CN102437771A

CN102437771A - 逆变器输入端的被动放电电路

Info

Publication number: CN102437771A
Application number: CN2011103856617A
Authority: CN
Inventors: 范昊; 周伟波
Original assignee: United Automotive Electronic Systems Co Ltd
Current assignee: United Automotive Electronic Systems Co Ltd
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2012-05-02

Abstract

本发明公开了一种逆变器输入端的被动放电电路，包括：与直流侧电容并联的第一支路，该第一支路由放电电阻和开关晶体管串联组成；与直流侧电容并联的第二支路，该第二支路由多个电阻串联组成；一个比较器，其一个输入端连接一个三角波发生器，另一个输入端连接第二支路中的任两个电阻之间；一个与门，其一个输入端接入逆变器的使能信号，另一个输入端连接比较器的输出端；晶体管驱动电路，其输入端连接与门的输出端，其输出端通过一个开关电阻控制开关晶体管的导通或截止。本发明采用一种可调式的电阻放电电路，设计和控制简单，提高整体效率，并缩短了放电时间，从而解决了效率和放电时间的矛盾。

Description

逆变器输入端的被动放电电路

技术领域

本发明涉及一种将直流电变换成交流电的逆变器(Inverter)，尤其是涉及一种用于电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)的车用逆变器。

背景技术

请参阅图1，车用逆变器通常采用典型的三相全桥电压型逆变电路，其由六个晶体管Q1～Q6组成，输出三相交流电u、v、w。其中的直流侧电容(DC link capacitor)作为直流侧(蓄电池组)和交流侧(交流电机)之间的负载平衡储能元件。

在电动汽车和混合动力汽车中使用的逆变器输入端电压高于100V，为保护人身安全，要求在逆变器的直流侧电容配有放电电路，以降低直流侧电容的电压。在逆变器输入端的放电电路包括两种：一种是被动放电电路，国标GB18488要求其在120秒内通过被动放电将直流侧电容的电压下降至60伏特以下；另一种是主动放电电路，标准要求其在5秒内通过主动放电将直流侧电容的电压下降至60伏特以下。

现有的逆变器输入端的主动放电电路是直流-直流转换器(DC-DCConverter)，其两个输入端与逆变器的两个输入端相同。但是直流-直流转换器需要一定的输入电压才能正常工作，为满足标准要求就必将改变电路结构和控制策略，增加了设计难度和成本。

现有的逆变器输入端的一种被动放电电路就是在直流侧电容的两端并联一个被动放电电阻，以实现被动放电。该被动放电电路的设计简单、成本低、方案成熟。但被动放电电阻所产生的损耗和放电速度是一对矛盾。为满足标准，必须选取较小阻值的被动放电电阻，例如100K欧姆，这会导致逆变器的整体效率平均约损失0.1％。

现有的逆变器输入端的另一种被动放电电路是将被动放电电阻置于逆变器主电路和驱动器、或者直流-直流转换器的主电路和驱动器中，这种做法可以节省体积，降低局部发热，但仍无法解决效率和放电时间的矛盾。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种逆变器输入端的被动放电电路，在满足标准规定的前提下提高了逆变器的工作效率。

本发明逆变器输入端的被动放电电路包括：

与直流侧电容并联的第一支路，该第一支路由放电电阻和开关晶体管串联组成；

与直流侧电容并联的第二支路，该第二支路由多个电阻串联组成；

一个比较器，其一个输入端连接一个三角波发生器，另一个输入端连接第二支路中的任两个电阻之间；

一个与门，其一个输入端接入逆变器的使能信号，另一个输入端连接比较器的输出端；

晶体管驱动电路，其输入端连接与门的输出端，其输出端通过一个开关电阻控制开关晶体管的导通或截止。

进一步地，所述被动放电电路还包括一个供电电路，该供电电路包括一个三端稳压器，其三个端口为阴极、阳极和参考端；其阴极输出12V供电电源，并通过一个或多个串联电阻连接直流侧电容的正极；其阳极接地；其参考端通过一个电阻连接其阴极，又通过另一个电阻连接其阳极。

本发明采用一种可调式的电阻放电电路，设计和控制简单，提高整体效率，并缩短了放电时间，从而解决了效率和放电时间的矛盾，并且，本发明可以提高被动放电电路的放电能力，作为主动放电电路的补充。

附图说明

图1是典型的三相全桥电压型逆变电路的示意图；

图2是本发明逆变器输入端的被动放电电路的示意图；

图3是本发明所设计的12V供电电路的示意图。

图中附图标记说明：

11为三角波发生器；12为比较器；13为与门；14为晶体管驱动电路；15为稳压器。

具体实施方式

请参阅图2，这是本发明逆变器输入端的被动放电电路的示意图。该被动放电电路包括：

与直流侧电容并联的第一支路，该第一支路由放电电阻Rdis和开关晶体管Q7串联组成。所述放电电阻Rdi s的阻值可以综合考虑放电能力、功耗、体积等因素，在10～50kΩ(千欧)的范围内选取。

与直流侧电容并联的第二支路，该第二支路由多个电阻串联组成，图1中示意性地表示为电阻R1～R6串联。

一个比较器(Comparator)12，其一个输入端连接一个三角波发生器(Triangle Wave Generator)11得到三角波信号，另一个输入端连接第二支路中的任两个电阻之间，例如为电阻R5和R6之间，得到直流电压值Vdc。所述三角波信号的幅值大于直流电压值Vdc。比较器12通过比较直流电压值Vdc和三角波信号，来实现对其输出即PWM信号的占空比控制。

一个与门(AND)13，其一个输入端接入逆变器的使能信号Enable，另一个输入端连接比较器12的输出端。优选地，逆变器正常工作时，其输出的使能信号Enable为高电平，否则其输出的使能信号Enable为低电平。并且，逆变器的使能信号Enable先经过非门反相后再接入与门13的一个输入端，如图2所示。

晶体管驱动电路(MosFET Driver)14，其输入端连接与门13的输出端，其输出端通过一个开关电阻Rg控制开关晶体管Q1的导通或截止。开关电阻Rg一般取10～15Ω，实现开关晶体管Q7的正常开关。

图中的T+、T-分别表示直流侧电容的正端、负端。

所述开关晶体管Q1可以是双极型晶体管(即三极管)。放电电阻Rdis连接三极管Q1的集电极和直流侧电容的正极，三极管Q1的发射极与直流侧电容的负极相连。晶体管驱动电路14的输出端连接三极管Q1的基极。

所述开关晶体管Q1也可以是场效应晶体管。放电电阻Rdis连接场效应晶体管Q1的集电极和直流侧电容的正极，场效应晶体管Q1的发射极与直流侧电容的负极相连。晶体管驱动电路14的输出端连接场效应晶体管Q1的栅极。

所述晶体管驱动电路14的输出与输入相同，即输入端为低电平则输出端也为低电平，输入端为高电平则输出端也为高电平。其主要起着功率放大的作用。

由于比较器12的一个输入端连接到第二支路的任两个电阻之间，那么第二支路的多个串联电阻便组成了一个分压电路。其中，位于比较器12的该输入端与直流侧电容的正极之间的一个或多个电阻的串联阻值优选大于500kΩ，以实现高低压绝缘功能。

本发明逆变器输入端的被动放电电路的工作原理描述如下：

在逆变器正常工作时，逆变器给出的使能信号Enable为高电平。与门13的输出端为低电平，晶体管驱动电路14的输入信号IN和输出信号OUT均为低电平，开关晶体管Q7常闭，放电电路不工作也不产生损耗。

在逆变器待机或断电时，逆变器给出的使能信号Enable为低电平。比较器12的一个输入端从第二支路上得到直流电压值Vdc，比较器12将该直流电压值Vdc与三角波发生器11产生的三角波信号比较得到一个PWM(脉宽调制)信号，与门13的输入端即为该PWM信号，晶体管驱动电路14的输入信号IN和输出信号OUT均为该PWM信号，开关晶体管Q7在该PWM信号的控制下间歇性的导通和截止。当开关晶体管Q1导通时，实现被动放电。

在本发明逆变器输入端的被动放电电路中，三角波发生器11、比较器12、与门13、晶体管驱动电路14需要使用到供电电源。要保证当低压电源12V断电时，被动放电电路依然可以正常工作，因此本发明中还可选地包含一个供电电路，如图3所示。该供电电路从直流侧电容的正极中取电，使用稳压器(Regulator)产生12V供电电源VDD12。在逆变器正常工作时，本发明的被动放电电路不工作，其损耗约等于零，因此该供电电路损耗也约等于零。

请参阅图3，所述三端稳压器15的阴极(CATHODE)输出12V供电电源VDD12，并通过一个或多个串联电阻连接直流侧电容的正极。图3示意性表示出其阴极通过串联的电阻R7～R11连接直流侧电容的正极。其阳极(ANODE)接地。其参考端(REF)一方面通过电阻R12连接其阴极，另一方面通过电阻R13连接其阳极。

优选地，该三端稳压器15的阴极与直流侧电容的正极之间的一个或多个电阻的串联阻值大于500K欧姆，以实现高低压绝缘功能。并且该三端稳压器15的阴极和参考端之间的电阻R12的阻值为阳极和参考端之间的电阻R13的阻值的四倍，保证其输出12V电源。

本发明采用脉冲信号控制开关晶体管，可以实现在逆变器正常工作时，被动放电电路不工作，从而提高了系统效率。

本发明通过控制脉冲信号的占空比实现可调节地放电，可以针对不通的直流侧电容电压实现不通速度的被动放电，充分利用安规标准中规定的120秒时间，降低放电电阻发热，增加寿命。

本发明可以提高被动放电能力，作为主动放电电路的补充。在同时具有主动放电电路的逆变器中，本发明所述的被动放电电路可以帮助直流-直流转换器完成在较低的直流侧电容电压下的主动放电需求。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种逆变器输入端的被动放电电路，其特征是，包括：

2.根据权利要求1所述的逆变器输入端的被动放电电路，其特征是，所述被动放电电路还包括一个供电电路，该供电电路包括一个三端稳压器，其三个端口为阴极、阳极和参考端；其阴极输出12V供电电源，并通过一个或多个串联电阻连接直流侧电容的正极；其阳极接地；其参考端通过一个电阻连接其阴极，又通过另一个电阻连接其阳极。

3.根据权利要求1所述的逆变器输入端的被动放电电路，其特征是，所述放电电阻的阻值为10～50kΩ。

4.根据权利要求1所述的逆变器输入端的被动放电电路，其特征是，所述比较器的一个输入端得到三角波信号，另一个输入端得到直流电压值Vdc，且三角波信号的幅值大于直流电压值Vdc；比较器输出一个脉冲调制信号。

5.根据权利要求1所述的逆变器输入端的被动放电电路，其特征是，逆变器正常工作时，其输出的使能信号为高电平，否则其输出的使能信号为低电平；且逆变器的使能信号先经过非门后再接入与门的一个输入端。

6.根据权利要求1所述的逆变器输入端的被动放电电路，其特征是，所述开关晶体管是双极型晶体管即三极管；放电电阻连接三极管的集电极和直流侧电容的正极，三极管的发射极与直流侧电容的负极相连；晶体管驱动电路的输出端连接三极管的基极。

7.根据权利要求1所述的逆变器输入端的被动放电电路，其特征是，所述开关晶体管是场效应晶体管；放电电阻连接场效应晶体管的集电极和直流侧电容的正极，场效应晶体管的发射极与直流侧电容的负极相连；晶体管驱动电路的输出端连接场效应晶体管的栅极。

8.根据权利要求1所述的逆变器输入端的被动放电电路，其特征是，所述晶体管驱动电路的输出与输入相同。

9.根据权利要求1所述的逆变器输入端的被动放电电路，其特征是，比较器的一个输入端与第二支路的连接处与直流侧电容的正极之间的一个或多个电阻的串联阻值大于500kΩ。

10.根据权利要求1所述的逆变器输入端的被动放电电路，其特征是，所述三端稳压器的阴极与直流侧电容的正极之间的一个或多个电阻的串联阻值大于500kΩ；且该三端稳压器的阴极和参考端之间的电阻的阻值为阳极和参考端之间的电阻的阻值的四倍。