CN106482859B - 用于获取控制器的开关装置的多个开关单元的温度的方法和装置以及控制器的开关装置 - Google Patents

用于获取控制器的开关装置的多个开关单元的温度的方法和装置以及控制器的开关装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于获取用于控制器的开关装置的多个开关单元的温度的方法，所述开关装置具有：包括至少两个开关单元和一个与两个开关单元热耦合的第一温度传感器的第一开关区域、处在第一开关区域之外且包括至少两个开关单元和一个与两个开关单元热耦合的第二温度传感器的第二开关区域、以及与第一开关区域和第二开关区域热耦合且包括至少一个第五开关单元的第三开关区域。读入温度传感器的温度值、开关单元的损耗功率值和开关单元的热耦合的瞬态热阻，以便使用这些值确定温度辅助值，根据这些温度辅助值确定第一开关区域的开关单元中的至少一个开关单元的温度和/或第二开关区域的开关单元中的至少一个开关单元的温度和/或第五开关单元的温度。

Description

用于获取控制器的开关装置的多个开关单元的温度的方法和 装置以及控制器的开关装置
技术领域
本发明涉及用于获取控制器的开关装置的多个开关单元的温度的装置或方法。本发明的客体也是一种计算机程序。
背景技术
通常借助热敏电阻来测量 MOSFET-B6 电桥电路的壳体温度。例如可以通过微控制器分析热敏电阻的温度，其中可以在超过最大壳体温度的时候断开 B6 电桥的开关。如果多个 B6 电桥在一个电路板上，则所述B6 电桥中的每一个例如均可以具有这样一个热敏电阻。
发明内容
在此背景下，以这里介绍的方案推荐一种用于获取用于控制器的开关装置的多个开关单元的温度的方法、还有一种使用该方法的装置、一种用于控制器的开关装置、以及最后还有一种相应的计算机程序。
推荐一种用于获取用于控制器的开关装置的多个开关单元的温度的方法，其中所述开关装置具有：第一开关区域，该第一开关区域具有至少一个第一开关单元、第二开关单元和与第一开关单元和第二开关单元热耦合的第一温度传感器；处在第一开关区域之外的第二开关区域，该第二开关区域具有至少一个第三开关单元、第四开关单元和与第三开关单元和第四开关单元热耦合的第二温度传感器；以及与第一开关区域和第二开关区域热耦合的第三开关区域，该第三开关区域具有至少一个第五开关单元，其中所述方法包括以下步骤：
读入代表第一温度传感器的温度的第一温度值、代表第二温度传感器的温度的第二温度值、代表第一开关单元的损耗功率的第一损耗功率值、代表第二开关单元的损耗功率的第二损耗功率值、代表第三开关单元的损耗功率的第三损耗功率值、代表第四开关单元的损耗功率的第四损耗功率值、代表第一开关单元和第一温度传感器的热耦合的瞬态热阻的第一传感器热值、代表第二开关单元和第一温度传感器的热耦合的瞬态热阻的第二传感器热值、代表第三开关单元和第二温度传感器的热耦合的瞬态热阻的第三传感器热值、以及代表第四开关单元和第二温度传感器的热耦合的瞬态热阻的第四传感器热值；
在使用第一温度值、第一损耗功率值、第二损耗功率值、第一传感器热值和第二传感器热值的情况下确定第一温度辅助值，以及在使用第二温度值、第三损耗功率值、第四损耗功率值、第三传感器热值和第四传感器热值的情况下确定第二温度辅助值；并且
在使用第一温度辅助值的情况下获取第一开关单元和/或第二开关单元的温度，并且/或者在使用第二温度辅助值的情况下获取第三开关单元和/或第四开关单元的温度，并且/或者在使用第一温度辅助值和第二温度辅助值的情况下获取第五开关单元的温度。
“开关单元”可以是例如具有三个高边开关和三个低边开关的 B6 电桥，例如形式为 MOSFET。所述控制器可以是用于控制电机的控制器，尤其是变速箱控制器。例如可以将两个温度传感器实现为热敏电阻，也称作 NTC 电阻。可以如此设计开关装置，使得五个开关单元和两个温度传感器位于同一个电路板上，其中所述开关区域可以对应于电路板的不同区段。第一和第二开关区域相互间尤其可以拉开间距。视间距而定，可以中断或者至少妨碍第一和第二开关区域之间的热连接。例如第一和第二开关区域可以通过电路板中的凹部彼此分开。第三和第一开关区域可以在第一重叠区域中、大致在角部区域中至少部分重叠。作为替代或补充方案，第三和第二开关区域可以在第二重叠区域中以相应的方式至少部分重叠。这样就能在第三和第一或者第三和第二开关区域之间建立热连接。
如果第一和第二开关区域在同一个电路板上实现，那么例如电路板的将这两个开关区域彼此分开的区段可以具有比较小的导热能力，就是说该区段的瞬态热阻与一开关区域的两个开关单元之间的热耦合的瞬态热阻相比可以比较高。
在使用 Zth 函数、即代表热阻瞬态变化的曲线的情况下可以获取传感器热值，其中可以给热耦合中的每一个分配各自的 Zth 函数。例如可以借助这些 Zth 函数来描述包括开关单元和温度传感器的热网络的热网络。“温度辅助值”可以是虚拟温度点。开关单元的待获取的温度可以是例如开关单元的壳体 (case) 或者阻挡层 (junction) 的温度。
这里所述的方案基于以下认识：通过使用一种合适的计算方法，借助仅仅两个温度传感器就能够确定控制器中的多个开关单元的各个温度。
通过计算两个虚拟温度，例如就能够估计开关单元、如MOSFET-B6 电桥的相应功率开关的相应的壳体温度和阻挡层温度，从而即使在迅速热变化的时候也能对其保护以防过热或者毁坏。即使当个别或者多个开关单元之间的热连接中断或至少受妨碍的时候，或者当不同的外界因素作用于开关单元的时候，也能以有利的方式进行这种温度估计。
用于温度确定的这种方法具有下述优点，即使例如温度传感器没有直接放置在壳体上，通过使用例如存在于开关单元的相应的壳体与相应的温度传感器之间的 Zth 热阻也能够足够快地检测开关单元的快速热负荷或者温度升高。
该优点也以特别的方式适用于测量布置在开关单元之内的阻挡层的温度，阻挡层可能具有比壳体更小的时间常数。现在例如当借助合适的温度模型直接根据流过相关开关单元的电流计算壳体-和阻挡层温度的变化的时候，即使在出现十分快的热负荷的时候也能充分保护相关开关单元以防过热。
此外由于仅仅使用两个温度传感器还可以节省制造成本。
按照一种实施方式所述，该方法可以设置有由第一温度辅助值和第二温度辅助值来构造平均值的步骤。相应地，在获取步骤中在使用平均值的情况下可以获取第五开关单元的温度。例如该平均值可以对应于一几何平均数、算术平均数或者调和平均数。通过该实施方式可以用很少的计算花费确定一个合适的用于确定第五开关单元的温度的第三温度辅助值。
按照另一种实施方式所述，在确定步骤中通过将由第一损耗功率值与第一传感器热值形成的乘积和由第二损耗功率值与第二传感器热值形成的乘积从第一温度值中减去可以确定第一温度辅助值。作为补充或替代方案，通过将由第三损耗功率值与第三传感器热值形成的乘积和由第四损耗功率值与第四传感器热值形成的乘积从第二温度值中减去可以确定第二温度辅助值。这样就能在节省资源的很少计算步骤中计算温度辅助值。
此外下述情况是有利的：在计算步骤中根据分配给开关单元中的至少一个开关单元的中间电路的中间电路电流以及至少一个开关单元的至少一个元器件参数来计算损耗功率值中的至少一个损耗功率值。“中间电路”可以理解为一种装置，该装置作为储能器可以通过变换器将中间接入的电流层面或者电压层面上的多个电网电耦合。“中间电路电流”例如可以理解为通过中间电路提供的开关电流。元器件参数例如可以是描述开关单元特征的特性曲线或者相应的特性曲线族。通过该实施方式可以高效且精确地计算所述损耗功率值中的至少一个损耗功率值。
此外有利的是：在读入步骤中还读入代表第一开关单元和第二开关单元的热耦合的瞬态热阻的第一电路热值。
作为补充或替代方案，可以视实施方式而定，读入代表第一开关单元和第二开关单元的热耦合的瞬态热阻的第二电路热值、或者代表第一开关单元和第四开关单元的热耦合的瞬态热阻的第三电路热值、或者代表第一开关单元和第五开关单元的热耦合的瞬态热阻的第四电路热值、或者代表第二开关单元和第三开关单元的热耦合的瞬态热阻的第五电路热值、或者代表第二开关单元和第四开关单元的热耦合的瞬态热阻的第六电路热值、或者代表第二开关单元和第五开关单元的热耦合的瞬态热阻的第七电路热值、或者代表第三开关单元和第四开关单元的热耦合的瞬态热阻的第八电路热值、或者代表第三开关单元和第五开关单元的热耦合的瞬态热阻的第九电路热值、或者代表第四开关单元和第五开关单元的热耦合的瞬态热阻的第十电路热阻、或者代表第五开关单元的损耗功率值的第五损耗功率值。在此在获取步骤中还可以在使用所述电路热值中的至少四个电路热值和所述损耗功率值中的至少四个损耗功率值的情况下获取所述开关单元中的至少一个开关单元的温度。与传感器热值一样，也可以在使用相应的 Zth 函数的情况下获取电路热值。该实施方式能够在通过两个温度传感器和五个开关单元构成的热网络之内实现差异化的、比较便于实施并且可靠的温度测量。
在此，在获取步骤中通过将第一温度辅助值、由第二损耗功率值和第一电路热值形成的乘积、由第三损耗功率值和第二电路热值形成的乘积、由第四损耗功率值和第三电路热值形成的乘积、以及由第五损耗功率值和第四电路热值形成的乘积相加能够获取第一开关单元的温度。作为补充或替代方案，以相应的方式通过将第一温度辅助值、由第一损耗功率值和第一电路热值形成的乘积、由第三损耗功率值和第五电路热值形成的乘积、由第四损耗功率值和第六电路热值形成的乘积、以及由第五损耗功率值和第七电路热值形成的乘积相加能够获取第二开关单元的温度；或者通过将第二温度辅助值、由第一损耗功率值和第二电路热值形成的乘积、由第二损耗功率值和第五电路热值形成的乘积、由第四损耗功率值和第八电路热值形成的乘积、以及由第五损耗功率和第九电路热值形成的乘积相加能够获取第三开关单元的温度；或者通过将第二温度辅助值、由第一损耗功率值和第三电路热值形成的乘积、由第二损耗功率值和第六电路热值形成的乘积、由第三损耗功率值和第八电路热值形成的乘积、以及由第五损耗功率值和第十电路热值形成的乘积相加能够获取第四开关单元的温度；或者通过将使用第一温度辅助值和第二温度辅助值形成的第三温度辅助值、由第一损耗功率值和第四电路热值形成的乘积、由第二损耗功率值和第七电路热值形成的乘积、由第三损耗功率值和第九电路热值形成的乘积、以及由第四损耗功率值和第十电路热值形成的乘积相加能够获取第五开关单元的温度。
由损耗功率值之一和电路热值之一形成的乘积尤其可以代表相关开关单元的壳体或者阻挡层的温度变化。这样就能根据时间确定相应的温度辅助值，从而相应地能够迅速且准确地获取相关开关单元的极快的温度变化。
按照另一种实施方式所述，在获取步骤中可以获取阻挡层的温度，并且作为补充或替代方案，可以获取所述开关单元中的至少一个开关单元的壳体的温度。通过该实施方式可以提前并准确地获取所述开关单元中的至少一个开关单元的热状态以及是否可能过热。
此外，该方法还可以包括为了禁用所述开关单元中的至少一个开关单元而提供禁用信号的步骤。当所述开关单元中的至少一个开关单元的温度超过一阈值的时候，就可以执行该提供步骤。通过该实施方式可以在达到一定的热临界温度的时候中断流过所述开关单元中的至少一个开关单元的电流。
该方法例如可以以软件或者硬件的方式或者以由软件和硬件构成的混合形式例如在控制器中实现。
此外，这里介绍的方案还提供一种装置，该装置被构造用于在相应的装置中执行、操控或者实施这里介绍的方法的变型方案的步骤。也可以通过本发明的形式为装置的这些实施变型方案来迅速且有效地解决本发明所基于的任务。
所述“装置”在此可以理解为一种处理传感器信号并且据此输出控制信号和/或数据信号的电设备。该装置可以具有一接口，可以通过硬件和/或软件的方式构造该接口。在以硬件的方式来构造的情况下，所述接口例如可以是所谓的系统 ASIC 的包含所述装置的最为不同的功能的一部分。但接口也可以是自身的集成电路，或者至少部分由离散的元器件构成。在以软件的方式来构造的情况下，所述接口可以是例如存在于其它软件模块旁边的微控制器上的软件模块。
此外这里所述的方案还提供一种用于控制器的开关装置，其中所述开关装置具有以下特征：
第一开关区域，该第一开关区域包括至少一个第一开关单元、第二开关单元、以及与第一开关单元和第二开关单元热耦合的第一温度传感器；
位于第一开关区域之外的第二开关区域，该第二开关区域包括至少一个第三开关单元、第四开关单元、以及与第三开关单元和第四开关单元热耦合的第二温度传感器；
与第一开关区域和第二开关区域热耦合的第三开关区域，该第三开关区域包括至少一个第五开关单元；以及
按照一种以上实施方式所述的装置。
所述控制器在此可以理解为一种处理传感器信号并且据此输出控制信号和/或数据信号的电设备。控制器可以具有一个接口，可以以硬件和/或软件的方式来构造该接口。在以硬件的方式来构造的情况下，所述接口例如可以是所谓的系统 ASIC 的包含控制器的最为不同的功能的一部分。但接口也可以是自身的集成电路，或者至少部分由离散的元器件构成。在以软件的方式来构造的情况下，所述接口可以是例如存在于其它软件模块旁边的微控制器上的软件模块。
具有程序代码的计算机程序或者计算机程序产品也是有利的，可以将所述代码保存在机器可读的载体或存储介质上，如半导体存储器、硬盘存储器或者光学存储器，并且尤其当在计算机或者装置上执行该程序产品或者程序时，所述代码被用于执行、实施和/或操控根据上述实施方式中任一项所述方法的步骤。
附图说明
在附图中示出了本发明的实施例，并且在以下的说明中对其进行详细解释。其中示出：
附图 1是根据一种实施例的开关装置的示意图；
附图 2是根据一种实施例的开关装置的示意图；
附图 3是根据一种实施例的开关单元的示意图；
附图 4是用于借助根据一种实施例的装置来获取温度的模型结构的示意图；
附图 5是用于借助根据一种实施例的装置来获取温度的模型结构的示意图；
附图 6是用于借助根据一种实施例的装置来获取温度的PT1元件的耦合的示意图；
附图 7是用于描述根据一种实施例的开关单元的损耗功率的图表；
附图 8是用于描述根据一种实施例的开关单元的损耗功率的图表；
附图 9是用于描述根据一种实施例的开关单元的损耗功率的图表；
附图 10是在电机旋转的情况下损耗功率计算的流程图；
附图 11是在电机停止的情况下损耗功率计算的流程图；并且
附图 12是根据一种实施例的用于获取温度的方法的流程图。
具体实施方式
在本发明的有益的实施例的下述说明中，针对在不同附图中所示出的和类似地起作用的元件均采用相同或者类似的附图标记，其中不重复描述这些元件。
附图 1 所示为根据一种实施例所述的开关装置 100 的示意图。例如开关装置100 适合于在控制器、尤其在变速箱控制器中在使用。按照该实施例所述，在电路板上实现开关装置 100，所述电路板具有第一开关区域 102、布置在第一开关区域 102 对面的第二开关区域 104 和第三开关区域 106。第三开关区域 106 如此布置在两个开关区域 102、104 之间，使得第一开关区域 102 和第三开关区域 106 在第一重叠区域 108 中至少部分重叠，并且第二开关区域 104 和第三开关区域 106 在第二重叠区域 110 中至少部分重叠。通过这两个重叠区域 108、110 将第三开关区域 102 与所述两个开关区域 102、104热耦合。视实施方式而定，两个重叠区域 108、110 可以不一样大。例如根据附图 1的第二重叠区域 110 大于第一重叠区域 108。
第一开关区域 102 和第二开关区域 104 通过例如这里描绘成矩形的导热能力相对较小、就是说 Zth 值相对较高的区段 112 彼此分开。通过区段 112 来中断或者至少妨碍两个开关区域 102、104 之间的热连接。
将第一开关单元 114、第二开关单元 116 以及与两个开关单元 114、116 热耦合的第一温度传感器 118 布置在第一开关区域 102 中。将第三开关单元 120、第四开关单元 122 以及与两个开关单元 120、122 热耦合的第二温度传感器 124 布置在第二开关区域 104 中。第三开关区域 106 包括第五开关单元 125。第五开关单元例如被实现为具有三个高边开关和三个低边开关的 B6 电桥，尤其实现为 MOSFET 模块，与以下根据附图 3详细说明的一样。两个温度传感器 118、124 例如通过开关装置 100 的电路板与相应的开关单元热耦合。这些开关区域的两个开关单元同样可以通过电路板相互热耦合。
装置 126 被构造用于从第一温度传感器 118 读入代表第一温度传感器 118 的温度的第一温度值 128、从第二温度传感器 124 读入代表第二温度传感器 124 的温度的第二温度值 130、从第一开关单元 114 读入代表第一开关单元 114 的损耗功率的第一损耗功率值 132、从第二开关单元 116 读入代表第二开关单元 116 的损耗功率的第二损耗功率值 134、从第三开关单元 120 读入代表第三开关单元 120 的损耗功率的第三损耗功率值 136、从第四开关单元 122 读入代表第四开关单元 122 的损耗功率的第四损耗功率值 138。
此外装置 126 还被构造用于读入代表第一开关单元 114 和第一温度传感器118 的热耦合的瞬态热阻的第一传感器热值 140、代表第二开关单元 116 和第一温度传感器 118 的热耦合的瞬态热阻的第二传感器热值 142、代表第三开关单元 120 和第二温度传感器 124 的热耦合的瞬态热阻的第三传感器热值 144、以及代表第四开关单元 122和第二温度传感器 124 的热耦合的瞬态热阻的第四传感器热值 146。
所述装置 126在使用第一温度值 128、第一损耗功率值 132、第二损耗功率值134、第一传感器热值 140 和第二传感器热值 142 的情况下确定分配给第一开关区域102 的形式为第一虚拟零点的第一温度辅助值，通过第一开关区域 102 的矩形外框表示其有效范围。此外，装置 126 还在使用第二温度值 130、第三损耗功率值 136、第四损耗功率值 138、第三传感器热值 144 和第四传感器热值 146 的情况下确定分配给第二开关区域 104 的形式为第二虚拟零点的第二温度辅助值，通过第二开关区域 104 的矩形外框表示其有效范围。例如通过第一和第二温度辅助值的相应组合、例如通过构造第一和第二温度辅助值的平均值，从而产生分配给第三开关区域 106 的第三温度辅助值。通过第三开关区域 106 的矩形外框来表示第三温度辅助值的有效范围。
所述装置 126 根据之前确定的温度辅助值获取第五开关单元的相应温度，尤其是开关单元的相应壳体或相应阻挡层的温度。装置 126在此在使用第一温度辅助值的情况下获取第一开关单元 114 和第二开关单元 116 的相应温度。与此相似，在使用第二温度辅助值的情况下获取第三开关单元 120 和第四开关单元 122 的相应温度。相应地根据第三温度辅助值来获取第五开关单元 125 的温度。
按照一种实施例所述，装置 126 被构造用于根据所获取的第五开关单元的温度产生和提供禁用信号 148。例如当相关温度超过例如代表相应开关单元的最大热负荷的阈值的时候，就会生成禁用信号 148。禁用信号 148 相应地用于禁用相关的开关单元，就是说将开关单元与电源断开。
附图 2 所示为根据一种实施例所述的开关装置 100 的示意图；开关装置 100例如是根据附图 1 所述的开关装置。如在附图 2 中可看到的那样，第五开关单元 114、116、120、122、125 各自与相应的温度传感器 118 或 124 热耦合。通过在附图 2 中由小方框来表示的可以相互不同的确定的 Zth 函数来描述各个开关单元之间以及各个开关单元和与分配给它们的温度传感器之间的热耦合的特征。
按照该实施例，控制器 100例如以第一冷却体200、第二冷却体202和第三冷却体204来实现，其中所述第一冷却体200与第一开关单元114和第二开关单元116热耦合，第二冷却体202与第三开关单元120热耦合，并且第三冷却体204与第四开关单元122和第五开关单元125热耦合。
附图 2 所示为用于控制器电路板上的多个输出级的热网络的简化图。在此通过Zth 函数表示相应开关单元和温度传感器之间的热耦合。按照一种实施例以如下方式计算虚拟的温度值 T-PCB1、T-PCB2、T-PCB3，之前也称作第一和第二温度辅助值：
Pv = 元器件中的损耗功率
Zth = 热网络
T-NTC1 = 第一温度传感器 118 的温度
T-NTC2 = 第二温度传感器 124 的温度
T-PCB1 = T-NTC1–Pv1*Zth4–Pv2*Zth7
T-PCB2 = T-NTC2–Pv3*Zht5–Pv4*Zth9
T-PCB3 = (T-PCB1 + T-PCB2)/2 。
在此，值 Pv1 相当于第一损耗功率值，值 Pv2 相当于第二损耗功率值，值 Pv3相当于第三损耗功率值，值 Pv4 相当于第四损耗功率值。值 Pv5 涉及代表第五开关单元125 的损耗功率的第五损耗功率值，在附图 2 中没有绘出的装置还可以附加地读入该值用于计算开关单元的温度。值 Zth4 相当于第一传感器热值，值 Zth7 相当于第二传感器热值，值 Zth5 相当于第三传感器热值，值 Zth9 相当于第四传感器热值。
据此如下所述地得出输出级温度，其中以下列出的值 Zth1(x) 至 Zth21(x) 表示分别代表两个开关单元之间的热耦合的瞬态热阻的电路热值：
T-开关单元1 = Pv2*Zth1(x) + Pv3*Zth8(x) + Pv4*Zth18(x) + Pv5*Zth17(x)+ T-PCB1
T-开关单元2 = Pv1*Zth1(x) + Pv3*Zth2(x) + Pv4*Zth19(x) + Pv5*Zth21(x)+ T-PCB1
T-开关单元3 = Pv1*Zth8(x) + Pv2*Zth2(x) + Pv4*Zth3(x) + Pv5*Zth20(x)+ T-PCB2
T-开关单元4 = Pv1*Zth18(x) + Pv3*Zth3(x) + Pv2*Zth19(x) + Pv5*Zth16(x) + T-PCB2
T-开关单元5 = Pv1*Zth17(x) + Pv3*Zth20(x) + Pv4*Zth16(x) + Pv2*Zth21(x) + T-PCB3
这些温度例如描述稳定工况下开关单元的环境温度，并且包含并非由开关单元引起的所有温度影响，例如插头、线性调节器或者分流器的发热。
例如通过 PT1 元件的耦合来模拟 Zth 函数，与以下根据附图 6 所示的一样。
按照一种实施例，由中间电路电流和例如实现为 MOSFET 开关的开关单元的相应元器件参数来计算相应的损耗功率。在此将元器件参数存放在软件中具有开关电流的 RMS值（RMS = root mean square；均方根）作为输入变量的查找表（Look-up-Table）中。
以下将根据附图 10 和 11 详细描述相应的损耗功率计算。
附图 3 所示为根据一种实施例所述的开关单元114的示意图。所述开关单元114例如是以上根据附图 1 和 2 所描述的开关单元。开关单元114被实现为具有三个高边开关 S1、S3、S5 和三个低边开关 S2、S4、S6 的 B6 电桥，所述开关分别导电地与用来施加电压 UZk 的电源、例如可充电的电池相连或者可以相连。
附图 4 所示为用于借助根据一种实施例的装置来获取温度的模型结构的示意图，例如之前根据附图 1至3 所描述的那样的装置。
该模型结构包括用于借助三个高边开关 H1、H2、H3 来获取开关单元的阻挡层温度的第一处理线路 401。在此，方框 400 代表高边开关 H1、H2、H3 的 MOSFET 损耗。为了计算损耗所需的参数均存放在查找表402 之中。
方框 404 代表三个高边开关 H1、H2、H3 的体二极管损耗。相应地，为了计算损耗所需的参数均存放在另一个查找表406 之中。
第一加法单元 408 处理从损耗的计算得出的值。第一加法单元 408 本身与第一除法单元 410 相连。第一计算单元 412 耦接到第一除法单元 410上，第二加法单元 414又耦接到第一计算单元上。
第二处理线路 416 用于获取开关单元的三个低边开关 H1、H2、H3 的阻挡层温度。
在此，方框 418 代表低边开关 H1、H2、H3 的 MOSFET 损耗。为了计算损耗所需的参数同样均存放在相应的查找表420 之中。
方框 422 代表三个低边开关 H1、H2、H3 的体二极管损耗。相应地，为了计算损耗所需的参数均存放在另一个查找表424 之中。与第一处理线路 401 类似，在第三加法单元426、第二除法单元 428、第二计算单元 430 以及第四加法单元 432 中处理第二处理线路416 中的值。
按照该实施例，两个加法单元 408、426 分别耦接到第五加法单元 434上，第五加法单元本身又耦接到第三除法单元 436上。第三除法单元 436 又与第三计算单元 438 相连。可以借助第三计算单元 438 计算所有开关的壳体温度。
使用大箭头标识用于计算环境温度的计算步骤。
附图 5 示出了用于借助根据一种实施例的装置来获取温度的模型结构的示意图。与根据附图 4 所述的模型结构的区别在于，根据附图 5 的模型结构包括第一方框500 和第二方框 502，第一方框包括两个处理线路 401、416 ，所述第一方框基本上相当于根据附图 4 所述的模型结构并且按照该实施例可以作为 10-ms 任务来执行，第二方框在这里例如可以作为 100-ms 任务来执行。例如在第三处理线路 504 中计算环境温度，在第四处理线路 506 中计算所有开关的壳体温度，其中这两个处理线路 504、506 是第二方框502 的一部分。
按照附图 5，第二方框 502 包括第五加法单元 434、第三除法单元 436、第三计算单元 438 以及例如六个另外的计算单元 508、另一个加法单元 510、三个加法和减法单元 512 和一个乘法单元 514。
以粗箭头来标识被设置用于通过组合第一和第二温度辅助值来确定第一或第二温度辅助值或第三温度辅助值的加法和减法单元。
根据相应温度传感器和相应开关单元的安放情况来选择温度辅助值。
附图 6所示为用于借助根据一种实施例的装置来获取温度的 PT1元件的耦合的示意图。所述耦合例如借助与之前根据附图 1至5 所述一样的装置来进行，并且用于模拟Zth 函数。在此，在第一耦合步骤 600 中将开关单元与相应的温度传感器耦合，其中相应的损耗功率值用作输入变量。在另一个耦合步骤 602 中耦合开关单元，其中开关单元的相应的壳体温度用作输入变量。
附图 7 所示为用于描述根据一种实施例的开关单元、例如与根据之前的附图所述一样的开关单元的损耗功率的图表。示出了关于损耗功率 PvRdsOn 的特性曲线族 700。
附图 8 所示为用于描述根据一种实施例的开关单元的损耗功率的图表。与附图7 的区别在于，附图 8 中的特性曲线族 800 涉及损耗功率 PvDiodeRms。
附图 9 所示为用于描述根据一种实施例的开关单元的损耗功率的图表。与附图7 和 8 的区别在于，附图 9中的特性曲线族 900 涉及损耗功率 PvDiodeAvg。
附图 10 所示为在电机旋转的情况下损耗功率计算的流程图。例如可以结合之前根据附图 1至9 所述的装置进行损耗功率计算。
根据高边开关的 RMS 电流值 1000 计算高边 MOSFET 导通损耗 1002。根据高边开关的最大电流值 1004 计算高边 MOSFET 开关损耗 1006。
根据高边体二极管的 RMS 电流值 1008 计算高边体二极管损耗 1010 作为微分电阻。根据高边体二极管的平均电流值 1012 计算高边体二极管损耗 1014 作为阈值电压。
将损耗 1002、1010、1014 分别提供给乘法装置 1016，并且例如将其乘以三。将开关损耗 1006 以及利用乘法装置 1016 执行了乘法的结果值提供给用于与高边损耗功率值相加的第一加法装置 1018。
与此相类似地，计算用于低边开关和低边体二极管的损耗功率。
根据低边开关的 RMS 电流值 1020 计算低边 MOSFET 导通损耗 1022。根据低边开关的最大电流值 1024 计算低边 MOSFET 开关损耗 1026。
根据低边体二极管的 RMS 电流值 1028 计算低边体二极管损耗 1030 作为微分电阻。根据低边体二极管的平均电流值 1032 计算低边体二极管损耗 1034 作为阈值电压。
再次将损耗 1022、1030、1034 分别提供给乘法装置 1016，并且例如将其乘以三。将开关损耗 1026 以及利用乘法装置 1016 执行了乘法的结果值提供给用于与低边损耗功率值相加的第二加法装置 1036。
通过第三加法装置 1038 将高边损耗功率值和低边损耗功率值相加，由此最后获取输出级的、也就是开关单元的损耗功率值，例如第一损耗功率值 112。
附图 11 所示在电机停止的情况下损耗功率计算的流程图。与附图 10 的区别在于，在没有乘法装置的情况下进行损耗功率计算。此外还省去了计算高边体二极管损耗。
附图 12 所示为根据一种实施例的用于获取温度的方法 1200 的流程图。例如可以结合之前根据附图 1至11 所述的装置来执行所述方法 1200。在方法 1200 中首先在第一步骤 1210 中读入第一温度值、第二温度值、第一损耗功率值、第二损耗功率值、第三损耗功率值、第四损耗功率值、第一传感器热值、第二传感器热值、第三传感器热值和第四传感器热值。在另一个步骤 1220 中在使用第一温度值、第一损耗功率值、第二损耗功率值、第一传感器热值和第二传感器热值的情况下确定第一温度辅助值。附加地，在使用第二温度值、第三损耗功率值、第四损耗功率值、第三传感器热值和第四传感器热值的情况下确定第二温度辅助值。在随后的步骤 1230 中视实施方式而定，在使用第一温度辅助值的情况下获取第一开关单元或者第二开关单元的温度，在使用第二温度辅助值的情况下获取第三开关单元或者第四开关单元的温度，或者在不仅使用第一温度辅助值而且也使用第二温度辅助值的情况下获取第五开关单元的温度。
例如可以在开关装置工作的过程中连续执行步骤 1210、1220、1230。
按照一种实施例所述，如下地获取五个开关单元的相应的壳体温度和阻挡层温度：
壳体温度1 = 虚拟温度点1 + 壳体温度变化1
阻挡层温度1 = 虚拟温度点1 + 阻挡层温度变化1
壳体温度2 = 虚拟温度点1 + 壳体温度变化2
阻挡层温度2 = 虚拟温度点1 + 阻挡层温度变化2
壳体温度3 = 虚拟温度点2 + 壳体温度变化3
阻挡层温度3 = 虚拟温度点2 + 阻挡层温度变化3
壳体温度4 = 虚拟温度点2 + 壳体温度变化4
阻挡层温度4 = 虚拟温度点2 + 阻挡层温度变化4
壳体温度5 = （虚拟温度点1 + 虚拟温度点2）/ 2 + 壳体温度变化5
阻挡层温度5 = （虚拟温度点1 + 虚拟温度点2）/ 2 + 阻挡层温度变化5
利用这种方法例如可以在极快的热过程中保护 MOSFET 输出级以防过热，因为直接在壳体-和阻挡层温度的热时间常数之内计算壳体-和阻挡层温度。
如果控制器具有多个 MOSFET 输出级，则有利地在使用最多两个温度传感器的情况下能够获取相应的 B6 电桥开关的壳体-和阻挡层温度。这样就能节省元器件并由此节省制造成本。也有利的是：通过省去另外的热敏电阻能够使用比较小的印刷电路板。
例如可以结合变速箱控制器来使用方法 1200，以便保护形式为马达输出级的五个开关单元以防热过载。
如果一种实施例在第一种特征与第二种特征之间包括“和/或”关系，则这可以解读为根据一种实施方式的实施例不仅具有第一种特征而且也具有第二种特征，而根据另一种实施方式的实施例则要么只具有第一种特征要么只具有第二种特征。

Claims (11)

1.用于获取用于控制器的开关装置（100）的多个开关单元（114，116，120，122，125）的温度的方法（1200），其中所述开关装置（100）具有：第一开关区域（102），该第一开关区域具有至少一个第一开关单元（114）、第二开关单元（116）以及与第一开关单元（114）和第二开关单元（116）热耦合的第一温度传感器（118）；处在第一开关区域（102）之外的第二开关区域（104），该第二开关区域具有至少一个第三开关单元（120）、第四开关单元（122）以及与第三开关单元（120）和第四开关单元（122）热耦合的第二温度传感器（124）；以及与第一开关区域（102）和第二开关区域（104）热耦合的第三开关区域（106），该第三开关区域具有至少一个第五开关单元（125），其中所述方法（1200）包括以下步骤：
读入（1210）代表第一温度传感器（118）的温度的第一温度值（128）、代表第二温度传感器（124）的温度的第二温度值（130）、代表第一开关单元（114）的损耗功率的第一损耗功率值（132）、代表第二开关单元（116）的损耗功率的第二损耗功率值（134）、代表第三开关单元（120）的损耗功率的第三损耗功率值（136）、代表第四开关单元（122）的损耗功率的第四损耗功率值（138）、代表第一开关单元（114）和第一温度传感器（118）的热耦合的瞬态热阻的第一传感器热值（140）、代表第二开关单元（116）和第一温度传感器（118）的热耦合的瞬态热阻的第二传感器热值（142）、代表第三开关单元（120）和第二温度传感器（124）的热耦合的瞬态热阻的第三传感器热值（144）、以及代表第四开关单元（122）和第二温度传感器（124）的热耦合的瞬态热阻的第四传感器热值（146）；
在使用第一温度值（128）、第一损耗功率值（132）、第二损耗功率值（134）、第一传感器热值（140）和第二传感器热值（142）的情况下确定（1220）第一温度辅助值（T-PCB1），以及在使用第二温度值（130）、第三损耗功率值（136）、第四损耗功率值（138）、第三传感器热值（144）和第四传感器热值（146）的情况下确定第二温度辅助值（T-PCB2）；并且
在使用第一温度辅助值（T-PCB1）的情况下获取（1230）第一开关单元（114）和/或第二开关单元（116）的温度，并且/或者在使用第二温度辅助值（T-PCB2）的情况下获取第三开关单元（120）和/或第四开关单元（122）的温度，并且/或者在使用第一温度辅助值（T-PCB1）和第二温度辅助值（T-PCB2）的情况下获取第五开关单元（125）的温度。
2.根据权利要求 1 所述的方法（1200），包括由第一温度辅助值（T-PCB1）和第二温度辅助值（T-PCB2）构造平均值的步骤，其中在获取（1230）步骤中在使用平均值的情况下获取用于第五开关单元（125）的温度。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法（1200），在确定（1220）步骤中通过将由第一损耗功率值（132）和第一传感器热值（140）形成的乘积以及由第二损耗功率值（134）和第二传感器热值（142）形成的乘积从第一温度值（128）中减去，从而确定第一温度辅助值（T-PCB1），并且/或者通过将由第三损耗功率值（136）和第三传感器热值（144）形成的乘积以及由第四损耗功率值（138）和第四传感器热值（146）形成的乘积从第二温度值（130）中减去，从而确定第二温度辅助值（T-PCB2）。
4.根据权利要求1或2所述的方法（1200），包括下述步骤：根据分配给开关单元（114，116，120，122，125）中的至少一个开关单元的中间电路的中间电路电流以及开关单元（114，116，120，122，125）中的至少一个开关单元的至少一个元器件参数来计算损耗功率值（132，134，136，138；Pv5）中的至少一个损耗功率值。
5.根据权利要求1或2所述的方法（1200），其中在读入（1210）步骤中还读入代表第一开关单元（114）和第二开关单元（116）的热耦合的瞬态热阻的第一电路热值（Zth1），
和/或
代表第一开关单元（114）和第三开关单元（120）的热耦合的瞬态热阻的第二电路热值（Zth8），
和/或
代表第一开关单元（114）和第四开关单元（122）的热耦合的瞬态热阻的第三电路热值（Zth18），
和/或
代表第一开关单元（114）和第五开关单元（125）的热耦合的瞬态热阻的第四电路热值（Zth17），
和/或
代表第二开关单元（116）和第三开关单元（120）的热耦合的瞬态热阻的第五电路热值（Zth2），
和/或
代表第二开关单元（116）和第四开关单元（122）的热耦合的瞬态热阻的第六电路热值（Zth19），
和/或
代表第二开关单元（116）和第五开关单元（125）的热耦合的瞬态热阻的第七电路热值（Zth21），
和/或
代表第三开关单元（120）和第四开关单元（122）的热耦合的瞬态热阻的第八电路热值（Zth3），
和/或
代表第三开关单元（120）和第五开关单元（125）的热耦合的瞬态热阻的第九电路热值（Zth20），
和/或
代表第四开关单元（122）和第五开关单元（125）的热耦合的瞬态热阻的第十电路热值（Zth16），
和/或
代表第五开关单元（125）的损耗功率的第五损耗功率值（Pv5），其中在获取（1230）步骤中还在使用电路热值（Zth1，Zth2，Zth3，Zth8，Zth16，Zth17，Zth18，Zth19，Zth20，Zth21）中的至少四个电路热值和损耗功率值（132，134，136，138；Pv5）中的至少四个损耗功率值的情况下获取开关单元（114，116，120，122，125）中的至少一个开关单元的温度。
6.根据权利要求 5 所述的方法（1200），其中在获取（1230）步骤中，通过将第一温度辅助值（T-PCB1）、由第二损耗功率值（134）和第一电路热值（Zth1）形成的乘积、由第三损耗功率值（136）和第二电路热值（Zth8）形成的乘积、由第四损耗功率值（138）和第三电路热值（Zth18）形成的乘积、以及由第五损耗功率值（Pv5）和第四电路热值（Zth17）形成的乘积相加，从而获取第一开关单元（114）的温度，
和/或
通过将第一温度辅助值（T-PCB1）、由第一损耗功率值（132）和第一电路热值（Zth1）形成的乘积、由第三损耗功率值（136）和第五电路热值（Zth2）形成的乘积、由第四损耗功率值（138）和第六电路热值（Zth19）形成的乘积、以及由第五损耗功率值（Pv5）和第七电路热值（Zth21）形成的乘积相加，从而获取第二开关单元（116）的温度，
和/或
通过将第二温度辅助值（T-PCB2）、由第一损耗功率值（132）和第二电路热值（Zth8）形成的乘积、由第二损耗功率值（134）和第五电路热值（Zth2）形成的乘积、由第四损耗功率值（138）和第八电路热值（Zth3）形成的乘积、以及由第五损耗功率值（Pv5）和第九电路热值（Zth20）形成的乘积相加，从而获取第三开关单元（120）的温度，
和/或
通过将第二温度辅助值（T-PCB2）、由第一损耗功率值（132）和第三电路热值（Zth18）形成的乘积、由第二损耗功率值（134）和第六电路热值（Zth19）形成的乘积、由第三损耗功率值（136）和第八电路热值（Zth3）形成的乘积、以及由第五损耗功率值（Pv5）和第十电路热值（Zth16）形成的乘积相加，从而获取第四开关单元（122）的温度，
和/或
通过将使用第一温度辅助值（T-PCB1）和第二温度辅助值（T-PCB2）形成的第三温度辅助值、由第一损耗功率值（132）和第四电路热值（Zth17）形成的乘积、由第二损耗功率值（134）和第七电路热值（Zth21）形成的乘积、由第三损耗功率值（136）和第九电路热值（Zth20）形成的乘积、以及由第四损耗功率值（138）和第十电路热值（Zth16）形成的乘积相加，从而获取第五开关单元（125）的温度。
7.根据权利要求1或2所述的方法（1200），其中在获取（1230）步骤中获取开关单元（114，116，120，122，125）中的至少一个开关单元的阻挡层和/或壳体的温度。
8.根据权利要求1或2所述的方法（1200），包括下述步骤：当开关单元（114，116，120，122，125）中的至少一个开关单元的温度超过一阈值的时候，提供用于将开关单元（114，116，120，122，125）中的至少一个开关单元禁用的禁用信号（148）。
9.一种装置（126），该装置被构造用于执行和/或操控根据上述权利要求中任一项所述方法（1200）。
10.用于控制器的开关装置（100），其中所述开关装置（100）具有以下特征：
第一开关区域（102），该第一开关区域具有至少一个第一开关单元（114）、第二开关单元（116）、以及与第一开关单元（114）和第二开关单元（116）热耦合的第一温度传感器（118）；
位于第一开关区域（102）之外的第二开关区域（104），该第二开关区域具有少一个第三开关单元（120）、第四开关单元（122）、以及与第三开关单元（120）和第四开关单元（122）热耦合的第二温度传感器（124）；
与第一开关区域（102）和第二开关区域（104）热耦合的第三开关区域（106），该第三开关区域具有至少一个第五开关单元（125）；以及
根据权利要求 9 所述的装置（126）。
11.机器可读的存储介质，在该机器可读的存储介质上保存了计算机程序，该计算机程序被设计用于执行和/或操控根据权利要求 1至8 中任一项所述的方法（1200）。
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