CN103109460A - 温度保护装置 - Google Patents

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Abstract

一种温度保护装置，包括温度检测器(31,32,33,34,35,36)、温度估计器(64)、过热状态判断组件(37,65)和过热保护组件(66)。温度检测器(31,32,33,34,35,36)检测半导体组件(3)的温度。温度估计器(64)估计半导体组件(3)的估计温度。过热状态判断组件(37,65)基于检测温度和估计温度，通过使用第一估计温度和第二估计温度来判断半导体组件(3)是否处于过热状态，其中该第一估计温度是检测温度达到了第一阈值温度的时间点处的估计温度，该第二估计温度是在检测温度达到了第一阈值温度的时间点之后所估计出的估计温度。过热保护组件(66)基于过热状态判断组件(37,65)所进行的判断来保护半导体组件(3)免于过热。

Description

温度保护装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2010年9月28日提交的日本专利申请2010-217307的优先权。日本专利申请2010-217307的全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本发明通常涉及一种温度保护装置。更特别地，本发明涉及一种温度保护装置，其中该温度保护装置能够更加精确地判断例如马达控制装置的半导体装置的过热状态，从而更加可靠地保护该半导体装置免于过热。
背景技术
通常，可以在逆变器的主电路所用的冷却扇上设置电力转换器的温度保护装置。例如，如日本特开平H-121595所述，电力转换器的温度保护装置可以包括温度传感器，其中该温度传感器可以检测逆变器主电路的开关元件的温度并且输出该检测温度。此外，电力转换器的温度保护装置可以包括第一温度保护装置，其中该第一温度保护装置用于在检测温度大于第一加热温度的情况下，响应于保护操作命令来使载波信号的频率下降到设置频率以下。电力转换器的温度保护装置还可以包括第二温度保护装置，其中该第二温度保护装置用于在检测温度高于比第一加热温度高的第二加热温度的情况下，响应于保护操作命令的输入来使转矩限制值下降到设置值以下。
发明内容
然而，在温度传感器设置在开关元件附近、并且从该温度传感器将检测信号发送至温度保护装置的情况下，将来自强电系统的检测信号发送至弱电系统的控制组件。因而，该检测信号混入了噪声，这导致开关元件的温度检测精度下降。结果，在实际并没有发生过热的情况下，存在为了尝试保护开关元件免于过热而发生误操作的可能性。
因此，本发明的目的是提供一种在提高半导体元件的过热状态的判断精度的同时、保护这些半导体元件免于过热的温度保护装置。
考虑到现有技术的状态，本发明的一个方面是提供一种温度保护装置，其包括温度检测器、温度估计器、过热状态判断组件和过热保护组件。该温度检测器被配置为检测半导体组件的温度。该温度估计器被配置为估计所述半导体组件的估计温度。该过热状态判断组件被配置为基于检测到的温度和所述估计温度，通过使用第一估计温度和第二估计温度，来判断所述半导体组件是否处于过热状态，其中所述第一估计温度是所述检测到的温度达到了第一阈值温度的时间点处的估计温度，所述第二估计温度是在所述检测到的温度达到了所述第一阈值温度的时间点之后所估计出的估计温度。该过热保护组件被配置为基于所述过热状态判断组件所进行的判断来保护所述半导体组件免于过热。
附图说明
现在参考构成该原始公开的组成部分的附图：
图1是根据所公开的第一实施例的温度保护装置的框图；
图2是示出图1的温度保护装置中的检测温度、虚拟温度、估计温度和温度差相对于时间的温度特性以及第一判断信号、切换标志和第二判断信号相对于时间的输出特性的示例的图；
图3是示出图1所示的温度保护装置所进行的操作的示例的流程图；
图4是示出根据所公开的第二实施例的温度保护装置中的检测温度、虚拟温度、估计温度和温度差相对于时间的温度特性以及第一判断信号、切换标志、第二判断信号和第三判断信号相对于时间的输出特性的示例的图；以及
图5是示出根据所公开的第二实施例的温度保护装置所进行的操作的示例的流程图。
具体实施方式
现在将参考附图来说明优选实施例。本领域技术人员根据本发明显然可知，以下对这些实施例的说明仅是示例性说明，而不是为了限制由所附权利要求书及其等同物所限定的本发明。
首先，参考图1，根据第一实施例来例示电动车辆的马达控制装置。图1是示出包括第一实施例的温度保护装置的马达控制装置的框图。该马达控制装置包括电连接至半导体模块3的电池1。电池1用作输出三相电流作为行驶驱动源的永磁马达4所用的动力源。半导体模块3将来自电池1的DC(直流)电力转换成AC(交流)电力。诸如锂离子电池等的二次电池(未示出)可以安装在电池1上并且向半导体模块3供给DC电力。如下所述，该马达控制装置还包括平滑电容器5、控制器6、转子位置传感器7、电流传感器8和电压传感器9。
如通过现有技术应理解，在该示例的电动车辆中，使用输出三相电流作为行驶驱动源的永磁马达4来驱动该车辆，并且马达4连接至该电动车辆的车轴。以下说明使用电动车辆作为示例，其中该电动车辆可以是汽车、货车、卡车、SUV以及所有类型的混合动力车辆(HEV)等。
在该示例中的半导体模块3是逆变器，其中该逆变器包括多个开关元件(绝缘栅双极型晶体管IGBT)Q1～Q6和整流元件(二极管)D1～D6。整流元件D1～D6分别与各开关元件Q1～Q6并联连接，并且在与开关元件Q1～Q6的电流方向相反的方向上提供电流。由此电池1的DC电力被转换成AC电力，并且被供给至马达4。在该示例中，并联连接的具有两个开关元件的三对电路与电池1并联连接，并且在各对开关元件和马达4的三相输入组件之间分别进行电气连接。对于各开关元件Q1～Q6，可以使用相同的半导体元件。例如，可以使用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为开关元件Q1～Q6。然而，当然，开关元件Q1～Q6的各组件可以不同。
在图1的示例中，开关元件Q1和Q2、开关元件Q3和Q4以及开关元件Q5和Q6各自串联连接。在该示例中，开关元件Q1和Q2连接至马达4的U相，开关元件Q3和Q4连接至马达4的V相，并且开关元件Q5和Q6连接至马达4的W相。开关元件Q1、Q3和Q5电连接至电池1的正电极侧，并且开关元件Q2、Q4和Q6电连接至电池1的负电极侧。各开关元件Q1～Q6的ON/OFF(接通/断开)切换由控制器6来控制。
应当理解，控制器6以及这里所论述的具有处理或控制能力的任何其它组件各自还可以包括或共用其它的传统组件，诸如输入接口电路、输出接口电路、以及ROM(只读存储器)装置和RAM(随机存取存储器)装置等的存储装置等。该RAM和ROM用于存储处理结果和控制器6以及任何其它这种组件所运行的控制程序。此外，控制器6以及这里所述的任何其它这种组件以传统方式有效地连接至车辆的各组件。本领域技术人员通过本发明显然可知，控制器6以及这里所述的任何其它处理器或控制器的精确结构和算法可以是执行这里所述的实施例的功能的硬件和软件的任意组合。
除了开关元件Q1～Q6和二极管D1～D6以外，半导体模块3具有温度检测组件31～36和第一过热状态判断组件37。温度检测组件31～36设置在半导体模块3内的各开关元件Q1～Q6附近或者设置在这些开关元件Q1～Q6上。温度检测组件31～36例如可以是由具有PN结的感测元件和恒流电路所构成的传感器。温度检测组件31～36用作用于检测各开关元件Q1～Q6的温度的温度传感器。温度检测组件31～36从恒流电路向PN结部分提供电流，并且通过读取根据开关元件Q1～Q6转换后的PN结部分的电压值的变化，可以直接检测到开关元件Q1～Q6的温度。温度检测组件31～36是直接检测各开关元件Q1～Q6的温度的传感器。因而，温度检测组件31～36与以下所述的温度估计组件64相比较，针对各开关元件Q1～Q6的温度变化的应答性，具有高的应答速度。温度检测组件31～36在检测到各开关元件Q1～Q6的温度时，将开关元件Q1～Q6的各检测温度发送至第一过热状态判断组件37。温度检测组件31～36可以具有除上述结构以外的结构，只要这些结构是用于检测开关元件Q1～Q6的温度的元件即可。
第一过热状态判断组件37使用温度检测组件31～36所检测到的开关元件Q1～Q6的检测温度来判断开关元件Q1～Q6的状态。以下说明与第一过热状态判断组件37的控制有关的详细内容。
该示例中的电容器5是平滑电容器。通常，开关元件Q1～Q6的开关频率约为半导体模块3和马达4之间流动的相电流的频率的5倍高，并且被设置为约1～100kHz。输入至半导体模块3的输入电流(Iin)还包括频率为开关频率附近的纹波。另外，由于包括电力线缆等的电池1侧的阻抗2较高，因此存在脉动电压将被施加于半导体模块3的构成组件的危险。由于该原因，在该示例中，电容器5连接在阻抗2和半导体模块3之间从而抑制电压脉动。
转子位置传感器7是设置在马达4上的诸如变压器或编码器等的传感器。通过检测马达4的转子的位置，检测到马达4的频率，并且将该检测频率输出至控制器6。
电流传感器8检测马达4的各相的相电流，并且将该检测电流发送至控制器6。电压传感器9检测从电池1供给至半导体模块3的电压，并且将该检测电压发送至控制器6。
控制器6包括转矩控制组件61、转换控制组件62、脉冲宽度调制(PWM)转换器63、温度估计组件64、第二过热状态判断组件65和过热保护组件66。控制器6基于根据来自驾驶员的加速请求从外部输入的转矩命令(T)，来生成开关元件Q1～Q6的开关信号，由此根据驾驶员的意图来驱动该车辆。将这些开关信号发送至各开关元件Q1～Q6，由此对半导体模块3进行控制。
转矩控制组件61根据来自过热保护组件66的信号来对转矩命令(T)施加限制，由此提供控制以使得马达4的生成转矩相对于来自驾驶员的所请求转矩而下降，并且向转换控制组件62发送转矩限制命令。在无需根据来自过热保护组件66的信号对转矩施加限制的情况下，转矩控制组件61在没有对转矩命令(T)施加限制的情况下将该转矩命令(T)输出至转换控制组件62。
转换控制组件62利用电流传感器8检测从转矩控制组件61输出的转矩命令并且利用电压传感器9检测马达4的相电流。基于电池1的电压，计算用于使各开关元件Q1～Q6处的损耗最少的最佳命令值并且将该最佳命令值输出至PWM转换器63。
PWM转换器63基于从转换控制组件62输出的命令值来设置各开关元件Q1～Q6的开关信号的载波频率，并且生成具有载波信号的开关信号。将这些开关信号发送至各开关元件Q1～Q6的栅极端子。结果，PWM转换器63控制各开关端子的ON/OFF，并且半导体模块3将从电池1供给的DC电力转换成AC电力并将该AC电力供给至马达4。PWM转换器63还基于来自过热保护组件66的信号来控制开关信号的载波频率。
温度估计组件64基于设置在半导体模块3的外部组件上的温度传感器所检测到的温度来估计开关元件Q1～Q6的温度。例如，温度估计组件64根据设置在用于使半导体模块3冷却的冷却器上的温度传感器(未示出)的检测值、电流传感器8的检测电流和电压传感器9的检测电压来计算各开关元件Q1～Q6的损耗。由此，温度估计组件64通过根据这些损耗计算各开关元件Q1～Q6的温度来进行估计。为了预先确定元件散热系统的模型，通过根据这些温度传感器、电流传感器8和电压传感器9的检测值进行计算来计算各开关元件Q1～Q6的估计温度。与温度检测组件31～36相对比，温度估计组件64是间接计算开关元件Q1～Q6的温度的组件。开关元件Q1～Q6的温度不是直接检测到的，并且由于该原因，温度估计组件64针对开关元件Q1～Q6的温度变化的应答速度缓慢。温度估计组件64可以具有除上述结构以外的结构，只要温度估计组件64通过计算来估计开关元件Q1～Q6的温度即可。
第二过热状态判断组件65使用从第一过热状态判断组件37发送来的信号数据和从温度估计组件64发送来的开关元件Q1～Q6的估计温度，来对开关元件Q1～Q6的过热进行判断。然后，第二过热状态判断组件65将过热状态的判断结果发送至过热保护组件66。在开关元件Q1～Q6的温度较高的情况下，这表示开关元件Q1～Q6发生故障的可能性增大的状态，并且这表示开关元件Q1～Q6处于各自的额定温度或超过各自的额定温度的状态。
过热保护组件66基于与过热状态有关的判断结果，将表示要对输入转矩施加外部限制的信号从过热保护组件66发送至转矩控制组件61。另外，过热保护组件66基于从过热保护组件66发送来的过热状态的判断结果，将用于降低开关元件Q1～Q6的开关信号的载波频率的命令信号发送至PWM转换器63。
以下参考图1和2来更加详细地说明该示例中的温度保护装置的特征和操作的示例。图2是示出温度检测组件31～36所检测到的检测温度(Ta)、温度估计组件64估计出的估计温度(Tb)、温度差(ΔTab)和虚拟温度(Tx)相对于时间的温度特性以及第一判断信号、切换标志和第二判断信号相对于时间的输出特性的示例的图。
例如，图2的图示出了时刻t1开关元件Q1～Q6发生损耗并且元件温度上升时的随时间经过的变化。关于检测温度(Ta)，由于温度检测组件31～36检测开关元件Q1～Q6的各温度，因此存在各检测温度不同的情况。然而，在这种情况下，各检测温度之间的差较小，由此将这些温度表示为检测温度(Ta)。
如上所述，温度检测组件31～36检测各开关元件Q1～Q6的检测温度(Ta)，然后将该检测温度(Ta)发送至第一过热状态判断组件37。将第一阈值温度(T1)设置为第一过热状态判断组件37中用于判断开关元件Q1～Q6的过热状态的阈值温度。
现在将说明噪声对从温度检测组件31～36发送来的信号产生的影响的示例。如图1所示，温度检测组件31～36设置在强电系统的半导体模块3上并且经由第一过热状态判断组件37向弱电系统的控制器6发送信号。结果，温度检测组件31～36将强电系统的信号发送至弱电系统的控制组件，因而发送期间可能会发生噪声混入。在开关元件Q1～Q6的温度处于低温范围内的情况下，对开关元件Q1～Q6造成的负荷较小。因此，在对开关元件Q1～Q6的过热进行判断期间，可以抑制噪声的影响。在开关元件Q1～Q6的温度处于高温范围内的情况下，该状态导致对开关元件Q1～Q6造成的负荷较高。因而，在通过延长判断时间来抑制噪声的影响期间，开关元件Q1～Q6的温度升高。结果，对开关元件Q1～Q6造成的负荷额外增加，并且为了消除噪声而不期望地使判断时间延长。
另一方面，温度估计组件64没有设置在强电系统的部分中。因此，通过在弱电系统内进行处理(例如，软件处理)，来估计开关元件Q1～Q6的温度，以使得上述噪声的影响较小。
在该示例中，使用第一阈值温度(T1)作为边界，并且在低于该第一阈值温度的温度范围内、使用温度检测组件31～36的检测温度(Ta)来对开关元件Q1～Q6的过热进行判断。此外，在高于第一阈值温度(T1)的高温范围内、使用温度估计组件64的估计温度(Tb)来对开关元件Q1～Q6的过热进行判断。
第一过热状态判断组件37将温度检测组件31～36的检测温度(Ta)与第一阈值温度(T1)进行比较。接着，在温度检测组件31～36的多个检测温度(Ta)中，在至少一个检测温度(Ta)高于第一阈值温度(T1)的情况下，第一过热状态判断组件37将ON状态的第一判断信号发送至第二过热状态判断组件65。另一方面，在检测温度(Ta)等于或低于第一阈值温度(T1)的情况下，第一过热状态判断组件37将OFF状态的第一判断信号发送至第二过热状态判断组件65。该示例中的第一判断信号是二值信号并且通过与半导体模块3绝缘的信号线(未示出)进行发送。在检测温度(Ta)中的至少一个从该检测温度高于第一阈值温度(T1)的状态改变为所有的检测温度(Ta)均等于或低于第一阈值温度(T1)的状态的情况下，第一过热状态判断组件37使第一判断信号置于OFF状态。
第一阈值温度(T1)是预定值。例如，第一阈值温度(T1)可以是如下温度，其中该温度是通过从开关元件Q1～Q6发生故障时的温度减去马达4的最大输出的情况下开关元件Q1～Q6在预定时间内上升至的温度所确定的。上述预定时间与以下所述的时间(tp)相对应。
基于从第一过热状态判断组件37发送来的第一判断信号，第二过热状态判断组件65使切换标志变为ON，并且使用温度估计组件64的估计温度(Tb)来对开关元件Q1～Q6的过热进行判断。如上所述，噪声极有可能将会混入从半导体模块3发送来的信号，因而在第一判断信号在预定时间(tp)内处于ON状态的情况下，第二过热状态判断组件65使切换标志变为ON。作为噪声混入第一判断信号的结果，产生ON状态的时间被限制为较短的时间段，并且可以通过将判断时间设置为预定时间(tp)来防止第二过热状态判断组件65由于噪声而发生误检测。
如图2所示，在时刻t2～时刻t3内，第一判断信号受到噪声所影响并且假定在短时间段内处于ON状态。然而，ON状态的时间短于预定时间(tp)，因而第二过热状态判断组件65在时间点t3处没有使切换标志变为ON。接着，在开关元件Q1～Q6的检测温度(Ta)上升、并且检测温度(Ta)升高得超过第一阈值温度(T1)的情况下，第一过热状态判断组件37使第一判断信号变为ON状态。在接收到处于ON状态的第一判断信号的时间点(t4)之后已经过了预定时间(tp)的时间点(t5)处，第二过热状态判断组件65使开关标志变为ON。第二过热状态判断组件65存储时间点(t4)处的估计温度(Tb1)。
在切换标志变为ON的情况下，第二过热状态判断组件65计算检测温度(Ta)已超过第一阈值温度(T1)的时间点(t4)处的温度估计组件的估计温度(Tb1)与在时刻t4之后估计出的估计温度(Tb)之间的温度差(ΔTab)。该温度差(ΔTab)表示相对于估计温度(Tb1)的温度差(ΔTab)并且是相对于估计温度(Tb1)的相对温度。第二过热状态判断组件65在切换标志变为ON的情况下，根据需要来计算温度差(ΔTab)。在切换标志从ON改变为OFF之后，第二过热状态判断组件65在切换标志再次变为接通之前，不更新所存储的估计温度(Tb1)。
第二过热状态判断组件65将温度差(ΔTab)和第二阈值温度(T2)进行比较。此时，第二阈值温度(T2)是预先设置的温度，并且被设置为高于0度的温度。在温度差(ΔTab)高于第二阈值温度(T2)的情况下，第二过热状态判断组件65判断为开关元件Q1～Q6处于过热状态并且使第二判断信号变为ON状态，并且将该第二判断信号发送至过热保护组件66。
在检测温度(Ta)已超过第一阈值温度(T1)的时间点(t4)处，开关元件Q1～Q6的温度进入高温范围。另外，在检测温度(Ta)上升的情况下，估计温度(Tb)也随着开关元件Q1～Q6的温度的上升而上升。另一方面，在高温范围内，期望不设置噪声消除所用的判断时间。在该示例中，由此使用在时刻t4之后上升的估计温度(Tb)来虚拟地估计开关元件Q1～Q6的温度，从而对过热状态进行判断。另外，第二过热状态判断组件65使用时间点t4处的估计温度(Tb1)作为基准，根据估计温度(Tb)相对于用作基准的温度的温度上升来对过热状态进行判断。由于该原因，在这种情况下，相对于在整个温度范围内仅使用估计温度(Tb)来对过热状态进行判断的情况而言，判断精度提高。
如图2所示，虚拟温度(Tx)由第一过热状态判断组件37和第二过热状态判断组件65来确定并且表示开关元件Q1～Q6的温度。在时刻t4之前，该值以与检测温度(Ta)相同的方式改变，并且在时刻t4之后，该值随着通过将温度差(ΔTab)与第一阈值温度(T1)相加所得到的温度而改变。结果，可以使虚拟温度(Tx)近似为检测温度(Ta)，因而在该示例中可以提高判断精度。
另外，在第二过热状态判断组件65从温度差(ΔTab)高于第二阈值温度(T2)的状态改变为等于或低于第二阈值温度(T2)的温度的情况下，第二过热状态判断组件65使第二判断信号变为OFF状态。第二过热状态判断组件65还将第二判断信号发送至过热保护组件66。
如图2所示，在时刻(t5)之后，第二过热状态判断组件65计算温度差(ΔTab)并且将温度差(ΔTab)与第二阈值温度(T2)进行比较。在时间点(t6)处，温度差(ΔTab)变得高于第二阈值温度(T2)。因而，第二过热状态判断组件65判断为开关元件Q1～Q6处于过热状态，使第二判断信号变为ON状态，并且将该第二判断信号发送至过热保护组件66。
过热保护组件66在接收到处于ON状态的第二判断信号时，根据已从转子位置传感器7发送来的马达4的转动速率来执行保护开关元件Q1～Q6免于过热的控制操作。在过热保护组件66中设置用于对过热保护所用的控制进行切换的阈值转动速率。在转子位置传感器7已检测到的转动速率大于该阈值转动速率的情况下，过热保护组件66向转矩控制组件61发送控制信号。因而，对转矩命令(T)施加限制，并且开关元件Q1～Q6的负荷减轻。另一方面，在转子位置传感器7检测到的转动速率小于阈值转动速率的情况下，过热保护组件66向PWM转换器63发送控制信号。因而，对开关信号的载波频率施加限制，并且开关元件Q1～Q6的负荷减轻。
接着参考图3来说明该示例中的温度保护装置的控制序列。图3是示出该示例中的温度保护装置所进行的操作的示例的流程图。
在步骤S1中，还可被称为温度检测部件的温度检测组件31～36在预定的采样周期内检测开关元件Q1～Q6的温度，并且将检测温度(Ta)发送至第一过热状态判断组件37。在步骤S2中，温度估计组件64在该预定的采样周期内估计开关元件Q1～Q6的温度，并且将估计温度(Tb)发送至第二过热状态判断组件65。在步骤S3中，第一过热状态判断组件37将检测温度(Ta)与第一阈值温度(T1)进行比较。
在检测温度(Ta)高于第一阈值温度(T1)的情况下，在步骤S4中，第一过热状态判断组件37将处于ON状态的第一判断信号发送至第二过热状态判断组件65。另一方面，在检测温度(Ta)等于或低于第一阈值温度(T1)的情况下，在步骤S31中，第一过热状态判断组件37将处于OFF状态的第一判断信号发送至第二过热状态判断组件65，并且该处理返回至步骤S1。
在步骤S5中，第二过热状态判断组件65基于步骤S4中的第一判断信号来存储检测温度(Ta)已达到第一阈值温度的时间点处的估计温度(Tb1)。在步骤S6中，第二过热状态判断组件65根据步骤S4中的第一判断信号的接收状态来判断第一判断信号的ON状态是否已持续了预定时间(tp)。在第一判断信号处于ON状态的经过时间大于预定时间(tp)的情况下，在步骤S7中，第二过热状态判断组件65使切换标志变为ON。另一方面，在第一判断信号处于ON状态的经过时间等于或低于预定时间(tp)的情况下，在步骤S93中，第二过热状态判断组件65使切换标志变为OFF，并且该例程返回至步骤S1。
在步骤S8中，第二过热状态判断组件65根据估计温度(Tb)和步骤S5中的估计温度(Tb1)来计算温度差(ΔTab)。在步骤S9中，第二过热状态判断组件65将温度差(ΔTab)和第二阈值温度(T2)进行比较。在温度差(ΔTab)高于第二阈值温度(T2)的情况下，在步骤S10中，第二过热状态判断组件65使第二判断信号变为ON并且将该第二判断信号发送至过热保护组件66。
另一方面，在温度差(ΔTab)等于或低于第二阈值温度(T2)的情况下，在步骤S91中，第二过热状态判断组件65使第二判断信号变为OFF并且将该第二判断信号发送至过热保护组件66。接着，在步骤S92中，第二过热状态判断组件65将估计温度(Tb)和估计温度(Tb1)进行比较。在估计温度(Tb)高于估计温度(Tb1)的情况下，第二过热状态判断组件65判断为开关元件Q1～Q6的温度正在上升，并且该例程返回至步骤S1。另一方面，在估计温度(Tb)是等于或低于估计温度(Tb1)的温度的情况下，开关元件Q1～Q6的温度已下降得低于第一阈值温度(T1)。在这种情况下，第二过热状态判断组件65判断为开关元件Q1～Q6的检测温度(Ta)已返回至低温范围。因此，在步骤S93中使切换标志变为OFF，并且该例程返回至步骤S1。
然而，如上所述，在该处理继续进入步骤S10的情况下，在步骤S11中，过热保护组件66基于步骤S10中所设置的第二判断信号，使用转子位置传感器7来检测马达4的转动速率。在步骤S12中，过热保护组件66将检测到的转动速率与阈值转动速率进行比较。在转动速率高于阈值转动速率的情况下，过热保护组件66向转矩控制组件61发送控制信号，并且在步骤S13中转矩控制组件61对已输入的转矩施加限制。另一方面，在转动速率等于或低于阈值转动速率的情况下，过热保护组件66向PWM转换器63发送控制信号，并且在步骤S14中PWM转换器63使载波频率下降。结果，在该示例中，判断为开关元件Q1～Q6处于过热状态。基于该判断，保护了开关元件Q1～Q6免于过热。
如上所述，在该示例中，配置有温度检测组件31～36和温度估计组件64。因而，第一过热状态判断组件37和第二过热状态判断组件65使用检测温度(Ta)已达到第一阈值温度(T1)的时间点处的估计温度(Tb1)以及检测温度(Ta)已达到第一阈值温度(T1)的时间点之后所估计出的估计温度(Tb)，来对开关元件Q1～Q6的过热进行判断。由此，保护了开关元件Q1～Q6免于过热。结果，由于在低于第一阈值温度(T1)的低温范围内基于检测温度(Ta)来对开关元件Q1～Q6的过热进行判断，因此可以抑制开关元件Q1～Q6的实际温度和判断所使用的检测温度之间的偏离，由此提高判断精度。另外，由于在高于第一阈值温度(T1)的高温范围内使用估计温度(Tb1)和估计温度(Tb)，因此在利用信号来发送和接收判断所使用的温度时，抑制了噪声向该信号的混入，并且可以避免高温范围内的误判断。结果，可以适当地保护开关元件Q1～Q6免于过热。
另外，当计算估计温度(Tb1)和估计温度(Tb)之间的温度差(ΔTab)时，在温度差(ΔTab)大于第二阈值温度(T2)的情况下，判断为开关元件Q1～Q6处于过热状态。结果，在高温范围内，以估计温度(Tb1)作为基准，使用相对温度来进行判断。因此，可以根据用于追踪开关元件Q1～Q6的实际温度的温度数据来进行判断，因而在高温范围内同样可以提高针对过热状态的判断精度。结果，可以适当地保护开关元件Q1～Q6免于过热。另外，可以避免高温范围内的与过热状态有关的误判断，并且可以以良好精度来提供开关元件Q1～Q6的过热保护。
另外，对马达4的转矩进行限制，由此保护开关元件Q1～Q6免于过热。结果，可以在使得能够适当地保护开关元件Q1～Q6免于过热的同时在逆变器内维持无噪声或极小的噪声。在该示例中，基于转动速率来选择针对马达4的转矩的控制或针对载波频率的控制，并且保护开关元件Q1～Q6免于过热。当接收到处于ON状态的第二判断信号时，可以进行涉及对马达4的转矩进行限制的控制、涉及使载波频率下降的控制、或者涉及对马达4的转矩进行限制并使载波频率下降的控制。
此外，在马达4的转动速率小于阈值转动速率的情况下，开关信号的载波频率下降，由此保护开关元件Q1～Q6免于过热。结果，可以在长时间段内防止马达4的动力性能劣化，并且可以适当地保护开关元件Q1～Q6免于过热。
另外，在马达4的转动速率高于阈值转动速率的情况下，对马达4的转矩进行限制，并且在马达4的转动速率低于阈值转动速率的情况下，开关信号的载波频率下降，由此保护开关元件Q1～Q6免于过热。结果，可以在宽范围的工作点内维持马达4的动力性能，并且可以适当地保护开关元件Q1～Q6免于过热。
此外，在该示例中，在检测温度(Ta)高于第一阈值温度(T1)并且第一判断信号的ON状态已至少持续了时间(tp)的情况下，第二过热状态判断组件65使切换标志变为ON。使用估计温度(Tb1)和估计温度(Tb)来进行开关元件Q1～Q6的过热状态的判断。结果，可以避免由于混入发送和接收检测温度(Ta)的信号的噪声所引起的误判断。此外，将第一阈值温度(T1)设置为如下温度，其中该温度是通过从开关元件Q1～Q6发生故障时的温度减去马达4的输出最大的情况下开关元件Q1～Q6在时间(tp)内的上升温度所得到的。结果，在开关元件Q1～Q6达到异常温度之前，在该示例的高温范围内进行判断，从而在使得能够保护开关元件Q1～Q6的同时、提高判断精度。
此外，使用温度差(ΔTab)和第二阈值温度(T2)来对开关元件Q1～Q6的过热进行判断，但该第二阈值温度(T2)是根据估计温度(Tb1)来设置的。在检测温度(Ta)达到第一阈值温度(T1)的时刻之后估计出的估计温度(Tb)超过了第二阈值温度(T2)的情况下，可以判断为开关元件Q1～Q6处于过热状态。参考图2，还可以判断时刻(t4)之后估计出的估计温度(Tb)的温度上升是否超过被设置得高于估计温度(Tb1)的第二阈值温度(T2)。此时，可以将第二阈值温度(T2)设置得至少高于估计温度(Tb1)。因而，本示例中的第二阈值温度(T2)是根据检测温度(Ta)已达到第一阈值温度(T1)的时间点处的估计温度(Tb1)来设置的。结果，可以基于用于追踪开关元件Q1～Q6的实际温度的温度数据来进行判断，由此使得同样能够在高温范围内提高与过热状态有关的判断精度。因此，可以适当地保护开关元件Q1～Q6免于过热。另外，可以避免对高温状态下的过热状态作出误判断，同时还以高精度保护开关元件Q1～Q6免于过热。
可以根据估计温度(Tb1)的大小来设置第二阈值温度(T2)。估计温度(Tb)的上升率可能根据用作基准的温度的大小而不同。在该示例中，估计温度(Tb)的上升开始时的温度不是固定的，因而估计温度(Tb1)的大小将根据状况而不同。由于该原因，在高温范围内，用作对开关元件Q1～Q6的过热状态进行判断时的基准的温度并非必须是固定的。因此，可以通过根据估计温度(Tb1)设置第二阈值温度(T2)来提高与过热状态有关的判断精度。
此外，在该示例中，第一过热状态判断组件设置在半导体模块3内。然而，该组件还可以不配置在半导体模块3内而是配置在控制器6内。
另外，该示例中的温度检测组件31～36可被视为与“温度检测部件”相对应，并且温度估计组件64可被视为与“温度估计部件”相对应。此外，开关元件Q1～Q6可被视为与“半导体元件”相对应，过热保护组件66可被视为与“过热保护部件”相对应，并且第一过热状态判断组件37和第二过热状态判断组件65可被视为与“过热状态判断部件”相对应。此外，由开关元件Q1～Q6和整流元件D1～D6形成的逆变器可被视为与“逆变器”相对应。
以下将参考图1、4和5来说明与所公开的第二实施例有关的温度保护装置。该示例与上述第一实施例的不同之处在于：第二过热状态判断组件65设置第三阈值温度(T3)，并且通过两个阶段来判断开关元件Q1～Q6的过热状态。该结构的其余部分与第一实施例的结构相同。
图4是示出温度检测组件31～36检测到的检测温度(Ta)、温度估计组件64估计出的估计温度(Tb)、温度差(ΔTab)和虚拟温度(Tx)相对于时间的温度特性以及第一判断信号、切换标志、第二判断信号和第三判断信号相对于时间的输出特性的示例的图。图5是示出该示例的温度保护装置所进行的操作的示例的流程图。
在第二过热状态判断组件65中设置了第二阈值温度(T2)和第三阈值温度(T3)。第三阈值温度(T3)是高于第二阈值温度(T2)的预定温度并且被设置为高于0度的温度。第二阈值温度(T2)和第三阈值温度(T3)是为了如下目的而设置的：根据开关元件Q1～Q6的过热状态来切换控制，由此保护开关元件Q1～Q6免于过热。
在温度差(ΔTab)高于第二阈值温度(T2)的情况下，第二过热状态判断组件65使第二判断信号变为ON，并且将该第二判断信号发送至过热保护组件66。在温度差(ΔTab)高于第三阈值温度(T3)的情况下，第二过热状态判断组件65使第三判断信号变为ON并且将该第三判断信号发送至过热保护组件66。在过热保护组件66已接收到处于ON状态的第二判断信号的情况下，对PWM转换器63进行控制，并且使开关元件Q1～Q6的开关信号的载波频率下降。在过热保护组件66已接收到处于ON状态的第三判断信号的情况下，对转矩控制组件61进行控制，并且对马达4的转矩施加限制。
以下参考图4，针对时刻t1处开关元件Q1～Q6内的损耗的产生以及元件温度上升时的随时间经过的变化来说明该示例中的控制。时刻(0)～时刻(t5)内发生的控制与以上所述的第一实施例相同或相似，因而不重复该控制。
因此，在时刻(t6)处，在温度差(ΔTab)增大得超过第二阈值温度(T2)的情况下，第二过热状态判断组件65判断为开关元件Q1～Q6处于过热状态。因此，第二过热状态判断组件65使第二判断信号变为ON，然后将该信号发送至过热保护组件66。过热保护组件66向PWM转换器63发送控制信号并且对PWM转换器63进行控制。PWM转换器63使开关信号的载波频率下降。
在时刻(t7)处开关元件Q1～Q6的温度上升并且温度差(ΔTab)增大得超过第三阈值温度(T3)的情况下，第二过热状态判断组件65判断为开关元件Q1～Q6处于过热状态。因此，第二过热状态判断组件65使第三判断信号变为ON，然后将该信号发送至过热保护组件66。过热保护组件66向转矩控制组件61发送控制信号并且对转矩控制组件61进行控制。转矩控制组件61对马达4的转矩施加限制。
结果，在温度差(ΔTab)高于第二阈值温度(T2)但低于第三阈值温度(T3)的情况下，过热保护组件66对PWM控制器63进行控制并且使开关信号的载波频率下降，由此保护开关元件Q1～Q6免于过热。另外，在温度差(ΔTab)高于第三阈值温度(T3)的情况下，过热保护组件66对转矩控制组件61进行控制并且向马达4的转矩施加限制，由此保护开关元件Q1～Q6免于过热。
接着，现在将参考图5来说明根据第二实施例的温度保护装置所进行的操作的示例。同步骤S1～步骤S10有关的操作与上述第一实施例相同，因而不重复针对这些操作的说明。
在如上所述已到达步骤S10之后，在步骤S51中，第二过热状态判断组件65将温度差(ΔTab)和第三阈值温度(T3)进行比较。在温度差(ΔTab)高于第三阈值温度(T3)的情况下，在步骤S52中，第二过热状态判断组件65使第三判断信号变为ON并将该第三判断信号发送至过热保护组件66。接着，在步骤S53中，过热保护组件66对转矩控制组件61进行控制并且对转矩施加限制。
另一方面，在温度差(ΔTab)是等于或低于第三阈值温度(T3)的温度的情况下，在步骤S54中，第二过热状态判断组件65使第三判断信号变为OFF并且将该第三判断信号发送至过热保护组件66。然后，过热保护组件66对PWM转换器63进行控制并且使开关信号的载波频率下降。
在上述示例中，在温度差(ΔTab)高于第二阈值温度(T2)但低于第三阈值温度(T3)的情况下，使开关元件Q1～Q6的开关信号的载波频率下降。此外，在温度差(ΔTab)高于第三阈值温度(T3)的情况下，马达4的转矩受到限制。结果，在该示例中，通过对转矩施加限制，优先利用涉及使载波频率下降的控制，由此防止马达4的动力性能出现损耗。此外，即使载波频率下降，在由于马达4的转动速率或转矩命令值的变化而导致开关元件Q1～Q6的温度继续上升的状况下，也由于转矩受到限制而可以避免开关元件Q1～Q6出现异常。结果，可以在提高与过热状态有关的判断精度的同时、对开关元件Q1～Q6进行保护。
在该示例中，使用温度差(ΔTab)、第二阈值温度(T2)和第三阈值温度(T3)，从而对开关元件Q1～Q6的过热状态进行判断。然而，可以根据估计温度(Tb1)来设置第二阈值温度(T2)和第三阈值温度(T3)。因此，在检测温度(Ta)达到第一阈值温度(T1)的时刻之后所估计出的估计温度(Tb)超过了第二阈值温度(T2)的情况下，第二过热状态判断组件65使第二判断信号变为ON。此外，在估计温度(Tb)超过了第三阈值温度(T3)的情况下，第二过热状态判断组件65使第三判断信号变为ON。结果，在该示例中，无需计算温度差(ΔTab)。通过使用检测温度(Ta)已达到第一阈值温度(T1)的时刻之后所估计出的估计温度(Tb)，在估计温度(Tb)低于第三阈值温度(T3)但高于第二阈值温度(T2)的情况下，开关元件Q1～Q6的开关信号的载波频率下降。然而，在第二估计温度(Tb)高于第三阈值温度(T3)的情况下，执行控制以使得对马达4的转矩进行限制。
此外，可以根据估计温度(Tb1)的大小来设置第二阈值温度(T2)和第三阈值温度(T3)，并且估计温度(Tb)的上升率可能根据用作基准的温度的大小而不同。在该示例中，估计温度(Tb)的上升开始时的温度不是固定的，因而估计温度(Tb1)的大小根据状况而不同。由于该原因，在高温范围内，用作判断开关元件Q1～Q6的过热状态时的基准的温度并非必须是固定的，因而可以通过根据估计温度(Tb1)设置第三阈值温度(T3)来提高与过热状态有关的判断精度。
如通过上述可以理解，在所公开实施例中，通过使用半导体元件的检测温度来维持过热状态的判断精度。此外，通过在高温范围内使用估计温度来降低噪声影响。结果，避免了针对过热状态的误判断，并且可以更可靠地保护半导体元件免于过热。
在理解本发明的范围的情况下，意图使这里所使用的术语“包括”及其派生词为开放术语，其中这些术语指定存在所述的特征、元件、组件、组、整体和/或步骤，但是不排除存在其它未说明的特征、元件、组件、组、整体和/或步骤。以上所述还适用于诸如术语“包括”、“具有”及其派生词等的具有类似含义的词语。另外，术语“部分”、“部件”、“部”、“构件”或“元件”在单独使用时可以具有单个部分或者多个部分的双重含义。这里为说明由组件、部件或装置等所进行的操作或功能而使用的术语“检测”或“感测”及其派生词，与其说包括无需物理检测或感测的组件、部件或装置等，不如说包括为进行该操作或功能的判断、测量、模型化、预测或计算等。这里为说明组件、部件或装置的一部分所使用的术语“配置”包括为执行期望功能而构建和/或编制的硬件和/或软件。这里所使用的诸如“实质”、“约”和“大致”等的表示程度的术语在最终结果没有显著变化的情况下意为修正项的偏差的合理量。
尽管仅选择优选实施例说明了本发明，但显然本领域技术人员通过本发明可知，在不脱离如所附权利要求书所定义的本发明的范围的情况下，这里可以进行各种改变和修改。可以通过两个元件来进行一个元件的功能，并且反之亦然。一个实施例的结构和功能可以用于另一实施例。在特定实施例中并非必需同时存在所有优点。还应当将相对于现有技术特有的每一特征单独或者与其它特征组合视为申请人的进一步发明的单独说明，包括通过这种特征所实现的结构和/或功能概念。因此，上述对根据本发明的实施例的说明仅是示例性说明，而不是为了限制由所附权利要求书及其等同物所限定的本发明。

Claims (9)

1.一种温度保护装置，包括：
温度检测器，其被配置为检测半导体组件的温度；
温度估计器，其被配置为估计所述半导体组件的估计温度；
过热状态判断组件，其被配置为基于检测到的温度和所述估计温度，通过使用第一估计温度和第二估计温度，来判断所述半导体组件是否处于过热状态，其中所述第一估计温度是所述检测到的温度达到了第一阈值温度的时间点处的估计温度，所述第二估计温度是在所述检测到的温度达到了所述第一阈值温度的时间点之后所估计出的估计温度；以及
过热保护组件，其被配置为基于所述过热状态判断组件所进行的判断来保护所述半导体组件免于过热。
2.根据权利要求1所述的温度保护装置，其中，
所述过热状态判断组件被配置为：
计算所述第一估计温度和所述第二估计温度之间的温度差；以及
在所述温度差超过了第二阈值温度的情况下，判断为所述半导体组件处于所述过热状态。
3.根据权利要求1所述的温度保护装置，其中，
所述过热状态判断组件还被配置为：
根据所述第一估计温度来设置第二阈值温度；以及
在判断为所述第二估计温度超过了所述第二阈值温度的情况下，判断为所述半导体组件处于所述过热状态。
4.一种马达控制装置，其包括根据权利要求1至3中任一项所述的温度保护装置，并且还包括：
逆变器，其包括所述半导体组件；以及
马达，其被配置为利用从所述逆变器所供给的电力进行驱动，
其中，所述过热保护组件还被配置为：对所述马达的转矩进行限制，以保护所述半导体组件免于所述过热状态。
5.一种马达控制装置，其包括根据权利要求1至3中任一项所述的温度保护装置，并且还包括：
逆变器，其包括所述半导体组件；
马达，其被配置为利用从所述逆变器所供给的电力进行驱动；以及
转动速率检测器，其被配置为检测所述马达的转动速率，
其中，所述过热保护组件还被配置为：在判断为所述转动速率检测器所检测到的转动速率小于预定转动速率的情况下，使所述半导体组件的开关信号的载波频率下降，以保护所述半导体组件免于所述过热状态。
6.一种马达控制装置，其包括根据权利要求1至3中任一项所述的温度保护装置，并且还包括：
逆变器，其包括所述半导体组件；
马达，其被配置为利用从所述逆变器所供给的电力进行驱动；以及
转动速率检测器，其被配置为检测所述马达的转动速率，
其中，所述过热保护组件还被配置为：
在判断为所述转动速率检测器所检测到的转动速率大于预定转动速率的情况下，对所述马达的转矩进行限制，以保护所述半导体组件免于所述过热状态；以及
在判断为所述转动速率检测器所检测到的转动速率小于预定转动速率的情况下，使所述半导体组件的开关信号的载波频率下降，以保护所述半导体组件免于所述过热状态。
7.一种马达控制装置，其包括根据权利要求1至3中任一项所述的温度保护装置，并且还包括：
逆变器，其包括所述半导体组件；以及
马达，其被配置为利用从所述逆变器所供给的电力进行驱动，
其中，所述过热状态判断组件还被配置为在判断为所述检测到的温度高于所述第一阈值温度的状态持续了预定时间的情况下，通过使用所述第一估计温度和所述第二估计温度，判断为所述半导体组件处于所述过热状态；以及
所述第一阈值温度被设置为通过从所述半导体组件发生故障时的温度减去在判断为所述马达的输出最大的情况下所述半导体组件在所述预定时间内上升至的温度而获得的温度。
8.一种马达控制装置，其包括根据权利要求1至3中任一项所述的温度保护装置，并且还包括：
逆变器，其包括所述半导体组件；
马达，其被配置为利用从所述逆变器所供给的电力进行驱动；以及
转动速率检测器，其被配置为检测所述马达的转动速率，
其中，所述过热保护组件还被配置为：
在判断为所述第二估计温度低于第三阈值温度、并且所述第二估计温度高于所述第二阈值温度的情况下，使所述半导体装置的开关信号的载波频率下降，其中所述第三阈值温度是高于所述第二阈值温度的温度；以及
在所述第二估计温度是比所述第三阈值温度高的温度的情况下，对所述马达的转矩进行限制。
9.一种温度控制方法，包括以下步骤：
检测半导体组件的温度作为检测到的温度；
估计所述半导体组件的温度作为估计检测温度；
基于检测到的温度和所述估计温度，通过使用第一估计温度和第二估计温度，来判断所述半导体组件是否处于过热状态，其中所述第一估计温度是所述检测到的温度达到了第一阈值温度的时间点处的估计温度，所述第二估计温度是在所述检测到的温度达到了所述第一阈值温度的时间点之后所估计出的估计温度；以及
基于使用所述检测到的温度和所述估计温度进行判断时得到的判断结果来保护所述半导体组件免于所述过热状态。
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