用于功率電子變換器的無(wú)傳感器式電流感測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 示例性實(shí)施例設(shè)及功率變換電路和用于估算流過(guò)功率電子變換器和/或在其中 使用的開(kāi)關(guān)的電流的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 常規(guī)的低成本電流感測(cè)方法在高功率換流器和變換器應(yīng)用中采用開(kāi)環(huán)電流傳感 器。開(kāi)環(huán)電流傳感器是霍爾化all)元件、娃鐵磁巧、電子電路和連接器的集成密封塑料管 殼組件。該開(kāi)環(huán)電流傳感器由于其磁巧中的鐵耗而遭遇較大的溫度升高。因此，開(kāi)環(huán)電流 傳感器在對(duì)流過(guò)由其監(jiān)測(cè)和/或感測(cè)的功率電子開(kāi)關(guān)的電流的處理方面帶來(lái)了限制。
[0003] 另外，在該電流傳感器的成本和性能水平之間存在正比關(guān)系。此外，裝配、封裝、可 靠性和熱問(wèn)題是也關(guān)注的。由電流傳感器占據(jù)的體積空間使得功率電子組件中的許多周?chē)?區(qū)域是不可用的。該種不可用的空間會(huì)不利地影響功率電子組件的功率密度（kW/Kg)和/ 或能量密度（kW/liter)，設(shè)計(jì)的脆弱性增加，如電流傳感器中難快速和及時(shí)方式檢測(cè) 到并且補(bǔ)救的熱失效模式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 一些實(shí)施例設(shè)及用于估算流過(guò)功率電子變換器和/或在功率變換電路中使用的 開(kāi)關(guān)的電流的方法和裝置。
[0005] 在一示例性實(shí)施例中，一種設(shè)備包括具有半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的功率電子開(kāi)關(guān)電路和與功 率電子開(kāi)關(guān)電路通信的裝置。該裝置包括被配置成用于基于半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)上的第一電壓、控 制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)、和半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的第一電壓電流特性來(lái)估算通過(guò)功率電子開(kāi)關(guān)電 路的電流的處理器。
[0006] 在一示例性實(shí)施例中，一種電氣結(jié)構(gòu)包括第一設(shè)備，所述第一設(shè)備包括具有半導(dǎo) 體開(kāi)關(guān)和第一裝置的第一功率電子開(kāi)關(guān)電路，所述第一裝置包括被配置成用于基于第一功 率電子開(kāi)關(guān)電路的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)上的第一電壓、控制第一功率電子開(kāi)關(guān)電路的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的 第一控制信號(hào)、和第一功率電子開(kāi)關(guān)電路的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的第一電壓電流特性來(lái)估算一電流 中流過(guò)第一功率電子開(kāi)關(guān)電路的第一部分的第一處理器。該電氣結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括第二設(shè) 備，所述第二設(shè)備包括第二裝置和第二功率電子開(kāi)關(guān)電路，所述第二裝置包括被配置成用 于基于第二功率電子開(kāi)關(guān)電路的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)上的第二電壓、控制第二功率電子開(kāi)關(guān)電路的 半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的第二控制信號(hào)和第二功率電子開(kāi)關(guān)電路的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的第一電壓電流特性 來(lái)估算所述電流中流過(guò)第二功率電子開(kāi)關(guān)電路的第二部分的第二處理器。處理器進(jìn)一步包 括被配置成用于基于電流的估算的第一部分和電流的估算的第二部分來(lái)估算所述電流的 第=處理器。
[0007] 在一示例性實(shí)施例中，一種方法包括測(cè)量第一功率電子開(kāi)關(guān)電路的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)上 的第一電壓并且基于測(cè)量的第一電壓、控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)和半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的第一電 壓電流特性來(lái)估算通過(guò)功率電子開(kāi)關(guān)電路的電流。
【附圖說(shuō)明】
[000引根據(jù)下文與附圖結(jié)合的詳細(xì)描述將更清楚地理解示例性實(shí)施例。圖1-5B表示本 文中描述的非限制性的示例性實(shí)施例。
[0009] 圖1圖示了根據(jù)示例性實(shí)施例的設(shè)備，其包括功率電子開(kāi)關(guān)電路和用于估算流過(guò) 功率電子開(kāi)關(guān)電路的電流的裝置；
[0010] 圖2圖示了根據(jù)示例性實(shí)施例的、估算流過(guò)圖1中示出的功率電子開(kāi)關(guān)電路的電 流的方法的流程圖；
[0011] 圖3圖示了根據(jù)示例性實(shí)施例的另一設(shè)備，其包括功率電子開(kāi)關(guān)電路和用于估算 流過(guò)功率電子開(kāi)關(guān)電路的電流的裝置；
[001引圖4圖示了根據(jù)示例性實(shí)施例的、估算流過(guò)圖3中示出的功率電子開(kāi)關(guān)電路的電 流的方法的流程圖；
[0013] 圖5圖示了根據(jù)示例性實(shí)施例的電氣結(jié)構(gòu)，其具有高壓側(cè)設(shè)備和低壓側(cè)設(shè)備W 及每個(gè)設(shè)備中用于估算流過(guò)包括在每個(gè)設(shè)備中的功率電子開(kāi)關(guān)電路的電流的一部分的裝 置；
[0014] 圖6圖示了根據(jù)示例性實(shí)施例的另一電氣結(jié)構(gòu)，其具有高壓側(cè)設(shè)備和低壓側(cè)設(shè)備 W及每個(gè)設(shè)備中用于估算流過(guò)包括在每個(gè)設(shè)備中的功率電子開(kāi)關(guān)電路的電流的一部分的 裝置；
[00巧]圖7A-C圖不了根據(jù)不例性實(shí)施例的、具有服和LS功率電子開(kāi)關(guān)電路的變換器相W及變換器相的相電流的方向；
[0016] 圖8圖示了根據(jù)示例性實(shí)施例的、可用于混合動(dòng)力車(chē)輛中的車(chē)載發(fā)電和牽引系統(tǒng) 的雙換流器系統(tǒng)，其使用了參照?qǐng)D1-2描述的多個(gè)裝置；和
[0017] 圖9圖示了根據(jù)示例性實(shí)施例的、具有S相輸出和n相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的永磁體發(fā) 電機(jī)，其使用了參照?qǐng)D1-2描述的多個(gè)裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 現(xiàn)在將參照?qǐng)D示一些示例性實(shí)施例的附圖更充分地描述一些示例性實(shí)施例。
[0019] 因此，盡管能夠?qū)κ纠詫?shí)施例進(jìn)行各種修改并且形成可替換形式，但是附圖通 過(guò)示例的方法示出所述實(shí)施例并且本文將詳細(xì)描述所述實(shí)施例。然而，應(yīng)該理解，目的不是 將示例性實(shí)施例限制到公開(kāi)的具體形式，而是相反，示例性實(shí)施例將覆蓋落入權(quán)利要求的 范圍內(nèi)的所有的修改例、等同例和替換。在對(duì)附圖的所有描述中，相同的數(shù)字指示相同的元 件。
[0020] 將理解，雖然在本文中術(shù)語(yǔ)第一、第二等可W用于描述各種元件，但是該些術(shù)語(yǔ)不 應(yīng)該限制該些元件。該些術(shù)語(yǔ)僅用于區(qū)別一個(gè)元件與另一元件。例如，第一元件可W被稱(chēng)為 第二元件，并且，類(lèi)似地，第二元件可W被稱(chēng)為第一元件，該沒(méi)有脫離示例性實(shí)施例的范圍。 如本文所用，術(shù)語(yǔ)"和/或"包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)目的任意結(jié)合和所有結(jié)合。
[0021] 將理解，當(dāng)元件被稱(chēng)為"連接"或"禪接"到另一元件時(shí)，其可W直接連接或禪接 到可W存在的其它元件或插入元件。相反，當(dāng)元件被稱(chēng)為"直接連接"或"直接禪接"到另 一元件時(shí)，其中不存在插入元件。應(yīng)該W相同方式理解用于描述元件之間的關(guān)系的其它措 辭（例如，"在...之間"與"直接在...之間"，"鄰近"與"直接鄰近"等。）。
[0022] 本文中使用的術(shù)語(yǔ)僅為了描述具體的實(shí)施例并且不旨在限制示例性實(shí)施例。如本 文所用，單數(shù)形式"a"、"an"和"the"旨在同樣包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文W其他方式明確 表示。將進(jìn)一步理解，當(dāng)在本文中使用術(shù)語(yǔ)"包括"和/或"包含"時(shí)，指出存在規(guī)定的部件、 整體、步驟、操作、元件和/或構(gòu)件，但是不排除存在或增加一個(gè)或多個(gè)其它的部件、整體、 步驟、操作、元件、構(gòu)件和/或其組群。
[0023] 還應(yīng)該注意，說(shuō)明的功能/作用可-些可替換的實(shí)現(xiàn)方式不按照?qǐng)D中圖示的 次序出現(xiàn)。例如，實(shí)際上可W大致同時(shí)執(zhí)行或有時(shí)可相反次序執(zhí)行連續(xù)示出的兩個(gè)圖， 該取決于設(shè)及的功能/作用。
[0024] 除非另有規(guī)定，否則本文中使用的所有術(shù)語(yǔ)具有的意義與示例性實(shí)施例屬于的技 術(shù)領(lǐng)域中的人員通常理解的意義相同。將進(jìn)一步理解，例如限定在通常使用的字典中的那 些術(shù)語(yǔ)應(yīng)該理解成具有的意義與其在相關(guān)技術(shù)的內(nèi)容中的意義一致，而不應(yīng)理解成理想化 的意義或過(guò)度正式的意義，除非本文中明確地如此限定。
[0025] 示例性實(shí)施例的部分和對(duì)應(yīng)的詳細(xì)描述呈現(xiàn)在軟件、或?qū)τ?jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù) 位的操作的算法和符號(hào)表示方面。該些描述和表示是本領(lǐng)域的技術(shù)人員向本領(lǐng)域的其他技 術(shù)人員有效表達(dá)其工作的實(shí)質(zhì)的方式。算法，作為本文使用的術(shù)語(yǔ)，并且如其被通常使用的 那樣，被認(rèn)為是通向結(jié)果的一序列有條理的步驟。該步驟對(duì)物理量進(jìn)行要求的物理操縱。 通常，雖然不一定，該些物理量采取能夠被存儲(chǔ)、傳送、組合、比較、和W其他方式操縱的光 信號(hào)、電信號(hào)、或磁信號(hào)的形式。主要由于普遍使用的原因，有時(shí)方便地將該些信號(hào)稱(chēng)為位、 值、要素、符號(hào)、字符、術(shù)語(yǔ)、數(shù)字等。
[0026] 在W下描述中，將參照可W執(zhí)行為實(shí)現(xiàn)具體任務(wù)或采用具體的抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型的、 包括例行程序、程序、目標(biāo)、成分、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等的程序模塊或功能性過(guò)程并且可W使用現(xiàn)有 的硬件執(zhí)行的操作的作用和符號(hào)表示（例如，成流程圖的形式）來(lái)描述說(shuō)明性實(shí)施例。該 現(xiàn)有的硬件可W包括一個(gè)或多個(gè)中央處理器（CP化）、數(shù)字信號(hào)處理器值SPs)、專(zhuān)用集成電 路、現(xiàn)場(chǎng)可編程口陣列（FPGAs)計(jì)算機(jī)等。
[0027] 然而，應(yīng)該明白，所有的該些術(shù)語(yǔ)和類(lèi)似的術(shù)語(yǔ)將與適當(dāng)?shù)奈锢砹肯嚓P(guān)并且僅是 應(yīng)用于該些物理量的方便的符號(hào)。除非W其他方式具體地規(guī)定，或如從討論所顯而易見(jiàn)的， 諸如"處理"或"計(jì)算"或"確定"或"顯示"等術(shù)語(yǔ)指操作被表示為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的寄存器和 存儲(chǔ)器中的物理電子量的數(shù)據(jù)并且將其轉(zhuǎn)換成類(lèi)似地表示為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存儲(chǔ)器或寄存器 或其它的該種信息存儲(chǔ)、傳送或顯示裝置中的物理量的其它數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或類(lèi)似的電 子計(jì)算裝置的作用和過(guò)程。
[002引還注意到執(zhí)行示例性實(shí)施例的方面的軟件通常被編碼在一些形式的實(shí)體（或記 錄）存儲(chǔ)介質(zhì)上或通過(guò)一些類(lèi)型的傳送介質(zhì)來(lái)執(zhí)行。有形存儲(chǔ)介質(zhì)可W是磁介質(zhì)（例如， 軟盤(pán)或硬盤(pán)）或光介質(zhì)（例如，光盤(pán)只讀存儲(chǔ)器，或"CDROM"),并且可W只讀或隨機(jī)存取。 類(lèi)似地，傳送介質(zhì)可W是絞合線對(duì)、同軸電纜、光纖、或技術(shù)人員已知的一些其它適當(dāng)?shù)膫?送介質(zhì)。示例性實(shí)施例不受任何規(guī)定的實(shí)現(xiàn)方式的該些方面的限制。
[0029] 圖1圖示了根據(jù)示例性實(shí)施例的設(shè)備，其包括功率電子開(kāi)關(guān)電路和用于估算流過(guò) 功率電子開(kāi)關(guān)電路的電流的裝置。設(shè)備100可W包括功率電子開(kāi)關(guān)電路102和電流感測(cè)裝 置104 (在下文稱(chēng)為裝置104)。
[0030] 功率電子開(kāi)關(guān)電路102可w包括半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)106和二極管108。電流1胃（或可 選地，Imwwt)可W流過(guò)功率電子開(kāi)關(guān)電路102,如圖1所示，可W確定該電流的估算值，如下 文將描述的那樣。半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)106可W是絕緣柵雙極晶體管（IGBT)，其具有柵極110、集電 極112和發(fā)射極114。半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)106還可W是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET) (例如，nMOS、pMOS等），其中元件110、112和114可W分別是柵極、漏極和源極。將認(rèn)識(shí)到， 半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)106不受限于W上IGBT和FET類(lèi)型的晶體