无需使用专用温度估计或测量装置的在线IGBT结的温度估计

摘要

多个变型可包括一种方法，该方法可以包括确定在IGBT结中的温度上升而无需使用温度估计或测量装置，因为确定可以通过首先确定由于该IGBT的传导损耗以及与切换该IGBT相关联的功率损耗导致的功率损耗来做出，其中这些损耗可通过利用该IGBT的饱和电压、IGBT PWM占空比、IGBT切换频率、基本频率连同用于切换能量的查找表以及通过该IGBT的相电流来确定。该确定的功率损耗可乘以所测量的、感测的或获得的来自IGBT结的热阻抗。最终，可将确定的IGBT结的温度上升加到所测量的、感测的或获得的冷却剂温度，以便确定IGBT结的绝对温度。

说明书

技术领域

本发明总体上涉及的领域包括测量系统，该测量系统包括温度测量系统。

背景技术

测量系统可包括各种温度测量系统。

发明内容

多个变型可包括一种方法，该方法可包括通过确定由于IGBT的传导和切换所导致的IGBT的总功率损耗来确定IGBT结中的温度上升，而无需使用专用温度估计或测量装置。通过将所确定的功率损耗乘以所测量的、感测的或获得的从IGBT结到冷却剂的热阻抗，并在之后将所确定的IGBT结的温度上升加到所测量、感测的或获得的冷却剂温度，确定了IGBT结的绝对温度。

多个其它变型可包括一种方法，该方法可通过确定由于IGBT的传导和切换所导致的IGBT总功率损耗来确定在IGBT结中的温度上升，而无需使用专用温度估计或测量装置。确定的功率损耗可乘以所测量的、感测的或获得的从IGBT结到冷却剂的热阻抗。此外，所确定的IGBT结的温度上升可加到所测量的、感测的或获得的冷却剂的温度以便确定IGBT结的绝对温度。此外，由于IGBT的传导损耗P_传导所导致的功率损耗的确定还可由如下求和来确定：测量的IGBT结的相电流Ip、测量的IGBT结的饱和电压Vce_sat，以及IGBT PWM(脉宽调制)的占空比D的乘积，该乘积可对于半个基本周期的每次切换事件除以切换频率Fsw(每个IGBT可传导约基本频率的180°)。这确定了基本周期内的功率损耗。其可乘以电机信号的基本频率F_基本，以确定总IGBT传导损耗，其中n等于Fsw除以F_基本，其中Fsw是IGBT切换频率，且总和在基本周期内从1取至n，且如果Ip(n)正通过二极管，则使用Ip(n)＝0。

另一变型可包括一种方法，该方法通过确定由于IGBT的传导和切换所导致的功率损耗来确定IGBT结中的温度上升，而无需使用专用温度估计或测量装置，其可包括将所确定的功率损耗乘以所测量的、感测的或获得的从IGBT结到冷却剂的热阻抗。此外，将所确定的IGBT结的温度上升加到所测量的、感测的或获得的冷却剂的温度，其可确定IGBT结的绝对温度。

附图说明

本发明范围内的变型的所选示例将通过详细说明和附图变得更加透彻地理解，其中：

图1示出了现有技术温度测量系统的示意图；

图2示出了根据本发明一个变型的温度测量系统的示意图，其中在接通状态期间IGBT结饱和电压Vce_sat可使用简单传感电路来测量；以及

图3示出了根据本发明的另一变型的IGBT结温度估计算法流程图框图。

具体实施方式

以下对变型的描述本质上仅是说明性的，且不旨在限制本发明、其应用或用途的范围。

现在参照图1，图1示出了温度测量或估计系统5的现有技术版本。如图1所示，在现有技术系统5中，热敏电阻6可接近IGBT结设置，且可构造并布置成确定IGBT结的温度。再次参照图1所示的变型，IGBT芯片7可与焊料8一起提供。另外可设想的是，图1中的箭头表示热流。然而，在图1所示的变型中，由于热敏电阻的焊料分层，温度读数可能不准确高达约30度。该温度误差可导致冷却剂检测的虚假损耗，且可降低转矩，其可产生负面后果，诸如停止车辆，或如本领域中普通技术人员所知的其它负面后果。

现在参照图2和图3中所示的变型，根据本发明的一个变型，可确定或估计IGBT结温度而无需使用热敏电阻或其它温度感测装置。根据本发明的一个变型，可通过确定可由于IGBT的传导和切换导致的任何功率损耗，然后将所确定的功率损耗乘以来自IGBT结的热阻抗，并然后将所确定的IGBT结的温度上升加到冷却剂的温度以便确定IGBT结的绝对温度，来确定IGBT结中的温度而无需使用专用温度估计或测量装置。来自IGBT结的热阻抗以及冷却剂的温度两者均可如本领域中普通技术人员所知来测量、感测、获得或确定。

在多个说明性变型中，提供了一种图2中所示的机电驱动系统10，其可包括逆变器，该逆变器包括至少一个绝缘栅双极晶体管(IGBT)。在图2中，参考标记84可以表示逆变器相中的一个相的下侧IGBT 95的IGBT饱和电压Vce_sat感测电路。类似电路也可被实施用于逆变器的其它相，以估计其它相的IGBT结温度。电阻分压器可横跨IGBT 95的集电极94和发射极98使用，以感测IGBT饱和电压Vce_sat。分压器的电阻器值可被选择，以使得可以保持逆变器的隔离。分压器的输出可以馈送至具有高输入阻抗的隔离放大器108。隔离放大器108的输出可以馈送至微处理器106的模拟信道中的一个信道。隔离放大器108的高压侧可以从栅极驱动隔离电源104供应。隔离放大器108的低压侧可以从微处理器模拟信道电源101供应。高压超高速低电容二极管110可用于在IGBT95的断开状态期间将隔离放大器108的输入电压钳至其干线电压。在图2中，参考标记100可以表示可驱动IGBT95的栅极96的隔离栅极驱动电子装置，而参考标记102可以表示栅极驱动控制和错误报告电子装置。系统82可以表示上侧IGBT 80的栅极驱动电路(无Vce_Sat感测电路)。系统82还可包括上侧IGBT 80的表现集电极86和发射极90。

在多个说明性变型中，IGBT可在接通及断开状态间切换，根据具有规则频率的振荡电信号进行导电。在这些切换事件的过程或每个切换事件期间，可以感测、测量、获得或确定多个系统性质或变量。这种系统性质或变量中的一些可包括但不限于信号至电机的占空比、产生的相电流或IGBT的饱和电压。感测、测量、获得或确定系统性质可以在切换事件后特意延迟，以获得稳定状态信号，基本上避免不精确的测量，或避免可与在电子装置中切换相关联的其它问题。

在如图3所示的多个说明性变型中，系统26可表示机电驱动系统控制器，在该控制器中，相电流Ia36、Ib38、Ic40、高压直流(HVDC)总线电压Vdc54、电机速度ω_r44、电机角位置θr56及IGBT结饱和电压Vce_sat16可以是反馈信号。系统17可表示IGBT结温度估计算法，在该IGBT结温度估计算法中，输入可以为IGBT结饱和电压Vce_sat16、相电流Ip(Ia、Ib、Ic)14、HVDC总线电压Vdc54、电机速度ω_r44、IGBT切换频率Fsw42、来自控制器26的IGBT>

在多个说明性变型中，计算可以进行用于没有测量、感测或获得的某些其它系统性质或变量的确定或预测。在多个说明性变型中，这种计算可以至少基于先前或当前所感测、测量、确定或获得的系统性质或变量。

在多个说明性变型中，感测可以以比计算和数据处理以更快的间隔来定期发生。预期至少IGBT的饱和电压可在每个切换周期内测量。此外，数据处理和计算可以在更慢的环路中进行，以便不对微处理器造成负担。测量可能在接通IGBT之后需要约15-20微秒，以便提供稳态读数。此外，任何感测、测量、获得或确定的包括但不限于系统性质或变量的数据可与包括但不限于特定时间帧、系统性质或变量的数据相关联，并存储在包括但不限于查找表、地图、阵列或本领域中任何已知数据对象的数据对象中，用于预测或确定其它系统性质或变量。可以提供、获得或生成这种查找表。

在多个说明性变型中，通过确定IGBT结中的温度上升来估计IGBT结温度，并且结合可与IGBT结温度上升使用的冷却剂的温度，使用确定的温度上升来确定IGBT结的绝对温度。具体地，在多个说明性变型中，例如参见图3，通过添加冷却剂的温度T_冷却剂19到在确定的IGBT温度中的上升Tj_上升18，IGBT结的绝对温度Tj20可在系统22中估计：

Tj＝Tj_上升+T_冷却剂

其中Tj_上升18可被确定，而无需使用专用温度估计或测量装置，以及其中通过包括但不限于控制器或传感器的任何数量的部件都可以提供T_冷却剂19。

在多个说明性变型中，如图3所示，在系统23中IGBT温度中的上升Tj_上升18的确定可能包括确定IGBT中的功率损耗P_总计28；确定从IGBT结至冷却剂的热阻抗Rth；以及将确定的功率损耗P_总计28与确定的或获得的热阻抗Rth相乘：

Tj_上升＝P_总计×Rth

其中，P_总计和Rth可由任何数量的部件来提供，包括但不限于控制器或传感器，或可以基于其它系统性质或变量来特意确定。

在多个示例性变型中，确定IGBT中的总功率损耗P_总28(如在图3的系统29中所示)可以包括确定由于IGBT的传导损耗导致的功率损耗量P_传导32；确定由于IGBT的切换损耗导致的功率损耗量P_切换70、72；并且将传导损耗P_传导和切换损耗P_切换相加在一起：

P_总＝P_传导+P_切换。

在多个示例性变型中，由于IGBT的传导损耗导致的功率损耗量P_传导32可以在如图3中所示的系统31中通过如下求和来确定：相应IGBT结的相电流Ip(Ia或Ib或Ic)、IGBT结的饱和电压Vce_sat以及IGBT PWM的占空比D的乘积除以IGBT的切换频率Fsw，对于半个基本周期的每次切换事件(对于基本频率的180°的每次IGBT传导)，乘以电机信号的基本频率F_基本，其中n等于Fsw除以F_基本，并且求和在基本周期内从1取至n，并且如果Ip(n)正通过二极管，则使用Ip(n)＝0。系统31的输入可以是IGBT结的饱和电压Vce_sat16、相电流Ip14、电机速度ω_r44、切换频率Fsw42以及IGBT>

其中IGBT结的相电流Ic、IGBT结的饱和电压Vce_sat、IGBT PWM的占空比D、切换频率Fsw以及电机信号的基本频率可以由任何数量的部件(包括但不限于控制器或传感器)来提供。例如，在多个说明性变型中，电机信号的基本频率F_基本可以通过将电机极对(电机极的数量除以2)与电机以RPM(每分钟转数)为单位的同步速度Ns的乘积对于三相电机除以60来计算：

在多个说明性变型中，由于IGBT的切换损耗导致的功率损耗量P_切换可以在如图3中所示的系统25中对于相应的相电流、HVDC总线电压、基本频率和切换频率来确定。用于系统25的输入可以是接通能量E开_实际74、断开能量E关_实际76、电机速度ω_r44和切换频率Fsw42。更具体地，P_切换可以通过在接通切换P_开70期间由于切换瞬态所导致的功率损耗或与切换相关联的其它功率损耗，以及在IGBT的断开切换事件期间由于瞬态所导致的功率损耗或与切换相关联的其它功率损耗P_关72的总和来确定：

P_切换＝P_开+P_关。

P_开70可以通过对每次切换事件的IGBT接通切换的实际能量E开_实际74求和，并且将该和乘以电机信号的基本频率F_基本来确定，其中n等于Fsw除以F_基本，其中Fsw为切换频率，并且求和在基本周期内从1取至n，并且如果相电流Ip(n)正通过二极管，则使用E开_实际(n)＝0：

P_开＝∑E开_实际(n)*F_基本

其中IGBT接通切换的实际能量E开_实际可以通过将在IGBT的接通切换事件期间的能量(如由查找表提供)E开_查找_表乘以测量的HVDC总线电压HVDC_测量与HVDC总线电压(如由E开_查找_表对应的查找表提供的)HVDC_查找的商来确定。E开_查找_表和E开_实际可以在图3的系统21中计算。系统21的输入可以是IGBT饱和电压Vce_sat16、相电流Ip(Ia、Ib、Ic)14、HVDC总线电压54。查找表可以是离线创建的2维查找表，其中接通能量E开_查找_表可以是相电流Ip和IGBT饱和电压Vce_sat的函数。离线查找表可以对于特定HVDC总线电压来创建，其可以被称为HVDC_查找。在每次切换事件中，E开_查找_表可以从取决于对应的IGBT结的测量的相电流Ip以及测量的IGBT饱和电压Vce_sat的查找表来确定。还应当考虑到，查找表可以是本领域技术人员已知的任何其它类型的查找表。E开_实际可以如下来计算：

P_关可以通过对每次切换事件IGBT关断切换的实际能量E关_实际求和，并且将该和乘以电机信号的基本频率F_基本来确定，其中n等于Fsw除以F_基本，其中Fsw可以是IGBT切换频率，并且求和在基本周期内从1取至n，并且如果Ic(n)通过二极管，则使用E关_实际(n)＝0：

P_关＝∑E关_实际(n)*F_基本

其中IGBT关断切换的实际能量E关_实际可以通过将IGBT的关断切换事件的能量(如由查找表提供)E关_查找_表乘以测量的HVDC总线电压HVDC_测量与HVDC总线电压(如由E关_查找_表对应的查找表提供的)HVDC_查找的商来确定。E关_查找_表和E关_实际可以在如图3中所示的系统21中计算。查找表可以是由离线创建的2维查找表，其中接通能量E关_查找_表可以是相电流Ip和IGBT饱和电压Vce_sat的函数。离线查找表可以对于特定HVDC总线电压来创建，其可以被称为HVDC_查找。在每次切换事件中，E关_查找_表可以从取决于对应的IGBT结的测量的相电流Ip以及测量的IGBT饱和电压Vce_sat的查找表来确定。还应当考虑到，查找表可以是本领域技术人员已知的任何其它类型的查找表。E关_实际可以如下来计算：

变型的以下描述仅说明了被视为在本发明范围内的部件、元件、动作、产品和方法，并且不以任何方式旨在限制具体公开或未明确阐述的这种范围。本文中所描述的部件、元件、动作、产品和方法可以除了如本文中明确描述的之外进行组合以及重新布置，并且仍视为在本发明的范围内。

变型1可以包括如下方法，该方法包括通过确定由于IGBT的传导和切换的损耗所导致的功率损耗来首先确定IGBT结中的温度上升，而无需使用专用的温度估计或测量装置；然后将确定的功率损耗乘以所测量的、感测的或获得的从IGBT结到冷却剂的热阻抗；并且最终，将确定的IGBT结的温度上升加到所测量的、感测的或获得的冷却剂的温度，以确定IGBT结的绝对温度。

变型2可以包括如在变型1中所述的方法，其中由于IGBT的传导损耗导致的功率损耗P_传导的确定通过如下求和来确定：对应IGBT结的相电流Ip、IGBT结的饱和电压Vce_sat以及IGBT PWM的占空比D的乘积除以切换频率Fsw，对于半个基本周期的每次切换事件，乘以电机信号的基本频率F_基本，其中n等于Fsw除以F_基本，并且求和在基本周期内从1取至n，并且如果Ip(n)正通过二极管，则使用Ip(n)＝0：

其中IGBT结的相电流ic、IGBT结的饱和电压Vce_sat、IGBT PWM的占空比D、切换频率Fsw以及电机信号的基本频率由任何数量的部件(包括但不限于控制器或传感器)来提供。

变型3可以包括如变型1或2中任一变型所述的方法，其中由于IGBT的切换损耗所导致的功率损耗量P_切换通过在IGBT的接通期间由于切换瞬态所导致的功率损耗或与切换相关联的其它损耗P_开与在IGBT的断开期间由于切换瞬态所导致的功率损耗或与切换相关联的其它损耗P_关的总和来确定：

P_切换＝P_开+P_关。

变型4可以包括如变型1至3中任一变型所述的方法，其中P_开通过对每次切换事件IGBT接通切换的实际能量E开_实际求和，并且将所述和乘以电机信号的基本频率F_基本来确定，其中n等于Fsw除以F_基本，其中Fsw是切换频率，并且其中求和在基本周期内从1取至n，并且如果相电流Ip(n)正通过二极管，则使用E开_实际(n)＝0：

P_开＝∑E开_实际(n)*F_基本。

其中IGBT接通切换事件的实际能量E开_实际通过将IGBT的接通切换事件的能量(如由查找表提供)E开_查找_表乘以测量的HVDC总线电压HVDC_测量与HVDC总线电压(如由E关_查找_表对应的查找表提供的)HVDC_查找的商来确定：

变型5可以包括如变型1至4中任一变型所述的方法，其中P_关通过对每次切换事件IGBT关断切换事件的实际能量E关_实际求和，并且将该和乘以电机信号的基本频率F_基本来确定，其中n等于Fsw除以F_基本，其中Fsw是切换频率，并且其中求和在基本周期内从1取至n，并且如果相电流Ip(n)正通过二极管，则使用E关_实际(n)＝0：

P_关＝∑E关_实际(n)*F_基本

其中IGBT关断状态的实际能量E关_实际通过将IGBT的关断切换事件的能量(如由查找表提供)E关_查找_表乘以测量的HVDC总线电压HVDC_测量与HVDC总线电压(如由E关_查找_表对应的查找表提供的)HVDC_查找的商来确定：

变型6可包括一种方法，该方法可包括通过确定由于IGBT的传导损耗和切换损耗所导致的功率损耗来确定在IGBT结中的温度上升，而无需使用专用的温度估计或测量装置。将确定的功率损耗乘以所测量的、感测的或获得的从IGBT结到冷却剂的热阻抗。最终，将确定的IGBT结的温度上升加到所测量的、感测的或获得的冷却剂温度以确定IGBT结的绝对温度。由于IGBT的传导损耗导致的功率损耗P_传导的确定通过如下求和来确定：对应IGBT结的相电流Ip、IGBT结的饱和电压Vce_sat，和IGBTPWM的占空比D的乘积除以IGBT的切换频率Fsw，对于半个基本循环的每次切换事件，乘以电机信号的基本频率F_基本，其中n等于Fsw除以F_基本，并且求和在基本周期内从1取至n，并且如果Ip(n)正通过二极管，则使用Ip(n)＝0：

变型7可以包括如变型6所述的方法，其中IGBT结的相电流Ic、IGBT结的饱和电压Vce_sat、IGBT结的占空比D、切换频率Fsw以及电机信号的基本频率可以由任何数量的部件(包括但不限于控制器或传感器)来提供。

变型8可包括如任何变型6或7所述的方法，其中由于IGBT切换损耗导致的功率损耗量P_切换由在IGBT的接通切换事件期间由于切换瞬态导致的功率损耗或与切换相关联的其它功率损耗P_开，以及在IGBT的关断切换事件期间由于切换瞬态导致的功率损耗或与切换相关联的其它功率损耗P_关的总和来确定：

P_切换＝P_开+P_关。

变型9可包括如变型6-8中任一变型所述的方法，其中P_开可以通过对每次切换事件IGBT接通切换事件的实际能量E开_实际求和，并且将该和乘以电机信号的基本频率F_基本来确定，其中n等于Fsw除以F_基本，其中Fsw是切换频率，并且求和在基本周期内从1取至n，并且如果Ip(n)正通过二极管，则使用E开_实际(n)＝0：

P_开＝∑E开_实际(n)*F_基本。

变型10可包括如变型6-9中任一变型所述的方法，其中IGBT接通切换事件的实际能量E开_实际通过将IGBT的接通切换事件的能量(如由查找表提供)E开_查找_表乘以测量的HVDC总线电压HVDC_测量与HVDC总线电压(如由E关_查找_表对应的查找表提供的)HVDC_查找的商来确定：

变型11可包括如变型6-10中任一变型所述的方法，其中P_关通过对每次切换事件IGBT关断切换事件的实际能量E关_实际求和，并且将该和乘以电机信号的基本频率F_基本来确定，其中n等于Fsw除以F_基本，其中Fsw是IGBT切换频率，并且求和在基本周期内从1取至n，并且如果相电流Ip(n)正通过二极管，则使用E关_实际(n)＝0：

P_关＝∑E关_实际(n)*F_基本。

变型12可包括如变型6-11中任一变型所述的方法，其中IGBT关断切换事件的实际能量E关_实际通过将IGBT的关断切换事件的能量(如由查找表提供)E关_查找_表乘以测量的HVDC总线电压HVDC_测量与HVDC总线电压(如由E关_查找_表对应的查找表提供的)HVDC_查找的商来确定：

变型13可包括通过确定由于IGBT的传导损耗和切换损耗所导致的功率损耗来首先确定IGBT结中的温度上升，而无需使用专用的温度估计或测量装置，其可包括首先将确定的功率损耗乘以所测量的、感测的或获得的从IGBT结到冷却剂的热阻抗；并且然后将确定的IGBT结的温度上升加到所测量的、感测的或获得的冷却剂的温度，以确定IGBT结的绝对温度。

变型14可包括如变型13所述的方法，其中由于IGBT的传导损耗导致的功率损耗P_传导的确定通过如下求和来确定：对应IGBT结的相电流Ip、IGBT结的饱和电压Vce_sat以及IGBT PWM的占空比D的乘积除以切换频率Fsw，对于半个基本周期的每次切换事件，乘以电机信号的基本频率F_基本，其中n等于Fsw除以F_基本，并且求和在基本周期内从1取至n，并且如果Ip(n)正通过二极管，则使用Ip(n)＝0：

变型15可包括如变型13-14中任一变型所述的方法，其中IGBT结的相电流Ip、IGBT结的饱和电压Vce_sat、IGBT PWM的占空比D、切换频率Fsw以及电机信号的基本频率由任何数量的部件(包括但不限于控制器或传感器)来提供。

变型16可包括如变型13-15中任一变型所述的方法，其中由于IGBT切换损耗导致的功率损耗量P_切换由在IGBT的接通切换事件期间由于切换瞬态导致的功率损耗或与IGBT的切换相关联的其它功率损耗P_开，以及在IGBT的关断切换事件期间由于切换瞬态导致的功率损耗或与IGBT的切换相关联的其它功率损耗P_关的总和来确定：

P_切换＝P_开+P_关。

变型17可包括如变型13-16中任一变型所述的方法，其中P_开可以通过对每次切换事件的IGBT接通切换事件的实际能量E开_实际求和，并且将该和乘以电机信号的基本频率F_基本来确定，其中n等于Fsw除以F_基本，其中Fsw是切换频率，并且求和在基本周期内从1取至n，并且如果Ip(n)正通过二极管，则使用E开_实际(n)＝0：

P_开＝∑E开_实际的(n)*F_基本。

变型18可包括如变型13-17中任一变型所述的方法，其中IGBT接通切换事件的实际能量E开_实际通过将IGBT的接通切换事件的能量(如由查找表提供)E开_查找_表乘以测量的HVDC总线电压HVDC_测量与HVDC总线电压(如由E关_查找_表对应的查找表提供的)HVDC_查找的商来确定：

变型19可包括如变型13-18中任一变型所述的方法，其中P_关通过对每次切换事件的IGBT关断切换事件的实际能量E关_实际求和，并且将该和乘以电机信号的基本频率F_基本来确定，其中n等于Fsw除以F_基本，其中Fsw是IGBT切换频率，并且求和在基本周期内从1取至n，并且如果相电流Ip(n)正通过二极管，则使用E关_实际(n)＝0：

P_关＝∑E关_实际(n)*F_基本。

变型20可包括如变型13-16中任一变型所述的方法，其中IGBT关断状态的实际能量E关_实际通过将IGBT的关断切换事件的能量(如由查找表提供)E关_查找_表乘以测量的HVDC总线电压HVDC_测量与HVDC总线电压(如由E关_查找_表对应的查找表提供的)HVDC_查找的商来确定：

以上描述的在本发明的范围内选择的变型在本质上仅是说明性的，并且因此变型或其变型并不视为背离本发明的精神和范围。