CN107846155A - 使用相脚开关的链路电容器用主动放电电路 - Google Patents

使用相脚开关的链路电容器用主动放电电路 Download PDF

Info

Publication number
CN107846155A
CN107846155A CN201710826243.4A CN201710826243A CN107846155A CN 107846155 A CN107846155 A CN 107846155A CN 201710826243 A CN201710826243 A CN 201710826243A CN 107846155 A CN107846155 A CN 107846155A
Authority
CN
China
Prior art keywords
switch device
link
capacitor
signal
discharge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710826243.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107846155B (zh
Inventor
杨水涛
周彦
徐帆
默罕默德·胡尔希德·阿拉姆
陈礼华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ford Global Technologies LLC filed Critical Ford Global Technologies LLC
Publication of CN107846155A publication Critical patent/CN107846155A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107846155B publication Critical patent/CN107846155B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0046—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electric energy storage systems, e.g. batteries or capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/10—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
    • B60L50/14—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines using DC generators and AC motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/46—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/40—DC to AC converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/322—Means for rapidly discharging a capacitor of the converter for protecting electrical components or for preventing electrical shock

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

一种用于电动车辆的驱动系统中的直流链路电容器，仅使用逆变器模块内的本地动作快速放电，并且没有任何额外的部件来耗散电荷。逆变器具有相脚，该相脚包括跨接在电容器两端的上开关器件和下开关器件。栅极驱动器连接到相脚，以在驱动系统的脉冲宽度调制期间根据PWM信号将开关器件可替代地切换到导通状态。栅极驱动器配置为在放电事件期间通过将上开关器件和下开关器件同时激活到过渡状态来对链路电容器进行放电。因此，使用过渡状态确保开关器件在保护器件免受温度过高的影响的同时，提供消耗电容器电荷的阻抗。

Description

使用相脚开关的链路电容器用主动放电电路
技术领域
本发明大体涉及用于电动车辆的驱动系统，并且更具体地，涉及当关闭电驱动系统时电容器的快速放电。
背景技术
混合动力电动车辆(hybrid electric vehicles，HEV)、插电式混合动力电动车辆(plug-in hybrid electric vehicle，PHEV)等电动车辆使用逆变器驱动电机提供牵引转矩和再生制动转矩。逆变器模块(即逆变器系统控制器(inverter system controller)，或ISC)通常采用相对大的储能电容器作为主直流(direct-current，DC)链路，以维持期望的总线电压并吸收与开关相关的波动。直流链路电容器通常通过一对机械接触器连接到高压(high-voltage，HV)电池。
可以通过各种事件来启动电驱动系统的停机。在这种停机期间，高压电池通过打开机械接触器与电气系统的其余部分快速隔离。然而，直流链路电容器上将保留高压电荷。由于安全要求，高压电荷应在特定时间内快速放电。例如，美国联邦机动车辆安全标准(Federal Motor Vehicle Safety Standards，FMVSS)可能要求在某些情况下，直流链路电容器上的电压必须在5秒内降到60伏以下。
发明内容
尽管在逆变器相脚中用作开关器件的绝缘栅双极晶体管(insulated gatebipolar transistor，IGBT)或其他场效应晶体管(field effect transistor，FET)通常也为开/关(ON/OFF)操作而优化，但当从关闭状态到导通状态时晶体管仍然必须经过过渡区域。在过渡区域中器件将呈现一定的阻抗，本发明可以使用该阻抗来限制电流幅度。因此，本发明不采用现有技术的有源电阻放电(active resistor discharge，ARD)电路对链路电容器放电，而是采用仅使用逆变桥的快速放电方法。在一些实施例中，本发明向至少一个相脚中的上下两个IGBT发送连续的同步窄脉冲序列。为了在不会对IGBT造成任何损坏的同时将最大循环电流限制在可以用于快速为电容器放电的特定值，脉冲宽度被控制为小的值(例如300纳秒)。本发明可以比典型的ARD放电电阻器更快地消耗更多的功率。链路电容器电压可以在非常短的时间内(例如100毫秒)放电至60伏。由于不需要额外的硬件，本发明显著地降低了成本。
在本发明的一个方面，一种用于电动车辆的驱动系统包括适于连接到正和负直流总线的直流链路电容器，该正和负直流总线位于直流电源和逆变器之间。逆变器具有相脚，该相脚包括跨接在直流链路两端的上开关器件和下开关器件，其中上开关器件和下开关器件之间的连接点配置为连接到负载。栅极驱动器连接到相脚，以在驱动系统的脉冲宽度调制(Pulse width modulation，PWM)期间根据上栅极的PWM信号将上开关器件切换到导通状态、并且根据下栅极的PWM信号将下开关器件切换到导通状态。栅极驱动器配置为通过将上开关器件和下开关器件同时激活到过渡状态来对链路电容器进行放电。因此，使用过渡状态确保开关器件在保护器件免受温度过高的影响的同时，提供消耗电容器电荷的阻抗。
根据本发明，提供一种电容器放电系统，包括：
逆变器的相脚，所述相脚包括上开关器件和下开关器件，所述上开关器件和下开关器件配置为将来自链路电容器的直流电压逆变为用于驱动马达的交流电压；和
栅极驱动器，所述栅极驱动器将所述上开关器件和所述下开关器件同时激活到过渡状态，以在放电事件期间的预定时间内为所述链路电容器放电，在所述预定时间内，保持所述开关器件低于预定温度。
根据本发明的一个实施例，其中所述过渡状态包括：根据具有持续时间的同步脉冲序列，来同时切换所述上开关器件和所述下开关器件，所述持续时间过短以致无法获得所述开关器件的导通状态。
根据本发明的一个实施例，其中所述过渡状态包括：根据在具有持续时间的时段内激活上开关器件和下开关器件二者的反相的死区时间信号，来切换上所述开关器件和所述下开关器件，所述持续时间过短以致无法获得所述开关器件的导通状态。
根据本发明的一个实施例，其中所述过渡状态包括：根据具有幅度的过渡栅极信号，来同时切换所述上开关器件和所述下开关器件，所述幅度过小以致无法获得所述开关器件的导通状态。
附图说明
图1是示出具有直流链路电容器的电动车辆驱动器的一个典型实施例的示意图；
图2是示出用于为直流链路电容器放电的现有技术的有源放电电阻器的示意图；
图3是示出电容器放电过程的流程图；
图4是示出逆变器的相脚处的直通电流的示意图；
图5示出了用于产生PWM开关信号的多个波形；
图6是示出当从关闭状态切换到导通状态时的功率开关器件的输出阻抗的波形图；
图7是示出根据本发明的一个实施例的用于为链路电容器放电的栅极开关信号的相脚的示意图；
图8是示出用于正常PWM操作的栅极开关信号的相脚的示意图；
图9是表示根据本发明的另一实施例的用于为链路电容器放电的栅极开关信号的相脚的示意图；
图10是示出本发明的控制系统的一个实施例的示意框图；
图11是将在PWM操作期间的栅极信号与用于对链路电容器放电的脉冲序列的示例进行比较的波形图。
具体实施方式
参考图1，电动车辆驱动系统10包括连接到接触器开关12和13的直流电源11(例如电池组或燃料电池)。优选地，接触器12和13是具有打开状态和闭合状态的机械开关，该机械开关用于将电池11选择性地连接到电驱动系统10的正总线14和负总线15。
主电容器(即直流链路电容器)16与逆变器17连接在总线14和15之间。逆变器17包括桥接配置中的多个开关器件。逆变器17中的开关以期望的方式切换以驱动马达18。
优选地，逆变器17中的每个开关器件包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)或其它功率半导体开关器件。每个IGBT包括反向阻断二极管。每个IGBT具有连接到驱动器电路21的相应的控制端(例如基极)，驱动器电路21由根据逆变器的各种操作模式产生切换命令的控制器20控制。
控制器20可以是可以作为可编程设备而商业销售的马达发电机控制单元(motor-generator control unit，MGCU)。除了处理逆变器的脉冲宽度调制(PWM)控制之外，MGCU控制器20还可以控制当接触器12和13打开时可能开始的链路电容器16的放电操作。例如，IGBT可以根据驱使产生零转矩同时耗散电容器16上的电荷的弱磁通电流的算法进行脉冲宽度调制。
图2示出了跨接在链路电容器16两端的常规有源电阻放电电路25。放电电路25包括与放电开关27串联的放电电阻器26。开关27具有控制端，控制端用于响应于来自MGCU的禁用命令信号而通过禁用电路28可选地使放电开关接通和断开。禁用电路28的功能是执行禁用命令信号的逻辑反转。因此，当禁用命令信号具有高逻辑电平时，连接到控制端的禁用电路28的输出具有低电压电平使得开关27断开(并且电容器16不放电)。例如，通过将控制端分流到负总线15可以获得低电压电平。当禁用命令信号停止(即降低到低逻辑电平)时，禁用电路28的输出自动拉升到足以导通放电开关27的电压，并且电容器16被快速放电。
图3示出了使用链路电容器放电机构的组合的一种现有技术方法。因此在步骤30中，逆变器系统控制器可以在正常PWM转矩控制模式中工作，其中具有受控占空比的PWM信号通过相应的栅极驱动器施加到逆变桥。在步骤31中执行检查以确定是否需要主动放电事件，例如车辆关闭。如否，在步骤30中继续PWM转矩控制。反之，首先在步骤32中通过操作逆变桥以产生零转矩的方式从链路电容器向马达负载提供电流，以通过在逆变器模块外部进行的电荷消耗来尝试对链路电容器放电。在步骤33中执行检查以确定链路电容器是否以预期的方式放电。如果是，则算法可以在步骤34中完成。如果链路电容器没有放电(例如当马达已经从逆变器断开时)，则在步骤35中逆变器模块可以使用有源电阻器启动内部电容器放电。现有技术的系统也可以仅使用内部或外部放电技术中的一种或另一种。在任何情况下，现有技术系统由于附加部件而成本高昂、计算密集、和/或可能无法在某些条件下对链路电容器放电。
本发明不需要任何额外的部件，并且仅在直流链路电容器所在的逆变器系统控制器模块内执行。
图4示出了逆变桥中的相脚40，相脚40包括串联连接的上开关器件41和下开关器件42，并且上开关器件41和下开关器件42具有用于驱动马达绕组44的连接点43。在正常PWM操作期间，死区时间被适配为开关器件41和42的接通和断开的序列的一部分，使得它们不同时处于接通(否则将允许直通电流45在直流总线之间流动的“直通”状态)。由于开关41和42在其接通状态下的串联阻抗非常小，所以直通状态可能导致非常大的电流在桥中循环，这可能损坏开关器件41和42(并且在正常PWM操作期间可能导致显着的功率损耗)。
图5示出了以与马达的旋转频率相比的高频率(例如大约5千赫兹)产生的三角形波形的PWM载波信号45。使用已知的产生基于电流控制的栅极驱动开关信号的PWM方法，响应于检测到的马达电流/扭矩和目标马达电流/扭矩之间的任何误差而产生PWM占空比信号46。占空比46与PWM载波信号45进行比较以产生如图5所示的PWM信号。例如，信号47是原始上器件的栅极信号，当PWM载波信号45大于占空比信号46时该原始上器件的栅极信号具有低逻辑电平，并且当占空比信号46大于PWM载波信号45时该原始上器件的栅极信号具有高逻辑电平。信号48是与信号47逻辑反相的原始下器件的栅极信号。这些原始(即标称)栅极信号可以通过除使用PWM载波信号之外(例如通过直接数值计算)产生。
为了避免使用原始栅极信号47和48可能发生的直通，已经如下执行传统的死区时间插入。通过将时间延迟(例如固定的死区时间延迟53)引入到信号47中来获得波形49。固定时间延迟表示避免同时激活上开关器件和下开关器件的足够长的死区时间插入，同时激活上开关器件和下开关器件可能由于上栅极信号和下栅极信号之间的噪声或传播延迟差异(通常具有几微秒的持续时间)而发生。通过对原始栅极信号47和延迟的栅极信号49进行与门控(即形成逻辑与)来获得死区时间插入的上开关器件的栅极信号(GU)51。信号51示出使用相同的固定延迟53的下栅极信号48的时间延迟版本。产生死区时间插入的下开关器件栅极信号(GL)52作为原始下器件栅极信号48和延迟信号50的逻辑与。在现有技术中，死区时间插入上栅极信号和下栅极信号51和52各自用于驱动相脚开关器件而不产生任何直通(例如，如与图4中的开关器件41和42的栅极端连接的栅极信号GU和GL所示)。
虽然图5中的栅极信号的开/关电平显示为瞬时变化，但是开关器件的实际转换如图6所示进行。器件阻抗在关闭状态下具有最大值并且在导通状态下具有最小值。在接收到高于在时间tON发生的阈值的栅极驱动信号时，开关器件通过过渡状态，在该过渡状态期间获得能够从链路电容器消耗电荷的阻抗区域55。通过在该区域内维持运行足够长的时间，链路电容器可以非常有效地放电。
图7示出了根据本发明的一个实施例的适于为链路电容器放电的相脚60。上开关器件和下开关器件61和62跨接在链路电容器(未示出)两端，在开关器件61和62之间的连接点配置为连接到输出负载。开关器件61和62分别以常规方式连接到栅极驱动器63和64。总体通过控制器65，栅极驱动器配置为：当检测到主总线通过打开接触器开关与主直流电源分离的放电事件时，通过同时将开关器件61和62激活到过渡状态(即小于其完全接通状态)来使链路电容器放电。通过使用过渡状态，开关器件61和62以可以安全地耗散存储在链路电容器上的电荷的阻抗工作。为了防止累积的温度可能损坏器件61和62，可以调制过渡状态以限制放电电流。
在图7的实施例中，开关器件61和62通过将栅极信号配置为一对窄脉冲的同步序列来保持处于过渡状态，其中每个脉冲短于器件的接通时间。因此，定时块65产生同步脉冲序列66和67，其中每个脉冲具有比各个器件的导通时间短的脉冲宽度tsh，并且其中脉冲以一定频率设置，该频率配置为在保持开关器件的温度低于预定温度的预定时间内对链路电容器进行放电。频率对应于脉冲序列66和67中的相邻脉冲之间的周期Ts。脉冲之间的“关闭时间”通过确保传送到开关器件的各个栅极的电荷不足以实现其导通状态来限制总电流(从而限制总发热量)。在优选实施例中，同步脉冲序列的脉冲宽度和脉冲频率固定为预定值。预定值可以根据经验或通过建模确定，并且选择预定值以确保在放电过程期间，在最大放电电流下相应开关器件的最大连接点温度保持低于特定器件的制造商所指定的允许的最大连接点温度(例如约150℃)。
使用如图7所示的使用同步脉冲序列的器件同时切换在快速为链路电容器放电方面非常有效。例如，链路电容器可以在100毫秒内从400伏放电到小于60伏。本发明也可以应用于两个或更多个逆变器相脚，以便更快速地从链路电容器中耗散电荷。如果发热成为问题，那么使用多个相脚可以在大量器件上分布热量。由于逆变桥的开关器件通常可以包括被动或主动冷却，所以本发明可以利用已经存在的散热器对为链路电容器放电提供帮助。
本发明的切换定时可以替代地使用对常规PWM信号生成的修改来获得，而不使用同步的窄脉冲。图8示出了连接到PWM信号块68的相脚60和栅极驱动器63和64，该PWM信号块68使用插入的死区时间tdead产生常规PWM栅极信号，以产生分别提供给栅极驱动器63和64的栅极信号gs1和gs2。PWM载波频率得到栅极信号的周期Ts1。在死区时间内，两个开关器件处于关闭状态。在PWM周期的剩余时间内，一个开关器件处于导通状态并且另一个开关器件处于闭合状态。
图9示出了PWM开关信号的产生的简单修改，该修改可用于同时将上开关器件和下开关器件激活至其过渡状态，以实现与图7的实施例相同的结果。具体地，由图8中的块68产生的栅极信号在信号定时块70中反相，以产生反相的死区时间信号71和72。通过反相正常PWM信号，反相的死区时间信号71和72具有高逻辑电平电压，以在对应于原始死区时间的时间内同时接通开关器件，并且在其他时间，一个开关器件将始终处于关闭状态。因此，反相的死区时间信号在对应于死区时间的时刻发生相脚的直通。因此，电流在当两个栅极信号都处于高电压电平时(都处于高电压电平的时间太短以至于无论哪个新激活的器件都不能获得导通状态)的短时间间隔内流过上开关器件和下开关器件，从而快速地耗散来自链路电容器的电荷。为了简化实施，信号块70可以使用相同长度的死区时间脉冲宽度tsh。同样地，为了获得将温度限制在小于预定温度的期望的放电曲线，可以使用相同的PWM频率(即周期)或者可以使用不同的预定周期Ts2。
图10示出了本发明的另一实施例，其中使用具有过小以至于不能获得导通状态的幅度的栅极信号，来激活上开关器件和下开关器件76和77(即直接控制器件76和77在其过渡区域内导通)。典型的开关器件可以配置为以15伏的栅极电压获得开关器件的完全导通状态。对于这种器件，可以使用约6伏的过渡栅极电压。由于器件76和77根据其在逆变桥中的主要目的而被优化用于完全导通/闭合开关，过渡区域的尺寸与其他类型的开关器件相比可能相对较小。因此，可能需要精细地控制栅极信号的幅度。优选地可以使用栅极信号的减小的幅度以及栅极信号的脉冲。例如，图11示出了具有配置为将驱动开关器件使其到达导通状态的全幅度的常规PWM栅极信号85。在示例A中，脉冲栅极信号86具有减小的幅度，(当同时提供给相脚中的两个器件时)脉冲栅极信号86提供通过相脚的有限电流以对链路电容器放电。如果示例A中的脉冲重复频率将产生大于指定温度的器件温度，则脉冲重复频率可以如实施例B中的栅极信号87所示的那样减小。
如图10所示，开关器件76和77可以由普通半导体芯片制造并封装为功率模块75。模块75的温度可通过向控制器80提供温度信号的片上温度传感器78监视。如上所述，控制器80连接到控制器件76和77切换的栅极驱动器81。可以向控制器80提供停止检测信号。电动车辆中的控制器80或一些其它控制器在检测到停机时打开主电池接触器开关。控制器80响应于关机而向驱动器81提供栅极信号，驱动器81配置为根据任一前述实施例为链路电容器16放电。控制器80使用来自传感器78的温度信号可以进一步调节放电电流以最大化放电速度，而不产生不合意的温度升高。可以通过改变同步脉冲序列的频率来控制放电电流，使得例如如果温度变得太高则降低放电脉冲的频率。

Claims (16)

1.一种用于电动车辆的驱动系统，包括：
直流链路电容器，所述直流链路电容器适于连接到位于直流电源和逆变器之间的正和负直流总线；
相脚，所述相脚包括跨接到所述直流链路两端的上开关器件和下开关器件，其中所述上开关器件和所述下开关器件之间的连接点配置为连接到负载；
栅极驱动器，所述栅极驱动器连接到所述相脚，以在所述驱动系统的脉冲宽度调制期间，根据上栅极的PWM信号将所述上开关器件切换到导通状态、并且根据下栅极的PWM信号将所述下开关器件切换到导通状态，其中所述栅极驱动器配置为通过将所述上开关器件和所述下开关器件同时激活到过渡状态，来对所述链路电容器进行放电。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述栅极驱动器通过根据具有持续时间的同步脉冲序列来同时切换所述上开关器件和所述下开关器件，从而对所述链路电容器放电，所述持续时间过短以致无法获得所述导通状态。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述脉冲序列具有配置为在保持所述开关器件的温度低于预定温度的预定时间内对所述链路电容器放电的频率。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述频率是固定的。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述栅极驱动器通过根据在具有持续时间的时段内激活所述上开关器件和所述下开关器件二者的反相的死区时间信号来切换所述上开关器件和所述下开关器件，从而对所述链路电容器放电，所述持续时间过短以致无法获得所述导通状态。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述反相的死区时间信号具有配置为在保持所述开关器件的温度低于预定温度的预定时间内对所述链路电容器放电的频率。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述频率是固定的。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述栅极驱动器通过根据具有幅度的过渡栅极信号来切换所述上开关器件和所述下开关器件，从而对所述链路电容器放电，所述幅度过小以致无法获得所述导通状态。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述过渡栅极信号包括同步脉冲序列。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述同步脉冲序列具有配置为在保持所述开关器件的温度低于预定温度的预定时间内对所述链路电容器放电的频率。
11.一种使在电动车辆的驱动系统中的直流链路电容器快速放电的方法，其中所述驱动系统包括通过接触器开关连接到直流电源的正和负直流总线，并且其中所述链路电容器和多个逆变器相脚连接到所述总线，所述方法包括：
检测放电事件，其中所述总线与所述电源通过所述接触器开关断开；
通过栅极信号驱动至少一个相脚中的上开关器件和下开关器件，所述栅极信号将所述上开关器件和所述下开关器件同时激活到过渡状态，其中所述栅极信号配置为在预定时间内对所述链路电容器放电，在所述预定时间内，将通过将所述开关器件的电流限制为保持所述开关器件的温度低于预定温度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述栅极信号包括具有持续时间的同步脉冲序列，所述持续时间过短以致无法获得所述开关器件的导通状态。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述栅极信号包括：在具有持续时间的时段内激活所述上开关器件和所述下开关器件二者的反向的死区时间信号，所述持续时间过短以致无法获得所述开关器件的导通状态。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述栅极信号包括具有幅度的过渡栅极信号，所述幅度过小以致无法获得所述开关器件的导通状态。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述过渡栅极信号包括同步脉冲序列。
16.一种电容器放电系统，包括：
逆变器的相脚，所述相脚包括上开关器件和下开关器件，所述上开关器件和下开关器件配置为将来自链路电容器的直流电压逆变为用于驱动马达的交流电压；和
栅极驱动器，所述栅极驱动器将所述上开关器件和所述下开关器件同时激活到过渡状态，以在放电事件期间的预定时间内为所述链路电容器放电，在所述预定时间内，保持所述开关器件低于预定温度。
CN201710826243.4A 2016-09-19 2017-09-14 使用相脚开关的链路电容器用主动放电电路 Active CN107846155B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/268,872 US10384561B2 (en) 2016-09-19 2016-09-19 Active discharge circuit for link capacitor using phase leg switches
US15/268,872 2016-09-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107846155A true CN107846155A (zh) 2018-03-27
CN107846155B CN107846155B (zh) 2021-03-30

Family

ID=61302494

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710826243.4A Active CN107846155B (zh) 2016-09-19 2017-09-14 使用相脚开关的链路电容器用主动放电电路

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10384561B2 (zh)
CN (1) CN107846155B (zh)
DE (1) DE102017121579A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108123592A (zh) * 2016-11-29 2018-06-05 台达电子企业管理（上海）有限公司 用于功率变流器母线电容的放电控制方法
CN111244927A (zh) * 2020-03-10 2020-06-05 一巨自动化装备（上海）有限公司 一种母线电容主动放电电路
CN111525782A (zh) * 2020-05-19 2020-08-11 深圳南云微电子有限公司 一种功率管的驱动控制方法及电路
CN113442775A (zh) * 2021-07-23 2021-09-28 长春捷翼汽车零部件有限公司 充放电控制方法、充电设备及存储介质

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10644581B2 (en) * 2017-11-01 2020-05-05 Texas Instruments Incorporated DC-DC power conversion circuitry with efficiency optimization using temperature sensing
DE102018115295A1 (de) 2018-06-26 2020-01-02 Valeo Siemens Eautomotive Germany Gmbh Steuerungseinrichtung sowie Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators, Stromrichter und Fahrzeug
DE102018006054A1 (de) * 2018-08-01 2020-02-06 A.B. Mikroelektronik Gesellschaft Mit Beschränkter Haftung Vorrichtung zum zumindest teilweisen Entladen eines elektrischen Energiespeichers
US10924001B2 (en) * 2018-08-22 2021-02-16 Texas Instruments Incorporated Gate driver controller and associated discharge method
DE102018221209A1 (de) * 2018-12-07 2020-06-10 Zf Friedrichshafen Ag Vorrichtung und Verfahren zur Entladung eines Zwischenkreiskondensators
DE102018221989A1 (de) 2018-12-17 2020-06-18 Audi Ag Hochvoltbordnetzanordnung für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Hochvoltbordnetzanordnung
US10998843B2 (en) 2019-09-23 2021-05-04 Power Integrations, Inc. External adjustment of a drive control of a switch
KR20210156107A (ko) * 2020-06-17 2021-12-24 현대자동차주식회사 차량용 배터리 충전 장치 및 방법
DE102020210982A1 (de) 2020-08-31 2022-03-03 Brose Fahrzeugteile SE & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg Verfahren zum Betrieb eines Aggregats eines Kraftfahrzeugs
CN112124078B (zh) * 2020-09-30 2022-04-26 潍柴动力股份有限公司 一种永磁同步电机的下电控制方法及下电控制系统
US11437911B2 (en) 2020-12-22 2022-09-06 Power Integrations, Inc. Variable drive strength in response to a power converter operating condition
DE102021201007A1 (de) 2021-02-04 2022-08-04 Zf Friedrichshafen Ag Fehlererkennung durch Messen eines Tastgrades eines Umrichterpulsmusters
US11870356B2 (en) 2021-09-30 2024-01-09 Thermo King Llc Energy dissipation for an electrical power supply for a transport climate-control system
DE102021129145A1 (de) 2021-11-09 2023-05-11 Audi Aktiengesellschaft Verfahren zum aktiven Entladen eines elektrischen Energiespeichers, Steuereinrichtung, elektrische Schaltungseinrichtung und Kraftfahrzeug
US20230170790A1 (en) * 2021-11-29 2023-06-01 Nxp Usa, Inc. Method of safely discharging dc link capacitor of multiple phase inverter
DE102022103473A1 (de) 2022-02-15 2023-08-17 Audi Aktiengesellschaft Elektrische Schaltungseinrichtung, elektrische Antriebsanordnung und Kraftfahrzeug
DE102022109285A1 (de) 2022-04-14 2023-10-19 Audi Aktiengesellschaft Elektrische Schaltungsanordnung, elektrische Antriebseinrichtung, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Schaltungsanordnung
WO2024002525A1 (en) * 2022-06-30 2024-01-04 Eaton Intelligent Power Limited Dc bus active discharge

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101507092A (zh) * 2006-08-24 2009-08-12 丰田自动车株式会社 马达驱动装置
US20100072942A1 (en) * 2008-09-24 2010-03-25 Gm Global Technology Operations, Inc. Control module for dynamic operation of a power inverter using an application specific integrated circuit
US20100327837A1 (en) * 2009-06-24 2010-12-30 Hitachi, Ltd. Power converter for traction control and transportation system
CN102088187A (zh) * 2009-12-07 2011-06-08 通用汽车环球科技运作有限责任公司 利用半导体装置为总线电压放电的系统和方法
US20110221370A1 (en) * 2010-03-11 2011-09-15 Denso Corporation Discharge control device for power conversion system
US8138832B2 (en) * 2009-12-07 2012-03-20 Faraday Technology Corp. Class-D amplifier
CN104626995A (zh) * 2013-11-06 2015-05-20 联合汽车电子有限公司 电动汽车高压放电系统
CN104795856A (zh) * 2014-01-22 2015-07-22 福特全球技术公司 电动车辆驱动系统停用期间电容器的放电
JP2016123202A (ja) * 2014-12-25 2016-07-07 日産自動車株式会社 電力変換装置及び電力変換装置の制御方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3107344B2 (ja) 1994-07-13 2000-11-06 本田技研工業株式会社 電気車両用モータの制御装置
JP2004015892A (ja) 2002-06-05 2004-01-15 Toshiba Corp インバータの制御装置及び電気自動車
KR100802679B1 (ko) 2006-10-12 2008-02-12 현대자동차주식회사 하이브리드 인버터 ｄｃ링크 전압 방전 시스템 및 방법
WO2010131353A1 (ja) 2009-05-15 2010-11-18 トヨタ自動車株式会社 電力変換装置、電力変換装置の制御方法およびそれを搭載する車両

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101507092A (zh) * 2006-08-24 2009-08-12 丰田自动车株式会社 马达驱动装置
US20100072942A1 (en) * 2008-09-24 2010-03-25 Gm Global Technology Operations, Inc. Control module for dynamic operation of a power inverter using an application specific integrated circuit
US20100327837A1 (en) * 2009-06-24 2010-12-30 Hitachi, Ltd. Power converter for traction control and transportation system
CN102088187A (zh) * 2009-12-07 2011-06-08 通用汽车环球科技运作有限责任公司 利用半导体装置为总线电压放电的系统和方法
US8138832B2 (en) * 2009-12-07 2012-03-20 Faraday Technology Corp. Class-D amplifier
US20110221370A1 (en) * 2010-03-11 2011-09-15 Denso Corporation Discharge control device for power conversion system
CN104626995A (zh) * 2013-11-06 2015-05-20 联合汽车电子有限公司 电动汽车高压放电系统
CN104795856A (zh) * 2014-01-22 2015-07-22 福特全球技术公司 电动车辆驱动系统停用期间电容器的放电
JP2016123202A (ja) * 2014-12-25 2016-07-07 日産自動車株式会社 電力変換装置及び電力変換装置の制御方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108123592A (zh) * 2016-11-29 2018-06-05 台达电子企业管理（上海）有限公司 用于功率变流器母线电容的放电控制方法
CN108123592B (zh) * 2016-11-29 2020-11-10 台达电子企业管理（上海）有限公司 用于功率变流器母线电容的放电控制方法
US10873253B2 (en) 2016-11-29 2020-12-22 Delta Electronics (Shanghai) Co., Ltd. Discharge control method for bus capacitor in power converter
CN111244927A (zh) * 2020-03-10 2020-06-05 一巨自动化装备（上海）有限公司 一种母线电容主动放电电路
CN111525782A (zh) * 2020-05-19 2020-08-11 深圳南云微电子有限公司 一种功率管的驱动控制方法及电路
CN113442775A (zh) * 2021-07-23 2021-09-28 长春捷翼汽车零部件有限公司 充放电控制方法、充电设备及存储介质
CN113442775B (zh) * 2021-07-23 2023-05-12 长春捷翼汽车科技股份有限公司 充放电控制方法、充电设备及存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017121579A1 (de) 2018-03-22
CN107846155B (zh) 2021-03-30
US10384561B2 (en) 2019-08-20
US20180079315A1 (en) 2018-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107846155A (zh) 使用相脚开关的链路电容器用主动放电电路
CN107508528B (zh) 电动车辆逆变器的自限制有源放电电路
US10525841B2 (en) Gate driver with short circuit protection
CN102723854B (zh) 用于开关元件的驱动电路
US10491095B2 (en) Dynamic IGBT gate drive for vehicle traction inverters
US9322852B2 (en) Gate drive under-voltage detection
CN102299507B (zh) 用于半导体元件的驱动装置
US6384552B2 (en) Control apparatus for electric vehicle
CN107681871B (zh) 利用有源截止来降低开关损耗的igbt栅极驱动
US10622933B2 (en) Inverter device that reduces a loss caused by switching elements
US8829836B2 (en) Driver for switching element and control system for rotary machine using the same
CN105103448A (zh) 电子装置
US20150295421A1 (en) Active isolated circuit for precharging and discharging a high voltage bus
CN107306077B (zh) 用于降低开关损耗的截止期间的igbt栅极驱动
CN108496304B (zh) Dc-dc电压转换器的诊断系统
US11368083B2 (en) Method and device for discharging a DC-link capacitor
EP3975402B1 (en) A discharge control circuit, corresponding system, vehicle and method
JP2014183680A (ja) 短絡電流保護装置
JP6973739B2 (ja) Ｄｃ−ｄｃ電圧コンバータをブースト動作モードから安全動作モードに切り換える制御システム
CN116114163A (zh) 用于对dc链路电容器进行放电的布置和方法
US10615682B2 (en) Electrically driven vehicle inverter device
CN111762024B (zh) 车载控制装置以及记录介质
JP5621314B2 (ja) 電力変換システムの放電制御装置
EP4187765A1 (en) Method of safely discharging dc link capacitor of multiple phase inverter
WO2024002525A1 (en) Dc bus active discharge

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant