BR102016023308B1 - Circuito e sistema para monitorar e determinar como cargas elétricas, tais como motores elétricos são acionados por inversores eletrônicos de alimentação - Google Patents

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Abstract

CIRCUITO E SISTEMA PARA MONITORAR E DETERMINAR COMO CARGAS ELÉTRICAS, TAIS COMO MOTORES ELÉTRICOS SÃO ACIONADOS POR INVERSORES ELETRÔNICOS DE ALIMENTAÇÃO. Em uma modalidade exemplar, um circuito inclui um primeiro subcircuito configurado para gerar primeiros dados correspondendo a uma frequência e uma duração de sobrecarga de um transistor no inversor, e um segundo subcircuito configurado para gerar segundos dados correspondendo a uma taxa de elevação de uma tensão e um valor de tensão de pico do transistor no inversor. O primeiro subcircuito e o segundo subcircuito estão configurados para prover respectivamente os primeiros dados e os segundos dados como saídas para um controlador para analisar uma maneira em que uma carga acoplada com o inversor é acionada.

Description

CAMPO
[001] Modalidades exemplares estão relacionadas com sistemas e métodos de dispositivo de acionamento eletrônico para monitorar e determinar como cargas elétricas, tais como motores elétricos são acionados por inversores eletrônicos de alimentação.
FUNDAMENTOS
[002] No processo de projetar e desenvolver inversores eletrônicos de alimentação a ser usados em dispositivos híbridos tais como dispositivos de CA, um engenheiro/projetista tipicamente luta para capturar requisitos de produto como por aplicações intencionadas. Uma vez que os inversores são projetados e distribuídos em veículos híbridos e tais veículos híbridos são fabricados, os veículos híbridos são tornados disponíveis para os consumidores. Uma vez em posse de consumidores, um veículo híbrido tipicamente é usado como por especificações e requisitos de projeto. No entanto, existe uma possibilidade de que tais veículos híbridos possam ser abusados e usados bem acima das especificações, o que pode levar a degradação mais rápida de componentes elétricos tais como semicondutores de comutação em inversores eletrônicos de alimentação usados em tais veículos.
[003] Como o uso de inversores eletrônicos de alimentação em veículos híbridos é relativamente novo, um esquema de vigilância de baixo custo para os inversores pode ser vantajoso para determinar como um veículo híbrido é acionado e o que são as expectativas e comportamentos do operador de um veículo híbrido, que então pode ser usado para aumentar o tempo de vida de componentes elétricos dentro do veículo e/ou aumentar a eficiência de combustível de tais veículos.
SUMÁRIO
[004] Algumas modalidades exemplares são direcionadas para métodos e aparelhos para monitorar uma operação de um inversor eletrônico de alimentação de maneira a analisar uma maneira em que uma carga conectada com o inversor eletrônico de alimentação é acionada.
[005] Em uma modalidade exemplar, um circuito inclui um primeiro subcircuito configurado para gerar primeiros dados correspondendo a uma frequência e uma duração de sobrecarga de um transistor no inversor, e um segundo subcircuito configurado para gerar segundos dados correspondendo a uma taxa de elevação de uma tensão e um valor de tensão de pico do transistor no inversor. O primeiro subcircuito e o segundo subcircuito estão configurados para prover respectivamente os primeiros dados e os segundos dados como saídas para um controlador para analisar uma maneira em que uma carga acoplada com o inversor é acionada.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[006] Modalidades exemplares serão entendidas mais claramente a partir da seguinte descrição detalhada tomada em conjunto com os desenhos anexos. As FIGS. 1-5B representam modalidades exemplares não limitantes como descrito aqui.
[007] A FIG. 1 é um diagrama de bloco de um sistema para controlar um motor elétrico, de acordo com uma modalidade exemplar,
[008] a FIG. 1A ilustra uma primeira parte do sistema de FIG. 1, de acordo com uma modalidade exemplar,
[009] a FIG. 1B ilustra uma segunda parte do sistema de FIG. 1, de acordo com uma modalidade exemplar,
[0010] a FIG. 2 é um diagrama de bloco de um sistema de processamento de dados eletrônicos consistente com FIG. 1, de acordo com uma modalidade exemplar,
[0011] a FIG. 3 ilustra um circuito de inversor acoplado com umo alarme de inversor, de acordo com uma modalidade exemplar,
[0012] a FIG. 4 ilustra um circuito de monitoramento e um semicondutor de comutação, de acordo com uma modalidade exemplar,
[0013] a FIG. 5 ilustra a geração de saídas de um circuito de monitoramento, de acordo com uma modalidade exemplar,
[0014] a FIG. 6 ilustra trens de pulso gerados pelos circuitos de monitoramento de uma vigilância de monitoramento que monitoram semicondutores de comutação quando um motor é acionado sob condições de carga relativamente leves, de acordo com uma modalidade exemplar,
[0015] a FIG. 7 ilustra trens de pulso gerados pelos circuitos de monitoramento de uma vigilância de monitoramento que monitoram semicondutores de comutação, quando um motor é acionado sob condições de carga mais extremas com relação à FIG. 6, de acordo com uma modalidade exemplar, e
[0016] a FIG. 8 ilustra trens de pulso gerados pelos circuitos de monitoramento de uma vigilância de monitoramento que monitoram semicondutores de comutação, quando um motor é acionado sob condições de parada, de acordo com uma modalidade exemplar.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES EXEMPLARES
[0017] Algumas modalidades exemplares não serão descritas mais completamente com referência aos desenhos anexos em que algumas modalidades exemplares são ilustradas.
[0018] De maneira apropriada, enquanto modalidades exemplares são capazes de várias modificações e formas alternativas, modalidades das mesmas são mostradas por meio de exemplo nos desenhos e aqui serão descritas em detalhe. No entanto, deve ser entendido que não existe intenção de limitar modalidades exemplares às formas particulares divulgadas, mas pelo contrário, modalidades exemplares são para cobrir todas as modificações, equivalentes, e alternativas que estão dentro do escopo das reivindicações. Números semelhantes se referem aos elementos semelhantes através da descrição das figuras.
[0019] Será entendido que, apesar de os termos primeiro, segundo, etc. poderem ser usados aqui para descrever vários elementos, estes elementos não devem estar limitados por estes termos. Estes termos são usados apenas para distinguir um elemento do outro. Por exemplo, um primeiro elemento pode ser chamado de um segundo elemento, e, similarmente, um segundo elemento pode ser chamado de um primeiro elemento, sem fugir do escopo das modalidades exemplares. Como usado aqui, o termo “e/ou” inclui qualquer um e todas as combinações de um ou mais dos itens listados associados.
[0020] Será entendido que quando um elemento é referido como estando “conectado” ou “acoplado” com outro elemento, ele pode ser diretamente conectado ou acoplado com o outro elemento ou elementos intervenientes podem estar presentes. Em contraste, quando um elemento é referido como estando “diretamente conectado” ou “diretamente acoplado” com outro elemento, não existem elementos intervenientes presentes. Outras palavras usadas para descrever a relação entre os elementos devem ser interpretadas de um modo semelhante (por exemplo, “entre” versus “diretamente entre”, “adjacente” versus “diretamente adjacente”, etc.).
[0021] A terminologia usada aqui é para o propósito de descrever modalidades particulares apenas e não está intencionada a ser limitante das modalidades exemplares. Como usado aqui, as formas singulares “um”, “uma”, “o” e “a” também estão intencionadas a incluir as formas plurais, a menos que o contexto indique claramente de outra forma. Será entendido adicionalmente que os termos “compreende”, “compreendendo”, “inclui” e/ou “incluindo”, quando usados aqui, especificam a presença de funcionalidades, integrantes, etapas, operações, elementos e/ou componentes declarados, mas não impedem a presença ou a adição de uma ou mais outras funcionalidades, integrantes, etapas, operações, elementos, componentes e/ou grupos das mesmas.
[0022] Também deve ser notado que em algumas implementações alternativas, as funções/atos notados podem ocorrer fora da ordem notada nas figuras. Por exemplo, duas figuras mostradas em sucessão de fato podem ser executadas substancialmente concorrentemente ou algumas vezes podem ser executadas na ordem inversa, dependendo da funcionalidade/dos atos envolvidos.
[0023] A menos que seja definido de outra forma, todos os termos (incluindo os termos técnicos e científicos) usados aqui possuem o mesmo significado como comumente entendido por um versado na técnica em que as modalidades exemplares pertencem. Será entendido adicionalmente que termos, por exemplo, aqueles definidos em dicionários comumente usados, devem ser interpretados como tendo um significado que é consistente com o seu significado no contexto da técnica relevante e não será interpretado de um sentido formal idealizado ou excessivamente formal a menos que seja expressamente definido assim aqui.
[0024] Porções de modalidades exemplares e a correspondente descrição detalhada são apresentadas em termos de software, ou algoritmos e representações simbólicas da operação de bits de dados dentro de uma memória de computador. Estas descrições e representações são aquelas em que um versado na técnica efetivamente transporta a parte substancial do seu trabalho para outros versados na técnica. Um algoritmo, como o termo é usado aqui, e como é usado em geral, é concebido para ser uma sequência auto-consistente de etapas que levam a um resultado. As etapas são aquelas que necessitam de manipulações das quantidades físicas. Comumente, apesar de não necessariamente, estas quantidades tomam a forma de sinais ópticos, elétricos, ou magnéticos capazes de ser armazenados, transferidos, combinados, comparados, e de outra forma manipulados. Se provou conveniente em alguns momentos, principalmente para as razões de uso comum, se referir a estes sinais como bits, valores, elementos, símbolos, caracteres, termos, números ou semelhantes.
[0025] Na seguinte descrição, modalidades ilustrativas serão descritas com referência aos atos e representações simbólicas das operações (por exemplo, na forma de fluxogramas) que podem ser implementados como módulos de programa ou processos funcionais incluindo rotinas, programas, objetos, componentes, estruturas de dados, etc., que realizam tarefas particulares ou implementam tipos de dados de resumo particulares e podem ser implementados usando hardware existente. Tal hardware existente pode incluir uma ou mais Unidades de Processamento Central (CPUs), processadores de sinal digital (DSPs), circuitos integrados de aplicação específica, computadores de arranjos de portal programável de campo (FPGAs) ou semelhantes.
[0026] Deve-se ter em mente que, no entanto, todos estes termos e termos similares devem estar associados com as quantidades físicas apropriadas e são meramente rótulos convenientes aplicados para estas quantidades. A menos que seja declarado especificamente de outra forma, ou como é aparente da discussão, termos tais como “processamento” ou “computação” ou “cálculo” ou “determinação” ou “exibição” ou semelhantes, se referem à ação e processos de um sistema de computador, ou dispositivo de computação eletrônica similar, que manipula e transforma dados representados como quantidades eletrônicas físicas dentro dos registradores e memória do sistema de computador para outros dados similarmente representados como quantidades físicas dentro dos registradores ou memória do sistema de computador ou outro tal armazenamento de informação, dispositivos de transmissão ou de exibição.
[0027] Nesta aplicação, incluindo as definições abaixo, o termo ‘módulo’ ou o termo ‘controlador’ podem ser substituídos com o termo ‘circuito’. O termo ‘módulo’ pode ser referir a, em parte a, ou incluir hardware de processador (dividido, dedicado ou grupo) que executa código e hardware de memória (dividido, dedicado ou grupo) que armazena código executado pelo hardware de processador.
[0028] O módulo pode incluir um ou mais circuitos de interface. Em alguns exemplos, os circuitos de interface podem incluir interfaces com fios ou sem fios que são conectadas com uma rede de área local (LAN), a Internet, uma rede de banda larga (WAN), ou combinações das mesmas. A funcionalidade de qualquer dado módulo da presente descrição pode ser distribuída dentre múltiplos módulos que são conectados através de circuitos de interface. Por exemplo, múltiplos módulos podem permitir o equilíbrio de carga. Em um exemplo adicional, um módulo de servidor (também conhecido como remoto, ou nuvem) pode alcançar alguma funcionalidade em nome de um módulo de cliente.
[0029] Adicionalmente, pelo menos uma modalidade da invenção se refere a um meio de armazenamento legível por computador não transitório compreendendo informação de controle legível de maneira eletrônica armazenada no mesmo, configurada tal que quando o meio de armazenamento é usado em um controlador de um dispositivo de ressonância magnética, pelo menos uma modalidade do método é realizada.
[0030] Ainda adicionalmente, qualquer um dos métodos mencionados anteriormente pode ser incorporado na forma de um programa. O programa pode ser armazenado em um meio legível por computador não transitório e está adaptado para realizar qualquer um dos métodos mencionados anteriormente quando rodado em um dispositivo de computador (um dispositivo incluindo um processador). Assim, o meio legível por computador tangível não transitório, está adaptado para armazenar informação e está adaptado para interagir com uma instalação de processamento de dados ou dispositivo de computador para executar o programa de qualquer uma das modalidades mencionadas acima e/ou para realizar o método de qualquer uma das modalidades mencionadas acima.
[0031] O meio legível por computador ou meio de armazenamento pode ser um meio embutido instalado dentro de um corpo principal de dispositivo de computador ou um meio removível arranjado de forma que pode ser separado do corpo principal de dispositivo de computador. O termo meio legível por computador, como usado aqui, não engloba sinais eletromagnéticos ou elétricos transitórios que se propagam através de um meio (tal como em uma onda de portador), o termo meio legível por computador, portanto é considerado tangível e não transitório. Exemplos não limitantes do meio legível por computador não transitório incluem, mas não estão limitados a, dispositivos de memória não volátil regraváveis (incluindo, por exemplo, dispositivos de memória de flash, dispositivos de memória apenas de leitura programáveis apagáveis, ou dispositivos de memória apenas de leitura de uma máscara), dispositivos de memória voláteis (incluindo, por exemplo, dispositivos de memória de acesso aleatório estático ou dispositivos de memória de acesso aleatório dinâmico), meios de armazenamento magnético (incluindo, por exemplo, uma fita magnética digital ou analógica ou um drive de disco rígido), e meios de armazenamento óptico (incluindo, por exemplo, um CD, um DVD, ou um Disco de Blu-ray). Exemplos dos meios com uma memória não volátil regravável embutida, incluem, mas não estão limitados a cartões de memória, e meios com uma ROM embutida, incluindo, mas não limitado a cassetes de ROM, etc. Adicionalmente, várias imagens armazenadas com relação à informação, por exemplo, informação de propriedade, podem ser armazenadas de qualquer outra forma, ou podem ser providas de outros modos.
[0032] O termo código, como usado acima, pode incluir software, firmware, e/ou microcódigo, e pode se referir a programas, rotinas, funções, classes, estruturas de dados, e/ou objetos. Hardware de processador dividido engloba um único microprocessador que executa parte do ou todo o código a partir de múltiplos módulos. Hardware de processador em grupo engloba um microprocessador que, em combinação com microprocessadores adicionais, executa parte do ou todo o código a partir de um ou mais módulos. Referências aos múltiplos microprocessadores engloba múltiplos microprocessadores em matrizes discretas, múltiplos microprocessadores em uma única matriz, múltiplas cores de um único microprocessador, múltiplas roscas de um único microprocessador, ou uma combinação do dito acima.
[0033] Hardware de memória dividida engloba um único dispositivo de memória que armazena parte ou todos os códigos a partir de múltiplos módulos. Hardware de memória de grupo engloba um dispositivo de memória que, em combinação com outros dispositivos de memória, armazena parte ou todos os códigos a partir de um ou mais módulos.
[0034] O termo hardware de memória é um subconjunto do termo meio legível por computador. O termo meio legível por computador, como usado aqui, não engloba sinais eletromagnéticos ou elétricos transitórios que se propagam através de um meio (tal como em uma onda de portador), o termo meio legível por computador, portanto é considerado tangível e não transitório. Exemplos não limitantes do meio legível por computador não transitório incluem, mas não estão limitados a, dispositivos de memória não volátil regraváveis (incluindo, por exemplo, dispositivos de memória de flash, dispositivos de memória apenas de leitura programáveis apagáveis, ou dispositivos de memória apenas de leitura de uma máscara), dispositivos de memória voláteis (incluindo, por exemplo, dispositivos de memória de acesso aleatório estático ou dispositivos de memória de acesso aleatório dinâmico), meios de armazenamento magnético (incluindo, por exemplo, uma fita magnética digital ou analógica ou um drive de disco rígido), e meios de armazenamento óptico (incluindo, por exemplo, um CD, um DVD, ou um Disco de Blu-ray). Exemplos dos meios com uma memória não volátil regravável embutida, incluem, mas não estão limitados a cartões de memória, e media com uma ROM embutida, incluindo, mas não limitado a cassetes de ROM, etc. Adicionalmente, várias imagens armazenadas com relação à informação, por exemplo, informação de propriedade, podem ser armazenadas de qualquer outra forma, ou podem ser providas de outros modos.
[0035] Note ainda que os aspectos implementados por software das modalidades exemplares tipicamente são codificados em alguma forma de meio de armazenamento tangível (ou de gravação) ou implementados por algum tipo de meio de transmissão. O meio de armazenamento tangível pode ser magnético (por exemplo, um disco de floppy ou um disco rígido) ou óptico (por exemplo, uma memória apenas de leitura de disco compacto, ou “CD ROM”), e pode ser apenas de leitura ou de acesso aleatório. Similarmente, o meio de transmissão pode ser de pares de fios torcidos, cabo coaxial, fibra óptica, ou algum outro meio de transmissão adequado conhecido na técnica. Modalidades exemplares não estão limitadas por estes aspectos de qualquer dada implementação.
[0036] Algumas modalidades exemplares são direcionadas para métodos e aparelhos para monitorar uma operação de um inversor eletrônico de alimentação de maneira a analisar uma maneira em que uma carga conectada com o inversor eletrônico de alimentação é acionada.
[0037] Em uma modalidade exemplar, um circuito inclui um primeiro subcircuito configurado para gerar primeiros dados correspondendo a uma frequência e uma duração de sobrecarga de um transistor no inversor, e um segundo subcircuito configurado para gerar segundos dados correspondendo a uma taxa de elevação de uma tensão e um valor de tensão de pico do transistor no inversor. O primeiro subcircuito e o segundo subcircuito estão configurados para prover respectivamente os primeiros dados e os segundos dados como saídas para um controlador para analisar uma maneira em que uma carga acoplada com o inversor é acionada.
[0038] Em mais uma modalidade exemplar, o primeiro subcircuito está configurado para gerar os primeiros dados durante um evento de desligamento do transistor.
[0039] Em mais uma modalidade exemplar, o evento de desligamento ocorre quando o transistor fornece corrente de pico ou corrente quase de pico para a carga.
[0040] Em mais uma modalidade exemplar, os primeiros dados é uma série de pulsos.
[0041] Em mais uma modalidade exemplar, o segundo subcircuito está configurado para gerar os segundos dados durante o evento de desligamento do transistor.
[0042] Em mais uma modalidade exemplar, o segundo subcircuito está configurado para gerar os segundos dados medindo uma tensão através de um resistor no segundo subcircuito.
[0043] Em mais uma modalidade exemplar, o controlador está configurado para analisar a maneira em que a carga é acionada para receber os primeiros dados, e determinar a frequência e a duração de sobrecarga do transistor com base nas frequências e larguras de pulsos incluídos nos primeiros dados.
[0044] Em mais uma modalidade exemplar, o controlador está configurado adicionalmente para analisar a maneira em que a carga é acionada receber os segundos dados, determinar, com base nos segundos dados, uma temperatura do transistor durante o evento de desligamento, desenvolver um modelo de degradação para o transistor com base na temperatura determinada, e determinar uma programação para realizar uma manutenção do transistor com base no modelo de degradação e uma tabela de observação de manutenção.
[0045] Em mais uma modalidade exemplar, o circuito inclui adicionalmente um terceiro subcircuito acoplado com o primeiro e o segundo subcircuitos, o terceiro subcircuito sendo configurado para operar como uma proteção contra excesso de tensão para o transistor.
[0046] Em mais uma modalidade exemplar, o transistor é um de um Transistor Bipolar de Portal Isolado (IGBT), um Transistor de Efeito de Campo de Semicondutor de óxido de metal (MOSFET), um MOSFET de Carbeto de Silício ou um IGBT de Carbeto de Silício. Em uma modalidade exemplar, um sistema inclui uma pluralidade de transistores formando um inversor e uma pluralidade de circuitos. Cada um da pluralidade de circuitos sendo acoplado com um da pluralidade de transistores, cada um da pluralidade de circuitos sendo configurado para monitorar o correspondente um da pluralidade de transistores através da geração de primeiros dados correspondendo a uma frequência e uma duração de sobrecarga do correspondente um da pluralidade de transistores e da geração de segundos dados correspondendo a uma taxa de elevação de uma tensão e um valor de tensão de pico do correspondente um da pluralidade de transistores. Cada um da pluralidade de circuitos está configurado para prover os correspondentes primeiros dados e os segundos dados como saídas para um controlador para analisar uma maneira em que uma carga acoplada com o inversor é acionada.
[0047] Em mais uma modalidade exemplar, cada um da pluralidade de transistores inclui um primeiro subcircuito configurado para gerar os primeiros dados durante um evento de desligamento do correspondente um da pluralidade de transistores e um segundo subcircuito configurado para gerar os segundos dados durante o evento de desligamento do correspondente um da pluralidade de transistores.
[0048] Em mais uma modalidade exemplar, o evento de desligamento ocorre quando o correspondente um da pluralidade de transistores fornece corrente de pico ou quase de pico para a carga.
[0049] Em mais uma modalidade exemplar, os primeiros dados é uma série de pulsos.
[0050] Em mais uma modalidade exemplar, o segundo subcircuito está configurado para gerar os segundos dados medindo uma tensão através de um resistor no segundo subcircuito.
[0051] Em mais uma modalidade exemplar, cada um da pluralidade de transistores inclui adicionalmente um terceiro subcircuito acoplado com o primeiro e o segundo subcircuitos, o terceiro subcircuito sendo configurado para operar como uma proteção contra excesso de tensão para o correspondente um da pluralidade de transistores.
[0052] Em mais uma modalidade exemplar, o controlador está configurado para analisar a maneira em que a carga é acionada receber os primeiros dados e os segundos dados e analisar, com base nos primeiros dados e os segundos dados, a maneira em que a carga é acionada.
[0053] Em mais uma modalidade exemplar, o controlador está configurado para analisar a maneira em que a carga é acionada para determinar a frequência e a duração de sobrecarga dos transistores com base em uma frequência e largura de pulsos incluídos nos primeiros dados.
[0054] Em mais uma modalidade exemplar, o controlador está configurado para analisar a maneira em que a carga é acionada determinar, com base nos segundos dados, uma temperatura do correspondente um da pluralidade de transistores durante o evento de desligamento, desenvolver um modelo de degradação para o correspondente um da pluralidade de transistores com base na temperatura determinada, e determinar uma programação para realizar uma manutenção do correspondente um da pluralidade de transistores com base no modelo de degradação e uma tabela de observação de manutenção.
[0055] Em mais uma modalidade exemplar, cada um da pluralidade de transistores é um de um Transistor Bipolar de Portal Isolado (IGBT), um Transistor de Efeito de Campo de Semicondutor de óxido de metal (MOSFET), um MOSFET de Carbeto de Silício ou um IGBT de Carbeto de Silício.
[0056] A FIG. 1 é um diagrama de bloco de um sistema para controlar um motor elétrico, de acordo com uma modalidade exemplar. A FIG. 1 A ilustra uma primeira parte do sistema da FIG. 1, de acordo com uma modalidade exemplar. A FIG. 1B ilustra uma segunda parte do sistema da FIG. 1, de acordo com uma modalidade exemplar. O motor elétrico pode ser um motor tal como um motor 117 (por exemplo, um motor de imã permanente interno (IPM)) ou outra máquina de corrente alternada controlada pelo sistema 120. Aqui a seguir, os termos, máquina híbrida, motor elétrico, máquina de CA e um motor podem ser usados intercambiavelmente. O motor 117 possui uma tensão de barramento de CC nominal (por exemplo, 320 Volts, ou 700 Volts, ou 1200 Volts, etc.). A tensão nominal é uma tensão não chamada. Por exemplo, uma tensão nominal do motor 117 pode ser de 320 Volts, mas o motor pode operar em uma tensão acima e abaixo de 320 Volts.
[0057] Em uma modalidade exemplar, o sistema 120 pode ser referido como um controlador do motor ou um sistema de máquina de IPM.
[0058] O sistema 120 inclui módulos eletrônicos, módulos de software, ou ambos. Em uma modalidade exemplar, o controlador do motor inclui um sistema de processamento de dados eletrônicos 120 para suportar o armazenamento, o processamento e a execução de instruções de software de um ou mais módulos de software. O sistema de processamento de dados eletrônicos 120 é indicado pelas linhas pontilhadas na FIG. 1 e é mostrado em maior detalhe na FIG. 2.
[0059] Em uma modalidade exemplar, um módulo de geração de comando de torque 105 é acoplado com um gerenciador de geração de corrente de eixo geométrico d-q 109 (por exemplo, tabelas de observação de geração de corrente de eixo geométrico d-q). A corrente de eixo geométrico d-q se refere à corrente de eixo geométrico direto e a corrente de eixo geométrico de quadratura como aplicável no contexto de máquinas de corrente alternada controlada por vetor, tal como o motor 117. A saída do gerenciador de geração de corrente de eixo geométrico d-q 109 (comandos de corrente de eixo geométrico d-q iq_cmd e id_cmd) e a saída de um módulo de ajuste de corrente 107 (por exemplo, módulo de ajuste de corrente de eixo geométrico d-q 107) são alimentadas para um somador 119. Por sua vez, uma ou mais saídas (por exemplo, dados de corrente de eixo geométrico direto (id*) e dados de corrente de eixo geométrico de quadratura (iq*)) do somador 119 são providos ou acoplados com um controlador de regulação de corrente 111. Enquanto o termo comando de corrente é usado, deve ser entendido que comando de corrente se refere a um valor de corrente alvo.
[0060] O controlador de regulação de corrente 111 é capaz de se comunicar com o módulo de geração de modulação de largura de pulso (PWM) 112 (por exemplo, módulo de geração de PWM de vetor espacial). O controlador de regulação de corrente 111 recebe respectivos comandos de corrente de eixo geométrico d-q ajustados (por exemplo, id* e iq*) e correntes de eixo geométrico d-q atuais (por exemplo, id e iq) e saídas que correspondem com comandos de tensão de eixo geométrico d-q (por exemplo, comandos vd* e vq*) para a entrada para o módulo de geração de PWM 112.
[0061] Em uma modalidade exemplar, o módulo de geração de PWM 112 converte os dados de tensão de eixo geométrico de quadratura e de tensão de eixo geométrico direto a partir de representações de dados de duas fases em representações de três fases (por exemplo, representações de tensão em três fases, tal como va*, vb* e vc*) para o controle do motor 117. va*, vb* e vc* podem ser referidos como tensões terminais de inversor. Saídas do módulo de geração de PWM 112 são acopladas com um circuito de inversor 188. O estágio de saída do circuito de inversor 188 (por exemplo, tensões terminais de saída va, vb e vc) provê uma forma de onda de tensão modulada de largura de pulso ou outro sinal de tensão para o controle do motor 117. Em uma modalidade exemplar, o circuito de inversor 188 é alimentado por um barramento de tensão de corrente contínua (cc).
[0062] O circuito de inversor 188 inclui um circuito de acionamento de semicondutor que aciona ou controla os semicondutores de comutação (por exemplo, transistores bipolares de portal isolado (IGBT) ou outros transistores de alimentação, incluindo, mas não limitado a um Transistor de Efeito de Campo de Semicondutor de óxido de metal (MOSFET), um MOSFET de Carbeto de Silício ou um IGBT de Carbeto de Silício) para emitir sinais de controle para o motor 117. Por sua vez, o circuito de inversor 188 é acoplado com o motor 117. O motor 117 está associado com um sensor 115 (por exemplo, um sensor de posição, um sensor de posição de codificador ou resolvedor) que está associado com o eixo do motor 126 ou o rotor. O sensor 115 e o motor 117 são acoplados com o sistema de processamento de dados 120 para prover dados de resposta (por exemplo, dados de resposta de corrente, tais como valores de corrente de fase ia, ib e ic), sinais de posição bruta, dentre outros dados de resposta ou sinais possíveis, por exemplo. Outros dados de resposta possíveis incluem, mas não são limitados a, leituras de temperatura de enrolamento, leituras de temperatura de semicondutor do circuito de inversor 188, dados de tensão de três fases, ou outra informação de desempenho ou térmica para o motor 117.
[0063] O circuito de inversor 188 também está conectado com uma vigilância de circuito de inversor 190. Como será adicionalmente descrito abaixo, a vigilância de circuito de inversor 190 produz uma série de saídas durante a operação da mesma (por exemplo, ligando/desligando os semicondutores de comutação do circuito de inversor 188). Em uma modalidade exemplar, o sistema 120, através de um módulo de estimativa de degradação 130, usa a série de saídas para determinar uma maneira em que o motor 117 é acionado por um operador do mesmo bem como uma manutenção programação para os semicondutores de comutação do circuito de inversor 188. Como mostrado na FIG. 1, o alarme de inversor 190 se comunica com o sistema 120 e mais especificamente com o módulo de estimativa de degradação 130.
[0064] O motor 117 está associado com o sensor 115 (por exemplo, um resolvedor, codificador, sensor de velocidade, ou outro sensor de posição ou sensores de velocidade) que estima pelo menos um de uma posição angular do eixo do motor 126, uma velocidade do eixo do motor 126, e uma direção de rotação do eixo do motor 126. O sensor 115 pode ser montado em ou pode ser integral com o eixo do motor 126. A saída do sensor 115 é capaz de comunicação com o módulo de processamento primário 114 (por exemplo, módulo de processamento de posição e velocidade). Em uma modalidade exemplar, o sensor 115 pode ser acoplado com um conversor de analógico para digital (não mostrado) que converte dados de posição bruta analógicos ou dados de velocidade para dados de posição bruta ou dados de velocidade digitais, respectivamente. Em outras modalidades exemplares, o sensor 115 (por exemplo, codificador de posição digital) pode prover uma saída de dados digital de dados de posição bruta ou dados de velocidade para o eixo do motor 126 ou rotor.
[0065] Uma primeira saída (por exemplo, dados de posição θ para o motor 117) do módulo de processamento primário 114 é comunicada para o conversor de fase 113 (por exemplo, módulo de transformação de Park de corrente de três fases para duas fases) que converte respectivas representações digitais de três fases de corrente medida para correspondentes representações digitais de duas fases de corrente medida. Uma segunda saída (por exemplo, SD de dados de velocidade para o motor 117) do módulo de processamento primário 114 é comunicada para o módulo de cálculo 110 (por exemplo, tensão ajustada sobre o módulo de razão de velocidade).
[0066] Uma entrada de um circuito de sensoreação 124 é acoplada com terminais do motor 117 para sensorear pelo menos as correntes de três fases medidas e um nível de tensão do barramento de corrente contínua (cc) (por exemplo, barramento de cc de alta tensão que pode prover alimentação de cc para o circuito de inversor 188). Uma saída do circuito de sensoreação 124 é acoplada com um conversor de analógico para digital 122 para digitalizar a saída do circuito de sensoreação 124. Por sua vez, a saída digital do conversor de analógico para digital 122 é acoplada com o módulo de processamento secundário 116 (por exemplo, tensão de barramento de cc e módulo de processamento de corrente de três fases). Por exemplo, o circuito de sensoreação 124 está associado com o motor 117 para medir correntes de três fases (por exemplo, corrente aplicada aos enrolamentos do motor 117, EMF (força eletromotriz) de retorno induzida para os enrolamentos, ou ambos).
[0067] Certas saídas do módulo de processamento primário 114 e do módulo de processamento secundário 116 alimentam o conversor de fase 113. Por exemplo, o conversor de fase 113 pode aplicar uma transformação de Park ou outras equações de conversão (por exemplo, certas equações de conversão que são adequadas são conhecidas do versado na técnica) para converter as representações de três fases medidas de corrente para representações de duas fases de corrente com base nos dados de corrente de três fases digitais ia, ib e ic a partir do módulo de processamento secundário 116 e dados de posição θ a partir do sensor 115. A saída do módulo de conversor de fase 113 (id, iq) é acoplada com o controlador de regulação de corrente 111.
[0068] Outras saídas do módulo de processamento primário 114 e do módulo de processamento secundário 116 podem ser acopladas com as entradas do módulo de cálculo 110 (por exemplo, módulo de cálculo de razão de excesso de velocidade de tensão ajustada). Por exemplo, o módulo de processamento primário 114 pode prover o SD de dados de velocidade (por exemplo, velocidade de eixo do motor 126 em revoluções por minuto), em que o módulo de processamento secundário 116 pode prover um nível medido (detectado) da tensão de barramento de cc de operação Vcc do motor 117 (por exemplo, no barramento de cc de um veículo). O nível de tensão de cc no barramento de cc que fornece o circuito de inversor 188 com energia elétrica pode flutuar ou variar por causa de vários fatores, incluindo, mas não limitado a, temperatura ambiente, temperatura de dispositivos eletrônicos de alimentação, danos sofridos pelos dispositivos eletrônicos de alimentação mesmo durante e/ou dentro do ciclo de vida de projeto do inversor eletrônico de alimentação, condição de bateria, estado de carga da bateria, resistência da bateria ou reatância da bateria, estado da célula de combustível (se for aplicável), condições de carga de motor, respectivo torque de motor e correspondente velocidade operacional, e cargas elétricas do veículo (por exemplo, compressor de condicionamento de ar acionado de maneira elétrica). O módulo de cálculo 110 é conectado como um intermediário entre o módulo de processamento secundário 116 e o gerenciador de geração de corrente de eixo geométrico d-q 109. A saída do módulo de cálculo 110 pode ajustar ou impactar os comandos de corrente iq_cmd e id_cmd gerados pelo gerenciador de geração de corrente de eixo geométrico d-q 109 para compensar a flutuação ou variação na tensão de barramento de cc, dentre outras coisas.
[0069] O módulo de estimativa de temperatura de imã de rotor 104, o módulo de conformação de corrente 106, e o módulo de resposta de tensão terminal 108 são acoplados com ou são capazes de se comunicar com o módulo de ajuste da corrente de eixo geométrico d-q 107. Por sua vez, o módulo de ajuste da corrente de eixo geométrico d-q 107 pode se comunicar com o gerenciador de geração de corrente de eixo geométrico d-q ou o somador 119.
[0070] O módulo de estimativa de temperatura de imã de rotor 104 estima ou determina a temperatura do imã ou dos imãs permanentes de rotor. Em uma modalidade exemplar, o módulo de estimativa de temperatura de imã de rotor 104 pode estimar a temperatura dos imãs de rotor a partir de um ou mais sensores localizados no estator, em comunicação térmica com o estator, ou preso com o alojamento do motor 117.
[0071] Em outra modalidade exemplar, o módulo de estimativa de temperatura de imã de rotor 104 pode ser substituído com um detector de temperatura (por exemplo, um termistor e transmissor sem fios como sensor térmico de infravermelho) montado no rotor ou o imã, onde o detector provê um sinal (por exemplo, sinal sem fios) indicativo da temperatura do imã ou imãs.
[0072] Em outra modalidade exemplar, o módulo de estimativa de temperatura de imã de rotor 104 pode ser substituído com uma força eletromotriz de retorno (EMF) detectada na velocidade conhecida do motor de Imã Permanente e indiretamente estimado para indicar a temperatura do imã ou dos imãs.
[0073] Em uma modalidade exemplar, o sistema pode operar da seguinte maneira. O módulo de geração de comando de torque 105 recebe uma mensagem de dados de controle de entrada, tal como uma mensagem de dados de controle de velocidade, uma mensagem de dados de controle de tensão, ou uma mensagem de dados de controle de torque, por um barramento de dados de veículo 118. O módulo de geração de comando de torque 105 converte a mensagem de controle de entrada recebida para os dados de comando de controle de torque T_cmd.
[0074] O gerenciador de geração de corrente de eixo geométrico d-q 109 seleciona ou determina o comando de corrente de eixo geométrico direto e o comando de corrente de eixo geométrico de quadratura associado com respectivos dados de comando de controle de torque e respectivos dados de velocidade SD do eixo do motor 126 detectados. Por exemplo, o gerenciador de geração de corrente de eixo geométrico d-q 109 seleciona ou determina o comando de corrente de eixo geométrico direto e o comando de corrente de eixo geométrico de quadratura acessando um ou mais dos seguintes: (1) uma tabela de observação, base de dados ou outra estrutura de dados que relaciona respectivos comandos de torque com correspondentes correntes de eixo geométricos direto e de quadratura, (2) um conjunto de equações quadráticas ou equações lineares que se referem aos respectivos comandos de torque com correspondentes correntes de eixo geométricos direto e de quadratura, ou (3) um conjunto de regras (por exemplo, regras se então) que relaciona respectivos comandos de torque com correspondentes correntes de eixo geométricos direto e de quadratura. O sensor 115 no motor 117 facilita a provisão dos dados de velocidade SD detectados para o eixo do motor 126, onde o módulo de processamento primário 114 pode converter dados de posição bruta providos pelo sensor 115 para dados de velocidade SD.
[0075] O módulo de ajuste de corrente 107 (por exemplo, módulo de ajuste de corrente de eixo geométrico d-q) provê dados de ajuste de corrente para ajustar o comando de corrente de eixo geométrico direto id_cmd e o comando de corrente de eixo geométrico de quadratura iq_cmd com base em dados de entrada a partir do módulo de estimativa de temperatura de imã de rotor 104, o módulo de conformação de corrente 106, e módulo de resposta de tensão de terminal 108.
[0076] O módulo de conformação de corrente 106 pode determinar uma correção ou ajuste preliminar do comando de corrente do eixo geométrico de quadratura (eixo geométrico q) e do comando de corrente do eixo geométrico direto (eixo geométrico d) com base em um ou mais dos seguintes fatores: carga de torque no motor 117 e velocidade do motor 117, por exemplo. O módulo de estimativa de temperatura de imã de rotor 104 pode gerar um ajuste secundário do comando de corrente de eixo geométrico q e do comando de corrente de eixo geométrico d com base em uma alteração estimada na temperatura do rotor, por exemplo. O módulo de resposta de tensão terminal 108 pode prover um ajuste terciário para corrente de eixo geométrico d e corrente de eixo geométrico q com base no comando de tensão do controlador contra o limite de tensão. O módulo de ajuste de corrente 107 pode prover um ajuste de corrente agregado que considera um ou mais dos seguintes ajustes: um ajuste preliminar, um ajuste secundário, e um ajuste terciário.
[0077] O módulo de resposta de tensão terminal 108 pode prover adicionalmente uma resposta adicional para o ajuste para corrente de eixo geométrico d e de eixo geométrico q com base em um limite de tensão terminal e estima as tensões terminais atuais va, vb e vc providas por um módulo de limite e estimativa 127, como será descrito abaixo. O módulo de limite e estimativa 127 pode ser acoplado adicionalmente com as saídas do módulo de geração de PWM 112, que podem prover o módulo de limite e estimativa 127 com as tensões terminais de inversor (va*, vb* e vc*). O módulo de limite e estimativa 127 pode estimar tensões terminais atuais va, vb e vc do circuito de inversor 188 tal que as tensões terminais de inversor (va*, vb* e vc*) assemelham-se com precisão das tensões terminais de saída atuais (va, vb e vc), como será adicionalmente descrito abaixo. O módulo de limite e estimativa 127 pode prover adicionalmente limite de tensão terminal, como será descrito adicionalmente abaixo.
[0078] Em uma modalidade exemplar, o motor 117 pode incluir uma máquina de imã permanente interno (IPM) ou uma máquina de IPM síncrona (IPMSM).
[0079] O sensor 115 (por exemplo, detector de velocidade de rotor ou eixo) pode incluir um ou mais dos seguintes: um motor de corrente contínua, um codificador óptico, um sensor de campo magnético (por exemplo, sensor de efeito Hall), sensor magneto-resistivo, e um resolvedor (por exemplo, um resolvedor sem escovas). Em uma configuração, o sensor 115 inclui um sensor de posição, onde dados de posição bruta e dados de tempo associados são processados para determinar a velocidade ou dados de velocidade para o eixo do motor 126. Em outra configuração, o sensor 115 inclui um sensor de velocidade, ou a combinação de um sensor de velocidade e um integrador para determinar a posição do eixo do motor.
[0080] Em mais uma configuração, o sensor 115 inclui um gerador de corrente contínua compacto auxiliar que é acoplado de maneira mecânica com o eixo do motor 126 do motor 117 para determinar a velocidade do eixo do motor 126, onde o gerador de corrente contínua produz uma tensão de saída proporcional com a velocidade de rotação do eixo do motor 126. Em mais uma configuração, o sensor 115 inclui um codificador óptico com uma fonte óptica que transmite um sinal para um objeto em rotação acoplado com o eixo do motor 126 e recebe um sinal refletido ou difratado em um detector óptico, onde a frequência de pulsos de sinal recebidos (por exemplo, ondas quadradas) pode ser proporcional com uma velocidade do eixo do motor 126. Em uma configuração adicional, o sensor 115 inclui um resolvedor com um primeiro enrolamento e um segundo enrolamento, onde o primeiro enrolamento é alimentado com uma corrente alternada, onde a tensão induzida no segundo enrolamento varia com a frequência de rotação do rotor.
[0081] A FIG. 2 é um diagrama de bloco de um sistema de processamento de dados eletrônicos consistente com a FIG. 1, de acordo com uma modalidade exemplar. Na FIG. 2, o sistema de processamento de dados eletrônicos 120 inclui um processador de dados eletrônicos 264, um barramento de dados 262, um dispositivo de armazenamento de dados 260, e uma ou mais portas de dados (268, 270, 272, 274, 276 e 278). O processador de dados 264, o dispositivo de armazenamento de dados 260 e uma ou mais portas de dados são acopladas com o barramento de dados 262 para suportar a comunicação de dados entre ou dentre o processador de dados 264, o dispositivo de armazenamento de dados 260 e uma ou mais portas de dados.
[0082] Em uma modalidade exemplar, o processador de dados 264 pode incluir um processador de dados eletrônicos, um microprocessador, um microcontrolador, um arranjo lógico programável, um circuito lógico, uma unidade lógica aritmética, um circuito integrado específico de aplicação, um processador de sinal digital, um controlador derivativo - integral - proporcional (PID), ou outro dispositivo de processamento de dados.
[0083] O dispositivo de armazenamento de dados 260 pode incluir qualquer dispositivo magnético, eletrônico, ou óptico para armazenar os dados. Por exemplo, o dispositivo de armazenamento de dados 260 pode incluir um dispositivo de armazenamento de dados eletrônico, uma memória eletrônica, memória de acesso aleatório eletrônico não volátil, um ou mais registradores de dados eletrônicos, travas de dados, um drive de disco magnético, um drive de disco rígido, um drive de disco óptico, ou semelhantes.
[0084] Como mostrado na FIG. 2, as portas de dados incluem uma primeira porta de dados 268, uma segunda porta de dados 270, uma terceira porta de dados 272, uma quarta porta de dados 274, uma quinta porta de dados 276 e uma sexta porta de dados 278. Enquanto na FIG. 2, 6 portas de dados são mostradas, qualquer número adequado de portas de dados pode ser usado. Cada porta de dados pode incluir um transceptor e memória temporária, por exemplo. Em uma modalidade exemplar, cada porta de dados pode incluir qualquer porta serial ou de entrada/saída paralela.
[0085] Em uma modalidade exemplar como ilustrado na FIG. 2, a primeira porta de dados 268 é acoplada com o barramento de dados de veículo 118. Por sua vez, o barramento de dados de veículo 118 é acoplado com um controlador 266. Em uma configuração, a segunda porta de dados 270 pode ser acoplada com o circuito de inversor 188, a terceira porta de dados 272 pode ser acoplada com o sensor 115, a quarta porta de dados 274 pode ser acoplada com o conversor de analógico para digital 122, a quinta porta de dados 276 pode ser acoplada com o módulo de resposta de tensão terminal 108, e a sexta porta de dados 278 pode ser acoplada com o alarme de inversor 190. O conversor de analógico para digital 122 é acoplado com o circuito de sensoreação 124.
[0086] Em uma modalidade exemplar do sistema de processamento de dados 120, o módulo de geração de comando de torque 105 é associado com suportado pela primeira porta de dados 268 do sistema de processamento de dados eletrônicos 120. A primeira porta de dados 268 pode ser acoplada com um barramento de dados de veículo 118, tal como um barramento de dados de rede de área de controlador (CAN). O barramento de dados de veículo 118 pode prover mensagens de barramento de dados com comandos de torque para o módulo de geração de comando de torque 105 através da primeira porta de dados 268. O operador de um veículo pode gerar os comandos de torque através de uma interface de usuário, tal como um acelerador, um pedal, o controlador 266, ou outros dispositivos de controle.
[0087] Em uma modalidade exemplar, o módulo de geração de PWM 112 pode se comunicar com o circuito de comutação de inversor 188 e/ou o processador de dados 264 através da segunda porta de dados 270. Em algumas modalidades exemplares, o sensor 115 pode se comunicar com o módulo de processamento primário 114 e/ou o processador de dados 264 através da terceira porta de dados 272. Em uma modalidade exemplar, o conversor de analógico para digital 122 pode se comunicar com o circuito de sensoreação 124 e/ou o processador de dados 264 através da quarta porta de dados 274. Em uma modalidade exemplar, o módulo de resposta de tensão terminal 108 pode se comunicar com o processador de dados 264 através da quinta porta de dados 276. Em uma modalidade exemplar, o alarme de inversor 190 pode se comunicar com o módulo de estimativa de degradação 130, o módulo de cálculo 110 e/ou o processador de dados 264 através da sexta porta de dados 278.
[0088] Como descrito acima e com referência à FIG. 1, o circuito de comutação de inversor 188 inclui uma pluralidade de semicondutores de comutação tal como transistores de IGBT. No entanto, os semicondutores de comutação não estão limitados a transistores de IGBT mas em vez disso podem ser qualquer tipo de dispositivo de comutação conhecido ou a ser desenvolvido.
[0089] Em uma modalidade exemplar, cada um dos semicondutores de comutação do circuito de comutação de inversor 188 pode ter um circuito de monitoramento associado com o mesmo. De maneira apropriada, o número de circuitos de monitoramento da vigilância do inversor 190 pode corresponder com o número de semicondutores de comutação do circuito de comutação de inversor 188.
[0090] Em uma modalidade exemplar, pode haver um único circuito de monitoramento associado com dois ou mais dos semicondutores de comutação do circuito de comutação de inversor 188 como opostos a um único circuito de monitoramento para cada semicondutor de comutação no circuito de comutação de inversor 188.
[0091] O alarme de inversor 190, através dos circuitos de monitoramento incluídos na mesma, gera dados de saída tais como frequência (taxa), duração de sobrecarga dos circuitos de comutação, taxa de aumento da tensão através dos circuitos de comutação, e tensões de pico através dos circuitos de comutação. A geração de dados de saída pelo alarme de inversor 190 será descrita em maior detalhe abaixo com referência às FIGs. 3 a 8.
[0092] Em uma modalidade exemplar, os dados de saída gerados então são enviados para o sistema de processamento de dados eletrônicos 120 (por exemplo, o módulo de estimativa de degradação 130 do sistema 120) para desenvolver um modelo comportamental para as expectativas do operador do veículo híbrido em que o sistema de processamento de dados eletrônicos 120, o circuito de comutação de inversor 188, o alarme de inversor 190 e o motor 117 são instalados. O envio dos dados de saída gerados para o sistema de processamento de dados eletrônicos 120 bem como a análise e o desenvolvimento do modelo comportamental serão descritos em maior detalhe com relação à descrição da FIG. 8.
[0093] Os dados produzidos, em pelo menos uma modalidade exemplar, é útil para prever vida residual dos semicondutores de comutação no circuito de comutação de inversor 188 incluindo a determinação de programação de serviço e manutenção para os semicondutores de comutação do circuito de comutação de inversor 188. Aqui a seguir, IGBTs serão descritos como um exemplo de semicondutores de comutação que podem ser usados no circuito de comutação de inversor 188. No entanto, modalidades exemplares não estão limitados a transistores de IGBT como semicondutores de comutação, como descrito acima.
[0094] A FIG. 3 ilustra um circuito de inversor acoplado com um alarme de inversor, de acordo com uma modalidade exemplar. Como mostrado na FIG. 3, o sistema de processamento de dados eletrônicos 120 provê comandos 300-1 a 300-6 para controlar/acionar um dos transistores de comutação do circuito de comutação de inversor 188 (por exemplo, para controlar/acionar um dos transistores de IGBT 330, 331, 337, 338, 343 e 344, que será descrito adicionalmente abaixo).
[0095] Em uma modalidade exemplar, o circuito de comutação de inversor 188 inclui três conjuntos subelétricos, cada um dos quais forma uma das três fases do circuito de comutação de inversor 188, designadamente a fase a, fase b e fase c. Cada fase inclui um conjunto de componentes. Por exemplo, Fase a inclui o par de IGBT 330 e 331, diodos 332 e 333 bem como indutores 335 e 336, fase b inclui par de IGBT 337 e 338, diodos 339 e 340 bem como indutores 341 e 342, e fase c inclui par de IGBT 343 e 344, diodos 345 e 346 bem como indutores 347 e 348.
[0096] Em uma modalidade exemplar, os diodos de cada fase do circuito de comutação de inversor 188 mostrado na FIG. 3 (por exemplo, diodos 332 e 333 da fase a, diodos 339 e 340 da fase b e diodos 343 e 344 da fase c) proveem para uma transição suave de corrente a partir de um IGBT para outro IGBT em uma dada fase do circuito de comutação de inversor 188, quando a corrente comuta de baixa para alta ou alta para baixa na dada fase do circuito de comutação de inversor 188.
[0097] Em uma modalidade exemplar, os indutores de cada fase do circuito de comutação de inversor 188 mostrado na FIG. 3 (por exemplo, indutores 335 e 336 da fase a, indutores 341 e 342 da fase b e indutores 347 e 348 da fase c) permitem a eliminação da alimentação de indutância de um barramento incluído no correspondente IGBT em cada fase bem como a alimentação de indutância do barramento de CC conectando o correspondente IGBT com o suprimento de alimentação de corrente contínua (CC) 349. Em uma modalidade exemplar, a alimentação de indutância do barramento dentro de cada IGBT bem como o barramento de CC é devido a tais barramentos sendo feitos de cobre.
[0098] Em uma modalidade exemplar, o circuito de comutação de inversor 188 também inclui um suprimento de alimentação de CC 349 para fornecer tensões positiva ou negativa para cada um dos IGBTs 330, 331, 337, 338 e 343 e 344 enquanto um ou mais IGBTs 330, 331, 337, 338, 343 e 344 estão ligados. Em uma modalidade exemplar, o suprimento de alimentação de CC 349 pode ser qualquer suprimento de alimentação de CC conhecido ou a ser desenvolvido, incluindo, mas não limitado a um banco de capacitor tendo suficiente carga armazenada para carregar o circuito de comutação de inversor 188, um pacote de bateria, ou qualquer outro meio para armazenar energia na forma de CC.
[0099] Em uma modalidade exemplar, o circuito de comutação de inversor 188 inclui adicionalmente um circuito de acionamento de portal 350 (um circuito de acionamento de portal de IGBT quando os semicondutores de comutação são IGBTs), que pode controlar a operação de ligar/desligar os IGBTs do circuito de comutação de inversor 188. Enquanto não mostrado na FIG. 3, em uma modalidade exemplar, cada IGBT (semicondutor de comutação) do circuito de comutação de inversor 188 pode ter um correspondente circuito de acionamento de portal tal como o circuito de acionamento de portal 350.
[00100] A operação do circuito de inversor de comutação 188 e os componentes incluídos no mesmo são conhecidos para os versados na técnica. Portanto, para o bem da brevidade uma descrição de como o circuito de comutação de inversor 188 opera, é omitida.
[00101] Em uma modalidade exemplar, o circuito de comutação de inversor 188, nos pontos rotulados a, b e c, provê as tensões de três fases Va, Vb e Vc para acionar a máquina 117. Adicionalmente e como descrito acima, o motor 117 é acoplado com o sensor 115, que provê vários parâmetros sensoreados tais como a posição do rotor para o sistema de processamento de dados eletrônicos 120.
[00102] Mostrado adicionalmente na FIG. 3, está o alarme de inversor 190, descrita acima. Em uma modalidade exemplar, o alarme de inversor 190 inclui um circuito de monitoramento 360. Enquanto apenas um circuito de monitoramento 360 é mostrado na FIG. 3, como descrito acima, cada semicondutor de comutação (por exemplo, cada um dos IGBTs 330, 331, 337, 338, 343 e 344) do circuito de comutação de inversor 188 pode ter um correspondente circuito de monitoramento no alarme de inversor 190. A operação do circuito de monitoramento 190 será descrita adicionalmente abaixo com referência à FIG. 4.
[00103] Em uma modalidade exemplar, cada circuito de monitoramento, tal como o circuito de monitoramento 360, produz uma série de saídas tal como saídas 362, 364 e 366, correspondendo a uma taxa de alteração de trem de pulso da tensão através do IGBT e a tensão de pico através de IGBT como monitorado pelo circuito de monitoramento 360, respectivamente. As saídas 362, 364 e 366 serão adicionalmente descritas abaixo.
[00104] Em uma modalidade exemplar, o circuito de monitoramento 360 provê as saídas 362, 364 e 366 para o sistema de processamento de dados eletrônicos 120, para o processamento adicional e a análise, como será descrito abaixo com relação à descrição da FIG. 8.
[00105] Aqui a seguir, as operações de um único circuito de monitoramento da vigilância de monitoramento 190 (por exemplo, o circuito de monitoramento 360) e um semicondutor de comutação monitorado pelo circuito de monitoramento 360 (por exemplo, o IGBT 330) será descrito. É notado que a mesma operação é igualmente aplicável a qualquer outro circuito de monitoramento da vigilância de monitoramento 190 e o seu correspondente semicondutor de comutação (por exemplo, transistor de IGBT).
[00106] A FIG. 4 ilustra um circuito de monitoramento e um semicondutor de comutação, de acordo com uma modalidade exemplar. Na FIG. 4, o IGBT 330 e os componentes associados (diodo 332, indutor 335, fonte de tensão de CC 349 bem como a carga (motor) 117) são mostrados, a operação da qual é conhecida e assim não será adicionalmente descrita, para o bem da brevidade.
[00107] Adicionalmente, a FIG. 4 ilustra o circuito de monitoramento 360, descrito acima com referência à FIG. 3. Em uma modalidade exemplar, o circuito de monitoramento 360 inclui 3 subcircuitos 402, 404 e 406.
[00108] O primeiro subcircuito 402 inclui vários componentes tais como resistores 402-1 a 402-3, diodos 402-5 e 402-7 a 402-11, MOSFET de canal P 402-6, inversores 402-15 e 402-16 e a fonte de tensão de CC 402-20. Em uma modalidade exemplar, uma combinação do diodo 402-5 e MOSFET de canal P 402-6 é referido como um PMOSFET. O primeiro subcircuito 402 também inclui um diodo 402-25, que é comumente dividido entre o primeiro subcircuito 402 e o terceiro subcircuito 406. Em uma modalidade exemplar, a saída do primeiro subcircuito 402 é o trem de pulso 362, descrito acima com referência à FIG. 3.
[00109] Como é conhecido na técnica, um circuito de comutação de inversor tal como o circuito de comutação de inversor 188 opera nas velocidades que variam a partir de um sub-quilo hertz até centenas de quilo hertz por segundo. Ainda, dispositivos de comutação (por exemplo, IGBTs 330, 331, 337, 338, 343, e 344) do circuito de comutação de inversor 188 operam (ligar e desligar) para alterar o estado (LIGA para DESLIGA e vice- versa) em nanossegundos para microssegundos. Isto quer dizer que cada um dos IGBTs 330, 331, 337, 338, 343 e 344 do circuito de comutação de inversor 188, mostrados na FIG. 3, ligam e/ou desligam várias vezes (dependendo da frequência de operação) cada segundo (por exemplo, o circuito de acionamento de portal (por exemplo, o circuito de acionamento de portal 350) associado com cada IGBT controla a tensão de portal (vge) de IGBT para ligar ou desligar o IGBT). Um IGBT pode ser desligado com tensão em excesso significativa quando o IGBT fornece corrente completa (pico) (por exemplo, 100% da corrente de carga ou corrente quase completa (perto do pico) (por exemplo, igual a ou maior do que 80% da corrente de carga) para a carga 117.
[00110] Em uma modalidade exemplar, cada vez que um IGBT é desligado (por exemplo, IGBT 330), o primeiro subcircuito 402 produz (gera) um pulso (ou um trem de pulso) como a saída 362 e o segundo subcircuito 404 produz (gera) uma taxa de elevação na tensão de coletor - emissor através do IGBT 330 como saída 364, e a tensão de coletor - emissor de pico através do IGBT 330 as a saída 366. De maneira apropriada, através da interação dos componentes do primeiro subcircuito 402 identificados acima, cada vez que o IGBT 330 é desligado, o primeiro subcircuito 402 produz um pulso ou um trem de pulso a partir do qual a frequência e uma duração de sobrecarga do IGBT 330 pode ser determinada. Um exemplo de tal trem de pulso e a geração do mesmo será descrita agora com referência às FIGs. 4 e 5.
[00111] Em uma modalidade exemplar, quando o IGBT 330 desliga em carga quase completa, em carga completa ou acima da carga completa (por exemplo, maior do que 100% de carga), o IGBT 330 desliga com excesso de tensão. Em uma modalidade exemplar, o valor de excesso de tensão é determinado como uma soma de dois termos. O primeiro termo é a tensão através do suprimento de alimentação de CC 349. O segundo termo é o produto da indutância do indutor 335 e uma taxa de alteração decrescente da corrente através do IGBT 330
Figure img0001
.
[00112] Em uma modalidade exemplar, se o valor de excesso de tensão do IGBT 330 excede a tensão de ruptura das cadeias de diodo que consistem de diodos supressores de tensão transiente (TVS) 406-1 a 406-4 e 402-25 do circuito 406, corrente vais escoar a partir do terminal coletor do IGBT 330 para o terminal de portal de IGBT 330 através do caminho que consiste de diodos 406-4, 406-3, 406-2, 406-1, 402-25, o resistor 404-3, e o diodo 406-5. Como corrente está escoando a partir do terminal coletor do IGBT 330 para o terminal de portal do IGBT 330 durante um evento de desligamento de IGBT 330, tensão desenvolvida através do diodo 402-25 faz com que PMOSFET (diodo anti-paralelo 402-5 e MOSFET de canal P 402-6 do primeiro subcircuito 402) para ligar. De maneira apropriada, a saída dos resistores 4022 e 402-3 conectada no terminal de dreno de PMOSFET desenvolve a tensão através do resistor 402-3 que cria uma saída de lógica baixa na saída do inversor 402-15 e uma saída de lógica alta na saída do inversor 402-16. Portanto, sempre que um evento de desligamento do IGBT 330 ocorre enquanto o IGBT 330 está realizando corrente acima 80% da carga, o trem de pulso 362 está em lógica alta, que de outra forma está em lógica baixa. Portanto, o primeiro subcircuito 402 gera um trem de pulso que consiste de uma saída de lógica alta sempre que o IGBT 330 desliga em valores de corrente quase completa, completa e acima de completa (>100% de carga).
[00113] Em uma modalidade exemplar, os diodos 402-7, 402-8, 402-9, 402-10 e 402-11 do primeiro subcircuito 402 são diodos de proteção para garantir que os inversores 402-15 e 402-16 são protegidos para qualquer excesso de tensão devido às condições de operação extremas do terceiro subcircuito 406 incluindo diodos 406-4, 406-3, 406-2, 406-1, 402-25 e 406-5 bem como o resistor 404-3. Em uma modalidade exemplar, a condição de operação extrema é mais do que 10 Ampere de corrente que escoa através dos diodos 406-4, 406-3, 406-2, 406-1, 402-25 e 406-5 e da cadeia de resistor 404-3.
[00114] A FIG. 5 ilustra a geração de saídas de um circuito de monitoramento, de acordo com uma modalidade exemplar. Na FIG. 5, o primeiro gráfico 510 ilustra um período de ligar/desligar T do IGBT 330. O IGBT 330 é ligado ou desligado controlando (através do acionamento de portal de IGBT 350) a tensão de portal (vge) do IGBT 330. Toff representa um período durante o qual o IGBT 330 é desligado (IGBT 330 comuta de alto H para baixo L) e Ton representa um período durante o qual o IGBT 330 é ligado (IGBT 330 comuta de baixo L para alto H).
[00115] Adicionalmente, na FIG. 5, o segundo gráfico 520 ilustra o comportamento da corrente que escoa através do IGBT 330 (iigbt) e a tensão de coletor - emissor do IGBT 330 (vce). Como pode ser observado a partir do gráfico 520 e em uma modalidade exemplar, no início de Toff, vce aumenta enquanto iigbt diminui, em que no fim de Toff e no início de Ton, vce cai enquanto iigbt aumenta. Em outras palavras, iigbt segue a mesma trajetória que vge enquanto vce segue uma trajetória inversa se comparado com iigbt e vge.
[00116] Além disso, na FIG. 5, o terceiro gráfico 530 ilustra a tensão através do resistor 404-2 do segundo subcircuito 404 (que será adicionalmente descrito abaixo). Como pode ser observado a partir do terceiro gráfico 530, a tensão através do resistor 404-2 do segundo subcircuito 404 é zero exceto quando existe um aumento na tensão de coletor - emissor vce no segundo gráfico 520. Adicionalmente, a magnitude de valores de tensão diferentes de zero através do resistor 404-2 do segundo subcircuito 404 é proporcional com a magnitude de vce cada vez que o IGBT 360 é desligado.
[00117] Finalmente, a saída 362 (por exemplo, o trem de pulso) do primeiro subcircuito 362 é mostrada no quarto gráfico 540 da FIG. 5. Como pode ser observado a partir do quarto gráfico 540, um pulso é gerado para cada tensão diferente de zero através do resistor 404-2 e que a largura de cada pulso gerado é proporcional com a magnitude da tensão através do resistor 404-2 do segundo subcircuito 404.
[00118] Em referência novamente à FIG. 4, o circuito de monitoramento 360 inclui adicionalmente um segundo subcircuito 404. O segundo subcircuito 404 inclui componentes tais como os resistores 404-1 a 404-3, e um diodo 404-5. Em uma modalidade exemplar, o segundo subcircuito 404 gera a saída 364 (a taxa de elevação na tensão vce) e a saída 366 (o valor de pico de vce) como na sequência.
[00119] Como descrito acima com referência ao primeiro subcircuito 402, se o valor de excesso de tensão do IGBT 330 excede a tensão de ruptura das cadeias do diodo que consistem de diodos supressores de tensão transiente (TVS) 406-1 a 406-4 e 402-25 do circuito 406, corrente vai escoar a partir do terminal de coletor do IGBT 330 para o terminal de portal de IGBT 330 através do caminho que consiste de diodos 406-4, 406-3, 406-2, 406-1, 402-25, o resistor 404-3, e o diodo 406-5. Este fluxo de corrente causa a queda de tensão através do resistor 404-3. Esta tensão é dividida usando combinação de resistor 404-1 e 404-2. O diodo 404-5 garante que a saída do circuito de vigilância 404 permanece dentro da ligação que pode ser lida pelo sistema de processamento de dados eletrônicos 120 sem qualquer dano para o mesmo. O valor da tensão através do resistor 404-2 e a taxa de elevação da tensão através do resistor 404-2 constituem as saídas 366 e 364, respectivamente. O valor da tensão através do resistor 404-2 e a taxa de elevação da tensão através do resistor 404-2 representam o valor de pico da tensão de IGBT 330 (vce) e a taxa de elevação na tensão através do IGBT 330 respectivamente.
[00120] Em uma modalidade exemplar, o segundo subcircuito 404 determina a saída 364 como mostrado pelo gráfico 520 e/ou gráfico 530 na FIG. 5. Em uma modalidade exemplar, o segundo subcircuito 404 determina o valor de pico de vce como mostrado pelo gráfico 520 na FIG. 5.
[00121] O circuito de monitoramento 360 inclui adicionalmente um terceiro subcircuito 406 que, em uma modalidade exemplar, opera como uma proteção contra excesso de tensão circuito para o IGBT 330. O terceiro subcircuito 406 inclui o componente tal como diodos 406-1 a 406-5. Em uma modalidade exemplar, o terceiro subcircuito 406 pode funcionar como na sequência.
[00122] Como descrito acima com referência ao primeiro subcircuito 402, quando IGBT 330 desliga na carga quase completa, na carga completa ou acima da carga completa (por exemplo, maior do que 100% de carga), o IGBT 330 desliga com excesso de tensão. Em uma modalidade exemplar, o valor de excesso de tensão é determinado como uma soma de dois termos. O primeiro termo é a tensão através do suprimento de alimentação de CC 349. O segundo termo é o produto da indutância do indutor 335 e taxa de alteração decrescente da corrente através do IGBT 330
Figure img0002
.
[00123] Em uma modalidade exemplar, se o valor de excesso de tensão do IGBT 330 excede a tensão de ruptura das cadeias do diodo consistindo de diodos supressores de tensão transiente (TVS) 406-1 a 406-4 e 402-25 do circuito 406, corrente vai escoar a partir do terminal coletor do IGBT 330 para o terminal de portal de IGBT 330 através do caminho que consiste de diodos 406-4, 406-3, 406-2, 406-1, 402-25, o resistor 404-3, e o diodo 406-5.
[00124] Em uma modalidade exemplar, corrente que escoa a partir do terminal coletor para o terminal de portal de IGBT 330, carrega o terminal de portal do IGBT 330 até acima da tensão limite da tensão de portal (vge) de IGBT 330, assim ligando novamente o IGBT 330 e parando o processo de desligamento do IGBT 330 por alguns nanossegundos, por exemplo, 40 nanossegundos até cerca de 200 nanossegundos dependendo da carga. Quanto maior é a carga, maior pode ser a duração de parada do processo de desligamento de IGBT 300. Portanto, a corrente de carga de portal que escoa através do caminho que consiste de diodos 406-4, 406-3, 406-2, 406-1, 402-25, o resistor 404-3, e o diodo 406-5, produz um efeito de amortecimento de tensão de IGBT, resultando na proteção contra o excesso de tensão do IGBT 330. Em uma modalidade exemplar, esta capacidade de proteção contra excesso de tensão do terceiro subcircuito 406 não permite que a tensão do IGBT 330 exceda mais do que seu valor classificado correspondente e mantém a tensão do IGBT 330 dentro da área de operação segura (SOA), como ditado pelas especificações do IGBT 330.
[00125] Com a geração das saídas 362, 364 e 366, como descrito acima, em uma modalidade exemplar, cada circuito de monitoramento do alarme de inversor 190 envia as correspondentes saídas geradas 362, 364 e 366 para o sistema de processamento de dados eletrônicos 120. A partir dos dados de saída recebidos, o sistema de processamento de dados eletrônicos 120 determina a frequência e a duração de sobrecarga de cada IGBT (que é um exemplo de um semicondutor de comutação) do circuito de comutação de inversor 188. Em uma modalidade exemplar, o sistema de processamento de dados eletrônicos 120 desenvolve adicionalmente um modelo comportamental com base nos dados de saída recebidos, de acordo com os quais o motor 117 é acionado. Em uma modalidade exemplar, o sistema de processamento de dados eletrônicos 120 também desenvolve uma manutenção programação para a programação e a realização de manutenção dos semicondutores de comutação do circuito de comutação de inversor 188. A operação de determinar a frequência e duração de sobrecarga dos semicondutores de comutação e/ou desenvolver os vários modelos mencionados, será descrita adicionalmente abaixo com relação à descrição da FIG. 8.
[00126] Tendo descrito a operação do circuito de monitoramento 360, aqui a seguir exemplos de várias formas da saída 362 sob várias condições de carga de acordo com as quais o motor 117 é acionado, serão descritos.
[00127] A FIG. 6 ilustra trens de pulso gerados pelos circuitos de monitoramento de uma vigilância de monitoramento que monitoram semicondutores de comutação quando um motor é acionado sob condições de carga relativamente leves, de acordo com uma modalidade exemplar.
[00128] Como mostrado na FIG. 6, um circuito de monitoramento tal como o circuito de monitoramento 360 produz um trem de pulso (saída 362) para cada IGBT conectado com o circuito de monitoramento. Dados, os 6 IGBTs 330, 331, 337, 338, 343 e 334 do circuito de comutação de inversor 188, a FIG. 6 ilustra 6 diferentes trens de pulso para os 6 IGBTs. Adicionalmente, a FIG. 6 também ilustra as correntes de três fases ia, ib e ic fornecidas pelo circuito de comutação de inversor 188 para o motor 117.
[00129] Com referência às FIGs. 3 e 6, ia é gerada usando IGBTs 330 e 331. De maneira apropriada, durante a metade de ciclo positivo de ia, um trem de pulso é gerado na saída do circuito de monitoramento que monitora o IGBT 330, enquanto durante a metade de ciclo negativa de ia, um trem de pulso é gerado na saída do circuito de monitoramento que monitora o IGBT 331.
[00130] Similarmente, durante a metade de ciclo positivo de ib, um trem de pulso é gerado na saída do circuito de monitoramento que monitora o IGBT 337, enquanto durante a metade de ciclo negativa de ib, um trem de pulso é gerado na saída do circuito de monitoramento que monitora o IGBT 338.
[00131] Similarmente, durante a metade de ciclo positivo de ic, um trem de pulso é gerado na saída do circuito de monitoramento que monitora o IGBT 343, enquanto durante a metade de ciclo negativa de ic, um trem de pulso é gerado na saída do circuito de monitoramento que monitora o IGBT 344.
[00132] Como pode ser observado a partir dos trens de pulso de saída para cada fase da corrente, já que cada corrente de fase alcança um valor máximo ou mínimo, a largura de correspondentes pulsos gerados aumenta.
[00133] A FIG. 7 ilustra trens de pulso gerados pelos circuitos de monitoramento de uma vigilância de monitoramento que monitoram semicondutores de comutação, quando um motor é acionado sob condições de carga mais extremas com relação à FIG. 6, de acordo com uma modalidade exemplar.
[00134] Como mostrado na FIG. 7, um circuito de monitoramento tal como o circuito de monitoramento 360 produz um trem de pulso (saída 362) para cada IGBT conectado com o circuito de monitoramento. Dados, os 6 IGBTs 330, 331, 337, 338, 343 e 334 do circuito de comutação de inversor 188, a FIG. 7 ilustra 6 diferentes trens de pulso para os 6 IGBTs. Adicionalmente, a FIG. 7 ainda ilustra as correntes de três fases ia, ib e ic fornecidas pelo circuito de comutação de inversor 188 para o motor 117.
[00135] A associação entre ia, ib e ic e os trens de pulso gerados pelos circuitos de monitoramento para os 6 IGBTs são similares com aqueles descritos acima com referência à FIG. 6, exceto que a periodicidade e os valores de pico de ia, ib e ic na FIG. 7 são diferentes se comparados com a FIG. 6, já que o motor 117 é acionado sob condições mais extremas (mais torque é comandado por um operador do motor 117) se comparado com a FIG. 6. Portanto, os trens de pulso gerados pelos circuitos de monitoramento também são diferentes tanto em periodicidade quanto em largura, se comparados com os correspondentes trens de pulso gerados na FIG. 6, onde o motor 117 é acionado sob condições de carregamento relativamente mais leves.
[00136] A FIG. 8 ilustra trens de pulso gerados pelos circuitos de monitoramento de uma vigilância de monitoramento que monitoram semicondutores de comutação, quando um motor é acionado sob condições de parada, de acordo com uma modalidade exemplar.
[00137] Em uma modalidade exemplar, quando o motor alimentado por inversor 117 fica parado, um operador do motor 117 comanda torque excessivamente alto até sair de tal condição de parada. Por exemplo, quando um veículo está trabalhando sob condições de sobrecarga, para alcançar alto torque em uma dada alimentação (Alimentação = Torque * Velocidade rad/s) do circuito de comutação de inversor 188, a velocidade do motor cai para zero ou muito próximo de zero. De maneira apropriada, sob condições de parada apenas três IGBTs do circuito de comutação de inversor 188 podem estar comutando entre estados ligado e desligado de maneira a suportar o torque excessivamente alto comandado pelo operador. Sob condições de parada, um dos IGBTs (por exemplo, um dentre os IGBTs 330, 337 e 343) conectado com o lado positivo da tensão de CC 349 do circuito de comutação de inversor 188, mostrado na FIG. 3, fornece corrente de carga de pico para o motor 117 e dois IGBTs não complementares (por exemplo, IGBTs 338 e 344) conectados com o lado negativo da tensão de CC 349 do circuito de comutação de inversor 188 fornecem metade da corrente de carga de pico para a carga 117.
[00138] Como mostrado na FIG. 8, o IGBT 330 (IGBT de fase a conectado com o lado positivo da tensão de CC 349), IGBT 344 (IGBT de fase c conectado com o lado negativo da tensão de CC 349), e IGBT 338 (IGBT de fase b conectado com o lado negativo da tensão de CC 349) comuta para suportar torque de forma de pico que o operador pode puxar do veículo a partir da condução de parada. Sob condições de padrão de pulso de parada para remanescentes três IGBTs (IGBTs 331, 337 e 343) não são gerados. De maneira apropriada, como mostrado na FIG. 8, nenhuma saída correspondente (trem de pulso) é gerada pelos circuitos de monitoramento para os IGBTs 331, 337 e 343.
[00139] Portanto em uma modalidade exemplar, o alarme de inversor 190, usando os exemplos de trens de pulso gerados da FIG. 8, identifica se o veículo entrou em uma condição de parada, por quanto tempo o veículo permanece na condição de parada e/ou quão frequente o veículo entra nas condições de parada. Esta informação então pode ser usada para desenvolver uma única assinatura e modelo de comportamento associado com cada operador do veículo.
[00140] Tendo descrito a geração de saídas 362, 364 e 366 pelos correspondentes circuitos de monitoramento do alarme de inversor 190 para cada semicondutor de comutação do circuito de comutação de inversor 188, aqui a seguir o processo de uso das saídas 362, 364 e 366 de maneira a determinar a frequência e a duração de sobrecarga dos semicondutores de comutação e/ou desenvolver um modelo comportamental de acionamento de um particular motor/veículo será descrito. Adicionalmente, uma descrição de desenvolver uma manutenção programação para semicondutores de comutação do circuito de comutação de inversor 188 também será descrita.
[00141] Em referência novamente à FIG. 3, em uma modalidade exemplar, as saídas 362, 364 e 366 são providas (por exemplo, enviar ou transmitir usando métodos conhecidos ou a ser desenvolvidos) para o sistema de processamento de dados eletrônicos 120. O sistema de processamento de dados eletrônicos 120, através do módulo de estimativa de degradação 130 ou um processador que executa instruções legíveis por computador (economizadas em uma memória associada com o sistema de processamento de dados eletrônicos 120) para o módulo de estimativa de degradação 130, recebe as saídas 362, 364 e 366.
[00142] Em uma modalidade exemplar, usando os pulsos gerados providos como a saída 362, o sistema de processamento de dados eletrônicos 120 determina a frequência de acionamento do motor 117 sob condições leves, condições de carregamento relativamente maiores e/ou condições de parada. De maneira apropriada, o sistema de processamento de dados eletrônicos 120 ainda determina uma frequência e duração de sobrecarga dos semicondutores de comutação do circuito de comutação de inversor 188.
[00143] Em uma modalidade exemplar, uma condição de parada é contada como um evento tendo duração e magnitude de torque comandada pelo operador de veículo para sair da condição de parada. Podem haver vários eventos no dia se o operador de veículo não é hábil e tem experiência se comparado com um número de tais eventos se o operador do veículo é hábil e tem experiência. Similarmente, em uma modalidade exemplar, um contador pode ser criado para acompanhar como muitos eventos de carga quase completa, completa e acima de completa cada operador causa em um dado dia enquanto opera um veículo no sítio de trabalho (por exemplo, um carregador de extremidade frontal para mover material em um sítio de construção).
[00144] Em uma modalidade exemplar, o sistema de processamento de dados eletrônicos 120 pode usar uma tabela que caracteriza o excesso de tensão do IGBT 330, a tensão de pico de vce (saída 366) e os padrões de pulso gerados (saída 362), para determinar um padrão de tensão para o IGBT 330.
[00145] Adicionalmente, em uma modalidade exemplar, o sistema de processamento de dados eletrônicos 120 estima a temperatura de cada um dos semicondutores de comutação do circuito de comutação de inversor 188 com base nas saídas 364 e 366 recebidas a partir de um correspondente circuito de monitoramento do alarme de inversor 190 que monitora cada semicondutor de comutação. Por exemplo, com base nas saídas 362 e 366 (por exemplo, taxa de elevação de vce e o valor de pico de vce) recebidas a partir do circuito de monitoramento 360, o sistema de processamento de dados eletrônicos 120 estima a temperatura do IGBT 330 durante um evento de desligamento do IGBT 330. Por exemplo, o sistema de processamento de dados eletrônicos 120 pode usar uma tabela ou uma tabela pré-caracterizada. Esta tabela, em uma modalidade exemplar, é tridimensional com relação pré-caracterizada dentre quatro parâmetros do IGBT 330, em que, a taxa de elevação para tensão de IGBT 330 (vce), valor de pico de tensão de IGBT 330 (vce_peak), temperatura de refrigerante (TCoolant) do circuito de comutação de inversor 188 como entradas para a tabela e a temperatura de junção (TJigbt) do IGBT 330 como saída da tabela tridimensional. Portanto, para cada taxa de elevação em vce (saída 364) do IGBT 330 e o trem de pulso (saída 362) do IGBT 330, uma tabela de observação é referenciada para buscar o valor estimado da temperatura de junção do IGBT 330.
[00146] A partir da temperatura estimada do IGBT 330 e o padrão de tensão do IGBT 330, o sistema de processamento de dados eletrônicos 120 pode desenvolver um modelo de comportamento para quanto do motor 117 é acionado. Subsequente ao modelo de comportamento, o sistema de processamento de dados eletrônicos 120 também pode determinar um modelo de degradação para cada IGBT do circuito de comutação de inversor 188.
[00147] Em uma modalidade exemplar, o sistema de processamento de dados eletrônicos 120 pode determinar o modelo de degradação para o IGBT 330 com base no fato de que quanto maior é a temperatura estimada do IGBT 330, para uma dada temperatura de refrigerante, maior é a degradação do IGBT 330. Portanto, quanto maior a frequência de condições de parada de acordo com as quais o motor 117 é acionado (obtida a partir do modelo de tensão para o IGBT 330), mais rápida é a degradação do IGBT 330.
[00148] Com base no modelo de degradação e o veículo manutenção programação tabela de observação que caracteriza uma relação entre uma degradação de um transistor e a manutenção necessária, o sistema de processamento de dados eletrônicos 120 pode determinar a programação para realizar a manutenção de um ou mais dos IGBTs do circuito de comutação de inversor 188.
[00149] Modalidades exemplares descritas acima proveem a geração de várias saídas pelos circuitos de monitoramento que monitoram cada semicondutor de comutação em um circuito de comutação de inversor que aciona uma carga. Adicionalmente, modalidades exemplares descritas acima proveem o uso de saídas geradas, para analisar e desenvolver modelos de comportamento para acionar uma carga bem como um modelo de degradação para os semicondutores de comutação do circuito de comutação de inversor bem como uma manutenção programação para realizar uma manutenção em cada um dos semicondutores de comutação.
[00150] Algumas das vantagens das modalidades exemplares descritas acima são como na sequência. O alarme de inversor é rápido, preciso e trabalha bem (como evidenciado pelos testes de laboratório) durante condições de operação de estado estacionário e transiente de motores elétricos/geradores alimentados por inversor.
[00151] Para avaliar danos dependentes da carga em um inversor IGBT, o alarme de inversor não usa corrente medida por qualquer sensor de corrente convencional, portanto, erro causado pelo sensor de corrente é eliminado incluindo qualquer temperatura relacionada na derivação na medição de corrente pelos sensores convencionais tais como efeito Hall muito comumente usado em acionamentos elétricos.
[00152] Este alarme de inversor trabalha bem sobre a faixa de temperatura de operação (-400C a 1750°C) de junção de IGBT.
[00153] Como o alarme de inversor também é usada para amortecer excesso de tensão de IGBT durante eventos de desligamento (usando o terceiro subcircuito 406 descrito acima), em uma modalidade exemplar, o uso duplo de circuitos de monitoramento não confere qualquer custo incremental perceptível. Não existe custo adicional para implementar o esquema de sensoreação de temperatura proposto, como descrito acima.
[00154] Em uma modalidade exemplar, a corrente que escoa através do resistor 404-3 do segundo subcircuito 404 para os propósitos de determinar as saídas 364 e 366, faz um sistema otimizado para as menores perdas de comutação, portanto, a implementação de esquema de sensoreação proposto faz um inversor eficiente como excesso de tensão através de IGBT é menor do que 200 nanossegundos.
[00155] O alarme de inversor, em uma modalidade exemplar, prevê a temperatura de junção de IGBT durante eventos de desligamento, que revela como IGBT se torna enquanto o operador está dirigindo um motor sob condições normal, pesada e/ou de parada.
[00156] Em uma modalidade exemplar, dados produzidos pelo alarme de inversor proposta são úteis para desenvolver modelo de comportamento do operador e expectativa de operador.
[00157] Em uma modalidade exemplar, modelo de comportamento de operador é útil para desenvolver modelo de consumo de combustível de um veículo. Por exemplo, é provável que um operador que para o veículo mais geralmente seja provável de usar mais combustível por tonelada de material manipulado se comparado com um operador que não frequentemente dirige o veículo sob condições de parada.
[00158] Em uma modalidade exemplar, o alarme de inversor proposta oferece vantagens estratégicas para os fabricantes. Por exemplo, um fabricante, usando os dados gerados pelo alarme de inversor e o modelo de comportamento desenvolvido, pode prover treinamentos para operadores de forma que os operadores usem veículos com consumo de combustível reduzido e menores requisitos de manutenção enquanto faz a mesma quantidade de trabalho.
[00159] Em uma modalidade exemplar, o modelo de comportamento revela como um operador realiza durante direções de teste de um veículo e quais aprimoramentos o operador pode implementar para aumentar a produtividade e tempo de vida de veículo enquanto reduz o consumo de combustível.
[00160] O alarme de inversor assume que a carga acionada é um Imã Permanente (PM) e motores de Indução acionados por inversor padrão feitos de seis módulos ou dispositivos de semicondutor de alimentação. Já que o alarme de inversor é com base em nível de IGBT, o alarme de inversor também pode ser estendido para cobrir motores elétricos de Relutância Comutada (SR) e CC sem escova de PM (PM BLCC).
[00161] Modalidades exemplares assim sendo descritas, será obvio que o mesmo modo pode ser variado de muitas formas. Tais variações não devem ser consideradas como uma fuga do espírito e escopo das modalidades exemplares, e todas tais modificações como podem ser óbvias para um versado na técnica estão intencionadas de ser incluídas dentro do escopo das reivindicações.
[00162] A patente reivindica com o pedido propostas de formulação sem prejudicar a obtenção de proteção de patente mais extensiva. O Depositante reserva o direito de reivindicar ainda mais combinações de funcionalidades anteriormente divulgadas apenas na descrição e/ou nos desenhos.

Claims (17)

1. Circuito (360) para monitorar e determinar como cargas elétricas, tais como motores elétricos (117) são acionados por inversores eletrônicos de alimentação, compreendendo: um primeiro subcircuito (402) configurado para gerar primeiros dados correspondendo a uma frequência e uma duração de sobrecarga de um transistor no inversor, e um segundo subcircuito (404) configurado para gerar segundos dados correspondendo a uma taxa de elevação de uma tensão e um valor de tensão de pico do transistor no inversor, em que o primeiro subcircuito (402) e o segundo subcircuito (404) são configurados para prover respectivamente os primeiros dados e os segundos dados como saídas para um controlador (266) para analisar uma maneira em que uma carga acoplada com o inversor é acionada, e caracterizado pelo fato de que o controlador (266) é configurado para: analisar a maneira em que a carga é acionada, receber os primeiros dados, e determinar a frequência e a duração de sobrecarga do transistor com base nas frequências e larguras de pulsos incluídos nos primeiros dados.
2. Circuito de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro subcircuito (402) é configurado para gerar os primeiros dados durante um evento de desligamento do transistor.
3. Circuito de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o evento de desligamento ocorre quando o transistor fornece corrente de pico ou corrente quase de pico para a carga.
4. Circuito de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os primeiros dados é uma série de pulsos (362).
5. Circuito de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo subcircuito (404) é configurado para gerar os segundos dados durante o evento de desligamento do transistor.
6. Circuito de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo subcircuito é configurado para gerar os segundos dados (364) medindo uma tensão através de um resistor no segundo subcircuito.
7. Circuito de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador está configurado adicionalmente para: analisar a maneira em que a carga é acionada, receber os segundos dados, determinar, com base nos segundos dados, uma temperatura do transistor durante o evento de desligamento, desenvolver um modelo de degradação para o transistor com base na temperatura determinada, e determinar uma programação para realizar uma manutenção do transistor com base no modelo de degradação e uma tabela de observação de manutenção.
8. Circuito de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: um terceiro subcircuito (406) acoplado com o primeiro e o segundo subcircuitos, o terceiro subcircuito sendo configurado para operar como uma proteção contra excesso de tensão para o transistor.
9. Circuito de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o transistor é um de um Transistor Bipolar de Portal Isolado (IGBT), um Transistor de Efeito de Campo de Semicondutor de óxido de metal (MOSFET), um MOSFET de Carbeto de Silício ou um IGBT de Carbeto de Silício.
10. Sistema (120) para monitorar e determinar como cargas elétricas, tais como motores elétricos (117) são acionados por inversores eletrônicos de alimentação, compreendendo: uma pluralidade de transistores (330, 331, 337, 338, 343, 344) formando um inversor (188), e uma pluralidade de circuitos (402, 404), cada um da pluralidade de circuitos sendo acoplado com um da pluralidade de transistores, cada um da pluralidade de circuitos sendo configurado para monitorar o correspondente um da pluralidade de transistores por meio de: gerar primeiros dados correspondendo a uma frequência e uma duração de sobrecarga do correspondente um da pluralidade de transistores, e gerar segundos dados correspondendo a uma taxa de elevação de uma tensão e um valor de tensão de pico do correspondente um da pluralidade de transistores, em que cada um da pluralidade de circuitos é configurado para prover os correspondentes primeiros dados e os segundos dados como saídas para um controlador (266) para analisar uma maneira em que uma carga acoplada com o inversor (188) é acionada, caracterizado pelo fato de que o controlador (266) é configurado para: analisar a maneira em que a carga é acionada, receber os primeiros dados e os segundos dados, e analisar, com base nos primeiros dados e os segundos dados, a maneira em que a carga é acionada ao determinar a frequência e a duração de sobrecarga dos transistores com base em uma frequência e largura de pulsos incluídos nos primeiros dados.
11. Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que cada um da pluralidade de circuitos compreende: um primeiro subcircuito (402) configurado para gerar os primeiros dados durante um evento de desligamento do correspondente um da pluralidade de transistores, e um segundo subcircuito (404) configurado para gerar os segundos dados durante o evento de desligamento do correspondente um da pluralidade de transistores.
12. Sistema de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o evento de desligamento ocorre quando o correspondente um da pluralidade de transistores fornece corrente de pico ou corrente quase de pico para a carga.
13. Sistema de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que os primeiros dados é uma série de pulsos.
14. Sistema de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o segundo subcircuito está configurado para gerar os segundos dados medindo uma tensão através de um resistor no segundo subcircuito.
15. Sistema de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que cada um da pluralidade de transistores (330, 331, 337, 338, 343, 344) compreende adicionalmente: um terceiro subcircuito (406) acoplado com o primeiro e o segundo subcircuitos, o terceiro subcircuito sendo configurado para operar como uma proteção contra excesso de tensão para o correspondente um da pluralidade de transistores.
16. Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que cada um da pluralidade de transistores é um de um Transistor Bipolar de Portal Isolado (IGBT), um Transistor de Efeito de Campo de Semicondutor de óxido de metal (MOSFET), um MOSFET de Carbeto de Silício ou um IGBT de Carbeto de Silício.
17. Sistema (120) para monitorar e determinar como cargas elétricas, tais como motores elétricos (117) são acionados por inversores eletrônicos de alimentação, compreendendo: uma pluralidade de transistores (330, 331, 337, 338, 343, 344) formando um inversor (188), e uma pluralidade de circuitos (402, 404), cada um da pluralidade de circuitos sendo acoplado com um da pluralidade de transistores, cada um da pluralidade de circuitos sendo configurado para monitorar o correspondente um da pluralidade de transistores por meio de: gerar primeiros dados correspondendo a uma frequência e uma duração de sobrecarga do correspondente um da pluralidade de transistores, e gerar segundos dados correspondendo a uma taxa de elevação de uma tensão e um valor de tensão de pico do correspondente um da pluralidade de transistores, em que cada um da pluralidade de circuitos é configurado para prover os correspondentes primeiros dados e os segundos dados como saídas para um controlador para analisar uma maneira em que uma carga acoplada com o inversor é acionada, e caracterizado pelo fato de que o controlador (266) é configurado para: analisar a maneira em que a carga é acionada, receber os primeiros dados e os segundos dados, e analisar, com base nos primeiros dados e os segundos dados, a maneira em que a carga é acionada por meio de: determinar, com base nos segundos dados, uma temperatura do correspondente um da pluralidade de transistores durante o evento de desligamento, desenvolver um modelo de degradação para o correspondente um da pluralidade de transistores com base na temperatura determinada, e determinar uma programação para realizar uma manutenção do correspondente um da pluralidade de transistores com base no modelo de degradação e uma tabela de observação de manutenção.
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