[发明专利]用于开关装置的温度感测系统

说明书

本发明提供用于开关装置的温度感测系统。温度感测系统包括：感测装置，其配置成感测开关装置的温度；和信号转换器，其配置成通过频率可变方法输出频率基于跨越感测装置的电压的数字信号，该频率可变方法当电流在温度传感器中流动时接收作为温度感测值的跨越感测装置的电压，以将模拟信号电平转换成数字信号频率。隔离器配置成与信号转换器的输出端子连接，以隔离并发送从信号转换器输出的数字信号。系统也包括控制器，控制器配置成由经由隔离器发送的数字信号的频率来识别温度。

技术领域

本公开涉及用于开关装置的温度感测系统，并且更具体地，涉及温度感测系统，其能够通过使用安装在作为开关装置的IGBT中的二极管，利用二极管型IGBT温度感测来有效解决用于在相当高电压侧的IGBT模块与低电压侧的控制器之间的传输隔离的信号处理问题并增加温度感测的精度。

背景技术

一般而言，环保型车辆，如电动车、混合动力车以及燃料电池车配备有电动机系统，其包括用于驱动车辆的驱动电动机和用于将来自相当高电压电源的直流(DC)电压转变成交流(AC)电压以驱动电动机的逆变器。在这种结构中，驱动电动机由经由电缆从逆变器传送的3相电流来驱动，并且逆变器配置成随着控制器的脉冲宽度调制(PWM)信号切换开关装置，以将来自相当高电压电源的DC电压转换成AC电压。

在常规逆变器中用作功率模块的开关装置包括绝缘栅双极晶体管(在下文，称为“IGBT”)，其可以配置成即使当使用相当大功率时也能执行高速开关操作。在环保型车辆中，上述逆变器以及诸如已在车辆内各种电路中使用的直流-直流(DC-DC)转换器的电力转换设备利用IGBT作为功率开关装置。同时，由于在切换操作期间传递或切断的电流容量很大，所以由于在操作期间经历过热或过电流，IGBT模块会损坏。

因此，配置成测量温度并且可以防止IGBT模块由于过热、过电流等而损坏的温度传感器可以设置在IGBT模块内，并且具体地，可以设置在IGBT模块的直接覆铜(DBC)上。对于常规的温度传感器，诸如负温度系数(NTC)热敏电阻已被使用，其中电阻基于温度而连续变化。NTC热敏电阻可以配置成使用基于温度而改变的电阻值来执行温度感测。例如，温度可以通过在作为温度传感器的NTC热敏电阻与另一个电阻之间测量的电压差值来预测。

然而，当使用NTC热敏电阻时，如图1中所示，IGBT模块的温度可以被感测到并绘制为非线性曲线，并因此在需要精度的相当高温时，分辨率降低。因此，温度的精确感测会较为困难。NTC热敏电阻不直接感测IGBT装置的温度，而是，使用NTC热敏电阻安装在DBC上的间接感测方法，因此温度的精确测量会较为困难。其上设置有温度传感器的DBC的温度大致地与接触DBC底面的冷却器(具有设置在其中的冷却水循环路径的一类散热器)的温度相同，由此，产热的半导体芯片的结温无法准确测量，因此在IGBT模块内的电信号交换操作也无法准确测量。换言之，对于测量产生热的半导体芯片的结温的温度传感器，需要监测在接触DBC的冷却器内的冷却水的温度，这可能导致半导体芯片的不准确的结温测量。

为保护半导体芯片的结温，结温的计算是可取的。然而，在使用热模型来估计结温时，计算误差可能相当大，并且该模型的结构已经被证明是较难的。当计算出半导体芯片的结温时，所计算出的结温可以通过热模型和在正常驱动逆变器期间的热值估计来拟合结温的预测。然而，通过由逆变器调整驱动电动机的扭矩而用于防止车辆在上坡路向下倒退的坡道保持模式中，半导体芯片的结温估计可能较难，并且当逆变器的可变切换相当大量时在各个样本频率处发生错误，使得用于包括半导体芯片的IGBT模块的过热保护操作不能准确执行。代入到用于保护在电流传感器故障期间的过热和过电流的逻辑中的温度估计可能不准确，因此，过热保护可能无法正确适当地执行。因此，在驱动环保型车辆时IGBT模块会损坏，导致车辆的不安全行驶。