本申請(包括附圖)基于美國法典第35條119(e)款要求2015年6月19日提交的62/182,108號美國臨時(shí)申請的優(yōu)先權(quán)和申請日，該臨時(shí)申請?zhí)卮吮灰枚喜⒂诒疚闹小?/p>

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及一種用于控制電機(jī)的方法和具有熱管理的逆變器。

背景技術(shù)：

電機(jī)可能以具有永磁體的轉(zhuǎn)子以及定子為特征，諸如內(nèi)置式永磁體(IPM)電機(jī)或IPM同步電機(jī)。逆變器可能控制電動機(jī)或其它電機(jī)，諸如交流電機(jī)、變頻電機(jī)。在某些現(xiàn)有技術(shù)中，能夠由逆變器提供給電機(jī)的最大電流被逆變器的開關(guān)裝置的結(jié)點(diǎn)溫度(junction temperature)所限制。在停止運(yùn)行以及低基頻運(yùn)行時(shí)，逆變器的電流輸出能力被限定為較低的輸出能力，該較低的輸出能力比在較高基頻運(yùn)行時(shí)能實(shí)現(xiàn)的輸出能力低。因而，需要一種具有用于控制電機(jī)的熱管理的改進(jìn)方法及逆變器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提出一種用于電機(jī)控制的方法和具有熱管理的逆變器。電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)基于用于控制電機(jī)(例如，電動機(jī))的轉(zhuǎn)矩、速度或方向的轉(zhuǎn)矩命令確定一個(gè)或多個(gè)逆變器相的基頻。電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)基于轉(zhuǎn)矩命令或其它輸入數(shù)據(jù)建立初始參考輸出電流。溫度估算模塊針對逆變器的每個(gè)相估算多個(gè)半導(dǎo)體器件之中相應(yīng)的半導(dǎo)體器件的每個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度。溫度估算模塊或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)確定了半導(dǎo)體器件之中具有最高結(jié)點(diǎn)溫度的最熱的器件。針對各個(gè)半導(dǎo)體器件，熱調(diào)節(jié)模塊或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)確定所述最高結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)(例如，絕對結(jié)點(diǎn)溫度，或結(jié)點(diǎn)溫度的升高或差值)小于最大結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)(例如，絕對最大結(jié)點(diǎn)溫度，或結(jié)點(diǎn)溫度的最大升高或最大差值)或決定是否要調(diào)節(jié)半導(dǎo)體器件的占空因數(shù)。

附圖說明

圖1A是具有用于對電機(jī)進(jìn)行控制的熱管理的方法和逆變器的一個(gè)實(shí)施例的框圖。

圖1B是比圖1A更詳細(xì)地示出圖1A的逆變器開關(guān)電路的框圖。

圖2是與圖1A和圖1B一致的電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的框圖。

圖3是具有用于對電機(jī)進(jìn)行控制的熱管理的方法和逆變器的第一實(shí)施例的流程圖。

圖4是具有用于對電機(jī)進(jìn)行控制的熱管理的方法和逆變器的第二實(shí)施例的流程圖。

圖5是具有用于對電機(jī)進(jìn)行控制的熱管理的方法和逆變器的第三實(shí)施例的流程圖。

圖6是具有用于對電機(jī)進(jìn)行控制的熱管理的方法和逆變器的第四實(shí)施例的流程圖。

圖7是具有用于對電機(jī)進(jìn)行控制的熱管理的方法和逆變器的第五實(shí)施例的流程圖。

圖8是具有用于對電機(jī)進(jìn)行控制的熱管理的方法和逆變器的第六實(shí)施例的流程圖。

圖9是每個(gè)相端子的電流輸出波形以及作為到輸入相端子之一的輸入的對應(yīng)的驅(qū)動波形(例如，基本上為三角波形)的圖表，該驅(qū)動波形使得最大平均二極管電流基本上等于中等平均二極管電流。

圖10A示出在逆變器的輸出端子處的第一相電流(例如，相A)幅度隨相角(以度為單位)變化的曲線圖。

圖10B示出在逆變器的輸出端子處的第一相溫度隨相角(以度為單位)變化的曲線圖，其中圖10B的溫度的相角與圖10A的電流的相角對齊。

圖10C示出第一相偏移函數(shù)(phase offset function)，其作為到第一相端子的輸入以根據(jù)溫度管理計(jì)劃在一個(gè)或多個(gè)相的開關(guān)或二極管之間分配熱耗散，其中共模偏移函數(shù)(common mode offset function)的相角與圖10A的電流的相角對齊。

圖11A示出處于高于電機(jī)的停轉(zhuǎn)速度的低基頻下的逆變器的輸出端子處的相電流幅度隨時(shí)間變化的曲線圖。

圖11B示出處于高于電機(jī)的停轉(zhuǎn)速度的低基頻下的經(jīng)調(diào)節(jié)的占空比函數(shù)或直流(DC)偏移函數(shù)。

圖12A示出處于等于或接近于電機(jī)的停轉(zhuǎn)速度的低速下的逆變器的輸出端子處的相電流幅度隨時(shí)間變化的曲線圖。

圖12B示出處于等于或接近于電機(jī)的停轉(zhuǎn)速度的低速下的經(jīng)調(diào)節(jié)的占空比函數(shù)或直流(DC)偏移函數(shù)。

圖13A示出了用于具有各種相應(yīng)的共模占空因數(shù)百分比的逆變器的說明性的相中的高側(cè)開關(guān)(high-side switch)的功率隨時(shí)間變化的曲線圖。

圖13B示出了用于圖13A的處于各種相應(yīng)的共模占空因數(shù)百分比的高側(cè)開關(guān)的溫度隨時(shí)間變化的曲線圖。

圖14A示出了用于在具有各種相應(yīng)的共模占空因數(shù)百分比的逆變器的說明性的相(例如，圖11A中的相同的相)中的低側(cè)二極管的功率隨時(shí)間變化的曲線圖。

圖14B示出了用于圖12A的處于各種相應(yīng)的共模占空因數(shù)百分比的低側(cè)二極管的溫度隨時(shí)間變化的曲線圖。

具體實(shí)施方式

本根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，圖1A披露了用于對電機(jī)117(例如內(nèi)置式永磁體(IPM)電機(jī))或具有熱管理的其他電機(jī)(例如，交流電機(jī))進(jìn)行控制的方法和逆變器。在一個(gè)實(shí)施例中，除電機(jī)117以外的系統(tǒng)可以被稱為逆變器或電機(jī)控制器。熱管理適于在逆變器的不同的半導(dǎo)體器件之間或之中進(jìn)行熱的分配和功率管理。

所述系統(tǒng)包括電子模塊、軟件模塊、或包括電子模塊和軟件模塊二者。在一個(gè)實(shí)施例中，電機(jī)控制器包括電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120以支持一個(gè)或多個(gè)軟件模塊的軟件指令的儲存、處理或執(zhí)行。由圖1A中的虛線指示了電子數(shù)據(jù)加工系統(tǒng)120，并且其將在圖2中更詳細(xì)示出。

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120聯(lián)接至逆變器188。在一個(gè)實(shí)施例中，逆變器188包括半導(dǎo)體驅(qū)動電路，其驅(qū)動或控制一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件(例如，絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)或其它功率開關(guān)晶體)，以輸出用于電機(jī)117的控制信號。繼而，逆變器188聯(lián)接至電機(jī)117。在一個(gè)實(shí)施例中，電機(jī)117與可選擇的傳感器115(例如，位置傳感器、旋轉(zhuǎn)變壓器(resolver)或編碼器位置傳感器)相關(guān)聯(lián)，該可選擇的傳感器115被關(guān)聯(lián)至電機(jī)軸126或轉(zhuǎn)子?？蛇x擇的傳感器115和電機(jī)117被聯(lián)接至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120以提供反饋數(shù)據(jù)(例如，電流反饋數(shù)據(jù)，諸如i_a、i_b、i_c)、原始位置信號、以及其他可能的反饋數(shù)據(jù)或信號。

在替代實(shí)施例中，可選擇的傳感器115可以被刪除或者由無傳感器位置設(shè)計(jì)所替代，所述無傳感器位置設(shè)計(jì)經(jīng)由感測電路124使用在相輸出端子處的電流和/或電壓反饋?？蛇x擇的傳感器115在圖1A中由虛線指示為可選的。其它可能的反饋數(shù)據(jù)包括但不限于：逆變器的繞組溫度讀數(shù)、逆變器188的半導(dǎo)體溫度讀數(shù)、三相電壓數(shù)據(jù)、或者電機(jī)117的其它的熱或性能信息。

在一個(gè)實(shí)施例中，電流控制模塊107被聯(lián)接至車輛數(shù)據(jù)總線118。電流控制模塊107接收轉(zhuǎn)矩命令(例如，經(jīng)由車輛數(shù)據(jù)總線118)并且將所述轉(zhuǎn)矩命令轉(zhuǎn)換為Id和Iq命令(例如，電流命令)。例如，所述Id和Iq命令分別與輸出電壓Vd*和Vq*相關(guān)聯(lián)，輸出電壓Vd*和Vq*被提供給脈寬調(diào)制生成模塊112以控制所述電機(jī)或交流電機(jī)117。D-q軸電流是指可應(yīng)用于矢量控制的交流電機(jī)(諸如電機(jī)117)中的直軸電流和正交軸電流。繼而，一個(gè)或多個(gè)輸出(例如，直軸電流數(shù)據(jù)(i_d*)和正交軸電流數(shù)據(jù)(i_q*))被提供或聯(lián)接至電流調(diào)節(jié)控制器111。

電流調(diào)節(jié)控制器111能夠與脈寬調(diào)制(PWM)生成模塊112(例如，空間矢量PWM生成模塊)通信。電流調(diào)節(jié)控制器111接收相應(yīng)的d-q軸電流命令(例如，i_d*和i_q*)以及實(shí)際d-q軸電流(例如，i_d和i_q)并且輸出對應(yīng)的d-q軸電壓命令(例如，v_d*和v_q*命令)用于輸入至所述PWM生成模塊112。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述PWM生成模塊112將源自兩相數(shù)據(jù)表示法的直軸電壓和正交軸電壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三相表示法(例如，三相電壓表示法，諸如v_a*，v_b*，和v_c*)例如用于控制所述電機(jī)117。所述PWM生成模塊112的輸出被聯(lián)接至逆變器188。

所述逆變器188包括功率電子器件，諸如開關(guān)半導(dǎo)體，以生成、修改和控制被施加到電機(jī)117上的脈寬調(diào)制信號或其它交流信號(例如脈沖、方波、正弦、或其它波形)。所述PWM生成模塊112向逆變器188內(nèi)的驅(qū)動器級提供輸入。所述逆變器188的輸出級提供調(diào)制信號、脈寬調(diào)制信號、脈寬調(diào)制電壓波形、空間矢量脈寬調(diào)制(space-vector，pulse-width modulated，SVPWM)信號電壓信號、或用于控制所述電機(jī)的其它信號。在一個(gè)實(shí)施例中，逆變器188由直流(DC)電壓總線供電。

電機(jī)117與對所述電機(jī)軸126的角位置、所述電機(jī)軸126的速度或速率、以及所述電機(jī)軸126的旋轉(zhuǎn)方向中至少一個(gè)進(jìn)行測量的一種可選擇的傳感器115(例如，旋轉(zhuǎn)變壓器、編碼器、速度傳感器、或一個(gè)或多個(gè)位置傳感器)相關(guān)聯(lián)。所述可選擇的傳感器115可以安裝在電機(jī)軸126上或與電機(jī)軸126集成一體。所述傳感器115的輸出能夠與主處理模塊114(例如，位置和速度處理模塊)通信。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器115可以聯(lián)接至模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(未示出)，所述模-數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬的位置數(shù)據(jù)或速率數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)換成數(shù)字的位置或速率數(shù)據(jù)。在其它實(shí)施例中，可選擇的傳感器115(例如，數(shù)字位置編碼器)可以為電機(jī)軸126或轉(zhuǎn)子提供位置數(shù)據(jù)或速率數(shù)據(jù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出。

所述主處理模塊114的第一輸出(例如，電機(jī)117的位置數(shù)據(jù)和速度數(shù)據(jù))被發(fā)送至相轉(zhuǎn)換器113(例如三相到兩相電流Park變換模塊)，相轉(zhuǎn)換器113將測得電流的相應(yīng)的三相數(shù)字表示法轉(zhuǎn)換為測得電流的相應(yīng)的兩相數(shù)字表示法。所述主處理模塊114的第二輸出(例如，速度數(shù)據(jù))被發(fā)送至電流控制模塊107。

感測電路124的輸入被聯(lián)接至電機(jī)117的端子或逆變器188的輸出相端子，以用于至少感測所測的三相電流。感測電路124的輸入也聯(lián)接至逆變器188的直流鏈路端子，以用于感測所述直流(DC)總線(例如，高壓DC總線，其可向逆變器188提供DC功率)的電壓電平。所述感測電路124的輸出被聯(lián)接至模-數(shù)轉(zhuǎn)換器122，以用于對所述感測電路124的輸出進(jìn)行數(shù)字化。繼而，所述模-數(shù)轉(zhuǎn)換器122的數(shù)字輸出被聯(lián)接至副處理模塊116(例如，直流(DC)總線和三相電流處理模塊)。例如，所述感測電路124與所述電機(jī)117關(guān)聯(lián)以用于測量三相電流(例如，施加到所述電機(jī)117的繞組的電流，感應(yīng)到所述繞組內(nèi)的反電動勢，或這二者)。

對于主處理模塊114和副處理模塊116的某些輸出饋送給所述相轉(zhuǎn)換器113。例如，所述相轉(zhuǎn)換器113可以應(yīng)用Park變換或其它換算公式(例如，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言已知的某些適當(dāng)?shù)膿Q算公式)，以基于來自副處理模塊116的數(shù)字三相電流數(shù)據(jù)和來自傳感器115的位置數(shù)據(jù)將測得的電流的三相表示法轉(zhuǎn)換為電流的兩相表示法。所述相轉(zhuǎn)換器113模塊的輸出被聯(lián)接至電流控制模塊107。此外，所述副處理模塊可以提供所述逆變器188的直流總線的輸入數(shù)據(jù)或直流電壓電平給電流控制模塊107。

在一個(gè)實(shí)施例中，溫度估算模塊104估算所述逆變器中的一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)、二極管、或它們二者的溫度參數(shù)。溫度參數(shù)可以指的是源自環(huán)境溫度、逆變器關(guān)閉溫度、或參考溫度的絕對溫度或溫度變化。例如，溫度估算模塊可以基于處于穩(wěn)態(tài)操作的半導(dǎo)體器件(例如開關(guān)或二極管)的熱阻抗(Θ)，和/或利用半導(dǎo)體器件的在低基頻包括停轉(zhuǎn)狀況的動態(tài)輸入(例如，實(shí)際或模型化的電流)、以及利用半導(dǎo)體器件的功率耗散(P)(例如，相電流的一個(gè)周期范圍內(nèi)的傳導(dǎo)損耗和開關(guān)損耗)來估算開關(guān)、二極管或這二者的溫度參數(shù)，其中所述器件的所估算的溫度參數(shù)等于熱阻抗乘以功率耗散，或者與熱阻抗乘以功率耗散成比例。溫度估算模塊104可以使用所述熱阻抗(Θ)的動態(tài)模型，包括，例如，所述逆變器188中的特定半導(dǎo)體器件的熱時(shí)間常數(shù)和電阻。

溫度估算模塊104可以與溫度傳感器103相關(guān)聯(lián)，所述溫度傳感器103感測出被循環(huán)以用于冷卻所述逆變器188的冷卻劑的溫度參數(shù)(例如絕對溫度或溫度變化)，或者所述溫度傳感器103被安裝在所述逆變器188的一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件中、周圍或附近。例如，溫度傳感器103可包括熱敏電阻，紅外熱傳感器、或其他熱傳感器。

在一個(gè)實(shí)施例中，溫度估算模塊104和峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的周期數(shù)據(jù)(peak adjusted cycle data)131(例如，查找表)被聯(lián)接至熱調(diào)節(jié)模塊130。所述熱調(diào)節(jié)模塊130可以使用來自以下一項(xiàng)或多項(xiàng)的輸入數(shù)據(jù)：溫度估算模塊104、溫度傳感器、峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的周期數(shù)據(jù)131、和相轉(zhuǎn)換器113。所述熱調(diào)節(jié)模塊130的輸出數(shù)據(jù)可以被發(fā)送至脈寬調(diào)制生成模塊112、逆變器188、或這二者。基于前述輸入數(shù)據(jù)，熱調(diào)節(jié)模塊130可以調(diào)節(jié)(例如，經(jīng)由所述脈寬調(diào)制生成模塊112所輸出的載波波形而間接地進(jìn)行)以下一項(xiàng)或多項(xiàng)：(1)占空因數(shù)(duty cycle)，諸如共模占空因數(shù)，其也稱為多相輸出199的DC(直流)偏移或零態(tài)，(2)所述逆變器188的一個(gè)或多個(gè)相輸出199的占空因數(shù)，用以管理在所述逆變器188的一個(gè)或多個(gè)高側(cè)半導(dǎo)體器件(例如，高側(cè)開關(guān)和高側(cè)二極管)與一個(gè)或多個(gè)低側(cè)半導(dǎo)體器件(例如，低側(cè)開關(guān)和低側(cè)半導(dǎo)體)之間的熱耗散的分配，(3)所述逆變器188的一或多相輸出的占空因數(shù)，用以管理在逆變器188的一個(gè)或多個(gè)相中在所述逆變器的一個(gè)或多個(gè)二極管與一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)之間的熱耗散的分配，(4)所述共模占空因數(shù)波形或經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)波形的峰值幅度或注入百分比(即，占空因數(shù)的變化范圍是從0到1，而注入百分比將占空因數(shù)表示為百分比)，以在一個(gè)或多個(gè)相的高側(cè)和低側(cè)半導(dǎo)體器件之間分配熱耗散，以及(5)共模偏移波形或經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)波形相對于輸出相的相偏移(例如，注入偏移函數(shù)中的大約(正或負(fù)10％)零度至大約360度的移位)，以在逆變器188的一個(gè)或多個(gè)相輸出199的半導(dǎo)體開關(guān)和半導(dǎo)體二極管之間分配熱耗散。結(jié)合圖1B更詳細(xì)地描述所述逆變器188的半導(dǎo)體器件。

在一個(gè)實(shí)施例中，方法或系統(tǒng)可以按如下方式操作。所述電流控制模塊107在車輛數(shù)據(jù)總線118上接收輸入控制數(shù)據(jù)訊息，諸如速度控制數(shù)據(jù)訊息、電壓控制數(shù)據(jù)訊息、或轉(zhuǎn)矩控制數(shù)據(jù)訊息。

所述電流控制模塊107選擇或確定與相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩控制命令數(shù)據(jù)和相應(yīng)的電機(jī)軸126速度數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的直軸電流命令數(shù)據(jù)和正交軸電流命令數(shù)據(jù)。電機(jī)117上的可選擇的傳感器115便利了電機(jī)軸126的所檢測得的速度數(shù)據(jù)的提供，其中所述主處理模塊114可以將由傳感器115所提供的位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為速度數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，電機(jī)117可以包括內(nèi)置式永磁體(IPM)電機(jī)或IPM同步電機(jī)(IPMSM)。IPMSM相比于常規(guī)感應(yīng)電機(jī)或表面安裝永磁體(SMPM)電機(jī)具有許多有利的優(yōu)點(diǎn)，諸如以高效率、高功率密度、寬恒定功率操作區(qū)域、以及無需維修為例。在一個(gè)實(shí)施例中，電機(jī)117可包括交流三相變頻驅(qū)動電機(jī)。

可選擇的傳感器115(例如軸或轉(zhuǎn)子速度檢測器)通常包括但不限于以下中的一種或多種：光學(xué)編碼器、磁場傳感器(例如，霍爾效應(yīng)傳感器)、磁阻傳感器、或旋轉(zhuǎn)變壓器(例如，無刷旋轉(zhuǎn)變壓器)。在一種構(gòu)造中，傳感器115包括位置傳感器，其中位置數(shù)據(jù)和相關(guān)聯(lián)的時(shí)間數(shù)據(jù)被處理以確定電機(jī)軸126的速度或速率數(shù)據(jù)。在另一構(gòu)造中，可選擇的傳感器115包括速度傳感器，或速度傳感器與積分器的組合，以確定電機(jī)軸的位置?？蛇x擇的傳感器115也可被移除并且無傳感器位置檢測方法可以用來獲得位置和速率信息。

對于某些電機(jī)控制方案(例如，直接轉(zhuǎn)矩控制或矢量控制)而言，基于由用戶或控制器所輸入的用于在電機(jī)運(yùn)行模式或制動模式或發(fā)電模式中控制電動機(jī)或電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)子速度或方向的轉(zhuǎn)矩命令，確定逆變器的基頻或載波頻率。在某些實(shí)施例中，基頻低于PWM載波頻率以便利提供在基頻的精確正弦波性。若逆變器的基頻少于或等于(基本)閾值頻率(例如，小于大約2Hz，或取決于逆變器的熱時(shí)間常數(shù)的另一合適的閾值頻率)，或者若轉(zhuǎn)子速度處于或低于一定閾值，則熱調(diào)節(jié)模塊130或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120的數(shù)據(jù)處理器允許熱調(diào)節(jié)(例如，共模偏移波形的占空因數(shù)調(diào)節(jié)、共模偏移波形的相偏移、或二者)。在逆變器188或電機(jī)控制器中，占空因數(shù)調(diào)節(jié)允許使得電機(jī)的停轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩或低速轉(zhuǎn)矩最小化或滿負(fù)荷使用。停轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩被限定為當(dāng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為零時(shí)產(chǎn)生的電機(jī)轉(zhuǎn)矩。如果基頻大于閡值頻率，則熱調(diào)節(jié)模塊130或數(shù)據(jù)處理器基于SVPWM算法或其他調(diào)制方案(例如，其中產(chǎn)生或使用了d-q軸電壓命令(例如，v_d*和v_q*命令))而確定占空因數(shù)或占空比。

在圖1B中，在一個(gè)例子中，逆變器188或逆變器具有三個(gè)輸出相：相A(355)、相B(357)和相C(359)。如在整個(gè)本文檔中所使用的那樣，半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體開關(guān)(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6)、二極管(D1、D2、D3、D4、D5和D6)、或同時(shí)包括半導(dǎo)體開關(guān)和二極管兩者。每個(gè)輸出相具有高側(cè)(或高壓側(cè))開關(guān)(Q1、Q3、Q5)和低側(cè)(或低壓側(cè))開關(guān)(Q2、Q4、Q6)。每個(gè)高側(cè)開關(guān)可具有開關(guān)端子(361，362)和控制端子370。類似地，每個(gè)低側(cè)開關(guān)可具有開關(guān)端子(363，364)和控制端子371。每個(gè)高側(cè)開關(guān)的第一開關(guān)端子361被聯(lián)接至正的直流源380或總線。每個(gè)低側(cè)開關(guān)的第一開關(guān)端子364被聯(lián)接至負(fù)的直流源381或總線。如圖所示，高側(cè)開關(guān)的第二開關(guān)端子362被聯(lián)接至低側(cè)開關(guān)的第二開關(guān)端子363以提供用于單個(gè)相的輸出信號，諸如脈寬調(diào)制輸出信號。每個(gè)高側(cè)(或高壓側(cè))二極管(D1，D3，D5)可以設(shè)置成與相應(yīng)的高側(cè)開關(guān)(Q1，Q3，Q5)的開關(guān)端子(361，362)并聯(lián)，并且每個(gè)低側(cè)(或低壓側(cè))二極管(D2，D4，D6)可以設(shè)置成與相應(yīng)的低側(cè)開關(guān)(Q2，Q4，Q6)的開關(guān)端子(363，364)并聯(lián)。

對于每個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)，如果半導(dǎo)體開關(guān)包括晶體管，則開關(guān)端子(361，362，363，364)可指發(fā)射極和集電極；或者，如果半導(dǎo)體器件包括場效應(yīng)晶體管，則開關(guān)端子可指源極和漏極。半導(dǎo)體器件的控制端子(例如，基極或柵極)被聯(lián)接至控制電路或驅(qū)動器177。

驅(qū)動器177可包括電路、控制器、微控制器、可編程邏輯陣列、微處理器、或適于向控制端子(370，371)提供驅(qū)動信號的其他數(shù)據(jù)處理器。例如，驅(qū)動器177對于每個(gè)相為以同步或協(xié)同的方式向低側(cè)開關(guān)(Q2，Q4，Q6)和高側(cè)開關(guān)(Q1，Q3，Q5)的控制端子(370，371)提供一組控制信號。熱調(diào)節(jié)模塊130可改變或調(diào)節(jié)施加到驅(qū)動器177的控制信號的持續(xù)時(shí)間和相(或極性)，以控制所述開關(guān)(Q1-Q6)的控制端子去調(diào)節(jié)所述半導(dǎo)體器件(包括Q1至Q6，以及包括D1至D6)之中的熱分布。對于一個(gè)或多個(gè)相而言，由驅(qū)動器177施加到這些開關(guān)的控制端子(370、371)中某些控制端子上的某些控制信號的的持續(xù)時(shí)間或持續(xù)時(shí)間的比率決定了在一個(gè)或多個(gè)相中用于所述半導(dǎo)體器件的占空因數(shù)或占空比(duty ratio)。

例如，如果基頻較低或低于閾值頻率，則控制信號可合并或可源自(共模偏移函數(shù)波形或)諸如在圖10、圖11C、圖12B或圖13B中所示的經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)(adjusted duty cycle)(例如，508、514、575、576、528、530)。在一個(gè)實(shí)施例中，端子調(diào)節(jié)模塊130或PWM生成模塊112在除了停轉(zhuǎn)以外的情況下在所有相上對稱地改變占空因數(shù)。對于不在停轉(zhuǎn)狀況下操作的三相系統(tǒng)而言，被注入以提供共模占空因數(shù)改變的共模偏移波形的頻率通常是基頻的三倍倍數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，最佳DC偏移函數(shù)波形是半導(dǎo)體器件參數(shù)或特性的函數(shù)，其可以從特征化過程、測試、或制造商說明書獲得。

如在本文檔全文所使用的，占空因數(shù)或占空比可指共模占空比，第一相(例如相A)占空比，第二相(例如相B)占空比、或第三相(例如相C)占空比。盡管為例示目的，占空因數(shù)或占空比可以參考空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的特定段來加以定義，但應(yīng)理解的是，占空因數(shù)或占空比可施加到SVPWM或其它PWM控制方案的任何段。

對于逆變器的單個(gè)相的脈寬調(diào)制信號而言，可以根據(jù)下列公式確定任一開關(guān)的占空因數(shù)。

D＝T_on/(T_on+T_off)，

其中T_on是用于一個(gè)周期或循環(huán)的PWM信號的脈沖寬度的開啟持續(xù)時(shí)間或開啟時(shí)間，并且T_off是用于該周期或循環(huán)的關(guān)斷持續(xù)時(shí)間或關(guān)斷時(shí)間。T_on+T_off等于PWM信號的一個(gè)循環(huán)或周期。占空因數(shù)可以具有從0至1的范圍。為獲得在逆變器的輸出端子處的全差分交流(AC)輸出電壓能力，則需要基線占空因數(shù)或0.5的占空因數(shù)。用于低側(cè)二極管和低側(cè)開關(guān)的占空因數(shù)為1-D，其中D是用于高側(cè)開關(guān)和二極管的占空因數(shù)。在通常的基于IGBT(基于絕緣柵雙極型晶體管)的逆變器(例如，逆變器188)中，導(dǎo)通的半導(dǎo)體器件依賴于電流流動；開關(guān)器件(包括Q1-Q6)不能夠反向?qū)?，從而使得?lián)接至非導(dǎo)通開關(guān)器件的反平行(anti-parallel)二極管(分別為D1-D6)將會在(例如，用于開關(guān)器件的驅(qū)動波形的)循環(huán)的這一部分期間導(dǎo)通。改變D可以使得傳導(dǎo)損耗(或熱耗散)在一個(gè)相的高側(cè)與低側(cè)半導(dǎo)體器件之間改變，并且可以影響所述逆變器的最大差分電壓輸出。當(dāng)半導(dǎo)體器件之中的傳導(dǎo)損耗的熱平均不能將可能隨著基頻變化的熱變化和紋波在半導(dǎo)體器件之間或之中保持為最小時(shí)，以上關(guān)系以對稱的方式應(yīng)用于三相逆變器(例如，逆變器188)(例如，用于三向逆變器的三次諧波共模注入)以使得傳導(dǎo)損耗在逆變器(例如，188)中在半導(dǎo)體器件之中移轉(zhuǎn)。

對于在SVPWM的一段中的三相逆變器而言，共模占空因數(shù)將所有三個(gè)相的占空因數(shù)限定為：

其中t₇被限定為對于所有三個(gè)相(A、B和C)的高側(cè)半導(dǎo)體器件(Q1、Q3、Q5)而言的工作或接通持續(xù)時(shí)間，并且其中T_s是對于任何給定SVPWM段的開關(guān)周期的總周期持續(xù)時(shí)間。例如，對于SVPWM的第一段(section one)而言，Ts＝t0+t1+t2+t7，其中t0被定義為用于基本上同時(shí)處于開啟狀態(tài)的所有低側(cè)開關(guān)(Q2，Q4，Q6)的工作或開啟的持續(xù)時(shí)間；t1被定義為用于基本上同時(shí)處于開啟狀態(tài)的相A高側(cè)開關(guān)(Q1)、相B低側(cè)開關(guān)(Q4)和相C低側(cè)開關(guān)(Q6)的工作或開啟的持續(xù)時(shí)間；t2被定義為用于基本上同時(shí)處于開啟狀態(tài)的相A高側(cè)開關(guān)(Q1)、相B高側(cè)開關(guān)(Q3)和相C低側(cè)開關(guān)(Q6)的工作或開啟的持續(xù)時(shí)間；并且t7被定義為用于基本上同時(shí)處于開啟狀態(tài)的高側(cè)開關(guān)(Q1，Q3，Q5)的所有三個(gè)相的持續(xù)時(shí)間。在相輸出端子處的輸出電壓對于t0和t7而言為零，使得逆變器188的驅(qū)動器級可以調(diào)節(jié)to和t7而不改變在相輸出端子199處提供的對電機(jī)(例如電機(jī)117)進(jìn)行控制的輸出電流(或其相位關(guān)系)。然而，t1和t2的持續(xù)時(shí)間必須保持恒定，以避免在輸出端子199處導(dǎo)致對于電機(jī)相電流的不希望的改變。在相A端子355、相B端子357、和相C端子359處的相占空比是分別通過下列公式定義的：

其中t，t2，t7和t0是處于開啟的或工作狀態(tài)的某些半導(dǎo)體開關(guān)的持續(xù)時(shí)間，如上文之定義。

相應(yīng)地，對于所述SVPM的第一段而言，所有三個(gè)高側(cè)開關(guān)(Q1，Q3和Q5)開啟或工作的矢量或模式的持續(xù)時(shí)間t₇和所有三個(gè)低側(cè)開關(guān)(Q2，Q4和Q6)開啟或工作的矢量或模式的持續(xù)時(shí)間t₀可以用來調(diào)節(jié)所述共模占空比；因此，可用于管理所述逆變器188中的半導(dǎo)體開關(guān)(Q1至Q6，包括在內(nèi))和二極管(D1至D6，包括在內(nèi))中每一個(gè)的溫度。

相應(yīng)地，對于所述SVPWM的第一段而言，如果t₀持續(xù)時(shí)間增加或如果t₇持續(xù)時(shí)間增加，則所述PWM共模占空比增加。相反地，對于所述SVPWM的段1，如果t₀減少或如果t₇減少，則所述共模占空比減少。

通過改變具有(例如，基于功率損耗(P_j)和熱阻抗(Θ)的乘積估算或確定的)最高溫度的開關(guān)器件(例如，包括Q1-Q6在內(nèi))的占空因數(shù)，熱調(diào)節(jié)模塊130可以調(diào)節(jié)在開關(guān)中的峰值電流的持續(xù)時(shí)間。處于導(dǎo)通狀態(tài)(由逆變器188的操作模式或調(diào)制所限定)的其它半導(dǎo)體器件(例如，與具有經(jīng)改變的占空因數(shù)的最熱半導(dǎo)體器件不同的半導(dǎo)體器件)將具有更大的傳導(dǎo)損耗，這是由于共模占空因數(shù)偏移中的改變有益于最熱的半導(dǎo)體器件。在一個(gè)時(shí)段(例如，與用于多相逆變器的一個(gè)相或每個(gè)相的相電流的一個(gè)周期同樣短的時(shí)間間隔)過程中，隨著所述電流峰值移動通過所述逆變器188中的不同半導(dǎo)體器件，則所述熱調(diào)節(jié)模塊130的共模調(diào)節(jié)將改變，以有益于該時(shí)段內(nèi)具有最高結(jié)點(diǎn)溫度的半導(dǎo)體器件。各個(gè)相之間的差分占空因數(shù)以及負(fù)載確定每個(gè)半導(dǎo)體器件中的平均電流。僅在低基頻處、在熱時(shí)間常數(shù)比基頻更長的閾值頻率處或以下才能觀察到所述調(diào)節(jié)的益處。在高于閾值基頻的較高頻率處，熱時(shí)間常數(shù)足以將峰至峰溫度波動平均化為在逆變器的操作中通常并不非常顯著的程度。

因?yàn)楣材Ｆ菩盘柌ㄐ蔚钠骄翟谡麄€(gè)周期上為0.5，因此在相輸出的一個(gè)周期范圍內(nèi)，每個(gè)半導(dǎo)體器件中的平均電流將保持相同。如果平均值不是0.5，則這些半導(dǎo)體器件之中的平均功率損耗將不相等；即，在Q1中的功率損耗將不等于Q2中的功率損耗。如果這些器件是等效器件，則Q1中的功率損耗應(yīng)等于Q2中的功率損耗。每個(gè)半導(dǎo)體器件將具有由平衡的或居中的占空因數(shù)(例如，相對于與0.5的占空因數(shù)相關(guān)聯(lián)的中值居中的波形，)產(chǎn)生的、需要被耗散的熱。然而，某些器件可以具有封裝、布置(例如，在電路板的散熱器或較冷部分附近)、內(nèi)部導(dǎo)通電阻(例如，對于場效應(yīng)晶體管而言的漏極-源極電阻R_DS、或?qū)τ陔p極型晶體管而言的集電極-發(fā)射極電阻R_CE)、或允許更大的熱耗散或熱性能的其它設(shè)計(jì)特征，而其它器件可以具有不同的最大操作溫度或可接受的操作溫度的最大升高。

峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的周期數(shù)據(jù)(peak adjusted cycle data)131表示逆變器或其部件的特征。在一個(gè)實(shí)施例中，峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的周期數(shù)據(jù)131可以取決于逆變器的基頻。峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的周期數(shù)據(jù)131的每個(gè)峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)數(shù)據(jù)(datam)可以與用于每個(gè)逆變器的相應(yīng)的基頻和載波頻率相關(guān)聯(lián)。例如，在閾值附近的低基頻處，占空因數(shù)或共模偏移函數(shù)可以從其中心值偏離大約0.20至大約0.25，如圖12B所示；而在停轉(zhuǎn)速度處或附近的比閾值更低的基頻處(例如，從大約2Hz到大約0.5Hz)，占空因數(shù)或共模偏移函數(shù)(530)可以從其中心值偏離大約0.4至大約0.48，如圖13B所示。如果峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)數(shù)據(jù)131被逆變器的基頻或載波頻率改變(或作為基頻或載波頻率的函數(shù))，則經(jīng)調(diào)節(jié)的占空比或經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)大于占空比或占空因數(shù)的直流偏移并且由基頻或載波頻率改變。例如，逆變器的每個(gè)型號可以在工廠、現(xiàn)場、實(shí)驗(yàn)室、或以其它方式而被特征化或測試，以建立峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的周期數(shù)據(jù)131。

在一個(gè)實(shí)施例中，峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)數(shù)據(jù)131表示峰值占空因數(shù)(即，PeakDutyCycle)、或用于建立所述經(jīng)調(diào)節(jié)的占空比波形或共模偏移波形的峰值幅度和斜率的權(quán)重因數(shù)，其基于下列逆變器因數(shù)中的任意因數(shù)：(1)一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件的熱阻抗，(2)一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件的估算溫度，(3)一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件的功率耗散，(4)逆變器輸出199的基頻，以及(5)用于確定上述逆變器因數(shù)的特征化或測試。

在一個(gè)實(shí)施例中，如果峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的周期數(shù)據(jù)131沒有被儲存于數(shù)據(jù)儲存裝置中或在數(shù)據(jù)儲存裝置中不可用，則熱調(diào)節(jié)模塊130或數(shù)據(jù)處理器可以實(shí)時(shí)地、動態(tài)地、或在傳輸過程中估算或確定所述峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的周期數(shù)據(jù)131。

所述熱調(diào)節(jié)模塊130方便經(jīng)調(diào)節(jié)的時(shí)變共模電壓波形(adjusted time-varying，common mode voltage waveform)(例如，大致三角形波形、梯形波形，具有或不具有相移)的注入，這種波形可具有由逆變器的基頻改變的峰值幅度和斜率。盡管所述共模偏移函數(shù)在圖中(例如，圖12B)被圖示為大致三角形的波形，但在替代實(shí)施例中，所述共模偏移函數(shù)可以包括方波(具有或不具有相移)，所述方波與可適用的半導(dǎo)體器件兼容(例如，器件熱耗散和功率損耗)。例如，熱調(diào)節(jié)模塊130便利了以不改變被施加到電機(jī)的相間電壓差(phase-to-phase differential voltage)的方式將源自共模電壓波形(例如，圖13B的528或530)的控制信號注入到PWM生成模塊112。經(jīng)調(diào)節(jié)的共模電壓波形支持半導(dǎo)體器件(例如，開關(guān)Q1-Q6，二極管D1-D6，或二者)之中的熱分布，以支持以比標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制方法獲得的輸出電流更高的輸出電流進(jìn)行操作。

在改變占空因數(shù)的一個(gè)實(shí)施例中，如果第一相(相A)低側(cè)二極管(D2)導(dǎo)通，則熱調(diào)節(jié)模塊130可以增加所述(共模)占空因數(shù)以降低在所述第一相的低側(cè)二極管(D2)中的電流導(dǎo)通時(shí)間(熱生成的)的持續(xù)時(shí)間，并且增加在所述第二相高側(cè)二極管(D3)和所述第三相高側(cè)二極管(D5)中的電流導(dǎo)通時(shí)間(熱生成的)的持續(xù)時(shí)間。例如，熱調(diào)節(jié)模塊可以將熱從一個(gè)相的二極管移轉(zhuǎn)至其他相的二極管，從而使得具有最高溫度參數(shù)(例如，最高溫度或最高溫差)的最熱的二極管保持低于最大目標(biāo)溫度參數(shù)或在一定溫度范圍內(nèi)。

在改變占空因數(shù)的另一實(shí)例中，如果第一相(相A)高側(cè)開關(guān)(例如，Q1)導(dǎo)通，則熱調(diào)節(jié)模塊130可以降低占空因數(shù)以增加在(相A)低側(cè)開關(guān)裝置(例如，用于IGBT的二極管D2，或用于FET的開關(guān)Q2)中的電流導(dǎo)通時(shí)間(熱生成的時(shí)間)的持續(xù)時(shí)間，并且增加在其它相開關(guān)裝置(例如，Q3、Q5、D4和D6)中的電流導(dǎo)通時(shí)間(熱生成的時(shí)間)的持續(xù)時(shí)間。例如，熱調(diào)節(jié)模塊可以將熱從一個(gè)相的高側(cè)開關(guān)器件轉(zhuǎn)移至同相的低側(cè)開關(guān)器件以及其它相的開關(guān)裝置，使得(例如，處于這些相的輸出電流電平的)具有最高溫度的最熱的器件保持低于最大目標(biāo)溫度或在一定溫度變化范圍內(nèi)。開關(guān)器件是指晶體管開關(guān)，二極管，或二者。此外，熱調(diào)節(jié)模塊130可以利用具有下一最高溫度的下一最熱開關(guān)來迭代地完成上述過程，從而使得其保持低于最大目標(biāo)溫度或在一定溫度范圍內(nèi)，等等，直至所有開關(guān)的溫度大致相等或落入彼此的一定公差內(nèi)。

在圖2中，電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120包括電子數(shù)據(jù)處理器264、數(shù)據(jù)總線262、數(shù)據(jù)儲存裝置260、以及一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)端口(268，270，272，274和276)。數(shù)據(jù)處理器264、數(shù)據(jù)儲存裝置260以及一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)端口被聯(lián)接至數(shù)據(jù)總線262以支持在數(shù)據(jù)處理器264、數(shù)據(jù)儲存裝置260以及一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)端口之間或之中的數(shù)據(jù)的通訊。

在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理器264可包括電子數(shù)據(jù)處理器、微處理器、微控制器、可編程邏輯陣列、邏輯電路、算術(shù)邏輯單元、專用集成電路、數(shù)字信號處理器、比例積分微分控制器，或其他數(shù)據(jù)處理裝置。

數(shù)據(jù)儲存裝置260可包括用于儲存數(shù)據(jù)的任何磁的、電子的、或光學(xué)的裝置。例如，數(shù)據(jù)儲存裝置260可包括電子數(shù)據(jù)儲存裝置、電子存儲器、非易失性電子隨機(jī)存取存儲器、一個(gè)或多個(gè)電子數(shù)據(jù)寄存器、數(shù)據(jù)鎖存器、磁盤驅(qū)動器、硬盤驅(qū)動器、光盤驅(qū)動器等等。

如圖2中所示，數(shù)據(jù)端口包括第一數(shù)據(jù)端口268、第二數(shù)據(jù)端口270、第三數(shù)據(jù)端口272、第四數(shù)據(jù)端口274以及第五數(shù)據(jù)端口276，當(dāng)然也可使用任何合適數(shù)目的數(shù)據(jù)端口。例如，每個(gè)數(shù)據(jù)端口可包括收發(fā)器和緩沖存儲器。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)數(shù)據(jù)端口可包括任意串聯(lián)或并聯(lián)輸入/輸出端口。

在一個(gè)實(shí)施例中，如圖2所示，第一數(shù)據(jù)端口268被聯(lián)接至車輛數(shù)據(jù)總線118。繼而，車輛數(shù)據(jù)總線118被聯(lián)接至控制器266。在一種構(gòu)造中，第二數(shù)據(jù)端口270可被聯(lián)接至逆變器188，第三數(shù)據(jù)端口272可被聯(lián)接至傳感器115；第四數(shù)據(jù)端口274可被聯(lián)接至模-數(shù)轉(zhuǎn)換器122；并且第五數(shù)據(jù)端口276可被聯(lián)接至電流控制模塊107以接收來自或去往模塊107的數(shù)據(jù)。模-數(shù)轉(zhuǎn)換器122被聯(lián)接至感測電路124。

在所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120的一個(gè)實(shí)施例中，電流控制模塊107與電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120的第一數(shù)據(jù)端口268相關(guān)聯(lián)或由第一數(shù)據(jù)端口268支持。第一數(shù)據(jù)端口268可被聯(lián)接至車輛數(shù)據(jù)總線118，諸如控制器局域網(wǎng)(CAN)數(shù)據(jù)總線。車輛數(shù)據(jù)總線118可經(jīng)由第一數(shù)據(jù)端口268向電流控制模塊107提供具有轉(zhuǎn)矩命令的數(shù)據(jù)總線訊息。車輛的操作者可以經(jīng)由用戶界面諸如節(jié)流閥、踏板、控制器266或其它控制裝置生成轉(zhuǎn)矩命令。

在某些實(shí)施例中，傳感器115和主處理模塊114可與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120的第三數(shù)據(jù)端口272相關(guān)聯(lián)或由第三數(shù)據(jù)端口272支持。

在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)儲存裝置260在文件、數(shù)據(jù)記錄、查找表、或其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中儲存所述峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的周期數(shù)據(jù)130，以及將一個(gè)或多個(gè)軟件模塊、轉(zhuǎn)換器、管理器、控制器盒/或加法器儲存為軟件指令、文件、數(shù)據(jù)記錄、或其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)處理器264可以讀取、存取、處理或執(zhí)行所述數(shù)據(jù)儲存裝置260中的任何軟件指令、文件、數(shù)據(jù)記錄、或其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

圖3是具有用于對電機(jī)(例如，電機(jī)117)進(jìn)行控制的熱管理的方法和逆變器的第一實(shí)施例的流程圖。圖3的方法始于步驟S300。

在步驟S300中，電流控制模塊107、數(shù)據(jù)處理器264、或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120基于用于控制所述電機(jī)(例如電機(jī)117)的轉(zhuǎn)矩、速度、或方向的轉(zhuǎn)矩命令確定逆變器的一個(gè)或多個(gè)相(在逆變器輸出199處)的基頻。

在步驟S302中，電流控制模塊107、電流調(diào)節(jié)控制器111、或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120基于(例如來自車輛數(shù)據(jù)總線118的)轉(zhuǎn)矩命令或其它輸入數(shù)據(jù)建立逆變器的一個(gè)或多個(gè)相(在逆變器輸出199處的)的初始參考輸出電流。例如，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120可以基于轉(zhuǎn)矩命令和下列其它可用輸入數(shù)據(jù)創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)相的初始參考輸出電流：(1)直流電壓總線的電壓(V_DC)，其對逆變器188及其半導(dǎo)體器件(Q1-Q6以及D1-D6)進(jìn)行饋電；(2)為逆變器188的一個(gè)或多個(gè)相輸出199輸出的脈寬調(diào)制信號的頻率；(3)逆變器188的一個(gè)或多個(gè)相的輸出信號(例如，基本上是正弦輸出信號)的基頻；(4)用于冷卻一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件(Q1-Q6以及D1-D6)的冷卻系統(tǒng)的冷卻劑的溫度；(5)逆變器的功率因數(shù)(例如，通常在0.5至1的范圍內(nèi))；(6)逆變器是在電機(jī)模式(電機(jī)控制)還是在發(fā)電模式(發(fā)電/整流)下工作；以及(7)逆變器的調(diào)制控制方案，諸如空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)。

在步驟S304，溫度估算模塊104或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120估算用于逆變器的每個(gè)相的、多個(gè)半導(dǎo)體器件之中的相應(yīng)半導(dǎo)體器件的結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)；其中，例如，逆變器是依據(jù)一個(gè)或多個(gè)逆變器相的初始參考輸出電流操作的。正如本文全文所使用的那樣，結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)意思是下列中的一個(gè)或多個(gè)，例如：(1)逆變器中的相應(yīng)半導(dǎo)體器件或一組半導(dǎo)體器件的結(jié)點(diǎn)溫度(高于參考溫度，諸如環(huán)境溫度或逆變器的關(guān)斷溫度)的差異和升高；(2)逆變器中的相應(yīng)半導(dǎo)體器件或一組半導(dǎo)體器件的絕對結(jié)點(diǎn)溫度；(3)逆變器中的一個(gè)或多個(gè)對應(yīng)半導(dǎo)體器件的結(jié)點(diǎn)溫度的范圍；或(4)基于溫度傳感器103的傳感器讀數(shù)的觀察得到的或測量得到的結(jié)點(diǎn)溫度(例如，與一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件或者安裝有所述半導(dǎo)體器件的電路板相關(guān)聯(lián))。正如本文全文所使用的，半導(dǎo)體器件可指任何半導(dǎo)體開關(guān)(包括Q1至Q6在內(nèi))，任何半導(dǎo)體二極管(包括D1至D6在內(nèi))、或二者。

在步驟S306中，溫度估算模塊104、熱調(diào)節(jié)模塊130、或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120確定半導(dǎo)體器件之中(例如，在Q1-Q6，以及D1-D6之中)具有最高結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)的最熱的器件(例如，在輸出電流電平下)。

在替代實(shí)施例中，如果圖3的方法被迭代地執(zhí)行，則在半導(dǎo)體器件之中具有下一最高結(jié)點(diǎn)溫度的下一最熱器件可以在圖3的方法的每個(gè)連續(xù)迭代或者方法的步驟的子集中加以考慮。

在步驟S308中，熱調(diào)節(jié)模塊130或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120確定對于相應(yīng)的半導(dǎo)體器件而言是否估算的結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)小于最大結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)，以決定是否調(diào)節(jié)半導(dǎo)體器件的占空因數(shù)(例如，共模占空因數(shù))。最大結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)可表示下列中的一個(gè)或多個(gè)：(1)逆變器中的相應(yīng)半導(dǎo)體器件或一組半導(dǎo)體器件的結(jié)點(diǎn)溫度的最大差值或最大升高(高于參考溫度，諸如環(huán)境溫度或逆變器的關(guān)斷溫度)；(2)逆變器中的相應(yīng)半導(dǎo)體器件或一組半導(dǎo)體器件的絕對最大結(jié)點(diǎn)溫度(absolute maximum junction temperature)；(3)與逆變器中的一個(gè)或多個(gè)對應(yīng)半導(dǎo)體器件的結(jié)點(diǎn)溫度的范圍相關(guān)聯(lián)的上限；(4)基于半導(dǎo)體制造商的規(guī)格手冊的最大結(jié)點(diǎn)溫度；或(5)基于通過對在特定逆變器的操作環(huán)境中所安裝的相應(yīng)半導(dǎo)體器件的經(jīng)驗(yàn)測試或研究得到的操作數(shù)據(jù)的最大結(jié)點(diǎn)溫度。

例如，在步驟S308中，熱調(diào)節(jié)模塊130或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120確定對于相應(yīng)半導(dǎo)體器件而言是否所估算的結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)小于最大結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)，以決定是否將半導(dǎo)體器件的占空因數(shù)(例如共模占空因數(shù))從一中性的或平衡的占空因數(shù)(例如，0.5的共模占空因數(shù)，或占空因數(shù)波形關(guān)于與0.5占空因數(shù)相關(guān)聯(lián)的脈寬調(diào)制對中)或從之前的經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以對下列熱性能參數(shù)中一個(gè)或多個(gè)熱性能參數(shù)的差值進(jìn)行補(bǔ)償：(1)半導(dǎo)體器件(例如，開關(guān)(Q1-Q6)或二極管(D1-D6))的熱阻抗(Θ)；和(2)半導(dǎo)體器件的功率耗散(P)(例如，開啟(ON)狀態(tài)的傳導(dǎo)損耗或電阻)。其中，所述中性的或平衡的占空因數(shù)在逆變器的(互補(bǔ)的)半導(dǎo)體開關(guān)之間基本上相等地分配工作時(shí)間；所述之前的經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)在半導(dǎo)體開關(guān)之間分配工作時(shí)間。此外，熱調(diào)節(jié)模塊130或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120可以通過使占空因數(shù)波形的峰值幅度、占空因數(shù)波形的相、或上述二者進(jìn)行移位的方式來調(diào)節(jié)占空因數(shù)，以在半導(dǎo)體器件之間或之中對稱地、不對稱地分配或分布所產(chǎn)生的熱(例如，用于補(bǔ)償半導(dǎo)體器件的熱性能參數(shù))。

在替代實(shí)施例中，熱調(diào)節(jié)模塊130或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120可以在電機(jī)的停轉(zhuǎn)狀態(tài)下調(diào)節(jié)或提供占空因數(shù)波形的直流(DC)偏移(例如，至共模偏移函數(shù)的恒定DC偏移信號)。

圖4是具有用于對電機(jī)進(jìn)行控制的熱管理的方法和逆變器的第二實(shí)施例的流程圖。圖4的流程圖類似于圖3的流程圖，除了圖4的方法進(jìn)一步包括步驟S310。圖3和圖4中相同的附圖標(biāo)記指相同的步驟或程序。

在步驟S310中，如果所估算的結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)小于最大結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)，則熱調(diào)節(jié)模塊130、或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120認(rèn)可一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件(或與所述一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件相關(guān)聯(lián)的對應(yīng)相)的初始參考輸出電流中的增大的有效性，并且其中，所述初始參考輸出電流可以增大到用于給定的相應(yīng)占空因數(shù)(例如，當(dāng)前共模占空因數(shù))的最大電流，與轉(zhuǎn)矩命令(例如，先前的和/或當(dāng)前的轉(zhuǎn)矩命令)以及任何適用的輸入數(shù)據(jù)相一致。即便初始參考輸出中的增加(或差值)在逆變器的可用容量之內(nèi)，這種可用容量也可能不被使用，除非電機(jī)上的負(fù)載以及所述轉(zhuǎn)矩命令需要這樣的可用容量，例如在電機(jī)117的轉(zhuǎn)子的停轉(zhuǎn)速度或附近，或者在輸出199處逆變器的基頻小于用于一個(gè)或多個(gè)相的閾值基頻。

為了步驟S310的目的，所述輸入數(shù)據(jù)可以包括下列中的任意項(xiàng)：(1)直流電壓總線的電壓(V_DC)，其對逆變器188及其半導(dǎo)體器件(Q1-Q6以及D1-D6)進(jìn)行饋電；(2)為逆變器188的一個(gè)或多個(gè)相輸出199輸出的脈寬調(diào)制信號的頻率；(3)逆變器188的一個(gè)或多個(gè)相的輸出信號(例如，基本上是正弦輸出信號)的基頻；(4)用于冷卻一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件(Q1-Q6以及D1-D6)的冷卻系統(tǒng)的冷卻劑的溫度；(5)逆變器的功率因數(shù)(例如，通常在0.5至1的范圍內(nèi))；(6)逆變器是在電機(jī)模式(電機(jī)控制)還是在發(fā)電模式(發(fā)電/整流)下工作操作；以及(7)逆變器的調(diào)制控制方案，諸如空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)。

圖5是具有用于對電機(jī)進(jìn)行控制的熱管理的方法和逆變器的第三實(shí)施例的流程圖。圖5的流程圖類似于圖3的流程圖，除了圖5的方法進(jìn)一步包括步驟S312。圖3和圖5中相同的附圖標(biāo)記指相同的步驟或程序。

在步驟S312，如果基頻小于閾值頻率并且如果最高結(jié)點(diǎn)溫度大于或等于最大結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)(例如，或結(jié)點(diǎn)溫度中的最大差值/升高)，則熱調(diào)節(jié)模塊130或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120調(diào)節(jié)占空因數(shù)(例如，共模占空因數(shù))。例如，熱調(diào)節(jié)模塊130或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120按照下述方式動態(tài)地調(diào)節(jié)占空因數(shù)或占空因數(shù)函數(shù)(例如，通過使用下列各項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)形成經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)共模偏移函數(shù)或經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)，以影響輸入至PWM生成模塊112的控制數(shù)據(jù)、或PWM生成模塊112的輸出)：(1)通過調(diào)節(jié)或修改共模偏移函數(shù)或調(diào)節(jié)占空因數(shù)波形來改變峰值幅度或在占空因數(shù)中與中心軸的偏離；(2)通過調(diào)節(jié)共模偏移函數(shù)的峰值幅度或調(diào)節(jié)占空因數(shù)波形；(3)通過調(diào)節(jié)與輸出端子199處的一個(gè)或多個(gè)相信號有關(guān)的共模偏移函數(shù)或經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)波形的相角或相角的改變；(4)通過在電機(jī)117或電力裝置的停轉(zhuǎn)狀況下調(diào)節(jié)至共模偏移函數(shù)或經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)波形的直流(DC)偏移；(5)通過將直流(DC)偏移函數(shù)的頻率調(diào)節(jié)為在輸出端子199處的相信號的基頻的整數(shù)倍或諧波(例如奇數(shù)諧波或三次諧波)；(6)通過對前述項(xiàng)中的能夠通過使用逆變器輸出的基頻、調(diào)制狀態(tài)(例如，工作開關(guān)狀態(tài))、相角、或前述項(xiàng)的任何組合中的任何變化改變共模偏移函數(shù)(例如，對于每個(gè)采樣間隔)的任意項(xiàng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

在圖1B中圖示的逆變器中，半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體開關(guān)(例如，絕緣柵雙極型晶體管(IGBT))和半導(dǎo)體二極管。本文中，每個(gè)二極管都可以被稱之為反并聯(lián)(antiparallel)的開關(guān)裝置。如果開關(guān)和二極管在性能方面不匹配(例如，由于半導(dǎo)體器件和逆變器設(shè)計(jì)的特定規(guī)格導(dǎo)致的不匹配)，則半導(dǎo)體器件之一可以比其它半導(dǎo)體更加顯著地限制操作性能。半導(dǎo)體器件(例如，二極管和開關(guān))之間的不匹配可導(dǎo)致用于逆變器的電流輸出比在所有操作點(diǎn)范圍內(nèi)器件中的結(jié)點(diǎn)溫度更加相似的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)的的電流輸出更低。

例如，在步驟S312中，熱調(diào)節(jié)模塊130或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120與脈寬調(diào)制生成模塊112和逆變器中的一者或二者協(xié)同工作，以提供經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)，該經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)將功率耗散移轉(zhuǎn)至具有處理更多耗散的能力的一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件(例如，Q1-Q6或D1-D6)，而同時(shí)仍在逆變器輸出199處提供操作所需的全差分電壓能力。工作功率持續(xù)時(shí)間(并且因此熱耗散)以能夠?qū)⑺龉β蕪囊粋€(gè)或多個(gè)二極管(例如，D1-D6)轉(zhuǎn)移至一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)(例如，Q1-Q6)或者從一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)(例如，Ql-Q6)移至一個(gè)或多個(gè)二極管(例如，D1-D6)的方式改變。

可以根據(jù)各種技術(shù)來執(zhí)行步驟S312，這些技術(shù)可交替地或累加地應(yīng)用。在步驟S312的情形下所使用的術(shù)語“相反”意思是在逆變器中的低側(cè)半導(dǎo)體器件與高側(cè)半導(dǎo)體器件的差別，或反之亦然。在第一技術(shù)下，熱調(diào)節(jié)模塊130或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120調(diào)節(jié)所述占空因數(shù)以轉(zhuǎn)移損耗，并且因此在逆變器188的相內(nèi)在低側(cè)半導(dǎo)體器件與高側(cè)半導(dǎo)體器件之間轉(zhuǎn)移熱耗散。

在第二技術(shù)下，熱調(diào)節(jié)模塊130或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120調(diào)節(jié)所述占空因數(shù)以轉(zhuǎn)移損耗，并且因此在逆變器188的相內(nèi)在半導(dǎo)體開關(guān)和在同一相中的與相反的半導(dǎo)體開關(guān)相關(guān)聯(lián)的相反的二極管之間來轉(zhuǎn)移熱耗散。

在第三技術(shù)下，熱調(diào)節(jié)模塊130或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120調(diào)節(jié)所述占空因數(shù)以轉(zhuǎn)移損耗，并且因此在逆變器188的相內(nèi)將熱耗散從半導(dǎo)體開關(guān)轉(zhuǎn)移至在同一相中的與相反的半導(dǎo)體開關(guān)相關(guān)聯(lián)的相反的二極管。

在第四技術(shù)下，熱調(diào)節(jié)模塊130或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120調(diào)節(jié)所述占空因數(shù)以轉(zhuǎn)移損耗，并且因此在逆變器188的相內(nèi)將熱耗散從二極管轉(zhuǎn)移至在同一相中與相反的二極管相關(guān)聯(lián)的相反的半導(dǎo)體開關(guān)。

圖6是具有用于對電機(jī)進(jìn)行控制的熱管理的方法和逆變器的第四實(shí)施例的流程圖。圖6的流程圖類似于圖3的流程圖，除了圖6的方法進(jìn)一步包括步驟S314。圖3和圖6中相同的附圖標(biāo)記指相同的步驟或程序。

在步驟S314中，如果占空因數(shù)調(diào)節(jié)不是處于最大占空因數(shù)調(diào)節(jié)(例如，上限或下限)，則熱調(diào)節(jié)模塊130或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120向上或向下調(diào)節(jié)所述占空因數(shù)(例如，共模占空因數(shù))，其中所述占空因數(shù)調(diào)節(jié)基于下列中的一項(xiàng)或多項(xiàng)：(1)(例如，具有最大電流的)半導(dǎo)體器件的峰值或最大電流，(2)半導(dǎo)體器件的中等電流，以及(3)峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)(例如，其取決于基頻)。

可以根據(jù)各種技術(shù)來執(zhí)行步驟S314，這些技術(shù)可交替地或累加地應(yīng)用。在第一實(shí)施例下，如果占空因數(shù)調(diào)節(jié)不是處于最大占空因數(shù)調(diào)節(jié)(例如，上限和下限)，并且如果半導(dǎo)體器件中的最熱的器件不是高側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)(Q1，Q3，Q5)或如果半導(dǎo)體器件之中的最熱的器件不是高側(cè)二極管(D1，D3，D5)，則熱調(diào)節(jié)模塊130或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120向上調(diào)節(jié)占空因數(shù)(例如，共模占空因數(shù))。

在第二實(shí)施例下，如果占空因數(shù)調(diào)節(jié)不是處于最大占空因數(shù)調(diào)節(jié)(例如，上限和下限)，并且如果在半導(dǎo)體器件之中的最熱的器件是高側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)(Q1，Q3，Q5)或是高側(cè)二極管(D1，D3，D5)，則熱調(diào)節(jié)模塊130或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120向下調(diào)節(jié)占空因數(shù)(例如，共模占空因數(shù))，其中占空因數(shù)調(diào)節(jié)基于下列中的一項(xiàng)或多項(xiàng)：(1)在一個(gè)周期中在逆變器188的三個(gè)相中具有最高電流的半導(dǎo)體器件(例如，開關(guān)或二極管)中的峰值或最大電流，或者具有所述最高電流的一個(gè)相輸出端子199處的峰值或最大電流；(2)半導(dǎo)體器件的中等電流，或介于最低相電流輸出和最高相電流輸出之間的一個(gè)相輸出199處的中等電流，(3)峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)數(shù)據(jù)131，其中該峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)數(shù)據(jù)131可以基于各種因素，諸如半導(dǎo)體器件的基頻、熱阻抗、半導(dǎo)體器件的功率耗散以及半導(dǎo)體器件的溫度參數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，將峰值調(diào)節(jié)的占空因數(shù)數(shù)據(jù)131被儲存在數(shù)據(jù)儲存裝置中并且由逆變器的特征化確定。

例如，在步驟S314中，熱調(diào)節(jié)模塊130或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120向上或向下調(diào)節(jié)占空因數(shù)(例如，共模占空因數(shù))，以提供經(jīng)調(diào)節(jié)的共模占空比，稱為“經(jīng)調(diào)節(jié)的占空(AdjustedDuty)”，根據(jù)下列公式：

其中“峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的占空(PeakAdjustedDuty)”是從查找表或在所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120的數(shù)據(jù)儲存裝置260中的其它數(shù)據(jù)記錄取得或讀取的期望的峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)數(shù)據(jù)131(例如，乘數(shù))，I_max是在圖1B的相A(355)、相B(357)、相C(359)中的電流中的(例如，具有最大電流的)半導(dǎo)體器件的最大相電流(例如，集電極電流或正向偏置二極管電流)，并且I_medium是(例如，在A(355)、B(357)、C(359)中的)半導(dǎo)體器件的中等相電流，其小于最大電流但大于最小相電流。最大相電流、中等相電流、或其它相電流的這些值是瞬間值并且所述最大值和中等值可以連續(xù)地變化。圖9示出在此文中描述的波形的示例性實(shí)例。例如，I_max可以是三個(gè)相的最高電流或最大電流，I_medium可以是三個(gè)相的中等電流，介于具有最低電流的相和具有最高電流的相之間。在一個(gè)實(shí)施例中，最大電流和中等電流可以通過感測電路124或通過與任何特定的高側(cè)半導(dǎo)體器件或低側(cè)半導(dǎo)體器件中的一個(gè)或多個(gè)開關(guān)端子聯(lián)接的一個(gè)或多個(gè)電流傳感器、根據(jù)輸出端子199處的輸出相電流進(jìn)行估算。

圖7是具有用于對電機(jī)進(jìn)行控制的熱管理的方法和逆變器的第五實(shí)施例的流程圖。圖7的方法始于步驟S300中。

在步驟S300中，電流控制模塊107、電流調(diào)節(jié)控制器111、或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120基于轉(zhuǎn)矩命令而建立逆變器的一個(gè)或多個(gè)相199的初始參考輸出電流。

在步驟S301中，溫度估算模塊104或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120針對逆變器117的每個(gè)相、估算多個(gè)半導(dǎo)體器件之中(包括Q1至Q6在內(nèi)；并且包括D1-D6在內(nèi))的相應(yīng)的半導(dǎo)體器件的結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)。正如通過圖7的方法并且在此文中別處而使用的，結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)意思是下列中的一個(gè)或多個(gè)：(1)逆變器中的相應(yīng)的半導(dǎo)體器件或一組半導(dǎo)體器件的結(jié)點(diǎn)溫度的差異和升高(高于參考溫度，諸如環(huán)境溫度或逆變器的關(guān)斷溫度)；(2)逆變器中的相應(yīng)的半導(dǎo)體器件或一組半導(dǎo)體器件的絕對結(jié)點(diǎn)溫度；(3)逆變器中的一個(gè)或多個(gè)對應(yīng)半導(dǎo)體器件的結(jié)點(diǎn)溫度的范圍；或(4)基于溫度傳感器103的傳感器讀數(shù)的觀察到的或測量得到的結(jié)點(diǎn)溫度。

在步驟S301中，溫度估算模塊104或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)基于半導(dǎo)體器件中的每一個(gè)的動態(tài)熱阻抗和功率耗散的特征化來估算結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)。

在步驟S306中，溫度估算模塊104、熱調(diào)節(jié)模塊130、或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120確定半導(dǎo)體器件之中具有最高結(jié)點(diǎn)溫度的最熱的器件。

在替代實(shí)施例中，如果圖7的方法被迭代地執(zhí)行，則溫度估算模塊104、熱調(diào)節(jié)模塊130或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120確定半導(dǎo)體器件之中具有下一個(gè)最高結(jié)點(diǎn)溫度的下一個(gè)最熱的器件。

在步驟S800中，基于一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件估算的結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)比該一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件的相應(yīng)最大結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)小，通過將熱耗散移轉(zhuǎn)至具有可用的或多余的熱耗散的一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件，熱調(diào)節(jié)模塊130或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120在半導(dǎo)體器件(Q1-Q6，和D1-D6)之中建立熱分配，以將這些半導(dǎo)體器件之中的最熱的器件的結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)限定為最大溫度參數(shù)。

在步驟S802中，根據(jù)所述熱分配、通過將基本上三角形、基本上梯形的波形、矩形波或方波(例如，具有或不具有相移，并且通常相對于基頻處于三次諧波頻率)注入到脈寬生成模塊112，并繼而由脈寬生成模塊112向逆變器188的驅(qū)動器級177提供占空因數(shù)波形，熱調(diào)節(jié)模塊130或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120在逆變器的每個(gè)相中在半導(dǎo)體器件之間調(diào)節(jié)共模占空因數(shù)。例如，如果所確定的基頻小于或等于閾值頻率(例如，甚至在電機(jī)117的轉(zhuǎn)子的停轉(zhuǎn)速度處或附近)，則所述基本上三角形、基本上梯形的波形或其它波形可以被單獨(dú)地注入，或與常規(guī)的方波信號或其他控制信號(例如，靜態(tài)的或時(shí)變的直流(DC)偏移)一起注入到脈寬生成模塊112以產(chǎn)生用于每個(gè)相的高側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)(Q1，Q3，Q5)和低側(cè)半導(dǎo)體開關(guān)(Q2，Q4，Q6)的輸入端子的合適的驅(qū)動信號(例如，經(jīng)由驅(qū)動器177)，以實(shí)現(xiàn)用于逆變器的每個(gè)相的大致正弦輸出波形。

在步驟S802中，在低于閡值頻率的基頻處，根據(jù)所述熱分配、通過將稱為共模偏移函數(shù)波形或DC偏移函數(shù)波形或零態(tài)的、具有可調(diào)節(jié)峰值幅度的基本上三角形、基本上梯形的波形，矩形波或方波注入到脈寬生成模塊112，熱調(diào)節(jié)模塊130或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120可以在獨(dú)立于其它相的半導(dǎo)體器件的情況下(或與它們一同)在逆變器的每個(gè)相中的(高側(cè)和低側(cè))半導(dǎo)體器件之間調(diào)節(jié)占空因數(shù)。此外，熱調(diào)節(jié)模塊130或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120可以將共模偏移函數(shù)波形的相偏移或相移調(diào)節(jié)為相對于基本注入頻率(通常三次諧波)而言同相的或介于零度至三百六十度之間的異相的任意相角，以在相之間在半導(dǎo)體開關(guān)與半導(dǎo)體二極管之間調(diào)節(jié)占空因數(shù)或熱分配。

圖8是具有用于對電機(jī)(例如，逆變器188)進(jìn)行控制的熱管理的方法和逆變器的第六實(shí)施例的流程圖。圖8的方法始于步驟S900的起始框中。

在步驟S902中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120或數(shù)據(jù)處理器264讀取或獲得下列輸入數(shù)據(jù)中的一個(gè)或多個(gè)：(1)直流電壓總線的電壓(V_DC)，其對逆變器188及其半導(dǎo)體器件(Q1-Q6以及D1-D6)進(jìn)行饋電，(2)針對逆變器188的一個(gè)或多個(gè)相輸出199輸出的脈寬調(diào)制信號的頻率，(3)逆變器188的一個(gè)或多個(gè)相的輸出信號(例如，基本上正弦輸出信號)的基頻，(4)用于冷卻一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件(Q1-Q6以及D1-D6)的冷卻系統(tǒng)的冷卻劑的溫度，(5)逆變器的功率因數(shù)(例如，通常在0.5至1的范圍內(nèi))，(6)逆變器是在電機(jī)模式(電機(jī)控制)還是在發(fā)電模式(發(fā)電/整流)下操作；以及(7)逆變器的調(diào)制控制方案，諸如空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)。

在步驟S904中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120或數(shù)據(jù)處理器264基于電機(jī)117的操作狀況將每個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)(Q1-Q6)的電流設(shè)置為等于操作分析評估值(operational analysis assessment，OAA)或操作電流需求值。例如，電機(jī)的操作狀況可以包括在步驟S902中的輸入數(shù)據(jù)。此外，操作狀況可以包括下列中的任意項(xiàng)：轉(zhuǎn)矩命令、電機(jī)負(fù)載、電機(jī)速度、逆變器輸出電壓、逆變器溫度、電機(jī)溫度、或步驟S902的輸入數(shù)據(jù)中的任意項(xiàng)。

在步驟S906中，溫度估算模塊104或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120針對逆變器的半導(dǎo)體器件在輸出相電流的一個(gè)(完整的)周期的整個(gè)范圍內(nèi)計(jì)算裝置功率耗散(P_j，其中j是從1到12的數(shù)字，用于指示逆變器的相應(yīng)的半導(dǎo)體器件(Q1-Q6；D1-D6))。可以根據(jù)能夠被累累加或單獨(dú)地應(yīng)用的各種技術(shù)來執(zhí)行步驟S906。根據(jù)第一技術(shù)，溫度估算模塊104或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120針對逆變器188的所有半導(dǎo)體開關(guān)(Q1-Q6)在相電流的一個(gè)周期的整個(gè)范圍內(nèi)計(jì)算裝置功率耗散。根據(jù)第二技術(shù)，溫度估算模塊104或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120針對逆變器188的所有半導(dǎo)體二極管(D1-D6)在相電流的一個(gè)周期的整個(gè)范圍內(nèi)計(jì)算裝置功率耗散。根據(jù)第三技術(shù)，溫度估算模塊104或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120針對逆變器188的所有半導(dǎo)體開關(guān)(Q1-Q6)和所有二極管(D1-D6)在相電流的一個(gè)周期的整個(gè)范圍內(nèi)計(jì)算裝置功率耗散(P_j)。

在步驟S908中，溫度估算模塊104或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120針對逆變器188中的半導(dǎo)體器件(包括Q1至Q6在內(nèi)；并且包括D1至D6在內(nèi))計(jì)算裝置結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)。例如，溫度估算模塊104或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120基于半導(dǎo)體器件的熱阻抗(Θ)(例如，熱阻抗基于動態(tài)熱阻抗模型(dynamic thermal impedance model)，該模型包括裝置熱時(shí)間常數(shù)并且不僅僅基于熱阻(thermal resistance))和半導(dǎo)體器件的功率耗散(P)(例如，開啟狀態(tài)下的傳導(dǎo)損耗或電阻)估算所述逆變器188的相應(yīng)的半導(dǎo)體器件(開關(guān)Q1-Q6或二極管D1-D6)的溫度參數(shù)(例如，溫度或溫度變化)，其中可以使用源自步驟S906的功率耗散。每個(gè)半導(dǎo)體器件(Q1-Q6以及D1-D6)的估算的溫度參數(shù)(例如，溫度或溫度變化)等于熱阻抗乘以功率耗散、或與熱阻抗乘以功率耗散成比例。換言之，溫度估算模塊104或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120估算溫度參數(shù)，例如，溫度T_j＝P_jΦ_j，其中T_j是對于半導(dǎo)體器件j而言的裝置結(jié)點(diǎn)溫度，P_j是對于半導(dǎo)體器件j而言的功率耗散，并且Φ_j是對于器件j而言的熱阻抗。

在步驟S910中，溫度估算模塊104或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120確定或辨識具有估算的最高結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)(例如，溫度或溫度變化)或估算的最大結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)的半導(dǎo)體器件(Q1-Q6；D1-D6)例如，溫度估算模塊104可以對每個(gè)半導(dǎo)體器件的估算溫度進(jìn)行分級，其中溫度參數(shù)是根據(jù)步驟S908進(jìn)行估算的。

在步驟S912中，基于半導(dǎo)體器件(Q1-Q6；D1-D6)所允許的或在半導(dǎo)體器件安裝至相應(yīng)逆變器188的情形下該半導(dǎo)體器件所允許的結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)的最大變化(例如，溫度或溫度變化)，溫度估算模塊104或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120確定是否所估算的最大結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)(例如，溫度或溫度變化)小于最大結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)(例如，最大溫度或最大溫度變化)。例如，可以基于特定半導(dǎo)體器件的制造商的規(guī)格手冊、散熱設(shè)計(jì)(例如被動或主動冷卻)以及逆變器的其它設(shè)計(jì)因素，建立最大結(jié)點(diǎn)溫度(或最大結(jié)點(diǎn)溫度變化)。如果估算的最大結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)小于最大結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)，則該方法繼續(xù)進(jìn)行步驟S914。然而，如果估算的結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)等于或大于最大結(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)，則該方法繼續(xù)進(jìn)行步驟S916。

在步驟S914中，如果所述增加需要滿足停轉(zhuǎn)或接近停轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩需求(在電機(jī)或逆變器上沒有不恰當(dāng)?shù)臒釕?yīng)力)、或需要滿足用于電機(jī)的其它轉(zhuǎn)矩命令、或需要與步驟S902的輸入數(shù)據(jù)相一致，則數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120可以增加半導(dǎo)體器件(包括具有估算的結(jié)點(diǎn)溫度的半導(dǎo)體器件)的半導(dǎo)體電流容量限制能力。

在步驟S916中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120或熱調(diào)節(jié)模塊104確定是否所述占空因數(shù)調(diào)節(jié)處于最大或極限值(例如，上限或下限)。可以根據(jù)能夠被交替地或累加地應(yīng)用的各種技術(shù)來執(zhí)行步驟S916中的確定。

在第一技術(shù)下，如果占空因數(shù)的調(diào)節(jié)基于由半導(dǎo)體器件開關(guān)或切換的功率或電流(例如，不考慮功率耗散、熱阻抗和結(jié)點(diǎn)溫度)，則最大經(jīng)調(diào)節(jié)的共模占空因數(shù)或其上限可以被設(shè)置為等于六分之一(1/6)(例如，從0.5的中心占空因數(shù))并且最小經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)或其下限可被設(shè)置為等于負(fù)六分之一(例如，從0.5的中心占空因數(shù))。

在第二技術(shù)下，最大經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)或其上限是代表峰值占空因數(shù)(即，峰值占空因數(shù)(PeakDutyCycle))的峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的周期數(shù)據(jù)131，其基于下列逆變器因素中的任意因素：(1)一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件(Q1-Q6；D1-D6)的熱阻抗，(2)一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件(Q1-Q6；D1-D6)的估算溫度，(3)一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件的功率耗散，(4)逆變器輸出199的基頻，以及(5)用于確定上述逆變器因數(shù)的特征化或測試。

如果占空因數(shù)調(diào)節(jié)不是在最大或極限值處，則該方法繼續(xù)進(jìn)行步驟S920。然而，如果占空因數(shù)在最大或極限值處，則該方法可以繼續(xù)進(jìn)行步驟S918或在等待一個(gè)時(shí)間間隔之后返回S902。

在步驟S918中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120可以記錄操作數(shù)據(jù)(例如，操作點(diǎn))以將其儲存為一個(gè)或多個(gè)文件、表、數(shù)據(jù)庫、或作為數(shù)據(jù)儲存裝置260中的峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的周期數(shù)據(jù)131的其它數(shù)據(jù)記錄。相應(yīng)地，在逆變器188的操作期間，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120可以(實(shí)時(shí)地)取回或讀取先前儲存的數(shù)據(jù)記錄或峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的周期數(shù)據(jù)131(由于圖9的方法的在線迭代)，以在步驟S922、S924或這兩個(gè)步驟中控制所述逆變器的操作。步驟S918以虛線示出，因?yàn)槠錇榭蛇x的并且可以被數(shù)據(jù)記錄或峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的周期數(shù)據(jù)131的工廠編程或現(xiàn)場編程所替代，例如，在這種情況下，在返回到步驟S902之前，步驟S918將會等待一段時(shí)間間隔。

在步驟S920中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120、熱調(diào)節(jié)模塊130或溫度估算模塊104確定逆變器188的最熱的半導(dǎo)體器件(包括Q1至Q6；包括D1至D6)是否為高側(cè)開關(guān)(Q1，Q3，Q5)或高側(cè)二極管(D1，D3，D5)。如果數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120或模塊(，104，130)確定最熱的半導(dǎo)體器件是高側(cè)開關(guān)或高側(cè)二極管，則該方法繼續(xù)進(jìn)行步驟S924。然而，如果數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120或模塊(104，130)確定最熱的半導(dǎo)體器件不是高側(cè)開關(guān)或高側(cè)二極管，則該方法繼續(xù)進(jìn)行步驟S922。

在步驟S922中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120或熱調(diào)節(jié)模塊130向上調(diào)節(jié)并且增加共模占空因數(shù)。在一個(gè)實(shí)例中，通過允許一個(gè)或多個(gè)其它半導(dǎo)體器件(例如，Q1，Q3，Q5，D1，D3，D5)在每個(gè)周期期間傳導(dǎo)電流更長時(shí)間，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120或熱調(diào)節(jié)模塊130可以增加共模占空因數(shù)以允許最熱的半導(dǎo)體器件(例如，低側(cè)開關(guān)Q2，Q4，Q6或低側(cè)二極管D2，D4，D6)冷卻。在另一實(shí)例中，在步驟S922中，熱調(diào)節(jié)模塊130或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120向上調(diào)節(jié)所述占空因數(shù)(例如，共模占空因數(shù))，或根據(jù)下列公式提供經(jīng)調(diào)節(jié)的共模占空比，稱為“經(jīng)調(diào)節(jié)的占空(Adjusted Duty)”：

在其中“峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的占空”是從查找表或所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120的數(shù)據(jù)儲存裝置260中的其它數(shù)據(jù)記錄中取得或讀取的期望的峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)數(shù)據(jù)131(例如，乘法器)，I_max是在圖1B的相A(355)、相B(357)、相C(359)中的半導(dǎo)體器件(例如，具有最大電流的器件)的最大相電流(例如，集電極電流或正向偏置二極管電流)，并且I_medium是半導(dǎo)體器件的中等相電流，其少于最大相電流但大于最小相電流。最大相電流、中等相電流、或其它相電流的這些值是瞬間值并且最大值和中等值可以連續(xù)地改變。圖9示出在此文檔中描述的波形的示例性實(shí)例。例如，I_max可以是三個(gè)相的最高電流或最大電流，I_medium可以是三個(gè)相的中等電流，介于具有最低電流的相和具有最高電流的相之間。在一個(gè)實(shí)施例中，最大電流和中等電流可由在輸出端子199處的輸出相電流、通過感測電路124或通過與任何特定高側(cè)半導(dǎo)體器件或低側(cè)半導(dǎo)體器件的一個(gè)或多個(gè)開關(guān)端子聯(lián)接的一個(gè)或多個(gè)電流傳感器進(jìn)行估算。

在替代實(shí)施例中，步驟S922被修改或替代，使得數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120或熱調(diào)節(jié)模塊130可以維持現(xiàn)有占空因數(shù)或調(diào)節(jié)占空因數(shù)以犧牲一個(gè)半導(dǎo)體器件相對于逆變器188中的一個(gè)或多個(gè)其它半導(dǎo)體器件的壽命。

在步驟S924中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120或熱調(diào)節(jié)模塊130對于最熱的半導(dǎo)體器件(例如，開關(guān)Q1，Q3，Q5或二極管D1，D3，D5)向下調(diào)節(jié)或降低共模占空因數(shù)。在一個(gè)實(shí)例中，通過允許一個(gè)或多個(gè)其它半導(dǎo)體器件(例如，Q2，Q4，Q6，D2，D4，D6)在每個(gè)周期期間傳導(dǎo)電流更長時(shí)間，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120或熱調(diào)節(jié)模塊130可以增加共模占空因數(shù)以允許最熱的半導(dǎo)體器件(例如，開關(guān)Q1，Q3，Q5或二極管D1，D3，D5)冷卻。在另一實(shí)例中，在步驟S924中，熱調(diào)節(jié)模塊130或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120向下調(diào)節(jié)占空因數(shù)(例如，共模占空因數(shù))或根據(jù)下列公式提供經(jīng)調(diào)節(jié)的共模占空比，稱為“經(jīng)調(diào)節(jié)的占空”，：

其中“峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的占空”是從查找表或所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120的數(shù)據(jù)儲存裝置260的其它數(shù)據(jù)記錄取得或讀取的期望的峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)數(shù)據(jù)131(例如，乘法器)，I_max是在圖1B的相A(355)、相B(357)、相C(359)中的半導(dǎo)體器件(例如，具有最大電流的器件)的最大相電流(例如，集電極電流或正向偏置二極管電流)，并且I_medium是半導(dǎo)體器件的中等相電流，其少于最大電流但大于最小相電流。最大相電流、中等相電流、或其它相電流的這些值是瞬間值并且最大值和中值可以連續(xù)地改變。圖9示出在此文檔中描述的波形的示例性實(shí)例。例如，I_max可以是三個(gè)相的最高電流或最大電流，I_medium可以是三個(gè)相的中等電流，介于具有最低電流的相和具有最高電流的相之間。在一個(gè)實(shí)施例中，最大電流和中等電流可以由在輸出端子199處的輸出相電流、通過感測電路124或通過與任何特定高側(cè)半導(dǎo)體器件或低側(cè)半導(dǎo)體器件的一個(gè)或多個(gè)開關(guān)端子聯(lián)接的一個(gè)或多個(gè)電流傳感器進(jìn)行估算。

在替代實(shí)施例中，步驟S924被修改或替代，使得數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120或熱調(diào)節(jié)模塊130可以維持現(xiàn)有占空因數(shù)或調(diào)節(jié)占空因數(shù)以犧牲一個(gè)半導(dǎo)體器件相對于逆變器188中的一個(gè)或多個(gè)其它半導(dǎo)體器件的壽命。

在步驟S914，S922，或S924之后，所述方法可返回至例如步驟S908，或其它更早的步驟。

在圖19中，信號的豎直軸線指示電流(例如，以安培為單位)，其中，經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)除外，該經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)被乘以1000，以將其與電流一起置于所述軸線上，而水平軸線指示出信號的相角或相的度數(shù)(例如，以度為單位)。圖9圖示出用于每個(gè)相端子(分別地，355，357，359)的電流輸出波形(502，504，506)(例如，基本上正弦波形)以及作為與驅(qū)動器177相關(guān)聯(lián)的輸入信號(或所輸入的衍生信號的基礎(chǔ))的相應(yīng)的共模偏移函數(shù)波形508(例如，基本上三角波形)的圖表。信號508由下式得出：

在一個(gè)實(shí)施例中，熱調(diào)節(jié)模塊130或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120調(diào)節(jié)、控制或處理所述共模偏移函數(shù)波形508以使得最大平均二極管功率損耗等于逆變器188中的中等平均二極管電流，或使得最大平均開關(guān)電流(例如，510)等于逆變器188中的中等平均開關(guān)電流(例如，512)。

如圖9中所圖示，在逆變器的輸出端子199處的三個(gè)輸出相電流波形(502，504，506)基本上是正弦波形。第一相輸出電流波形502(相A)相對于第二相輸出電流波形504(相B)和第三相輸出電流波形506(相C)在相角上偏移。共模偏移函數(shù)波形508包括基本上三角波形。在一個(gè)實(shí)施例中，共模偏移函數(shù)波形508，或其衍生，被注入到驅(qū)動器177或所述逆變器188的一個(gè)或多個(gè)開關(guān)(包括Q1至Q6在內(nèi))的輸入端子(370，371)中，以根據(jù)峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)調(diào)節(jié)逆變器的共模占空比，其中峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)基于每個(gè)周期的半導(dǎo)體器件的最大電流波形510和中等電流波形512(例如，處于0.5的占空比)、以及峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的占空數(shù)據(jù)131。例如，至少對于SVPWM的第一段，可以根據(jù)下列公式調(diào)節(jié)所述共模占空比，或確定經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)。

其中“峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的占空”是從查找表或所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)120的數(shù)據(jù)儲存裝置260中的其它數(shù)據(jù)記錄取得或讀取的期望的峰值經(jīng)調(diào)節(jié)的占空因數(shù)數(shù)據(jù)131，I_max是在一個(gè)周期上半導(dǎo)體器件(例如，包括Q1至Q6在內(nèi)；或包括D1至D6在內(nèi)；具有最大電流的半導(dǎo)體器件或最熱的半導(dǎo)體)的最大電流(例如，510，其可以表示集電極電流或正向偏置二極管電流)，而I_medium(例如，512)是同一半導(dǎo)體器件或不同相的另一半導(dǎo)體器件的中等電流(例如，處于大約0.5的占空因數(shù))，其在同一周期或不同周期上小于最大電流。例如，I_max可以是在端子199處的三個(gè)相的最高電流或最大電流，I_medium可以是在端子199處的三個(gè)相的中等電流，介于具有最低電流的相和具有最高電流的相之間。在一個(gè)實(shí)施例中，峰值或最大電流510是在一個(gè)周期期間的正的正弦偏離的基本半個(gè)波形，其與逆變器的一個(gè)或多個(gè)相在所述周期期間的對應(yīng)的基本正弦波形輸出相關(guān)聯(lián)。在一個(gè)實(shí)施例中，中等電流512在一個(gè)周期期間基本上是三角波形或大致弧形波形，其與逆變器的一個(gè)或多個(gè)相在所述周期期間的對應(yīng)的基本上正弦波形輸出相關(guān)聯(lián)。

圖10A示出了在逆變器的輸出端子處的第一相電流502(例如，相A電流)幅度隨相角(以度為單位)變化的曲線圖。豎直軸線反映了電流幅度，而水平軸線以度為單位示出了相位或位置。

圖10B示出了在逆變器188的輸出端子199處的各個(gè)半導(dǎo)體器件的第一相溫度隨相角或位置(以度為單位)變化的曲線圖，其中圖10B的溫度的相角或位置與圖10A的電流的相角對齊。高側(cè)開關(guān)溫度522由短虛線圖示，低側(cè)開關(guān)溫度516由交替的長虛線和短虛線圖示。高側(cè)二極管溫度518由實(shí)線圖示，低側(cè)二極管溫度520由長虛線所示。

圖10C示出了可根據(jù)溫度管理計(jì)劃、利用共模偏移或其它方式進(jìn)行調(diào)節(jié)的共模偏移函數(shù)波形514，以在一個(gè)或多個(gè)相的開關(guān)(Q1-Q6)或二極管(D1-D6)之間分配熱耗散，其中共模偏移函數(shù)波形514的相角或位置與圖10A中的電流波形502的相角或位置以及圖10B中的溫度曲線(516，518，520，522)對齊。經(jīng)調(diào)節(jié)的共模電壓波形或共模偏移函數(shù)514可以基于在閾值頻率以下的基頻而變化。如果逆變器的基頻或載波頻率高于閾值頻率，則SVPWM調(diào)制可以在無直流偏移以及無精調(diào)節(jié)的共模電壓波形的情況下使用。

圖11A示出穩(wěn)態(tài)相電流幅度波形(502，504，506)隨處于低基頻的逆變器188的輸出端子199處的相位或位置(以度為單位)變化的曲線圖，所述低基頻高于停轉(zhuǎn)基頻或不與電機(jī)(例如，電機(jī)117)的停轉(zhuǎn)狀態(tài)相關(guān)聯(lián)。例如，圖11A中的相電流波形(502，504，506)的低基頻大于停轉(zhuǎn)基頻并且小于或等于基頻閾值頻率。在相A輸出端子355處的相A波形502由實(shí)曲線示出并且可以基本上是正弦波形。在輸出端子357處的相B波形504由虛曲線示出并且可以是基本上正弦波形。在輸出端子359處的相C波形由點(diǎn)劃曲線示出并且可以是基本上正弦波形。

圖11B示出處于高于電機(jī)停轉(zhuǎn)狀態(tài)的低基頻下的經(jīng)調(diào)節(jié)的占空比函數(shù)(共模)或主直流(DC)偏移函數(shù)波形575，其對應(yīng)于圖11A的相電流幅度隨相角或位置(以度為單位)變化的曲線圖。圖11B示出處于高于電機(jī)停轉(zhuǎn)狀態(tài)的低基頻下的經(jīng)調(diào)節(jié)的占空比函數(shù)(共模)或第二直流(DC)偏移函數(shù)波形576，其對應(yīng)于圖11A的相電流幅度隨相角或位置(以度為單位)變化的曲線圖。主共模偏移函數(shù)波形575大致為相對于第二共模偏移函數(shù)波形576異相一百八十(180)度，其中這兩個(gè)波形(575，576)具有如圖所示的近似相同的頻率。所述主共模偏移函數(shù)波形575的相角或相移(例如，相對于基波波形而言大約零度)將熱耗散朝向全部三個(gè)相的二極管(包括D1-D6在內(nèi))進(jìn)行分配(例如，對稱地)，而所述第二主共模偏移函數(shù)波形576的相反的相角或相移(例如，波形575和576之間相差大約180度)將熱耗散朝向開關(guān)(包括Q1-Q6在內(nèi))進(jìn)行分配(例如，對稱地)。

圖11A中的波形(575，576)的相電流的低基頻大于停轉(zhuǎn)基頻并且小于或等于基頻閾值頻率。例如，在基頻閾值附近或以下、并且在電機(jī)的停轉(zhuǎn)頻率或停轉(zhuǎn)狀態(tài)以上的低基頻處，占空因數(shù)或共模偏移函數(shù)波形(575，576)可以從其0.5的中心值偏離其最大值的約+/-0.5，如在圖11B中所指示。如圖所示，共模偏移函數(shù)波形(575，576)具有基本上正弦函數(shù)-三角波形或余弦函數(shù)-三角波形，或它們的導(dǎo)數(shù)(或衍生)，盡管在替代實(shí)施例中可以使用梯形和其它波形。

圖12A示出了在位于電機(jī)的停轉(zhuǎn)頻率(例如，大約5Hz至2Hz)處或附近的低基頻下的逆變器188的輸出端子199處的相電流幅度波形(502，504，506)隨時(shí)間變化的曲線圖。圖12A中的相電流波形(502，504，506)的低基頻在停轉(zhuǎn)基頻處或附近，并且小于或等于基頻閾值頻率。在相A輸出端子355處的相A波形502由實(shí)曲線出并且可以基本上是正弦波形。在輸出端子357處的相B波形504由虛曲線示出并且可以是基本上正弦波形。在輸出端子359處的相C波形506由點(diǎn)劃曲線示出并且可以是基本上正弦波形。

在圖12A中，相電流幅度波形(502，504，506)是關(guān)于中心軸線525對稱的。在一個(gè)實(shí)施例中，圖12B的共模偏移函數(shù)528或530可以相對于端子199處的一個(gè)或多個(gè)輸出相在相位方面移位，或在峰值幅度方面移位，或在相位和幅度兩個(gè)方面都移位，以在半導(dǎo)體器件之間調(diào)節(jié)熱耗散，或在半導(dǎo)體開關(guān)與二極管之間調(diào)節(jié)平衡。

圖12B示出了與電機(jī)(例如，117)的停轉(zhuǎn)速度狀況處或附近相關(guān)聯(lián)的低基頻處的兩個(gè)示意性的經(jīng)調(diào)節(jié)的占空比函數(shù)或共模偏移函數(shù)波形(528，530)，它們對應(yīng)于圖12A的相電流幅度隨時(shí)間變化的曲線圖。圖12B中的相電流的低基頻在停轉(zhuǎn)基頻處或附近，并且小于或等于基頻閾值頻率。比閾值更低的基頻在停轉(zhuǎn)基頻處或附近(例如，從大致2Hz至大致0.5Hz)，所述占空因數(shù)或共模偏移函數(shù)波形530可能從其中心軸線525附近的中值偏離大約0.4至0.48，如由圖12B中的虛曲線所指示。在停轉(zhuǎn)狀態(tài)或附近，圖12B的經(jīng)調(diào)節(jié)的共模電壓波形或共模偏移函數(shù)530可具有峰值量值，該峰值量值其在豎直軸線上關(guān)于中心軸線525(例如，在豎直軸線上0處)大致接近于0.48或0.5，這代表著大致0.5的占空因數(shù)或百分之五十(50)的共模注入。如圖所示，共模偏移函數(shù)波形530具有基本上正弦函數(shù)-三角波形或余弦函數(shù)-三角波形，或它們的衍生，盡管可以使用梯形和其它波形。

圖12B圖示出經(jīng)調(diào)節(jié)的共模電壓波形或共模偏移函數(shù)的兩個(gè)變型，其中由虛曲線指示的第一共模偏移函數(shù)波形530具有關(guān)于中心軸線(例如，在豎直軸線上0處)的大約百分之40至48的三角注入波形，這代表著大約0.5的占空因數(shù)或百分之五十(50)的共模注入。由實(shí)曲線指示的第二共模偏移函數(shù)波形528具有大致25％的三角注入波形。第一共模偏移函數(shù)波形530具有比第二共模偏移函數(shù)波形528更高的幅度峰值和更大的量值/時(shí)間(量值vs.時(shí)間)斜率(更短的上升和降落時(shí)間)。此外，第一共模偏移函數(shù)波形530可以是被相移的。例如，如果共模偏移函數(shù)(例如，第一共模偏移波形30或第二共模偏移函數(shù)波形528)被相移大約180度，則熱耗散能夠在半導(dǎo)體開關(guān)與半導(dǎo)體二極管之間來或回地重新分配；反之亦然。

圖12B圖示出關(guān)于中心軸線525的經(jīng)調(diào)節(jié)的共模電壓波形或共模偏移函數(shù)波形(528，530)。根據(jù)熱分配管理計(jì)劃，例如，基于先前描述的用于經(jīng)調(diào)節(jié)的共模占空因數(shù)或占空比的公式，共模偏移波形(528，530)的幅度或峰值、相對于在端子199處的所述逆變器的輸出相位而言的共模偏移函數(shù)波形的相位、或這二者可在逆變器188中的半導(dǎo)體器件(Q1-Q6；D1-D6)之間不對稱地或?qū)ΨQ地分配熱耗散。

在一個(gè)實(shí)施例中，通過使用共模偏移函數(shù)波形的諧波(例如，三次諧波或三次諧波的整數(shù)倍)(該諧波與相數(shù)目(例如，3)乘以逆變器基頻相等)，所述經(jīng)調(diào)節(jié)的共模電壓波形或共模偏移函數(shù)波形(528，530)可具有相對于占空因數(shù)和逆變器188中的每個(gè)相的半導(dǎo)體器件內(nèi)的熱分配而言的對稱的影響。熱調(diào)節(jié)模塊130或數(shù)據(jù)處理器調(diào)節(jié)占空因數(shù)以使得損耗移位，并且因此通過以對稱的三次諧波方式使得所述共模占空因數(shù)移位而在處于不同相的不同半導(dǎo)體器件之間對稱地移動熱耗散，其中，在(例如，一個(gè)相諸如相A中的)第一半導(dǎo)體開關(guān)中的電壓或電流相對于(例如，另一相諸如相B或相C中的)導(dǎo)通的第二半導(dǎo)體開關(guān)和(例如，另一相諸如相B或相C中)導(dǎo)通的第三半導(dǎo)體器件被減小。

圖13A示出了用于在停轉(zhuǎn)狀態(tài)下操作的具有各種對應(yīng)的共模占空因數(shù)百分比的逆變器188的一個(gè)示意性相的高側(cè)開關(guān)(Q1，Q2，Q3)的功率(以瓦為單位)隨時(shí)間變化的曲線圖。點(diǎn)劃線示出在70％占空因數(shù)下的高側(cè)開關(guān)中的或被該高側(cè)開關(guān)耗散的功率電平584。虛線示出了在60％占空因數(shù)下的高側(cè)開關(guān)中的或被該高側(cè)開關(guān)耗散的功率電平582。實(shí)線示出了在50％占空因數(shù)下的高側(cè)開關(guān)中的或被該高側(cè)開關(guān)耗散的功率電平580。

圖13B示出用于圖13A的處于各種相應(yīng)的共模占空因數(shù)百分比下的高側(cè)開關(guān)(Q1，Q2，Q3)的溫度隨時(shí)間變化的曲線圖。點(diǎn)劃線示出在70％占空因數(shù)下的高側(cè)開關(guān)的溫度曲線590。虛線示出在60％占空因數(shù)下的高側(cè)開關(guān)的溫度曲線588。實(shí)線示出在50％占空因數(shù)下的高側(cè)開關(guān)的功率電平586?？傮w而言，通過圖13A和圖13B可以看出，隨著共模占空因數(shù)或占空比的增大，每個(gè)高側(cè)開關(guān)處理更多的功率并且必須耗散更多的熱量。相反地，隨著共模占空因數(shù)或占空比的減小，每個(gè)高側(cè)開關(guān)處理更低的功率并且必須耗散更少的熱量。

圖14A示出用于具有各種相應(yīng)的共模占空因數(shù)百分比的逆變器188的一示意性相的低側(cè)二極管(D2，D4，D6)的功率(以瓦為單位)隨時(shí)間變化的曲線圖。點(diǎn)劃線示出在70％占空因數(shù)下的低側(cè)二極管中的或由70％占空因數(shù)下的低側(cè)二極管耗散的功率電平584。虛線示出在60％占空因數(shù)下的低側(cè)二極管中的或由60％占空因數(shù)下的低側(cè)二極管耗散的功率電平582。實(shí)線示出在50％占空因數(shù)下的低側(cè)二極管中的或由50％占空因數(shù)下的低側(cè)二極管耗散的功率電平580。

圖14B示出用于圖14A的處于各種相應(yīng)的共模占空因數(shù)百分比下的低側(cè)二極管(D2，D4，D6)的溫度隨時(shí)間變化的曲線圖。點(diǎn)劃線示出處于70％占空因數(shù)下的低側(cè)二極管的溫度曲線590。虛線示出處于60％占空因數(shù)下的低側(cè)二極管的溫度曲線588。實(shí)線示出處于50％占空因數(shù)下的低側(cè)二極管的功率電平586。大致而言，通過圖14A和圖14B可以看出，隨著共模占空因數(shù)或占空比的增大，每個(gè)低側(cè)二極管處理更少的功率并且必須耗散更少的熱量。相反地，隨著共模占空因數(shù)或占空比的減小，每個(gè)低側(cè)二極管處理更多的功率并且必須耗散更多的熱量。因此，根據(jù)圖13A至圖14B，通過增大或減小共模占空因數(shù)或占空比，可以在高側(cè)開關(guān)和低側(cè)二極管之間分配熱量。

雖然已描述了優(yōu)選的實(shí)施例，但顯而易見的是，在不脫離由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍的情況下，可以做出各種修改。