CN116073692A - 确定逆变器的半导体结构元件的损耗功率的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定逆变器的半导体结构元件的损耗功率的方法，其中，针对逆变器的每个半桥接收或检测当前的相电流，由调节装置接收用于操控半桥的可控制的半导体结构元件的当前的开关信号和/或开关时间，在考虑相电流方向的情形下由相电流、相应的占空比和相应的电流‑电压特性曲线出发确定半导体结构元件的正向损耗功率，在考虑相电流方向的情形下由接通能量、断开能量和反向恢复能量和接通过程的数量和断开过程的数量出发确定半导体结构元件的开关损耗功率；且其中，由所确定的正向损耗功率和所确定的开关损耗功率确定和提供半导体结构元件的总损耗功率，且其中，损耗功率的确定以逆变器的调节装置的调节节拍进行。本发明还涉及一种装置。

Description

确定逆变器的半导体结构元件的损耗功率的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于确定逆变器的半导体结构元件的损耗功率的方法和装置。
背景技术
在电动交通工具中，逆变器、尤其牵引逆变器得到使用。带有由IGBT或MOSFET构成的三相四象限调节器的功率模块在这种牵引逆变器中是核心部件。正需要保护该构件免受损伤，其方式为，防止临界温度的出现。半导体结构元件的被需要用于温度监控和用于保护的(阻挡层)温度然而只能以非常大的技术成本直接在相应的功率半导体处被测量。
一种解决方式是依据模型确定(阻挡层)温度，该模型例如在逆变器控制中被用于估计(阻挡层)温度。在此必要的是，开发一种尽可能精确的且在牵引逆变器的所有工作点上起作用的模型。在此须考虑如下，即，在驱动调节中可使用不同的调制方法和操控方法(SVPWM，DPWM，块同步,...)以及运行状态例如“有源短路”或“无载运转”。
在逆变器控制中实现的模型应尽可能独立于驱动调节起作用并且还应反映功率半导体的非对称负载。针对用于确定(阻挡层)温度的这种模型的输入值尤其是各个半导体结构元件的损耗功率。
由US 2009/0319115 A1已知用于对在系统(例如用于混合动力交通工具或电动车的功率模块)中的部件的温度特性进行建模的方法和系统。对于在系统中的部件中的每个而言计算出损耗功率值。第一滤波器被应用在关联于所选择的部件的损耗功率值上，以便确定其所估计的温度。对于处在所选择的部件旁边的相邻部件中的每个而言估计交叉耦合温度，其方式为，其它滤波器被应用在对于相邻部件而言的损耗功率值中的每个上。所选择的部件的估计温度和对于相邻部件中的每个而言的估计的交叉耦合温度然后可被相加，以便由此估计对于所选择的部件而言的运行温度。此外，当对于所选择的部件而言确定的运行温度超过阈值时，可适配系统的运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于确定逆变器的半导体结构元件的损耗功率的方法和装置，利用其可经改善地确定损耗功率。
根据本发明，该目的通过一种用于确定逆变器的半导体结构元件的损耗功率的方法和一种用于确定逆变器的半导体结构元件的损耗功率的装置来实现。本发明的有利的设计方案根据本发明得出。
尤其地，一种用于确定逆变器的半导体结构元件、尤其整流单元的损耗功率的方法可供使用，其中，对于逆变器的每个半桥而言：
- 接收或检测当前的相电流，
- 由逆变器的调节装置接收用于操控半桥的可控制的半导体结构元件的当前的开关信号和/或开关时间，
- 在考虑相电流的方向的情形下由相电流、相应的占空比和相应的电流-电压特性曲线出发确定半桥的半导体结构元件的正向损耗功率(Durchlassverlustleistung)，
- 在考虑相电流的方向的情形下由接通能量、断开能量和反向恢复能量和接通过程的数量和断开过程的数量出发确定半导体结构元件的开关损耗功率，且
其中，由所确定的正向损耗功率和所确定的开关损耗功率确定且提供半桥的半导体结构元件的总损耗功率，且其中，损耗功率的确定以逆变器的调节装置的调节节拍(Reglertakt)进行。
此外尤其地提供了一种用于确定逆变器的半导体结构元件、尤其整流单元的损耗功率的装置，包括输入设备、计算设备和输出设备，其中，输入设备被设置用于对于每个半桥而言由逆变器的调节装置接收用于操控半桥的可控制的半导体结构元件的当前经检测的相电流和当前的开关信号和/或开关时间，其中，计算设备被设置用于对于每个半桥而言在考虑相电流的方向的情形下由相电流、相应的占空比和相应的电流-电压特性曲线出发确定半桥的半导体结构元件的正向损耗功率，对于每个半桥而言在考虑相电流的方向的情形下由接通能量、断开能量和反向恢复能量和接通过程的数量和断开过程的数量出发确定半导体结构元件的开关损耗功率，且由所确定的正向损耗功率和所确定的开关损耗功率确定半桥的半导体结构元件的总损耗功率，且以逆变器的调节装置的调节节拍执行损耗功率的确定，其中，输出设备被设置用于提供半桥的半导体结构元件的所确定的总损耗功率。
该方法和装置使得如下成为可能，即，独立于调制方法和操控方法(例如SVPWM,DPWM,块同步,…)确定逆变器的半桥的半导体结构元件的损耗功率。此外，借助于该方法和装置即使在“有源短路”(在其中所有相的低压侧或高压侧的可操控的半导体结构元件(也就是说半导体开关、尤其IGBT或MOSFET)被导电接通且电机端子被短路)和“空载运行”(在其中可控制的半导体结构元件被断开或者不导电地接通(逆变器于是作为整流器工作))的运行状态期间也可确定损耗功率。
针对逆变器的每个半桥的半导体结构元件(晶体管和二极管)进行损耗功率的确定。半导体结构元件尤其构造成带有相应数量半桥的三相(或两相、六相等等)四象限调节器的整流单元，该四象限调节器例如馈电给牵引驱动器的电机。如下是基础思想中的其中一个，即，以逆变器的(电流)调节装置的调节节拍进行损耗功率的确定。由此可确定和提供对于调节节拍的每个节拍周期而言的损耗功率。针对每个半桥，接收或检测相电流的当前的值。在此，该检测可以是该方法的部分。该检测尤其借助于合适的传感装置进行。此外，由逆变器的(电流)调节装置接收用于操控半桥的可控制的半导体结构元件(也就是说晶体管)的当前的开关信号、尤其脉宽调制(PWM)控制信号和/或开关时间。各个半导体结构元件的总损耗功率包括正向损耗功率和开关损耗功率。半桥的半导体结构元件的正向损耗功率在考虑相电流的方向的情形下由相电流、相应的占空比(英文duty cycle)和相应的电流-电压特性曲线出发被确定。尤其地取决于相电流的方向进行情况区分。半导体结构元件的开关损失功率在考虑相电流的方向的情形下由接通能量、断开能量和反向恢复能量和接通过程的数量和断开过程的数量出发被确定。尤其地，借助开关信号和/或开关时间确定每个调节周期被接通和断开多少次，以便于依据对于接通能量、断开能量和反向恢复能量而言的相应数量和值确定相应的开关损耗功率。由所确定的正向损耗功率和所确定的开关损耗功率确定且提供半桥的半导体结构元件的总损耗功率。尤其地，对于每个半桥的每个半导体结构元件而言提供、尤其输出对于相应的总损耗功率而言的值，例如作为模拟或数字信号。
该方法和装置的优点是，损耗功率可独立于调制方法或调制方法的改变被确定。尤其地既无须实现平均，也无须是完全已知调制方法。由此，该方法和装置可被灵活且可靠地使用。
逆变器尤其是用于驱动交通工具、例如电动车或混合动力交通工具的电机的牵引逆变器。该逆变器尤其将直流电转换成多相的交流电。逆变器尤其包括半桥。半桥尤其包括各一个高压侧晶体管和各一个低压侧晶体管。此外，半桥尤其包括相应反向并联于晶体管的二极管。尤其地，逆变器包括三个半桥且提供三个相。原则上然而同样可设置有其它的拓扑结构，例如用于提供六个相的六个半桥等等。
调节节拍尤其表示次数(频率)，利用其适配逆变器的尤其提供脉宽调制(PWM)脉冲模式形式的开关信号(或开关时间)的调节装置。尤其地，调节节拍表示时间离散的(电流)调节装置的节拍。对于调节周期的时长而言，调节装置于是尤其保持恒定，也就是说，不进行所设置的开关信号(或开关时间)或者由调节装置预先给定的PWM脉冲模式的改变。调节节拍尤其不表示晶体管的开关频率。调节周期尤其不表示半桥的晶体管的开关时间或开关时长。
占空比(英文duty cycle)尤其说明调节周期(或者说调节周期时长)的比例，在调节周期期间晶体管被正向接通(也就是说在其中晶体管导电)时。占空比尤其构成由接通时长和调节周期构成的商。
接通能量尤其是在晶体管的接通或者导电接通的情形中消散的能量。断开能量尤其是在晶体管断开或者阻隔开的情形中消散的能量。反向恢复能量尤其是当二极管由导电状态(正向方向)被接通到阻挡状态(阻挡方向)中时所消散的能量。能量可由半导体结构元件的数据页获取或根据经验且/或通过模拟来确定。
装置、尤其计算设备的零件可单独或合并地构造成由硬件和软件构成的组合，例如作为程序代码，其在微控制器或微处理器商实施。然而也可设置成，零件单独或合并地构造成专用的集成电路(ASIC)和/或现场可编程门阵列(FPGA)。输入设备和输出设备可尤其构造成接口。该装置可尤其独立于逆变器或者逆变器控制装置或逆变器调节装置来构造。该装置然而也可以是逆变器或者逆变器控制装置或调节装置的部分。
在紧接着的实施方案中尤其假设如下，即，半桥具有各两个晶体管(高压侧和低压侧)和两个二极管(高压侧和低压侧)。
如果IGBT(英文Insulated-Gate Bipolar Transistor)被用作晶体管，对于在高压侧(索引“HS”)和低压侧(索引“LS”)上的晶体管而言的正向损耗功率和可借助于如下公式被确定：
带有IGBT的电流-电压特性曲线、相电流以及占空比(英文duty cycle)或者，电流-电压特性曲线取决于相电流和相应的(阻挡层)温度。
相应地反向并联于IGBT的二极管的正向损耗功率和可借助于如下公式来确定：
带有二极管的电流-电压特性曲线，其取决于相电流和相应的(阻挡层)温度。
如果MOSFET(英文Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)被用作晶体管，对于在高压侧和低压侧上的晶体管而言的正向损耗功率和可借助于如下公式来确定：
相应反向并联于MOSFET的二极管的正向损耗功率可借助于已在上面说明的公式来确定。
晶体管的开关损耗功率和可借助于如下公式来确定：
带有接通过程的数量、断开过程的数量、调节周期时长、接通能量，接通能量尤其取决于相电流、相应的(阻挡层)温度和中间电路电压和断开能量，断开能量尤其同样取决于相电流、相应的(阻挡层)温度和中间电路电压。
通过反向恢复能量所确定的反向并联二极管的开关损失功率(其尤其取决于相电流、相应的(阻挡层)温度和中间电路电压)可借助于如下公式来确定：
半导体结构元件的总损耗功率于是作为各个损耗功率的总和得出：
在一种实施形式中设置成，分别针对每个半导体结构元件确定相应的占空比。由此可提高在确定损耗功率时的精度。通常，确定半桥的两个晶体管(高压侧或者低压侧)中的其中一个的占空比取决于另一个晶体管(低压侧或者高压侧)的占空比，其方式i为，从值1(或者说100%)减去该占空比。这种简化然而导致不精确性且导致所确定的损耗功率的歪曲。尤其地，在该实施形式中晶体管(且随后同样二极管)的占空比相应地独立于相应另一晶体管的占空比被确定。如果高压侧晶体管的占空比例如是0.8或者80%，则低压侧晶体管的占空比通常被设置到1-0.8=0.2(或者说100%-80%=20%)。在此然而如下被忽视，即，晶体管不精确同时被接通，因为出于安全原因设置有在接通时刻之间的间隔，以便两个晶体管在任何时候不被同时导电接通。该实施方式考虑这点，从而在所提及的示例中占空比于是依据例如带有0.8(高压侧)和0.18(低压侧)的值的真实的开关时刻被确定，以便于考虑在其中晶体管不被导电接通(=调节周期时长的0.02或者说2%)的时间。
在一种实施形式中设置成，电流-电压特性曲线取决于温度。由此，损耗功率可被更精确地计算。电流-电压特性曲线例如利用由半导体结构元件的生产商所提供的值来建立或可根据经验且/或借助于模拟来确定。
在一种实施形式中设置成，为了确定相应的占空比和/或接通过程的数量和/或断开过程的数量，识别出且评估在开关信号中的信号边沿(Signalflanke)。这使得如下成为可能，即，依据实际发生的开关过程确定开关损失功率。换而言之，开关损耗功率可独立于对具体调制方式的知晓而依据真实发生的开关过程实现。通过开关边沿的识别和评估，接通过程和断开过程可被直接计数。如果什么时候在调节周期中被接通和断开是已知的，也可直接确定占空比。开关边沿或者其在调节周期内的时刻例如借助于阈值比较来识别。在此可设置成，确认是否阈值由下或由上被超出或者低于，以便于可直接推断出接通或断开过程。
在一种实施形式中设置成，由特征曲线族出发确定接通能量和/或断开能量和/或反向恢复能量，在所述特征曲线族中相应的值取决于相电流和中间电路电压被存储。由此，开关损耗功率的确定可被改善地、尤其更逼真地被确定。特征曲线族通常由半导体结构元件的生产商可供使用。特征曲线族可根据经验且/或通过模拟来生成。
在一种改进的实施形式中设置成，特征曲线族取决于温度。由此，在确定开关损耗功率时考虑温度相关性，从而使得开关损耗功率可被改善地、尤其逼真地被确定。
在一种实施形式中设置成，将所确定的总损耗功率供应给温度模型，其中，由该温度模型出发估计和提供对于半导体结构元件中的每个而言的温度。温度模型例如是热网络，包括四个Foster链。对于半导体结构元件的(阻挡层)温度而言的估计值于是尤其被用作在确定损耗功率时的输入值。由此，所确定的损耗功率和所确定的(阻挡层)温度彼此产生影响或者彼此相耦合(更高的损耗功率导致温度升高，其又导致更高的损耗功率等等)。由确定的温度出发，此外可设置成，逆变器的(电流)调节装置的调节策略被改变。
在一种实施形式中设置成，在检测相电流时检测时刻与调节节拍同步。因为调节装置只能经由接通的逆变器影响电机，所以无意义的是，相比逆变器可开关的更频繁地经历逆变器的(时间离散的)调节。因此对于每个调节周期的相电流而言也只有一个值是必要的。借助于该实施形式，因此可实现相电流的高效检测。在此尤其可设置成，相应的相电流始终在调节周期的中间的某一时刻被检测。
关于该装置的设计方案的另外的特征由该方法的设计方案的描述得出。在此，装置的优点相应地与在方法的设计方案中相同。
此外尤其还提供一种交通工具，包括至少一个根据所描述的实施形式之一所述的装置。该交通工具尤其是机动车。该交通工具原则上然而也可以是其它的陆地交通工具、轨道交通工具、水上交通工具、空中交通工具或太空交通工具。
附图说明
下面，本发明依据优选的实施例在参照附图的情形下作进一步阐述。其中：
图1显示了用于确定逆变器的半导体结构元件的损耗功率的装置的一种实施形式的示意性图示；
图2a显示了在不同温度下IGBT的示例性的电流-电压特性曲线；
图2b显示了在不同温度下双极管的示例性的电流-电压特性曲线；
图3a-3f显示了对于在调节周期期间可能出现的用于显示该方法和装置的开关信号而言的示例；
图4显示了对于接通能量而言的示例性的取决于温度的特征曲线族；
图5显示了在带有两个IGBT晶体管和相应地反向并联于其的二极管的半桥中可能出现的示例性的状态的示意性图示；
图6a显示了IGBT晶体管的电流-电压特性曲线(正向方向)的示意性图示；
图6b显示了二极管的电流-电压特性曲线(正向方向)的示意性图示；
图7显示了在带有两个MOSFET晶体管和相应地反向并联于其的二极管的半桥中可能出现的示例性的状态的示意性图示；
图8a显示了MOSFET晶体管的电流-电压特性曲线(正向方向)的示意性图示；
图8b显示了MOSFET晶体管的电流-电压特性曲线(阻挡方向)的示意性图示；
图8c显示了二极管的电流-电压特性曲线(正向方向)的示意性图示；
图9显示了用于确定逆变器的半导体结构元件的损耗功率的方法的一种实施形式的示意性流程图。
具体实施方式
在图1中显示了带有逆变器40和用于确定逆变器40的半导体结构元件42的损耗功率PT,HS, PD,HS, PT,LS, PD,LS的装置1的一种实施形式的交通工具50的牵引驱动器51的示意性图示。逆变器40包括(电流)调节装置41和半导体结构元件42。装置1并行于(电流)调节装置41运行，其操控逆变器40的半导体结构元件42且为此提供可开关的半导体结构元件42(也就是说晶体管)与驱动电路(未显示)被接通的开关时间tU, tV, tW。半导体结构元件42尤其构造成带有相应数量半桥的三相(或两相、六相等等)四象限调节器的整流单元，该四象限调节器馈电给牵引驱动器51的电机52。
装置1被示出为逆变器40的部分，然而也可与此分开地被使用。装置1尤其布置在交通工具50中且在该处用于确定交通工具50的(牵引)逆变器40的半导体结构元件42的损耗功率PT,HS, PD,HS, PT,LS, PD,LS。
装置1尤其实施在该公开内容中所描述的方法。装置1包括输入设备2、计算设备3和输出设备4。输入设备2和输出设备4例如构造成接口。计算设备3包括例如微处理器，在其上实施用于实施在该公开内容中所描述的方法的措施的程序代码；且包括存储器，在其中存储程序代码和数据。
输入设备2被设置用于对于每个半桥而言由逆变器40的(电流)调节装置41接收当前经检测的相电流iU, iV, iW和用于操控半桥的可控制的半导体结构元件42的当前的开关信号和/或开关时间tU, tV, tW。此外，接收设备2接收逆变器40的中间电路43的中间电路电压UDC。
接收设备2可从例如通过为此设置的模块(未显示)所提供和实施的温度模型44接收半导体结构元件42的温度TT,HS, TT,LS, TD,HS, TD,LS的值。
计算设备3被设置用于对于每个半桥而言在考虑相电流iU, iV, iW的方向的情形下由相电流iU, iV, iW、相应的占空比和相应的电流-电压特性曲线出发确定半桥的半导体结构元件42的正向损耗功率。此外，计算设备3对于每个半桥而言在考虑相电流iU, iV, iW的方向的情形下由接通能量、断开能量和反向恢复能量和接通过程的数量和断开过程的数量出发确定半导体结构元件42的开关损耗功率。由所确定的正向损耗功率和所确定的开关损耗功率，计算设备3确定半桥的半导体结构元件42的总损耗功率PT,HS, PD,HS, PT,LS,PD,LS。在此，损耗功率的确定以逆变器40的调节装置的调节节拍来执行，也就是说，损耗功率每个调节周期TS被确定一次。电流-电压特性曲线例如被存储在计算设备3的存储器中。
计算设备3尤其借助于先前在概览描述中所说明的公式由相应当前的值出发确定损耗功率。
输出设备4被设置用于提供半桥的半导体结构元件42的确定的总损耗功率PT,HS,PD,HS, PT,LS, PD,LS。对于带有相U,V和W和三个半桥的三相逆变器(如在图1中示例性地示出的那样)，于是总共3x4=12个值被提供用于(相U,V,W)的总损耗功率PT,HS, PD,HS, PT,LS,PD,LS。尤其地，该提供包括作为模拟或数字信号的输出。
尤其地，总损耗功率PT,HS, PD,HS, PT,LS, PD,LS被供应给温度模块44，在其中由总损耗功率PT,HS, PD,HS, PT,LS, PD,LS出发基于对于每个半导体结构元件42而言的温度模型估计和提供(阻挡层)温度TT,HS, TD,HS, TT,LS, TD,LS(对于相U,V,W的半桥中的每个而言，同样总共12个值)。在此，冷却剂的体积流ΔV/Δt和冷却剂的冷却剂温度TCool以及初始温度Tinit可被考虑。当电流-电压特性曲线取决于温度时，这些估计的(阻挡层)温度TT,HS, TD,HS, TT,LS,TD,LS那么尤其作为输入值被供应给装置1。可设置成，分别针对每个半导体结构元件42确定相应的占空比。尤其地，各自的、相应地与其它独立的占空比针对每个半桥的相应的高压侧晶体管和相应的低压侧晶体管被确定且在确定正向损耗功率时被使用。
可设置成，电流-电压特性曲线10取决于温度。图2a和2b示例性地显示了对于IGBT(图2a)和二极管(图2b，正向方向)的电流-电压特性曲线10。在此，集电极电流IC被示出为在15V门发射极电压的情形中集电极-发射极-电压VCE的函数(图2a)或者正向电流IF作为正向电压VF的函数。借助于该电流-电压特性曲线10可由当前的相电流确定相关的电压。
可设置成，为了确定相应的占空比和/或接通过程的数量和/或断开过程的数量，识别且评估在开关信号30中的信号边沿31,32。为此，开关信号由(电流)调节装置41被供应给装置1。为了图解说明，在图3a-3f中显示了开关信号30的一些在调节周期TS(或者调节周期时长)期间可能出现的情况。
在图3a中，信号状态在整个调节周期TS上是激活的(„1“)，也就是说，晶体管始终在导电状态中。接通和断开过程的数量等于零。占空比等于1或者说100%。在图3b中显示了相反的情况，在其中信号状态在调节周期TS上不激活(„0“)，也就是说，晶体管始终在不导电的状态中。此处，接通和断开过程的数量也等于零。
在图3c中，开关信号在调节周期TS的过程中激活且又不激活地被切换。出现上升的信号边沿31和下降的信号边沿32。接通和断开过程的数量相应地等于1。在图3d中显示了相反的过程，在其中开关信号30在调节周期TS的过程中首先不激活且然后又被切换至激活。此处，接通和断开过程的数量也相应地等于1。图3c和图3d的占空比彼此互补且在总和上得出为1或者说100%。
在图3e中，开关信号30在调节周期TS的过程中被切换至激活，从而使得接通过程的数量等于1而断开过程的数量等于0。在图3f的情形中其是相反的，此处开关信号30在调节周期TS的过程中被切换至不激活，从而使得接通过程的数量等于0而断开过程的数量等于1。图3e和图3f的占空比彼此互补且在总和上得出为1或者说100%。
可设置成，由特征曲线族11出发确定接通能量和/或断开能量和/或反向恢复能量，在所述特征曲线族中相应的值取决于相电流IPh(以A为单位，在该实施例中iU, iV, iW，图1)和中间电路电压UDC(以V为单位)来存储。对于这种特征曲线族11而言的示例示意性地在图4中对于接通能量Eon(以mJ为单位)而言被显示。在此可尤其设置成，特征曲线族11取决于温度。对于接通能量Eon的特征曲线族11而言，这对于三个温度而言示例性地显示。对于处在其间或处在其外的温度而言，这些值可内插值或者外插值或被保持在最后的值上(剪切)。对于断开能量和反向恢复能量而言使用相应的特征曲线族11。
可设置成，在检测相电流iU, iV, iW(图1)时检测时刻与调节节拍同步。
图5示例性地显示了对于在带有两个晶体管THS, TLS(尤其IGBT)和相应地反向并联于其的二极管DHS, DLS的半桥中可能出现(晶体管和二极管为了清晰性起见仅在情况I中画出)的状态而言的六个情况I至VI。在此，情况I至VI与在公式中的先前在概览描述中对于IGBT而言所列举的区别对应。
在情况I中，高压侧晶体管THS导电，低压侧晶体管TLS不导电且相电流IPh > 0。电流如示出的那样经由高压侧晶体管THS实现且遵循电流-电压特性曲线，其示意性地在图6a中被显示(同样参见图2a)。
在情况II中，高压侧晶体管THS导电，低压侧晶体管TLS不导电且相电流IPh < 0。电流如示出的那样经由高压侧二极管DHS实现且遵循二极管的电流-电压特性曲线，其示意性地在图6b中被显示(同样参见图2b)。
在情况III中，高压侧晶体管THS不导电，低压侧低压侧晶体管TLS导电且相电流IPh< 0。电流如示出的那样经由低压侧晶体TLS实现且遵循电流-电压特性曲线，其示意性地在图6a中被显示(同样参见图2a)。
在情况IV中，高压侧晶体管THS不导电，低压侧晶体管TLS导电且相电流IPh > 0。电流如示出的那样经由低压侧二极管DLS实现且遵循二极管的电流-电压特性曲线，其示意性地在图6b(正向方向)中被显示(同样参见图2b)。
在情况V中，不仅高压侧晶体管THS而且低压侧晶体管TLS不导电且相电流IPh < 0。电流如示出的那样经由高压侧二极管DHS实现且遵循二极管的电流-电压特性曲线，其示意性地在图6b中(正向方向)被显示(同样参见图2b)。
在情况VI中，不仅高压侧晶体管THS而且低压侧晶体管TLS不导电且相电流IPh >0。电流如示出的那样经由低压侧二极管DLS实现且遵循二极管的电流-电压特性曲线，其示意性地在图6b中(正向方向)被显示(同样参见图2b)。
在图7中显示了对于MOSFET而言的相应的情况。情况I至VI原则上类似于对于IGBT而言的情况。最后情况II和IV有区别，因为电流(如示意性示出的那样)不仅流动通过二极管DHS, DLS而且流动通过晶体管THS, TLS。在此要注意的是，晶体管THS, TLS在情况II和IV中在不导电的状态中，从而使得电流-电压特性曲线不是在正向方向(图8a，同样参见图2a)而是在阻挡方向上须被考虑，其示意性地在图8b中被显示(完整的特性曲线的第3象限)。
在图9中显示了用于确定逆变器的半导体结构元件的损耗功率的方法的示意性流程图。
在措施100中，针对逆变器的每个半桥，接收或检测当前的相电流。
在措施101中，由逆变器的(电流)调节装置接收用于操控半桥的可控制的半导体结构元件的当前的开关信号和/或开关时间。
在措施102中，在考虑相电流的方向的情形下由相电流、相应的占空比和相应的电流-电压特性曲线出发确定每个半桥的半导体结构元件的正向损耗功率。
在措施103中，在考虑相电流的方向的情形下由接通能量、断开能量和反向恢复能量和接通过程的数量和断开过程的数量出发确定每个半桥的半导体结构元件的开关损耗功率。
在措施104中，由所确定的正向损耗功率和所确定的开关损耗功率确定和提供半桥的半导体结构元件的总损耗功率。
措施102和103也可以相反的顺序或同时被执行。
在此设置成，损耗功率的确定以逆变器的调节装置的调节节拍进行，从而措施100-104随着每个调节周期被重新进行。
尤其在措施105中设置成，将逆变器的半桥的各个半导体结构元件的所确定的总损耗功率供应给温度模型，其由所确定的总损耗功率出发估计半导体结构元件的(阻挡层)温度。所估计的值可紧接着在确定损耗功率时被考虑，尤其通过取决于温度的特性曲线和特征曲线族(参见在概览描述中的公式)。
可设置成，分别针对每个半导体结构元件确定相应的占空比。
可设置成，为了确定相应的占空比和/或接通过程的数量和/或断开过程的数量，识别且评估在开关信号中的信号边沿。
可设置成，由特征曲线族出发确定接通能量和/或断开能量和/或反向恢复能量，在其中相应的值取决于相电流和中间电路电压被存储。改进地此外可设置成，特征曲线族取决于温度。
可设置成，在检测相电流时检测时刻与调节节拍被同步。
附图标记列表：
1 装置
2 输入设备
3 计算设备
4 输出设备
10 电流-电压特性曲线
11 特征曲线族
30 开关信号
31 上升边沿(接通过程)
32 下降边沿(断开过程)
40 逆变器
41 调节装置
42 半导体结构元件
43 中间电路
44 温度模型
50 交通工具
51 牵引驱动器
52 电机
100-105 方法的措施
Eon 接通能量
IC 集电极电流
IPh 相电流(共同)
iU, iV, iW 相电流
M 发动机额定力矩
M 3~ 带有三个线路的电机
PT,HS 总损耗功率(高压侧晶体管)
PT,LS 总损耗功率(低压侧晶体管)
PD,HS 总损耗功率(高压侧二极管)
PD,LS 总损耗功率(低压侧二极管)
tU, tV, tW 开关时间
THS 晶体管(高压侧)
TLS 晶体管(低压侧)
DHS 二极管(高压侧)
DLS 二极管(低压侧)
TT,HS (阻挡层)温度(高压侧晶体管)
TD,HS (阻挡层)温度(高压侧二极管)
TT,LS (阻挡层)温度(低压侧晶体管)
TD,HS (阻挡层)温度(低压侧二极管)
TS 调节周期(n时长)
UDC 中间电路电压
VCE 集电极-发射极-电压
VF 正向电压
U 相
V 相
W 相
 转子位置角度
 转子角速度
ΔV/Δt 体积流(冷却剂)
TCool 冷却剂温度
Tinit 初始温度。

Claims (10)

1.一种用于确定逆变器(40)的半导体结构元件(42)的损耗功率(PT,HS, PT,LS, PD,HS,PD,LS)的方法，其中，对于所述逆变器(40)的每个半桥而言：
-接收或检测当前的相电流(IPh, iU, iV, iW)，
-由所述逆变器(40)的调节装置(41)接收用于操控所述半桥的可控制的半导体结构元件(42)的当前的开关信号和/或开关时间(tU, tV, tW)，
-在考虑所述相电流(IPh, iU, iV, iW)的方向的情形下由所述相电流(IPh, iU, iV,iW)、相应的占空比和相应的电流-电压特性曲线(10)出发确定所述半桥的半导体结构元件(42)的正向损耗功率，
-在考虑所述相电流(IPh, iU, iV, iW)的方向的情形下由接通能量(Eon)、断开能量和反向恢复能量和接通过程的数量和断开过程的数量出发确定所述半导体结构元件(42)的开关损耗功率；并且
其中，由所确定的正向损耗功率和确定的所开关损耗功率确定和提供所述半桥的半导体结构元件(42)的总损耗功率(PT,HS, PT,LS, PD,HS, PD,LS)，并且其中，所述损耗功率的确定以所述逆变器(40)的调节装置(41)的调节节拍进行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分别针对每个半导体结构元件(42)确定相应的占空比。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述电流-电压特性曲线(10)取决于温度。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了确定相应的占空比和/或接通过程的数量和/或断开过程的数量，识别且评估在所述开关信号(30)中的信号边沿(31,32)。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，由特征曲线族出发确定所述接通能量(Eon)和/或所述断开能量和/或所述反向恢复能量，在所述特征曲线族中相应的值取决于相电流(IPh, iU, iV, iW)和中间电路电压(UDC)被存储。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述特征曲线族(11)取决于温度。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所确定的总损耗功率(PT,HS,PT,LS, PD,HS, PD,LS)供应给温度模型(44)，其中，由所述温度模型(44)出发估计和提供对于所述半导体结构元件(42)中的每个而言的温度(TT,HS, TD,HS, TT,LS, TD,HS)。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在检测所述相电流(IPh, iU,iV, iW)时检测时刻与调节节拍同步。
9. 一种用于确定逆变器(40)的半导体结构元件(42)的损耗功率(PT,HS, PT,LS, PD,HS,PD,LS)的装置(1)，包括：
输入设备(2)，
计算设备(3)，和
输出设备(4)，
其中，所述输入设备(2)被设置用于针对每个半桥由所述逆变器(40)的调节装置(41)接收用于操控所述半桥的可控制的半导体结构元件(42)的当前经检测的相电流(IPh, iU,iV, iW)和当前的开关信号和/或开关时间(tU, tV, tW)，
其中，所述计算设备(3)被设置用于针对每个半桥在考虑所述相电流(IPh, iU, iV, iW)的方向的情形下由所述相电流(IPh, iU, iV, iW)、相应的占空比和相应的电流-电压特性曲线(10)出发确定所述半桥的半导体结构元件(42)的正向损耗功率，
针对每个半桥在考虑所述相电流(IPh, iU, iV, iW)的方向的情形下由接通能量(Eon)、断开能量和反向恢复能量和接通过程的数量和断开过程的数量出发确定所述半导体结构元件(42)的开关损耗功率，且
由所确定的正向损耗功率和所确定的开关损耗功率确定所述半桥的半导体结构元件(42)的总损耗功率(PT,HS, PT,LS, PD,HS, PD,LS)，
且所述损耗功率(PT,HS, PT,LS, PD,HS, PD,LS)的确定以所述逆变器(40)的调节装置(41)的调节节拍执行，
其中，所述输出设备(4)被设置用于提供所述半桥的半导体结构元件(42)的所确定的总损耗功率(PT,HS, PT,LS, PD,HS, PD,LS)。
10.一种交通工具(50)，包括至少一个根据权利要求9所述的装置(1)。
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