CN110829874B - 一种逆变组件及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种逆变组件及控制方法。逆变组件用于驱动三相电机，三相电机包括第一电感、第二电感和第三电感。逆变组件包括第一三相全桥逆变电路和第二三相全桥逆变电路，第一三相全桥逆变电路包括第一半桥、第二半桥和第三半桥，第二三相全桥逆变电路包括第四半桥、第五半桥和第六半桥。第一三相全桥逆变电路、第二三相全桥逆变电路的输入端与直流电源电连接。第一半桥的输出端与第一电感的第一端电连接，第一电感的第二端与第四半桥的输出端电连接。第二半桥的输出端与第二电感的第一端电连接，第二电感的第二端与第五半桥的输出端电连接。第三半桥的输出端与第三电感的第一端电连接，第三电感的第二端与第六半桥的输出端电连接。

Description

一种逆变组件及控制方法

技术领域

本发明实施例涉及电机驱动技术，尤其涉及一种逆变组件及控制方法。

背景技术

电动车等新能源车具有节能低排、甚至零排放特点，因此受到国家的极力推广，得以快速发展。电机和驱动系统作为电动车的核心总成，其特性影响整车动力性、安全性、经济性等关键属性。目前电动车紧凑化和低成本要求逐年提高，电机高速化、高压化已逐渐成为趋势，但提高电池平台的电压的同时，整车高压部件的性能也要随之提高。

由于车用高压部件，如DC/DC模块、充电机等多为常规高压平台，如350V或410V，无法满足700V等更高电压要求，因此为满足电机高压化要求，需要将电压升高到高压电机工作电压要求，用高电压驱动电机高压运行。现有技术中，为实现升压需求，多采用在逆变器前级级联升压变换器实现，但升压逆变器中所需的功率器件都需要选用高耐压器件，设计复杂，成本高。

发明内容

本发明提供一种逆变组件及控制方法，以实现在不使用高耐压器件的情况下实现升压逆变。

第一方面，本发明实施例提供一种逆变组件，用于驱动三相电机，所述三相电机包括第一电感、第二电感和第三电感，其特征在于，包括第一三相全桥逆变电路和第二三相全桥逆变电路，所述第一三相全桥逆变电路包括第一半桥、第二半桥和第三半桥，所述第二三相全桥逆变电路包括第四半桥、第五半桥和第六半桥，所述第一三相全桥逆变电路、所述第二三相全桥逆变电路的输入端与直流电源电连接，所述第一半桥的输出端与所述第一电感的第一端电连接，所述第一电感的第二端与所述第四半桥的输出端电连接；所述第二半桥的输出端与所述第二电感的第一端电连接，所述第二电感的第二端与所述第五半桥的输出端电连接；所述第三半桥的输出端与所述第三电感的第一端电连接，所述第三电感的第二端与所述第六半桥的输出端电连接。

第二方面，本发明实施例提供一种逆变组件，用于控制本发明实施例记载的逆变组件，包括：

读取三相电机的转速；

当所述转速大于或等于预设转速时，控制第一三相全桥逆变电路或第二三相全桥逆变电路进行逆变。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：可实现两套三相全桥逆变电路单独工作，单独工作模式中，除非两套三相全桥逆变电路均完全损坏，否则逆变组件仍可以实现逆变，使具有该组件的电机驱动系统具备较高的可靠性性。同时本发明提出的逆变组件还具备两套三相全桥逆变电路同时工作的模式，以提高输出电压，该模式下每套三相全桥逆变电路中的功率器件只承受与其直流输入端相连的高压电池电压，因此，逆变组件的输出电压虽然增加，但每套三相全桥逆变电路中的功率器件承受电压并未改变，因此，本发明提出的逆变组件中的功率器件无需选用高耐压器件。本发明提出的逆变组件可靠性高，易于平台化。

附图说明

图1是实施例一中的一种逆变组件结构示意图；

图2是实施例一中的另一种逆变组件结构示意图；

图3是实施例一中的另一种逆变组件结构示意图；

图4是实施例二中的逆变控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是实施例一中的一种逆变组件结构示意图，参考图1，本实施例提出的逆变组件用于驱动三相电机300，三相电机300包括第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3，逆变组件包括第一三相全桥逆变电路100和第二三相全桥逆变电路200，第一三相全桥逆变电路100包括第一半桥、第二半桥和第三半桥，第二三相全桥逆变电路200包括第四半桥、第五半桥和第六半桥。第一三相全桥逆变电路100、第二三相全桥逆变电路200的输入端与直流电源电连接。

其中，第一半桥的输出端与第一电感L1的第一端电连接，第一电感L1的第二端与第四半桥的输出端电连接；第二半桥的输出端与第二电感L2的第一端电连接，第二电感L2的第二端与第五半桥的输出端电连接；第三半桥的输出端与第三电感L3的第一端电连接，第三电感L3的第二端与第六半桥的输出端电连接。

参考图1，第一半桥包括三极管T11、二极管D11、三极管T12、二极管D12，三极管T11的集电极与直流电源的正极电连接，三极管T11的发射极与三极管T12的集电极电连接，三极管T12的的发射极与直流电源的负极电连接，二极管D11的阴极与三极管T11的集电极电连接，二极管D11的阳极与三极管T11的发射极极电连接，二极管D12的阴极与三极管T12的集电极电连接，二极管D12的阳极与三极管T12的发射极极电连接。第二半桥包括三极管T13、二极管D13、三极管T16、二极管D16；第三半桥包括三极管T15、二极管D15、三极管T14、二极管D14；第四半桥包括三极管T24、二极管D24、三极管T25、二极管D25；第五半桥包括三极管T26、二极管D26、三极管T23、二极管D23；第六半桥包括三极管T22、二极管D22、三极管T21、二极管D21。第二半桥、第三半桥、第四半桥、第五半桥、第六半桥的结构与第一半桥的结构相同，在此不再赘述。

优选的，本实施例中，第一三相全桥逆变电路100和第二三相全桥逆变电路200中使用的三极管的种类相同，例如同为NPN型三极管或者PNP型三极管。可选的，三相全桥逆变电路中的功率器件可以为MOS管。

优选的，直流电源包括两块独立的高压电池，其中一块高压电池与第一三相全桥逆变电路100电连接，另一块高压电池与第二三相全桥逆变电路200电连接。可选的，三相电机300采用三角形接法。

当直流电源包括两块独立的高压电池时，两套三相全桥逆变电路可以分别使用不同的高压电池驱动三相电机300，例如，控制第一电感L1，第二电感L2和第三电感L3的第一端短接，此时第一三相全桥逆变电路不工作，通过第一三相全桥逆变电路驱动三相电机300，同样的可控制第一电感L1，第二电感L2和第三电感L3的第二端短接，通过第一三相全桥逆变电路驱动三相电机300。

作为一种优选方案，可以通过同时导通与三相全桥逆变电路中高边(半桥中直流电源正端为高边，负端为低边)电连接的三极管，达到短接的效果，例如，若想达到第一电感L1，第二电感L2和第三电感L3的第二端短接的效果，可以同时导通三极管T21、三极管T23和三极管T25。

图1所示的逆变组件由两套三相全桥逆变电路构成，可实现两套三相全桥逆变电路单独工作，单独工作模式中，除非两套三相全桥逆变电路均完全损坏，否则逆变组件仍可以实现逆变，使具有该逆变组件的电机驱动系统具备较高的可靠性性。

图2是实施例一中的另一种逆变组件结构示意图，参考图2，可选的，逆变组件还包括控制单元400和驱动单元500，控制单元400与三相电机300以及驱动单元500电连接，驱动单元500与第一三相全桥逆变电路100以及第二三相全桥逆变电路200电连接。其中驱动单元500用于接收控制单元500发送的控制信号，并生成用于控制第一三相全桥逆变电路100以及二三相全桥逆变电路200中各三极管按指定周期导通、关断的驱动信号。

本实施例中控制单元500还可以用于检测三相全桥逆变电路中的三极管是否存在开路故障，此时控制单元500可以与三相全桥逆变电路相连接，也可以通过一检测电路与三相全桥逆变电路相连接。

可选的，本实施例中也可以为每一套三相全桥逆变电路分别配置一个控制单元和驱动单元。使两套三相全桥逆变电路完全独立。

图2所示的逆变组件还包括第一开关K1和第二开关K2，第一电感L1的第二端通过第一开关K1与第六半桥的输出端a以及第四半桥的输出端b电连接；第三电感L3的第二端通过第二开关K2与第六半桥的输出端c以及第四半桥的输出端d电连接。

图2所示的逆变组件通过增加第一开关K1和第二开关K2，使得逆变组件可以同时使用两块高压电池，利用叠加之后的电压驱动三相电机300。此时，控制第一开关K1，使第一电感L1的第二端与a点相连，同时与b点断开，控制第二开关K2，使第三电感L3的第二端与c点断开，同时与d点相连，通过控制单元400和驱动单元500生成用于控制第一三相全桥逆变电路的驱动信号，以及与该驱动信号反向的，用于控制第二三相全桥逆变电路的驱动信号，例如，在t₁～t₂时段，若T11、T16、T14导通，T12关断，则T22、T23、T25导通，T21关断；在t₃～t₄时段，若T13、T12、T14导通，T16关断，则T26、T21、T25导通，T23关断。本实施例中，对第一开关K1和第二开关K2的种类不做限定。

图2所示的逆变组件可以实现逆变电压和功率加倍输出，由于每套三相全桥逆变电路中的功率器件只承受与其直流输入端相连的高压电池电压，因此，逆变组件的输出电压虽然增加，但每套三相全桥逆变电路中的功率器件承受电压并未改变，因此，本实施例提出的逆变组件中的功率器件无需选用高耐压器件。

图3是实施例一中的另一种逆变组件结构示意图，参考图3，可选的，逆变组件还可以包括第三开关K3、第四开关K4、第五开关K5和第六开关K6。

第三开关K3与第一电感L1的第一端以及第二电感L2的第一端电连接；第四开关K4与第二电感L2的第一端以及第三电感L3的第一端电连接；第五开关K5与第一电感L1的第二端以及第二电感L2的第二端电连接；第六开关K6与第二电感L2的第二端以及第三电感L3的第二端电连接，第三开关K3、第四开关K4、第五开关K5和第六开关K6的控制端与控制单元400电连接。

当使用一套三相全桥逆变电路时，可以通过控制第三开关K3、第四开关K4闭合使第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3的第一端短接，也可以通过控制第五开关K5、第六开关K6闭合使第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3的第二端短接。

实施例二

本实施例提出一种逆变组件的控制方法，用于控制实施例一中记载的逆变组件，图4是实施例二中的逆变控制方法流程图，参考图4，控制方法包括：

步骤1、读取三相电机的转速；

步骤2、当转速大于或等于预设转速时，控制第一三相全桥逆变电路或第二三相全桥逆变电路进行逆变。

参考图1，优选的，当转速大于或等于预设转速时，控制第一三相全桥逆变电路或第二三相全桥逆变电路进行逆变包括：控制第一三相全桥逆变电路中与直流电源高边电连接的三极管导通，使第一电感L1、第二电感L2以及第三电感L3的第一端达到短接的效果，即控制三极管T11、三极管T13以及三极管T15导通，控制第二三相全桥逆变电路200进行逆变。

或者，控制第二三相全桥逆变电路中与直流电源高边电连接的三极管导通，使第一电感L1、第二电感L2以及第三电感L3的第二端达到短接的效果，即控制三极管T21、三极管T23以及三极管T25导通，控制第一三相全桥逆变电路100进行逆变。

可选的，也可以控制第一三相全桥逆变电路中与直流电源低边电连接的三极管导通，使第一电感L1、第二电感L2以及第三电感L3的第一端或第二端达到短接的效果。

步骤2中，当三相电机300的转速大于预设转速时，控制一套三相全桥逆变电路独立工作，降低三相电机300的电流和电压，使三相电机300的转速下降，进而使三相电机300响应整车扭矩和功率的需求。

本实施例中针对三相电机的控制算法与传统电机控制算法一致，如SVPWM，MTPA等，三相电机300通过执行控制算法按要求输出扭矩和功率。

参考图3，当逆变组件包括第三开关K3、第四开关K4、第五开关K5和第六开关K6时，当转速大于或等于预设转速时，控制第一三相全桥逆变电路100或第二三相全桥逆变电路200进行逆变还可以为：通过控制开关的闭合和断开使第一电感L1、第二电感L2以及第三电感L3的第一端或第二端达到短接的效果。

具体的，控制第三开关K3以及第四开关K4闭合，使第一电感L1、第二电感L2以及第三电感L3的第一端短接，控制第二三相全桥逆变电路200进行逆变。或者控制第五开关K5以及第六开关K6闭合，使电感L1、第二电感L2以及第三电感L3的第二端短接，控制第一三相全桥逆变电路100进行逆变。

此时通过控制开关的闭合和断开使第一电感L1、第二电感L2以及第三电感L3的第一端或第二端短接，不需要再控制三极管的导通或者关断达到上述目的，因此不需要再生成控制三极管的驱动信号，简化了控制方法。

参考图2和图4，当逆变组件包括第一开关K1和第二开关K2时，第一电感L1的第二端通过第一开关K1与第六半桥的输出端a以及第四半桥的输出端b电连接；第三电感L3的第二端通过第二开关K2与第六半桥的输出端c以及第四半桥的输出端d电连接，此时控制方法还包括：

步骤3、当转速小于预设转速时，控制第一开关K1，使第一电感L1的第二端与a点相连，同时与b点断开，控制第二开关K2，使第三电感L3的第二端与c点断开，同时与d点相连，控制第一三相全桥逆变电路100和第二三相全桥逆变电路200进行逆变。

步骤3中，如果三相电机300的转速高于预设转速，则从单逆变器运行模式切换为双逆变器运行模式。若逆变组件包括第三开关K3、第四开关K4、第五开关K5和第六开关K6，则控制第三开关K3、第四开关K4、第五开关K5和第六开关K6断开；若逆变组件不包括第三开关K3、第四开关K4、第五开关K5和第六开关K6，则控制三相全桥逆变电路中与直流电源高边或者低边电连接的已经导通的三极管关断。同时控制第一三相全桥逆变电路100和第二三相全桥逆变电路200中连接同相绕组的三极管按错边同时导通或断开，例如，在t₁～t₂时段，若T11、T16、T14导通，T12关断，则T22、T23、T25导通，T21关断；在t₃～t₄时段，若T13、T12、T14导通，T16关断，则T26、T21、T25导通，T23关断。通过两套三相全桥逆变电路的组合，在单套三相全桥逆变电路提供的工作电流基础上，可提高三相电机300的工作电压至两套三相全桥逆变电路中使用的直流电源的电压之和，便于提高三相电机300的转速和输出功率。

步骤3中，通过同时控制两套三相全桥逆变电路工作以提高三相电机300的转速，此时只需保证与三相电机300三相绕组电连接的高边功率器件和低边功率器件错边运行即可，控制方法通用性强，易于逆变组件的平台化。

参考图2、图3和图4，逆变组件包括第三开关K3、第四开关K4、第五开关K5和第六开关K6，控制方法还包括：

步骤4、检测第一三相全桥逆变电路100以及第二三相全桥逆变电路200是否存在开路故障。若第一三相全桥逆变电路100存在开路故障，则控制第三开关K3、第四开关K4闭合；若第二三相全桥逆变电路200存在开路故障，则控制第五开K5、第六开关K6闭合。

步骤4中，为了提高逆变组件的安全性和稳定性，因此检测三相全桥逆变电路中三极管是否损坏，即三相全桥逆变电路是否存在开路故障，当某一三相全桥逆变电路存在故障时，控制另一三相全桥逆变电路正常工作，此时可使三相电机300在低扭矩和低功率模式下运行，便于整车跛行至安全停车地或维修场所。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.一种逆变组件，用于驱动三相电机，所述三相电机包括第一电感、第二电感和第三电感，其特征在于，包括第一三相全桥逆变电路和第二三相全桥逆变电路，所述第一三相全桥逆变电路包括第一半桥、第二半桥和第三半桥，所述第二三相全桥逆变电路包括第四半桥、第五半桥和第六半桥，

所述第一三相全桥逆变电路、所述第二三相全桥逆变电路的输入端与直流电源电连接，

还包括控制单元和驱动单元，所述控制单元与所述三相电机以及所述驱动单元电连接，所述驱动单元与所述第一三相全桥逆变电路以及所述第二三相全桥逆变电路电连接，

还包括第一开关和第二开关，

所述第一半桥的输出端与所述第一电感的第一端电连接，所述第一电感的第二端与所述第六半桥的输出端电连接后通过所述第一开关与所述第四半桥的输出端电连接，

所述第二半桥的输出端与所述第二电感的第一端电连接，所述第二电感的第二端与所述第五半桥的输出端电连接，

所述第三半桥的输出端与所述第三电感的第一端电连接，所述第三电感的第二端与所述第六半桥的输出端电连接后通过所述第二开关与所述第四半桥的输出端电连接，

所述第一开关和所述第二开关的控制端与所述控制单元电连接。

2.如权利要求1所述的逆变组件，其特征在于，还包括第三开关、第四开关、第五开关和第六开关，

所述第三开关与所述第一电感的第一端以及所述第二电感的第一端电连接；所述第四开关与所述第二电感的第一端以及所述第三电感的第一端电连接；所述第五开关与所述第一电感的第二端以及所述第二电感的第二端电连接；所述第六开关与所述第二电感的第二端以及所述第三电感的第二端电连接，

所述第三开关、第四开关、第五开关和第六开关的控制端与所述控制单元电连接。

3.如权利要求1所述的逆变组件，其特征在于，所述第一三相全桥逆变电路和所述第二三相全桥逆变电路中使用的三极管的种类相同。

4.一种逆变组件的控制方法，用于控制权利要求1中的逆变组件，其特征在于，包括：

读取三相电机的转速；

当所述转速大于或等于预设转速时，控制第一三相全桥逆变电路或第二三相全桥逆变电路进行逆变，

其中，所述逆变组件包括第一开关和第二开关，第一电感的第二端与第六半桥的输出端电连接后通过所述第一开关与第四半桥的输出端电连接；第三电感的第二端与第六半桥的输出端电连接后通过所述第二开关与第四半桥的输出端电连接，

当所述转速小于所述预设转速时，控制所述第一开关断开，控制所述第二开关闭合，控制所述第一三相全桥逆变电路和第二三相全桥逆变电路进行逆变。

5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，

当所述转速大于或等于预设转速时，控制第一三相全桥逆变电路或第二三相全桥逆变电路进行逆变包括：

控制第一三极管、第二三极管以及第三三极管导通，控制第一三相全桥逆变电路进行逆变；

其中，第四半桥包括所述第一三极管，所述第一三极管的第一端与直流电源的正极电连接；第五半桥包括所述第二三极管，所述第二三极管的第一端与所述直流电源的正极电连接；第六半桥包括所述第三三极管，所述第三三极管的第一端与所述直流电源的正极电连接。

6.如权利要求4所述的控制方法，所述逆变组件包括第三开关、第四开关、第五开关和第六开关，所述第三开关与第一电感的第一端以及第二电感的第一端电连接；所述第四开关与所述第二电感的第一端以及第三电感的第一端电连接；所述第五开关与所述第一电感的第二端以及所述第二电感的第二端电连接；所述第六开关与所述第二电感的第二端以及所述第三电感的第二端电连接，其特征在于，

当所述转速大于或等于预设转速时，控制第一三相全桥逆变电路或第二三相全桥逆变电路进行逆变包括：

控制第三开关以及第四开关闭合，控制所述第二三相全桥逆变电路进行逆变，

或者控制第五开关以及第六开关闭合，控制所述第一三相全桥逆变电路进行逆变。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，

检测所述第一三相全桥逆变电路以及所述第二三相全桥逆变电路是否存在开路故障；

若所述第一三相全桥逆变电路存在开路故障，则控制所述第三开关、第四开关闭合；

若所述第二三相全桥逆变电路存在开路故障，则控制所述第五开关、第六开关闭合。

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