用于電機的逆變電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于電動機/發(fā)電機的逆變電路。
【背景技術(shù)】
[0002]電機，例如多相電動機/發(fā)電機，具有定子繞組，所述定子繞組通過來自逆變器模塊的交流電而被通電，所述逆變器模塊電連接到高壓DC電源總線。在具體運行狀態(tài)期間，包括高速低載荷或外載荷狀態(tài)下，電機(例如永磁體(PM)馬達(dá))可以運行在無油門調(diào)節(jié)發(fā)電機(uncontrolled generator，UCG)模式，其中馬達(dá)的反電動勢增加，造成馬達(dá)輸出電壓大于高壓總線上的電壓。該多余的輸出電壓會造成充電電流流動通過布置為與逆變器的開關(guān)并聯(lián)的一個或多個二極管并到達(dá)高壓蓄電池。在UCG模式下發(fā)生的充電電流流動會造成多余電流流過逆變器的部件或?qū)Ω邏盒铍姵剡^充電，這會不利地影響逆變器或高壓蓄電池的使用壽命。設(shè)計者會選擇電部件設(shè)計因素和降額方案(derating schemes)，其能得知UCG模式下的多余充電的發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]—種電連接在高壓總線和多相電機之間的逆變電路，包括多個開關(guān)對。每一開關(guān)對包括在一節(jié)點處與第二開關(guān)串聯(lián)電連接的第一開關(guān)。每一個節(jié)點電連接到多相電機的一相，第一開關(guān)電連接在高壓總線的正壓側(cè)和所述節(jié)點之間，且第二開關(guān)電連接在高壓總線的負(fù)壓側(cè)和所述節(jié)點之間。第一開關(guān)配置為常閉開關(guān)。第二開關(guān)配置為常閉開關(guān)。
[0004]本發(fā)明提供一種電連接到多相電機的逆變電路，包括:多個開關(guān)對，每一個開關(guān)對包括在一節(jié)點處與第二開關(guān)串聯(lián)電連接的第一開關(guān)，每一個節(jié)點電連接到多相電機的一相，每一開關(guān)對的第一開關(guān)電連接在正高壓DC電源總線和所述節(jié)點之間，且每一開關(guān)對的第二開關(guān)電連接在負(fù)高壓DC電源總線和所述節(jié)點之間；每一開關(guān)對的第一開關(guān)配置為常閉開關(guān)；和每一開關(guān)對的第二開關(guān)配置為常開開關(guān)。
[0005]所述的逆變電路中，每一開關(guān)對的第一開關(guān)包括IGBT開關(guān)。
[0006]所述的逆變電路中，第一開關(guān)包括級聯(lián)開關(guān)。
[0007]所述的逆變電路中，每一個第一開關(guān)包括與低壓pMOS開關(guān)串聯(lián)電連接的JFET開關(guān)。
[0008]所述的逆變電路中，每一開關(guān)對的第二開關(guān)包括JFET開關(guān)。
[0009]所述的逆變電路中，多相電機布置為星形構(gòu)造。
[0010]所述的逆變電路中，多相電機布置為三角形構(gòu)造。
[0011]本發(fā)明提供一種電連接在高壓DC電源總線和多相電機之間的逆變電路，包括:多個開關(guān)對，每一開關(guān)對包括電連接到多相電機的一相的節(jié)點；每一開關(guān)對包括在所述節(jié)點與第二開關(guān)串聯(lián)電連接的第一開關(guān)，其中每一開關(guān)對的第一開關(guān)電連接在高壓DC電源總線的正壓側(cè)和所述節(jié)點之間，且每一開關(guān)對的第二開關(guān)電連接在高壓DC電源總線的負(fù)壓側(cè)和所述節(jié)點之間；操作性地電連接到第一開關(guān)每一個的第一柵極驅(qū)動電路，和操作性地電連接到第二開關(guān)每一個的第二柵極驅(qū)動電路；第一開關(guān)每一個僅在被第一柵極驅(qū)動部啟動時傳導(dǎo)電流；和第二開關(guān)每一個除非被第二柵極驅(qū)動部停用否則傳導(dǎo)電流。
[0012]所述的逆變電路中，第一開關(guān)每一個包括IGBT開關(guān)。
[0013]所述的逆變電路中，第一開關(guān)每一個包括級聯(lián)開關(guān)。
[0014]所述的逆變電路中，第一開關(guān)每一個包括與低壓pMOS開關(guān)串聯(lián)電連接的JFET開關(guān)。
[0015]所述的逆變電路中，第二開關(guān)每一個包括JFET開關(guān)。
[0016]本發(fā)明提供一種電連接到高壓DC電源總線的逆變電路，包括:多個開關(guān)對，每一開關(guān)對包括一節(jié)點；每一開關(guān)對包括在所述節(jié)點與第二開關(guān)串聯(lián)電連接的第一開關(guān)，其中每一開關(guān)對的第一開關(guān)電連接在高壓DC電源總線的正壓側(cè)和所述節(jié)點之間，且每一開關(guān)對的第二開關(guān)電連接在高壓DC電源總線的負(fù)壓側(cè)和所述節(jié)點之間；操作性地電連接到第一開關(guān)每一個的第一柵極驅(qū)動電路，和操作性地電連接到第二開關(guān)每一個的第二柵極驅(qū)動電路；其中第一開關(guān)每一個為常閉開關(guān)；和其中第二開關(guān)每一個為常閉開關(guān)。
[0017]所述的逆變電路中，第一開關(guān)每一個包括IGBT開關(guān)。
[0018]所述的逆變電路中，第一開關(guān)每一個包括級聯(lián)開關(guān)。
[0019]所述的逆變電路中，第一開關(guān)每一個包括與低壓pMOS開關(guān)串聯(lián)電連接的JFET開關(guān)。
[0020]所述的逆變電路中，第二開關(guān)每一個包括JFET開關(guān)。
[0021]在下文結(jié)合附圖進(jìn)行的對實施本發(fā)明的較佳模式做出的詳盡描述中能容易地理解上述的本發(fā)明的特征和優(yōu)點以及其他的特征和優(yōu)點。
【附圖說明】
[0022]參考附圖通過例子描述一個或多個實施例，其中:
[0023]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的用于控制多相電機操作的逆變電路的第一實施例；
[0024]圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的用于控制多相電機操作的逆變電路的第二實施例；和
[0025]圖3圖形顯示了根據(jù)本發(fā)明的包括控制多相電機的逆變電路的系統(tǒng)的模擬操作，包括相對于時間顯示的DC總線電壓(V)和相電流(A)，其中在逆變器的多相側(cè)將故障引入到系統(tǒng)中。
【具體實施方式】
[0026]現(xiàn)在參見附圖，其中顯示的目的僅是展示某些實施例而不是為了對其進(jìn)行限制，圖1示意性地示出了用于控制多相電機140操作的逆變電路100的第一實施例。多相電機140配置為三相永磁體電動機/發(fā)電機，其具有布置為星形構(gòu)造的定子支腿(leg)，但是可以是任何合適的多相構(gòu)造。逆變電路100經(jīng)由正高壓DC電源總線(HV+) 102和負(fù)高壓DC電源總線(HV-) 104電連接到高壓DC電源。高壓DC電源可包括高壓電能量存儲裝置(例如高壓蓄電池或電容器)、高壓電功率發(fā)電機或其他相關(guān)系的裝置或系統(tǒng)。逆變電路100包括在HV+102和HV-104之間串聯(lián)電連接的多個開關(guān)對112和114、122和124、以及132和134。每一開關(guān)對對應(yīng)于多相電機140的一相，第一開關(guān)在一節(jié)點處與相應(yīng)第二開關(guān)串聯(lián)連接。具體說，開關(guān)對112和114在節(jié)點116串聯(lián)連接，開關(guān)對122和124在節(jié)點126串聯(lián)連接，且開關(guān)對132和134在節(jié)點136串聯(lián)連接。節(jié)點116、126和136電連接到多相電機140的額定第一、第二和第三相，以對其傳遞電功率。第一柵極驅(qū)動電路106控制第一開關(guān)或高壓側(cè)開關(guān)112、122和132的啟動和停用，且第二柵極驅(qū)動電路108控制第二開關(guān)或低壓側(cè)開關(guān)114、124和134的啟動和停用。第一和第二柵極驅(qū)動電路106、108包括任何合適電子裝置，其能啟動和停用開關(guān)112和114、122和124、以及132和134，以響應(yīng)于在控制器105處而來的控制信號實現(xiàn)HV+102和HV-104中的一個與多相電機140的一相之間的電力傳遞?？刂破?05產(chǎn)生控制信號，其被通信到第一和第二柵極驅(qū)動電路106、108，以響應(yīng)于逆變器開關(guān)控制模式來啟動和停用開關(guān)112和114、122和124、以及132和134，所述逆變器開關(guān)控制模式可包括脈寬調(diào)制(PWM)模式、六步控制模式或其他合適控制模式。逆變電路100包括其他電部件，包括電容器(例如DC總線電容器142)、電阻器(例如總線電阻器144)和其他電路部件，以實現(xiàn)與電噪聲抑制、負(fù)載平衡等有關(guān)的功能。
[0027]第一開關(guān)112、122和132每一個配置為常閉開關(guān)(normally_0FF switch)，這意味著開關(guān)在被第一柵極驅(qū)動部106啟動時傳導(dǎo)電流。在一個實施例中，第一開關(guān)112、122和132是絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)，其每一個具有并聯(lián)布置的二極管。第一開關(guān)112、122和132每一個具有16V的柵極驅(qū)動啟動電壓和-8V的柵極驅(qū)動停用電壓，由此實現(xiàn)常閉狀態(tài)。第一柵極驅(qū)動部106啟動第一開關(guān)112、122和132每一個，以響應(yīng)于逆變器開關(guān)控制模式實現(xiàn)電流從其中流過。第二開關(guān)114、124和134每一個是常閉開關(guān)，這意味著開關(guān)除非被第二柵極驅(qū)動部108停用否則將傳導(dǎo)電流。第二開關(guān)114、124和134可以是任何種類的常開(normally-ON)半導(dǎo)體開關(guān)，例如包括結(jié)型場效應(yīng)晶體管(JFET)、硅碳(SiC) JFET或其他寬能帶隙的常開開關(guān)，其每一個具有并聯(lián)布置的二極管。第二開關(guān)114、124和134每一個具有0V的柵極驅(qū)動啟動電壓和-8V的柵極驅(qū)動停用電壓，由此實現(xiàn)常開狀態(tài)。第二柵極驅(qū)動部108啟動第二開關(guān)114、124和134每一個，以響應(yīng)于逆變器開關(guān)控制模式實現(xiàn)電流從其中流過。起初，在第一和第二柵極驅(qū)動電路106、108停止工作而高壓板(inverter board)被供電時，第一開關(guān)112、122和132以及第二開關(guān)114、124和134保持在閉狀態(tài)(OFF state)，由此避免電流擊穿。在沒有電路故障的操作期間，第一和第二柵極驅(qū)動電路106、108產(chǎn)生啟動信號以啟動和停用第一開關(guān)112、122和132以及第二開關(guān)114、124和134，以操作電機140，以產(chǎn)生扭矩。
[0028]在沒有控制功率的故障狀態(tài)下，柵極驅(qū)動輸出電壓由于通過下拉電阻器的連接而變?yōu)榱?。第一開關(guān)112、122和132為閉狀態(tài)且第二開關(guān)114、124和134為開狀態(tài)(0Nstate)，節(jié)點116、126和136和來自電機140的支腿被短接，且由此停止在無油門調(diào)節(jié)發(fā)電機(UCG)模式下操作的發(fā)生。在電機140用于在車輛上提供牽引扭矩時，例如電動車或混合動力電動車，在高壓蓄電池被完全充電且不能接收額外充電時，由于車輛動量的效果，會通過在高速度下巡航的車輛造成UCG模式。
[0029]圖2示意性地示出了用于控制多相電機240的逆變電路200的第二實施例。多相電機240的實施例配置為三相永磁體電動機/發(fā)電機，如所示的，但是可以是任何合適的多相構(gòu)造。逆變電路200經(jīng)由正高壓電源總線(HV+) 202和負(fù)高壓電源總線(HV-)204電連接到高壓DC電源。高壓DC電源可電氣地包括高壓電能量存儲裝置、高壓電功率發(fā)電機或其他相關(guān)的裝置或系統(tǒng)。電路包括在HV+202和HV-204之間串聯(lián)電連接的多個開關(guān)對212和214、222和224、以及232和234。每一開關(guān)對對應(yīng)于多相電機240的一相，第一開關(guān)在一節(jié)點處與相應(yīng)第二開關(guān)串聯(lián)連接。具體說，開關(guān)對212和214在節(jié)點216串聯(lián)連接，開關(guān)對222和224在節(jié)點226串聯(lián)連接，且開關(guān)對232和234在節(jié)點236串聯(lián)連接。節(jié)點216、226