CN113595373A - 一种功率变换器的主动放电方法和控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种功率变换器的主动放电方法和控制器，其方法中，在接收到主动放电指令后，控制至少一个变换电路工作，将电能在输入电容与中间电容之间反复传输，以在传输过程中将电能消耗在相应变换电路的器件上，直至输入电容和中间电容上的电压均下降至预设安全电压以下，进而实现该主动放电功能；无需添加任何硬件电路，具有体积和成本优势。并且电流在功率变换器内部流过，不依赖电机，不产生额外的扭矩，具有低成本、高可靠性、高舒适性的优点。

Description

一种功率变换器的主动放电方法和控制器

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种功率变换器的主动放电方法和控制器。

背景技术

混动汽车中的功率变换器系统架构如图1所示，其内部包含升压转换器；电池通过断路器连接升压转换器的输入端，升压转换器通过升压将直流侧的电池电压升压为中间电容的母线电压，供给电机控制器1和电机控制器2；电机控制器1和电机控制器2从中间电容取电，逆变成三相交流电驱动电机1和电机2，按照转矩控制指令发出转矩，完成驱动车辆，发动机启停，动能回收等功能。该系统可以同时控制两个电机实现串联，和串并联等多种混动模式，并且通过升压转换器可以对电池电压进行升压，节省电池成本并且提升电机1和电机2的效率，达到降低混动油耗的目的，在强混车辆中有大规模应用的趋势。

在功率变换器正常下电，或者，在故障或碰撞状态下，国标规定功率变换器需要具备主动放电功能，也即，需要将功率变换器中的能量存储单元(包括图1中的输入电容和中间电容)中的剩余电量进行泄放，使得输入电容和中间电容的电压降低60V安全电压以下。

现有技术中通常采用放电电阻实现该主动放电功能，如图2所示，在中间电容两端接入大功率放电电阻和放电开关，开始主动放电时，闭合放电开关，进而将放电电阻接入到中间电容正负两端，完成放电。但是，该方案需要额外设置大功率的放电电阻，增加了整机成本和体积。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种功率变换器的主动放电方法和控制器，以降低主动放电功能的实现成本和体积。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种功率变换器的主动放电方法，所述功率变换器中设置有至少一个变换电路，所述变换电路中包括开关管桥臂和电感，所述变换电路的输入端正负极分别连接输入电容的两端，所述变换电路的输出端正负极分别连接中间电容的两端；所述主动放电方法包括：

判断是否接收到主动放电指令；

若接收到所述主动放电指令，则控制至少一个所述变换电路工作，将电能在所述输入电容与所述中间电容之间反复传输，以通过相应所述变换电路中的器件进行电能消耗，直至所述输入电容和所述中间电容上的电压均下降至预设安全电压以下。

可选的，控制至少一个所述变换电路工作，将电能在所述输入电容与所述中间电容之间反复传输，包括循环执行的：

根据所述输入电容和所述中间电容上的电压，确定电压目标值；

根据所述电压目标值，控制相应所述变换电路工作，在所述输入电容与所述中间电容之间进行相应方向的电能传输。

可选的，相应所述变换电路的控制逻辑为：

从所述输入电容向所述中间电容进行升压变换的升压控制逻辑；或者，

从所述中间电容向所述输入电容进行降压变换的降压控制逻辑。

可选的，所述控制逻辑为所述升压控制逻辑，所述电压目标值为所述中间电容的电压目标值，且其确定方式不同于正常运行状态下的确定方式。

可选的，根据所述输入电容和所述中间电容上的电压，确定电压目标值，包括：

判断所述中间电容超过所述输入电容的电压差值是否小于预设差值；

若所述电压差值小于所述预设差值，则控制所述电压目标值按照预设步长逐渐增大，直至所述输入电容上的电压小于等于下限值；

若所述电压差值大于等于所述预设差值，则控制所述电压目标值为所述输入电容上的电压与所述预设差值之和。

可选的，根据所述电压目标值，控制相应所述变换电路工作，在所述输入电容与所述中间电容之间进行相应方向的电能传输，包括：

若所述电压目标值大于所述中间电容上的电压，则控制相应所述变换电路将所述输入电容上的电能为所述中间电容充电；

若所述电压目标值小于所述中间电容上的电压，则控制相应所述变换电路将所述中间电容上的电能放电至所述输入电容。

可选的，所述控制逻辑为所述降压控制逻辑，所述电压目标值为所述输入电容的电压目标值。

可选的，根据所述输入电容和所述中间电容上的电压，确定电压目标值，包括：

以幅值处于(0，Vm)区间内的交流电压作为所述输入电容的电压目标值；

其中，Vm为所述中间电容上的电压。

可选的，根据所述电压目标值，控制相应所述变换电路工作，在所述输入电容与所述中间电容之间进行相应方向的电能传输，包括：

若所述电压目标值大于所述输入电容上的电压，则控制相应所述变换电路将所述中间电容上的电能为所述输入电容充电；

若所述电压目标值小于所述输入电容上的电压，则控制相应所述变换电路将所述输入电容上的电能放电至所述中间电容。

可选的，相应所述变换电路中进行电能消耗的器件包括：所述电感及所述开关管桥臂中导通的开关管。

本发明第二方面提供了一种功率变换器的控制器，所述功率变换器包括：至少一个变换电路，以及至少一个电机控制器；各所述电机控制器的直流侧连接于中间电容，交流侧连接相应的电机；

所述控制器与电动汽车的整车控制器通信连接，以接收主动放电指令；并用于执行如上述第一方面任一段落所述的功率变换器的主动放电方法。

可选的，执行所述主动放电方法时，若相应所述变换电路的控制逻辑为升压控制逻辑，则所述控制器内包括：主动放电逻辑控制单元和升压控制单元；其中：

所述主动放电逻辑控制单元用于在接收到所述主动放电指令后，根据所述功率变换器中输入电容和所述中间电容上的电压，实时调整所述中间电容上的电压目标值；

所述升压控制单元用于根据所述电压目标值和所述中间电容上的电压，生成开关调制信号，以控制相应所述变换电路中的开关管动作，使所述中间电容上的电压追踪所述电压目标值。

可选的，所述升压控制单元还用于根据给定值和所述中间电容上的电压，生成开关调制信号，以控制各所述变换电路中的开关管动作，使所述中间电容上的电压追踪所述给定值，实现正常运行。

可选的，所述升压控制单元包括：第一调节器、均分单元、第二调节器、调制器和多个加法器；其中：

一个加法器的正向输入端接收所述电压目标值或所述给定值，反向输入端接收所述中间电容的电压，输出端连接所述第一调节器的输入端；

所述第一调节器输出的信号经过所述均分单元，得到相应各所述变换电路的电流目标值；

相应各所述变换电路的电流取反后，分别通过相应的所述加法器与一个所述电流目标值求和；

所述第二调节器根据各求和结果生成各所述变换电路的电压参考值；

所述调制器根据各所述电压参考值，分别生成相应各所述变换电路中全部开关管的开关调制信号。

可选的，执行所述主动放电方法时，若相应所述变换电路的控制逻辑为降压控制逻辑，则所述控制器内包括：放电控制单元和控制逻辑切换单元；其中：

所述放电控制单元用于根据所述功率变换器中输入电容和中间电容上的电压，生成使相应所述变换电路运行于所述降压控制逻辑下的开关调制信号；

所述控制逻辑切换单元用于在接收到所述主动放电指令后，将所述放电控制单元生成的开关调制信号输出至相应所述变换电路的各个开关管。

可选的，所述放电控制单元包括：第一调节器、均分单元、第二调节器、调制器和多个加法器；其中：

一个加法器的正向输入端接收所述电压目标值，反向输入端接收所述输入电容的电压，输出端连接所述第一调节器的输入端；

所述第一调节器输出的信号经过所述均分单元，得到相应各所述变换电路的电流目标值；

相应各所述变换电路的电流取反后，分别通过相应的所述加法器与一个所述电流目标值求和；

所述第二调节器根据各求和结果生成各所述变换电路的电压参考值；

所述调制器根据各所述电压参考值，分别生成相应各所述变换电路中全部开关管的开关调制信号。

可选的，所述控制器内还包括：升压控制单元；

所述升压控制单元用于根据给定值和所述中间电容上的电压，生成使各所述变换电路正常运行的开关调制信号；

所述控制逻辑切换单元还用于在未接收到所述主动放电指令时，将所述升压控制单元生成的开关调制信号输出至各所述变换电路的各个开关管。

可选的，所述控制器还用于控制所述电动汽车的动力系统。

本发明提供的功率变换器的主动放电方法，在接收到主动放电指令后，控制至少一个变换电路工作，将电能在输入电容与中间电容之间反复传输，以在传输过程中将电能消耗在相应变换电路的器件上，直至输入电容和中间电容上的电压均下降至预设安全电压以下，进而实现该主动放电功能；而且无需添加任何硬件电路，具有体积和成本优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的功率变换器的结构示意图；

图2为现有技术提供的功率变换器的主动放电方案的结构示意图；

图3和图4分别为本发明实施例提供的功率变换器的主动放电方法的两种流程图；

图5和图7分别为本发明实施例提供的功率变换器的主动放电方法的两种部分流程图；

图6和图8分别为本发明实施例提供的两种控制逻辑下的信号波形图；

图9为本发明实施例提供的功率变换器的控制器的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的主动放电逻辑控制单元内部执行的流程图；

图11为本发明实施例提供的升压控制单元的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的功率变换器的控制器的另一种结构示意图；

图13为本发明实施例提供的放电控制单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明提供一种功率变换器的主动放电方法，以降低主动放电功能的实现成本和体积。

参见图1，该功率变换器中设置有至少一个变换电路，该变换电路中包括开关管桥臂和电感，其具体拓扑可以是图1中所示的升压电路，但并不仅限于此。该变换电路的输入端正负极分别连接输入电容的两端，输出端正负极分别连接中间电容的两端；若变换电路的个数大于1，则各个变换电路并联，构成图1中所示的升压转换器。实际应用中，该功率变换器中还可以包括至少一个电机控制器，图中以两个电机控制器(电机控制器1和电机控制器2)为例进行展示。各电机控制器均为逆变电路，其直流侧均连接中间电容，其交流侧分别连接相应的电机，如图1中所示，电机控制器1的交流侧连接电机1，电机控制器2的交流侧连接电机2。

参见图3，该主动放电方法包括：

S101、判断是否接收到主动放电指令。

一般情况下，混动汽车在其功率变换器正常下电，或者，在故障或碰撞状态下，其整车控制器会发送主动放电指令给动力系统的控制器，该控制器接收到该主动放电指令后，即可执行步骤S102。

S102、控制至少一个变换电路工作，将电能在输入电容与中间电容之间反复传输，以通过相应变换电路中的器件进行电能消耗，直至输入电容和中间电容上的电压均下降至预设安全电压以下。

各变换电路中均包括电感和开关管，若通过控制器对至少一个变换电路中的开关管进行通断控制，使得电能在输入电容与中间电容之间反复传输，即可在传输过程中将电能消耗在相应的电感及开关管上；由于每一次电能传输都会带来损耗，所以可以使得输入电容和中间电容上的电压都越来越低，直到两者的电压下降至预设安全电压以下，该预设安全电压可以是60V，即可完成主动放电功能。

本实施例提供的功率变换器的主动放电方法，通过上述原理，在传输过程中将电能消耗在相应变换电路的电感及开关管上，进而以纯软件控制实现该主动放电功能；无需添加任何硬件电路，相比图2所示的方案，减小了体积，并减低了成本。

值得说明的是，现有技术中也存在一种软件上的主动放电方案，是基于电机绕组的放电，即通过电机控制器1和/或电机控制器2，向电机1和/或电机2绕组中注入q轴电流，通过电流流过电机绕组中的寄生电阻和电机控制器中器件的导通电阻，消耗中间电容和输入电容中的能量，降低电容电压到60V以下；但该方案在放电过程中，其电机中会产生较小的扭矩，在某些情况下可能造成车辆的轻微晃动，影响舒适感。而本实施例提供的功率变换器的主动放电方法，因只在中间电容前级进行电能传输，所以不存在产生扭矩的风险，不会导致任何晃动。

在上一实施例的基础之上，参见图4，该步骤S102中，控制至少一个变换电路工作，将电能在输入电容与中间电容之间反复传输，具体包括循环执行的：

S201、根据输入电容和中间电容上的电压，确定电压目标值。

S202、根据电压目标值，控制相应变换电路工作，在输入电容与中间电容之间进行相应方向的电能传输。

另外，实现步骤S102的过程中，相应变换电路的控制逻辑可以是从输入电容向中间电容进行升压变换的升压控制逻辑，也可以是从中间电容向输入电容进行降压变换的降压控制逻辑，视其具体的应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。具体的：

(1)采用升压控制逻辑时，该电压目标值为中间电容的电压目标值Vm_ref，且其确定方式不同于正常运行状态下的确定方式。针对升压控制逻辑，如图5所示，步骤S201具体包括：

S301、判断中间电容超过输入电容的电压差值是否小于预设差值。

若电压差值Vm-Vi小于预设差值Vth，则执行步骤S302，再返回步骤S301。若电压差值Vm-Vi大于等于预设差值Vth，则执行步骤S303。

S302、控制中间电容的电压目标值按照预设步长逐渐增大，直至输入电容上的电压小于等于下限值。

由于升压控制逻辑会使得中间电容上的电压Vm时刻追踪该电压目标值Vm_ref；所以，电压目标值Vm_ref按照预设步长deltaV逐渐增大时，中间电容上的电压Vm也会随之增大；而由于中间电容和输入电容两者的容量差较大，当中间电容上的电压Vm增大时，会导致输入电容上的电压Vi快速减小；当输入电容上的电压Vi减小到低于下限值Vmin时，则需要重新确定该电压目标值。

S303、控制中间电容的电压目标值为输入电容上的电压与预设差值之和。

当中间电容上的电压Vm超过输入电容的电压Vi较多时，则可以将该电压目标值Vm_ref缓降至Vi+Vth。

此时，步骤S202包括：

若电压目标值大于中间电容上的电压，即控制电压目标值按照预设步长逐渐增大时，则执行步骤S304。若电压目标值小于中间电容上的电压，即控制电压目标值为输入电容上的电压与预设差值之和时，则执行步骤S305。

S304、控制相应变换电路将输入电容上的电能为中间电容充电。

S305、控制相应变换电路将中间电容上的电能放电至输入电容。

值得说明的是，步骤S102中，控制相应变换电路工作，将电能在输入电容与中间电容之间反复传输，其目标是使Vi和Vm均下降至预设安全电压以下。而实际应用中，在接收到主动放电指令后，可以先进行电压判断，即先判断Vi和Vm是否均处于预设安全电压以下，若Vi和Vm已经均处于预设安全电压以下，则不必再进行主动放电；若Vi和Vm未能均处于预设安全电压以下，则可以继续执行控制至少一个变换电路工作、将电能在输入电容与中间电容之间反复传输的步骤，直至Vi和Vm均处于预设安全电压以下。

升压控制逻辑下，该主动放电方法执行时的信号波形图如图6所示，t0时刻开始主动放电，Vm和Vi均高于预设安全电压且Vm和Vi的电压差值小于Vth。此时Vm跟随Vm_ref缓慢上升，电流(包括Il1和Il2)由输入电容流向中间电容、给中间电容充电。由于输入电容容值远小于中间电容，t1时刻输入电容的电压Vi迅速下降到Vmin，此时切换到Vm跟随Vm_ref缓慢下降，电流由中间电容流向输入电容、给中间电容放电，直到t2时刻Vm和Vi的电压差值再次小于Vth。由于充放电之间的能量损失，经过一个t0～t2一个周期的循环后，Vm电压下降。由此往复，到达tn时刻，Vm电压下降到预设安全电压Vs以下，主动放电结束。

(2)采用降压控制逻辑时，该电压目标值为输入电容的电压目标值Vi_ref。针对降压控制逻辑，参见图7，步骤S201具体包括：以幅值处于(0，Vm)区间内的交流电压作为输入电容的电压目标值；其中，Vm为中间电容上的电压。

此时，步骤S202包括：若电压目标值大于输入电容上的电压，则执行步骤S401；若电压目标值小于输入电容上的电压，则执行步骤S402。

S401、控制相应变换电路将中间电容上的电能为输入电容充电。

S402、控制相应变换电路将输入电容上的电能放电至中间电容。

图8进一步说明了降压控制逻辑下，该方法的具体实现方式。t0时刻开始主动放电，相应变换电路工作于降压控制逻辑，输出正弦交流电流Il1和Il2，在输入电容上产生正弦交流电压Vi。由于输入电容容值远小于中间电容容值，在反复给输入电容充放电的过程中，中间电容上的电压Vm由于充放电损耗会缓慢下降。该过程中，可以调整正弦交流电流Il1和Il2的大小，使得输入电容上的电压Vi始终大于零并且小于中间电容上的电压Vm。直至t1时刻，输入电容上的电压Vi和中间电容上的电压Vm均小于预设安全电压，主动放电结束。

值得说明的是，现有技术中还存在一种软件放电方案是基于电机控制器中开关管的放电，即通过对电机控制器中开关管门级电平信号进行控制，让开关管工作在可变电阻区，具有电阻的特性，随后开通上下开关管，进行桥臂直通，让中间电容的电量在这些开关管上进行消耗，完成放电；但该方案需要复杂的开关管门级信息，降低了系统的可靠性。

而本实施例提供的功率变换器的主动放电方法，采用上述任意一种控制逻辑，其门极信息均较为简单，从而可靠性高。且本实施例提供的该方法不需要额外的硬件电路即可实现，并且电流在功率变换器内部流过，不依赖电机，不产生额外的扭矩，具有低成本、高可靠性、高舒适性的优点，利于推广。

本发明另一实施例还提供了一种功率变换器的控制器，其功率变换器的结构如图9和图12中所示，该功率变换器包括：至少一个变换电路以及至少一个电机控制器；该变换电路中包括开关管桥臂和电感，其具体拓扑可以是图中所示的升压电路，但并不仅限于此。该变换电路的输入端正负极分别连接输入电容(其两端电压为Vi)的两端，输出端正负极分别连接中间电容(其两端电压为Vm)的两端；若变换电路的个数大于1，则各个变换电路并联，构成图中所示的升压转换器；图中以升压转换器包括两个变换电路为例进行展示，其中一个变换电路包括电感(其流经电流为Il1)、开关管Q1和Q3，另一个变换电路包括电感(其流经电流为Il2)、开关管Q2和Q4。各电机控制器的直流侧连接于中间电容，交流侧连接相应的电机。

该控制器与电动汽车的整车控制器通信连接，以接收主动放电指令；并用于执行如上述任一实施例所述的功率变换器的主动放电方法。

实际应用中，该控制器还可以用于控制电动汽车的动力系统，也即该控制器是动力系统内的控制器，除了能够实现对于功率变换器等动力系统内各设备的控制，还能够实现上述主动放电方法。

当执行主动放电方法的变换电路的控制逻辑为升压控制逻辑时，参见图9，该控制器内的控制软件包括：主动放电逻辑控制单元101和升压控制单元102；其中：

主动放电逻辑控制单元101用于在接收到主动放电指令后，根据功率变换器中输入电容和中间电容上的电压，实时调整中间电容上的电压目标值Vm_ref。

正常运行状态下，该升压控制单元102用于根据给定值和中间电容上的电压，生成开关调制信号，以控制相应变换电路的开关管动作，使中间电容上的电压追踪给定值，实现正常运行。进行主动放电时，升压控制单元102用于根据电压目标值Vm_ref和中间电容上的电压Vm，生成开关调制信号，具体是占空比D1～D4，以两个变换电路的开关管Q1～Q4动作，使中间电容上的电压Vm追踪电压目标值Vm_ref。

实际应用中，包括主动放电逻辑控制单元101和升压控制单元102的控制软件，可以存储在升压转换器的主控芯片中。该主动放电逻辑控制单元101根据当前的输入电容上的电压Vi和中间电容上的电压Vm，设定升压控制的电压目标值Vm_ref，输入到升压控制单元102。升压控制单元102控制中间电容上的电压Vm跟随电压目标值Vm_ref。升压控制单元102输出占空比D1～D4分别控制开关管Q1～Q4，完成升压控制。在此过程中产生的电流Il1和Il2流过开关管Q1～Q4和两个电感与中间电容和输入电容组成的回路，消耗能量，完成主动放电。

此时，主动放电逻辑控制单元101的流程图如图10所示。开始主动放电后，首先判断当前的中间电容上的电压Vm是否小于预设安全电压Vs，如果已经小于预设安全电压Vs，则不需要主动放电，结束流程；如果大于预设安全电压Vs，则由于Q1～Q4中反并联二极管的钳位作用，Vm≥Vi，此处判断当前的Vm-Vi<Vth是否成立。如果Vm高于Vi且电压差值在Vth以上，则将升压的目标值缓慢降低到Vm_ref＝Vi+Vth。如果Vm高于Vi且电压差值不足Vth，则升压的目标值缓慢上升，每次上升deltaV，并且实时采集Vi，如果Vi已经降到了接近于0V的足够小的值Vmin，则结束升压，回到Vm<Vs是否成立的判断。由此往复，直至Vm<Vs。

参见图11，该升压控制单元102包括：第一调节器、均分单元、第二调节器、调制器和多个加法器；其中：一个加法器的正向输入端接收电压目标值(或给定值)Vm_ref，反向输入端接收中间电容的电压Vm，输出端连接第一调节器的输入端；第一调节器输出的信号经过均分单元，得到各个变换电路的电流目标值；本实施例中也以两个变换电路为例，则均分单元是将第一调节器输出的信号分别乘以1/2，实际应用中并不仅限于此，若升压转换器包括三个并联的变换电路，则均分单元是将第一调节器输出的信号分别乘以1/3。各变换电路的电流取反后，分别通过相应的加法器与一个电流目标值求和；本实施例中，一个变换电路的电流Il1取反后通过相应的加法器与Il1_ref求和，另一个变换电路的电流Il2取反后通过相应的加法器与Il2_ref求和。然后第二调节器根据各求和结果生成各变换电路的电压参考值Vd1_ref和Vd2_ref；最后，由调制器根据各电压参考值Vd1_ref和Vd2_ref，分别生成各变换电路中全部开关管的开关调制信号，即占空比D1～D4。

实际应用中，该第一调节器和第二调节器均可以为图中所示的PID控制器，也可以为其他调节器，此处仅为一种示例。该调制器可以为SPWM调制器，也可以为其他调制器；视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

本方案中提到的升压控制单元102即是常用的升压变换器控制单元，其功能是控制Vm追踪电压目标值(或正常运行状态下的给定值)Vm_ref。其具体实现的控制框图如图11所示。电压目标值Vm_ref和实际Vm做差，其差值输入PID控制器进行控制，输出的电流给定值平均分配给两个变换电路，得到电流目标值Il1_ref和Il2_ref。电流目标值Il1_ref和Il2_ref分别和电感电流实际值Il1和Il2比较，差值送入电流环PID控制器，分别输出桥臂1的电压基准值Vd1_ref和桥臂2的电压基准值Vd2_ref，进入SPWM调制器，经过SPWM调制输出Q1～Q4的占空比D1～D4，控制开关管Q1～Q4开通关断。

在主接触器(也即图中所述的接触器)断开后，通过调整相应变换电路的控制，使相应变换电路在升压电感、输入电容及中间电容组成的回路中产生交流电流，通过该交流电流流过开关管和电感中产生的损耗来消耗两个电容中存储的电量，达到主动放电的目的。也即是，通过对相应变换电路的控制，在输入电容和中间电容之间进行反复的充放电，将两个电容中存储的电量在充放电过程中消耗在相应变换电路的电感和开关管中，完成主动放电。

由于该方法的主要目的是在相应变换电路的开关器件和电感上产生交流电流，消耗功率，因此不止上述一种产生交流电流的控制方式。比如，当相应变换电路的控制逻辑为降压控制逻辑时，参见图12，该控制器内的控制软件包括：放电控制单元201和控制逻辑切换单元202；其中：

放电控制单元201用于根据功率变换器中输入电容和中间电容上的电压，生成使相应变换电路运行于降压控制逻辑下的开关调制信号。该降压控制逻辑可以参见上述实施例，只要该开关调制信号能够保证输入电容上的电压Vi始终大于零并且小于中间电容上的电压Vm即可。

控制逻辑切换单元202用于在接收到主动放电指令后，将放电控制单元201生成的开关调制信号输出至相应变换电路的各个开关管。

实际应用中，为了实现正常运行，该控制软件中还应包括：升压控制单元203；该升压控制单元203用于根据给定值和中间电容上的电压，生成使各变换电路正常运行的开关调制信号；此时，控制逻辑切换单元202还用于在未接收到主动放电指令时，将升压控制单元203生成的开关调制信号输出至各个变换电路的各个开关管。

控制逻辑切换单元202控制升压控制单元203和放电控制单元201相互切换，在正常运行状态下选择升压控制单元203进行控制，在主动放电运行状态下选择放电控制单元201进行控制。升压控制单元203的结构示意图可以参见图11，不再赘述。

实际应用中，参见图13，该放电控制单元201具体可以包括：第一调节器、均分单元、第二调节器、调制器和多个加法器；其中：一个加法器的正向输入端接收电压目标值Vi_ref，反向输入端接收输入电容的电压Vi，输出端连接第一调节器的输入端；第一调节器输出的信号经过均分单元，得到相应各个变换电路的电流目标值；本实施例中也以两个变换电路为例，则均分单元是将第一调节器输出的信号分别乘以1/2，实际应用中并不仅限于此，若升压转换器包括三个并联的变换电路，则均分单元是将第一调节器输出的信号分别乘以1/3。各变换电路的电流取反后，分别通过相应的加法器与一个电流目标值求和；本实施例中，一个变换电路的电流Il1取反后通过相应的加法器与Il1_ref求和，另一个变换电路的电流Il2取反后通过相应的加法器与Il2_ref求和。然后第二调节器根据各求和结果生成各变换电路的电压参考值Vd1_ref和Vd2_ref；最后，由调制器根据各电压参考值Vd1_ref和Vd2_ref，分别生成各变换电路中全部开关管的开关调制信号，即占空比D1～D4。

实际应用中，该第一调节器和第二调节器均可以为图中所示的PID控制器，也可以为其他调节器，此处仅为一种示例。该调制器可以为SPWM调制器，也可以为其他调制器；视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

其余过程及原理可以参见上述实施例，不再一一赘述。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (18)

1.一种功率变换器的主动放电方法，其特征在于，所述功率变换器中设置有至少一个变换电路，所述变换电路中包括开关管桥臂和电感，所述变换电路的输入端正负极分别连接输入电容的两端，所述变换电路的输出端正负极分别连接中间电容的两端；所述主动放电方法包括：

判断是否接收到主动放电指令；

若接收到所述主动放电指令，则控制至少一个所述变换电路工作，将电能在所述输入电容与所述中间电容之间反复传输，以通过相应所述变换电路中的器件进行电能消耗，直至所述输入电容和所述中间电容上的电压均下降至预设安全电压以下。

2.根据权利要求1所述的功率变换器的主动放电方法，其特征在于，控制至少一个所述变换电路工作，将电能在所述输入电容与所述中间电容之间反复传输，包括循环执行的：

根据所述输入电容和所述中间电容上的电压，确定电压目标值；

根据所述电压目标值，控制相应所述变换电路工作，在所述输入电容与所述中间电容之间进行相应方向的电能传输。

3.根据权利要求2所述的功率变换器的主动放电方法，其特征在于，相应所述变换电路的控制逻辑为：

从所述输入电容向所述中间电容进行升压变换的升压控制逻辑；或者，

从所述中间电容向所述输入电容进行降压变换的降压控制逻辑。

4.根据权利要求3所述的功率变换器的主动放电方法，其特征在于，所述控制逻辑为所述升压控制逻辑，所述电压目标值为所述中间电容的电压目标值，且其确定方式不同于正常运行状态下的确定方式。

5.根据权利要求4所述的功率变换器的主动放电方法，其特征在于，根据所述输入电容和所述中间电容上的电压，确定电压目标值，包括：

判断所述中间电容超过所述输入电容的电压差值是否小于预设差值；

若所述电压差值小于所述预设差值，则控制所述电压目标值按照预设步长逐渐增大，直至所述输入电容上的电压小于等于下限值；

若所述电压差值大于等于所述预设差值，则控制所述电压目标值为所述输入电容上的电压与所述预设差值之和。

6.根据权利要求4所述的功率变换器的主动放电方法，其特征在于，根据所述电压目标值，控制相应所述变换电路工作，在所述输入电容与所述中间电容之间进行相应方向的电能传输，包括：

若所述电压目标值大于所述中间电容上的电压，则控制相应所述变换电路将所述输入电容上的电能为所述中间电容充电；

若所述电压目标值小于所述中间电容上的电压，则控制相应所述变换电路将所述中间电容上的电能放电至所述输入电容。

7.根据权利要求3所述的功率变换器的主动放电方法，其特征在于，所述控制逻辑为所述降压控制逻辑，所述电压目标值为所述输入电容的电压目标值。

8.根据权利要求7所述的功率变换器的主动放电方法，其特征在于，根据所述输入电容和所述中间电容上的电压，确定电压目标值，包括：

以幅值处于(0，Vm)区间内的交流电压作为所述输入电容的电压目标值；

其中，Vm为所述中间电容上的电压。

9.根据权利要求7所述的功率变换器的主动放电方法，其特征在于，根据所述电压目标值，控制相应所述变换电路工作，在所述输入电容与所述中间电容之间进行相应方向的电能传输，包括：

若所述电压目标值大于所述输入电容上的电压，则控制相应所述变换电路将所述中间电容上的电能为所述输入电容充电；

若所述电压目标值小于所述输入电容上的电压，则控制相应所述变换电路将所述输入电容上的电能放电至所述中间电容。

10.根据权利要求1-9任一项所述的功率变换器的主动放电方法，其特征在于，相应所述变换电路中进行电能消耗的器件包括：所述电感及所述开关管桥臂中导通的开关管。

11.一种功率变换器的控制器，其特征在于，所述功率变换器包括：至少一个变换电路，以及至少一个电机控制器；各所述电机控制器的直流侧连接于中间电容，交流侧连接相应的电机；

所述控制器与电动汽车的整车控制器通信连接，以接收主动放电指令；并用于执行如权利要求1-10任一项所述的功率变换器的主动放电方法。

12.根据权利要求11所述的功率变换器的控制器，其特征在于，执行所述主动放电方法时，若相应所述变换电路的控制逻辑为升压控制逻辑，则所述控制器内包括：主动放电逻辑控制单元和升压控制单元；其中：

所述主动放电逻辑控制单元用于在接收到所述主动放电指令后，根据所述功率变换器中输入电容和所述中间电容上的电压，实时调整所述中间电容上的电压目标值；

所述升压控制单元用于根据所述电压目标值和所述中间电容上的电压，生成开关调制信号，以控制相应所述变换电路中的开关管动作，使所述中间电容上的电压追踪所述电压目标值。

13.根据权利要求12所述的功率变换器的控制器，其特征在于，所述升压控制单元还用于根据给定值和所述中间电容上的电压，生成开关调制信号，以控制各所述变换电路中的开关管动作，使所述中间电容上的电压追踪所述给定值，实现正常运行。

14.根据权利要求12或13所述的功率变换器的控制器，其特征在于，所述升压控制单元包括：第一调节器、均分单元、第二调节器、调制器和多个加法器；其中：

一个加法器的正向输入端接收所述电压目标值或所述给定值，反向输入端接收所述中间电容的电压，输出端连接所述第一调节器的输入端；

所述第一调节器输出的信号经过所述均分单元，得到相应各所述变换电路的电流目标值；

相应各所述变换电路的电流取反后，分别通过相应的所述加法器与一个所述电流目标值求和；

所述第二调节器根据各求和结果生成各所述变换电路的电压参考值；

所述调制器根据各所述电压参考值，分别生成相应各所述变换电路中全部开关管的开关调制信号。

15.根据权利要求11所述的功率变换器的控制器，其特征在于，执行所述主动放电方法时，若相应所述变换电路的控制逻辑为降压控制逻辑，则所述控制器内包括：放电控制单元和控制逻辑切换单元；其中：

所述放电控制单元用于根据所述功率变换器中输入电容和中间电容上的电压，生成使相应所述变换电路运行于所述降压控制逻辑下的开关调制信号；

所述控制逻辑切换单元用于在接收到所述主动放电指令后，将所述放电控制单元生成的开关调制信号输出至相应所述变换电路的各个开关管。

16.根据权利要求15所述的功率变换器的控制器，其特征在于，所述放电控制单元包括：第一调节器、均分单元、第二调节器、调制器和多个加法器；其中：

一个加法器的正向输入端接收所述电压目标值，反向输入端接收所述输入电容的电压，输出端连接所述第一调节器的输入端；

所述第一调节器输出的信号经过所述均分单元，得到相应各所述变换电路的电流目标值；

相应各所述变换电路的电流取反后，分别通过相应的所述加法器与一个所述电流目标值求和；

所述第二调节器根据各求和结果生成各所述变换电路的电压参考值；

所述调制器根据各所述电压参考值，分别生成相应各所述变换电路中全部开关管的开关调制信号。

17.根据权利要求15或16所述的功率变换器的控制器，其特征在于，所述控制器内还包括：升压控制单元；

所述升压控制单元用于根据给定值和所述中间电容上的电压，生成使各所述变换电路正常运行的开关调制信号；

所述控制逻辑切换单元还用于在未接收到所述主动放电指令时，将所述升压控制单元生成的开关调制信号输出至各所述变换电路的各个开关管。

18.根据权利要求11-13、15和16中任一项所述的功率变换器的控制器，其特征在于，所述控制器还用于控制所述电动汽车的动力系统。

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