CN107710589A - 用于车辆的牵引变流器的低压放电和驱控电路 - Google Patents

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Abstract

描述一种用于逆变器(103)的驱控电路(140)，其中逆变器(103)设置为，将来自电蓄能器(101)的具有第一电压(111)的直流电流转换为交流电流，利用该交流电流来运行车辆的电机。在此，稳压电容器(102)并联于逆变器(103)的输入端设置。驱控电路(140)包括直流电压转换器(104)，其设置为，将具有第一电压(111)的直流电流转换为具有中间电路电压(112)的直流电流。驱控电路(140)还包括驱动单元(106)，其设置为，基于具有中间电路电压(112)的直流电流生成用于逆变器(103)的开关元件的逆变器控制信号(134)。此外，驱控电路(140)还包括放电单元(105)，其由具有中间电路电压(112)的直流电流供电并且所述放电单元设置为，响应于放电控制信号(132)将放电电阻与直流电压转换器(104)的输出端并联连接。此外，驱控电路(140)还包括控制单元(107)，其由具有中间电路电压(112)的直流电流供电并且所述控制单元设置为，为了稳压电容器(102)的放电而生成放电控制信号(132)，以便使得放电单元(105)将放电电阻与直流电压转换器(104)的输出端并联连接。

Description

用于车辆的牵引变流器的低压放电和驱控电路
技术领域
本发明涉及一种用于运行车辆、特别是道路车辆的驱动电机的逆变器的驱控电路。
背景技术
具有电动驱动装置的车辆包括第一蓄能器，用于蓄存用于运行车辆的驱动电机的电能。第一蓄能器在相对高的第一电压(例如在300-400V)下提供电流。此外，车辆典型地包括车载电网，所述车载电网在相对低的第二电压(例如在12-14V)下运行，并且所述车载电网用于给电气负载、例如信息娱乐系统等供以电能。所述第一电压可以称为HV(高压)电压，而所述第二电压可以称为NV(低压)电压。
为了运行驱动电机，车辆包括逆变器、特别是三相电流逆变器，所述逆变器设置为，基于来自第一蓄能器的DC(直流)电流生成AC(交流)电流、特别是三相电流。所述逆变器包括一个或多个具有开关元件的半桥(特别是具有晶体管，例如IGBT(Insulated-GateBipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管))，这些开关元件交替开关。
车辆包括驱控电路，所述驱控电路设置为，提供用于逆变器的各个开关元件的逆变器控制信号。所述驱控电路在此包括驱动电路，所述驱动电路设置为，生成用于各个开关元件的逆变器控制信号(特别是用于IGBT的栅极信号)。在此，逆变器控制信号具有第一电位(例如在15V)以及第二电位(例如在-7V)，所述第一电位用于闭合开关元件，所述第二电位用于打开开关元件。所述第一电位和所述第二电位可以在此由中间电路电压生成，该中间电路电压典型地位于所述第一电压与所述第二电压之间(例如在32V)。
此外，所述驱控电路通常包括控制单元，所述控制单元此外设置为，(例如在存在事故情况下)将车辆的具有逆变器的车载电网转变为安全状态。所述控制单元在此也可以实施监控功能。在此应确保：在经过预定的时间间隔(例如5秒钟)之后在车载电网中不再存在位于预定的触摸阈值(例如60V)之上的电压。
发明内容
本文件涉及如下技术任务：提供成本高效的驱控电路，所述驱控电路能实现将车载电网可靠地转换到安全状态。
该任务通过独立权利要求解决。此外，有利的实施方式在从属权利要求中描述。
按照一个方面描述一种用于逆变器、特别是用于三相电流逆变器的驱控电路。所述逆变器设置为，将来自电蓄能器(特别是来自高压蓄能器)的具有第一电压(特别是具有高压电压)的直流电流转换为交流电流(特别是3相交流电流)，利用该交流电流来运行车辆的电机(例如同步电机)。此外，稳压电容器并联于逆变器的输入端设置，以便确保：在逆变器的输入端上存在稳定的输入电压。
驱控电路包括：直流电压转换器(或者说DC/DC转换器)，其设置为，将(直接来自高压蓄能器的)具有第一电压的直流电流转换为具有中间电路电压(例如在32V)的直流电流。此外，驱控电路包括驱动单元，所述驱动单元设置为，基于具有中间电路电压的直流电流生成用于逆变器的开关元件(特别是用于IGBT)的逆变器控制信号。驱动单元因此直接通过直流电压转换器被供以来自高压蓄能器的电能，由此能实现驱控电路的高效率。此外，可以通过由高压蓄能器的直接供电省去驱动单元的供电的电流隔离。
驱控电路此外还包括放电单元，所述放电单元由具有中间电路电压的直流电流供电并且所述放电单元设置为，响应于放电控制信号将放电电阻与直流电压转换器的输出端并联连接。出于该目的，放电单元可以包括放电开关，所述放电开关可以用放电控制信号驱控并且例如与放电电阻串联地与直流电压转换器的输出端并联地设置。通过闭合放电开关则可以将放电电阻与直流电压转换器的输出端并联连接。
此外，驱控电路包括控制单元(和/或监控单元)，所述控制单元(和/或监控单元)同样由具有中间电路电压的直流电流供电并且所述控制单元设置为，为了稳压电容器的放电而生成放电控制信号，以便使得放电单元将放电电阻与直流电压转换器的输出端并联连接。通过给放电单元和控制单元供以中间电路电压可以省去在放电单元与控制单元之间的(用于放电控制信号的)数据连接的电流隔离，由此降低驱控电路的成本。
总体上，驱控电路能实现稳压电容器经由直流电压转换器(以及由此引起的转换器损耗)并且经由设计在中间电路电压上的放电电阻(以及由此引起的欧姆损耗)的主动放电。这能实现可靠并且成本有利地将车辆的车载电网转变为安全状态。
控制单元可以设置为，确定：稳压电容器应转变为安全状态(例如按照通过在驱控电路之外的控制装置的指令)。控制单元随后可以响应于该确定而生成放电控制信号，并且由此主动使稳压电容器放电。此外，控制单元可以设置为，响应于该确定使得驱动单元生成逆变器控制信号，通过所述逆变器控制信号使电机的绕组短路(并且因此阻止电能失控地由电机馈入高压中间电路中)。出于该目的，例如可以使得逆变器的半桥的低侧开关元件暂时变为闭合状态。这样可以将具有稳压电容器和逆变器的车载电网可靠地转变为安全状态。
稳压电容器和逆变器典型地经由至少一个接触器与电蓄能器连接。控制单元可以设置为，在打开所述至少一个接触器之后(才)生成放电控制信号。这样可以避免从蓄能器提取放电电流以及与此相关的发热。
直流电压转换器可以设置为，将在直流电压转换器的输出端上的直流电流限制和/或调节到预定的最大电流。这样可以确保安全的主动的放电。特别是可以避免车辆的车载电网的构件强烈发热。
驱控电路可以包括一个或多个到驱控电路之外的一个或多个构件(特别是控制装置)的数据接口。这些构件可以由低压车载电网(例如由12/14V的车载电网)供电。所述一个或多个数据接口可以为了安全而具有电流隔离装置。然而，在此所述数据接口的数量和流经所述数据接口的电能量通常是少的，从而可以以成本高效的方式提供数据接口的电流隔离。
控制单元可以以高效的方式实现在可编程集成电路、特别是复杂可编程逻辑器件(简称CPLD)上。
驱控电路还可以包括线性调节器，所述线性调节器设置为，从具有中间电路电压的直流电流生成具有用于控制单元的供电电压的供电电流。所述供电电流在此可以例如为3V或更小。
驱动单元可以包括至少一个变压器电路，该变压器电路设置为，由具有中间电路电压的直流电流生成用于至少一个逆变器控制信号的不同电位(例如+15V和-7V)。用于逆变器控制信号的电能可以因此借助于变压器电路由具有中间电路电压的直流电流生成。
按照另一方面描述一种用于由电机驱动的车辆的车载电网。所述车载电网包括电蓄能器(例如锂离子蓄电池)，所述电蓄能器设置为，提供具有第一电压的直流电流。所述车载电网还包括逆变器，所述逆变器设置为，将具有第一电压的直流电流转换为交流电流，利用该交流电流来运行电机；以及还包括稳压电容器，其并联于逆变器的输入端设置。此外，所述车载电网包括在该文件中描述的用于逆变器的驱控电路。
按照另一方面描述一种车辆(特别是道路车辆、例如轿车、货车或摩托车)，所述车辆包括在该文件中描述的车载电网。
应注意的是，在该文件中所描述的装置和系统不仅可以单独地而且也可以与其他在该文件中所述的装置和系统组合应用。此外，在该文件中所描述的装置和系统的每个方面可以以多种方式相互组合。特别是权利要求的特征可以以多种方式相互组合。
附图说明
此外，根据各实施例进一步描述本发明。附图示出：
图1示出车辆的车载电网的示例性构件；以及
图2示出用于逆变器的驱控电路的示例性构件。
具体实施方式
如开头所述那样，本文件涉及提供一种在车辆中用于逆变器的成本高效且可靠的驱控电路。就此而言，图1示出车辆的车载电网100的具有不同电压水平的示例性构件。车载电网100包括电蓄能器101，所述电蓄能器设置为，提供用于运行电机的电能。电能以第一电压111(也称为高压电压)提供。此外，车载电网100包括逆变器103，所述逆变器设置为，由蓄存的能量生成交流电流、特别是三相电流，以用于运行电机(未示出)。此外，车载电网典型地包括在逆变器103的输入端上的稳压电容器102。
此外，车载电网100包括驱控电路140，所述驱控电路设置为，驱控逆变器103，以便生成交流电流并且在需要时(例如在发生事故时)将逆变器103或车载电网100转变为安全状态。所述驱控电路140包括DC/DC转换器104，所述DC/DC转换器设置为，将具有第一电压111的电能转换为具有中间电路电压112的电能。示例性的DC/DC转换器104是降压转换器。
此外，驱控电路140包括驱动单元106，所述驱动单元包括用于逆变器103的各个开关元件的驱动电路。驱动单元106在此被供以在中间电路电压112上的电能，以便生成用于开关元件的逆变器控制信号134的电位。驱动单元106的供电在此直接通过借助于DC/DC转换器104对来自高压蓄能器101的能量进行转换来实现(特别是在此期间没有转换到例如12-14V的低压电压)。这在驱控电路140的能效方面以及在提供具有低压电压的电能的低压转换器的减轻负荷方面是有利的。
驱控电路140还包括控制单元107，所述控制单元设置为，在需要时将车载电网100转变为安全状态。车载电网100典型地包括接触器(例如继电器)109，所述接触器可以在需要时被打开，以便分离蓄能器101与车载电网100。此外，控制单元107可以设置为，使得驱动单元106(通过驱动控制信号131)同时闭合逆变器103的半桥的所有低侧开关元件，以便导致电机不再产生力矩。
备选或附加地，控制单元107可以设置为，促使逆变器103和/或稳压电容器102的主动放电。出于该目的，驱控电路140可以包括放电单元105。放电单元105可以具有放电电阻，所述放电电阻可以通过放电开关与DC/DC转换器104的输出端并联连接。控制单元107因此可以使得放电单元105(通过放电控制信号132)将放电电阻与DC/DC转换器104的输出端并联连接。这导致：(在接触器109打开的情况下)稳压电容器102通过DC/DC转换器104并且通过放电电阻放电。在此，DC/DC转换器104的转换器损耗和放电电阻的欧姆损耗引起在稳压电容器102中蓄存的能量的降低。此外，DC/DC转换器104可以为了主动放电而运行在如下模式中，通过该模式通过DC/DC转换器104限制电流(特别是DC/DC转换器104可以运行在所谓的电流模式控制下)。这样可以有效的方式避免过高的放电电流。此外，放电单元105在DC/DC转换器104的输出端上的布置是有利的，因为这样能实现放电电阻的应用，该放电电阻设计用于降低电压(并且由此是成本有利的)。
控制单元107可以例如实现在CPLD(复杂可编程逻辑器件)上。通过如下事实：控制单元107、驱动单元106和放电单元105由中间电路电压112供电，在各个单元107、106、105之间不需要电流隔离。此外，在驱动单元106与逆变器103之间不需要电流隔离。这样可以降低用于驱控电路140的成本。电流隔离120必要时仅仅对于数字信号133到外部处理器121的传输(例如通过串行外围接口(SPI))是需要的(该外部处理器例如由12/14V车载电网供电)。
图2示出示例性的驱控电路140的进一步细节。特别是图2示出驱动单元106的进一步细节，该驱动单元包括多个驱动电路201，用于生成用于逆变器103的相应多个开关元件的逆变器控制信号134、203。此外，驱动单元106包括变压器电路202，所述变压器电路设置为，由中间电路电压112产生需要的电位(例如+15V和-7V)。此外，图2示例性地示出用于在外部处理器121与控制单元107之间传输数字信号133的电流解耦的接口221。
在该文件中描述的驱控电路140是有利的，因为该驱控电路不需要或者至少需要减少数量的电流隔离的构件。此外，可以通过由高压蓄能器101的直接供电省去(必要时冗余的)由低压车载电网的供电。此外，所描述的放电单元105结合DC/DC转换器104的布置能实现稳压电容器102的经调节的、亦即受控的且可靠的放电。此外，可以通过所描述的布置降低驱控电路140的成本。
本发明不限于示出的实施例。特别是应注意，说明书和附图仅仅应阐明提出的装置和系统的原理。

Claims (10)

1.用于逆变器(103)的驱控电路(140)，其中逆变器(103)设置为，将来自电蓄能器(101)的具有第一电压(111)的直流电流转换为交流电流，利用该交流电流来运行车辆的电机，其中稳压电容器(102)并联于逆变器(103)的输入端设置；其中驱控电路(140)包括：
-直流电压转换器(104)，其设置为，将具有第一电压(111)的直流电流转换为具有中间电路电压(112)的直流电流；
-驱动单元(106)，其设置为，基于具有中间电路电压(112)的直流电流生成用于逆变器(103)的开关元件的逆变器控制信号(134)；
-放电单元(105)，其由具有中间电路电压(112)的直流电流供电并且所述放电单元设置为，响应于放电控制信号(132)将放电电阻与直流电压转换器(104)的输出端并联连接；以及-控制单元(107)，其由具有中间电路电压(112)的直流电流供电并且所述控制单元设置为，为了稳压电容器(102)的放电而生成放电控制信号(132)，以便使得放电单元(105)将放电电阻与直流电压转换器(104)的输出端并联连接。
2.根据权利要求1所述的驱控电路(140)，其中，控制单元(107)设置为，
-确定：稳压电容器(102)应转变为安全状态；以及
-响应于该确定而生成放电控制信号(132)。
3.根据权利要求2所述的驱控电路(140)，其中，控制单元(107)设置为，响应于该确定，使得驱动单元(106)生成逆变器控制信号(134)，通过所述逆变器控制信号使得电机的绕组短路。
4.根据权利要求2至3之一所述的驱控电路(140)，其中，
-稳压电容器(102)和逆变器(103)经由至少一个接触器(109)与电蓄能器(101)连接；以及
-控制单元(107)设置为，在打开所述至少一个接触器(109)之后生成放电控制信号(132)。
5.根据上述权利要求之一所述的驱控电路(140)，其中，直流电压转换器(104)设置为，将在直流电压转换器(104)的输出端上的直流电流限制和/或调节到预定的最大电流。
6.根据上述权利要求之一所述的驱控电路(140)，其中，
-驱控电路(140)包括一个或多个到驱控电路(140)之外的一个或多个构件(121)的数据接口(221)；以及
-所述一个或多个数据接口(221)具有电流隔离装置(120)。
7.根据上述权利要求之一所述的驱控电路(140)，其中，控制单元(107)实现在可编程集成电路、特别是复杂可编程逻辑器件(简称CPLD)上。
8.根据上述权利要求之一所述的驱控电路(140)，其中，驱控电路(140)包括线性调节器，所述线性调节器设置为，从具有中间电路电压(112)的直流电流生成具有用于控制单元(107)的供电电压的供电电流。
9.根据上述权利要求之一所述的驱控电路(140)，其中，驱动单元(106)包括至少一个变压器电路(202)，该变压器电路设置为，由具有中间电路电压(112)的直流电流生成用于至少一个逆变器控制信号(134)的不同电位。
10.用于由电机驱动的车辆的车载电网(100)，其中，车载电网(100)包括：
-电蓄能器(101)，其设置为提供具有第一电压(111)的直流电流；
-逆变器(103)，其设置为，将具有第一电压(111)的直流电流转换为交流电流，利用该交流电流来运行电机；
-稳压电容器(102)，其并联于逆变器(103)的输入端设置；以及
-按照上述权利要求之一的用于逆变器(103)的驱控电路(140)。
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