结温补偿栅极驱动器制造技术

本发明专利技术涉及结温补偿栅极驱动器。车辆动力传动系统包括功率逆变器和控制器。功率逆变器包括：负载开关，与镜像开关单片集成；电流传感器，被配置为测量流过负载开关的电流以提供用于马达的矢量控制的电流反馈。控制器可被配置为：响应于由于负载开关的温度变化而产生的镜像开关的镜像电流与电流传感器的输出之间的差，操作功率逆变器以降低负载开关的温度。

【技术实现步骤摘要】
结温补偿栅极驱动器
本申请总体上涉及一种用于功率模块的固态开关的栅极驱动器，在所述功率模块中，来自功率模块的电流传感器的输出与来自固态开关的电流镜的信号之间的比较用于调节固态开关的操作以降低固态开关的温度。
技术介绍
电气化车辆(包括混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)和电池电动车辆(BEV))依靠牵引电池向用于推进的牵引马达提供电力，并且依靠牵引电池与牵引马达之间的功率逆变器将直流(DC)电转换为交流(AC)电。典型的AC牵引马达是三相马达，所述三相马达可由三个正弦信号提供电力，所述三个正弦信号中的每个以120度的相位分离被驱动。牵引电池被配置为在特定电压范围内操作，并且提供最大电流。牵引电池可选地被称作高电压电池。此外，很多电气化车辆包括DC-DC转换器(还被称作可变电压转换器(VVC))，以将牵引电池的电压转换为电机的操作电压水平。电机(可包括牵引马达)可能需要高电压和高电流。由于电压、电流和开关的要求，固态开关(诸如，绝缘栅双极结型晶体管(IGBT))通常用于在功率逆变器和VVC中产生信号。
技术实现思路
一种车辆动力传动系统包括功率逆变器和控制器。功率逆变器包括：负载开关，与镜像开关单片集成；电流传感器，被配置为测量流过负载开关的电流以提供用于马达的矢量控制的电流反馈。控制器可被配置为：响应于由于负载开关的温度变化而产生的镜像开关的镜像电流与电流传感器的输出之间的差，操作功率逆变器以降低负载开关的温度。根据本专利技术的一个实施例，所述操作功率逆变器以降低负载开关的温度包括：减小负载开关的开关频率。一种控制车辆动力传动系统的方法包括：响应于镜像电流超过阈值，禁用逆变器开关，逆变器开关与使镜像电流流动的镜像开关单片集成。所述方法还基于来自逆变器电流传感器的信号控制车辆动力传动系统，并且响应于由于逆变器开关的温度变化而产生的镜像电流与所述信号之间的差，操作车辆动力传动系统以降低逆变器开关的温度。根据本专利技术的一个实施例，所述操作车辆动力传动系统以降低逆变器开关的温度包括：减小车辆动力传动系统的负载开关的开关频率。一种车辆动力传动系统逆变器包括绝缘栅双极结型晶体管(IGBT)、电流传感器和控制器，所述IGBT与镜像IGBT单片集成，电流传感器被配置为测量流过所述IGBT的电流。所述控制器可被配置为：响应于由于所述IGBT的温度变化而产生的所述镜像IGBT的镜像电流与电流传感器的输出之间的差，操作所述IGBT以降低所述IGBT的温度。根据本专利技术的一个实施例，所述输出是模拟输出，所述差通过应用于所述输出的缩放因子被调节。根据本专利技术的一个实施例，所述操作所述IGBT以降低所述IGBT的温度包括减小所述IGBT的脉冲宽度调制占空比。根据本专利技术的一个实施例，所述控制器基于随时间而累积误差的基于模型的结温估计模型来操作所述IGBT，所述控制器还被配置为：基于所述差调节所述基于模型的结温估计模型，以使所述误差最小化。根据本专利技术的一个实施例，对所述基于模型的结温估计模型的调节是周期性的。附图说明图1是示出典型的动力传动系统和能量储存组件的混合动力车辆的示图，在典型的动力传动系统和能量储存组件之间具有可变电压转换器和功率逆变器。图2是车载可变电压转换器的示意图。图3是车载电机逆变器的示意图。图4是具有温度补偿电路的控制电路的示意图。图5是具有电流镜和感测电阻器的绝缘栅双极结型晶体管的示意图。图6是IGBT的集电极电流相对于集电极与发射极之间的电压以及与IGBT单片集成的镜像器件的镜像电流相对于集电极与发射极之间的电压的图形示图。具体实施方式在此描述本公开的实施例。然而，将理解的是，所公开的实施例仅为示例，并且其它实施例可采用各种形式和替代形式。附图不必按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为具有限制性，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本专利技术的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的是，参考任一附图示出和描述的各种特征可与在一个或更多个其它附图中示出的特征组合，以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。在考虑诸如HEV、PHEV或BEV的xEV时，操作状况可在xEV的寿命期间显著变化。例如，在动力传动系统中操作的功率器件(诸如，转换器中的晶体管，所述转换器包括DC-DC转换器或DC-AC转换器)可在宽温度范围内操作，因此，转换器中的功率器件可具有从极低温度(例如，-40℃)变化到非常高的温度(例如，150℃)的结温(Tj)。随着操作电压变化，由于功率器件的击穿电压(VB)是Tj的函数，因此，功率器件的击穿电压(VB)也变化。在此，公开这样的电路：用于自动调节器件结温的变化以更好地避免器件的反向电压击穿。通常室温是25℃，低温是低于室温的任何温度，而非常低的温度是低于0℃(即，水结冰的温度)的任何温度。通常，开关的击穿电压在室温(即，25℃)下被测量。IGBT的击穿可被指定为：当限制与该指定相关联的状况时，在栅极短接到发射极的情况下集电极到发射极的击穿电压(BVces)。例如，所述指定可将击穿状况限制为温度为25℃同时集电极电流是1mA并且Vge是0V。然而，当在恶劣环境中使用时，击穿电压BVces可在-25℃时再下降5％并在-50℃时再下降7％。因此，车辆中的电气模块(诸如，DC-DC转换器或DC-AC转换器)可具有电压峰值，在Tj大于室温时所述电压峰值低于击穿电压，在低温时所述电压峰值可超过击穿电压。电压峰值基于栅极电流幅值、通过开关的电流的变化率和电流的幅值。通常开关的击穿电压基于电路拓扑和制造工艺。对于给定的电流容量，具有较高击穿电压的开关通常具有较高成本，在一些实例中，具有较高击穿电压的开关由于开关的材料限制而不可实现。利用开关的电路设计者通常期望操作开关接近击穿电压而不超过击穿电压。因此，为了满足开关的要求和约束，通常利用跨越操作的整个温度范围的最小击穿电压来设计系统。然而，通常开关仅在非常低或极低的温度(例如，-50℃、-40℃、-35℃、-25℃、-15℃或-5℃)下工作一段很短的时间，然后，组件升温(内部升温或通过利用外部加热器升温)并且击穿电压升高。为了降低成本和提高效率，公开了这样的方法和电路：用于基于开关的温度调节开关的栅极电流以在开关操作在低温或非常低的温度时成比例地调节负载电流。通常，固态器件(SSD)(诸如，绝缘栅双极结型晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或双极结型晶体管(BJT))广泛用于各种车辆应用和工业应用(诸如，电动马达驱动、功率逆变器、DC-DC转换器以及功率模块)。IGBT和MOSFET的操作是电压控制的，其中，所述IGBT和MOSFET的操作是基于施加到IGBT或MOSFET的栅极的电压的，而BJT的操作是电流控制的，其中，所述BJT的操作是基于施加到BJT的基极的电流的。这里将讨论IGBT的使用，但是结构和方法可适用于其它SSD，例如，绝缘栅SSD包括IGBT和MOSFET二者。IGBT的操作由栅极驱动器提供的栅极电压控制。传统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车辆动力传动系统，包括：功率逆变器，包括负载开关和电流传感器，负载开关与镜像开关单片集成，电流传感器被配置为测量流过负载开关的电流以提供用于马达的矢量控制的电流反馈；控制器，被配置为：响应于由于负载开关的温度变化而产生的镜像开关的镜像电流与电流传感器的输出之间的差，操作功率逆变器以降低负载开关的温度。

【技术特征摘要】
2017.06.20 US 15/627,8261.一种车辆动力传动系统，包括：功率逆变器，包括负载开关和电流传感器，负载开关与镜像开关单片集成，电流传感器被配置为测量流过负载开关的电流以提供用于马达的矢量控制的电流反馈；控制器，被配置为：响应于由于负载开关的温度变化而产生的镜像开关的镜像电流与电流传感器的输出之间的差，操作功率逆变器以降低负载开关的温度。2.如权利要求1所述的车辆动力传动系统，还包括：响应于镜像电流超过阈值，禁用负载开关。3.如权利要求1所述的车辆动力传动系统，其中，所述操作功率逆变器以降低负载开关的温度包括：减小负载开关的脉冲宽度调制占空比。4.如权利要求1所述的车辆动力传动系统，其中，所述操作功率逆变器以降低负载开关的温度包括：减小车辆动力传动系统的扭矩需求。5.如权利要求1所述的车辆动力传动系统，其中，所述操作功率逆变器以降低负载开关的温度包括：减小负载开关的开关频率以减少负载开关的切换时间。6.如权利要求1所述的车辆动力传动系统，其中，所述操作功率逆变器以降低负载开关的温度包括：禁用负载开关并经由内燃发动机提供推进力。7.如权利要求1所述的车辆动力传动系统，其中，电流传感器是霍尔效应传感器或巨磁阻(GMR)传感器。8.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：周彦，杨水涛，徐帆，陈礼华，默罕默德·胡尔希德·阿拉姆，葛宝明，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US