DE102021125434A1

DE102021125434A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Verringern des Temperatureinflusses beim Messen von Schaltstrom

Info

Publication number: DE102021125434A1
Application number: DE102021125434.5A
Authority: DE
Inventors: Sang Min Kim
Original assignee: Hyundai Mobis Co Ltd
Current assignee: Hyundai Mobis Co Ltd
Priority date: 2021-03-04
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2022-09-08
Also published as: US20220286115A1; CN115097275A; US11942939B2; KR20220125099A; KR102478075B1

Abstract

Vorrichtung zum Verringern eines Temperatureinflusses beim Messen eines Schaltstroms auf der Basis einer Streuinduktivität. Die Vorrichtung umfasst einen Stromdetektor, der derart ausgebildet ist, dass er eine aus einer Differenzkomponente eines Stroms abgeleitete Spannung ausgibt, um einen Schaltstrom eines Leistungsmoduls zu detektieren, ein Filter, das derart ausgebildet ist, dass es die aus dem Stromdetektor ausgegebene Spannung filtert, einen Integrator, der derart ausgebildet ist, dass er eine aus dem Filter ausgegebene Spannung integriert, einen ADC, der derart ausgebildet ist, dass er eine aus dem Integrator ausgegebene analoge Spannung in eine digitale Spannung umwandelt und die digitale Spannung abtastet, einen Skalierer, der derart ausgebildet ist, dass er einen von dem ADC ausgegebenen abgetasteten Integratorausgangswert in einen skalierten Stromwert umwandelt, und einen Kompensator, der derart ausgebildet ist, dass er einen temperaturabhängigen DCR-Effekt aus dem skalierten Stromwert entfernt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und die Nutznießung der Koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2021-0029076 , eingereicht am 4. März 2021, deren Offenbarung hiermit in ihrer Gesamtheit durch Verweis einbezogen ist.
HINTERGRUND
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technologie zum Messen eines Schaltstroms in einem Leistungshalbleiter-Leistungsmodul und insbesondere eine Technologie zum Verringern eines Temperatureinflusses beim Messen eines Schaltstroms unter Verwendung einer Streuinduktivität.
2. Diskussion des Stands der Technik
Gemäß 1 wird zum Messen eines Schaltstroms für jede Phase eines Leistungsmoduls (z.B. Leistungshalbleiter) 10 bei einem Dreiphasen-Inverter etc. ein Verfahren angewendet, bei dem ein Stromdetektor 20 zwischen einem Kelvin-Pin K und einem Source-Pin S des Leistungsmoduls jeder Phase geschaltet ist und eine Differenzkomponente eines Schaltstroms i_sw, der zwischen dem Kelvin-Pin und dem Source-Pin fließt, integriert ist, um eine Spannung $L_{s} \frac{d i_{s w}}{d t}$
abzuleiten und einen Schaltstrom i_sw zu messen (wobei sich L_s auf eine Streuinduktivität bezieht). Das Verfahren bietet dahingehend einen Vorteil, dass es im Vergleich zu einem Messverfahren, bei dem ein Shunt-Widerstand verwendet wird, keinen Verlust durch die Messung gibt.
Bei einem solchen Verfahren zum Messen eines Schaltstroms besteht jedoch dahingehend ein Problem, dass ein Streuwiderstand R_s (oder eine Gleichstromwiderstands- (DCR) Komponente) zusätzlich zu der Streuinduktivität L_s zwischen dem Kelvin-Pin K und dem Source-Pin S vorhanden ist, wie in 1 gezeigt. Daher ist eine aus dem Stromdetektor 20 ausgegebene Spannung v_didt tatsächlich $L_{s} \frac{d i_{s w}}{d t} + R_{s} i_{s w} .$
Daher sollte eine aufgrund des Streuwiderstands auftretende Spannungsabfallkomponente R_sxi_sw entfernt werden. Ferner wird eine Komponente des Streuwiderstands R_s entsprechend einer Temperatur vergrößert oder verkleinert, um eine Temperaturabhängigkeit zu erhalten. Daher wird bei dem bekannten Verfahren zum Messen eines Schaltstroms durch Messen einer Spannung zwischen einem Kelvin-Pin und einem Source-Pin die Messgenauigkeit verringert.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Dieser Überblick dient zum Vorstellen einer Auswahl an Konzepten in vereinfachter Form, die nachstehend in der detaillierten Beschreibung genauer beschrieben werden. Dieser Überblick dient nicht zum Identifizieren von Schlüsselmerkmalen oder wesentlichen Merkmalen des beanspruchten Gegenstands, noch dient er als Hilfe zum Bestimmen des Umfangs des beanspruchten Gegenstands.
Bei einem allgemeinen Aspekt weist eine Vorrichtung auf: einen Stromdetektor, der derart ausgebildet ist, dass er eine aus einer Differenzkomponente eines Stroms abgeleitete Spannung ausgibt, um einen Schaltstrom eines Leistungsmoduls zu detektieren, ein Filter, das derart ausgebildet ist, dass es die aus dem Stromdetektor ausgegebene Spannung filtert, einen Integrator, der derart ausgebildet ist, dass er eine aus dem Filter ausgegebene Spannung integriert, einen Analog-Digital-Wandler (ADC), der derart ausgebildet ist, dass er eine aus dem Integrator ausgegebene analoge Spannung in eine digitale Spannung umwandelt und die digitale Spannung abtastet, einen Skalierer, der derart ausgebildet ist, dass er einen von dem ADC ausgegebenen abgetasteten Integratorausgangswert in einen skalierten Stromwert umwandelt, und einen Kompensator, der derart ausgebildet ist, dass er einen temperaturabhängigen Gleichstromwiderstands-(DCR) Effekt aus dem skalierten Stromwert entfernt.
Das Filter kann ein Hochpassfilter (HPF) sein.
Das Filter kann ein Tiefpassfilter (LPF) sein.
Der Integrator kann ein Operationsverstärker (OP AMP) sein und kann derart ausgebildet sein, dass er durch Empfangen eines Impulsbreitenmodulations- (PWM) Schaltsignals aus einer Steuerungseinrichtung arbeitet.
Die Vorrichtung kann eine Rücksetzschaltung aufweisen, die derart ausgebildet ist, dass sie ein Rücksetzen derart durchführt, dass ein Integralwert nicht akkumuliert wird, wenn der Integrator einen Integrationsvorgang durchführt.
Während einer PWM-EIN-Sequenz kann der Integrator den Integrationsvorgang durchführen, und während einer PWM-AUS-Sequenz kann die Rücksetzschaltung eine Rücksetzoperation durchführen.
Die Rücksetzschaltung kann derart ausgebildet sein, dass sie einen Rücksetzvorgang durch mindestens einen Schalter, der in Reaktion auf ein Impulsbreitenmodulations- (PWM) Schaltsignal geöffnet und geschlossen wird, durchführt.
Der Kompensator kann derart ausgebildet sein, dass er einen Kompensationsprozess an einem von dem ADC abgetasteten Strom unter Verwendung eines Software-Algorithmus zum Ausgeben eines Stroms, aus dem eine Streuwiderstandskomponente entfernt worden ist, durchführt.
Der Kompensator kann einen Software-Algorithmus aufweisen, der Parameter zum Kompensieren einer in der Streuinduktivität und dem Streuwiderstand fließenden Stromvariation, einer gefilterten Stromvariation einer Rs-Fehlerkomponente und einer Inverter-Widerstands-Induktivitäts- (RL) Schaltung und der Rs-Fehlerkomponente zum Entfernen einer Streuwiderstandskomponente aus dem Schaltstrom verwendet.
Bei einem weiteren allgemeinen Aspekt umfasst ein Verfahren das Filtern einer aus einem Stromdetektor ausgegebenen Spannung, der derart ausgebildet ist, dass er eine aus einer Differenzkomponente eines Stroms abgeleitete Spannung ausgibt, um einen Schaltstrom eines Leistungsmoduls zu detektieren, das Integrieren der gefilterten Spannung, das Umwandeln einer integrierten analogen Spannung in eine digitale Spannung zum Abtasten der digitalen Spannung, das Umwandeln eines abgetasteten Integratorausgangswerts in einen skalierten Stromwert und das Kompensieren eines Stroms durch Entfernen eines temperaturabhängigen DCR-Effekts aus dem skalierten Stromwert.
Das Filtern kann ein Hochpassfiltern oder ein Tiefpassfiltern sein.
Das Integrieren kann unter Verwendung eines Operationsverstärkers (OP AMP) durchgeführt werden, der derart ausgebildet ist, dass er durch Empfangen eines empfangenen Impulsbreitenmodulations- (PWM) Schaltsignals arbeitet.
Das Verfahren kann das Durchführen eines Rücksetzens umfassen, so dass ein Integralwert nicht akkumuliert wird, wenn ein Integrationsvorgang durchgeführt wird.
Während einer PWM-EIN-Sequenz kann der Integrationsvorgang durchgeführt werden, und während einer PWM-AUS-Sequenz kann das Rücksetzen durchgeführt werden.
Beim Rücksetzen kann ein Rücksetzvorgang durch mindestens einen Schalter, der in Reaktion auf ein Impulsbreitenmodulations- (PWM) Schaltsignal geöffnet und geschlossen wird, durchgeführt werden.
Das Kompensieren kann das Durchführen eines Kompensationsprozesses an einem abgetasteten Strom unter Verwendung eines Software-Algorithmus zum Ausgeben eines Stroms, aus dem eine Streuwiderstandskomponente entfernt worden ist, umfassen.
Das Kompensieren kann mittels eines Software-Algorithmus durchgeführt werden, der Parameter zum Kompensieren einer in der Streuinduktivität und dem Streuwiderstand fließenden Stromvariation, einer gefilterten Stromvariation einer Rs-Fehlerkomponente und einer Stromvariation einer Inverter-Widerstands-Induktivitäts- (RL) Schaltung und der Rs-Fehlerkomponente zum Entfernen einer Streuwiderstandskomponente aus dem Schaltstrom verwendet.
Weitere Merkmale und Aspekte werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung, der Zeichnungen und der Ansprüche ersichtlich.
Figurenliste
Die oben genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für Durchschnittsfachleute auf dem Sachgebiet anhand der detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen derselben mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:

1 eine beispielhafte schematische Darstellung eines Stromdetektors (20) zum Messen eines Schaltstroms für jede Phase eines Leistungsmoduls (Leistungshalbleiter) (10) ist;
2 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Verringern eines Temperatureinflusses beim Messen eines Schaltstroms auf der Basis einer Streuinduktivität gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
3 A und 3B beispielhafte Schaltschemata eines Stromdetektors (20), eines Filters (30) und eines Integrators (40) von 2 sind, wobei 3A eine Ausführungsform darstellt, bei der ein Hochpassfilter (HPF) als Filter verwendet wird, und 3B eine Ausführungsform darstellt, bei der ein Tiefpassfilter (LPF) als Filter verwendet wird;
4 bis 7 zum Beschreiben eines Integrators (40) dienen, wobei 4 eine Ausführungsform darstellt, bei der ein Filter (30) als HPF vorgesehen ist, 5A bis 5C Wellenformendiagramme zum Beschreiben von Vorgängen eines Integrationsmodus und eine Rücksetzmodus sind, 6 eine Ausführungsform darstellt, bei der ein Filter 30' als LPF vorgesehen ist, und 7 eine weitere Ausführungsform eines HPF, das heißt, des in 4 gezeigten Filters (30), darstellt, und
8A-8D grafische Darstellungen von Simulationsergebnissen zeigen, die ein Ergebnis des Kompensierens einer Streuwiderstandskomponente gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung und Verfahren zum Erreichen derselben werden anhand der Ausführungsformen ersichtlich, die nachstehend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genauer beschrieben werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in verschiedenen unterschiedlichen Formen implementiert werden. Vielmehr sind diese Ausführungsformen nur zur Vervollständigung der Offenbarung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, und sie ermöglichen Fachleuten auf dem Sachgebiet das Verständnis der Kategorie der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung ist durch die Kategorie der Ansprüche definiert. Ausdrücke, die in dieser Patentschrift verwendet werden, dienen zum Beschreiben der Ausführungsformen und dürfen nicht als Einschränkung der vorliegenden Erfindung verstanden werden. Wie hier verwendet, umfassen Ausdrücke im Singular auch Ausdrücke im Plural, sofern im Kontext nichts Anderes definiert ist. Es versteht sich ferner, dass die Ausdrücke „aufweisen“, „aufweisend“, „umfassen“ und/oder „umfassend“, wenn hier verwendet, das Vorhandensein von angegebenen Elementen, Schritten, Vorgängen und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Elemente, Schritte, Vorgänge und/oder Komponenten ausschließen.
2 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Verringern eines Temperatureinflusses beim Messen eines Schaltstroms auf der Basis einer Streuinduktivität gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 dargestellt, detektiert ein Stromdetektor 20 einen Schaltstrom isw, der zwischen einem Kelvin-Pin und einem Source-Pin fließt, wobei zwischen diesen eine Streuinduktivität L_s und ein Streuwiderstand R_s vorhanden ist, durch die der Schaltstrom isw eines Leistungsmoduls 10 fließt. Der Stromdetektor 20 gibt die Spannung v_didt aus, die aus einer Differenzkomponente des Stroms isw abgeleitet ist.
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: ein Filter 30, das dadurch eine Spannung v_didt filtert, dass es zu dem Stromdetektor 20 parallelgeschaltet ist; einen Integrator 40, der eine Spannung v_f integriert, die von dem Filter 30 ausgegeben wird; einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 50, der eine analoge Spannung v_intg, die von dem Integrator 40 ausgegeben wird, in eine digitale Spannung umwandelt und ein Abtasten der umgewandelten digitalen Spannung durchführt; einen Skalierer 60, der einen von dem ADC 50 ausgegebenen abgetasteten Integratorausgangswert V_{intg_Samp} in einen Stromwert i_{sw_samp} umwandelt; und einen Kompensator 70, der einen temperaturabhängigen Gleichstromwiderstands- (DCR) Effekt aus dem skalierten Strom i_{sw_samp} entfernt.
Jede Komponente von 2 wird genauer beschrieben.
3 A und 3B sind beispielhafte Schaltschemata des Stromdetektors 20, des Filters 30 und des Integrators 40 von 2. Insbesondere stellt 3A eine Ausführungsform dar, bei der ein Hochpassfilter (HPF) als Filter 30 verwendet wird, und stellt 3B eine Ausführungsform dar, bei der ein Tiefpassfilter (LPF) als Filter 30 verwendet wird.
In 3A ist eine aus dem in dem Leistungsmodul 10 fließenden Schaltstrom i_sw abgeleitete Kelvin-Source-Spannung ${V_KS v}_{didt} =^{L_{s} \frac{d i_{s w}}{d t} + R_{s} i_{s w}} .$
Die Kelvin-Source-Spannung V_KS(=v_didt) ist in 3A und 3B durch V_stray angegeben. V_stray verläuft durch das Filter 30 und wird in den Integrator 40 eingegeben. Das Filter 30 kann als Widerstand-Kondensator- (RC) Filter implementiert werden, wie in den Zeichnungen gezeigt, und kann als HPF von 3A oder LPF von 3B implementiert werden. Filterparameter des Filters 30 können als R_ƒ * C_ƒ = L_s /R_s festgelegt sein. (R_f und Cf werden später beschrieben)
Der Integrator 40 kann unter Verwendung eines OP AMP implementiert werden. Der Integrator 40 arbeitet durch Empfangen eines PWM-Schaltsignals aus einer Steuerungseinrichtung (zum Beispiel einem Mikrocomputer). Ein Integratorausgang V_intg und der Schaltstrom i_sw haben eine Beziehung $v_{i n t g} = (\frac{1}{s R_{i} C_{i}}) \cdot \frac{s R_{ƒ} C_{ƒ} R_{s} \cdot (s \frac{L_{s}}{R_{s}} + 1)}{s R_{ƒ} C_{ƒ} + 1} i_{s w}$
(wobei s eine Konstante bezeichnet und R_i und Ci später beschrieben werden).
Eine Rücksetzschaltung kann zum Durchführen eines Rücksetzens für jede Schaltperiode erforderlich sein, so dass ein Integralwert nicht akkumuliert werden sollte, wenn der Integrator einen Integrationsvorgang durchführt. Die Rücksetzschaltung kann in dem Integrator 40 enthalten sein. Alternativ kann die Rücksetzschaltung nicht in dem Integrator 40 enthalten sein und kann als separate Schaltung vorgesehen sein. Der Integrator 40 und die Rücksetzschaltung werden später genauer beschrieben.
Gemäß 2 wendet der Skalierer 60 eine Skalierkonstante $K_{s c a l e} = \frac{R_{i} C_{i}}{R_{ƒ} C_{ƒ} R_{s}}$
bei v_{intg_samp} an, die von dem ADC 50 zum Ausgeben eines abgetasteten Schaltstroms i_{sw_samp} bereitgestellt wird.
Der Kompensator 70 führt einen Kompensationsprozess an dem abgetasteten Schaltstrom i_{sw_samp} unter Verwendung eines Software-Algorithmus durch und gibt dadurch einen Strom i_{s_hat} aus, aus dem eine temperaturabhängige DCR- (Streuwiderstand) Komponente entfernt worden ist.
Ein Integrator 40 wird mit Bezug auf 4 bis 7 genauer beschrieben.
4 stellt eine Ausführungsform dar, bei der ein Filter 30 als HPF vorgesehen ist. Das HPF ist ein RC-Filter-basiertes HPF, bei dem ein Filterkondensator Cf mit einem Source-Pin eines Stromdetektors 20 verbunden ist und ein Filterwiderstand R_f mit einem Kelvin-Pin des Stromdetektors 20 verbunden ist und der Filterkondensator Cf und der Filterwiderstand R_f in Reihe geschaltet sind. Eine Ausgangsspannung V_HPF des Filters 30 wird durch einen Integratorwiderstand R_i an einen negativen Eingangsanschluss eines Integrators OP AMP angelegt. Ein positiver Eingangsanschluss des OP AMP ist mit dem Kelvin-Pin verbunden und geerdet. Ein Integrationskondensator C_i ist zwischen dem negativen Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss des OP AMP geschaltet.
Eine Rücksetzschaltung ist oben beschrieben worden. Die Rücksetzschaltung ist in 4 dargestellt. Die Rücksetzschaltung ist derart ausgebildet, dass ein Schalter 1, der derart ausgebildet ist, dass er beide Enden des Integrationskondensators Ci verbindet, mit einem Schalter 2 zusammenwirkt, der derart ausgebildet ist, dass er beide Enden des Filterkondensators C_f' verbindet. Der Schalter 1 und der Schalter 2 arbeiten in Reaktion auf ein PWM-Schaltsignal S (=1 oder =0), das an (eine) Schaltvorrichtung(en) eines Leistungsmoduls 10 angelegt wird. Beispielsweise kann eine separate Schaltung zum Erzeugen eines Rücksetzsignals V_reset (siehe 4) zum Öffnen oder Kurzschließen des Schalters 1 und des Schalters 2, wenn das PWM-Schaltsignal 1 oder 0 ist, vorgesehen sein.
Das heißt, dass während einer PWM-EIN-Sequenz einer Schaltvorrichtung, bei der das PWM-Schaltsignal S=1 an die Schaltvorrichtung angelegt wird, das Rücksetzsignal V_reset=0 sowohl den Schalter 1 als auch den Schalter 2 öffnet und somit der OP AMP als Integrator zum Messen eines Stroms dient. Andererseits werden während einer PWM-AUS-Sequenz einer Schaltvorrichtung, bei der das PWM-Schaltsignal S=0 an die Schaltvorrichtung angelegt wird, durch das Rücksetzsignal V_reset=1 sowohl der Schalter 1 als auch der Schalter 2 kurzgeschlossen und wird somit Energie (Spannung), die in den Integrationskondensator Ci und den Filterkondensator Cf geladen worden ist, zum Rücksetzen des OP AMP entladen.
5A-5C zeigen Wellenformen eines A-Phasen-Schaltstroms Ia_sw, eine Ausgangsspannung eines Integrators (Vintg*K_scale), ein PWM EIN/AUS-Signal S und eine Kondensatorspannung Vcf eines RC-Filters 30 zum Beschreiben von Vorgängen des Integrationsmodus und des Rücksetzmodus.
6 stellt eine Ausführungsform dar, bei der ein Filter 30' als LPF vorgesehen ist. Anders als in 4 gezeigt, ist das LPF ein RC-Filter-basiertes LPF, bei dem ein Filterwiderstand R_f mit einem Source-Pin eines Stromdetektors 20 verbunden ist, ein Filterkondensator Cf mit einem Kelvin-Pin des Stromdetektors 20 verbunden ist und der Filterwiderstand R_f und der Filterkondensator Cf miteinander verbunden sind. Eine Ausgangsspannung V_LPF des Filters 30' wird an einen positiven Eingangsanschluss eines Integrators, d.h. OP AMP, angelegt. Ein negativer Eingangsanschluss des OP AMP ist durch einen Integrationswiderstand Ri mit dem Source-Pin verbunden. Ein Integrationskondensator Ci ist zwischen dem negativen Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss des OP AMP geschaltet. Des Weiteren ist auf im Wesentlichen gleiche Weise wie bei dem Fall von 4 eine Rücksetzschaltung so ausgebildet, dass ein Schalter 1, der derart ausgebildet ist, dass er beide Enden des Integrationskondensators C_i verbindet, mit einem Schalter 2 zusammenwirkt, der derart ausgebildet ist, dass er beide Enden des Filterkondensators Cf verbindet. Wie oben beschrieben, arbeiten der Schalter 1 und der Schalter 2 in Reaktion auf ein PWM-Schaltsignal S (=1 oder =0). Ein Rücksetzvorgang ist der gleiche wie derjenige von 4.
Des Weiteren stellt 7 eine weitere Ausführungsform des HPF, das heißt des in 4 gezeigten Filters 30, dar. Während bei einer Rücksetzschaltung nur der Schalter 1 verbleibt, der beide Enden eines Integrationskondensators C_i verbindet, entfällt der Schalter 2, der beide Enden eines Kondensators Cf verbindet. Während einer PWM-AUS-Sequenz wird der Kondensator C_i unter Verwendung des Schalters 1 zurückgesetzt, bei einer PWM-AUS-Sequenz wird der Kondensator Cf eines HPF durch einen Weg 42 zum Verbinden des Schalters 2 und des Kondensators Cf zurückgesetzt. Daher wird der separate Schalter 2 nicht verwendet.
Als Nächstes wird der Kompensator 70 genauer beschrieben.
Der Kondensator 70 wird durch einen Kompensationsalgorithmus unter Verwendung von Ansprechcharakteristiken einer Dreiphasen-Inverterschaltung (Widerstand-Induktivität- (RL) Schaltung) und eines RC-Filters implementiert. Da ein Leistungsmodul einen Temperatursensor (z.B. NTC) hat, kann der Kompensator 70 eine Variation eines Streuwiderstandswerts unter Verwendung des Temperatursensors berechnen.
Der Kompensator 70 stellt einen Stromwert i_{s_hat} durch Entfernen einer DCR-Komponente aus einem Stromwert isw (genauer gesagt i_{sw_samp} wie in 2 gezeigt) unter Anwendung der nachstehenden Gleichung bereit. Der Stromwert i_{s_hat} ist ein Messwert eines Schaltstroms, aus dem eine Streuwiderstandskomponente entfernt worden ist. Das heißt $\begin{array}{l} i_{s - h a t} (t) = \frac{l_{s w, m e a s} (t) - Δ i_{s w} (t) - Δ i_{s w_f i l t} (t)}{κ_{R_{s}} (t)} + Δ i_{s w} (t) \\ = \frac{i_{s w, m e a s} (t)}{κ_{R_{s}} (t)} + (1 - \frac{1}{κ_{R_{s}} (t)}) Δ i_{s w} (t) - \frac{i_{s w, f i l t} (t)}{κ_{R_{s}} (t)} \end{array}$
In der vorstehenden Gleichung kann eine Stromvariation, die in einer Inverter-RL-Schaltung fließt (d.h. Streuinduktivität und Streuwiderstand zwischen einem Kelvin-Pin K und einem Source-Pin S eines Leistungsmoduls vorhanden) wie in der nachstehenden Gleichung berechnet werden. $Δ i_{s w} (t) = (1 - e^{- \frac{R_{m}}{L_{m}} t}) \cdot \frac{(V_{S}^{*} - E_{s})}{R_{m}} \cdot u (t) ≅ \frac{t}{L_{m}} (V_{s}^{*} - E_{s}) \cdot u (t)$
Des Weiteren kann in der vorstehenden Gleichung eine gefilterte Stromvariation einer Rs-Fehler- (oder Variations-) Komponente und der Inverter-RL-Schaltung wie in der nachstehenden Gleichung berechnet werden. $\begin{array}{l} Δ i_{s w_f i l t} (t) = k_{2} (t) \cdot (V_{s}^{*} - E_{s}) \cdot u (t) \\ = \frac{Δ R_{s}}{R_{s,25}} \cdot \frac{1}{R_{m}} (1 - \frac{L_{m} e^{- \frac{R_{m}}{L_{m}} t} - R_{ƒ} C_{ƒ} R_{m} e^{- \frac{1}{R_{ƒ} C_{ƒ}} t}}{(L_{m} - R_{ƒ} C_{ƒ} R_{m})}) \cdot (V_{s}^{*} - E_{s}) \cdot u (t) \end{array}$
Des Weiteren kann in der vorstehenden Gleichung ein Parameter zum Kompensieren der R_s-Fehler- (oder Variations-) Komponente wie in der nachstehenden Gleichung berechnet werden. $k_{R_{s}} (t) = 1 + ƒ (R_{ƒ}, C_{ƒ}) = 1 + \frac{Δ R_{s}}{R_{s,25}} (1 - e^{- \frac{t}{R_{ƒ} C_{ƒ}}})$
In den vorstehenden Gleichungen gilt 0 < t < D*Ts, wobei sich D auf ein Tastverhältnis mit einem Wert zwischen 0 und 1 bezieht, sich R_s und L_s auf einen Streuwiderstand und eine Streuinduktivität beziehen, sich R_f und Cf auf RC-Filterparameter (eines HPF oder eines LPF) beziehen, sich R_m und L_m auf Schaltungsparameter (für einen Dreiphasen-Inverter) beziehen, sich R_s,25 auf einen Original-R_s-Wert bei einer Temperatur von 25 °C bezieht und sich ΔR_S auf einen Fehler oder eine Variation von R_s bezieht.
8A-8D zeigen grafische Darstellungen von Simulationsergebnissen, die ein Ergebnis des Kompensierens einer Streuwiderstandskomponente gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen. Sie zeigen einen Vergleich zwischen Ergebnissen vor und nach einem Kompensationsvorgang des Kompensators 70.
Die Simulationsbedingungen sind wie folgt.

- Ein Streuwiderstand R_s=1,5×R_s,25 (bei einer Leistungsmodultemperatur von T_c=125 °C)
- Wenn ein Filter angewendet wird, ist ein Sensierfehler 22,5 % (45 A)
- Wenn ein Filter und ein Kompensationsalgorithmus angewendet werden, ist ein Sensierfehler 2 % (4 A)

Die Bedeutungen von in 8 gezeigten Variablen und Parametern sind wie folgt.

Ias, Ibs und Ics: A-Phasen-, B-Phasen-, und C-Phasen-Ströme [A]
Ias_hat: abgetasteter Schaltstrom [A] der A-Phase
Ias_hat_f1: kompensierter Strom [A]
Ia_sw: Schaltstrom [A] der A-Phase
Ia_sw_meas: Ausgang des Integrators multipliziert mit R_ixC_i/L_s[A]
Ias_samp: abgetasteter Schaltstrom [A] der A-Phase
Delta-IL: Stromvariation Δi_sw(t)
Delta_IL_filt: gefilterte Stromvariation Δi_{sw_filt}(t)
Krs: Parameter für Kompensation
d_calc: Tastverhältnis

Bei der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Strommessgenauigkeit durch Minimieren des Einflusses des Gleichstromwiderstands (DCR), der sich mit der Temperatur verändert, zu erhöhen. Es ist möglich, die für einen Schaltstrommesssensor erforderlichen Kosten zu senken. Das heißt, dass ein Stromwandler oder ein Hall-Sensor bei den bestehenden Produkten verwendet wird, aber bei der vorliegenden Erfindung die Kosten gesenkt werden, da ein Magnetkern zum Bilden eines solchen Sensors nicht verwendet zu werden braucht. Des Weiteren kann, da der Magnetkern nicht verwendet wird, eine Größe eines Inverterprodukts, das ein Leistungsmodul aufweist, dadurch effektiv verringert werden.
Schließlich kann ein genauer Schaltstrom mittels der vorliegenden Erfindung gemessen werden, wodurch ein Armkurzschluss oder ein Überstromphänomen schnell und genau detektiert/sensiert werden kann, um einen Leistungshalbleiter zu schützen.
Obwohl Konfigurationen der vorliegenden Erfindung oben mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben worden sind, dienen diese nur als Beispiel. Fachleute auf dem Sachgebiet können verschiedene Modifikationen und Änderungen innerhalb des technischen Gehalts der vorliegenden Erfindung durchführen. Daher darf der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht als Beschränkung auf die oben beschriebenen Ausführungsformen verstanden werden, dieser wird von den beiliegenden Ansprüchen bestimmt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 1020210029076 [0001]

Claims

Vorrichtung, die aufweist: einen Stromdetektor, der derart ausgebildet ist, dass er eine aus einer Differenzkomponente eines Stroms abgeleitete Spannung ausgibt, um einen Schaltstrom eines Leistungsmoduls zu detektieren; ein Filter, das derart ausgebildet ist, dass es die aus dem Stromdetektor ausgegebene Spannung filtert; einen Integrator, der derart ausgebildet ist, dass er eine aus dem Filter ausgegebene Spannung integriert; einen Analog-Digital-Wandler (ADC), der derart ausgebildet ist, dass er eine aus dem Integrator ausgegebene analoge Spannung in eine digitale Spannung umwandelt und die digitale Spannung abtastet; einen Skalierer, der derart ausgebildet ist, dass er einen von dem ADC ausgegebenen abgetasteten Integratorausgangswert in einen skalierten Stromwert umwandelt; und einen Kompensator, der derart ausgebildet ist, dass er einen temperaturabhängigen Gleichstromwiderstands- (DCR) Effekt aus dem skalierten Stromwert entfernt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Filter ein Hochpassfilter (HPF) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Filter ein Tiefpassfilter (LPF) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Integrator einen Operationsverstärker (OP AMP) aufweist und derart ausgebildet ist, dass er durch Empfangen eines Impulsbreitenmodulations- (PWM) Schaltsignals aus einer Steuerungseinrichtung arbeitet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Rücksetzschaltung aufweist, die derart ausgebildet ist, dass sie ein Rücksetzen derart durchführt, dass ein Integralwert nicht akkumuliert wird, wenn der Integrator einen Integrationsvorgang durchführt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der während einer PWM-EIN-Sequenz der Integrator derart ausgebildet ist, dass er den Integrationsvorgang durchführt, und während einer PWM-AUS-Sequenz die Rücksetzschaltung derart ausgebildet ist, dass sie eine Rücksetzoperation durchführt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Rücksetzschaltung derart ausgebildet ist, dass sie einen Rücksetzvorgang durch mindestens einen Schalter, der in Reaktion auf ein Impulsbreitenmodulations- (PWM) Schaltsignal geöffnet und geschlossen wird, durchführt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Kompensator derart ausgebildet ist, dass er einen Kompensationsprozess an einem von dem ADC abgetasteten Strom unter Verwendung eines Software-Algorithmus zum Ausgeben eines Stroms, aus dem eine Streuwiderstandskomponente entfernt worden ist, durchführt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Kompensator einen Software-Algorithmus aufweist, der Parameter zum Kompensieren einer in der Streuinduktivität und dem Streuwiderstand fließenden Stromvariation, einer gefilterten Stromvariation einer Rs-Fehlerkomponente und einer Inverter-Widerstands-Induktivitäts- (RL) Schaltung und der Rs-Fehlerkomponente zum Entfernen einer Streuwiderstandskomponente aus dem Schaltstrom verwendet.
Verfahren, das umfasst: Filtern einer aus einem Stromdetektor ausgegebenen Spannung, der derart ausgebildet ist, dass er eine aus einer Differenzkomponente eines Stroms abgeleitete Spannung ausgibt, um einen Schaltstrom eines Leistungsmoduls zu detektieren; Integrieren der gefilterten Spannung; Umwandeln einer integrierten analogen Spannung in eine digitale Spannung zum Abtasten der digitalen Spannung; Umwandeln eines abgetasteten Integratorausgangswerts in einen skalierten Stromwert, und Kompensieren eines Stroms durch Entfernen eines temperaturabhängigen Direktstromwiderstands- (DCR) Effekts aus dem skalierten Stromwert.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Filtern ein Hochpassfiltern ist.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Filtern ein Tiefpassfiltern ist.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Integrieren unter Verwendung eines Operationsverstärkers (OP AMP) durchgeführt wird, der derart ausgebildet ist, dass er durch Empfangen eines empfangenen Impulsbreitenmodulations- (PWM) Schaltsignals arbeitet.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner das Durchführen eines Rücksetzens umfasst, so dass ein Integralwert nicht akkumuliert wird, wenn ein Integrationsvorgang durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem während einer PWM-EIN-Sequenz der Integrationsvorgang durchgeführt wird, und während einer PWM-AUS-Sequenz das Rücksetzen durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem beim Rücksetzen ein Rücksetzvorgang durch mindestens einen Schalter, der in Reaktion auf ein Impulsbreitenmodulations- (PWM) Schaltsignal geöffnet und geschlossen wird, durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Kompensieren das Durchführen eines Kompensationsprozesses an einem abgetasteten Strom unter Verwendung eines Software-Algorithmus zum Ausgeben eines Stroms, aus dem eine Streuwiderstandskomponente entfernt worden ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Kompensieren mittels eines Software-Algorithmus durchgeführt wird, der Parameter zum Kompensieren einer in der Streuinduktivität und dem Streuwiderstand fließenden Stromvariation, einer gefilterten Stromvariation einer Rs-Fehlerkomponente und einer Stromvariation einer Inverter-Widerstands-Induktivitäts- (RL) Schaltung und der Rs-Fehlerkomponente zum Entfernen einer Streuwiderstandskomponente aus dem Schaltstrom verwendet.