[發(fā)明專利]電源開關(guān)裝置的分段式溫度補償

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710799588.5
• 申請日: 2017-09-07
• 公開（公告）號: CN107819408B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陸樨;陳清麒;邁克爾·W·德格尼爾;徐竹嫻;鄒軻
• 申請（專利權(quán)）人: 福特全球技術(shù)公司
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M1/08
• 代理公司: 北京連和連知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11278
• 代理人: 楊帆

一種電源開關(guān)電路，該電路為絕緣柵電源開關(guān)裝置提供溫度補償。定時電路確定開關(guān)定時信號，該信號包括開關(guān)裝置期望的開和關(guān)切換時間。溫度監(jiān)控器量化裝置溫度。柵極驅(qū)動分布曲線生成器生成根據(jù)開關(guān)定時信號并且具有dv/dt階段和di/dt階段的開關(guān)裝置驅(qū)動信號。驅(qū)動信號在di/dt階段期間具有響應(yīng)于裝置溫度而調(diào)整的分布曲線，并且驅(qū)動信號在dv/dt階段期間具有不響應(yīng)于裝置溫度而調(diào)整的分布曲線。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體涉及控制電源開關(guān)晶體管的開關(guān)瞬態(tài)，并且更具體地，涉及用于電動車輛中的一種類型的電源轉(zhuǎn)換器的溫度補償柵極驅(qū)動信號。

背景技術(shù)

諸如混合動力電動車輛(HEV)、插電式混合動力電動車輛(PHEV)和電池電動車輛(BEV)的電動車輛使用變頻驅(qū)動電機以提供牽引扭矩。典型的電力驅(qū)動系統(tǒng)包括通過接觸器開關(guān)連接到可變電壓轉(zhuǎn)換器(VVC)的DC(直流)電源(例如電池組或燃料電池)，以調(diào)節(jié)主DC鏈路電容器兩端的主總線電壓。逆變器連接在用于DC鏈路的主總線和牽引馬達之間，以便將DC電源轉(zhuǎn)換為連接到馬達繞阻的AC(交流)電源以推進車輛。

逆變器包括晶體管開關(guān)裝置(例如絕緣柵雙極晶體管，或IGBT)，該晶體管開關(guān)裝置以包括多個相橋的橋配置連接。典型的配置包括由逆變器驅(qū)動的具有三相橋的三相馬達。電子控制器打開和關(guān)閉開關(guān)，以便將DC電壓從總線轉(zhuǎn)換為施加到馬達的AC電壓。響應(yīng)于包括電機的旋轉(zhuǎn)位置和各相中的電流的各種感測條件來控制逆變器。

用于馬達的逆變器可以優(yōu)選地脈沖寬度調(diào)制DC鏈路電壓，以便傳輸正弦電流輸出的近似值，從而以期望的速度和扭矩來驅(qū)動馬達。施加脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制信號以驅(qū)動IGBT的柵極，以便根據(jù)需要打開和關(guān)閉該柵極。在理想化的形式中，柵極驅(qū)動控制信號是在完全斷開和完全導(dǎo)通(飽和)狀態(tài)之間交替每個電源開關(guān)裝置(例如，IGBT)的方波信號。在關(guān)閉和打開期間，裝置需要時間來響應(yīng)柵極驅(qū)動信號的變化。例如，在柵極驅(qū)動信號從關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇蜷_狀態(tài)之后，通過裝置輸出的傳導(dǎo)在幾微秒內(nèi)從零電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽畲箅娏鳌?/p>

諸如IGBT的功率半導(dǎo)體晶體管裝置的最佳開關(guān)速度是在高應(yīng)力之間的折衷，高應(yīng)力可能以非常快的開關(guān)速度破壞裝置并且降低效率，并且在較慢的開關(guān)速度下增加功率損耗。用于裝置的驅(qū)動電路可以配置為用遵循至優(yōu)化的開關(guān)速度的軌跡的時變控制信號激勵晶體管的柵極端子。然而，隨著晶體管的溫度變化，開關(guān)速度也響應(yīng)于包括內(nèi)部柵極電阻、閾值電壓和跨導(dǎo)的晶體管的某些參數(shù)而變化。通常，隨著溫度的升高，開關(guān)速度降低，所以開關(guān)損耗增加；隨著溫度的降低，電壓和電流應(yīng)力增加，所以可靠性降低。為了避免增加的應(yīng)力和降低的效率，補償溫度引起的參數(shù)變化變的很有必要。

用于選擇最佳柵極控制信號軌跡或斜率(例如由柵極電阻或類似控制參數(shù)確定)的常規(guī)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是在最低工作溫度下發(fā)生的最壞情況下優(yōu)化轉(zhuǎn)換性能。因此，隨著溫度的升高，并且裝置開關(guān)速度相應(yīng)地降低，并且需要以趨向提高開關(guān)速度的方式調(diào)整控制參數(shù)。通常通過柵極驅(qū)動信號與溫度增加成比例地增加提供給柵極的電流的幅度和/或斜率來增加開關(guān)速度。例如，可以通過使用用于柵極驅(qū)動器的可控電流源來直接改變柵極電流，或者可以通過增加?xùn)艠O電壓或降低柵極電阻間接地操縱柵極電流。參數(shù)已經(jīng)被1)使用基于測量溫度的閉環(huán)控制系統(tǒng)進行調(diào)整，以及2)例如通過結(jié)合連接到柵極的負(fù)溫度系數(shù)(NTC)電阻來自動地進行調(diào)整。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，不是開關(guān)瞬態(tài)的所有方面都需要通過受控電流源的溫度變化來調(diào)整。因此，除了現(xiàn)有技術(shù)中使用的柵極驅(qū)動信號的全面修改之外，甚至可以進行更好的優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明認(rèn)識到，開關(guān)瞬態(tài)包括兩個分開的部分：dv/dt部分和di/dt部分。如果柵極由恒流源驅(qū)動，則dv/dt部分幾乎不隨溫度變化，因為結(jié)電容不是溫度的強函數(shù)。由于閾值電壓和跨導(dǎo)值的變化，di/dt部分隨溫度變化更強烈。現(xiàn)有技術(shù)不分別處理di/dt和dv/dt部分。因此，當(dāng)調(diào)整不同溫度下的柵極電源電壓、柵極電流或柵極電阻時，改變di/dt或dv/dt之一可以調(diào)整為最佳，而di/dt或dv/dt中的另一個不能同時達到最佳。本發(fā)明分別控制di/dt和dv/dt部分，使得每個都可以被優(yōu)化。