用于檢測與直流總線相關(guān)聯(lián)的短路的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】系統(tǒng)(211)包括具有正終端(36)和負端子(38)的直流總線(33)。第一開關(guān)晶體管(104)和第二開關(guān)晶體管(106)的各自的開關(guān)端子相對于彼此串聯(lián)連接在正端子(38)與負端子(38)之間，主電源(16)被布置成產(chǎn)生低于直流總線(33)的工作電壓的測試電壓，測試電壓被施加在直流總線(33)的正端子(36)與負端子(38)之間。主熱電路(222)與主電源(16)相關(guān)聯(lián)以用于檢測所述主電源是否超過工作溫度閾值。熱電路(222)提供在主電源(16)超過工作溫度閾值的情況下在直流總線(33)中檢測到的短路的信號或邏輯電平狀態(tài)。
【專利說明】用于檢測與直流總線相關(guān)聯(lián)的短路的系統(tǒng)
[0001]本申請在35U.S.C.119(e)下主張基于2011年3月16日提出申請并且題目為SYSTEM FOR DETECTING A SHORT CIRCUIT AS SOCIATED WITH A DIRECT CURRENT BUS 的美國臨時申請第61 / 453，164號的優(yōu)先權(quán)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及用于檢測與直流總線相關(guān)的短路的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，逆變器用于將直流數(shù)據(jù)總線上的直流電壓轉(zhuǎn)換成控制電動馬達的一個或多個交流信號。在一些現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)中，逆變器包括在打開狀態(tài)或閉合狀態(tài)下可能會失效的一個或多個電源開關(guān)半導體。如果一個或多個電源開關(guān)半導體在閉合狀態(tài)下失效，則可能會在直流數(shù)據(jù)總線的相反極性端子之間或逆變器的直流端子與正常交流輸出端之間產(chǎn)生短路，從而可能會損壞電動馬達的繞組或逆變器內(nèi)的其它電路。因此，需要能夠以比逆變器的工作電壓低的測試電壓檢測直流總線中的短路以最小化對電動馬達或逆變器的損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)一個實施例，一種系統(tǒng)能夠檢測與直流總線相關(guān)聯(lián)的短路。所述系統(tǒng)包括具有正端子和負端子的直流總線。第一開關(guān)晶體管和第二開關(guān)晶體管的相應的開關(guān)端子相對于彼此串聯(lián)連接(聯(lián)接)在正端子與負端子之間。主電源被布置成產(chǎn)生低于直流總線的工作電壓的測試電壓。測試電壓被施加在直流總線的正端子與負端子之間。主熱電路與主電源相關(guān)聯(lián)，用于檢測主電源是否超過工作溫度閾值。主熱電路提供指示在主電源超過工作溫度閾值的情況下在直流總線中檢測到的短路的信號或邏輯電平狀態(tài)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]圖1是用于檢測與直流總線相關(guān)聯(lián)的短路的系統(tǒng)的一個實施例的方框圖；以及
[0006]圖2是用于檢測與直流總線相關(guān)聯(lián)的短路的另一個實施例的方框圖。
【具體實施方式】
[0007]根據(jù)一個實施例，圖1顯示了能夠檢測與直流總線33相關(guān)聯(lián)的短路的系統(tǒng)211。所述系統(tǒng)包括具有正端子36和負端子38的直流總線33。逆變器199可以具有一個或多個相或子組件，其中每一個相或子組件為逆變器199的相應輸出端子提供單獨的輸出信號。逆變器199的每一個相具有一對開關(guān)晶體管(104,106)、相應的電壓電源(16,18, 20)、和相應的熱電路(222，224，226)。開關(guān)晶體管(104，106)被構(gòu)造成從直流總線33接收直流電力。逆變器199的一個或多個輸出端子連接到負載144(例如，電機)。逆變器199可以控制開關(guān)晶體管(104，106)以調(diào)節(jié)施加到負載144或電機的輸出信號，所述輸出信號能夠控制電機的轉(zhuǎn)速、扭矩、加速度、減速度或旋轉(zhuǎn)方向。
[0008]逆變器相的輸出節(jié)點(76，78，80)可以連接到電機的相應電機相端子。如圖1所不，逆變器199具有等于三的N相,而負載具有三相。負載144的每一個相被表不作為例如電感或電機繞組(146,148,150)。雖然負載144被顯不為WYE結(jié)構(gòu),但是對于信號相、兩相或其它電機結(jié)構(gòu)，負載144可以被構(gòu)造成不同。
[0009]電容器126并聯(lián)連接在直流總線33的端子(36，38)之間。電容器126可以包括用于過濾直流電流并保持直流總線33上的電壓或電流處于大致一致的水平或在期望的波動范圍內(nèi)(例如，在可接受的電流脈動的容差內(nèi))的電解電容器、或電容器組。例如，電容器126可以減少或減輕直流總線33的電流的波動，其中當與逆變器119的一個或多個相相關(guān)聯(lián)的一個或多個半導體開關(guān)(104，106)同時或迅速連續(xù)地被激活或接通時可能會出現(xiàn)所述直流總線33的電流的波動。
[0010]一個或多個熱電路(222，224，226)的輸出連接到邏輯裝置228。進而，邏輯裝置228提供到緩沖存儲器229 (例如，數(shù)據(jù)鎖存器)的輸出。緩沖存儲器229連接到電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)116 (例如，計算機)。
[0011]雖然在圖1中逆變器199具有三相，但是要理解的是逆變器199或系統(tǒng)211可以具有從I到N的任意數(shù)量的相，其中N是正整數(shù)。如圖所示，逆變器199具有相I輸出級40、相2輸出級42和相N輸出級44。相2輸出級42與相N輸出級44之間的任何中間輸出級在圖1中由三個點表示。相I輸出級40具有第一開關(guān)部分10 ;相2輸出級42具有第二開關(guān)部分12 ;相N輸出級44具有第η開關(guān)部分14。逆變器199的每一個相都包括第一開關(guān)晶體管104和第二開關(guān)晶體管106，且所述第一開關(guān)晶體管104和所述第二開關(guān)晶體管106的相應的開關(guān)端子(例如，集電極和發(fā)射極、或源極和漏極)相對于彼此串聯(lián)連接在正端子36與負端子38之間。雖然第一開關(guān)晶體管104和第二開關(guān)晶體管106被示出為NPN晶體管，但是在一個可選的實施例中，第一開關(guān)晶體管104和第二開關(guān)晶體管106可以包括PNP晶體管、場效應晶體管、或其它適當?shù)陌雽w器件。
[0012]第一開關(guān)部分10具有與第一開關(guān)晶體管104和第二開關(guān)晶體管106的基極(或柵極)相關(guān)聯(lián)的輸入。第一開關(guān)部分10具有連接到負載144或電機的第一繞組18的第一輸出節(jié)點76。第一開關(guān)部分12具有與第一開關(guān)晶體管104和第二開關(guān)晶體管106的基極(或柵極)相關(guān)聯(lián)的輸入。第二開關(guān)部分12具有連接到負載144或電機的第二繞組150的第二輸出節(jié)點78。第η開關(guān)部分14 (例如，第三開關(guān)部分)具有與第一開關(guān)晶體管104和第二開關(guān)晶體管106的基極相關(guān)聯(lián)的輸入。第η開關(guān)部分14(例如，第三開關(guān)部分)具有連接到負載144或電機的第三繞組146的第η輸出節(jié)點80 (例如，第三輸出節(jié)點)。
[0013]每一個第一開關(guān)晶體管104的基極(或柵極)連接到用于提供使第一開關(guān)晶體管104激活(例如，接通)和無效(例如，斷開)的信號(例如，調(diào)制信號)的偏壓網(wǎng)117、激勵極、或邏輯電路。類似地，第二開關(guān)晶體管106的基極(或柵極)連接到用于使第二開關(guān)晶體管106激活(例如，接通)和無效(例如，斷開)的信號的偏壓網(wǎng)117、激勵極、或邏輯電路。
[0014]如圖1所示，每一個第一開關(guān)晶體管104的集電極都連接到直流總線33的一個電壓軌道或正端子36，而第一開關(guān)晶體管104的發(fā)射極連接到相應相的輸出節(jié)點(76，78，80)。每一個第二開關(guān)晶體管106的集電極都連接到相應相的輸出節(jié)點(76，78，80)，而第二開關(guān)晶體管106的發(fā)射極連接到(直流總線33的)另一個電壓軌道或直流總線33的負端子38。
[0015]對于第一相，第一輸出節(jié)點76連接到負載44或連接到電機的第一繞組148或第一相連接部。對于第二相，第二輸出節(jié)點78連接到負載144或電機的第二相連接部或第二繞組150。對于第三相，第三輸出節(jié)點連接到負載144或電機的第三相連接部或第三繞組146。
[0016]第一保護性二極管108并聯(lián)連接在每一個第一開關(guān)晶體管104的集電極與發(fā)射極之間。第二保護性二極管110并聯(lián)連接在每一個第二開關(guān)晶體管106的集電極與發(fā)射極之間。第一保護性二極管108和第二保護性二極管110分別通過當?shù)谝婚_關(guān)晶體管104或第二開關(guān)晶體管106在狀態(tài)(例如，或斷開)之間切換時為將要被耗散的電流提供一路徑來防止瞬變電流破壞第一開關(guān)晶體管104和第二開關(guān)晶體管106。
[0017]第一檢測模塊240包括與第一熱電路222相關(guān)聯(lián)的第一電壓供應裝置16 ;第二檢測模塊242包括與第二熱電路224相關(guān)聯(lián)的第二電壓源18 ;第N個檢測模塊244 (或第三檢測模塊)包括與第N個熱電路226相關(guān)聯(lián)的第N個電壓源20。上述熱電路中的任一個都可以集成到相應的電壓源。
[0018]主電源或第一電壓源16連接在直流總線33的正端子36與負端子38之間。例如，主電源(或第一電壓源16)具有連接到第一開關(guān)部分10的正DC總線節(jié)點的正電壓端子36或正軌道的輸出。主電源與電阻器Rl和第一阻擋裝置30串聯(lián)設置。在一個實施例中，電阻器Rl包括限流電阻器。電阻器Rl與電源串聯(lián)設置以限制由第一電壓源16輸出的電流。在一個實施例中，第一阻擋裝置30包括一個或多個二極管102，所述一個或多個二極管單獨或串聯(lián)在一起來阻礙來自直流總線33的一個電壓軌道或正電壓端子36的電流的流動。例如，第一阻擋裝置30防止來自直流總線33的電流流入到主電源(或第一電壓源16)中并損壞所述主電源。
[0019]主電源或第一電壓源16適于產(chǎn)生低于直流總線33的工作電壓的測試電壓。測試電壓被施加在直流總線33的正端子36與負端子38之間。例如，測試電壓可以小于或等于大約25伏DC，而直流數(shù)據(jù)總線120的工作電壓可以大于或等于75伏DC。例如，直流總線33的工作電壓通常等于或大于220VDC ;對于電驅(qū)動車輛來說，300VDC或600VDC的DC電壓是正常的。
[0020]主熱電路或第一熱電路222與第一電壓源16相關(guān)聯(lián)以用于檢測所述電源是否超過工作溫度閾值。第一熱電路222提供指示在第一電壓源16超過工作溫度閾值的情況下在直流總線33中檢測到的短路的信號或邏輯電平狀態(tài)。第一熱電路222可以包括熱敏電阻器或另一種裝置，用于在主電源(16)的溫度(例如，外部組件溫度或內(nèi)部溫度)超過工作溫度閾值的情況下提供開關(guān)信號或數(shù)字輸出。在一個實施例中，可以基于經(jīng)驗測試、現(xiàn)場測試或?qū)嶒炘O定或編程工作溫度閾值以至少在大多數(shù)時間能夠可靠地表示與直流總線33相關(guān)聯(lián)的短路。
[0021]輔助電源或第二電壓源18連接在直流總線33的正端子和負端子38之間。例如，輔助電源(或第二電壓源18)具有連接到第二開關(guān)部分12的正DC總線節(jié)點的正電壓端子或正軌道。第二電壓源18與電阻器R2和第二阻擋裝置32串聯(lián)設置。在一個實施例中，電阻器R2包括限流電阻器。電阻器R2與第二電壓源18串聯(lián)設置以限制由第二電壓源18輸出的電流。在一個實施例中，第二阻擋裝置32包括一個或多個二極管102，所述一個或多個二極管單獨或串聯(lián)在一起來阻礙來自直流總線33的一個電壓軌道或正電壓端子36的電流的流動。例如，第二阻擋裝置32防止來自直流數(shù)據(jù)總線120的電流流入到第二電壓源18中和損壞所述第二電壓源。
[0022]輔助電源或第二電壓源18適于產(chǎn)生低于直流總線33的工作電壓的測試電壓。測試電壓施加在直流總線33的正端子36與負端子38之間。例如，測試電壓可以小于或等于大約25伏DC，而直流總線33的工作電壓可以大于或等于75伏DC。例如，直流數(shù)據(jù)總線120的工作電壓通常等于或大于220VDC ;對于電驅(qū)動車輛來說，300VDC或600VDC的DC電壓是正常的。
[0023]輔助熱電路或第二熱電路224與所述電源相關(guān)聯(lián)以用于檢測電源是否超過工作溫度閾值。第二熱電路224提供指示在第二電壓源8超過工作溫度閾值的情況下在直流總線33中檢測到的短路的信號或邏輯電平狀態(tài)。輔助熱電路可以包括熱敏電阻器或另一種裝置，用于在輔助電源的溫度(例如，外部組件溫度或內(nèi)部溫度)超過工作溫度閾值的情況下提供開關(guān)信號或數(shù)字輸出。在一個實施例中，可以基于經(jīng)驗測試、現(xiàn)場測試或?qū)嶒炘O定或編程工作溫度閾值以至少在大多數(shù)時間能夠可靠地表示與直流總線33相關(guān)聯(lián)的短路。
[0024]第N個電源或第N個電壓源20連接在直流總線33的正端子36與負端子38之間。例如，第N個電壓源20具有連接到第N個開關(guān)部分14的正DC總線節(jié)點的正電壓端子36或正軌道的輸出。第N個電壓源20與電阻器R3和第N個阻擋裝置34 (例如，第三阻擋裝置)串聯(lián)設置。在一個實施例中，電阻器R3包括限流電阻器。電阻器R3與第N個電壓源20串聯(lián)設置以限制由第N個電壓源20輸出的電流。在一個實施例中，第N個阻擋裝置34包括一個或多個二極管102，所述一個或多個二極管單獨或串聯(lián)在一起阻礙來自直流總線33的一個電壓軌道或正電壓端子36的電流。例如，第三阻擋裝置34防止來自直流總線33的電流流入到第N個電源20并損壞所述第N個電源。
[0025]第N個電源或第N個電壓源20適于產(chǎn)生低于直流總線33的工作電壓的測試電壓。測試電壓被施加在直流總線33的正端子36與負端子38之間。例如，測試電壓可以小于或等于大約25伏DC，而直流數(shù)據(jù)總線120的工作電壓可以大于或等于75伏DC。例如，直流總線33的工作電壓通常等于或大于220VDC ;對于電驅(qū)動車輛來說，300VDC或600VDC的DC電壓是正常的。
[0026]第N個熱電路226與第N個電壓源20相關(guān)聯(lián)以用于檢測電源是否超過工作溫度閾值。第N個熱電路226提供指示在電源超過工作溫度閾值的情況下在直流總線33中檢測到的短路的信號或邏輯電平狀態(tài)。第N個熱電路326可以包括熱敏電阻器或另一種裝置，用于在第N個電壓源20的溫度(例如，外部組件溫度或內(nèi)部溫度)超過工作溫度閾值的情況下提供開關(guān)信號或數(shù)字輸出。在一個實施例中，可以基于經(jīng)驗測試、現(xiàn)場測試或?qū)嶒炘O定或編程工作溫度閾值以至少在大多數(shù)時間能夠可靠地表示與直流總線33相關(guān)聯(lián)的短路。
[0027]熱電路(例如，第一熱電路222，第二熱電路224和第N個熱電路226)的輸出連接到邏輯裝置228。在一個示例中，在一種配置中，邏輯裝置228可以包括用于檢測逆變器199的單個相中的短路的多輸入或門。在另一個示例中，邏輯裝置228可以包括非異或門，使得逆變器的所有相的失效不會導致失效的負指示。在另一個示例中，邏輯裝置228可以包括對應于逆變器內(nèi)的具體半導體器件、晶體管、或二極管的失效的多輸入和輸出結(jié)構(gòu)。[0028]邏輯裝置228連接到緩沖存儲器229。緩沖存儲器229可以存儲或存儲并時間標記邏輯裝置228的輸出。緩沖存儲器229可以將邏輯裝置228的輸出以先入先出(FIFO)堆棧、先入后出(LIFO)堆棧的方式或其它方式存儲在偏移寄存器的陣列中。在可選的實施例中，緩沖存儲器229可以包括用于存儲或保持邏輯裝置228的輸出直到所述輸出被數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)116讀取為止的數(shù)據(jù)鎖存器或一組觸發(fā)器(例如，D觸發(fā)器或可重置觸發(fā)器)。
[0029]在一個實施例中，緩沖存儲器229連接到電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)116 (例如，計算機)。電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)116包括數(shù)據(jù)處理器122、數(shù)據(jù)存儲器124和連接到數(shù)據(jù)總線120的一個或多個數(shù)據(jù)端口 118。數(shù)據(jù)處理器122、數(shù)據(jù)存儲器124和數(shù)據(jù)端口 118能夠經(jīng)由數(shù)據(jù)總線120彼此通信。
[0030]數(shù)據(jù)處理器122可以包括微處理器、微控制器、邏輯裝置、算術(shù)邏輯單元、專用集成電路、可編程序邏輯陣列、或另一種可編程電子裝置。
[0031]數(shù)據(jù)存儲器124可以包括電子存儲器、隨機存取存儲器、非易失性存儲器、磁存儲器、光存儲器裝置、或用于存儲數(shù)據(jù)的任何其它適當?shù)难b置或介質(zhì)。每一個數(shù)據(jù)端口 118都可以包括輸入/輸出端口、收發(fā)器、或用于經(jīng)由傳輸線或以其它方式發(fā)送到電子裝置、從電子裝置進行接收或與電子裝置通信的另一個裝置。
[0032]數(shù)據(jù)端口 118可以連接到緩沖存儲器229或數(shù)據(jù)鎖存器以有助于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)消息或熱觸發(fā)數(shù)據(jù)消息或信號。偏置電路117可以連接到數(shù)據(jù)端口 118，使得數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)116可以產(chǎn)生使偏置電路17或激勵極不能夠或能夠起作用的指令或輸出信號；因此，控制逆變器的停用或啟用以防止對非故障逆變器電路或負載144 (例如，電機)的損壞。
[0033]在一種配置中，如果熱電路在測試模式期間提供處于測試電壓電平的信號或邏輯電平，則電子處理系統(tǒng)116能夠禁止逆變器199在工作模式中在工作電壓電平下的工作。在另一種配置中，電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)116具有連接到數(shù)據(jù)總線120以用于提供指示逆變器199中的故障半導體器件或短路的位置或識別的診斷信息的用戶接口(未示出)。在另一種配置中，在測試模式中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)116生成測試信號以指示偏置電路117或驅(qū)動器選擇性地激活第一開關(guān)部分10、第二開關(guān)部分12、或第N個開關(guān)部分14 (例如，第三開關(guān)部分)的第一開關(guān)晶體管104或第二開關(guān)晶體管106，使得可以在開關(guān)部分或逆變器內(nèi)識別短路。例如，如果任何開關(guān)部分的第一開關(guān)晶體管104或第二開關(guān)晶體管106在閉合狀態(tài)下失效，則可以通過激活相同開關(guān)部分中的成對(例如，相對)開關(guān)晶體管來確定直流總線33兩端之間的短路。因此，數(shù)據(jù)存儲器124可以存儲(用于偏置電路117的晶體管激活指令的)測試順序，其中每一個開關(guān)晶體管被激活以持續(xù)足以觸發(fā)通過相應的熱電路進行短路檢測的一時間段。
[0034]在可選的實施例中，用戶接口(未顯示)可以連接到數(shù)據(jù)總線120。用戶接口可以包括顯示器、鍵區(qū)、鍵盤、定點設備、或用于經(jīng)由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)116輸入或監(jiān)視與逆變器相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)(例如，診斷數(shù)據(jù))的另一種數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出裝置。
[0035]圖1的系統(tǒng)在多種示例性示例中能夠檢測與直流總線33相關(guān)聯(lián)的短路。
[0036]在第一示例中，如果對于任何相來說第一開關(guān)晶體管104和第二開關(guān)晶體管106兩者在閉合狀態(tài)或激活狀態(tài)下都失效，則將在直流總線33兩端之間形成短路。在第二示例中，如果對于任何相來說第一保護性二極管108和第二保護性二極管110兩者在閉合狀態(tài)下都失效，則將在直流總線33兩端之間形成短路。在第三示例中，如果第一保護性二極管108和第二開關(guān)晶體管106在閉合狀態(tài)或激活狀態(tài)下失效，則將在直流總線33兩端之間形成短路。在第四示例中，如果第二保護性二極管10和第一開關(guān)晶體管14兩者在閉合狀態(tài)或激活狀態(tài)下都失效，則在直流總線33兩端之間形成短路。
[0037]在第五示例中，如果第一開關(guān)晶體管104或第二開關(guān)晶體管106在閉合狀態(tài)或激活狀態(tài)下失效，則一種極性(例如，正極性)的直流電流可以施加到電機或負載144的繞組(128，146，150)。施加到繞組的直流電流往往會尋找至相反電勢或接地電勢的直流電流的路徑，這可能會潛在地導致負載144、電機或逆變器損壞。在第六示例中，如果第一保護性二極管108或第二保護性二極管110在閉合狀態(tài)或激活狀態(tài)下失效，則一種極性(例如，正極性)的直流電流可以被施加到電機或負載144的繞組。施加到繞組的直流電流往往會尋找至相反電勢或接地電勢的直流電流的路徑，這可能會潛在地損壞負載144、電機或逆變器199。如果以上不例中的任一個發(fā)生,則一旦電源在一時間段上已經(jīng)提供高于正常輸出電流，導致電源(16，18，20)的外部溫度增加，則熱電路應該在閾值溫度觸發(fā)或跳閘。在一個實施例中，用于具體相的電源(16，18，20)可以被單獨或與其它電源一起被激活。因為所有電源(16，18，20)并聯(lián)連接，因此當所有電源同時操作時可獲得更多的電流，并且與單個電源相比可以以可獲得的更高水平的電流更加快速地跳閘或觸發(fā)熱電路。
[0038]在一個實施例中，半導體的開關(guān)端子包括集電極和發(fā)射極；第一保護性二極管108并聯(lián)連接在第一開關(guān)晶體管104的集電極與發(fā)射極之間，第二保護性二極管110并聯(lián)連接在第一開關(guān)晶體管104的集電極與發(fā)射極之間。
[0039]在一種配置中，偏置電路117被構(gòu)造成使第一開關(guān)晶體管104和第二開關(guān)晶體管106中的至少一個接通，使得當?shù)诙_關(guān)晶體管106在閉合狀態(tài)下被激活時能夠檢測到在閉合狀態(tài)下失效的第一開關(guān)晶體管104的短路。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)116可以經(jīng)由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)116的另外的數(shù)據(jù)端口 118控制偏置電路117以在逆變器119的測試模式中使用于任何相的任何晶體管接通和斷開。在另一種配置中，偏置電路117被構(gòu)造成使第一開關(guān)晶體管104和第二開關(guān)晶體管106中的至少一個接通，使得當?shù)谝婚_關(guān)晶體管104在閉合狀態(tài)下被激活時能夠檢測到在閉合狀態(tài)下失效的第二開關(guān)晶體管106的短路。
[0040]在一個實施例中，第一相可以與第一開關(guān)晶體管104和第二開關(guān)晶體管106相關(guān)聯(lián)，而第二相可以與第三開關(guān)晶體管和第四開關(guān)晶體管相關(guān)聯(lián)。第三開關(guān)晶體管和第四開關(guān)晶體管的相應的開關(guān)端子相對于彼此串聯(lián)連接在直流總線33的正端子36與負端子38之間。
[0041]雖然第一開關(guān)晶體管104可以基本上類似于第三開關(guān)晶體管，而第二開關(guān)晶體管106可以基本上類似于第四開關(guān)晶體管，但是在不同的相內(nèi)可以使用不同結(jié)構(gòu)規(guī)格的開關(guān)晶體管，例如在一個相中使用NPN晶體管，而在另一個相中使用PNP晶體管。進一步地，半導體可以彼此不同以匹配負載144或電機的特定繞組的阻抗，或在特定部件失效的情況下提供特定的冗余性。
[0042]在一種配置中，輔助電源適于產(chǎn)生低于直流總線33的工作電壓的測試電壓。測試電壓被施加在直流總線33的正端子36與負端子38之間。輔助熱電路與電源相關(guān)聯(lián)以用于檢測電源是否超過工作溫度閾值。
[0043]第N個熱電路226提供指示在電源超過工作溫度閾值的情況下在直流總線33中檢測到的短路的信號或邏輯電平狀態(tài)。邏輯裝置228被布置成用于從主熱電路和輔助熱電路接收信號或邏輯電平。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)116連接到邏輯裝置228以用于處理邏輯信號或邏輯電平，從而根據(jù)逆變器中的半導體器件的狀態(tài)和熱電路的熱狀態(tài)提供逆變器中的半導體的短路的診斷。
[0044]圖2的系統(tǒng)除了用電流檢測器(22，24，26)替換熱電路(222，224，226)之外，圖2的系統(tǒng)類似于圖1的系統(tǒng)。進一步地，圖1的邏輯裝置228和緩沖存儲器229被刪除，并且在圖2中增加了多路轉(zhuǎn)接器112和模-數(shù)轉(zhuǎn)換器114。圖1和圖2中類似的附圖標記表示類似的元件。
[0045]相I輸出級40包括與主電源或第一電壓源16相關(guān)聯(lián)的第一電流檢測器22。相2輸出級42包括與輔助電源或第二電壓源18相關(guān)聯(lián)的第二電流檢測器24。第N個輸出級包括與第N個電壓源20相關(guān)聯(lián)的第N個電流檢測器26。
[0046]每一個電流檢測器(22，24，26)都可以包括比較器、電流比較器、電壓比較器、或用于測量流入到相應的電源(16，18，20)或從相應電源(16，18，20)流出的電流的另一種裝置。在一個實施例中，每一個電流檢測器(22,24,26)與電源(16,18,20)的一個端子串聯(lián)連接，或者電流檢測器(22，24，26)經(jīng)由電感探針或線圈電磁連接到電源的一個端子。在一種配置中，電流檢測器(22，24，26)可以包括電流比較器，在所述電流比較器中，比較參考電流輸入和由電感探針或經(jīng)由電阻的電壓分配器與電源的串聯(lián)連接供應的測量電流。如果由電流檢測器(22，24，26)檢測到的電流超過指示短路的最大閾值電流，則每一個電流檢測器的輸出可以改變邏輯狀態(tài)。
[0047]每一個電流檢測器(22，24，26)的邏輯狀態(tài)或信號輸出可以連接到多路轉(zhuǎn)接器112。多路轉(zhuǎn)接器112允許數(shù)據(jù)處理器122選擇來自與相I輸出級40 ( S卩，第一相)、相2輸出級42 ( S卩，第二相)、或相N輸出級(S卩，第N相)相關(guān)聯(lián)的電流檢測器中任一個的輸出。例如，多路轉(zhuǎn)接器112可以基于循環(huán)、連續(xù)或掃描基準來連續(xù)地選擇來自每一相的輸出。與使用用于每一個相應電流檢測器的專用模-數(shù)轉(zhuǎn)換器不同，多路轉(zhuǎn)接器112的使用可以允許使用單個輸入模-數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0048]模-數(shù)轉(zhuǎn)換器114的輸入連接到多路轉(zhuǎn)接器112，而模-數(shù)轉(zhuǎn)換器114的輸出連接到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)116。在一個實施例中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)116被構(gòu)造成如果電流檢測電路(22，24，26)在測試模式期間提供信號或邏輯電平，則禁止逆變器在工作模式下工作。例如，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)116可以被編程有軟件指令，以便在電流檢測電路在測試模式期間提供指示與數(shù)據(jù)總線120的短路相關(guān)聯(lián)的信號或邏輯電平時禁止逆變器在工作模式下工作，從而防止損壞系統(tǒng)115的電子器件。
[0049]數(shù)據(jù)端口 118可以連接到模-數(shù)轉(zhuǎn)換器114以有助于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)消息或過多電流數(shù)據(jù)消息或信號。偏置電路117可以連接到數(shù)據(jù)端口 118，使得數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)116可以產(chǎn)生使偏置電路17或激勵極不能夠或能夠起作用的指令或輸出信號；因此，響應于超過閾值電流，控制逆變器99的停用或啟用。
[0050]在一種配置中，電子處理系統(tǒng)116能夠在電流檢測器在測試模式期間提供處于測試電壓電平的信號或邏輯電平時禁止逆變器99在工作模式中在工作電壓電平下的工作。在另一種配置中，電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)116具有連接到數(shù)據(jù)總線120以用于提供指示故障半導體器件或短路的位置或識別的診斷信息的用戶接口。在另一種配置中，在測試模式中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)116生成測試信號以指示偏置電路117或驅(qū)動器選擇性地激活第一開關(guān)部分10、第二開關(guān)部分12、或第N個開關(guān)部分14 (例如，第三開關(guān)部分)的第一開關(guān)晶體管104或第二開關(guān)晶體管106，使得可以在開關(guān)部分或逆變器99內(nèi)識別短路。例如，如果任何開關(guān)部分的第一開關(guān)晶體管104或第二開關(guān)晶體管106在閉合狀態(tài)下失效，則可以通過激活相同開關(guān)部分中的成對(例如，相對)開關(guān)晶體管來確定直流總線33兩端之間的短路。因此，數(shù)據(jù)存儲器124可以存儲(用于偏置電路117的晶體管激活指令的)測試順序，其中每一個開關(guān)晶體管被激活以持續(xù)足以觸發(fā)通過相應的電流檢測器進行短路檢測的一時間段。
[0051]在可選的實施例中，用戶接口(未顯示)可以連接到數(shù)據(jù)總線120。用戶接口可以包括顯示器、鍵區(qū)、鍵盤、定點設備、或用于經(jīng)由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)116輸入或監(jiān)視與逆變器相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)(例如，診斷數(shù)據(jù))的另一種數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出裝置。
[0052]圖2的系統(tǒng)在多種示例性示例中能夠檢測與直流總線33相關(guān)聯(lián)的短路。
[0053]在第一示例中，如果第一開關(guān)晶體管104和第二開關(guān)晶體管106對于任何相在閉合狀態(tài)或激活狀態(tài)下都失效，則將在直流總線33兩端之間形成短路。在第二示例中，如果對于任何相來說第一保護性二極管108或第二保護性二極管110兩者在閉合狀態(tài)下都失效，則將在直流總線33兩端之間形成短路。在第三示例中，如果第一保護性二極管108和第二開關(guān)晶體管106兩者在閉合狀態(tài)或激活狀態(tài)下失效，則將在直流總線33兩端之間形成短路。在第四示例中，如果第二二極管和第一開關(guān)晶體管104兩者在閉合狀態(tài)或激活狀態(tài)下失效，則將在直流總線33兩端之間形成短路。
[0054]在第五示例中，如果第一開關(guān)晶體管104或第二開關(guān)晶體管106在閉合狀態(tài)或激活狀態(tài)下失效，則一種極性(例如，正極性)的直流電流可以施加到電機或負載144的繞組(146，148，150)。施加到繞組的直流電流往往會尋找至相反電勢或接地電勢的直流電流的路徑，這可能會潛在地導致對負載144、電機或逆變器的損壞。在第六示例中，如果第一保護性二極管118或第二保護性二極管110在閉合狀態(tài)或激活狀態(tài)下失效，則一種極性(例如，正極性)的直流電流可以被施加到電機或負載144的繞組(146，148，150)。施加到繞組的直流電流往往會尋找至相反電勢或接地電勢的直流電流的路徑，這可能會潛在地導致對負載144、電機或逆變器的損壞。如果以上不例中的任一個發(fā)生,一旦相應的電源(16,18,20)已經(jīng)提供高于正常輸出電流，則電流檢測器(22，24，26)應該在閾值電流觸發(fā)或跳閘。在一個實施例中，用于具體相的電源可以被單獨或與其它電源一起被激活。因為所有電源并聯(lián)連接，因此當所有電源同時操作時可獲得更多的電流，并且與單個電源相比，可以以可獲得的更大的電流水平更加快速地跳閘或觸發(fā)電流檢測器。
[0055]在圖2中，輔助電源或第二電壓源18可以被構(gòu)造成產(chǎn)生低于直流總線33的工作電壓的測試電壓。輔助電源(18)將測試電壓施加在直流總線33的正端子36與負端子38之間。輔助電流檢測電路24與電源(18)相關(guān)聯(lián)以用于檢測電源(18)是否超過工作電流閾值。輔助電流檢測電路提供指示在電源(18)超過工作電流閾值的情況下在直流總線33中檢測到的短路的信號或邏輯電平狀態(tài)。
[0056]多路轉(zhuǎn)接器112從主電流檢測電路和輔助電流檢測電路接收信號或邏輯電平。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)116連接到多路轉(zhuǎn)接器12以用于處理邏輯信號或邏輯電平，從而根據(jù)逆變器中的半導體器件的狀態(tài)和電流檢測電路的熱狀態(tài)提供逆變器中的半導體的短路的診斷。
[0057]已經(jīng)描述了優(yōu)選的實施例，將要認識的是在不背離如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的保護范圍的情況下可以進行各種修改。
【權(quán)利要求】
1.一種用于檢測與直流總線相關(guān)聯(lián)的短路的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:具有正端子和負端子的直流總線；第一開關(guān)晶體管和第二開關(guān)晶體管，所述第一開關(guān)晶體管和所述第二開關(guān)晶體管的相應的開關(guān)端子相互串聯(lián)連接在正端子與負端子之間；用于生成低于直流總線的工作電壓的測試電壓的主電源，所述測試電壓被施加在直流總線的正端子與負端子之間；以及主熱電路，所述主熱電路與所述主電源相關(guān)聯(lián)，用于檢測所述主電源是否超過工作溫度閾值，所述熱電路提供指示在主電源超過工作溫度閾值的情況下在直流總線中檢測到短路的信號或邏輯電平狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述開關(guān)端子包括集電極和發(fā)射極；在第一開關(guān)晶體管的集電極與發(fā)射極之間并聯(lián)連接第一二極管，并且在第一開關(guān)晶體管的集電極與發(fā)射極之間并聯(lián)連接第二二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中短路包括第一二極管和第二二極管在閉合狀態(tài)下失效。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中短路包括第一開關(guān)晶體管和第二開關(guān)晶體管在它們各自的閉合狀態(tài)下失效。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括:偏置電路，用于接通第一開關(guān)晶體管和第二開關(guān)晶體管中的至少一個，使得當?shù)诙_關(guān)晶體管在閉合狀態(tài)下被激活時，能夠檢測到在閉合狀態(tài)下失效的第一開關(guān)晶體管的短路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括:偏置電路，用于接通第一開關(guān)晶體管和第二開關(guān)晶體管中的至少一個，使得當?shù)谝婚_關(guān)晶體管在閉合狀態(tài)下被激活時，能夠檢測到在閉合狀態(tài)下失效的第二開關(guān)晶體管的短路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中與主電源串聯(lián)地設置有電阻器以限制由主電源輸出的電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括:具有正端子和負端子的直流總線；第三開關(guān)晶體管和第四開關(guān)晶體管，所述第三開關(guān)晶體管和所述第四開關(guān)晶體管的相應的開關(guān)端子相互串聯(lián)連接在正端子與負端子之間；用于生成 低于直流總線的工作電壓的測試電壓的輔助電源，所述測試電壓被施加在直流總線的正端子與負端子之間；輔助熱電路，所述輔助熱電路與輔助電源相關(guān)聯(lián)，用于檢測所述輔助電源是否超過工作溫度閾值，所述輔助熱電路提供指示在輔助電源超過工作溫度閾值的情況下在直流總線中檢測到短路的信號或邏輯電平狀態(tài)；邏輯裝置，用于從主熱電路和輔助熱電路接收信號或邏輯電平；以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接到邏輯裝置，用于處理邏輯信號或邏輯電平，從而根據(jù)逆變器中的半導體器件的狀態(tài)和熱電路的熱狀態(tài)提供逆變器中的半導體的短路的診斷。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，進一步包括:如果熱電路在測試模式期間提供處于測試電壓電平的信號或邏輯電平，則禁止逆變器在工作模式中在工作電壓電平下的工作。
10.一種用于檢測與直流總線相關(guān)聯(lián)的短路的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:具有正端子和負端子的直流總線；第一開關(guān)晶體管和第二開關(guān)晶體管，所述第一開關(guān)晶體管和所述第二開關(guān)晶體管的相應的開關(guān)端子相互串聯(lián)連接在正端子與負端子之間；用于生成低于直流總線的工作電壓的測試電壓的主電源，測試電壓被施加在直流總線的正端子與負端子之間；以及主電流檢測電路，所述主電流檢測電路與所述主電源相關(guān)聯(lián)，用于檢測所述主電源是否超過工作電流閾值，所述主電流檢測電路提供指示在所述主電源超過工作電流閾值的情況下在直流總線中檢測到短路的信號或邏輯電平狀態(tài)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中開關(guān)端子包括集電極和發(fā)射極；在第一開關(guān)晶體管的集電極與發(fā)射極之間并聯(lián)連接第一二極管，并且在第一開關(guān)晶體管的集電極與發(fā)射極之間并聯(lián)連接第二二極管。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中短路包括第一二極管和第二二極管在閉合狀態(tài)下失效。
13.據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中短路包括第一開關(guān)晶體管和第二開關(guān)晶體管在它們各自的閉合狀態(tài)下失效。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述`的系統(tǒng)，還包括:偏置電路，用于接通第一開關(guān)晶體管和第二開關(guān)晶體管中的至少一個，使得當?shù)诙_關(guān)晶體管在閉合狀態(tài)下被激活時，能夠檢測到在閉合狀態(tài)下失效的第一開關(guān)晶體管的短路。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，還包括:偏置電路，用于接通第一開關(guān)晶體管和第二開關(guān)晶體管中的至少一個，使得當?shù)谝婚_關(guān)晶體管在閉合狀態(tài)下被激活時，能夠檢測到在閉合狀態(tài)下失效的第二開關(guān)晶體管的短路。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中與主電源串聯(lián)地設置有電阻器以限制由主電源輸出的電流。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，還包括:具有正端子和負端子的直流總線；第三開關(guān)晶體管和第四開關(guān)晶體管，所述第三開關(guān)晶體管和所述第四開關(guān)晶體管的相應的開關(guān)端子相互串聯(lián)連接在正端子與負端子之間；用于生成低于直流總線的工作電壓的測試電壓的輔助電源，所述測試電壓被施加在直流總線的正端子與負端子之間；輔助電流檢測電路，所述輔助電流檢測電路與輔助電源相關(guān)聯(lián)，用于檢測所述輔助電源是否超過工作電流閾值，所述輔助電流檢測電路提供指示在所述輔助電源超過工作電流閾值的情況下在直流總線中檢測到短路的信號或邏輯電平狀態(tài)；多路轉(zhuǎn)接器，用于接收來自主電流檢測電路和輔助電流檢測電路的信號或邏輯電平；以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接到多路轉(zhuǎn)接器，用于處理邏輯信號或邏輯電平，從而根據(jù)逆變器中的半導體器件的狀態(tài)和電流檢測電路的熱狀態(tài)提供逆變器中的半導體的短路的診斷。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，還包括:如果電流檢測電路在測試模式期間提供信號或邏輯電平，則禁止逆變器在工作模式下 工作。
【文檔編號】G01R31/08GK103534602SQ201280023254
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月16日
【發(fā)明者】布日機·N·僧加 申請人:迪爾公司