳遞回到控制電路22的測(cè)量）。
[0043] 接下來(lái)，在步驟108,功率損失可用于計(jì)算估計(jì)的結(jié)溫變化A Tj。其后，在步驟none， 估計(jì)的結(jié)溫變化用于確定開(kāi)關(guān)頻率。本發(fā)明實(shí)施例可使得開(kāi)關(guān)頻率在兩個(gè)交替的 值--支配頻率(command打equency，表示為"fcmcT )和低頻率(表示為吁i?")--之間轉(zhuǎn) 換。支配頻率是逆變器模塊在多數(shù)條件下易得W操作的開(kāi)關(guān)頻率。例如，支配頻率可為相對(duì) 高的開(kāi)關(guān)頻率，量級(jí)在四千至一萬(wàn)兩千赫茲，W創(chuàng)建平滑正弦波形，運(yùn)樣可W在一些系統(tǒng)中 噪聲最小。低頻率是用于使得IGBT應(yīng)力最小的暫時(shí)開(kāi)關(guān)頻率。例如，在一些實(shí)施例中，低頻 率可為近似兩千赫茲。支配頻率和低頻率二者皆可編程到驅(qū)動(dòng)器電路18或控制電路22中， 并且可由用戶通過(guò)例如遠(yuǎn)程控制電路24(見(jiàn)圖1)來(lái)指定。
[0044] 在步驟110,確定開(kāi)關(guān)頻率(fs)是否等于低頻率(fi?)。如果在步驟110開(kāi)關(guān)頻率等 于低頻率，則過(guò)程104進(jìn)入分支步驟116和118,其中，開(kāi)關(guān)頻率可增加到支配頻率(f?d)。具 體地，如果在步驟116 A Tyh于指定溫度(在本例中，五十五攝氏度），則過(guò)程104進(jìn)入步驟 118，此時(shí)開(kāi)關(guān)頻率被設(shè)置為支配頻率。然而，如果在步驟110開(kāi)關(guān)頻率并不等于低頻率，貝U 過(guò)程104進(jìn)入分支步驟112-114,其中，開(kāi)關(guān)頻率可減小到低頻率。具體地，如果在步驟112 A Tj大于指定溫度(在本例中，六十?dāng)z氏度），則過(guò)程104進(jìn)入步驟114,此時(shí)開(kāi)關(guān)頻率被設(shè)置為 低頻率。過(guò)程104可從步驟106開(kāi)始重復(fù)。
[0045] 根據(jù)過(guò)程104，如果結(jié)溫變化超過(guò)大于六十?dāng)z氏度，則開(kāi)關(guān)頻率將減小。此后，如果 結(jié)溫變化下降到小于五十五攝氏度，則開(kāi)關(guān)頻率將增加回到支配頻率。參照?qǐng)D6,應(yīng)理解，上 述過(guò)程104的結(jié)果是:開(kāi)關(guān)頻率可僅在啟動(dòng)之后的短時(shí)間內(nèi)是低的。
[0046] 還應(yīng)理解，在落入本發(fā)明范圍內(nèi)的同時(shí)，上述過(guò)程可W變化。例如，一些實(shí)施例可 W包括:根據(jù)估計(jì)的結(jié)溫變化，在=個(gè)或更多頻率值之間改變逆變器模塊的開(kāi)關(guān)頻率。另外 例如，一些實(shí)施例可W包括:對(duì)于給定的工作條件或給定的逆變器模塊，預(yù)先確定預(yù)期的結(jié) 溫變化。此外，開(kāi)關(guān)頻率可初始地設(shè)置為在啟動(dòng)時(shí)低頻率，并在逆變器模塊16的基頻大于指 定頻率時(shí)增加到支配頻率，該指定頻率是基于對(duì)于該基頻的預(yù)期的結(jié)溫變化而選取的。此 夕h在其它實(shí)施例中，二極管30結(jié)溫變化可取代IGBT結(jié)溫變化用于減小開(kāi)關(guān)頻率。
[0047] 方案1，一種用于將功率傳遞給負(fù)載的方法，包括：
[0048] W指定的開(kāi)關(guān)頻率激活和去激活固態(tài)開(kāi)關(guān)，W生成輸出電流波形；
[0049] 確定所述固態(tài)開(kāi)關(guān)的結(jié)溫度變化;和
[0050] 基于所述結(jié)溫度變化來(lái)減小所述開(kāi)關(guān)頻率。
[0051 ]方案2，如方案1所述的方法，包括:如果所述結(jié)溫度變化低于指定的低溫度，則增 加所述開(kāi)關(guān)頻率。
[0052] 方案3，如方案2所述的方法，其中，如果溫度差高于60攝氏度，則減小所述開(kāi)關(guān)頻 率，而如果所述溫度差低于約55攝氏度，則增加所述開(kāi)關(guān)頻率。
[0053] 方案4,如方案1所述的方法，其中，確定所述固態(tài)開(kāi)關(guān)的結(jié)溫度變化包括:估計(jì)所 述固態(tài)開(kāi)關(guān)的功率損耗。
[0054] 方案5,如方案1所述的方法，其中，確定所述固態(tài)開(kāi)關(guān)的結(jié)溫度變化包括:確定所 述固態(tài)開(kāi)關(guān)與安裝了所述固態(tài)開(kāi)關(guān)的外殼之間的熱阻抗。
[0055] 方案6,如方案1所述的方法，其中，確定所述結(jié)溫度變化包括:計(jì)算提升系數(shù)。
[0056] 方案7，如方案1所述的方法，其中，確定結(jié)溫度變化包括:對(duì)輸出電流波形的一個(gè) 周期估計(jì)峰值結(jié)溫度。
[0057] 方案8,一種操作逆變器模塊的方法，包括W下步驟：
[0058] W開(kāi)關(guān)頻率激活和去激活固態(tài)開(kāi)關(guān)，W生成輸出電流波形，其中，所述固態(tài)開(kāi)關(guān)并 聯(lián)地電禪合到二極管;和
[0059] 基于所述固態(tài)開(kāi)關(guān)或所述二極管的估計(jì)溫度來(lái)改變所述開(kāi)關(guān)頻率。
[0060] 方案9,如方案8所述的方法，其中，基于所述固態(tài)開(kāi)關(guān)的估計(jì)溫度來(lái)改變所述開(kāi)關(guān) 頻率包括:基于所述固態(tài)開(kāi)關(guān)的估計(jì)溫度變化來(lái)改變所述開(kāi)關(guān)頻率。
[0061 ]方案10，如方案9所述的方法，其中，改變所述開(kāi)關(guān)頻率包括:如果估計(jì)的溫度變化 小于低溫度闊值，則將所述開(kāi)關(guān)頻率設(shè)置為指定的高頻率，如果估計(jì)的溫度變化大于高溫 度闊值，則將所述開(kāi)關(guān)頻率設(shè)置為指定的低頻率。
[0062] 方案11，如方案10所述的方法，其中，所述高溫度闊值是約60攝氏度，所述低溫度 闊值是約55攝氏度。
[0063] 方案12,如方案8所述的方法，包括:生成所述固態(tài)開(kāi)關(guān)的估計(jì)溫度。
[0064] 方案13,如方案12所述的方法，其中，生成所述固態(tài)開(kāi)關(guān)的估計(jì)溫度包括:估計(jì)所 述固態(tài)開(kāi)關(guān)的功率損耗。
[0065] 方案14,如方案9所述的方法，包括:生成所述固態(tài)開(kāi)關(guān)的估計(jì)溫度變化。
[0066] 方案15,如方案14所述的方法，其中，生成所述固態(tài)開(kāi)關(guān)的估計(jì)溫度變化包括:確 定所述固態(tài)開(kāi)關(guān)與安裝了所述固態(tài)開(kāi)關(guān)的外殼之間的熱阻抗。
[0067] 方案16,如方案14所述的方法，其中，生成所述固態(tài)開(kāi)關(guān)的估計(jì)溫度變化包括:估 計(jì)所述輸出電流波形的一個(gè)周期的結(jié)溫度變化。
[006引方案17，一種電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，包括：
[0069] 逆變器模塊，其包括禪合到外殼的固態(tài)開(kāi)關(guān)，所述逆變器模塊被配置為生成輸出 電流波形;和
[0070] 控制電路，其禪合到所述逆變器模塊，并被配置為基于所述固態(tài)開(kāi)關(guān)的估計(jì)結(jié)溫 度來(lái)改變所述逆變器模塊的開(kāi)關(guān)頻率。
[0071] 方案18,如方案17所述的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，包括:結(jié)溫度確定電路，其被配置為確 定所述固態(tài)開(kāi)關(guān)的所述估計(jì)結(jié)溫度。
[0072] 方案19,如方案18所述的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其中，所述結(jié)溫度確定電路被配置為通 過(guò)估計(jì)所述固態(tài)開(kāi)關(guān)的功率損耗來(lái)確定所述結(jié)溫度。
[0073] 方案20,如方案17所述的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其中，所述控制電路被配置為基于所述 固態(tài)開(kāi)關(guān)在輸出電流波形的一個(gè)周期的估計(jì)結(jié)溫度變化來(lái)改變所述逆變器模塊的開(kāi)關(guān)頻 率。
[0074] 方案21，如方案20所述的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，包括:結(jié)溫度確定電路，其被配置為確 定所述固態(tài)開(kāi)關(guān)在輸出電流波形的一個(gè)周期的所述估計(jì)結(jié)溫度變化。
[0075] 方案22,如方案21所述的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其中，所述結(jié)溫度確定電路被配置為用 所述固態(tài)開(kāi)關(guān)的結(jié)與所述外殼之間的熱阻抗來(lái)表示所述結(jié)溫度。
[0076] 方案23,如方案20所述的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其中，所述控制電路被配置為：如果所 述固態(tài)開(kāi)關(guān)的所述估計(jì)結(jié)溫度變化小于指定的低溫度，則增加所述逆變器模塊的所述開(kāi)關(guān) 頻率，如果所述固態(tài)開(kāi)關(guān)的所述估計(jì)結(jié)溫度變化大于指定的高溫度，則減小所述逆變器模 塊的所述開(kāi)關(guān)頻率。
[0077] 方案24,如方案23所述的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其中，所述指定的高溫度是約60攝氏 度，所述指定的低溫度是約55攝氏度。
[0078] 雖然在此僅示出并描述了本發(fā)明特定特征，但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可做出 許多修改和改變。因此，應(yīng)理解，所附權(quán)利要求意欲覆蓋所有落入本發(fā)明的真實(shí)精神的運(yùn)些 修改和改變。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于將功率傳遞給負(fù)載的方法，包括： 以指定的開(kāi)關(guān)頻率激活和去激活固態(tài)開(kāi)關(guān)，以生成輸出電流波形，其中，所述固態(tài)開(kāi)關(guān) 并聯(lián)地電耦合到二極管； 估計(jì)所述固態(tài)開(kāi)關(guān)在所述輸出電流波形的一個(gè)周期的結(jié)溫度變化;和基于所述固態(tài)開(kāi) 關(guān)在所述輸出電流波形的一個(gè)周期的所述結(jié)溫度變化來(lái)改變所述開(kāi)關(guān)頻率； 其中，所述結(jié)溫變化被定義為在所述輸出電流波形的每一周期期間達(dá)到的峰值溫度與 谷值溫度之間的差。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，包括:如果所述結(jié)溫度變化低于指定的低溫度，則增加所 述開(kāi)關(guān)頻率。3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，如果結(jié)溫度變化高于60攝氏度，則減小所述開(kāi)關(guān)頻 率，而如果所述結(jié)溫度變化低于55攝氏度，則增加所述開(kāi)關(guān)頻率。4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，估計(jì)所述固態(tài)開(kāi)關(guān)在所述輸出電流波形的一個(gè)周期 的結(jié)溫度變化包括:估計(jì)所述固態(tài)開(kāi)關(guān)的功率損耗。5. -種用于操作逆變器模塊的方法，包括以下步驟： 以開(kāi)關(guān)頻率激活和去激活固態(tài)開(kāi)關(guān)，以生成輸出電流波形，其中，所述固態(tài)開(kāi)關(guān)并聯(lián)地 電耦合到二極管;和 基于所述固態(tài)開(kāi)關(guān)在所述輸出電流波形的一個(gè)周期的估計(jì)結(jié)溫度變化來(lái)改變所述開(kāi) 關(guān)頻率； 其中，所述結(jié)溫變化被定義為在所述輸出電流波形的每一周期期間達(dá)到的峰值溫度與 谷值溫度之間的差。6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，改變所述開(kāi)關(guān)頻率包括:如果估計(jì)的結(jié)溫度變化小 于低溫度閾值，則將所述開(kāi)關(guān)頻率設(shè)置為指定的高頻率，如果估計(jì)的結(jié)溫度變化大于高溫 度閾值，則將所述開(kāi)關(guān)頻率設(shè)置為指定的低頻率。7. -種電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，包括： 逆變器模塊，其包括耦合到外殼的固態(tài)開(kāi)關(guān)，所述逆變器模塊被配置為生成輸出電流 波形，其中，所述固態(tài)開(kāi)關(guān)并聯(lián)地電耦合到二極管;和控制電路，其耦合到所述逆變器模塊， 并被配置為基于所述固態(tài)開(kāi)關(guān)在所述輸出電流波形的一個(gè)周期的估計(jì)結(jié)溫度變化來(lái)改變 所述逆變器模塊的開(kāi)關(guān)頻率； 其中，所述結(jié)溫變化被定義為在所述輸出電流波形的每一周期期間達(dá)到的峰值溫度與 谷值溫度之間的差。8. 如權(quán)利要求7所述的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，包括:結(jié)溫度確定電路，其被配置為確定所述 固態(tài)開(kāi)關(guān)在所述輸出電流波形的一個(gè)周期的所述估計(jì)結(jié)溫度變化。9. 如權(quán)利要求8所述的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其中，所述結(jié)溫度確定電路被配置為通過(guò)估計(jì) 所述固態(tài)開(kāi)關(guān)的功率損耗來(lái)確定所述估計(jì)結(jié)溫度變化。
【文檔編號(hào)】H02P29/68GK105846757SQ201610154139
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2009年9月30日
【發(fā)明人】韋立祥, 津吉政廣, 理查德·A·盧卡薩維斯基
【申請(qǐng)人】洛克威爾自動(dòng)控制技術(shù)股份有限公司