用以调整热应力的控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用以调整热应力的控制装置及方法，控制装置包含监控器及控制器。监控器用以监控多个半导体开关器件的温度，并提供其中两个半导体开关器件之间的温度差。控制器根据该温度差提供一零序分量，该零序分量用于调整每一半导体开关器件的导通时长。调整每一半导体开关器件的导通时长。调整每一半导体开关器件的导通时长。

【技术实现步骤摘要】
用以调整热应力的控制装置及方法


[0001]本专利技术涉及管理多相电压源逆变器电路中的热应力，尤其涉及减少多相电压源逆变器电路的开关中的不平衡应力。

技术介绍

[0002]在电动车或油电混合车中，利用电动马达来驱动车轮。当车辆停止在上坡位置时，电动马达提供频率等于或近似为零的一转矩，从而将车辆维持在一静止状态，此即为坡道固定操作(hill
‑
hold operation)。一般多利用牵引逆变器(traction inverter)来驱动电动马达。图1为三相电压源逆变器100驱动电动马达106的电路架构示意图，其中三相电压源逆变器100可作为牵引逆变器。
[0003]如图1所示，三相电压源逆变器100的功率模块(或功率级)101包含直流侧电容102和开关103
‑
1至103
‑
6，其中直流侧电容102作为电压源。开关103
‑
1至103
‑
6中的每一开关可包含IGBT(insulated
‑
gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)和二极管，其中二极管以反极性方式跨接于IGBT的发射极和集电极。开关103
‑
1至103
‑
6中的每一开关也可为其他适当的半导体元件，例如MOSFET(metal
‑
oxide
‑
semiconductor field
‑
effect transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)。端点104
‑
1(即开关103
‑
1与103
‑
2之间的公共点)、端点104
‑
2(即开关103
‑
3与103
‑
4之间的公共点)及端点104
‑
3(即开关103
‑
5与103
‑
6之间的公共点)提供三个输出相电流，此三个相位分别以相位A、B及C来表示。为便于说明，后续以“上开关”来指代开关103
‑
1、103
‑
3及103
‑
5，并以“下开关”来指代开关103
‑
2、103
‑
4及103
‑
6。
[0004]在坡道固定操作过程中，频率等于或近似为零的输出相电流(例如直流电流或低频交流电流)将增加三相电压源逆变器100上的应力。典型地，每一相的输出电流的周期大于三相电压源逆变器100的功率模块101的热时间常数。为执行坡道固定操作，用于三相电压源逆变器100中的调制方式可例如为SVPWM(space vector pulse
‑
width modulation，空间向量脉冲宽度调制)或DPWM(discontinuous pulse
‑
width modulation，非连续脉冲宽度调制)。然而无论采用哪一调制方式，开关103
‑
1至103
‑
6均承受不平衡的热应力。
[0005]图2示出了以SVPWM进行调制且源自端点104
‑
1(即相位A)的正输出相电流。在SVPWM下，每一相中的上开关及下开关受互补的信号所驱动。据此，如图2所示，开关103
‑
1的IGBT处于导通状态，而开关103
‑
2的IGBT处于关断状态。当开关103
‑
2的IGBT处于关断状态时，开关103
‑
2的二极管顺偏，使得端点104
‑
1所提供的相位A的输出相电流流入电动马达106中。正的相电流可支撑坡道固定操作中频率等于或近似为零的转矩。于此示例中，相位A的输出相电流大于相位B或C的输出相电流。图3示出了开关103
‑
1、103
‑
3及103
‑
5在SVPWM下的导通时长，当导通时长表现为整体时长中的比例时即可视作占空比，开关103
‑
1、103
‑
3及103
‑
5的占空比分别为301、302及303。
[0006]如图3所示，相位A的占空比(即占空比301)为d，其大于相位B或C的占空比(即占空比302或303)。在坡道固定操作期间，如图2所示，归因于开关(例如开关103
‑
1)的IGBT的能
量损耗等于其导通损耗及开关损耗的总和，即等于V
CE_IGBT
×
I
A
×
d+P
SW_IGBT
，其中V
CE_IGBT
为IGBT的集电极端与发射极端之间的压降，I
A
为相电流(例如为300A)，d为占空比，P
SW_IGBT
为IGBT的开关损耗。如图2所示，在每一相中，当任一开关(例如下开关103
‑
2)的IGBT处于关断状态时，正电流由该开关的二极管所承受。因此，该二极管中的导通及开关损耗等于V
f_diode
×
I
A
×
(1
‑
d)+P
SW_diode
，其中V
f_diode
为开关的二极管在导通期间的压降，PSW_diode为二极管的开关损耗。于此示例中，若相位A中的开关占空比大于相位B或C中的开关占空比，则相位A中的开关(即开关103
‑
1及103
‑
2)将具有较大的损耗，并因而承受较大的热应力。再者，于每一相中，若流经上开关及下开关的电流不相等，也将使上开关及下开关上产生不平衡的热应力。
[0007]即便DPWM实质上和SVPWM不同，但采用SVPWM时产生的不平衡热应力问题也将出现在采用DPWM时的应用中。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种控制装置及方法，其用于多相电压源逆变器中，并架构于平衡多相电压源逆变器的半导体开关器件中的热应力。
[0009]为达上述目的，本专利技术提供一种用以调整热应力的控制装置，控制装置包含监控器及控制器。监控器用以监控多个半导体开关器件的温度，并提供其中两个半导体开关器件之间的温度差。控制器根据该温度差提供一零序分量，该零序分量用于调整每一半导体开关器件的导通时长。
[0010]于一些实施例中，该温度差为多相电压源逆变器的任一相中的上开关和下开关之间的温度差，且该温度差所对应的其中一个开关具有所有半导体开关器件中的最高温度。
[0011]于一些实施例中，多相电压源逆变器可为三相电压源逆变器。
[0012]于一些实施例中，可通过增加或减少任一半导体开关器件的占空比来调整其导通时长。
[0013]于一些实施例中，多相电压源逆变器中的任一相可提供具有等于或近本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种控制装置，用以平衡一多相电压源逆变器中的多个半导体开关器件的热应力，且包含：一监控器，用以监控该多个半导体开关器件的温度，并提供其中两个该半导体开关器件之间的一温度差；一控制器，根据该温度差提供一零序分量，其中该零序分量用于调整该多个半导体开关器件的导通时长。2.如权利要求1所述的控制装置，其中该温度差为该多相电压源逆变器的任一相中的一上开关与一下开关之间的温度差。3.如权利要求1所述的控制装置，其中该温度差所对应的其中一个该半导体开关器件具有该多个半导体开关器件中的最高温度。4.如权利要求1所述的控制装置，其中该多相电压源逆变器可为三相电压源逆变器。5.如权利要求1所述的控制装置，其中可通过增加或减少任一该半导体开关器件的占空比来调整该半导体开关器件的导通时长。6.如权利要求1所述的控制装置，其中该多相电压源逆变器中的任一相可提供具有等于或近似为零的频率的一输出相信号。7.如权利要求6所述的控制装置，其中该输出相信号包含一输出相电流，且该输出相电流的大小实质上不受该零序分量所影响。8...

【专利技术属性】
技术研发人员：周彦，邵百鸣，桂盈盈，克利斯多夫，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：