CN116488443A - 平滑电容器的放电电路及电力转换电路 - Google Patents

平滑电容器的放电电路及电力转换电路 Download PDF

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Abstract

一种平滑电容器的放电电路及电力转换电路，有助于避免平滑电容器不必要地进行放电，并实现放电电路的小型化和低成本化。本发明的平滑电容器的放电电路与用于驱动车辆的马达且包括电池、平滑电容器及电力转换部的电力转换电路中的平滑电容器并联连接，包括：第一开关元件；第二开关元件，其与第一开关元件串联连接在电池的正极与接地之间；驱动电路，其与车辆的控制器连接，且根据来自控制器的指令使第一开关元件接通或断开；以及接通断开控制电路，其在驱动电路根据来控制器的指令使第一开关元件接通时使第二开关元件接通而使平滑电容器放电，且使第二开关元件在从第一开关元件接通起经过了经过预设时间后断开。

Description

平滑电容器的放电电路及电力转换电路
技术领域
本发明涉及平滑电容器的放电电路及包括该放电电路的电力转换电路。
背景技术
在对朝向电动汽车的主要驱动源即马达供给的电力进行转换的电力转换系统中，通常设置有逆变器以及对从电池供给至逆变器的电压进行平滑化的平滑电容器。在车辆发生碰撞时，电池断开。此时，为了避免作业人员或乘员接触高电压的平滑电容器而触电，需要使平滑电容器尽快放电。为了使平滑电容器放电，通常是与电池、平滑电容器和逆变器并联地设置主动放电电路(active discharge circuit)。
例如，在专利文献1中，公开了以下技术：在马达停止而使平滑电容器放电时，放电电路的预驱动器根据来自控制器(MCU)的指令使开关元件接通，由此，进行平滑电容器的放电。
专利文献1：日本特许第5111208号
不过，在主动放电电路仅包括一个开关元件时，若开关元件发生短路，则平滑电容器会始终放电而发热。另一方面，若在主动放电电路中设置两个开关元件并设置两个预驱动器，则容易导致放电电路的大型化和成本上升。
发明内容
本发明正是鉴于上述问题而完成的，目的在于提供一种平滑电容器的放电电路以及包括该放电电路的电力转换电路，有助于避免平滑电容器不必要地进行放电，并实现放电电路的小型化和低成本化。
为了实现上述目的，本发明提供一种平滑电容器的放电电路，与用于驱动车辆的马达且包括电池、平滑电容器及电力转换部的电力转换电路中的所述平滑电容器并联连接以进行所述平滑电容器的放电，所述平滑电容器使从所述电池朝向所述电力转换部供给的电压平滑化，其中，包括：第一开关元件；第二开关元件，该第二开关元件与所述第一开关元件串联连接在所述电池的正极与接地之间；驱动电路，该驱动电路与所述车辆的控制器连接，且根据来自所述控制器的指令使所述第一开关元件接通或断开；以及接通断开控制电路，该接通断开控制电路在所述驱动电路根据来所述控制器的指令使所述第一开关元件接通时使所述第二开关元件接通而使所述平滑电容器放电，并且使所述第二开关元件在从所述第一开关元件接通起经过了预设时间后断开。
根据本发明的平滑电容器的放电电路，包括：第一开关元件；第二开关元件，该第二开关元件与第一开关元件串联连接在电池的正极与接地之间；驱动电路，该驱动电路与车辆的控制器连接，且根据来自控制器的指令使第一开关元件接通或断开；以及接通断开控制电路，该接通断开控制电路在驱动电路根据来控制器的指令使第一开关元件接通时使第二开关元件接通而使平滑电容器放电，并且使第二开关元件在从第一开关元件接通起经过了预设时间后断开，因此，即使第一开关元件短路，也能通过第二开关元件断开避免平滑电容器不必要地进行放电，并且，与设置预驱动器来控制第二开关元件的情况相比，有助于实现放电电路的小型化和低成本化。
此外，在本发明的平滑电容器的放电电路中，优选所述驱动电路根据来所述控制器的指令使所述第一开关元件接通而使所述平滑电容器放电后，在所述平滑电容器的电压小于等于电容器阈值时，所述驱动电路根据来自所述控制器的指令使所述第一开关元件断开。
此外，在本发明的平滑电容器的放电电路中，优选所述第二开关元件是MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)，所述接通断开控制电路包括二极管和偏压电阻，所述二极管和所述偏压电阻并联连接，所述二极管的一端和所述偏压电阻的一端分别连接在所述第一开关元件与所述第二开关元件之间，另一端分别连接于所述MOSFET的栅极。
根据本发明的平滑电容器的放电电路，第二开关元件是MOSFET，接通断开控制电路包括二极管和偏压电阻，二极管和偏压电阻并联连接，二极管的一端和偏压电阻的一端分别连接在第一开关元件与第二开关元件之间，另一端分别连接于MOSFET的栅极，因此，能以简单的结构构成接通断开控制电路。
此外，在本发明的平滑电容器的放电电路中，优选所述第二开关元件是MOSFET，所述接通断开控制电路包括保持电容器，该保持电容器的一端连接于所述MOSFET的栅极，另一端连接于所述电池的正极。
根据本发明的平滑电容器的放电电路，第二开关元件是MOSFET，接通断开控制电路包括保持电容器，该保持电容器的一端连接于MOSFET的栅极，另一端连接于电池的正极，因此，能以简单的结构构成接通断开控制电路。
此外，在本发明的平滑电容器的放电电路中，优选所述接通断开控制电路包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端与所述MOSFET的栅极连接，另一端与所述保持电容器的一端连接，所述第二电阻的一端与所述保持电容器的另一端连接，另一端与所述电池的正极连接。
此外，在本发明的平滑电容器的放电电路中，优选还包括放电电阻，该放电电阻连接在所述电池的正极与所述第二开关元件之间。
此外，在本发明的平滑电容器的放电电路中，优选还包括回扫电路(fly backcircuit)，该回扫电路生成用于使所述第一开关元件接通的电压。
此外，在本发明的平滑电容器的放电电路中，优选在所述车辆发生碰撞且所述电池断开后，所述驱动电路根据来自所述控制器的指令使所述第一开关元件接通以使所述平滑电容器放电，在所述平滑电容器的电压小于等于电容器阈值时，所述驱动电路根据来自所述控制器的指令使所述第一开关元件断开，并且，所述接通断开控制电路使所述第二开关元件在从所述第一开关元件接通起经过了预设时间后断开。
根据本发明的平滑电容器的放电电路，在车辆发生碰撞且电池断开后，驱动电路根据来自控制器的指令使第一开关元件接通以使平滑电容器放电，因此，有助于避免因电池没有实际断开而导致平滑电容器不必要地进行放电。
此外，在本发明的平滑电容器的放电电路中，优选所述电力转换电路包括主动短路电路，该主动短路电路对所述电力转换部进行使所述马达停止的控制，在所述电池断开且所述主动短路电路使所述马达的转速小于等于转速阈值后，所述驱动电路根据来自所述控制器的指令使所述第一开关元件接通以使所述平滑电容器放电。
根据本发明的平滑电容器的放电电路，电力转换电路包括主动短路电路，该主动短路电路对电力转换部进行使马达停止的控制，在电池断开且主动短路电路使马达的转速小于等于转速阈值后，驱动电路根据来自控制器的指令使第一开关元件接通以使平滑电容器放电，因此，有助于避免因马达的动作引起的再生运转而导致平滑电容器不必要地进行放电。
此外，在本发明的平滑电容器的放电电路中，优选所述第一开关元件是MOSFET，所述电力转换部是逆变器。
(发明效果)
根据本发明，包括：第一开关元件；第二开关元件，该第二开关元件与第一开关元件串联连接在电池的正极与接地之间；驱动电路，该驱动电路与车辆的控制器连接，且根据来自控制器的指令使第一开关元件接通或断开；以及接通断开控制电路，该接通断开控制电路在驱动电路根据来控制器的指令使第一开关元件接通时使第二开关元件接通而使平滑电容器放电，并且使第二开关元件在从第一开关元件接通起经过了预设时间后断开，因此，即使第一开关元件短路，也能通过第二开关元件断开避免平滑电容器不必要地进行放电，并且，与设置预驱动器来控制第二开关元件的情况相比，有助于实现放电电路的小型化和低成本化。
附图说明
图1是示意表示包括本发明实施方式的电力转换电路的马达驱动系统的整体电路图。
图2是示意表示包括本发明实施方式的电力转换电路中的平滑电容器的放电电路的电路图。
图3是示意表示包括本发明实施方式的电力转换电路的马达驱动系统的动作的一例的流程图。
图4是示意表示包括本发明实施方式的电力转换电路中的平滑电容器的放电电路的变形例的电路图。
(符号说明)
1 马达驱动系统
10 电力转换电路
11 电池
12 平滑电容器
13 电力转换部
14 放电电路
141 第一开关元件
142 第二开关元件
143 驱动电路
144 接通断开控制电路
145 回扫电路
149 检测电路
1491 电阻
1492 电阻
1493 电阻
AC 辅助电容
DD 二极管
GR 偏压电阻
R1 第一电阻
R2 第二电阻
HC 保持电容器
DR 放电电阻
MT 马达
CTL 控制器
GND 接地
具体实施方式
下面，结合图1至图3对包括本发明实施方式的电力转换电路的马达驱动系统进行说明。
首先，根据图1和图2对马达驱动系统的结构进行说明。
(马达驱动系统的整体结构)
如图1所示，马达驱动系统1包括车辆(未图示)的马达MT以及用于驱动马达MT的电力转换电路10。
此处，马达MT例如是三相马达。
此外，虽未图示，但马达驱动系统1还包括对车辆的碰撞进行检测的检测部、对下述电池11是否断开进行检测的检测部以及对下述平滑电容器12的电压进行检测的检测部。
(电力转换电路的结构)
如图1所示，电力转换电路10包括电池11、平滑电容器12及电力转换部13，平滑电容器12使从电池11朝向电力转换部13供给的电压平滑化。
此处，电力转换部13是逆变器(例如包括多个IGBT等功率元件)。
此外，如图1所示，电力转换电路10还包括平滑电容器12的放电电路14，该放电电路14与平滑电容器12并联连接以进行平滑电容器12的放电。并且，平滑电容器12的放电电路14也与电池11及电力转换部13并联连接。
此外，虽未图示，但电力转换电路10还包括主动短路电路(active shortcircuit)，该主动短路电路对电力转换部13进行使马达MT停止的控制。
(平滑电容器的放电电路的结构)
如图2所示，平滑电容器12的放电电路14包括：第一开关元件141；第二开关元件142，该第二开关元件142与第一开关元件141串联连接在电池11的正极与接地GND之间；驱动电路143，该驱动电路143与车辆的控制器CTL(MCU)连接，且根据来自控制器CTL的指令使第一开关元件141接通或断开；以及接通断开控制电路144，该接通断开控制电路144在驱动电路143根据来控制器CTL的指令使第一开关元件141接通时使第二开关元件142接通而使平滑电容器12放电，并且使第二开关元件142在从第一开关元件141接通起经过了预设时间后断开(即第二开关元件142的断开时限从第一开关元件141接通的时刻起开始计算)。
此处，驱动电路143根据来控制器CTL的指令使第一开关元件141接通而使平滑电容器12放电后，在平滑电容器12的电压为电容器阈值以下时，驱动电路143根据来自控制器CTL的指令使第一开关元件141断开。
此外，如图2所示，平滑电容器12的放电电路14还包括回扫电路145，该回扫电路145生成用于使第一开关元件141接通的电压。
由于驱动电路143和回扫电路145均可使用现有的电路，且不是本发明的重点，因而此处不再详细展开。
此外，如图2所示，第一开关元件141和第二开关元件142均是MOSFET，分别具有栅极、源极和漏极。
此外，如图2所示，接通断开控制电路144包括二极管DD(例如齐纳二极管)和偏压电阻GR，二极管DD和偏压电阻GR并联连接，二极管DD的一端和偏压电阻GR的一端分别连接在第一开关元件141与第二开关元件142之间，另一端分别连接于构成第二开关元件142的MOSFET的栅极。并且，接通断开控制电路144还包括第一电阻R1、第二电阻R2和保持电容器HC，第一电阻R1的一端与构成第二开关元件142的MOSFET的栅极连接，另一端与保持电容器HC的一端连接，第二电阻R2的一端与保持电容器HC的另一端连接，另一端与电池11的正极连接。
此外，如图2所示，平滑电容器12的放电电路14还包括放电电阻DR，该放电电阻DR连接在电池11的正极与第二开关元件142之间。放电电阻DR例如由多个电阻并联连接而成。
下面，根据图3对马达驱动系统的动作的一例进行说明。
首先，在步骤S1中，车辆发生碰撞。
接着，在步骤S2中，检测部输出碰撞信号。
接着，在步骤S3中，主动短路电路驱动，对电力转换部13进行控制，以使马达MT停止。
接着，在步骤S4中，对马达MT的转速是否为转速阈值以下进行判断。在步骤S4中，当判断为马达MT的转速大于转速阈值时(步骤S4：否)，返回到步骤S3。另一方面，在步骤S4中，当判断为马达MT的转速为转速阈值以下时(步骤S4：是)，前进至步骤S5。
在步骤S5中，对电池11是否断开进行判断。在步骤S5中，当判断为电池11没有断开时(步骤S5：否)，前进至步骤S6等待一定时间，然后返回至步骤S5。另一方面，在步骤S5中，当判断为电池11断开时(步骤S5：是)，前进至步骤S7。
在步骤S7中，驱动电路143根据来自控制器CTL的指令使第一开关元件141接通，从而进行主动放电。
接着，在步骤S8中，对平滑电容器12的电压是否为电压阈值以下进行判断。在步骤S8中，当判断为平滑电容器12的电压大于电压阈值时(步骤S8：否)，反复执行步骤S8。另一方面，在步骤S8中，当判断为平滑电容器12的电压为电压阈值以下时(步骤S8：是)，则前进至步骤S9，结束平滑电容器12的放电(具体而言，驱动电路143根据来自控制器CTL的指令使第一开关元件141断开，并且，接通断开控制电路144使第二开关元件142在从第一开关元件141接通起经过了预设时间后断开)。
(本实施方式的主要效果)
根据本实施方式，放电电路14包括：第一开关元件141；第二开关元件142，该第二开关元件142与第一开关元件141串联连接在电池11的正极与接地GND之间；驱动电路143，该驱动电路143与车辆的控制器CTL连接，且根据来自车辆的控制器CTL的指令使第一开关元件141接通或断开；以及接通断开控制电路144，该接通断开控制电路144在驱动电路143根据来车辆的控制器CTL的指令使第一开关元件141接通时使第二开关元件142接通而使平滑电容器12放电，并且使第二开关元件142在从第一开关元件141接通起经过了预设时间后断开，因此，即使第一开关元件141短路，也能通过第二开关元件142断开避免平滑电容器12不必要地进行放电，并且，与设置预驱动器来控制第二开关元件142的情况相比，有助于实现放电电路14的小型化和低成本化。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明的具体实现并不受上述实施方式的限制。
例如，在上述实施方式中，如图4所示，放电电路14还可包括对第一开关元件141和第二开关元件142是否正常工作进行检测的检测电路149，检测电路149包括依次串联连接在电池11的正极与接地GND之间的电阻1491、电阻1492和电阻1493，电阻1491与电阻1492之间连接于第一开关元件141与第二开关元件142之间。并且，如图4所示，放电电路14还可包括辅助电容AC，辅助电容AC辅助检测电路149对开关元件141和第二开关元件142是否正常工作进行检测，辅助电容AC的一端连接于第一开关元件141与第二开关元件142之间，另一端与构成第二开关元件142的MOSFET的栅极连接。
此外，在上述实施方式中，第一开关元件141连接在第二开关元件142与接地GND之间，但并不局限于此，也可以是第二开关元件142连接在第一开关元件141与接地GND之间。
此外，在上述实施方式中，第一开关元件141和第二开关元件142均是MOSFET，但并不局限于此，第一开关元件141和第二开关元件142也可以IGBT(绝缘栅双极型晶体管)。
应当理解，本发明在其范围内，能将实施方式中的各个部分自由组合，或是将实施方式中的各个部分适当变形、省略。

Claims (10)

1.一种平滑电容器的放电电路，与用于驱动车辆的马达且包括电池、平滑电容器及电力转换部的电力转换电路中的所述平滑电容器并联连接以进行所述平滑电容器的放电，所述平滑电容器使从所述电池朝向所述电力转换部供给的电压平滑化，其特征在于，包括：
第一开关元件；
第二开关元件，该第二开关元件与所述第一开关元件串联连接在所述电池的正极与接地之间；
驱动电路，该驱动电路与所述车辆的控制器连接，且根据来自所述控制器的指令使所述第一开关元件接通或断开；以及
接通断开控制电路，该接通断开控制电路在所述驱动电路根据来所述控制器的指令使所述第一开关元件接通时使所述第二开关元件接通而使所述平滑电容器放电，并且使所述第二开关元件在从所述第一开关元件接通起经过了预设时间后断开。
2.如权利要求1所述的平滑电容器的放电电路，其特征在于，
所述驱动电路根据来所述控制器的指令使所述第一开关元件接通而使所述平滑电容器放电后，在所述平滑电容器的电压小于等于电容器阈值时，所述驱动电路根据来自所述控制器的指令使所述第一开关元件断开。
3.如权利要求1所述的平滑电容器的放电电路，其特征在于，
所述第二开关元件是MOSFET，
所述接通断开控制电路包括二极管和偏压电阻，
所述二极管和所述偏压电阻并联连接，
所述二极管的一端和所述偏压电阻的一端分别连接在所述第一开关元件与所述第二开关元件之间，另一端分别连接于所述MOSFET的栅极。
4.如权利要求1所述的平滑电容器的放电电路，其特征在于，
所述第二开关元件是MOSFET，
所述接通断开控制电路包括第一电阻、第二电阻和保持电容器，
所述第一电阻的一端与所述MOSFET的栅极连接，另一端与所述保持电容器的一端连接，
所述第二电阻的一端与所述保持电容器的另一端连接，另一端与所述电池的正极连接。
5.如权利要求1所述的平滑电容器的放电电路，其特征在于，
还包括放电电阻，该放电电阻连接在所述电池的正极与所述第二开关元件之间。
6.如权利要求1所述的平滑电容器的放电电路，其特征在于，
还包括回扫电路，该回扫电路生成用于使所述第一开关元件接通的电压。
7.如权利要求1所述的平滑电容器的放电电路，其特征在于，
在所述车辆发生碰撞且所述电池断开后，所述驱动电路根据来自所述控制器的指令使所述第一开关元件接通以使所述平滑电容器放电，
在所述平滑电容器的电压小于等于电容器阈值时，所述驱动电路根据来自所述控制器的指令使所述第一开关元件断开，并且，所述接通断开控制电路使所述第二开关元件在从所述第一开关元件接通起经过了预设时间后断开。
8.如权利要求7所述的平滑电容器的放电电路，其特征在于，
所述电力转换电路包括主动短路电路，该主动短路电路对所述电力转换部进行使所述马达停止的控制，
在所述电池断开且所述主动短路电路使所述马达的转速小于等于转速阈值后，所述驱动电路根据来自所述控制器的指令使所述第一开关元件接通以使所述平滑电容器放电。
9.如权利要求1所述的平滑电容器的放电电路，其特征在于，
所述第一开关元件是MOSFET，
所述电力转换部是逆变器。
10.一种电力转换电路，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的平滑电容器的放电电路。
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