CN106300942B - 用于使逆变器的高电压电路放电的组件及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于使逆变器的高电压电路放电的组件及方法。从组件方面出发，可通过配置逻辑单元解决上述目的，逻辑单元包括：多个第一输入部，与电压传感器及电流传感器相连接；以及输出部，用于输出放电控制信号，并与用于触发多个断路器的单元的输入部相连接，并且用于触发多个断路器的单元具有用于输出驱动信号的输出部，输出部与半桥电路的一个或多个断路器相连接。本发明借助逻辑单元自动检测逆变器与连接在该逆变器的电源供给线之间的连接中断情况，若检测到连接中断，则生成放电控制信号，借助如上所述的放电控制信号，打开半桥电路的多个断路器，使上述高电压电路放电。

Description

用于使逆变器的高电压电路放电的组件及方法

技术领域

本发明涉及用于使高电压电路放电的单元以间接连接的方式配置于逆变器的输入部的用于使具有中间电路电容器的逆变器的高电压电路放电的组件。

并且，本发明涉及在上述逆变器的输入部与连接在上述输入部的电源供给线之间的连接中断的情况下使中间电路电容器放电的用于使具有中间电路电容器的逆变器的高电压电路放电的方法。

背景技术

例如，标记为变频器(inverter)的逆变器在高电压状态下使用蓄积在内部的高中间电路能量驱动设备，尤其，以车辆为例，以超过60V的车辆电压(vehicle voltage)驱动电动机(electric motor)。如上所述的方式的使用例例如有用电驱动制冷剂压缩机用逆变器。

尤其，在车辆的逆变器进行工作时，因马达等的负荷(load)和/或蓄积在中间电路的能量，可导致逆变器处于危险的工作状态。如上所述的情况在以电压超过60V的所谓的高电压(HV-)使用范围内的电压工作的逆变器中尤为危险。一般情况下，以超过25V的交流电压或超过60V的直流电压进行工作的电系统被标记为高电压系统。本发明涉及如上所述的以超过25V的交流电压或超过60V的直流电压进行工作的具有中间电路或高电压电路的高电压系统。

若逆变器的插头或连接器分离，则无法适时或安全地减弱蓄积在如上所述的逆变器的电能，所以充分存在使人受伤和/或损坏机器的可能性。

通常，根据现有的技术，蓄积在变频器的能量可借助被动放电电阻(passivedischarge resistor)减弱。

在如上所述的类型的纯被动放电电路中，电流通过用于使逆变器的高电压电路放电的电阻器流向接地电位(earth potential)方向，通过这种方式借助减弱能量或电压来实现放电。

当逆变器正常工作时，借助如上所述的放电电阻将始终有规定的能量被分解为不必要的电力损失。如上所述的电力损失，除了造成能量浪费之外，还造成需要额外对逆变器进行冷却的必要性。

在被动解决方法中，又一个弊端在于放电时间，即，在逆变器中，无法主动控制直到中间电路电压减少到稳定的电平为止所需的时间。因此，当逆变器进行工作时，需承受不必要的很长的放电时间或大量的电力损失。

出于如上所述的原因，尤其在需要较短的放电时间的情况下，因纯被动放电电路造成大量的电力损失，所以纯被动放电电路并不可取。

公知的方法还有通过所谓主动放电电路减少电能的解决方法。如上所述的主动放电电路需要相应的触发器(triggering)，因此，额外需要如电缆、插头等部件或元件。

为了使高电压电路放电，需要提供在外部生成的信号，例如，在车辆系统中通过额外的信号或总线指令(bus command)生成的信号或用于检测插头从电源分离的所谓的联锁信号(interlocking signal)。

但是，例如，在通过车辆系统从外部触发逆变器时发生的弊端在于，在通信中断(插头分离、电缆断线等)的情况下无法再传递信号。

用于检测高电压(High voltge，HV)插头错误的联锁信号需要具有追加的联锁接触部的特殊插头结构形状，此时，上述联锁接触部支援上述联锁信号。

此外，因放电电路需按电力损失设计元件，因而需在基板上留有额外的设置空间。

发明内容

本发明的目的在于提供用于使逆变器的高电压电路放电的组件及方法，根据本发明，若逆变器的连接中断，则自动检测蓄积在上述逆变器的高能量的危险状态，尽可能迅速排除如上所述的危险，可减少电力损失以及减少与之相关的不必要的元件。

上述目的借助具有两个独立权项之一的权利要求1中的特征的组件来解决。从属权利要求2至5提出了本发明的改善例。

在上述逆变器内配置有逻辑单元(logic unit)，借助上述逻辑单元，对逆变器的高电压电路的电流及电压进行监视，并检测逆变器的错误。为此，上述逻辑单元具有相应的输入部。使用与逻辑单元相应连接的电流传感器测定电流。通过测定电压来对电压进行监视。

通过对如上所述的变数进行监视，借助逻辑单元自动检测蓄积在逆变器的高能量的危险状态，从而生成放电控制信号。逻辑单元与放电驱动器(discharge driver)相连接，上述放电驱动器与逆变器的多个断路器的控制输入部相连接，从而对逆变器的多个断路器进行控制。

在一替代性实施例中，逻辑单元与逆变器内的多个驱动器相连接，从而实现逻辑单元对多个断路器的控制。

借助具有相应的多个驱动器的逻辑单元的本发明的组件，若自动检测到危险状况，则打开(turn on)多个断路器，由此减弱蓄积在逆变器的能量。

并且，通过驱动器或放电驱动器，逻辑单元与半桥电路的多个断路器相连接。若借助如上所述的连接方式自动检测到危险状况，例如在多相逆变器，可同时打开半桥电路的多个断路器，从而可通过多个断路器对所蓄积的能量进行放电。

优选地，放电驱动器和/或逻辑单元与第一电源装置或第二电源装置相连接。通过如上所述的连接方式，可保障向逻辑单元及放电驱动器供给单元工作所需的工作电压。

除此之外，优选地，断路器使用绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolartransistor(IGTB))、晶体管(transistor)、晶体闸流管(thyristor)、三端双向交流开关(triac)或功率金属氧化物半导体场效应晶体管(power MOSFET)。

本发明的上述问题也借助具有两个独立权项之中的另外一个的权利要求6中的特征的方法来解决。从属权利要求7至9提出了本发明的改善例。

根据本发明的用于使逆变器的高电压电路放电的方法，在逆变器的半桥式高电压输入部范围持续对作为参数的电流(I)及电压(U)进行监视，从而实现本发明的用于使逆变器的高电压电路放电的方法的第一步骤，即，自动检测蓄积在逆变器的高能量的危险状况。

例如，在检测到因逆变器的输入部和高压电源(high voltage source)的连接分离而导致的危险状况后，在后续的本发明的用于使逆变器的高电压电路放电的方法的第二步骤中生成放电控制信号。

然后，在本发明的用于使逆变器的高电压电路放电的方法的第三步骤中，以所蓄积的能量被减弱的方式控制逆变器的半桥式断路器。为此，在借助放电控制信号使上述多个断路器同时被触发后，以如上所述的方式同时打开多个断路器。

尤其，优选地，在上述本发明的方法实施例中，为了减弱所蓄积的能量，借助放电控制信号，同时打开半桥电路内的多个断路器。

优选地，放电控制信号形成为时间上连续的多个转换脉冲(switching pulse)形态。所蓄积的能量因同时打开多个断路器而被减弱，如上所述的方式与高电压输入部或中间电路的短路相对应。

在如上所述的情况下，为了防止电流过大，借助转换脉冲触发多个断路器，在规定时间内保持打开状态，而在之后的时间再次断开(blocking)上述断路器。在如上所述的转换脉冲中，通过多个转换脉冲有序的结合，进行反复打开及断开多个断路器的过程。通过如上所述的方式，减弱能量，在前述的公差内施加各元件的负荷。

在一替代性实施例中，逻辑单元生成放电控制信号，为了在生成上述放电控制信号的同时开始减弱蓄积的能源，上述逻辑单元具有额外的外部生成控制信号用输入部。替代性地，还可提供联锁信号用输入部。

在以相关附图作为参考来引用的实施例的后续说明中提出本发明的其他详细事项、特征及优点。

根据本发明，在与逆变器的连接被中断的情况下，自动检测蓄积在上述逆变器的高能量的危险状态，尽可能迅速排除如上所述的危险，可减少电力损失以及减少与之相关的不必要的元件。

附图说明

图1为基于现有技术的例示性的逆变器用电路装置。

图2为本发明的具有放电电路的逆变器用电路装置。

附图标记的说明

1：变频器、逆变器

2：断路器

3：半桥电路

4：逆变器的输出部

5：逆变器的输入部、第一电源装置

6：基准电位/接地

7：中间电路电容器

8：驱动器

9：逻辑驱动器

10：第二电源装置

11：放电电阻器

12：电流传感器、分流器

13：逻辑单元

14：第一输入部(测定电流)

15：第二输入部(测定电压)

16：放电驱动器

17：半桥电路的高电压输入部/节点

18：放电控制信号

具体实施方式

图1示出基于现有技术的例示性的逆变器1。上述逆变器1包括标记为T1及T2的两个断路器2。在上述断路器2之间配置有逆变器1的输出部4。

附图标记为T1的断路器2与输入第一工作电压的输入部5相连接。附图标记为T2的断路器2与基准电位6相连接，例如，附图标记为T2的上述断路器2与接地电位相连接。

为了借助由驱动器8所生成的控制信号来进行控制，上述断路器2与上述驱动器8相连接。借助上述控制信号，打开断路器2或使断路器处于打开状态(on-state)，由此向逆变器1的输入部5的第一电源装置导通电压，或向逆变器1的输出部4导通基准电位6。通过适当地形成控制信号，从而还可使输出部4中的电压曲线(voltage curve)达到所需的程度。

为此，借助逻辑驱动器9触发驱动器8。为了向上述驱动器8供给电压，上述驱动器8与第二电源装置10相连接。替代性地，可通过输入部5的第一电源装置保障对驱动器8的电压供给。

图1的逆变器1也表示中间电路电容器7，此中间电路电容器的第一接触端子与半桥电路3的所谓高电压输入部17相连接，上述中间电路电容器的第二接触端子与基准电位/接地6相连接。

图1还示出作为放电电阻11及电流传感器12的所谓分流器(shunt resistor)。例如，通过上述分流器可检测到由逆变器1接收而流向负荷的电流。在逆变器1的输入部5与连接在高压电源的电源供给线互相分离的情况下，为了使上述逆变器1的中间电路电容器7放电而使用上述放电电阻11。需通过如上所述的方式保障减弱蓄积在中间电路电容器7的能量，或者保障减弱蓄积在例如马达等的进行驱动工作的负荷的能量。

在基于现有技术的逆变器1的上述实施例中，发生已描述的弊端，即因放电电阻11而导致发生很长的放电时间或大量的电力损失。

图2示出了已在图1中示出的逆变器1，上述逆变器1包括：两个断路器2，位于半桥电路3内；驱动器8，具有逻辑驱动器9，上述驱动器8分配于每一个断路器2；以及输入部5的第一电源装置及例示性的第二电源装置10。上述逆变器1也同样包括电流传感器12及中间电路电容器7。

在图2中未图示的负荷与逆变器1的输出部4相连接。例如，上述负荷可以为汽车的制冷剂压缩机用马达。

进而，图2示出隶属于本发明的另一主动放电电路的元件。作为用于检测半桥电路3的输入电流的电流传感器12，上述放电电路包括已公知的分流器。

除此之外，还配置有逻辑单元13。上述逻辑单元13具有用于检测电流的多个第一输入部14及用于测定电压的第二输入部15。例如，上述多个第一输入部14与每一个上述电流传感器12的接触端子相连接。例如，第二输入部15与中间电路电容器7的节点17(node)相连接。

逻辑单元13具有用于输出放电控制信号18的输出部，上述输出部与后置的放电驱动器16的控制输入部相连接。例如，为了供给必要的工作电压，上述放电驱动器16与第二电源装置10相连接。代替性地，上述放电驱动器16还可与输入部5的第一电源装置相连接。

放电驱动器16具有两个输出部，两个输出部与断路器2的每一个控制输入部相连接。

当用于形成所连接的负荷用输出部4的输出电压的逆变器1正常工作时，可通过基于逻辑驱动器9的驱动器端8及个别驱动器8控制断路器2。

若逆变器的输入部5与连接在输入部的电源供给线的线连接中断，则借助逻辑单元13检测如上所述的中断。为此，上述逻辑单元13利用输入部14监视电流(I)，利用输入部15监视高电压电力输入部的电压(U)。若逻辑单元13检测到逆变器1中存在超过规定临界值(高电压)的电压(U)，但通过半桥电路3的高电压电力输入部完全未接收到电流(I)的工作状态，则如上所述的工作状态被检测为错误，其理由在于，在如上所述的情况下，仅利用蓄积在中间电路电容器7内部的能量向逆变器1本身供给电力。

在如上所述的情况下，在逻辑单元13的输出部提供放电控制信号18，从而控制逆变器的放电。

为了提供如上所述的放电控制信号18，同样还可使用在外部生成的信号。

在另一替代例中，为了实现高电压电源连接，使用联锁信号。

所提供的放电控制信号18触发放电驱动器16。

在产生错误的情况下，通过上述放电驱动器16使半桥电路3的两个断路器2在规定时间内短时间打开或处于打开状态。以如上所述的方式减弱逆变器1内的高电压。

例如，在逆变器1提供比输出电压更多或比输出相位多的电压的实施例中，为了使断路器2处于打开状态，放电驱动器16可触发多个断路器2。

优选地，由逻辑单元13提供的放电控制信号18具有多个矩形波脉冲，个别断路器2借助如上所述的脉冲打开。在此情况下，所选择的脉冲持续时间达到可在两个断路器2被打开的情况下防止电流过大和/或防止发热的程度。

放电驱动器16可借助简单的晶体管端形成。在直流电压耦合中，例如，可通过放电驱动器16的晶体管端的容量性耦合来提供断路器2。因此，可在硬件侧追加防止因持续的打开(switch on)状态及因如上所述的持续的打开状态而导致的半桥电路3的断路器2的过负荷。

利用作为代替技术方案来提供的放电控制信号18，相应地触发正常工作时启动的驱动器8，通过如上所述的对驱动器的触发，可触发断路器2。

在一特殊实施例中，为了触发断路器2，可通过额外的开关模式调整器来实现逻辑单元13及放电驱动器16用电压的供给，上述开关模式调整器从所要放电的高电压接受电力供给。

举例本发明的优点为如下，无需生成额外的外部信号或联锁信号，可借助内部逻辑单元13独立检测与逆转变化装置1的电源分离关联的错误。在此情况下，以与负荷的连接是否故意被分离或是否存在线路缺陷无关的方式执行对错误的检测。

另一优点为使用已有的用于减弱电压的半桥电路3的断路器2。因此，额外的电路复杂性仅限于略需设置空间以及价格不贵的几个元件。

与纯被动式解决方法相比，当逆变器1正常工作时，不发生额外的电力损失。因此可减少逆变器1所需的制冷输出，提高上述逆变器1的效率。

并且，与被动放电情况相比，通过本发明的主动放电，可更迅速减弱处于危险状态的高电压。

除此之外，根据本发明，可借助逻辑按所需的方式控制变频器的放电动作(discharge Behavior)。

Claims (5)

1.一种用于使逆变器的高电压电路放电的组件，用于使具有中间电路电容器(7)的逆变器(1)的高电压电路放电，上述用于使逆变器的高电压电路放电的组件的特征在于，

用于使上述高电压电路放电的单元以间接连接的方式配置于上述逆变器(1)的输入部(5)，

配置有用于自动检测上述逆变器(1)的输入部(5)与连接在上述输入部(5)的电源供给线之间的连接中断情况的逻辑单元(13)，

上述逻辑单元(13)具有与电流传感器(12)相连接的多个第一输入部(14)，上述电流传感器(12)配置于上述输入部(5)与半桥电路(3)的高电压输入部(17)之间并且配置于上述输入部(5)与上述逻辑单元(13)之间，上述电流传感器(12)检测通过上述输入部(5)由上述高电压电路接收的电流，

上述逻辑单元(13)具有用于输出放电控制信号(18)的输出部，上述输出部与用于触发多个断路器(2)的单元的输入部相连接，当未检测到上述高电压电路接收的电流并且上述逆变器(1)中存在超过规定临界值的电压时，输出上述放电控制信号(18)，

用于触发上述多个断路器(2)的单元具有用于输出驱动信号的输出端，上述输出端与上述半桥电路(3)的至少一个断路器(2)相连接。

2.根据权利要求1所述的用于使逆变器的高电压电路放电的组件，其特征在于，用于触发上述多个断路器(2)的单元与半桥电路(3)的多个断路器(2)相连接。

3.根据权利要求1或2所述的用于使逆变器的高电压电路放电的组件，其特征在于，用于触发上述多个断路器(2)的单元为放电驱动器(16)或驱动器(8)。

4.根据权利要求3所述的用于使逆变器的高电压电路放电的组件，其特征在于，上述放电驱动器(16)和/或逻辑单元(13)与第二电源装置(10)或上述输入部(5)的第一电源装置相连接。

5.根据权利要求1所述的用于使逆变器的高电压电路放电的组件，其特征在于，上述断路器(2)为绝缘栅双极型晶体管、晶体管、晶体闸流管或功率金属氧化物半导体场效应晶体管。