用于控制电机的方法和具有热管理的逆变器技术

本发明专利技术披露了一种用于控制电机的方法和具有热管理的逆变器。温度估算模块针对逆变器的每个相估算多个半导体器件中的相应的半导体器件的每个结点温度。温度估算模块或数据处理系统确定这些半导体器件中的具有最高结点温度的最热的器件。温度调节模块或数据处理系统确定是否最高结点温度参数小于最大结点温度参数，或决定是否调节半导体器件的占空因数。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请(包括附图)基于美国法典第35条119(e)款要求2015年6月19日提交的62/182,108号美国临时申请的优先权和申请日，该临时申请特此被引用而合并于本文中。
本申请涉及一种用于控制电机的方法和具有热管理的逆变器。
技术介绍
电机可能以具有永磁体的转子以及定子为特征，诸如内置式永磁体(IPM)电机或IPM同步电机。逆变器可能控制电动机或其它电机，诸如交流电机、变频电机。在某些现有技术中，能够由逆变器提供给电机的最大电流被逆变器的开关装置的结点温度(junction temperature)所限制。在停止运行以及低基频运行时，逆变器的电流输出能力被限定为较低的输出能力，该较低的输出能力比在较高基频运行时能实现的输出能力低。因而，需要一种具有用于控制电机的热管理的改进方法及逆变器。
技术实现思路
根据一个实施例，提出一种用于电机控制的方法和具有热管理的逆变器。电子数据处理系统基于用于控制电机(例如，电动机)的转矩、速度或方向的转矩命令确定一个或多个逆变器相的基频。电子数据处理系统基于转矩命令或其它输入数据建立初始参考输出电流。温度估算模块针对逆变器的每个相估算多个半导体器件之中相应的半导体器件的每个结点温度。温度估算模块或数据处理系统确定了半导体器件之中具有最高结点温度的最热的器件。针对各个半导体器件，热调节模块或数据处理系统确定所述最高结点温度参数(例如，绝对结点温度，或结点温度的升高或差值)小于最大结点温度参数(例如，绝对最大结点温度，或结点温度的最大升高或最大差值)或决定是否要调节半导体器件的占空因数。附图说明图1A是具有用于对电机进行控制的热管理的方法和逆变器的一个实施例的框图。图1B是比图1A更详细地示出图1A的逆变器开关电路的框图。图2是与图1A和图1B一致的电子数据处理系统的框图。图3是具有用于对电机进行控制的热管理的方法和逆变器的第一实施例的流程图。图4是具有用于对电机进行控制的热管理的方法和逆变器的第二实施例的流程图。图5是具有用于对电机进行控制的热管理的方法和逆变器的第三实施例的流程图。图6是具有用于对电机进行控制的热管理的方法和逆变器的第四实施例的流程图。图7是具有用于对电机进行控制的热管理的方法和逆变器的第五实施例的流程图。图8是具有用于对电机进行控制的热管理的方法和逆变器的第六实施例的流程图。图9是每个相端子的电流输出波形以及作为到输入相端子之一的输入的对应的驱动波形(例如，基本上为三角波形)的图表，该驱动波形使得最大平均二极管电流基本上等于中等平均二极管电流。图10A示出在逆变器的输出端子处的第一相电流(例如，相A)幅度随相角(以度为单位)变化的曲线图。图10B示出在逆变器的输出端子处的第一相温度随相角(以度为单位)变化的曲线图，其中图10B的温度的相角与图10A的电流的相角对齐。图10C示出第一相偏移函数(phase offset function)，其作为到第一相端子的输入以根据温度管理计划在一个或多个相的开关或二极管之间分配热耗散，其中共模偏移函数(common mode offset function)的相角与图10A的电流的相角对齐。图11A示出处于高于电机的停转速度的低基频下的逆变器的输出端子处的相电流幅度随时间变化的曲线图。图11B示出处于高于电机的停转速度的低基频下的经调节的占空比函数或直流(DC)偏移函数。图12A示出处于等于或接近于电机的停转速度的低速下的逆变器的输出端子处的相电流幅度随时间变化的曲线图。图12B示出处于等于或接近于电机的停转速度的低速下的经调节的占空比函数或直流(DC)偏移函数。图13A示出了用于具有各种相应的共模占空因数百分比的逆变器的说明性的相中的高侧开关(high-side switch)的功率随时间变化的曲线图。图13B示出了用于图13A的处于各种相应的共模占空因数百分比的高侧开关的温度随时间变化的曲线图。图14A示出了用于在具有各种相应的共模占空因数百分比的逆变器的说明性的相(例如，图11A中的相同的相)中的低侧二极管的功率随时间变化的曲线图。图14B示出了用于图12A的处于各种相应的共模占空因数百分比的低侧二极管的温度随时间变化的曲线图。具体实施方式本根据一个实施例，图1A披露了用于对电机117(例如内置式永磁体(IPM)电机)或具有热管理的其他电机(例如，交流电机)进行控制的方法和逆变器。在一个实施例中，除电机117以外的系统可以被称为逆变器或电机控制器。热管理适于在逆变器的不同的半导体器件之间或之中进行热的分配和功率管理。所述系统包括电子模块、软件模块、或包括电子模块和软件模块二者。在一个实施例中，电机控制器包括电子数据处理系统120以支持一个或多个软件模块的软件指令的储存、处理或执行。由图1A中的虚线指示了电子数据加工系统120，并且其将在图2中更详细示出。数据处理系统120联接至逆变器188。在一个实施例中，逆变器188包括半导体驱动电路，其驱动或控制一个或多个半导体器件(例如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或其它功率开关晶体)，以输出用于电机117的控制信号。继而，逆变器188联接至电机117。在一个实施例中，电机117与可选择的传感器115(例如，位置传感器、旋转变压器(resolver)或编码器位置传感器)相关联，该可选择的传感器115被关联至电机轴126或转子。可选择的传感器115和电机117被联接至数据处理系统120以提供反馈数据(例如，电流反馈数据，诸如ia、ib、ic)、原始位置信号、以及其他可能的反馈数据或信号。在替代实施例中，可选择的传感器115可以被删除或者由无传感器位置设计所替代，所述无传感器位置设计经由感测电路124使用在相输出端子处的电流和/或电压反馈。可选择的传感器115在图1A中由虚线指示为可选的。其它可能的反馈数据包括但不限于：逆变器的绕组温度读数、逆变器188的半导体温度读数、三相电压数据、或者电机117的其它的热或性能信息。在一个实施例中，电流控制模块107被联接至车辆数据总线118。电流控制模块107接收转矩命令(例如，经由车辆数据总线118)并且将所述转矩命令转换为Id和Iq命令(例如，电流命令)。例如，所述Id和Iq命令分别与输出电压Vd*和Vq*相关联，输出电压Vd*和Vq*被提供给脉宽调制生成模块112以控制所述电机或交流电机117。D-q轴电流是指可应用于矢量控制的交流电机(诸如电机117)中的直轴电流和正交轴电流。继而，一个或多个输出(例如，直轴电流数据(id*)和正交轴电流数据(iq*))被提供或联接至电流调节控制器111。电流调节控制器111能够与脉宽调制(PWM)生成模块112(例如，空间矢量PWM生成模块)通信。电流调节控制器111接收相应的d-q轴电流命令(例如，id*和iq*)以及实际d-q轴电流(例如，id和iq)并且输出对应的d-q轴电压命令(例如，vd*和vq*命令)用于输入至所述PWM生成模块112。在一个实施例中，所述PWM生成模块112将源自两相数据表示法的直轴电压和正交轴电压数据转换为三相表示法(例如，三相电压表示法，诸如va*，vb*，和vc*)例如用于控制所述电机117。所述PWM生成模块112的输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于操作逆变器以控制电机的方法，所述方法包括：基于用于控制电机的转矩、速度或方向的转矩命令确定逆变器的一个或多个相的基频；基于所述转矩命令建立初始参考输出电流；针对逆变器的每个相，估算多个半导体器件中的对应的半导体器件的每个结点温度；确定所述逆变器中的所述多个半导体器件中的具有最高结点温度的最热的器件；和确定所述最高结点温度参数是否小于用于相应的半导体器件的最大结点温度参数，以决定是否调节半导体器件的占空因数。

【技术特征摘要】
2015.06.19 US 62/182,108;2015.08.27 US 14/837,4961.一种用于操作逆变器以控制电机的方法，所述方法包括：基于用于控制电机的转矩、速度或方向的转矩命令确定逆变器的一个或多个相的基频；基于所述转矩命令建立初始参考输出电流；针对逆变器的每个相，估算多个半导体器件中的对应的半导体器件的每个结点温度；确定所述逆变器中的所述多个半导体器件中的具有最高结点温度的最热的器件；和确定所述最高结点温度参数是否小于用于相应的半导体器件的最大结点温度参数，以决定是否调节半导体器件的占空因数。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：如果基频低于阈值频率以及如果最高结点温度大于或等于最大结点温度参数，则调节所述占空因数。3.根据权利要求1所述的方法，还包括：确定占空因数的调节是否为在最大值处的调节；以及如果占空因数的调节不是在最大值处的调节，并且如果估算的结点温度参数大于或等于最大结点温度参数，则调节所述占空因数以限制处于输出电流电平的最热的器件的结点温度。4.根据权利要求1所述的方法，还包括：如果结点温度低于最大结点温度，则认可所述初始参考输出电流的增大的有效性，所述增大的有效性取决于所述转矩命令。5.根据权利要求1所述的方法，还包括：确定占空因数的调节是否为最大值或极限值处的调节；以及如果占空因数的调节不是在最大值或极限值处的调节，并且如果所述多个半导体器件中的最热的器件不是高侧开关或不是高侧二极管，则将所述占空因数向上调节以限制所述结点温度。6.根据权利要求5所述的方法，其中，基于以下项确定所述占空因数：所述多个半导体器件中的具有最高电流的一个半导体器件中的最大电流或具有最高电流的输出相中的最大电流；具有比所述最大电流低的电流并且与具有最小电流的半导体器件或输出相不同的半导体器件或输出相中的中等电流；和峰值经调节的占空因数，其中，所述峰值经调节的占空因数被储存于数据储存装置中并且能够通过所述逆变器的特征化加以确定。7.根据权利要求5所述的方法，其中，根据下列公式调节所述占空因数：其中“峰值经调节的占空”是期望的峰值经调节的占空因数数据，Imax是具有最高电流的半导体器件的最大电流，并且Imedium是一个不同的相中的另一半导体器件的、比最大电流小的中等电流。8.根据权利要求1所述的方法，还包括：确定占空因数的调节是否为最大值处的调节；以及如果占空因数的调节不是最大值处的调节，并且如果所述多个半导体器件中的最热的器件是高侧开关或是高侧二极管，则将所述占空因数向下调节以限制所述结点温度。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述占空因数是基于最大电流、中等电流、和峰值经调节的占空参数确定的，其中所述峰值经调节的占空参数被储存于数据储存装置中并且能够通过逆变器的特征化加以确定。10.根据权利要求8所述的方法，其中，根据下列公式调节所述占空因数：其中“峰值经调节的占空”是期望的峰值经调节的占空因数数据，Imax是具有最高电流的半导体器件的最大电流，并且Imedium是一个不同的相中的另...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·M·洛肯，吴隆，付天均，罗伯特·B·肖，尼尔·D·克莱蒙斯，
申请(专利权)人：迪尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US