CN107257204A - 输出电压直接箝位的可变电压转换器 - Google Patents

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Abstract

一种电力变换电路,包括可变电压转换器(VVC),该VVC具有用于稳定其输出电压的稳定装置。稳定装置可以是二极管形式,所述二极管将VVC输出电压箝位至VVC输入电压,因此输出电压在载荷由急促电力需求时,不会降低至低于输入电压。稳定装置也可以实现分流模式,在这种模式下,瞬态功率可以由电源提供至逆变器,而没有电流流经VVC感应器或者开关。当实施为二极管时,稳定装置可以增加电力变换电路可以传送的最大功率,提高电路的功率响应,减小控制的不稳定性并降低功率损耗。

Description

输出电压直接箝位的可变电压转换器

[0001] 本申请为分案申请,母案申请的申请号为:201110205767.4、申请日为:2011年7月 21日,发明名称为:输出电压直接箝位的可变电压转换器。

技术领域

[0002]本发明总体涉及电力变换电路,具体涉及一种具有稳定可变电压转换器的电力变 换电路。

背景技术

[0003]电动和混合动力电动车辆采用电机驱动系统,该电机驱动系统与常规内燃机 (ICE)驱动系统相比,具有较低的能量消耗和较少的污染物排放。已开发出多种混合动力电 动车辆的构造。在第一种构造中,操作者可以在电动操作和ICE操作之间进行选择。在串联 混合动力电动车辆(SHEV)构造中,发动机连接到称为发电机的电机上。该发电机向电池和 另一称为牵引电机的电动机提供电力。在SffiV中,牵引电机是车轮扭矩的唯一来源。在发动 机和驱动轮之间没有机械连接。在另一种构造中,即并联混合动力电动车辆(PHEV)中,发动 机和电机共同提供车轮扭矩以驱动车辆。另外,在PHEV构造中,电动机可以作为发电机,由 ICE产生的能量给电池充电。另一种构造,即并联/串联混合动力车辆(PSHEV)的特征是既有 SHEV 也有 PHEV。

[0004]混合动力电动车辆(HEV)的电推进由电动驱动系统完成,该电动驱动系统可以包 括许多组件,通常至少包括电力变换电路和电动机。在这种配置中,电力变换电路可以将电 力从电源可控地转移到电动机以驱动负载。一种常规的电力变换电路可以包含电源,如高 压电池,以及逆变器系统控制(ISC)电路,该逆变器系统控制电路可以包括可变电压转换器 (VVC)和逆变器电路。在一常规构造中,电源位于所谓vvc输入侧,逆变器电路设置在所谓 VVC输出侧。VVC可以将由电池提供的直流电压提升至较高电压以便驱动电动机和改善车辆 性治。当用于从输入侧到输出侧提升电压时,转换器称为升压转换器(boost converter)。 [0005]可变电压转换器(VVC)也可以用于将电压从一侧到另一侧降低。比如,VVC的电动 机/发电机侧的较高电压可以降低到较低电压以便对VVC对侧的电池充电。在混合动力车辆 领域中,通常的做法是通过再生制动为电池充电,其中车轮的机械能通过发电机、或者通过 作为发电机运行的电动机转换为电能,且通过VVC提供给电池。当用于降低或者减少电压 时,转换器称为降压转换器(buck converter) 〇VVC也可以通过一种通过式模式(passthrough mode) 操作 ,该模式下 ,瞬变 电流从 电池侧流向逆变器侧 ,电 压不升高。

[0006] —般情况下,在用于混合动力车辆的电力变换电路中,VVC的逆变器或者电动机/ 发电机侧的输出电压V0最好高于VVC的电池侧的输入电

[0007]压VI。当输出电压V0下降到低于VI时,将失去对VVC的控制,导致系统变得不稳定。 当电动机出现急促电力需求时或者在主动电动机阻尼(AMD)制动操作过程中,这种电压下 降会发生在混合动力电动车辆中。现有技术解决一些VVC操作中固有不稳定性问题的方法 包括重点集中在避免引起VVC不稳定的条件出现的方法。例如,一些方案要求将电路设计为 控制参数可以微调。但是,因为会存在电路元件特性的差异,例如,电容的变化可高达2〇%, 所以必须为各个电路定制控制参数。电路定制费时且昂贵,因此,无法用于大规模生产设施 上制造的系统。

[0008]在VVC的电源供应侧,通常有感应器,该感应器设置为储存要被传输过vvc的能量。 一般来说,现有技术的电路中,电流不管VVC是在降压、升压还是在通过模式下运行,均流过 VVC感应器和vvc开关。这种多模式电流流动需求控制了感应器规格,散热设计、能量传输的 速率,VVC功率损耗和可以由vvc传递的最大功率值。而且,功率通量极限通常随着高压电池 的电压值的降低而逐渐变差。

发明内容

[0009] 一示例性系统可以包括电源,可变电压转换器(VVC)和稳定装置,该稳定装置直接 与所述VVC耦接,且设置为稳定所述VVC的输出电压以阻止所述VVC输出电压降低至低于所 述vvc的输入电压。在一个示例性实施例中,vvc设置为将电源与逆变器连接。

[0010] 在一优选实施例中,示例性电力变换系统可以在混合动力电动车辆的电驱动系统 中实施,用以为机器比如电机提供电源。在一示例性系统中,vvc稳定装置实施为设置成将 vvc的输出电压箝位到VVC的输入电压的箝位装置,其中,VVC的输出电压即VVC逆变器侧的 电压,VVC的输入电压即VVC电池侧的电压。在一个示例性实施例中,稳定装置实施为普通二 极管。除了稳定VVC输出电压外,稳定装置也可以实现电力变换系统的vvc分流模式,在分流 模式中,功率可以在没有电流流经VVC的情况下从电源传递到逆变器。在分流模式下运行节 省能量、缩减成本、提高电力变换电路的功率响应。

[0011]稳定的VVC的例子设置为将电源与逆变器连接,且包括感应器,包含与第二开关串 联连接的第一开关的电路分支,电路分支与感应器连接,以及与电路分支连接且设置为稳 定VVC的输出电压的稳定装置。

[0012]在一示例性实施例中,稳定装置可以实施为二极管,该二极管提供VVC输出电压的 最小电压箝位,将VVC输出电压箝位至VVC输入电压,使得VVC的逆变器侧的输出电压不会降 低至低于VVC电池侧的输入电压。在一示例性实施例中,稳定装置设置为能够进行分流操 作,其中,在没有电流流经VVC感应器或者电路分支的情况下,功率传递至与所述VVC耦接的 逆变器。

[0013]根据本发明,提供一种系统,包含:

[0014] 电源;

[0015] 可变电压转换器,其包括:

[0016] 输出电容器,所述输出电容器作为所述可变电压转换器的能量储存装置,并且可 变电压转换器输出电压跨越输出电容器的电压;

[0017] 输入感应器、输入电容器,所述输入电容器连接到所述电源并在第一节点连接到 输入感应器;

[0018] 电路分支,所述输入电感器在第二节点连接到电路分支,以及所述电路分支包括 第一开关和第二开关,其中,第一开关包括在第三节点和第四节点耦接在一起的第一晶体 管和第一二极管,第二开关包括在第五节点和第六节点耦接在一起的第二晶体管和第二二 极管,在升压运行过程中,电流流经输入感应器到达电路分支,第一和第二开关都交替开或 关,输入电压上升至较高输出电压;以及

[0019]稳定装置,所述稳定装置与所述可变电压转换器直接耦接,且用于稳定所述可变 电压转换器的输出电压以阻止所述可变电压转换器的输出电压降低至低于所述可变电压 转换器的输入电压,并且阻止升压过程中所述可变电压转换器的稳定性降低,所述稳定装 置包括直接连接到所述第一节点的独立二极管,当不要求电压升高时,电流流过该独立二 极管,分流输入感应器和电路分支。

[0020]在本发明的一个实施例中,所述稳定装置包含用于箝位所述可变电压转换器的输 出电压的装置。

[0021]在本发明的一个实施例中,所述箝位装置将所述可变电压转换器的输出电压箝位 至所述可变电压转换器的输入电压。

[0022]在本发明的一个实施例中,所述稳定装置直接连接到所述可变电压转换器的输入 电压和所述可变电压转换器的输出电压。

[0023]在本发明的一个实施例中,所述稳定装置通过提供装置实现可变电压转换器分流 运行,通过该装置,瞬态功率可以被传送至与所述可变电压转换器耦接的逆变器,而没有电 流流经所述可变电压转换器的感应器和至少一个开关。

[0024] 在本发明的一个实施例中,所述电源包含高压电池。

[0025]根据本发明,提供一种系统,包括:

[0026]电源;

[0027]可变电压转换器;以及

[0028]稳定装置,所述稳定装置与所述可变电压转换器直接耦接,且用于稳定所述可变 电压转换器的输出电压以阻止所述可变电压转换器的输出电压降低至低于所述可变电压 转换器的输入电压。

[0029]在本发明的一个实施例中,所述稳定装置包含用于箱位所述可变电压转换器的输 出电压的装置。

[0030]在本发明的一个实施例中,所述箝位装置将所述可变电压转换器的输出电压箝位 至所述可变电压转换器的输入电压。

[0031] 在本发明的一个实施例中,所述稳定装置包括二极管。

[0032] 在本发明的一个实施例中,所述可变电压转换器包含感应器和至少一个开关。 [0033]在本发明的一个实施例中,所述稳定装置直接连接到所述可变电压转换器的输入 电压和所述可变电压转换器的输出电压。

[0034] 在本发明的一个实施例中,所述稳定装置通过提供装置实现可变电压转换器分流 运行,通过该装置,瞬态功率可以被传送至与所述可变电压转换器耦接的逆变器,而没有电 流流经所述可变电压转换器的感应器和至少一个开关。

[0035] 在本发明的一个实施例中,所述电源包含高压电池。

附图说明

[0036]图1表示具有WC稳定器的示例性电力驱动系统。

[0037]图2表示具有VVC稳定器的示例性电力驱动系统。

[0038]图3表示具有VVC稳定器的示例性电力驱动系统。

具体实施方式

[0039]这里列出本发明的示例性实施例;但是,本发明也可以以很多替代方式,如对本领 域技术人员显而易见的方式实施。为便于理解本发明,并为权利要求提供基础,说明书中包 括多个附图。这些附图不是按照比例绘制且可能略去了有关元件,以便于强调本发明的新 颖性特征。附图中的结构和功能性细节的描述是为了将本发明的实施方式教给本领域技术 人员而不能诠释为限制本发明。例如,各种系统的控制模块可以不同地设置和/或组合,但 在本实施例的附图中可能没有描述,这样是为了更好地强调本发明的新颖性。

[0040] 一般情况下,混合动力电动车辆(HEV)的可变电压转换器(VVC)电路设置为将电源 与逆变器连接,逆变器进而又可以为作为电动机运行的永磁同步电机(PMSM)提供电流。它 也可以设置为将能量从ISC的逆变器侧的发电机提供给电源,为电源充电。有时候,快速能 量传递可能发生在跨越电力电子控制器(PEC)从电源到电动机的方向上,或者从发电机到 电池的方向上。在某些工作条件下,特别是在那些有大量能量往复传输的情况下,电力变换 电路的VVC变得不稳定。VVC的不稳定性可以显著影响车辆性能,特别是在电动机单独为车 辆提供动力的电动驱动模式下。

[0041] 在升压模式下运行时,VVC会受到固有的右半平面零点(Right-HalfPlane Zero, RHPZ)的影响,其中VVC传递函数包括s平面右半部的零点,在一定条件下,这将导致系统不 稳定,对车辆性能产生不利影响。如上所述,电流一般从电池侧流经感应器进入VVC。在这样 的构造下,VVC输出到负载的输出电流Iqut可表示为:

[0042] I〇ut=Il*(1-D)(等式 1)

[0043]其中:II是流经感应器的电流;

[0044] D是VVC低位开关的脉冲宽度调节(PWM)控制占空比;VVC的输出功率Pout可以表示 为:

[0045] Pout=V〇ut*I out (等式 2)

[0046] 其中Vout是VVC的输出电压

[0047]由上述两等式可以得出输出功率为:

[0048] P〇ut=Vout*Il* (1-D)(等式3)

[0049]由等式3可以得出,如果输出电压Vqut保持恒定,则输出功率Pout的变化与输出电流 I0UT的类似变化关联,也就是与乘积II* (1-D)关联。例如,如果Pout增大,乘积II* (1-D)应该 增大,如果Pout减小,乘积Il*(1-D)应该减小。但是,当占空比D以及感应器电流II均增大时, 乘积II* (1-D)不一定会增大,而是有可能减小。例如,随着占空比和电流均增加,最初电流II 的增大大于量(1-D)的减小,因此乘积IL*(1-D)仍然会增大,表明输出功率增大。但是,在等 于或高于一定阈值Dt时,量(1-D)将降低至某一点上,该点处乘积IL* (1-D)将不再增加而转 为降低。因此,VVC输出电压将下降。随着D增大VVC输出电压降低与VVC控制原理矛盾,使VVC 控制器混乱,扰乱VVC稳定性和产生VVC振荡。

[0050] 遗憾的是,在不损害VVC或车辆性能,或者在没有盲目地增加VVC输出电容器容量 的情况下,很难解决固有的VVC振荡问题。如前所述,一些提出的解决方案是利用软件方法 来定制VVC电路以避免振荡问题,但是,这些解决方案由于软件控制器必须反映硬件电路设 计因此非常耗时,且很难从一个VVC传递到另一个,且经常会损害车辆性能。

[0051]作为另一 VVC会失去控制的实例,可以考虑在HEV中进行主动电动机阻尼操作。如 i:所述,HEV经常执行再生制动操作,此操作中动能转换为电能来降低车速并为PEC系统的 电池充电。于20〇6年4月4日授于赵(Zhao)等人的,专利号为7,024,290的美国专利详细描述 了制动操作过程中可以在HEV中采用AMD,在此以参考引用的方式引入该美国专利。HEV上的 AMD操作类似于常规车辆上的ABS操作,常规车辆交替应用和释放制动力以达到减缓和停止 车辆的目的。例如,紧急制动时,HEV操作者能够快速有力的踩动制动踏板,引起能量从电动 机上快速传出以减速车辆速度。一段时间后,能量再次从电池侧传送至VVC的逆变器侧。这 种能量传递的快速振荡能够引发VVC不稳定性,特别是交换大量能量的时候。本发明提供一 种具有输出最小电压直接箝位的系统和装置,其中VVC被稳定化,因此在升压或瞬态操作过 程中,VVC的逆变器侧的输出电压不会降低至低于其电池侧的高电压电池输入电压。本发明 提供一种系统,该系统中VVC输出电压在电动机/发电机装置的急促电力需求引发输出电压 下降的任何时刻都被箝位到最小电压,在电力驱动和AMD操作过程中大大提高了 VVai定性 和性能。除了提供VVC电压稳定性外,本发明的稳定装置还能够提高ISC的瞬态功率响应,同 时降低操作成本和简化电路设计。

[0052]图1表示示例性车辆100的示意图。车辆1〇〇可以是任何合适的类型,比如混合动力 车辆(HEV)或者插电式混合动力电动车辆。在至少一个实施例中,车辆100可以包括第一轮 组112,第二轮组114,发动机116,HEV驱动桥118和电力驱动系统120。电力驱动系统120可以 设置成为第一和/或第二轮组112、114提供扭矩。电力驱动系统120可以具有任何合适的构 造。而且,在混合动力车辆中,电力驱动系统120可以是本领域技术人员熟知的并联驱动、串 联驱动或者分离混合动力驱动。例如,电力驱动系统120可以包括与永磁同步电机(PMSM) 134耦接的电力电子转换器(PEC) 122。可以预期,PMSM134可以作为电动机,将电能转换为动 能,或者作为发电机,将动能转换为电能。在一示例性实施例中,PEC122可以与作为电动机 的第一 PMSM及作为发电机的第二PMSM连接,PMSM134由一个或多个电源提供电力来驱动车 辆牵引轮。PMSMm可以是任何合适的类型,例如电动机、电动机-发电机,或者起动机-交流 发电机。另外,PMSM1:34可以与用于回收能量的再生制动系统相关联。

[0053] EDS120能够与电力传送单元140耦接,电力变换单元140进而可以耦接到差速器 145来控制轮组114。电力传送单元140可以有选择地耦接到至少一个PMSM134上。电力传送 单兀140可以是任何合适类型,比如本领域技术人员公知的多齿轮“有级(step ratio) ”变 速器,无级变速器,或者电子无转换器变速器。电力传送单元140可以用于驱动一个或者多 个车轮。在图1所示的实施例中,电力传送单元140与差速器145以任意合适方式连接,如以 驱动轴或者其它机械装置连接。差速器145可以通过轴147与第二轮组14的各个轮连接,轴 147例如是轮轴或半轴。

[0054]车辆100还可以包括用于监测和/或控制车辆1〇〇各个方面的车辆控制系统(VCS) 150 JCSMO可以与电力驱动系统120以及电力传送单元140及其各个组件联通,以监测和控 制操作和性能。VCSl5〇可以有任何合适的构造并可以包括一个或者多个控制器或控制模 块。

[0055]在图1所示的示例性实施例中,PEC122包括可实施为电源供应123的电源,和具有 稳定化的VVC的逆变器系统控制(ISC) 124。例如,电源供应123可以是高压电池的形式。 ISC124可以包括硬件电路,该硬件电路设置为从电源供应123向PMSM134提供电力。ISC124 可以与ISC控制器耦接(图中未示出),其可以是基于微处理器的装置的形式,该装置用于控 制ISC124的操作,且包含硬件、软件、固件或者它们的一些组合。ISC控制器可以与VCS150电 耦接,ISC控制器可以从VCS150接收来自其它控制装置的关于车辆系统操作和控制的信号。 [0056]图2表示示例性系统200。例如,系统200可以用作用于车辆的H)S。

[0057] 应该理解,车辆EDS还可以包括附加组件,如ISC控制器、附加控制单元、其它组件 和必要的其所欲使用的接口。但是,为了更好地强调本发明的新颖特征,图2没有示出这些 附加组件。系统200可以包括含有电源供应的PEC202,该电源供应在该实施例中为高压电池 205,系统200还包括ISC210,与PEC202耦接的电动机/发电机装置220<JSC210包括可变电压 转换器

[0058] (VVC)部分212,以及逆变器部分218 JVC部分212设置为从电池205提供电力给逆 变器部分218,逆变器部分218进而为电动机/发电机装置220提供电力。电动机/发电机装置 220可以实施为至少一个PMSM,该PESM可以作为电动机运行来驱动HEV的车轮。因此,VVC部 分212设置为根据驱动实施为电动机的电动机/发电机装置220运动的需求,将电压VIN升高 至高压Vo。电动机/发电机装置220可以包含一个或多个PMSM,该PMSM可以设置为作为电动 机或者发电机运行。 t〇〇59] 如图2所示,VVC部分212包括VVC电路214和稳定装置216,该稳定装置216用于稳定 输出电压VQ。在一示例性实施例中,稳定装置216在瞬态操作过程中或者电动机/发电机装 置220需求岗功率过程中,阻止输出电压Vo下降至低于输入电压Vi。输出电压Vo的稳定是本 发明的一显著优点。本发明的另一优点是提高系统效率。对于典型的HEV来说,WC在升压模 式下运行相对较小的时间百分比,例如为HEV运行时间的5%。对于其余较大份额的时间,瞬 态功率仅经过VVC传递到逆变器,电压不上升。在一示例性实施例中,稳定装置216提供一种 装置,通过所述装置,能量在不必穿过VVC电路214的情况下,就可以传送至逆变器218,有效 实现了 ISC210的VVC分流模式,其节省电力并提高功率响应,以下将进行详细讨论。

[0060] 图3表示具有稳定的VVC的示例性实施例300。系统300包括PEC305和电动机/发电 机部分32(hPEC305包括实施为高压(HV)电池302的电源和ISC310。本例中的电动机/发电机 部分320包括作为电动机322运行的第一PMSM,以及作为发电机324运行的第二PMSM。

[0061] ISC310包括与逆变器部分318耦接的VVC部分312〇VVC部分312包括输入电容器Ci, 输入感应器L1,VVC电路分支330,输出电容器Co和实施为二极管D3的稳定装置。输入电容器 Ci在节点344、345连接到HV电池302两端。输入电压Vi定义为输入电容器Ci两端的电压,典 型地反映HV电池302的电压。

[0062] 感应器L1提供了用于在ISC310储存能量的装置,因此可变电压和电流可以作为 WC部分312的输出提供。总体上,VVC设置为响应载荷的需求将输入侧的较低电压升高至输 出侧的较高电压。感应器L1的第一终端与节点344电连接,感应器L1的第二终端在节点343 电连接。在一示例性实施例中,WC电路分支330包含串联连接的第一开关S1和第二开关S2, 其中第一开关S1包含在节点331和节点332耦接在一起的第一晶体管T1和第一二极管D1。第 二开关S2包含在节点333和节点334耦接在一起的第二晶体管T2和第二二极管D2。

[0063]输出侧是包括输出电容器Co的并联电路分支。作为VVC部分312的能量储存装置的 输出电容器Co,可控制地传送能量至逆变器部分318.VVC输出电压Vo是跨越输出电容器Co 的电压。在升压运行过程中,电流流经感应器L1到达VVC电流分支330,其中两个开关S1和S2 都交替开或关。输入电压Vi上升至较高输出电压Vo。

[00M]如前段所述,在升压运行过程中有发生下述现象的可能:来自载荷如电动机的急 促电力需求,可以促进VVC输出电压下降,且可能导致VVC不稳定。本发明通过提供一种阻止 VVC输出电压下降至低于它的输入电压的稳定装置来解决这个问题,所以提供了最小电压 输出。在示例性系统300中,提供了实施为二极管D3的稳定装置。二极管D3的第一终端可以 在节点344与输入电容器和HV电池电连接。二极管D3的第二终端可以在节点341连接。如图3 所示,二极管D3能够在电动机/发电机装置320有急促的电力需求而在VVC312输出引起下降 的任何时刻将VVC部分312的逆变器侧的输出电压Vo箝位至电池侧的输入电压Vi。通过将输 出电压Vo箝位至输入电压Vi,二极管D3能够阻止电压Vo下降至低于电压Vi,稳定VVC部分 312,从而避免了在没有稳定装置时出现的VVC不稳定性和失去控制。

[0065]除了上述内在的不稳定性外,现有技术中的VVC和ISC的另一缺陷是,在升压、降压 和通过式运行过程中电流流经感应器和VVC的开关。感应器特点限制了 VVC的功率响应,因 此限制了ISC和PEC的性能。感应器两端的电压是电感和电流变化速率的函数。因此,PEC可 以传送电力的速率依赖于感应器的特征,其本质上是与电流变化相反。此外,因为电流流经 感应器产生热量,所以当确定VVC电路的合适冷却装置的要求和规格时,必须考虑感应器的 热特性和流经感应器的最大电流。因此,由于感应器会限制功率流量和引起系统中的功率 损耗,使所有电流流经感应器的PEC或者ISC电路价格昂贵且效率低下。

[0066] 本发明揭示了这一事实:HEV的PEC中的VVC主要在通过式或者瞬态模式下运行,在 这种模式下电压没有上升或下降。在一示例性实施例中,稳定装置可以实现分流模式,在这 种模式下,瞬变电流和电压可以被提供给逆变器,而不要求电流流过VVC输入感应器和开 关。当不要求电压升高时,电流可以流过D3,分流L1和VVC电路分支330。因此本发明实现了 分流模式,在这种模式下,开关S1和S2打开或者关闭时,瞬态功率从电池302侧通过二极管 D3向逆变器部分318提供。

[0067] 感应器L1和VVC电路分支330的分流提供快速功率响应,降低了通过PEC的功率损 耗,且使在VVC输入处耦接的感应器的所需规格简单化。例如,当电流流经D3而不是流经L1 和VVC电路分支330时,功率变换的速率可以变快,主要是因为二极管D3可以具有较快的反 应,并且不像感应器L1,在磁场中不储存能量。因为电流流经D3约95%的时间,所以提高了 PEC305的功率响应。另外,当传导电流时,二极管D3比感应器L1有较少的正向压降并产生更 少热量,降低了 PEC305产生的热量。与现有技术中在任何条件下电流都流经VVC感应器和开 关的电路相比,感应器L1仅仅在5%的HEV运行时间导通。因此,感应器L1的散热要求比现有 技术的VVC感应器的要求低,且不需要通向感应器的专用冷却通道。而且,感应器L1可以设 计为比现有技术中VVC使用的感应器更小的线径,在现有技术VVC中电流在所有运行条件下 都流经感应器。

[0068] 在一示例性实施例中,二极管D3是通用二极管的形式。作为通用二极管,D3不需要 具备开关二极管D1和D2所要求的快速开关功能。二极管D3可以是相对便宜、低正向压降二 极管,向PEC305,特别是向VVC部分312提供具有比常规电力变换电流更快的功率响应,因此 电动机322可以更快速地汲取功率。此外,由于与感应器相比,二极管D3电流容量增加和功 率损耗减少(产生热量少),因此在瞬态操作模式过程中,二极管D3增加了可以提供给逆变 器部分318的最大功率量,由于二极管D3的有利特征和功率由二极管D3传送给逆变器的时 间约为HEV运行时间95%的条件,因此与现有技术相比,二极管D3可以实质上减少ISC310的 功率损耗。例如,假设VVC电流是100A,二极管D3典型的正向压降约为〇. 75V,则本发明的瞬 态功率损耗约为75W。在现有技术的使所有电流均流经感应器和VVC的系统中,感应器电阻 典型约为20ra ohms,上层开关二极管的压降约为1.2V,产生了大约320W的功率损耗,功率损 耗大约是本发明的四倍。考虑到瞬态模式实质上约为VVC运行时间的95%,就可以认识到本 发明可以提高工作效率的意义。

[0069]本发明除了提供稳定性和高效性外,本发明的另一优点是它提供了一种可以解决 上述问题的简单、低成本解决方案。实施成本是二极管D3附加成本,二极管D3可以是普通二 极管。附加二极管的成本被VVC输入感应器的降低的要求抵消。

[0070]逆变器部分318可以为电动机/发电机装置320提供三相电流,并且可以包括电动 机逆变器部分360和发电机部分380,发电机部分380在节点354、355与VVC部分312耦接。在 一示例性实施例中,电动机逆变器部分360包含六个开关361-366,每一开关包含一对并联 排列的晶体管/二极管。在一示例性实施例中,开关361-366的晶体管可以包含任何类型的 可控开关,例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管 [0071] (M0SFET)等等。开关361-366的二极管可以包含任何类型的二极管,但最好是快速 开关二极管。

[0072] 类似地,发电机逆变器部分380可以包括六个开关381-386,每一开关包括一对并 联排列的晶体管/二极管。在一示例性实施例中,开关381-386的二极管可以包含任何类型 的可控开关,例如绝缘栅双极型晶体管

[0073] (IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)等等。开关381-386的二极管可 以包括任何类型的二极管,但最好是快速开关二极管。如前所述,电动机322可以是设置为 像电动机一样运行的PMSM,发电机324可以是设置为像发电机一样运行的PMSM。

[0074]这里列出了具有稳定装置的可变电压转换器和可装有该转换器的系统的示例性 实施例。在一示例性实施例中,稳定装置可以阻止VVC输出电压降低至低于VVC输入电压。例 如,当在混合动力电动车辆的电驱动系统中使用时,该稳定装置在电驱动运行过程中或者 在AMD运行过程中,在电动机/发电机装置急促需要电力时,可以阻止VVC输出电压降低至低 于高压电池的电压。此外,稳定装置可以以绕过感应器或VVC的方式为逆变器提供来自电源 的瞬态功率。在一优选实施例中,稳定装置是相对低廉的通用二极管的形式,该二极管提供 容易实现且可以低成本解决现有技术的PEC电路存在的振荡问题。而且,与现有技术的在瞬 态运行过程中电流流经VVC感应器和开关的ISC电路相比,稳定二极管可以以更低成本提供 更快速的瞬态功率响应。

[0075]本领域技术人员可以想到其它实施例。尽管本发明针对具体实施例进行了阐述, 但这些实施例仅仅说明本发明,而不是限制本发明。提供了许多具体细节,如组件和方法的 例子,对本发明提供全面详细的说明。但是,本领域技术人员可以认识到,没有具体细节中 的一个或多个,或者利用其它装置、系统、方法、组件等等,也可以实施本发明的一实施例。 在其它情况下,公知的结构或运行没有被详细描述以避免模糊本发明实施例的各个方面。 说明书中提及的“一实施例”,“一个实施例”,“示例性实施例”或者“特定实施例”不一定指 同一实施例,而且,结合实施例描述了具体特征、结构或者特点的装置至少包括在本发明的 一实施例中,但是不一定包括在所有实施例中。

[0076]还应该明白,附图所示的元件中的一个或者多个也可以以更分散或者更芫整的万 式实施,或者甚至除去,依特定应用一样是有用的。贯穿整个权利要求和此处的描述中,“一 个”也包括复数引用,除非文意另有规定。

[0077]因此,尽管这里参照特定实施例描述了本发明,但上述描述中也应包含修改、各种 变化和代替物的范围。应该理解,本发明不局限于权利要求所使用的具体术语,而是,本发 明包括附加权利要求范围内的任何及所有实施例和等同物。

Claims (14)

  1. I. 一种系统,包括: 电源; 可变电压转换器(VVC),所述VVC配置为增加输入电压以提供输出电容器两端的VVC输 出,所述VVC包括耦接所述电源以及在第一节点处耦接的输入感应器的输入电容器,所述输 入感应器在第二节点处耦接到包括上部和下部开关单元的电路分支;以及 稳定装置,所述稳定装置配置为阻止在所述VVC转换期间所述VVC的稳定性损失并且阻 止在所述电源和所述输出电容器之间传递能量,所述稳走装置包括直接親接所述第一节点 并且在第三节点处连接所述输出电容器的独立二极管。
  2. 2.根据权利要求1所述的系统,其中,所述稳定装置配置为在所述VVC处将所述VVC输出 箝位到输入电压,以防止在所述VVC处响应于在所述能量传递的急剧波动的振荡。
  3. 3. 根据权利要求1所述的系统,其中所述稳定装置配置为防止在所述输出电容器处的 电压在所述VVC的升压操作产生的所述输出低于所述输入电压时,降低到在所述VVC输入电 容器处的输入电压以下。
  4. 4. 根据权利要求1所述的系统,其中,所述电路分支包括上开关单元和下开关单元,所 述开关单元配置为分别在受控的第一(第子1代(D_ sub. 1))和第二(第子2代(D.sub.2))占 空比下工作,以提供所述VVC输出,所述上开关单元和下开关单元在所述第二节点处彼此串 联。
  5. 5. 根据权利要求4所述的系统,其中,所述稳定装置防止提供给耦接到所述输出电容器 的负载的电压在通过所述感应器和上下开关的升压操作产生的所述VVC输出降低到所述 VVC输入以下时,降低到所述VVC输入电压以下。
  6. 6. 根据权利要求5所述的系统,其中,所述稳定装置配置为防止在所述输出电容器处的 所述电压在用于所述下开关单元的所述占空比的第子2代的增加与所述感应器和上下开关 产生的VVC输出的减小相关联时,降低到所述VVC输入电压以下。
  7. 7. 根据权利要求4所述的系统,其中,所述稳定装置配置为通过分流所述输入感应器将 瞬态能量从所述输入电容器传递到所述输出电容器。
  8. 8. —种电子电路,包括: 能量存储装置(ESD); 可变电压转换器(VVC),所述VVC配置为提升输入电压,所述VVC包括: 耦接所述ESD的输入电容器; 在第一节点处耦接所述输入电容器的输入电感器, _ 电路分支,所述电路分支包括串联耦接到第二开关单元的第一开关单元、在第二节点 处耦接所述输入感应器的所述电路分支,以及 输出电容器;以及 分流装置,所述分流装置配置为通过分流所述输入电感器将瞬态能量从所述输入电容 器传递到所述输出电容器,其中所述分流装置包括独立二极管。 、
  9. 9. 根据权利要求8所述的电路,其中,所述分流装置与所述输入电容器串联布置。
  10. 10. 根据权利要求8所述的电路,其中,所述二极管在所述第一节点处电连接到所述输 入电容器,并且在第三节点处电连接到所述输出电容器。 _ 、 、 II. 根据权利要求8所述的电路,其中,所述ESD包括高压电池,所述高压电池配置成为 电动车的电力驱动系统提供能量。
  11. 12.根据权利要求8所述的电路,其中,所述第一和第二开关单元配置成在所述瞬态能 量转换期间打开。
  12. 13.根据权利要求8所述的电路,其中,所述分流装置防止所述输出电容器电压在所述 VVC的升压操作提供降低到所述VVC输入以下的输出时,降低到所述输入电容器电压以下。
  13. 14.根据权利要求S所述的电路,其中,所述分流装置直接连接到所述第一节点,并且在 第三节点处连接到所述输出电容器。
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