用于電機(jī)的變流器以及用于控制功率開關(guān)的方法
【專利摘要】在此說明了一種用于電機(jī)的變流器。功率開關(guān)（T1）包括為了形成功率開關(guān)而相互連接的至少兩個(gè)半導(dǎo)體器件（9，10）。至少一個(gè)控制電路（C1，C2，14）與至少一個(gè)功率開關(guān)（T1）關(guān)聯(lián)，并且各與所述至少兩個(gè)半導(dǎo)體器件（9，10）的控制輸入端連接，用于借助相應(yīng)的開關(guān)信號（S1，S2）來選擇性地接通和關(guān)斷所述半導(dǎo)體器件。開關(guān)信號（S1，S2）根據(jù)功率開關(guān)（T1）的開關(guān)損耗以及導(dǎo)通損耗來產(chǎn)生。
【專利說明】用于電機(jī)的變流器以及用于控制功率開關(guān)的方法
[0001]本發(fā)明涉及一種用于電機(jī)的變流器以及一種用于控制功率開關(guān)的方法。
[0002]三相交流電機(jī)、尤其是同步電機(jī)和異步電機(jī)為了其可控的運(yùn)行而需要交流電壓，該交流電壓優(yōu)選在幅度和頻率上能夠可變地調(diào)節(jié)。為此，設(shè)置了一種功率電子設(shè)備，其由直流電壓來饋電。直流電壓至在幅度和頻率方面可變的交流電壓的轉(zhuǎn)換例如借助變流器通過脈寬調(diào)制來進(jìn)行。在此，術(shù)語變流器和功率電子設(shè)備在當(dāng)前同義地使用。功率電子設(shè)備在電機(jī)的端子上提供由調(diào)節(jié)裝置預(yù)先給定的預(yù)定電壓。在多相電機(jī)的情況下，由功率電子設(shè)備相應(yīng)地提供多個(gè)電氣相。調(diào)節(jié)裝置借助所測量的電機(jī)量例如電壓和電流來確定預(yù)定值。
[0003]如果電機(jī)三相地實(shí)施,則功率電子設(shè)備例如包括三個(gè)半橋，它們分別包括功率開關(guān)。為了將直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓，功率半導(dǎo)體被按時(shí)鐘地接通和關(guān)斷。在運(yùn)行中，在功率電子設(shè)備中形成電損耗，其包括導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。導(dǎo)通損耗通過如下方式引起:功率開關(guān)在接通狀態(tài)中并不是表現(xiàn)為理想的低歐姆值，也就是說，具有不同于O的導(dǎo)通電阻。例如，功率開關(guān)具有與電流非線性相關(guān)的瞬時(shí)電阻。
[0004]而開關(guān)損耗的原因在于功率開關(guān)中的載流子，其在開關(guān)過程期間必須被重新加載。開關(guān)損耗尤其是與要切換的電流、直流電壓、開關(guān)頻率以及功率開關(guān)的溫度相關(guān)。
[0005]本發(fā)明的任務(wù)是，說明一種用于電機(jī)的變流器，其尤其是在電機(jī)的部分負(fù)載范圍中能夠?qū)崿F(xiàn)改善效率。此外，本發(fā)明的任務(wù)是，說明一種用于控制功率開關(guān)的方法，其中改善了效率。
[0006]該任務(wù)借助獨(dú)立權(quán)利要求的主題來解決。擴(kuò)展方案和改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求中說明。
[0007]在一個(gè)實(shí)施形式中，說明了一種用于電機(jī)的變流器。該變流器包括至少一個(gè)功率開關(guān)。功率開關(guān)包括為了形成其而相互連接的至少兩個(gè)半導(dǎo)體器件。至少一個(gè)控制電路與至少一個(gè)功率開關(guān)關(guān)聯(lián)，并且各與所述至少兩個(gè)半導(dǎo)體器件的控制輸入端連接。由此可能的是，半導(dǎo)體器件借助相應(yīng)的開關(guān)信號來選擇性地并且相互獨(dú)立地接通或者關(guān)斷。開關(guān)信號根據(jù)功率開關(guān)的開關(guān)損耗以及導(dǎo)通損耗來產(chǎn)生。
[0008]借助所提出的原理，可能的是，實(shí)際上改變功率開關(guān)的活動(dòng)(aktive)芯片面積。功率開關(guān)的活動(dòng)芯片面積改變了其導(dǎo)通損耗和其開關(guān)損耗。
[0009]包括開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗的總損耗可以被最小化，方式是激活相應(yīng)最有利的數(shù)目的半導(dǎo)體器件，并且將功率開關(guān)的其他半導(dǎo)體器件分別去激活。僅僅各活動(dòng)的半導(dǎo)體器件引導(dǎo)負(fù)載方面的電流以及將其切換。
[0010]由此可能的是，尤其是在電機(jī)的部分負(fù)載運(yùn)行中顯著地減少功率電子設(shè)備的電損耗。這又改善了效率。
[0011]在所提出的原理的一個(gè)實(shí)施形式中，在電機(jī)的整個(gè)工作范圍中都存在功率開關(guān)的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗的相應(yīng)的特性曲線，并且存放在存儲(chǔ)裝置中。存儲(chǔ)裝置被控制電路所包括。開關(guān)信號根據(jù)這些特性曲線的分析來產(chǎn)生，其中分別將電損耗(其包括導(dǎo)通損耗和功率損耗)的總值針對電機(jī)的相應(yīng)的工作狀態(tài)而最小化。
[0012]在一個(gè)實(shí)施形式中，在第一近似中，代表導(dǎo)通損耗的特性曲線與所述至少一個(gè)功率開關(guān)的半導(dǎo)體器件的總活動(dòng)芯片面積成反比。代表開關(guān)損耗的特性曲線與所述至少一個(gè)功率開關(guān)的半導(dǎo)體器件的活動(dòng)芯片面積之和近似成比例。開關(guān)信號被產(chǎn)生為使得功率開關(guān)的總損耗分別為最小，其中該總損耗包括導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。這意味著，功率開關(guān)的活動(dòng)晶體管面積分別按照電機(jī)的功率要求來改變。
[0013]代表導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗的特性曲線例如可以存放在特性曲線族中，或者借助計(jì)算單元以及預(yù)先確定的計(jì)算規(guī)則在運(yùn)行中計(jì)算。
[0014]每個(gè)功率開關(guān)可以關(guān)聯(lián)有二極管。該二極管也稱為空轉(zhuǎn)二極管。二極管優(yōu)選與功率開關(guān)并聯(lián)連接。
[0015]與將功率開關(guān)劃分為多個(gè)優(yōu)選相互并聯(lián)的半導(dǎo)體器件一樣，也可以將相應(yīng)的二極管相應(yīng)地劃分為并聯(lián)連接的子二極管。
[0016]控制電路優(yōu)選包括多個(gè)控制開關(guān)，其中每個(gè)半導(dǎo)體器件分別關(guān)聯(lián)有控制開關(guān)。分別關(guān)聯(lián)的控制開關(guān)用于借助相應(yīng)的開關(guān)信號單獨(dú)地接通和關(guān)斷關(guān)聯(lián)的半導(dǎo)體器件?？刂崎_關(guān)在負(fù)載側(cè)連接在驅(qū)動(dòng)器和相應(yīng)關(guān)聯(lián)的半導(dǎo)體器件的控制輸入端之間，并且在控制側(cè)與控制單元連接。驅(qū)動(dòng)器例如可以提供脈寬調(diào)制的信號，借助其可以產(chǎn)生可變的交流電壓。
[0017]可替選地，每個(gè)半導(dǎo)體器件為了其控制可以關(guān)聯(lián)有驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器又可以由控制電路通過控制開關(guān)來單獨(dú)地接通和關(guān)斷。
[0018]功率開關(guān)的半導(dǎo)體器件例如是IGBT、絕緣柵雙極性晶體管?？商孢x地，可以使用其他功率半導(dǎo)體例如MOSFET或者JFET。
[0019]優(yōu)選相互并聯(lián)的、被功率開關(guān)所包括的多個(gè)半導(dǎo)體器件例如可以全部大小相同或者例如二進(jìn)制地分級，并且借助相應(yīng)的代碼來控制。
[0020]組合也是可能的，例如借助二進(jìn)制分級的半導(dǎo)體器件的粗調(diào)節(jié)和借助同樣大小的半導(dǎo)體器件的細(xì)調(diào)節(jié)的組合。在此，大小或者分級分別涉及半導(dǎo)體器件的活動(dòng)芯片面積，其最終確定導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。
[0021]為了控制三相電機(jī)，變流器可以總共包括六個(gè)功率開關(guān)，他們分別布置在半橋中，并且分別包括兩個(gè)功率開關(guān)的串聯(lián)電路。在該功率電子設(shè)備上的輸入側(cè)例如布置有平滑電容器。在該平滑電容器之前可以連接有整流器，使得電容用作中間回路電容器。
[0022]根據(jù)所提出的原理的方法在一個(gè)實(shí)施形式中包括控制功率開關(guān)，該功率開關(guān)包括多個(gè)并聯(lián)的半導(dǎo)體器件。在此，在確定的工作狀態(tài)中，確定功率開關(guān)的導(dǎo)通損耗以及功率開關(guān)的開關(guān)損耗，或者事先確定并且存放在特性曲線族中或者存儲(chǔ)器中。對于相應(yīng)的工作狀態(tài)，將導(dǎo)通損耗與開關(guān)損耗比較。根據(jù)比較結(jié)果激活或者去激活功率開關(guān)的各半導(dǎo)體器件。
[0023]由此可能的是，將功率開關(guān)中的總的電損耗在整個(gè)工作范圍上分別保持盡可能小。
[0024]例如，如果導(dǎo)通損耗大于開關(guān)損耗時(shí)，可以增大功率開關(guān)的活動(dòng)芯片面積，或者如果導(dǎo)通損耗小于或者等于開關(guān)損耗時(shí)，可以減小功率開關(guān)的活動(dòng)芯片面積。功率開關(guān)的活動(dòng)芯片面積由半導(dǎo)體器件的活動(dòng)芯片面積之和確定，其被功率開關(guān)所包括并且在相應(yīng)的工作狀態(tài)中激活。分別被去激活的半導(dǎo)體器件實(shí)際上對于當(dāng)前的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗沒有貢獻(xiàn)。
[0025]下面借助附圖用多個(gè)實(shí)施例來進(jìn)一步闡述本發(fā)明。在此:
[0026]圖1示出了根據(jù)所提出的原理的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原理構(gòu)造，[0027]圖2示出了根據(jù)所提出的原理的功率電子設(shè)備的示例性的構(gòu)造，
[0028]圖3示出了根據(jù)所提出的原理的變流器的一個(gè)實(shí)施例，如其在圖1和圖2中可以使用的那樣，
[0029]圖4示出了根據(jù)所提出的原理的用于控制功率開關(guān)的流程圖的一個(gè)實(shí)施例，
[0030]圖5示出了根據(jù)所提出的原理的用于控制功率開關(guān)的流程圖的另一個(gè)實(shí)施例，
[0031]圖6示出了根據(jù)所提出的原理的用于控制功率開關(guān)的流程圖的附加例子。
[0032]圖1示出了帶有電機(jī)I和變流器2的電驅(qū)動(dòng)裝置的一般的構(gòu)造。變流器2也可以稱作功率電子設(shè)備。此外設(shè)置了調(diào)節(jié)裝置3。電機(jī)I在該例子中是三相電機(jī)，其由三個(gè)電氣相U、V、W饋電。在電機(jī)的輸出側(cè)形成轉(zhuǎn)動(dòng)軸。電機(jī)I可以用發(fā)電機(jī)的方式或者電動(dòng)機(jī)的方式工作。相應(yīng)地，變流器作為整流器或者逆變器工作。在電動(dòng)機(jī)方式的運(yùn)行中由直流電壓Udc借助變流器2來提供三個(gè)電氣相U、V、W。直流電壓至可變交流電壓的轉(zhuǎn)換借助脈寬調(diào)制來進(jìn)行，其中該轉(zhuǎn)換可以在三個(gè)相U、V、W中在幅度和頻率方面可變地設(shè)置。調(diào)節(jié)裝置3檢測電機(jī)I的所測量的量例如在所有三個(gè)相U、V、W中的電流和電壓，并且由此確定針對三個(gè)相U、V、W的電壓和頻率的預(yù)定值。
[0033]圖2用一個(gè)例子示出了圖1的變流器2。在輸入側(cè)示出了平滑電容器。該平滑電容器例如用于將高次諧波平滑，其中這些高次諧波會(huì)通過變流器中的功率開關(guān)Tl至T6的按時(shí)鐘運(yùn)行而形成。
[0034]變流器包括三個(gè)半橋4、5、6。每個(gè)半橋4、5、6包括兩個(gè)功率開關(guān)Tl、T2 ;Τ3、Τ4 ；Τ5、Τ6的串聯(lián)電路，其分別包括至少一個(gè)晶體管。每個(gè)功率開關(guān)!1、了2、了3、了4、了5、了6都反向并聯(lián)有二極管。分別形成半橋的功率開關(guān)的串聯(lián)電路在其所控制的段方面串聯(lián)并且連接在供電電勢端子7和參考電勢端子·8之間。直流電壓UDC降落在這些電勢之間。在半橋4、
5、6的串聯(lián)連接的功率開關(guān)之間的相應(yīng)中央截取節(jié)點(diǎn)上形成變流器的三個(gè)輸出端子，在其上可以截取在電壓和頻率的大小方面能夠調(diào)節(jié)的三個(gè)電氣相U、V、W。
[0035]二極管的反向并聯(lián)電路在此意味著，二極管在其極性上與直流電壓UDC的極性相反地連接。
[0036]通過功率開關(guān)Tl至Τ6的適當(dāng)?shù)拈_關(guān)，將直流電壓UDC轉(zhuǎn)換為三相的交流電壓U、V、W。在此，使用脈寬調(diào)制。所示的功率開關(guān)Tl至T6分別包括至少一個(gè)作為IGBT(絕緣柵雙極性晶體管)實(shí)施的功率半導(dǎo)體，其在此稱為半導(dǎo)體器件。功率開關(guān)Tl至T6在功率電子設(shè)備中也稱為閥(Ventil)。每個(gè)閥通過自己的驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備來被供給電能，如稍后還要具體闡述的那樣。在此，在IGBT的柵極接觸部和發(fā)射極接觸部之間存在的用于接通功率半導(dǎo)體的電容被充電到例如15V，并且為了關(guān)斷例如以-15V來放電或者接地。如圖2所示，在三相功率電子設(shè)備情況下需要六個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊，其與六個(gè)閥關(guān)聯(lián)。
[0037]閥由于其作為半導(dǎo)體的構(gòu)造而在接通狀態(tài)中并非表現(xiàn)為理想地低阻值。其具有不同于零的導(dǎo)通電阻。功率開關(guān)具有與電流非線性相關(guān)的瞬時(shí)電阻。該特性也適于二極管。
[0038]通過功率電子設(shè)備的按時(shí)鐘運(yùn)行此外還出現(xiàn)開關(guān)損耗，其通過在功率半導(dǎo)體中的載流子的重新加載過程而引起。開關(guān)損耗主要取決于要切換的電流的大小、中間回路的直流電壓、半導(dǎo)體芯片的開關(guān)頻率和溫度。
[0039]在端子7、8上的直流電壓理解為中間回路電壓，因?yàn)槠渫ǔＳ山涣麟妷壕W(wǎng)的交流電壓產(chǎn)生。為此，可以將另一變流器連接到供電網(wǎng)絡(luò)和端子7、8之間。[0040]導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗導(dǎo)致對功率開關(guān)的加熱。所形成的熱必須通過熱耦合到冷卻系統(tǒng)來散發(fā)，由此不超過在功率半導(dǎo)體中的所允許的最高溫度，并且由此可以避免損毀功率半導(dǎo)體。
[0041]圖3示出了根據(jù)圖2的閥的實(shí)施形式。示例性地，示出了第一閥包括功率開關(guān)Tl和并聯(lián)的二極管D1。其他的功率開關(guān)T2至T6同樣可以如圖3中所示的構(gòu)建。
[0042]圖3中的功率開關(guān)在該例子中包括四個(gè)相互并聯(lián)的半導(dǎo)體器件9、10、11、12。它們分別作為IGBT實(shí)施，即作為帶有絕緣的控制電極(柵極)的雙極性晶體管來實(shí)施，其中所有發(fā)射極端子和所有集電極端子分別相互連接。半導(dǎo)體器件9至12的柵極端子能夠借助相應(yīng)的開關(guān)信號S1、S2、S3、S4單獨(dú)地控制。二極管Dl包括四個(gè)并聯(lián)的二極管。半導(dǎo)體器件9至12的柵極端子通過控制開關(guān)C1、C2、C3、C4與驅(qū)動(dòng)器13的輸出端連接?？刂崎_關(guān)Cl、C2、C3、C4的控制端子單獨(dú)地與控制單元14連接?？刂茊卧?4例如可以由調(diào)節(jié)裝置3根據(jù)電機(jī)的實(shí)際量來控制。該控制稍后還要進(jìn)一步闡述。
[0043]在可替選的實(shí)施形式中并且因?yàn)槎O管不能被單獨(dú)地控制并且由此改變活動(dòng)芯片面積不可能，續(xù)流路徑也可以通過四倍芯片面積的唯一的分立二極管來實(shí)現(xiàn)。
[0044]借助所提出的將功率開關(guān)分為多個(gè)半導(dǎo)體器件，可能的是，改變要連接的晶體管的數(shù)目及其芯片大小。因此，可以使用分別相同芯片面積的晶體管9至12?？商孢x地，晶體管9至12可以具有不同的芯片面積，例如二進(jìn)制地分級。進(jìn)一步可替選的是，可能的是，將半導(dǎo)體器件9至12的活動(dòng)芯片面積與不同的、可確定的工作點(diǎn)的停留可能性匹配。
[0045]關(guān)于上面闡述的功率開關(guān)的導(dǎo)通損耗方面已經(jīng)確定的是，其具有與電流非線性相關(guān)的瞬時(shí)電阻。功率開關(guān)的導(dǎo)通特性曲線可以通過切線來近似，并且由此用解析方法來計(jì)算。在此假設(shè)的是，在正弦形電壓饋入的情況下電機(jī)以正弦形電流來反應(yīng)，這在正弦形饋電的電機(jī)情況下是允許的。由此，可以確定代表導(dǎo)通損耗的特性曲線，其良好近似地與功率開關(guān)Tl的半導(dǎo)體器件9至12的活動(dòng)芯片面積之和成反比。
[0046]相應(yīng)地，可以關(guān)于開關(guān)損耗方面分別與電流和溫度相關(guān)地提供特性曲線族，借助其可以確定開關(guān)損耗。開關(guān)頻率和中間回路電壓的影響在此可以線性地模仿。代表開關(guān)損耗的特性曲線在第一近似中與功率開關(guān)Tl的半導(dǎo)體器件9至12的活動(dòng)芯片面積之和成比例。
[0047]在一個(gè)傳統(tǒng)的功率電子設(shè)備情況下，在部分負(fù)載區(qū)域中的效率隨著變小的功率而明顯降低。隨著電機(jī)的較小的電功率雖然導(dǎo)通損耗不成比例地降低，然而開關(guān)損耗并不與驅(qū)動(dòng)功率相同程度地下降。這是在該部分負(fù)載范圍中功率電子設(shè)備的效率劣化的一個(gè)主要原因。在此，消除了該問題。每個(gè)閥的并聯(lián)的半導(dǎo)體器件的數(shù)目并非在電機(jī)的整個(gè)工作范圍上是恒定的，而是在運(yùn)行期間例如根據(jù)負(fù)載而改變。開關(guān)損耗與半導(dǎo)體器件中的要重新加載的載流子成比例。其與半導(dǎo)體器件的芯片面積成比例。較小的活動(dòng)芯片面積于是也意味著較小的開關(guān)損耗。在該方式中，雖然導(dǎo)通損耗在相同的相電流情況下由于減小了活動(dòng)芯片面積而變得略微更高，然而在該部分負(fù)載范圍中的升高具有明顯小于開關(guān)損耗降低的影響。
[0048]在實(shí)際的構(gòu)造中，所描述的控制方法意味著在功率電子設(shè)備的功率路徑中以及在驅(qū)動(dòng)模塊上沒有改變。僅僅在功率開關(guān)的半導(dǎo)體器件之前設(shè)置了附加的具有較低功效的開關(guān)，即控制開關(guān)Cl至C4。此外，對于附加的開關(guān)Cl至C4的控制裝置是必須的，其設(shè)置有附圖標(biāo)記14，并且例如具有用于根據(jù)工作狀態(tài)來將功率電子設(shè)備的總損耗優(yōu)化的算法?？商孢x地，在那里可以存放特性曲線族。借助所提出的原理，可以相應(yīng)地將根據(jù)圖1的帶有控制裝置的電機(jī)和根據(jù)圖2的功率電子設(shè)備的基本構(gòu)造保持不變，這保證了成本低廉的實(shí)施。
[0049]所提出的解決方案不需要附加的無源器件和另外的功率半導(dǎo)體。所描述的原理在根據(jù)圖1的配置情況下能夠選擇性地在電流調(diào)節(jié)裝置或者轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置中運(yùn)行。因?yàn)榇蠖鄶?shù)的驅(qū)動(dòng)裝置并非持續(xù)地在最大功率點(diǎn)或者額定功率點(diǎn)中運(yùn)行，所以在部分負(fù)載范圍中改善的效率是特別有利的。由此，整體上可以明顯改善電機(jī)的效率。
[0050]在控制單元14中用于控制活動(dòng)芯片面積的控制算法匹配時(shí)，可以進(jìn)行與晶體管配置的匹配，以便實(shí)現(xiàn)功率電子設(shè)備的最優(yōu)效率?？梢匀芜x地附加地一同考慮晶體管的熱特性。例如，可以在提高負(fù)載情況下始終將相同的晶體管接通。由此在功率電子設(shè)備模塊上(其可以包括根據(jù)圖3的功率電子設(shè)備)不均勻的熱形成會(huì)由不均勻的冷卻來對抗?？商孢x地，相同分布的或者隨機(jī)的接通是可能的。
[0051]在變流器中除了導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗之外還出現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)器損耗對于當(dāng)前的考察方式而言被忽略。
[0052]所基于的出發(fā)點(diǎn)是，功率開關(guān)的開關(guān)頻率例如在直至20kHz的范圍中。
[0053]所提出的控制裝置14的原理的工作原理在下面要借助示例性的流程圖來進(jìn)一步闡述。如已經(jīng)表明的那樣，控制單元14可以包括基于硬件和/或軟件的、用于分別損耗優(yōu)化地確定活動(dòng)芯片面積的實(shí)現(xiàn)。這可以通過一個(gè)或者多個(gè)特性曲線族和/或算法來實(shí)現(xiàn)。圖4在一個(gè)實(shí)施例中示出了這種情況。功率電子設(shè)備的狀態(tài)量用作第一步驟41中的輸入量。對于穩(wěn)定的運(yùn)行，當(dāng)前的量、即實(shí)際值是足夠的。任選地，可以附加地采用預(yù)定值、即瞬時(shí)過渡的所希望的狀態(tài)。在借助一個(gè)或者多個(gè)特性曲線族來實(shí)現(xiàn)的情況中，最優(yōu)的活動(dòng)芯片面積借助輸入量通過特性曲線族直接在步驟42中確定。在步驟43中實(shí)現(xiàn)的控制裝置的輸出確定了活動(dòng)芯片面積的最優(yōu)大小，并且確定了如下選擇:半導(dǎo)體器件9至12的哪些被激活并且哪些被去激活。相應(yīng)地，控制其他的、具有相應(yīng)的根據(jù)圖3的構(gòu)造的閥。
[0054]當(dāng)對此可替選地借助算法來確定活動(dòng)芯片面積時(shí)，設(shè)置有兩種可能性。在圖5中所示的第一實(shí)現(xiàn)可能性中，從在步驟51中所確定的輸入量出發(fā)，確定開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗(步驟52)。開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗在此相互分離地確定。該確定可以基于特性曲線族或者計(jì)算。在接下來的步驟53中，根據(jù)步驟52的結(jié)果來決定是否以及借助何種符號來改變活動(dòng)芯片面積，也即是否將活動(dòng)芯片面積減小、增大或者維持。如果開關(guān)損耗大于導(dǎo)通損耗，則減小芯面積。而如果開關(guān)損耗小于導(dǎo)通損耗，則增大芯片面積?；顒?dòng)芯片面積的變化在步驟54中進(jìn)行。隨后，對于改變的芯片面積又確定開關(guān)損耗并且與此獨(dú)立地確定導(dǎo)通損耗，使得得到迭代的過程。在多次迭代之后，出現(xiàn)最優(yōu)的活動(dòng)芯片面積。這可以稱為逐次逼近。前提是，輸入量相對于迭代速度僅僅緩慢地變化。
[0055]對于這種方式的一種可替選方案在圖6中示出。在第一步驟61中，如已經(jīng)針對圖4借助步驟41以及針對圖5借助步驟51所描述的那樣，確定輸入量。在隨后的步驟62中，針對不同的活動(dòng)芯片面積計(jì)算總損耗，尤其是借助當(dāng)前的芯片面積A、增大的芯片面積A +ΔΑ以及減小的芯片面積Α-ΛΑ來計(jì)算總損耗。如果借助增大的芯片面積的總損耗小于借助當(dāng)前芯片面積的總損耗，則增大活動(dòng)芯片面積。而如果借助較小的芯片面積的總損耗小于當(dāng)前的芯片面積，則減小當(dāng)前的芯片面積(步驟63，64)。接著，在步驟62中又針對變化的活動(dòng)芯片面積確定總損耗。在此也設(shè)置了迭代過程，其中在足夠頻繁的重復(fù)情況下設(shè)置最優(yōu)的活動(dòng)芯片面積。這里也給出了如下前提條件:輸入量僅僅緩慢地相對于迭代速度而變化。
[0056]在圖5的實(shí)施形式中以及在圖6的實(shí)施形式中都進(jìn)行了對由于半導(dǎo)體器件的離散數(shù)目導(dǎo)致的活動(dòng)芯片面積的可能分級的化整(Rundung)，其中進(jìn)行化整而保證了可靠的運(yùn)行。而在根據(jù)圖4的基于特性曲線族的方法中，可以在特性曲線族中已經(jīng)包含這種化整或者相應(yīng)的量化。
[0057]附圖標(biāo)記表
[0058]I 電機(jī)
[0059]2 變流器
[0060]3 調(diào)節(jié)裝置
[0061]4 半橋
[0062]5 半橋
[0063]6 半橋
[0064]7 直流電壓端子
[0065]8 參考電壓端子
[0066]9 半導(dǎo)體器件
[0067]10半導(dǎo)體器件
[0068]11半導(dǎo)體器件
[0069]12半導(dǎo)體器件
[0070]13驅(qū)動(dòng)器
[0071]14控制單元
[0072]Cl控制開關(guān)
[0073]C2控制開關(guān)
[0074]C3控制開關(guān)
[0075]C4控制開關(guān)
[0076]SI開關(guān)信號
[0077]S2開關(guān)信號
[0078]S3開關(guān)信號
[0079]S4開關(guān)信號
[0080]41確定輸入量
[0081]42根據(jù)特性曲線族確定損耗
[0082]43確定最有利的芯片面積
[0083]51輸入量確定
[0084]52確定開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗
[0085]53確定芯片面積的改變
[0086]54改變芯片面積
[0087]61輸入量確定
[0088]62確定總損耗[0089]63確定芯片面積的改變
[0090]64改變芯片面積
【權(quán)利要求】
1.一種用于電機(jī)的變流器，包括: 一至少一個(gè)功率開關(guān)(Tl)，該功率開關(guān)包括為了形成功率開關(guān)而相互連接的至少兩個(gè)半導(dǎo)體器件(9，10)， 一至少一個(gè)控制電路(Cl，C2，14)，其與所述至少一個(gè)功率開關(guān)(Tl)關(guān)聯(lián)，并且分別與所述至少兩個(gè)半導(dǎo)體器件(9，10)的控制輸入端連接，用于借助相應(yīng)的開關(guān)信號(S1，S2)來選擇性地接通和關(guān)斷所述半導(dǎo)體器件， 一其中所述開關(guān)信號(SI，S2)根據(jù)功率開關(guān)(Tl)的開關(guān)損耗以及導(dǎo)通損耗來產(chǎn)生。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變流器， 其中所述至少一個(gè)控制電路(C1，C2，14)包括存儲(chǔ)裝置，其中存放有在電機(jī)的部分負(fù)載范圍中功率開關(guān)的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗的相應(yīng)的特性曲線，并且所述開關(guān)信號(SI，S2)根據(jù)對這些特性曲線的分析而產(chǎn)生。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變流器， 其中代表導(dǎo)通損耗的特性曲線與所述至少一個(gè)功率開關(guān)(Tl)的半導(dǎo)體器件(9，10)的活動(dòng)芯片面積之和成反比，并且其中代表開關(guān)損耗的特性曲線與所述至少一個(gè)功率開關(guān)(Tl)的半導(dǎo)體器件(9，10)的活動(dòng)芯片面積之和成比例，并且所述開關(guān)信號(S1，S2)被產(chǎn)生為使得功率開關(guān)(Tl)的總損耗為最小。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的變流器， 其中所述特性曲線存放在至少一個(gè)特性曲線族中。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3·所述的變流器， 其中所述特性曲線在運(yùn)行時(shí)在計(jì)算單元中借助預(yù)先確定的計(jì)算規(guī)則來計(jì)算。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的變流器， 其中為了形成功率開關(guān)(Tl)而相互連接的至少兩個(gè)半導(dǎo)體器件(9，10)相互并聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的變流器， 其中每個(gè)功率開關(guān)(Tl)關(guān)聯(lián)有二極管(D1)，并且所述二極管與功率開關(guān)(Tl)并聯(lián)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的變流器， 其中控制電路(Cl，C2，14)包括至少兩個(gè)控制開關(guān)(Cl，C2)，其中每個(gè)控制開關(guān)(Cl，C2)分別關(guān)聯(lián)有半導(dǎo)體器件(9，10)，并且用于借助相應(yīng)的開關(guān)信號(SI，S2)選擇性地接通和關(guān)斷半導(dǎo)體器件(9，10)，其中控制開關(guān)(C1，C2)在負(fù)載側(cè)連接在驅(qū)動(dòng)器(13)和相應(yīng)關(guān)聯(lián)的半導(dǎo)體器件(9，10)的控制輸入端之間，并且在控制側(cè)與控制單元(14)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的變流器， 其中所述半導(dǎo)體器件(9，10)是絕緣柵雙極性晶體管類型。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的變流器， 其中為了形成功率開關(guān)(Tl)而相互連接的至少兩個(gè)半導(dǎo)體器件(9，10)大小相同。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的變流器， 其中為了形成功率開關(guān)(Tl)而相互連接的至少兩個(gè)半導(dǎo)體器件(9，10)相對于彼此具有二進(jìn)制分級的芯片面積。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11之一所述的變流器， 其包括三個(gè)半橋(4，5，6)，其中每個(gè)半橋(4，5，6)關(guān)聯(lián)有電氣相(U，V，W)，并且各具有兩個(gè)功率開關(guān)(Tl，T2 ；Τ3, Τ4 ；Τ5, Τ6)。
13.一種用于控制功率開關(guān)(Tl)的方法，該功率開關(guān)包括并聯(lián)的多個(gè)半導(dǎo)體器件(9，10),所述方法包括: 一確定(52)功率開關(guān)的導(dǎo)通損耗， 一確定(52)功率開關(guān)的開關(guān)損耗， 一將導(dǎo)通損耗與開關(guān)損耗比較(53)， 一根據(jù)比較結(jié)果來激活或者去激活所述功率開關(guān)中的各半導(dǎo)體器件(54)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中 一如果導(dǎo)通損耗大于開關(guān)損耗，則將功率開關(guān)的活動(dòng)芯片面積增大， 一如果導(dǎo)通 損耗小于或者等于開關(guān)損耗，則將功率開關(guān)的活動(dòng)芯片面積減小。
【文檔編號】H02M7/00GK103858330SQ201280013286
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月16日
【發(fā)明者】克勞斯·米爾鮑爾 申請人:菲艾姆股份有限公司