CN102577071B - 电功率转换系统的放电控制设备 - Google Patents

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Abstract

在具有能够将充在电容器中的电压放电至不超过预定电压的电压的放电控制设备的电功率转换系统中，线性调节器降低电容器的电压并将降低的电压输出到在U相的下臂处的驱动单元。用于放电用途的反激式转换器输入线性调节器的输出并将电功率输出到在U相的上臂处的驱动单元。当检测到本身的车辆与障碍物相撞时，放电控制设备通过关断光电耦合器以及导通线性调节器来开始执行电容器的放电控制。

Description

电功率转换系统的放电控制设备
技术领域
本发明涉及能够将电源的电功率转换成预定电功率的电功率转换系统的放电控制设备，并且所述放电控制设备将充在所述电功率转换系统的电容器中的电压放电至不超过规定电压的期望电压。
背景技术
电功率转换系统已使用在机动车辆、房屋、工厂等中。这样的电功率转换系统将电源的电功率转换成预定电功率，例如，将直流电功率转换成交流电功率。
这种类型的电功率转换系统包括电功率转换电路、电容器以及电气开关装置。电功率转换电路具有串联单元，串联单元包括串联连接的处于高电位的开关元件和处于低电位的开关元件。电功率转换电路将直流电源的电功率转换成预定电功率，例如，将直流功率转换成交流功率。电容器安置在电功率转换电路与直流(DC)电源之间。电气开关装置断开和闭合在电功率转换电路、电容器以及直流电源之间的电气连接。当电气开关装置断开时，电功率转换系统的放电控制设备控制处于高电位的开关元件以及处于低电位的开关元件以将充在电容器中的电压放电至不超过预定电压的电压。
例如，因为连接到作为车辆主引擎的电动发电机的逆变器(作为电功率转换电路)等接收非常高的电压，所以逆变器等被安置在车上高电压系统中。这样的车上高电压系统与车上低电压系统电绝缘。所述车上低电压系统总体上包括车上控制设备等。用于向逆变器中的每个开关元件的驱动电路供给电功率的电源包括绝缘型转换器。绝缘型转换器的输入端子电连接到安置在所述车上低电压系统中的电池。
此外，这样的电容器通常连接到逆变器的输入端子以平滑在逆变器的一对输入端子之间的电压。当逆变器停止时需要将电容器放电。
例如，如下面的专利文献1所公开的，已提出了一种用于通过同时导通处于高电位的开关元件和处于低电位的开关元件而造成电容器的两个电极之间的短路从而对充在电容器内的电功率进行放电的技术。所述电容器连接到逆变器的一对输入端子。
现有技术文献
专利文献1：日本公开特许公报No.JP 2009-232620
发明内容
本发明要解决的问题
然而，当机动车辆与障碍物碰撞时，机动车辆进入异常状况。当碰撞引起低电压系统和高电压系统之间断开时，没有电功率供给到驱动电路，存在放电控制设备不执行上述放电控制的可能性。
本发明意在解决上述问题。本发明的目的是提供一种用于电功率转换系统的、即使在安装了电功率转换系统的设备(例如，机动车辆)出现异常或故障的情况下也能够正确及高效地执行将电容器的电功率放电的放电控制的放电控制设备。电功率转换系统具有电压转换电路和电容器。电压转换电路具有串联单元，在串联单元中，在高电位的开关元件与在低电位的开关元件串联连接。电压转换电路将直流电源的电功率转换成预定电功率，例如将直流功率转换成交流功率。电容器安置在电压转换电路的输入端子与直流电源之间。
用于解决上述问题的装置
下文中，将给出本发明的解决上述问题的装置、操作方式和效果的描述。
在权利要求1中描述的本发明提供了一种应用于电功率转换系统的放电控制设备。电功率转换系统包括电功率转换电路、电容器以及电气开关装置。电功率转换电路配备有串联单元。串联单元包括串联连接的在高电压侧的开关元件和在低电压侧的开关元件。电功率转换电路将直流电源的直流功率转换成预定电功率。电容器安置在电功率转换电路的输入端子与直流电源之间，电气开关装置断开及闭合在电功率转换电路、电容器和直流电源之间的电气连接。放电控制设备包括放电控制装置、第一电源以及第二电源。放电控制装置通过在电气开关装置关断时操作在高电压侧的开关元件和在低电压侧的开关元件将电容器的充电电压调节至不超过预定电压的电压。第一电源通过降低电容器的电压来产生要提供给用于控制由放电控制装置所控制的在高电压侧的开关元件和在低电压侧的开关元件中的一个开关元件的驱动电路的供电电压。第二电源接收第一电源的电功率并产生要提供给用于控制由放电控制装置所控制的在高电压侧的开关元件和在低电压侧的开关元件中的另一个开关元件的驱动电路的供电电压。
因为电容器的电功率被供给到由放电控制装置所控制的高电压侧的开关元件的驱动电路和低电压侧的开关元件的驱动电路，所以当然可以在即使安装了所述电功率转换系统的构件发生异常状况的情况下向驱动电路供给电功率。另外，因为第二电源接收第一电源的电功率并产生供电电压，所以可以降低第二电源所需要的耐受功能。
在权利要求2中描述的放电控制设备具有第二电源包括绝缘型转换器的特征。
由于高电压侧的开关元件的驱动电路和低电压侧的开关元件的驱动电路之间的电位差，所以需要在第一电源的电功率被供给到第二电源时在具有大的电位差的区域中传输电功率。从此观点看，因为放电控制设备使用绝缘转换器，所以可以在高电压侧的开关元件的驱动电路与低电压侧的开关元件的驱动电路电绝缘的情况下传输电功率。这提供了不使用任何能够耐高压的元件来形成第二电源的效果。
在权利要求3中描述的用于电功率转换系统的放电控制设备具有如下特征。在权利要求2所描述的结构中，电功率转换系统是与车上低电压系统绝缘的车上高电压系统。用于控制在高电压侧的开关元件的驱动电路和用于控制在低电压侧的开关元件的驱动电路被布置成在电路基底上彼此相邻。形成绝缘型转换器的变压器被布置在用于控制在高电压侧的开关元件的驱动电路与用于控制在低电压侧的开关元件的驱动电路之间。
在权利要求4中描述的用于电功率转换系统的放电控制设备具有如下特征。在权利要求1至3中任一项描述的结构中，第一电源包括线性调节器并产生要供给到用于控制在低电压侧的开关元件的驱动电路的电压。
在权利要求5中描述的用于电功率转换系统的放电控制设备具有如下特征。在权利要求4描述的结构中，线性调节器被布置在电容器与电功率转换电路之间并包括串联连接的多个开关元件。
放电控制设备的上述结构使得可以降低形成线性调节器的开关元件中的每个开关元件的输入端子与输出端子之间的连接节点所要求的耐压。
在权利要求6中描述的用于电功率转换系统的放电控制设备具有如下特征。在权利要求5描述的结构中，电功率转换电路是与旋转电机相连的直流到交流转换电路。在直流到交流转换电路与直流电源之间安置有升压转换器。电容器连接到升压转换器的输出端子。
通常，电容器的电压容易增加并且形成第一电源的开关元件的耐压也容易增加。本发明在权利要求5中描述的结构可以解决上述缺点。
在权利要求7中描述的用于电功率转换系统的放电控制设备具有如下特征。在权利要求1至6中任一项描述的结构中，电功率转换电路是与旋转电机相连的直流到交流转换电路。
在权利要求8中描述的用于电功率转换系统的放电控制设备具有如下特征。在权利要求1至7中任一项描述的结构中，放电控制装置导通在高电压侧的开关元件和在低电压侧的开关元件以造成电容器的两个电极的短路，并执行将充在电容器中的电压降低至不超过预定电压的电压的放电控制。
在权利要求7描述的用于电功率转换系统的放电控制设备具有如下特征。在权利要求1至8中任一项描述的结构中，放电控制设备还具有检测安装了电功率转换系统的构件中是否发生紧急事件的检测装置。放电控制装置在检测装置指示在构件中发生紧急事件时导通在高电压侧的开关元件和在低电压侧的开关元件，以造成在电容器的两个电极之间的短路，并且执行将充在电容器中的电压降低到不超过预定电压的电压的放电控制。
附图说明
图1是示出了根据本发明的第一实施例的包括电功率转换电路(逆变器)和放电控制设备的电功率转换系统的系统配置的视图；
图2是示出了在配备有根据第一实施例的放电控制设备的电功率转换系统中的驱动电路的配置的视图；
图3(A)至图3(F)是示出在紧急事件期间根据第一实施例的放电控制设备所执行的放电控制的时序图；
图4是示出在配备有根据第一实施例的放电控制设备的电功率转换系统中形成电功率转换电路的开关元件的施加的栅极电压与电流之间的关系的视图；
图5是示出其上布置有串联调节器和变压器的电路基底的布局的视图，并且所述调节器和所述变压器形成配备有根据第一实施例的放电控制设备的电功率转换系统；
图6是示出配备有根据本发明的第二实施例的放电控制设备和电功率转换电路(逆变器)的电功率转换系统的系统配置的视图；以及
图7是示出特别地作为根据本发明的第一实施例和第二实施例的电功率转换系统的改型的、形成放电控制设备的串联调节器的电功率源的布置的视图。
具体实施方式
(第一实施例)
将参照附图给出包括根据本发明的第一实施例的放电控制设备的电功率转换系统的描述。在第一实施例中，电功率转换系统应用于混合机动车辆。
图1是示出根据本发明的第一实施例的电功率转换系统的系统配置的视图。电动发电机10用作车辆主引擎。电动发电机10机械地连接到机动车辆的驱动轮。电动发电机10通过逆变器IV和并联单元连接到高电压电池12。并联单元包括继电器SMR2、电阻14和继电器SMR1。高电压电池12供给不小于例如几百伏的高电压。在逆变器IV1的逆变器IV侧的输入端子并联连接到电容器16。
逆变器IV包括彼此并联连接的三个连接单元。每个连接单元包括在高电压侧的功率开关元件Swp和在低电压侧的功率开关元件Swn。在三个连接单元中，每个连接单元中的在高电压侧的功率开关元件Swp与在低电压侧的功率开关元件Swn之间的连接节点连接至电动发电机10的相应相位端子。
续流二极管FDp的阳极和阴极分别连接在高电压侧的功率开关元件Swp的输入端子和输出端子之间(在集电极和发射极之间)。续流二极管FDn的阳极和阴极分别连接在低电压侧的功率开关元件Swn的输入端子和输出端子之间(在集电极和发射极之间)。每个功率开关元件Swp和Swn包括绝缘栅双极性晶体管(IGBT)。每个功率开关元件Swp和Swn配备有感测端子St，通过该感测端子St输出小电流。通过感测端子St提供的小电流的值表示与流动在功率开关元件Swp和Swn的输入端子和输出端子之间的电流的相关关系。
通过感测端子St输出的小电流流过分流电阻19。对应于分流电阻19的压降的电压被提供给驱动单元DU。该驱动单元DU驱动功率开关元件Sw#(#＝p或n)。在附图中省略了用于V相和W相的驱动单元DU。驱动单元DU基于分流电阻19的压降当流动在功率开关元件Sw#的输入端子与输出端子之间的电流不小于预定阈值电流Ith时强制命令相应的功率开关元件Sw#关断。
另一方面，电气控制设备30接收由低压电池20供给的电功率。控制设备30对逆变器IV进行操作以调节作为控制目标的电动发电机10的控制值。更详细地，控制设备30输入来自于各种传感器(未示出)的检测信号并基于从各种传感器传递的检测结果产生并输出操作信号gup、gvp和gwp和操作信号gun、gvn和gwn。这些操作信号gup、gvp和gwp用于控制逆变器IV的对应于U相、V相和W相的功率开关元件Swp。操作信号gun、gvn和gwn用于控制逆变器IV的对应于U相、V相和W相的功率开关元件Swn。控制设备30通过驱动单元DU来控制功率开关元件Swp和Swn的操作。驱动单元DU连接到相应的功率开关元件Swp、Swn的导电控制端子(栅极)。
另外，配备有逆变器IV的高电压系统12通过绝缘装置例如光电耦合器(附图中省略)与具有控制设备30的低电压系统电绝缘。操作信号g＊#(＊＝u、v、w，#＝p、n)通过绝缘装置输出到高电压系统侧。
驱动单元DU使用由反激式转换器(flyback converter)FBn供给的电功率。这样的反激式转换器FBn是用于将低压电池20的电功率供给到上臂和下臂的绝缘型的转换器。也就是说，当电功率开关元件34接通时，变压器32的初级线圈32a存储由低压电池20供给的电功率。此时，二极管36防止电流流过次级线圈32b。另一方面，当电功率开关元件24关断时，电流流过次级线圈32b并且普通用途的电容器38被充电。驱动单元DU使用充在普通用途的电容器38中的电功率的能量。尽管图1示出了普通用途的反激式转换器FBn只向U相中的上臂和下臂的驱动单元DU供给功率，但是普通用途的反激式转换器FBn还向V相和W相的上臂和下臂的驱动单元DU供给电功率。实际上，变压器32具有六个次级线圈。还可以是六个下臂共同使用单个次级线圈，这是因为这六个下臂具有相同的电位。在该情况下，电功率转换系统具有四个次级线圈32b，并且次级线圈32b的总数量为四。
另外，控制设备30接收从加速度检测装置(G传感器22)传递的检测信号并然后基于G传感器22的检测值来检测与障碍物(其他机动车辆等)的碰撞的发生。作为加速度检测装置的G传感器22基于施加到本身机动车辆的力来检测本身机动车辆的加速度。当检测到发生碰撞时，控制设备30执行紧急事件放电控制并强制迫使电容器16放掉存储在电容器16中的能量。在紧急事件放电控制中，机动车辆受到破坏，并且存在普通反激式转换器FBn没有正确地工作为向驱动单元DU供给功率的电源的可能性。为了避免上述紧急事件，根据本实施例的设备配备有线性调节器40和反激式转换器FBd。反激式转换器FBd用于使电容器16放电以及接收线性调节器40的输出。线性调节器40降低电容器16的电压。
线性调节器40具有串联单元，所述串联单元包括多个电阻44(示出了4个电阻44)和齐纳二极管48。串联单元与电容器16并联连接。每个电阻44并联连接到N沟道金属氧化物场效应晶体管(开关元件42)。具有最高电位的电阻44连接到在具有最高电位的开关元件42的输入端子与导电控制端子之间的连接节点。具有中间电位的开关元件42的导电控制端子通过电阻44相连。电阻46连接到在具有最低电位的开关元件46的导电连接节点与输出端子之间的连接节点。
齐纳二极管48并联连接到光电耦合器54的次级光电晶体管的输入端子与输出端子。当光电耦合器54导通时，齐纳二极管48被关断，从而开关元件42被关断。另一方面，当光电耦合器54被关断时，齐纳二极管48导通，线性调节器40的输出电压增加到齐纳二极管48的击穿电压。当线性调节器40的输出电流超过零时，在电阻46中流动有电流。电阻46的压降使具有最低电位的开关元件42导通。此时，具有中间电位的电阻44可以将除了具有最低电位的开关元件42之外的开关元件42的输入端子与导电控制端子之间的电压调节成电阻46的压降所产生的电压。所有的开关元件42因此被导通。此时，这些开关元件42工作在它们的饱和状态，在每个开关元件42的输出端子与输入端子之间的电压近似具有通过将差值电压除以开关元件42的数量所获得的电压，其中所述差值电压通过从电容器16的电压中减去齐纳二极管48的击穿电压而得到。
当从控制设备30输出的紧急事件放电指令信号dis被切换到逻辑高电平“H”时，在光电耦合器54的初级侧的光电二极管被导通。紧急事件放电指令信号dis一直保持逻辑高电平“H”，除非在控制设备30工作时本身的车辆与障碍物发生碰撞。这意味着即使在发生碰撞时控制设备30不能够控制光电耦合器54的情况下仍保持线性调节器40的导通状态。
另一方面，当电功率开关元件64导通时，在用于放电用途的反激式转换器FBd中的初级线圈60a被充入从线性调节器40供给的电功率的能量。此时，二极管66防止变压器60的次级线圈60b的电流输出的流动。当电功率开关元件64关断时，电流开始流过二极管66并进入用于放电用途的电容器68。在下臂中的驱动单元DU调节电功率开关元件64的每个接通关断周期的接通(ON)时间的占空比，以使得用于放电用途的反激式转换器FBd的输出电压(用于放电用途的电容器68的输出电压)变得近似等于线性调节器40的输出电压。该控制过程在线性调节器40的输出电压被提供给U相的下臂中的驱动单元DU时执行。
图2是示出了在用于U相的开关元件Sw#的驱动单元DU中的驱动电路的配置的视图。特别地，所述驱动电路能够导通/关断开关元件Sw#。
在U相的上臂和下臂的每个驱动单元中，用于普通用途的电容器38的电压通过用于充电的开关元件70和栅极电阻72施加到开关元件Sw#的导电控制端子(栅极)。此外，开关元件Sw#的栅极通过栅极电阻72和用于放电用途的开关元件74连接到开关元件Sw#的输出端子(发射极)。这完成了开关元件Sw#的栅极的放电路径。驱动控制单元76基于操作信号gu#导通及关断用于充电用途的开关元件70和用于放电用途的开关元件74。开关元件Sw#通过用于普通用途的驱动控制单元76进行导通及关断。
在U相中的驱动单元配备有在紧急事件放电指令信号dis变为逻辑低值、并且线性调节器40由此被导通以及用于放电用途的电容器68被充电时可以导通及关断开关元件Sw#的特殊电路。
在U相的下臂处的驱动单元DU中，线性调节器40的输出电压(二极管52的输出电压)通过用于充电用途的开关元件82和栅极72供给到开关元件Swn的栅极72。开关元件Swn的栅极通过栅极电阻72和用于放电用途的开关元件82连接到开关元件Swn的发射极。当接收到线性调节器40的输出电压时，紧急事件驱动控制单元86导通用于充电用途的开关元件82和用于放电用途的开关元件84。
另一方面，由通过低电压侧的开关元件Swn的感测端子St输出的小电流所引起的分流电阻19的压降通过峰值保持电路90被提供给比较器92的非反相输入端子。振荡器94的输出信号(载波信号)被提供给比较器92的反相输入端子。振荡器94产生预定频率的信号。当分流电阻19的压降值大于振荡器94的输出信号(载波信号)时，比较器92向光电耦合器100输出逻辑高H值。
另一方面，除了开关元件82、用于放电用途的开关元件84以及紧急事件驱动控制单元86之外，U相的上臂中的驱动单元DU在用于充电用途的电容器82与用于放电用途的电容器68之间配备有调节器88。调节器88降低用于放电用途的电容器68的电压VH。另一方面，比较器92的输出信号被作为抑制热产生操作信号Mh输出到在光电耦合器100的初级侧的光电二极管。在光电耦合器100的次级侧的输出端子连接到开关元件Swp的发射极。光电耦合器100的输入端子通过电阻连接到用于放电用途的电容器68。光电耦合器100的输出端子输入到上臂中的紧急事件驱动控制单元56。这使得可以在光电耦合器100被关断时导通在高电压侧的开关元件Swp。
在高电压侧的开关元件Swp附近安置有温度敏感二极管SD。温度敏感二极管SD检测在高电压侧的开关元件Swp的温度。更详细地，温度敏感二极管SD的阴极连接到开关元件Swp的发射极，温度敏感二极管SD的阳极连接到恒流电路104的输出端子。用于放电用途的电容器68向恒流电路104供给电功率。在温度敏感二极管SD的阳极处的电压被提供给电压比较电路106。电压比较器106的输出信号被提供给调节器88。调节器88基于温度敏感二极管SD检测到的温度来调节输出电压VL(＜VH)。温度敏感二极管SD的输出电压与检测目标的检测温度之间具有负关系。
图3(A)至图3(F)是示出基于紧急事件放电指令信号dis的放电控制的时序图。更详细地，图3(A)是示出紧急事件放电指令信号dis的跳变的视图。图3(B)是示出峰值保持电路90的输出信号(由点划线表示)的跳变和作为振荡器94的输出的载波信号的视图。图3(C)是示出在U相的高电压侧的开关元件Swp的跳变的视图。图3(D)是示出在低电压侧的开关元件Swn的跳变的视图。在本实施例中，在保持U相的低电压侧的开关元件Swn的导通状态的同时周期性地导通和关断在高电压侧的开关元件Swp。这使得可以具有高电压侧的开关元件Swp和低电压侧的开关元件Swn同时导通的时间段。在该时间段期间，当通过开关元件Swp和Swn造成电容器16的电极之间短路时，电容器16被放电。
因为驱动单元DU具有先前描述的示于图2中的配置，供给到高电压侧的开关元件Swp的栅极的电压低于施加到低电压侧的开关元件Swn的栅极的电压，如图3(E)和图3(F)所示。图3(E)是示出了高电压侧的开关元件Swp的栅极-发射极电压Vge的跳变的视图。图3(F)是示出了低电压侧的开关元件Swn的栅极-发射极电压Vge的跳变的视图。
根据每个驱动单元DU的配置，在高电压侧的开关元件Swp被驱动到它的不饱和区，在低电压侧的开关元件Swn被驱动到它的饱和区。如图4所示，开关元件Sw#的饱和区表示在开关元件的输入端子和输出端子之间的电压Vce(在集电极与发射极之间的电压Vce)根据输出电流(集电极电流Ic)而增加的区域。另一方面，开关元件Sw#的不饱和区是开关元件的输入端子和输出端子(集电极和发射极)之间的电压被增加但集电极电流不增加的区域。施加到开关元件Sw#的栅极的电压(在栅极与发射极之间的电压Vge)增加得越多，在不饱和区中的集电极电流Ic也就增加得越多。
当进行控制成使得施加到高电压侧的开关元件Swp的栅极的电压变得低于施加到低电压侧的开关元件Swn的栅极的电压时，在高电压侧的开关元件Swp可以在它的不饱和区期间具有小于流动在低电压侧的开关元件Swn中的电流的电流。这使得可以执行放电控制，以通过在不饱和区期间流过高电压侧的开关元件Swp的电流来限制流过高电压侧的开关元件Swp和低电压侧的开关元件Swn的电流。优选的是，控制流过高电压侧的处于不饱和区的开关元件Swp的电流，使得它小于由驱动单元DU确定的阈值电流值Ith。
特别地，温度敏感二极管SD检测在高电压侧的开关元件Swp的温度以作为控制值，检测值的反馈控制被执行以避免检测到的温度值获得超额的温度。反馈控制值是在高电压侧的开关元件的温度的原因在于当控制设备30执行放电控制时大量的热能由被驱动在不饱和区的高电压侧的开关元件Swp产生。如先前在图2中所描述的，本实施例使用施加到开关元件Swp的栅极的电压作为温度反馈控制的操作值。如图3(E)所示，当温度敏感二极管SD的输出电压降低时(当由温度敏感二极管SD检测的温度增加时)，控制设备降低施加到开关元件Swp的栅极的电压。因为这可以降低流在高电压侧的处于不饱和区的开关元件Swp中的电流，所以可以降低放电电流。
另外，如图3(A)至图3(F)所示，因为控制设备30执行如下放电控制：在所述放电控制中，峰值保持电路90的输出信号增加得越多(放电电流增加得越多)，在高电压侧的电功率开关元件64的每个导通关断周期的导通周期的占空比就增加得越多，所以这使得可以避免开关元件中产生的热能每次(载波信号的一个周期)过度增加。
根据本实施例，可以在即使用于普通用途的反激式转换器FBn不能够供应电功率的情况下正确地执行紧急事件放电控制。特别地，当线性调节器40向在下臂的驱动单元DU供给电功率时，可以降低在形成线性调节器40的每个开关元件42的输入端子和输出端子之间的必要电压电阻。更进一步地，因为用于放电用途的反激式转换器FBd用作上臂中的开关元件的电源，所以可以尽可能大地降低电源的电路尺寸。
图5是示出电路基底的布局的视图，在该电路基底上，调节器40和变压器60布置在根据本实施例的放电控制设备中。在该视图中，其上布置有多个开关元件Swp和Swn的功率卡PC布置在电路基底的下方的底面上。
先前描述的本实施例具有下面的效果。
(1)用于放电控制用途的电源包括线性调节器40和用于放电用途的反激式转换器FBd。线性调节器40降低电容器16的电压。放电控制设备的这种配置可以在即使本身的车辆与障碍物例如另一机动车辆发生碰撞的情况下仍以高准确度向驱动单元DU供给必要的电功率。另外，因为用于放电的反激式转换器FBd输入线性调节器40的输出，所以可以降低用于放电用途的反激式转换器FBd的电压电阻。
(2)线性调节器40安置在电容器16的正电极与逆变器IV的输入端子之间。开关元件42串联连接。这使得可以降低在每个开关元件42的输入端子和输出端子之间所需的电压电阻值。
(第二实施例)
将参照附图通过解释第一实施例和第二实施例之间的差异来给出对本发明的第二实施例的描述。
图6是示出根据本发明的第二实施例的电功率转换系统中的放电控制设备的系统配置的视图。在图6中，第一实施例和第二实施例之间的相同部件将以相同的附图标记或符号表示。
如图中所示，在根据第二实施例的放电控制设备中，升压转换器CV安置在逆变器IV与高电压电池12之间。也就是说，电容器122连接到逆变器IV的输入端子。串联单元与电容器122以及开关元件Swp和Swn并联连接。串联单元包括在高电压侧的开关元件和在低电压侧的开关元件。在高电压侧的开关元件Swp与低电压侧的开关元件Swn之间的连接节点通过电抗器120连接到电容器16。另外，高电压侧的开关元件Swp的输入端子连接到续流二极管FDp的阴极，低电压侧的开关元件Swn的输出端子连接到续流二极管FDp的阳极。更进一步地，低电压侧的开关元件Swn的输入端子连接到续流二极管FDn的阴极，低电压侧的开关元件Swn的输出端子连接到续流二极管FDn的阳极。
在以上配置中，电容器122的电压提供给线性调节器40。电容器122的电压不小于高电压电池12的电压。由此需要线性调节器40中的每个开关元件42具有高电压电阻。然而，因为线性调节器40包括串联连接的多个开关元件，所以可以降低每个开关元件42固有的电阻(或电压电阻)。
可以考虑将线性调节器40的输入电压提供给电容器16，以对电容器16充电。然而，该配置不能使电容器122放电，这是因为当本身的机动车辆与障碍物碰撞且在电容器16的两个电极之间出现短路时，线性调节器40的输出电压变为零。
(其他修改)
根据第一实施例和第二实施例的放电控制设备可以具有以下修改。
(关于线性调节器)
本发明不限于先前描述的图1中示出的线性调节器40的配置。例如，线性调节器40可以具有多个双极性晶体管作为开关元件42。此外，优选的是具有除了4个之外的、串联连接的、不小于复数个开关元件42。
(关于第一电源)
本发明不限制于作为第一电源的线性调节器40的配置。例如，可以使用绝缘型转换器例如反激式转换器或非绝缘型转换器例如降压斩波电路。另外，可以使用第一电源作为低电压侧的开关元件的驱动电路的电源。
(第二电源)
可以使用正激式转换器(forward converter)例如代替用于放电用途的反激式转换器作为第二电源。另外，可以使用使线性调节器40的输出端子的电位发生位移的电平位移器代替绝缘型转换器。还可以其正向方向为从线性调节器40的正电极朝向上臂中用于放电用途的电容器68的二极管。
(紧急事件放电控制装置)
不需要执行温度反馈控制和热能反馈控制。
为了通过导通在高电压侧的开关元件Swp和在低电压侧的开关元件Swn两者来执行放电控制，可接受的是使用例如升压转换器CV的开关元件Swp和Swn来代替逆变器IV的开关元件Swp和Swn。
本发明的构思不限制于通过导通在高电压侧的开关元件Swp和在低电压侧的开关元件Swn来执行放电控制的过程。例如，可以使用能够向电动发电机10提供无功电流的电路。
另外，本发明的构思不限于在发生紧急事件时关断光电耦合器54以执行放电控制的过程。例如，可接受的是当满足如下两个状况时执行关断光电耦合器54的过程：一个状况是光电耦合器54被关断的状态，另一个状况是当提供给用于普通用途的电容器38的电功率被停止的状态。
可以通过在除了紧急事件状态之外的正常状态期间每次将继电器SMR1切换到它的关断状态时同时关断在高电压侧的开关元件Swp和在低电压侧的开关元件Swn来执行放电控制。
(驱动单元DU)
本发明不限于如下配置：U相中的每个驱动单元DU包括用于普通用途的开关元件70和74和用于紧急事件用途的开关元件82和84，其中，开关元件70用于普通用途期间的充电，开关元件74用于普通用途期间的放电，开关元件82用于紧急情况用途期间的充电，开关元件84用于紧急事件用途期间的放电。例如，放电控制设备可以具有用于向上臂中的用于充电用途的开关元件的输入端子提供需要的电压的不同单元。
可以接受的是具有当电流不小于预定的阈值电流Ith时强制关断开关元件Sw#的功能。
(基底布局)
本发明的构思不限制于先前所解释的在图5中示出的电路基底的布局。例如，可以接受的是在U相区域和V相区域之间的区域上安置变压器60。
(直流到交流的转换电路)
本发明的构思不限制于能够在作为车上主引擎的旋转电机和高电压电池12之间转换电功率的配置。在直流到交流的转换电路(逆变器IV)中，在高电压侧的开关元件和在低电压侧的开关元件在放电控制期间同时导通。例如，可以在高电压电池12与除了车上主引擎之外的空调系统中的旋转电机之间转换电功率。
可以使用H桥电路作为DC到AC转换电路来代替逆变器IV。
(关于电功率转换电路)
可以接受的是，使用先前所描述的在图6中示出的升压转换器CV来代替直流到交流转换电路作为用于紧急事件放电控制用途的电功率转换电路。还可以使用只包括升压转换器CV的电功率转换电路，以及还可以将升压转换器CV的输入端子直接连接到直流电源(次级电池)。只要放电控制设备执行电容器22的放电控制，该配置就是有效的。
(其他)
可以使用在升压转换器CV中没有高电压侧的开关元件Swp的升压转换器。实施例中公开的升压转换器CV可以工作为反激式转换器。
在图7所示的第二实施例的结构中，线性调节器40可以输入电容器16的输出。
可以使用场效应晶体管例如功率MOS场效应转换器代替IGBT来作为在高电压侧的每个开关元件Swp和在低电压侧的每个开关元件Swn。
可以将根据本发明的放电控制设备应用于除了混合动力车辆之外的电动车辆。电动车辆具有使用只充在电池中的电功率的车上主引擎。
放电控制设备可以应用于在住宅建筑和商业建筑中使用的将直流电功率转换成交流电功率的电功率转换系统中。在这种情况下，紧急事件表示例如地震的发生。
附图标记和符号的解释
10  电动发电机
12  高电压电池(直流电源的一个实施例)
16  电容器
30   控制设备
40   线性调节器
FBd  用于放电用途的反激式转换器
Swp  在高电压侧的开关元件
Swn  在低电压侧的开关元件
DU   驱动单元

Claims (9)

1.一种用于电功率转换系统的放电控制设备，
所述电功率转换系统包括电功率转换电路、电容器以及电气开关装置，所述电功率转换电路配备有串联单元，所述串联单元包括串联连接的在高电压侧的开关元件和在低电压侧的开关元件，所述电功率转换电路将直流电源的直流功率转换成预定电功率，所述电容器安置在所述电功率转换电路的输入端子与所述直流电源之间以便平滑所述电功率转换电路的输入端子之间的电压，所述电气开关装置断开及闭合在所述电功率转换电路、所述电容器以及所述直流电源之间的电气连接；
所述放电控制设备包括放电控制装置、第一电源以及第二电源，其中，所述放电控制装置通过在所述电气开关装置关断时操作所述在高电压侧的开关元件和所述在低电压侧的开关元件将所述电容器的充电电压调节到不超过预定电压的电压；
所述第一电源在所述电容器放电时接收所述电容器的电压，并且通过减小在所述电容器放电期间所述电容器的电压来生成第一供电电压，所述第一供电电压被提供给用于控制低电压侧的开关元件的第一驱动电路；以及
所述第二电源接收所述第一电源的第一供电电压并且基于所述第一供电电压生成第二供电电压，所述第二供电电压低于所述第一供电电压，所述第二供电电压被提供给用于控制高电压侧的开关元件的第二驱动电路。
2.根据权利要求1所述的用于电功率转换系统的放电控制设备，其中，所述第二电源包括绝缘型转换器。
3.根据权利要求2所述的用于电功率转换系统的放电控制设备，其中，所述电功率转换系统是与车上低电压系统绝缘的车上高电压系统，用于控制所述在高电压侧的开关元件的驱动电路和用于控制所述在低电压侧的开关元件的驱动电路被布置成在电路基底上彼此相邻；以及
形成所述绝缘型转换器的变压器被布置在用于控制所述在高电压侧的开关元件的驱动电路与用于控制所述在低电压侧的开关元件的驱动电路之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于电功率转换系统的放电控制设备，其中，所述第一电源包括线性调节器并产生要供给到用于控制所述在低电压侧的开关元件的所述驱动电路的电压。
5.根据权利要求4所述的用于电功率转换系统的放电控制设备，其中，所述线性调节器被布置在所述电容器与所述电功率转换电路之间并且包括串联连接的多个开关元件。
6.根据权利要求5所述的用于电功率转换系统的放电控制设备，其中，所述电功率转换电路是与旋转电机相连的直流到交流转换电路；
在所述直流到交流转换电路与所述直流电源之间安置有升压转换器；以及
所述电容器连接到所述升压转换器的输出端子。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的用于电功率转换系统的放电控制设备，其中，所述电功率转换电路是与旋转电机相连的直流到交流转换电路。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的用于电功率转换系统的放电控制设备，其中，所述放电控制装置导通所述在高电压侧的开关元件和所述在低电压侧的开关元件，以造成所述电容器的两个电极的短路，并执行将充在所述电容器的电压降低至不超过预定电压的电压的放电控制。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的用于电功率转换系统的放电控制设备，还包括用于检测安装了所述电功率转换系统的构件是否发生紧急事件的检测装置；
其中，所述放电控制装置在所述检测装置指示在所述构件中发生紧急事件时导通所述在高电压侧的开关元件和所述在低电压侧开关元件，以造成在所述电容器的两个电极之间的短路，并且执行将充在所述电容器中的电压降低至不超过所述预定电压的电压的放电控制。
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