CN109286213A - 逆变器系统控制器功率优化 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及逆变器系统控制器功率优化。一种用于车辆的逆变器包括电力控制器和栅极驱动板(GDB)，所述电力控制器和所述栅极驱动板串联电连接，所述电力控制器包括逻辑电路，所述逻辑电路被配置为：响应于存在点火信号，允许低电压电力通过所述电力控制器流动至所述GDB，以启动所述GDB；并且响应于存在唤醒信号而不存在点火信号，阻止低电压电力通过所述电力控制器流动至所述GDB。

Description

逆变器系统控制器功率优化
技术领域
本公开涉及用于优化逆变器系统控制器(ISC)的功耗的系统和方法。
背景技术
电气化车辆中的高电压电池可使用交流(AC)或DC充电被再充电。车辆可连接到AC电网，并且可分别使用120伏特(V)或240V的连接通过1级AC充电或2级AC充电来接收电能。与具有DC充电能力的充电站的连接可允许以各种电流速率对高电压电池进行再充电，诸如，200至450V/80安培(A)的1级DC充电、200至450V/200A的2级DC充电、200至450V/400A的3级DC充电等。在一些情况下，DC充电会话可比AC充电会话更快地传输相同量的能量。
发明内容
一种用于车辆的逆变器包括电力控制器和栅极驱动板(GDB)，电力控制器和栅极驱动板串联电连接，所述电力控制器包括逻辑电路，所述逻辑电路被配置为：响应于存在点火信号，允许低电压电力通过所述电力控制器流动至所述GDB，以启动所述GDB；并且响应于存在唤醒信号而不存在点火信号，阻止低电压电力通过所述电力控制器流动至所述GDB。
根据本发明的一个实施例，响应于检测到车辆电池温度大于第一阈值或者小于第二阈值而从所述电力控制器的混合动力控制单元中产生所述唤醒信号。
一种方法包括：响应于存在点火信号，通过逆变器的电力控制器允许低电压电力通过所述电力控制器流动至栅极驱动板(GDB)和旋转变压器-数字转换器，以启动所述GDB和旋转变压器-数字转换器，其中，所述GDB和旋转变压器-数字转换器中的每个与所述电力控制器串联电连接；响应于存在唤醒信号而不存在点火信号，阻止低电压电力通过所述电力控制器流动至所述GDB和旋转变压器-数字转换器。
根据本发明的一个实施例，响应于检测到车辆电池温度大于第一阈值或者小于第二阈值而从所述电力控制器的混合动力控制单元中产生所述唤醒信号。
一种用于车辆的系统包括逆变器，所述逆变器包括栅极驱动板(GDB)和电力控制器，所述电力控制器包括逻辑电路，所述逻辑电路被配置为：响应于检测到点火信号，允许低电压电力流动至所述GDB，以启动所述GDB；并且响应于接收到唤醒信号而未接收到点火信号，阻止低电压电力流动至所述GDB，并且允许低电压电力的流动以给接触器的线圈通电，从而使所述接触器闭合。
附图说明
图1是示出典型的动力传动系统和能量储存组件的插电式混合动力电动车辆(PHEV)的框图；
图2A是示出示例能量传输系统布置的框图；
图2B是示出接触器的示意图；
图3是示出用于逆变器系统控制器的示例电力电路布置的框图；
图4是示出包括逻辑电路的逆变器系统控制器的框图；
图5是示出示例高侧开关布置的示意图；
图6是示出用于控制到逆变器系统控制器的至少一个组件的电力流的算法的流程图。
具体实施方式
在此描述了本公开的实施例。然而，将理解的是，所公开的实施例仅仅是示例，并且其它实施例可以采取各种和可替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可被夸大或最小化以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为具有限制性，而仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任何一个附图示出和描述的各个特征可与一个或更多个其它附图中示出的特征组合，以产生没有被明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。
为每个车辆电气组件创建单独的电力路径可能是不实际的，并且可能导致到完全供电状态的时间延迟以及增大的布线复杂性。因此，车辆设计可能需要多个车辆组件共用电力连接器，使得为连接器提供电力可导致共用所述连接器的全部组件同时启动。另一方面，共用的电力连接器可能阻碍仅选择性地启动一个连接的组件而不使其它连接的组件也经由同一连接器接收电力的能力。为未被使用的组件供电可导致功耗低效和组件过早劣化。
作为一个示例，混合动力车辆和电动车辆可配备有一个或更多个气候控制组件(诸如但不限于，正温度系数(PTC)加热器、电动空调(A/C)单元等)。在一些情况下，组件可自动地或者当从另一车辆控制器接收到预定义的信号时进行操作，以根据用户设置来调节并保持车厢温度和/或提供用于牵引电池的温度控制功能。当车辆点火开关接通时，可能需要进行气候控制调节(诸如，当车辆运行时增加车厢的舒适度)，或者当车辆点火断开时，可能需要进行气候控制调节(诸如，在点火开关接通之前对牵引电池的充电进行优化和/或根据用户设置对车厢进行预调节)。
为启用PTC加热器和/或电动A/C而提供电力的电连接器还可向其它高电压组件提供电力，使得为启用加热器或A/C而提供电力可导致其它高电压组件也接收电力并相应地开启。作为一个示例，为启用PTC加热器和电动A/C而提供电力的同一高电压总线还可为电力逆变器子系统提供电力，所述电力逆变器子系统被配置为在混合动力车辆或电动车辆的马达/发电机与牵引电池之间传递并调节能量。逻辑开关可被配置为：响应于检测到加热器或A/C功能被请求而不需要为逆变器子系统供电(例如，车辆点火开关处于断开状态)，禁止电力流动到逆变器子系统。逻辑开关还可被配置为：响应于检测到的点火开关接通信号而使电力能够流动到逆变器子系统。逻辑开关还可被配置为：响应于当加热器或A/C已经被用于预调节车厢或在牵引电池充电期间加热或冷却牵引电池时接收到点火开关接通信号，经由连接器启用电力流以启动逆变器子系统。
图1描绘了典型的插电式混合动力电动车辆(PHEV)系统10。插电式混合动力电动车辆12(以下称为车辆12)可包括至少一个牵引电池14，所述至少一个牵引电池14被配置为在连接到电网(未示出)的充电站(未示出)处经由充电会话(charging session)接收电荷。例如，车辆12可与充电站的电动车辆供电设备(EVSE)16协作，以协调从电网到牵引电池14的电荷转移。电网可包括利用可再生能源的装置(诸如，光伏(PV)太阳能板或风力涡轮机)(未示出)。
EVSE 16可包括电路和控制，以调节和管理电网和车辆12之间的能量传输。作为一个示例，EVSE 16可包括具有被配置为与车辆12的充电端口(未示出)的相应凹入紧密配合的多个引脚的充电连接器(未示出)。在一些情况下，充电端口还可被合并为充电控制器38的一部分，并且可限定被配置为从EVSE 16向车辆12传输电力的任意类型的端口。例如经由充电端口与EVSE 16进行通信的车辆12的充电控制器38可对EVSE 16和牵引电池14之间的电荷流动进行控制。类似地，EVSE 16可包括控制模块(未示出)，所述控制模块对由EVSE 16提供的电力进行调节，以向车辆12提供例如由电池充电器控制器38请求的电压水平和电流水平。
EVSE 16可被设计为向车辆12提供单相或三相交流(AC)或直流(DC)充电。具备AC能力的EVSE、具备DC能力的EVSE以及具备AC/DC能力的EVSE的充电连接器和充电协议之间可存在不同。EVSE 16还可被配置为提供不同等级的AC和DC充电(包括但不限于，120伏特(V)的1级AC充电、240V的2级AC充电、电压为200至450V且电流为80安培(A)的1级DC充电、电压为200至450V且电流高达200A的2级DC充电、电压为200至450V且电流高达400A的3级DC充电等)。给定特定充电系统的电压规格和电流规格，接收给定量的电荷所需的时间可从几个小时到几分钟不等。
在一个示例中，EVSE 16和车辆12的充电端口两者都可被配置为符合与电气化车辆充电有关的工业标准(诸如但不限于，汽车工程师学会(SAE)的J1772、J1773和J2954、国际标准化组织(ISO)的15118-1、15118-2和15118-3以及德国DIN规范70121等)。在一个示例中，充电控制器38的充电端口的凹入可包括多个端子(诸如，被指定用于1级AC电力交换和2级AC电力交换的端子、被指定用于接地的端子、被指定用于在EVSE 16和车辆12之间传输的控制信号的端子以及被指定用于DC充电(诸如，但不限于1级DC充电、2级DC充电或3级DC充电)的端子)。
通过示例，至少一个端子可被用于传导控制导频信号和/或传导接近检测信号。接近信号可以是指示充电控制器38的充电端口和EVSE 16的连接器之间的接合状态的信号。控制导频信号(例如，低电压脉冲宽度调制(PWM)信号)可被用于控制充电处理。如至少参照图2A所描述的，进出牵引电池14的能量流可经由总线电气中心(bussedelectricalcenter，BEC)18执行，并且可由电池控制器40管理。
车辆12还可包括机械地连接到混合动力传动装置22的一个或更多个电机20。电机20可被配置为作为马达或发电机来运转。此外，混合动力传动装置22机械地连接到发动机24。混合动力传动装置22还机械地连接到驱动轴26，所述驱动轴26机械地连接到车轮28。
电机20可在发动机24开启或关闭时通过使用储存在牵引电池14中的能量来提供推进能力和减速能力。电机20还可用作发电机，并且可通过回收在摩擦制动系统中通常将作为热损失掉的能量来提供燃料经济性效益。在特定状况下，由于车辆12可在电动模式下运转，所以电机20还可提供降低的污染物排放。
牵引电池14通常提供高电压直流(DC)输出。牵引电池14可电连接到逆变器系统控制器(ISC)30。ISC 30电连接到电机20，并且提供在牵引电池14和电机20之间双向传输能量的能力。在马达模式下，ISC 30可将由牵引电池14提供的DC输出转换为电机20正常运行所需的三相交流电(AC)。在再生模式下，ISC 30可将来自用作发电机的电机20的三相AC输出转换为牵引电池14所需的DC输入。虽然图1描绘了典型的插电式混合动力电动车辆，但是在此的描述同样适用于纯电动车辆。针对纯电动车辆(例如，电池电动车辆(BEV))，混合动力传动装置22可以是连接到电机20的齿轮箱，并且可以不存在发动机24。
牵引电池14除了提供用于推进的能力以外，还可为其它车辆电气系统提供能量。例如，牵引电池14可向高电压负载32(诸如，但不限于，空调(A/C)压缩机和电加热器)传输能量。在另一个示例中，牵引电池14可向低电压负载34(诸如但不限于，12V辅助电池)提供能量。在这样的示例中，车辆12可包括DC/DC转换器36，所述DC/DC转换器36被配置为将牵引电池14的高电压DC输出转换为与低电压负载34相兼容的低电压DC供应。所讨论的各种组件可具有一个或更多个关联的控制器，以控制并监测所述组件的操作。控制器可经由串行总线(例如，控制器局域网(CAN))或经由离散导体进行通信。
图2A示出了用于向车辆12的牵引电池14传输能量以及从车辆12的牵引电池14传输能量的示例接触器布置44。牵引电池14的多个电化学电池单元(未示出)可经由正极端子46a和负极端子46b连接到BEC 18。电池单元可具有任何合适的配置，并且可用于接收和储存用于车辆12的操作的电能。作为一个示例，每个电池单元可提供相同或不同的标称水平的电压。作为另一个示例，电池单元可被布置为一个或更多个阵列、部分或模块，所述阵列、部分或模块进一步串联连接或并联连接。虽然牵引电池14被描述为包括例如电化学电池单元，但是其它类型的能量储存装置实施方式(诸如，电容器)也被考虑。
负极端子46b和正极端子46a可包括导电材料(诸如，金属)，并且可具有任何合适的配置。在一些示例中，BEC 18可包括多个连接器和开关，以允许经由正极端子46a和负极端子46b选择性地向电池单元供应能量和从电池单元收回能量。
电池控制器40可连接到在牵引电池14中设置的多个传感器(未示出)，并且可被配置为基于传感器测量值来控制进出牵引电池14的能量流。例如，电池控制器40还可被配置为监测并管理在车辆12的各种操作状况下的每个电池单元或电池单元组合的温度、荷电状态(SOC)和其它操作参数。电池控制器40可与ISC 30进行通信，并且被配置为：响应于检测到操作参数大于或小于预定阈值，向ISC 30发送信号，所述信号请求ISC 30提供电力以启用一个或更多个高电压负载32(诸如，加热器或电动A/C)。
当接收到请求时，ISC 30可被配置为向BEC 18提供电力以断开或闭合所述多个开关中的一个或更多个。电池控制器40可连接到其它车辆控制器(诸如但不限于，发动机控制器和变速器控制器)(未示出)，并且可响应于来自其它车辆控制器的预定信号而命令ISC30提供电力以断开或闭合多个开关。
电池控制器40还可与充电控制器38进行通信。例如，充电控制器38可将指示充电会话请求的信号发送到电池控制器40。然后，电池控制器40可命令充电控制器38提供电力以断开或闭合多个开关，从而允许经由充电会话(例如，DC快速充电会话)在EVSE 16和牵引电池14之间传输电能。
BEC 18可包括电连接到牵引电池14的正极端子46a的正极主接触器50和电连接到牵引电池14的负极端子46b的负极主接触器52。在一个示例中，闭合正极主接触器50和负极主接触器52允许电能流至电池单元和从电池单元流出。在这样的示例中，电池控制器40可响应于检测到牵引电池14的温度高于或低于预定阈值而命令ISC 30提供电力，以使主接触器50和52断开或闭合。在另一个示例中，电池控制器40可响应于从充电控制器38接收到指示请求开始或终止向牵引电池14传输电能和从牵引电池14传输电能的信号而命令BEC 18断开或闭合主接触器50和52。
BEC 18还可包括被配置为控制正极端子46a的激励处理的预充电电路54。在一个示例中，预充电电路54可包括与预充电接触器58串联连接的预充电电阻器56。预充电电路54可与正极主接触器50并联电连接。当预充电接触器58闭合时，正主接触器50可断开并且负极主接触器52可闭合，从而允许电能流过预充电电路54，并且控制正极端子46a的激励处理。
在一个示例中，电池控制器40可响应于检测到正极端子46a和负极端子46b之间的电压水平达到预定阈值而命令BEC 18闭合正极主接触器50并断开预充电接触器58。然后，可继续经由正极主接触器50和负极主接触器52向牵引电池14传输电能并且从牵引电池14传输能量。例如，BEC 18可在马达模式或发电机模式期间经由与正极主接触器50和负极主接触器52的导体的直接连接来支持在牵引电池14和ISC 30之间的电能传输。
例如，如图2B所示，接触器50和52以及预充电接触器54中的每个可限定包括感应线圈53和继电器55的机电装置51。在一个示例中，ISC 30可被配置为：响应于来自电池控制器40的相应请求，使用预定义量的电流(例如，吸合电流Ipull_in)来激励感应线圈53，以使得继电器55闭合。在另一个示例中，ISC 30还可被配置为：响应于来自电池控制器40的相应请求，对感应线圈53进行去激励(例如，提供小于释放电流Idrop_out的电流量)，以使得继电器55断开。在另一个示例中，在继电器55闭合之后，ISC 30可被配置为提供流过感应线圈53的预定义量的电流(例如，保持电流Ihold)以将继电器55保持在闭合位置，其中，保持电流Ihold的幅值可小于吸合电流Ipull_in的幅值并且大于释放电流Idrop_out的幅值。
继续参照图2A，在一些情况下，闭合接触器50、52和54中的一个或更多个使得电力能够经由与导体的连接流动来启动高电压负载32(诸如，压缩机和电加热器)，所述导体在接触器50、52和54中的对应一个与ISC 30之间进行延伸。在另一个示例中，闭合接触器50、52和54中的一个或更多个可启用经由DC/DC转换器36进出低电压负载34(诸如，12V辅助电池)的能量传输，所述DC/DC转换器36连接到在ISC 30与正极端子46a和负极端子46b之间进行延伸的电导体线。
DC快速充电BEC(以下称为充电BEC)48可包括电连接到正极端子46a的DC快速充电正极接触器(以下称为充电正极接触器)60和电连接到牵引电池14的负极端子46b的DC快速充电负极接触器(以下称为充电负极接触器)62。充电控制器38可响应于指示DC快速充电会话的请求的信号而提供电力以闭合充电负极接触器62并且闭合充电正极接触器60。例如，电池控制器40可响应于接收到来自充电控制器38的指示用于对牵引电池14进行充电的请求的信号而命令充电控制器38闭合负极充电接触器62并且闭合正极充电接触器60。电池控制器40可响应于接收到表明DC快速充电会话完成的通知而选择性地命令充电控制器38断开正极充电接触器60并且断开负极充电接触器62。
为了简洁和清晰，充电控制器38和牵引电池14之间的AC充电连接已被省略。在一个示例中，与预充电电路54组合的主接触器50和52可被用于在EVSE 16和牵引电池14之间传输AC能量。在另一个示例中，电池控制器40可被配置为：响应于接收到来自充电控制器38的指示发起AC充电的请求的信号，命令一个或更多个AC充电接触器(未示出)的断开和闭合。
图3示出了用于被配置为当牵引电池14正在被充电时提供低电压电力以启动高电压负载32的ISC 30-A的示例电力电路布置64。ISC 30-A的电力控制器66-A可被配置为：选择性地闭合低电压开关68，以提供低电压电力，从而使正极主接触器50和负极主接触器52中的至少一个闭合，并且为其它组件(诸如但不限于，ISC 30-A的栅极驱动板(GDB)88、旋转变压器电路等)供电。在一些情况下，低电压开关68可连接到低电压电池42(例如，车辆12的12V辅助电池)。
作为一个示例，电力控制器66-A可包括被配置为提供至少一部分能量来为一对微处理器(80和82)(以下分别称为马达控制单元80和混合动力控制单元82)供电的电源电路78。马达控制单元80可被配置为控制车辆12的一个或更多个旋转变压器(未示出)(向车辆12的一个或更多个旋转变压器提供激励信号)，每个旋转变压器限定例如被配置为通过作为可变耦合变压器进行操作来测量精确的角度位置的机电传感器，在所述可变耦合变压器中，初级绕组和多个次级绕组之间的磁耦合量根据旋转元件(例如，通常安装在电机20的轴上的电机20的转子)的位置而变化。因此，旋转变压器可被配置为确定精确的轴旋转。
车辆12的旋转变压器可包括电机20的转子上的初级绕组和电机20的定子上的两组次级绕组。作为另一个示例，旋转变压器可限定可变磁阻式旋转变压器类型，并且可以不包括转子上的绕组。相反，可变磁阻式旋转变压器的初级绕组和次级绕组可全部位于定子上，使得转子的凸极(暴露的磁极(exposed pole))将次级绕组中的正弦变化与角位置耦合。
相应地，旋转变压器可限定被配置为将旋转轴的角位置和/或角速度转换为电信号的换能器或者其它模拟或数字的电气组件或机电组件。旋转变压器还可被配置为输出与轴角的正弦和/或余弦成比例的信号。旋转变压器-数字(R2D，resolver-to-digital)转换器90可被配置为将旋转变压器的输出信号转换为与轴角和/或速度对应的数字输出，并且可将生成的数字输出提供给马达控制单元80。在一些示例中，电力控制器66-A可包括一个或更多个旋转变压器激励和反馈电路86，所述旋转变压器激励和反馈电路86被配置为由相应的微处理器对发送到旋转变压器的激励信号进行滤波和/或放大，并且在向马达控制单元80提供信号之前对由旋转变压器输出的测量信号进行增益调节和/或滤波。
电力控制器66-A的混合动力控制单元82可被配置为例如在传感器数据收集单元84接收来自车辆12的一个或更多个传感器的信号。例如，电力控制器66-A的传感器数据收集单元84可被配置为接收来自牵引电池14的一个或更多个温度传感器(未示出)的信号。混合动力控制单元82可被配置为：响应于在牵引电池14的充电期间检测到可能有必要对电池单元进行冷却或加热，请求低电压电力流，并且可使用所述电力来激励接触器50、52和58的对应的感应线圈以使接触器的继电器闭合，从而使电力能够流到加热器和/或电动A/C。在一些示例中，混合动力控制单元82可被配置为通过“唤醒”电力控制器66-A的其它组件或使电力控制器66-A的其它组件变为激活来请求低电压电力流。
为了提供低电压电力(诸如，混合动力控制单元82所请求的电力)，电力控制器66-A可被配置为：使开关68闭合，从而为GDB 88、一个或更多个旋转变压器电路以及其它连接的组件供电(即使它们在充电期间未直接提供牵引电池14的气候控制或以其它方式协助牵引电池14的气候控制)。当加热器和/或电动A/C运行以对电池单元的温度进行调节时，其它连接的组件(诸如，GDB 88和旋转变压器电路)可继续接收电力并保持处于开启(激活)状态。
可使用两条独立电源轨(诸如，初级侧调节器(PSR)电源轨和5V电源轨)向GDB 88供电，并且GDB 88可被配置为：为限定ISC 30-A的一个或更多个组件供电(驱动限定ISC30-A的一个或更多个组件)。GDB 88可限定一个或更多个数字逻辑电路和微控制器，所述一个或更多个数字逻辑电路和微控制器被配置为产生用于使晶体管导通和截止的开关信号(例如，几毫安电流的输出信号)。直接由弱信号驱动的晶体管可非常慢地切换，从而导致功率损耗增加。相应地，GDB 88可连接在微控制器的输出与功率晶体管的输入之间，并且可被配置为阻止晶体管的栅极电容器在切换期间过快地汲取电流，这是因为可能导致在逻辑电路或微控制器中的汲取的电流过量，从而导致过热以及严重损坏或完全损坏芯片。
作为一个示例，GDB 88可被配置为：为可变电压转换器(VVC)(未示出)供电，所述可变电压转换器为在电机20和牵引电池14的电池单元之间传输的能量提供双向的电压升高和降低。GDB 88还可被配置为：为逆变器(未示出)供电，所述逆变器将DC电能转换为AC电能并且将AC电能整流为在电机20和牵引电池14之间传输的DC电能。
电力控制器66-A可被配置为响应于接收到唤醒信号70和点火信号72之中的一个而通电。唤醒信号70可以是由本地信号源(例如，车辆12的一个或更多个控制器)或远程源(例如，与车辆12的控制器进行通信的手持发射器)响应于一个或更多个预定义状况而产生的具有预定义格式或模式的数字波形。作为一个示例，唤醒信号70可包括用于改变ISC 30的操作模式的请求(例如，从睡眠模式或降低功耗模式到完全供电模式)，并且可例如经由总线唤醒、终端唤醒等被提供。在一些情况下，如所描述的，例如，参照混合动力控制单元82，可响应于接收到一个或更多个传感器信号并且确定电源对于由电力控制器66-A供电的一个或更多个组件而从电力控制器66-A内部的一个或更多个微处理器中产生唤醒信号70。
点火信号72可以是具有与唤醒信号70的格式或模式不同的预定义的格式或模式的数字波形，并且可响应于一个或更多个预定义状况而被产生。在一些示例中，点火信号72可指示车辆12的点火开关的一个或更多个状态(或从给定状态到另一个状态的改变)，并且可由车身控制器发送至电力控制器66-A。
电力控制器66-A可响应于信号70和72中的任意一个而被配置为使低电压开关68闭合以向连接到低压开关68的所有组件提供电力(诸如，用于使正极主接触器50和负极主接触器52中的至少一个闭合的电力、用于开启GDB 88、VVC和逆变器等的电力以及用于开启R2D转换器90、旋转变压器激励和反馈电路86的信号转换器、信号滤波器及其它连接的组件的电力)。
电力控制器66-A可包括第一逻辑电路74a以及被配置为使开关68闭合以向GDB 88提供12V的电源线并为电源电路78供电的一对低侧开关76。第一逻辑电路74a可以是被配置为响应于接收到信号70和72中的至少一个而向第一低侧开关76a发送信号的数字逻辑门。第一逻辑电路74a可限定或门或者异或门，或门被配置为响应于至少一个输入为高而产生高输出，异或门被配置为响应于只有一个输入为高而产生高输出。在一个示例中，第一逻辑电路74a可限定包括一个或更多个二极管、晶体管、继电器或者其它电子组件或机械组件的集成电路(IC)，所述一个或更多个二极管、晶体管、继电器或者其它电子组件或机械组件被布置为基于逻辑包含或互斥的析取真值函数(logicalinclusive or exclusivedisjunction truth function)而产生输出。第一逻辑电路74a可限定使用一种或更多种制造技术(诸如但不限于，互补金属氧化物半导体(CMOS)、互补对称金属氧化物半导体(COS-MOS)、N型金属氧化物半导体(NMOS)、P型金属氧化物半导体(PMOS)、双极型互补金属氧化物半导体(BiMOS)和晶体管-晶体管逻辑(TTL))构建的IC。
第一低侧开关76a响应于接收到来自第一逻辑电路74a的高输出信号而进行操作以使开关68闭合。当开关68闭合时，开关68可被配置为使用低电压电力(例如，12V电力)向GDB 88和电源电路78两者供电(例如，经由12V电源轨向GDB 88供电)。电源电路78可被配置为向马达控制单元80和混合动力控制单元82供电，并且还可被配置为经由低电压5V电源线向GDB 88供电。
响应于接收到来自电源电路78的相应的信号，混合动力控制单元82可被配置为发送用于激活第二低侧开关76b的控制信号，进而使电力能够流动到牵引电池14的一个或更多个接触器50、52和58。响应于开关68的闭合，电源电路78还可被配置为向马达控制单元80供电，所述马达控制单元80被配置为通过向R2D转换器90以及旋转变压器激励和反馈电路86提供电力而产生用于旋转变压器的激励信号。
因此，响应于信号70和72的任意一个(无论是响应于检测到牵引电池14的温度超过第一预定义阈值或低于第二预定义阈值而从车辆12的其它控制器中的一个产生的信号还是响应于检测到牵引电池14的温度超过第一预定义阈值或低于第二预定义阈值而从混合动力控制单元82中产生的信号)，电力控制器66-A可提供电力以使混合动力控制单元82能够使正极主接触器50和负极主接触器52中的至少一个闭合，并且同时提供电力以开启GDB 88以及从电力控制器66-A接收电力的其它连接的组件(例如，马达控制单元)。相应地，通过电力控制器66-A闭合低电压开关68可导致GDB 88通电并保持启动(开启)，而混合动力控制单元82处于完全供电状态以使电力能够流动到高电压负载32。
图4示出了用于ISC 30-B的示例电力电路布置118，所述ISC 30-B被配置为当牵引电池14正在被充电时并且车辆12的点火开关断开时提供电力以开启高电压负载32而不开启GDB 88、R2D转换器90或旋转变压器激励电路和反馈电路86。电力控制器66-B可包括限定两个输入92的第二逻辑电路74b，其中，第一输入92a连接到第一低侧开关76a的输出，第二输入92b连接到第一逻辑电路74a的点火信号72的输入线。第二逻辑电路74b可被配置为：响应于在两个输入92同时接收到信号，将控制信号发送到多个高侧开关94以激活高侧开关94。
第二逻辑电路74b可以是数字逻辑门，所述数字逻辑门被配置为：响应于检测到存在点火信号72和由第一低侧开关76a产生的高输出信号两者，将控制信号发送到高侧开关94。第二逻辑电路74b可限定与门，所述与门被配置为：响应于第二逻辑电路76b的两个输入92同时为高，产生高输出。在一个示例中，第二逻辑电路74b可限定包括一个或更多个二极管、晶体管、继电器或者其它电子组件或机械组件的集成电路(IC)，所述一个或更多个二极管、晶体管、继电器或者其它电子组件或机械组件被布置为基于逻辑合取真值函数(logicalconjunction truth function)而产生输出。第二逻辑电路74b可限定使用一种或更多种制造技术(诸如但不限于，互补金属氧化物半导体(CMOS)、互补对称金属氧化物半导体(COS-MOS)、N型金属氧化物半导体(NMOS)、P型金属氧化物半导体(PMOS)、双极型互补金属氧化物半导体(BiMOS)和晶体管-晶体管逻辑(TTL))构建的IC。
在一个示例中，第一高侧开关94a可连接在第二逻辑电路74b的输出与GDB 88的输入之间，并且可被配置为响应于接收到电力信号(例如，经由处于闭合状态的开关68)和由第二逻辑电路74b输出的控制信号两者而将低电压电力传输至GDB 88。在另一个示例中，第二高侧开关94b可连接在第二逻辑电路74b的输出和R2D转换器90的输入之间。第二高侧开关94b可由马达控制单元80供电(例如，当开关68处于闭合状态时)，并且可被配置为响应于接收到来自控制单元80的电力信号和由第二逻辑电路74b输出的控制信号两者而向R2D转换器90提供电力。在另一个示例中，第三高侧开关94c可连接在第二逻辑电路74b的输出和GDB 88的输入之间，并且可被配置为响应于接收到电力信号(例如，当开关68处于闭合状态时经由电源电路78)和由第二逻辑电路74b输出的控制信号两者而向GDB 88提供电力(例如，经由5V电源轨)。
相应地，ISC 30-B可被配置为：基于在ISC 30-B的输入处接收的点火开关的状态，选择性地为更多或更少的组件供电。响应于当点火信号72的线路未激活时接收到唤醒信号70，ISC 30-B可选择性地为混合动力控制单元82供电以使接触器50、52和58中的一个或更多个闭合并使电力能够流动到一个或更多个高电压负载32，并且可选择性地禁止电力流动到GDB 88和R2D转换器90，所述R2D转换器90为旋转变压器激励和反馈电路86供电而启动旋转变压器。如图4所示，ISC 30-B可禁止电力流动到分界线A-A右侧的一个或更多个电路，并且可为分界线A-A左侧的一个或更多个电路供电。因此，ISC 30-B可被配置为：响应于当牵引电池14正在被充电并且点火开关断开时检测到牵引电池14或车辆12的车厢需要调节，消耗比ISC 30-A少的电力，以使电力流能够闭合接触器50、52和58中的至少一个，从而开启高电压负载32(诸如，加热器和/或电动A/C)中的一个或更多个。在一些情况下，ISC 30-B可被配置为：当点火开关断开时，消耗比ISC 30-A低50％的电力为一个或更多个高电压负载32供电。作为另一个示例，ISC 30-B可被配置为：在点火开关处于断开状态期间，消耗比ISC30-A低65％的电力为高电压负载32供电。
图5示出了包括示例高侧开关94a和94c的示例示意图96，所述示例高侧开关94a和94c被配置为当第二逻辑电路74b输出低输出信号时禁止电力流动到GDB 88。高侧开关94a和高侧开关94c还可被配置为响应于检测到第二逻辑电路74b输出高输出信号而允许电力流动到GDB 88。虽然示例图96示出了开关94a和开关94c，但是在此描述的操作模式可同样适用于至少参照图4描述的开关94b。
高侧开关94a和高侧开关94c中的每个都可限定负载开关，并且可由外部使能信号(诸如，例如第二逻辑电路74b的输出信号)控制。高侧开关94a和高侧开关94c中的每个都可包括通过元件(pass element)98(诸如，晶体管(例如，增强型金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)))，当所述通过元件98激活时，所述通过元件98用于将电流从电源引导至GDB88，并且当所述通过元件98未激活时，所述通过元件98禁止从电源到GDB 88的电流。在一个示例中，高侧开关94a的通过元件98a由低电压电池42供电(例如，经由与开关68的12V连接)，并且高侧开关94c的通过元件98b使用与电源电路78的输出的连接而被供电。
作为示例，如果每个通过元件98限定P沟道MOSFET，则通过元件98可被配置为响应于源极端子处的电压与栅极端子处的电压之间的差超过阈值电压而使电力能够流动到GDB88。电阻器100a和100b可分别连接在通过元件98的栅极端子与源极端子之间，并且可被配置为通过在电源电压移除之后耗尽栅极端子和源极端子之间的预定义寄生电容而减少通过元件98的截止时间。
第二逻辑电路74b可被配置为使用双极结型晶体管102来使通过元件98a和98b导通和截止。晶体管102可被配置为响应于检测到第二逻辑电路74b的输出为高而导通，并且可被配置为响应于检测到第二逻辑电路74b的输出为低而截止。使晶体管102导通可导致对应的通过元件98的栅极端子被拉至接地从而使通过元件98导通。偏置电阻器104和106可被配置为分别在对应的通过元件98的栅极端子和阈值电压之间产生第一预定义电压差和第二预定义电压差。
图6示出了示例功率优化方法108，所述方法用于响应于检测到为加热器或电动A/C供电的请求并且确认车辆12的点火开关断开而禁止电力流动到连接的组件。在一个示例中，示例方法108的操作可由至少参照图4和图5描述的电力控制器66-B执行。
在操作110，电力控制器66-B可检测唤醒信号，所述唤醒信号指示用于为一个或更多个接触器50、52和58的闭合以及经由电力控制器66-B接收电力的一个或更多个连接的组件供电的请求。在操作112，电力控制器66-B确定车辆12的点火开关是否接通。
响应于在操作112检测到点火开关断开，电力控制器66-B可在操作114使得电力流闭合接触器50、52和58，并且禁止电力流为经由电力控制器66-B接收电力的连接的组件供电。响应于在操作112检测到点火开关接通，电力控制器66-B可在操作116使得电力流闭合接触器50、52和58，并且可使得电力流为经由电力控制器66-B接收电力的连接的组件供电。然后，示例功率优化方法108可结束。在一些示例中，示例方法108可响应于电力控制器66-B检测到唤醒信号而重复，所述唤醒信号指示用于为一个或更多个接触器50、52和58的闭合以及经由电力控制器66-B接收电力的一个或更多个连接的组件供电的请求。
另外或可选地，可使用一个或更多个专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)来实现上述解决方案。在一些其它示例中，逻辑电路和元件可在给定的ASIC、FPGA或CPLD内实现，所述给定的ASIC、FPGA或CPLD被配置为将分立的MOSFET控制为在驱动期间导通并在充电或预调节期间截止。
在一些其它示例中，电力管理集成电路(PMIC)可被配置为响应于检测到一个或更多个要求已经被满足而接通和切断低压差调节器(LDO)。PMIC还可被配置为对向各种负载供电的一个或更多个开关模式电源(SMPS)的功耗进行优化。PMIC可响应于检测到负载大于阈值而使得SMPS在脉冲宽度调制(PWM)模式下操作，并且可响应于检测到负载小于阈值而使得SMPS在脉冲频率调制(PFM)模式下操作，从而提高功耗效率。所述PMIC可被配置为：响应于检测到牵引电池14正在被充电或检测到车辆12的车厢正在被预调节，切断到一个或更多个负载的电力。
在此公开的处理、方法或算法可被传送到处理装置、控制器或计算机，或者由处理装置、控制器或计算机来实现，所述处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或者专用的电子控制单元。类似地，所述处理、方法或算法可以以多种形式被存储为可由控制器或计算机执行的数据和指令，所述多种形式包括但不限于信息被永久地存储在非可写存储介质(诸如，ROM装置)上以及信息被可变地存储在可写存储介质(诸如，软盘、磁带、CD、RAM装置以及其它磁介质和光学介质)上。所述处理、方法或算法还可在软件可执行对象中被实现。可选地，所述处理、方法或算法可使用合适的硬件组件(诸如，ASIC、FPGA、状态机、控制器或其它硬件组件或装置)或者硬件组件、软件组件和固件组件的组合来被整体或部分地实现。
说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下作出各种改变。如前所述，各个实施例的特征可被组合，以形成本发明的可能未被明确描述或示出的进一步的实施例。尽管各个实施例可能已被描述为提供优点或者在一个或更多个期望的特性方面优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员应认识到，一个或更多个特征或特性可被折衷，以实现期望的整体系统属性，期望的整体系统属性取决于具体的应用和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、装配的容易性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术的实施方式的实施例并不在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定的应用。

Claims (20)

1.一种用于车辆的逆变器，包括：
电力控制器和栅极驱动板(GDB)，所述电力控制器和所述栅极驱动板串联电连接，所述电力控制器包括逻辑电路，所述逻辑电路被配置为：
响应于存在点火信号，允许低电压电力通过所述电力控制器流动至所述栅极驱动板，以启动所述栅极驱动板；
响应于存在唤醒信号而不存在点火信号，阻止低电压电力通过所述电力控制器流动至所述栅极驱动板。
2.如权利要求1所述的逆变器，其中，所述逻辑电路还被配置为：在所述阻止期间，允许所述低电压电力的流动以给接触器的线圈通电，从而使所述接触器闭合。
3.如权利要求1所述的逆变器，其中，所述逻辑电路包括逻辑与门，所述逻辑与门与所述栅极驱动板串联电连接，并且被配置为响应于确认不存在点火信号而阻止所述低电压电力的流动。
4.如权利要求3所述的逆变器，其中，所述逻辑电路包括电连接在所述电力控制器的输入和所述逻辑与门的输入之间的逻辑或门，所述逻辑或门被配置为：响应于存在点火信号或唤醒信号而允许所述低电压电力的流动。
5.如权利要求3所述的逆变器，其中，所述电力控制器还包括电连接在所述逻辑与门的输出和所述栅极驱动板的输入之间的高侧开关，所述高侧开关被配置为：响应于检测到所述逻辑与门的输出为高而允许低电压电力流动至所述栅极驱动板，并且响应于检测到所述逻辑与门的输出为低而阻止低电压电力流动至所述栅极驱动板。
6.如权利要求1所述的逆变器，其中，响应于检测到车辆电池温度是大于第一阈值的温度和小于第二阈值的温度中的一种而从所述电力控制器的混合动力控制单元中产生所述唤醒信号。
7.如权利要求6所述的逆变器，其中，所述混合动力控制单元被配置为：响应于接收到低电压电力流，当车辆电池温度大于第一阈值时启用电动空调，并且当车辆电池温度小于第二阈值时启用加热器。
8.一种方法，包括：
响应于存在点火信号，通过逆变器的电力控制器允许低电压电力通过所述电力控制器流动至栅极驱动板(GDB)和旋转变压器-数字转换器，以启动所述栅极驱动板和所述旋转变压器-数字转换器，所述栅极驱动板和所述旋转变压器-数字转换器中的每个与所述电力控制器串联电连接；
响应于存在唤醒信号而不存在点火信号，阻止低电压电力通过所述电力控制器流动至所述栅极驱动板和所述旋转变压器-数字转换器。
9.如权利要求8所述的方法，还包括：在所述阻止期间，允许低电压电力的流动以给接触器的线圈通电，从而使所述接触器闭合。
10.如权利要求8所述的方法，其中，所述阻止是通过电连接到所述栅极驱动板和所述旋转变压器-数字转换器的输入的所述电力控制器的逻辑与门来被执行的。
11.如权利要求10所述的方法，还包括：响应于存在唤醒信号而不存在点火信号，通过电连接到所述逻辑与门的输入的所述电力控制器的逻辑或门允许低电压电力流动至所述逻辑与门。
12.如权利要求10所述的方法，其中，所述阻止是通过电连接在所述逻辑与门的输出与所述栅极驱动板和所述旋转变压器-数字转换器的对应输入之间的高侧开关响应于检测到所述逻辑与门的输出为低而被执行的。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述高侧开关包括双极结型晶体管，所述双极结型晶体管连接到场效应晶体管的栅极，并且被配置为响应于所述逻辑与门的输出为高而使所述场效应晶体管导通。
14.如权利要求8所述的方法，其中，响应于检测到车辆电池温度是大于第一阈值的温度和小于第二阈值的温度中的一种而从所述电力控制器的混合动力控制单元中产生所述唤醒信号。
15.如权利要求14所述的方法，还包括：响应于接收到低电压电力流，由所述混合动力控制单元在车辆电池温度大于第一阈值时启用电动空调并且在车辆电池温度小于第二阈值时启用加热器。
16.一种用于车辆的系统，包括：
逆变器，包括栅极驱动板(GDB)和电力控制器，所述电力控制器包括逻辑电路，所述逻辑电路被配置为：
响应于检测到点火信号，允许低电压电力流动至所述栅极驱动板，以启动所述栅极驱动板；
响应于接收到唤醒信号而未接收到点火信号，阻止低电压电力流动至所述栅极驱动板，并且允许低电压电力的流动以给接触器的线圈通电，从而使所述接触器闭合。
17.如权利要求16所述的系统，其中，所述电力控制器还包括高侧开关，所述高侧开关连接在所述逻辑电路的输出和所述栅极驱动板的输入之间并且被配置为：响应于所述逻辑电路的输出为逻辑高而导通，以允许所述低电压电力的流动。
18.如权利要求16所述的系统，其中，所述逻辑电路包括逻辑与门，所述逻辑与门被配置为：响应于接收到唤醒信号但未接收到点火信号，产生逻辑低的输出。
19.如权利要求16所述的系统，还包括牵引电池以及被配置为测量牵引电池的温度的温度传感器，其中，响应于检测到测量的温度是大于第一阈值的温度和小于第二阈值的温度中的一种而从所述电力控制器的混合动力控制单元中产生所述唤醒信号。
20.如权利要求19所述的系统，其中，所述混合动力控制单元还被配置为：响应于接收到低电压电力流，当所述测量的温度大于第一阈值时启用电动空调，并且当所述测量的温度小于第二阈值时启用加热器。
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