用于功率电子变换器的无传感器式电流感测方法
【技术领域】
[0001] 示例性实施例设及功率变换电路和用于估算流过功率电子变换器和/或在其中 使用的开关的电流的方法。
【背景技术】
[0002] 常规的低成本电流感测方法在高功率换流器和变换器应用中采用开环电流传感 器。开环电流传感器是霍尔化all)元件、娃铁磁巧、电子电路和连接器的集成密封塑料管 壳组件。该开环电流传感器由于其磁巧中的铁耗而遭遇较大的温度升高。因此，开环电流 传感器在对流过由其监测和/或感测的功率电子开关的电流的处理方面带来了限制。
[0003] 另外，在该电流传感器的成本和性能水平之间存在正比关系。此外，装配、封装、可 靠性和热问题是也关注的。由电流传感器占据的体积空间使得功率电子组件中的许多周围 区域是不可用的。该种不可用的空间会不利地影响功率电子组件的功率密度（kW/Kg)和/ 或能量密度（kW/liter)，设计的脆弱性增加，如电流传感器中难快速和及时方式检测 到并且补救的热失效模式。
【发明内容】
[0004] 一些实施例设及用于估算流过功率电子变换器和/或在功率变换电路中使用的 开关的电流的方法和装置。
[0005] 在一示例性实施例中，一种设备包括具有半导体开关的功率电子开关电路和与功 率电子开关电路通信的装置。该装置包括被配置成用于基于半导体开关上的第一电压、控 制半导体开关的控制信号、和半导体开关的第一电压电流特性来估算通过功率电子开关电 路的电流的处理器。
[0006] 在一示例性实施例中，一种电气结构包括第一设备，所述第一设备包括具有半导 体开关和第一装置的第一功率电子开关电路，所述第一装置包括被配置成用于基于第一功 率电子开关电路的半导体开关上的第一电压、控制第一功率电子开关电路的半导体开关的 第一控制信号、和第一功率电子开关电路的半导体开关的第一电压电流特性来估算一电流 中流过第一功率电子开关电路的第一部分的第一处理器。该电气结构进一步包括第二设 备，所述第二设备包括第二装置和第二功率电子开关电路，所述第二装置包括被配置成用 于基于第二功率电子开关电路的半导体开关上的第二电压、控制第二功率电子开关电路的 半导体开关的第二控制信号和第二功率电子开关电路的半导体开关的第一电压电流特性 来估算所述电流中流过第二功率电子开关电路的第二部分的第二处理器。处理器进一步包 括被配置成用于基于电流的估算的第一部分和电流的估算的第二部分来估算所述电流的 第=处理器。
[0007] 在一示例性实施例中，一种方法包括测量第一功率电子开关电路的半导体开关上 的第一电压并且基于测量的第一电压、控制半导体开关的控制信号和半导体开关的第一电 压电流特性来估算通过功率电子开关电路的电流。
【附图说明】
[000引根据下文与附图结合的详细描述将更清楚地理解示例性实施例。图1-5B表示本 文中描述的非限制性的示例性实施例。
[0009] 图1图示了根据示例性实施例的设备，其包括功率电子开关电路和用于估算流过 功率电子开关电路的电流的装置；
[0010] 图2图示了根据示例性实施例的、估算流过图1中示出的功率电子开关电路的电 流的方法的流程图；
[0011] 图3图示了根据示例性实施例的另一设备，其包括功率电子开关电路和用于估算 流过功率电子开关电路的电流的装置；
[001引图4图示了根据示例性实施例的、估算流过图3中示出的功率电子开关电路的电 流的方法的流程图；
[0013] 图5图示了根据示例性实施例的电气结构，其具有高压侧设备和低压侧设备W 及每个设备中用于估算流过包括在每个设备中的功率电子开关电路的电流的一部分的装 置；
[0014] 图6图示了根据示例性实施例的另一电气结构，其具有高压侧设备和低压侧设备 W及每个设备中用于估算流过包括在每个设备中的功率电子开关电路的电流的一部分的 装置；
[00巧]图7A-C图不了根据不例性实施例的、具有服和LS功率电子开关电路的变换器相W及变换器相的相电流的方向；
[0016] 图8图示了根据示例性实施例的、可用于混合动力车辆中的车载发电和牵引系统 的双换流器系统，其使用了参照图1-2描述的多个装置；和
[0017] 图9图示了根据示例性实施例的、具有S相输出和n相开关磁阻电机的永磁体发 电机，其使用了参照图1-2描述的多个装置。
【具体实施方式】
[0018] 现在将参照图示一些示例性实施例的附图更充分地描述一些示例性实施例。
[0019] 因此，尽管能够对示例性实施例进行各种修改并且形成可替换形式，但是附图通 过示例的方法示出所述实施例并且本文将详细描述所述实施例。然而，应该理解，目的不是 将示例性实施例限制到公开的具体形式，而是相反，示例性实施例将覆盖落入权利要求的 范围内的所有的修改例、等同例和替换。在对附图的所有描述中，相同的数字指示相同的元 件。
[0020] 将理解，虽然在本文中术语第一、第二等可W用于描述各种元件，但是该些术语不 应该限制该些元件。该些术语仅用于区别一个元件与另一元件。例如，第一元件可W被称为 第二元件，并且，类似地，第二元件可W被称为第一元件，该没有脱离示例性实施例的范围。 如本文所用，术语"和/或"包括一个或多个相关联的列出项目的任意结合和所有结合。
[0021] 将理解，当元件被称为"连接"或"禪接"到另一元件时，其可W直接连接或禪接 到可W存在的其它元件或插入元件。相反，当元件被称为"直接连接"或"直接禪接"到另 一元件时，其中不存在插入元件。应该W相同方式理解用于描述元件之间的关系的其它措 辞（例如，"在...之间"与"直接在...之间"，"邻近"与"直接邻近"等。）。
[0022] 本文中使用的术语仅为了描述具体的实施例并且不旨在限制示例性实施例。如本 文所用，单数形式"a"、"an"和"the"旨在同样包括复数形式，除非上下文W其他方式明确 表示。将进一步理解，当在本文中使用术语"包括"和/或"包含"时，指出存在规定的部件、 整体、步骤、操作、元件和/或构件，但是不排除存在或增加一个或多个其它的部件、整体、 步骤、操作、元件、构件和/或其组群。
[0023] 还应该注意，说明的功能/作用可-些可替换的实现方式不按照图中图示的 次序出现。例如，实际上可W大致同时执行或有时可相反次序执行连续示出的两个图， 该取决于设及的功能/作用。
[0024] 除非另有规定，否则本文中使用的所有术语具有的意义与示例性实施例属于的技 术领域中的人员通常理解的意义相同。将进一步理解，例如限定在通常使用的字典中的那 些术语应该理解成具有的意义与其在相关技术的内容中的意义一致，而不应理解成理想化 的意义或过度正式的意义，除非本文中明确地如此限定。
[0025] 示例性实施例的部分和对应的详细描述呈现在软件、或对计算机存储器中的数据 位的操作的算法和符号表示方面。该些描述和表示是本领域的技术人员向本领域的其他技 术人员有效表达其工作的实质的方式。算法，作为本文使用的术语，并且如其被通常使用的 那样，被认为是通向结果的一序列有条理的步骤。该步骤对物理量进行要求的物理操纵。 通常，虽然不一定，该些物理量采取能够被存储、传送、组合、比较、和W其他方式操纵的光 信号、电信号、或磁信号的形式。主要由于普遍使用的原因，有时方便地将该些信号称为位、 值、要素、符号、字符、术语、数字等。
[0026] 在W下描述中，将参照可W执行为实现具体任务或采用具体的抽象数据类型的、 包括例行程序、程序、目标、成分、数据结构等的程序模块或功能性过程并且可W使用现有 的硬件执行的操作的作用和符号表示（例如，成流程图的形式）来描述说明性实施例。该 现有的硬件可W包括一个或多个中央处理器（CP化）、数字信号处理器值SPs)、专用集成电 路、现场可编程口阵列（FPGAs)计算机等。
[0027] 然而，应该明白，所有的该些术语和类似的术语将与适当的物理量相关并且仅是 应用于该些物理量的方便的符号。除非W其他方式具体地规定，或如从讨论所显而易见的， 诸如"处理"或"计算"或"确定"或"显示"等术语指操作被表示为计算机系统的寄存器和 存储器中的物理电子量的数据并且将其转换成类似地表示为计算机系统存储器或寄存器 或其它的该种信息存储、传送或显示装置中的物理量的其它数据的计算机系统或类似的电 子计算装置的作用和过程。
[002引还注意到执行示例性实施例的方面的软件通常被编码在一些形式的实体（或记 录）存储介质上或通过一些类型的传送介质来执行。有形存储介质可W是磁介质（例如， 软盘或硬盘）或光介质（例如，光盘只读存储器，或"CDROM"),并且可W只读或随机存取。 类似地，传送介质可W是绞合线对、同轴电缆、光纤、或技术人员已知的一些其它适当的传 送介质。示例性实施例不受任何规定的实现方式的该些方面的限制。
[0029] 图1图示了根据示例性实施例的设备，其包括功率电子开关电路和用于估算流过 功率电子开关电路的电流的装置。设备100可W包括功率电子开关电路102和电流感测装 置104 (在下文称为装置104)。
[0030] 功率电子开关电路102可w包括半导体开关106和二极管108。电流1胃（或可 选地，Imwwt)可W流过功率电子开关电路102,如图1所示，可W确定该电流的估算值，如下 文将描述的那样。半导体开关106可W是绝缘栅双极晶体管（IGBT)，其具有栅极110、集电 极112和发射极114。半导体开关106还可W是金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET) (例如，nMOS、pMOS等），其中元件110、112和114可W分别是栅极、漏极和源极。将认识到， 半导体开关106不受限于W上IGBT和FET类型的晶体