專利名稱：功率變換器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種功率變換器，該功率變換器配備有開關電路和并聯連接至開關電路的平滑電容器，該開關電路包括串聯連接的多個開關元件。
背景技術：
典型的功率變換器包括開關電路和并聯連接至開關電路的平滑電容器，該開關電路包括串聯連接的多個開關元件。第一專利文獻中公開了這種功率變換器的示例，而第二專利文獻中公開了作為電機控制設備的這種功率變換器的另一示例。第一專利文獻中公開的功率變換器包括功率變換電路、平滑電容器和控制器。功 率變換電路被配置成使得各自包括串聯連接的兩個開關元件的三個臂彼此并聯連接。功率變換電路和平滑電容器連接在直流(DC)電源的正極端子與負極端子之間。對于功率變換，控制器在預設定時接通或斷開功率變換電路的開關元件以將從DC電源輸出的DC功率變換成三相交流(AC)功率，從而將三相AC功率供應給電機。另一方面，為了使平滑電容器放電，控制器同時接通臂的兩個開關元件以使存儲在平滑電容器中的電荷放電。這防止了由于存儲在平滑電容器中的電荷導致的電擊。第二專利文獻中公開的電機控制設備設置有變換器、低壓側電容器、高壓側電容器、和MG_ECU (電機/發電機電控單元)。變換器具有串聯連接的兩個晶體管。兩個串聯連接的晶體管的低壓側電容器和低壓側晶體管連接在電池的正極端子與負極端子之間。兩個串聯連接的晶體管和高壓側電容器連接在逆變器的輸入端子之間。對于功率變換，MG_ECT在預設定時接通或斷開變換器的兩個晶體管以將從電池輸出的具有低電壓的DC功率變換成具有高電壓的DC功率，從而將該DC功率供應給逆變器。另一方面，為了使高壓側電容器放電，MG_ECU接通變換器的兩個晶體管的低壓側晶體管并斷開高壓側晶體管，從而使存儲在低壓側電容器中的電荷放電。之后，MG_ECU接通低壓側晶體管并接通高壓側晶體管，從而使存儲在高壓側電容器中的電荷放電。這使低壓側電容器充電。之后，重復這些操作，以便使存儲在高壓側電容器中的電荷放電。就是說，交替地接通低壓側晶體管和高壓側晶體管使存儲在高壓側電容器中的電荷放電。這防止了由于存儲在高壓側電容器中的電荷產生的電擊。以上討論的技術專利文獻第一專利文獻日本專利公開2009-232620第二專利文獻日本專利公開2008-30679
發明內容
本發明要解決的問題需要驅動器和電源電路來驅動諸如晶體管的開關元件。如果單獨提供一套用于驅動開關元件以變換功率的驅動器和電源電路以及一套用于使平滑電容器或高壓側電容器放電的驅動器和電源電路，則這可能使平滑電容器或高壓側電容器在功率變換操作期間放電。鑒于以上情況，本發明的目的是提供一種具有使平滑電容器放電的功能的功率變換器，該功率變換器被設計成防止平滑電容器在功率變換操作期間被放電。用于解決該問題的手段因此，作為為解決該問題而進行的反復試驗過程的結果，本發明人提出了如下思想基于功率變換電源電路的輸出電壓來驅動開關元件使得平滑電容器在功率變換操作期間的放電能夠被防止；從而，本發明人完成了本發明。具體地，根據權利要求I的功率變換器包括開關電路，所述開關電路包括串聯連接的多個開關元件；平滑電容器，所述平滑電容器并聯連接至所述開關電路；功率變換驅動器，所述功率變換驅動器驅動所述多個開關元件用于功率變換；功率變換電源電路，所述、功率變換電源電路向所述功率變換驅動器輸出用于驅動所述多個開關元件的電壓；放電驅動器，所述放電驅動器驅動所述多個開關元件用于使存儲在所述平滑電容器中的電荷放電；以及放電電源電路，所述放電電源電路向所述放電驅動器供應用于驅動所述多個開關元件的電壓。所述放電驅動器基于從所述功率變換電源電路輸出的電壓來驅動所述多個開關元件，以使存儲在所述平滑電容器中的電荷放電。在以上闡述的配置下，基于從功率變換電源電路供給的電壓來驅動開關電路，以進行功率變換。為此，可以基于功率變換電源電路的輸出電壓來確定開關電路是否準備進行功率變換。因此，基于功率變換電源電路的輸出電壓使平滑電容器放電可以防止平滑電容器在功率變換操作期間的放電。在根據權利要求2的功率變換器中，當從所述功率變換電源電路輸出的電壓變為等于或小于閾值時，所述放電驅動器驅動所述多個開關元件以使存儲在所述平滑電容器中的電荷放電。在該配置下，當功率變換電源電路的輸出電壓變為等于或小于閾值時，開關電路不準備進行功率變換。為此，在功率變換電源電路的輸出電壓變為等于或小于閾值時使平滑電容器放電可以可靠地防止平滑電容器在功率變換操作期間的放電。根據權利要求3的功率變換器還包括控制電路，所述控制電路控制所述功率變換電源電路和所述放電驅動器。所述放電驅動器基于從所述功率變換電源電路輸出的電壓和從所述控制電路輸入至所述放電驅動器的放電指令來驅動所述多個開關元件，以使存儲在所述平滑電容器中的電荷放電。在此配置下，來自控制電路的放電指令控制平滑電容器的放電。因此，控制電路可以防止平滑電容器在功率變換操作期間的放電。在根據權利要求4的功率變換器中，當從所述功率變換電源電路輸出的電壓變為等于或小于閾值且所述放電指令從所述控制電路輸入至所述放電驅動器時，所述放電驅動器基于從所述功率變換電源電路輸出的電壓和從所述控制電路輸入至所述放電驅動器的指令來驅動所述多個開關元件，以使存儲在所述平滑電容器中的電荷放電。在該配置下，來自控制電路的放電指令可靠地控制平滑電容器的放電。因此，控制電路可以可靠地防止平滑電容器在功率變換操作期間的放電。在根據權利要求5的功率變換器中，所述放電電源電路基于存儲在所述平滑電容器中的電荷來生成用于驅動所述多個開關元件的電壓。在該配置下，即使關閉用于激活功率變換器的系統電源，也可以驅動多個開關元件，從而可靠地使平滑電容器放電。
根據權利要求6的功率變換器安裝在交通工具中，并且所述功率變換器變換DC電源的功率并將變換的功率供應給電氣裝置。在該配置下，在安裝在交通工具中且被設計成變換DC電源的功率以將變換的功率供應給電氣裝置的功率變換器中，可以可靠地防止平滑電容器在功率變換操作期間的放電。
圖I是根據第一實施方式的電機控制設備的電路圖；圖2是根據第二實施方式的電機控制設備的電路圖；圖3是根據第三實施方式的電機控制設備的電路圖；圖4是根據第四實施方式的電機控制設備的電路圖。
具體實施例方式后文中將詳細地描述本發明的實施方式。在這些實施方式中，根據本發明的功率變換器被應用于安裝在交通工具中的電機控制設備，并被設計成將從電池輸出的DC功率變換成三相AC功率且將三相AC功率供應給三相AC電機。(第一實施方式)首先，將參照圖I描述根據第一實施方式的電機控制設備的結構。這里，圖I是根據第一實施方式的電機控制設備的電路圖。圖I中示出的電機控制設備(功率變換器)1是這樣的設備其將從高電壓電池(DC電源)BI輸出的DC功率變換成三相AC功率，以將三相AC功率供應給三相AC電機(電氣裝置)M1，從而驅動三相AC電機Ml。電機控制設備I包括逆變器10、平滑電容器11、功率變換驅動器120至125、功率變換電源電路13、放電驅動器140和141、光耦合器15、放電電源電路16、以及控制電路17。逆變器10是將從高壓側電池BI輸出的DC功率變換成三相AC功率的電路。逆變器10設置有三個開關電路100至102。開關電路100對應于根據本發明的開關電路。開關電路100包括串聯連接的兩個絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)(多個開關元件)IOOa和100b。IGBT IOOa的發射極連接至IGBT IOOb的集電極。開關電路101包括串聯連接的兩個IGBT IOla和101b。IGBT IOla的發射極連接至IGBT IOlb的集電極。開關電路102包括串聯連接的兩個IGBT 102a和102b。IGBT 102a的發射極連接至IGBT 102b的集電極。三個開關電路100至102彼此并聯連接。IGBT IOOa至102a的集電極通過繼電器Rl連接至高電壓電池BI的正極端子，并且IGBT IOOa至102a的發射極連接至高電壓電池BI的負極端子。IGBT 100a、100b、101a、101b、102a和102b中的每個IGBT的柵極和發射極連接至功率變換驅動器120至125中的對應的功率變換驅動器。IGBT IOOa和IOOb中的每個IGBT的柵極和發射極連接至放電驅動器140和141中的對應的放電驅動器。IGBT IOOa和IOOb串聯連接所經由的串聯連接點、IGBT IOla和IOlb串聯連接所經由的串聯連接點、以及IGBT 102a和102b串聯連接所經由的串聯連接點都連接至三相AC電機Ml。平滑電容器11是用于平滑從高電壓電池BI輸出的DC功率的元件。平滑電容器11的一端通過繼電器Rl連接至高電壓電池BI的正極端子，而另一端連接至高電壓電池BI的負極端子。這導致平滑電容器11并聯連接至開關電路100。功率變換驅動器120、121、122、123、124和125被分別設置用于IGBT 100a、100b、101a、101b、102a和102b，并被連接至控制電路17。功率變換驅動器120、121、122、123、124和125中的每個功率變換驅動器還連接至IGBT 100a、100b、101a、101b、102a和102b中的對應的IGBT的柵極和發射極。為了進行功率變換，功率變換驅動器120、121、122、123、124和125基于從控制電路17輸出的功率變換驅動信號分別驅動IGBT 100a、100b、101a、101b、102a 和 102b。功率變換電源電路13是將用于驅動IGBT 100a、100b、101a、101b、102a和102b的電壓分別供應給功率變換驅動器120、121、122、123、124和125的電路。電源電路13設置有電源電路130至133。
為了進行功率變換，電源電路130至133根據系統電源(未示出)的輸出電壓生成用于驅動IGBT的電壓，并將電壓供應給用于驅動IGBTlOOa、100b、101a、101b、102a和102b的功率變換驅動器120至125。電源電路130、131和132分別連接至功率變換驅動器120、122和124，并且電源電路133連接至功率變換驅動器121、123和125。光稱合器15是在隔離放電驅動器140的同時向放電驅動器140傳輸放電驅動信號的元件。光耦合器15的輸入端子連接至放電驅動器141，且光耦合器15的輸出端子連接至放電驅動器140。放電驅動器140和141被分別設置用于IGBT (開關元件)IOOa和100b。放電驅動器140和141中的每個放電驅動器連接至IGBT IOOa和IOOb中的對應的IGBT的柵極和發射極，并且還連接至電源電路130和133中的對應的電源電路的輸出端子。放電驅動器140和141中的每個放電驅動器還連接至光耦合器15和放電電源電路16。放電驅動器140和141是在平滑電容器11的放電期間基于來自電源電路13的輸出電壓的大小來驅動相應的IGBT IOOa和IOOb的電路。在平滑電容器11的放電期間，當電源電路133的輸出電壓等于或小于接近OV的預設閾值時，放電驅動器141基于放電驅動信號驅動IGBTlOOb ;放電驅動信號由放電驅動器141生成。然后，放電驅動器141生成用于驅動IGBT IOOa的放電驅動信號以將放電驅動信號輸出給放電驅動器140。在平滑電容器11的放電期間，當電源電路133的輸出電壓等于或小于接近OV的預設閾值時，放電驅動器140基于通過光耦合器15從放電驅動器141輸入的放電驅動信號來驅動IGBT IOOa0放電電源電路16是在平滑電容器11的放電期間向放電驅動器140和141供應用于驅動IGBT IOOa和IOOb的電壓的電路。放電電源電路16包括電源電路160和161。電源電路160和161中的每個電源電路的輸入端子連接至平滑電容器11的相應端子，并且電源電路160和161的輸出端子分別連接至放電驅動器140和141。電源電路160和161中的每個電源電路是如下電路該電路在平滑電容器11的放電期間基于存儲在平滑電容器11中的電荷來生成用于驅動IGBT的電壓，并將電壓供應給用于驅動相應的IGBT IOOa和IOOb的放電驅動器140和141中的對應的放電驅動器。控制電路17配備有微型計算機。控制電路17連接至功率變換驅動器120至125。控制電路17是基于外部輸入指令和三相AC電機Ml中的從三相AC電機Ml輸入到三相AC電機Ml的相電流等等向功率變換驅動器120至125輸出功率變換驅動信號的電路。
接下來，將描述功率變換操作。電源電路130至133基于系統電源的電壓生成電壓，并將電壓供應給功率變換驅動器120至125。控制電路17基于外部輸入指令和三相AC電機Ml中的從三相AC電機Ml輸入到三相AC電機Ml的相電流等等輸出功率變換驅動信號。功率變換驅動器120至125基于功率變換驅動信號將從電源電路130至133供給的電壓施加給IGBT 100a、100b、101a、101b、102a和102b，從而在預設定時接通或斷開IGBT100a、100b、101a、101b、102a和102b。這使得從高電壓電池BI輸出的DC功率能夠被變換成三相AC功率，并且三相AC功率被供應給三相AC電機Ml。三相AC功率的供應使三相電機Ml生成驅動功率。接下來，將描述平滑電容器的放電的操作。在平滑電容器11的放電開始之前，例如，控制電路17的操作斷開繼電器R1。電源電路160和161中的每個電源電路基于存儲在平滑電容器11中的電荷生成電壓，并將電壓供應給放電驅動器140和141中的對應的放電 驅動器。當電源電路133的輸出電壓變為等于或小于閾值的OV時，放電驅動器141根據本身生成的放電驅動信號向IGBT IOOb施加從電源電路161供給的電壓，從而首先接通IGBTIOOb并將IGBT IOOb保持在其接通狀態。另外，放電驅動器141生成用于驅動IGBT IOOa的放電驅動信號并輸出該放電驅動信號。光耦合器15在隔離放電驅動器140的同時向放電驅動器140傳輸從放電驅動器141輸出的放電驅動信號。當電源電路130的輸出電壓變為等于或小于閾值的OV時，放電驅動器140在IGBTIOOb的接通之后根據從放電驅動器141輸出的放電驅動信號向IGBT IOOa施加從電源電路160供給的電壓，從而重復地接通了 IGBT IOOa非常短的時段。就是說，接通IGBT 100b，之后，反復進行將IGBT IOOa和IOOb同時接通微小時段。這使得能夠使存儲在平滑電容器11中的電荷放電。換句話說，在IGBT IOOb接通的情況下控制IGBT IOOa的占空比。該控制降低了每單位時間的生熱量。接下來，將描述優點。根據第一實施方式，基于從功率變換電源電路13供給的電壓來驅動開關電路100至102，并且開關電路100至102適于進行功率變換。為此，可以根據功率變換電源電路13的輸出電壓了解開關電路100至102是否準備進行功率變換。因此，平滑電容器11基于功率變換電源電路13的輸出電壓的放電可以可靠地防止平滑電容器11在功率變換操作期間的放電。另外，根據第一實施方式，當功率變換電源電路13的輸出電壓等于或小于閾值時，開關電路100變得不能進行功率變換。為此，當功率變換電源電路13的輸出電壓，更具體地，電源電路130和133中的每個電源電路的輸出電壓，變成等于或小于閾值時，平滑電容器11被放電。這可靠地防止了平滑電容器11在功率變換操作期間的放電。此外，根據第一實施方式，電源電路160和161中的每個電源電路基于存儲在平滑電容器11中的電荷生成電壓，并將電壓供應給用于驅動相應的IGBT IOOa和IOOb的放電驅動器140和141中的對應的放電驅動器。為此，即使在切斷用于激活電機控制設備I的系統電源之后，也可以驅動IGBT IOOa和100b，從而可靠地使平滑電容器11放電。(第二實施方式)接下來，將描述根據第二實施方式的電機控制設備。根據第一實施方式的電機控制設備基于功率變換電源的輸出電壓使平滑電容器放電。相比之下，根據第二實施方式的電機控制設備基于功率變換電源的輸出電壓和來自控制電路的放電指令使平滑電容器放電。首先，將參照圖2描述根據第二實施方式的電機控制設備的結構。這里，圖2是根據第二實施方式的電機控制設備的電路圖。圖2中示出的電機控制設備(功率變換器)2包括逆變器20、平滑電容器21、功率變換驅動器220至225、功率變換電源 電路23、放電驅動器240和241、光耦合器25、放電電源電路26、以及控制電路27。逆變器20、平滑電容器21、功率變換驅動器220至225、功率變換電源電路23、光稱合器25、以及放電電源電路26在結構上分別與根據第一實施方式的逆變器10、平滑電容器11、功率變換驅動器120至125、功率變換電源電路13、光耦合器15、以及放電電源電路16基本相同，因此，省略對它們的描述。放電驅動器240和241除了連接至相應的IGBT 200a和200b的柵極和發射極、相應的電源電路230和233的輸出端子、光耦合器15以及放電電源電路26之外，還連接至控制電路27。在平滑電容器21的放電期間，當電源電路233的輸出電壓等于或小于接近OV的預設閾值且用于指示放電的放電指令從控制電路27被輸入到放電驅動器241時，放電驅動器241基于放電驅動信號驅動IGBT (開關元件)200b ;放電驅動信號由放電驅動器241生成。然后，放電驅動器241生成用于驅動IGBT 200a的放電驅動信號，以將放電驅動信號輸出給放電驅動器240。在平滑電容器21的放電期間，當電源電路233的輸出電壓等于或小于接近OV的預設閾值且用于指示放電的放電指令從控制電路27被輸入到放電驅動器240時，放電驅動器240基于通過光稱合器25從放電驅動器241輸入的放電驅動信號來驅動IGBT 200a。接下來，將描述平滑電容器的放電的操作。當電源電路233的輸出電壓變為等于或小于閾值的OV且放電指令從控制電路27被輸入到放電驅動器241時,放電驅動器241根據本身生成的放電驅動信號向IGBT 200b施加從電源電路261供給的電壓，從而首先接通IGBT 200b并將IGBT 200b保持在其接通狀態。另外，放電驅動器241生成用于驅動IGBT 200a的放電驅動信號并輸出該放電驅動信號。光耦合器25在隔離放電驅動器240的同時向放電驅動器240傳輸從放電驅動器241輸出的放電驅動信號。當電源電路230的輸出電壓變為等于或小于閾值的OV且放電指令從控制電路27被輸入到放電驅動器240時，放電驅動器240在IGBT 200b的接通之后根據從放電驅動器241輸出的放電驅動信號向IGBT 200a施加從電源電路260供給的電壓，從而重復地接通了IGBT 200a微小時段。就是說，放電驅動器240接通IGBT 200b，之后，使同時接通了 IGBT200a和200b微小時段重復進行。這使得能夠使存儲在平滑電容器21中的電荷放電。接下來，將描述優點。根據第二實施方式，可以基于來自控制電路27的放電指令來控制平滑電容器21的放電。這使得能夠可靠地防止平滑電容器21在功率變換操作期間的放電。(第三實施方式)
接下來，將描述根據第三實施方式的電機控制設備。首先，將參照圖3描述根據第三實施方式的電機控制設備的結構。這里，圖3是根據第三實施方式的電機控制設備的電路圖。圖3中示出的電機控制設備(功率變換器)3是這樣的設備其將從低電壓電池(DC電源)B3輸出的低電壓DC功率變換成高電壓DC功率，并將高電壓DC功率變換成三相AC功率，以將三相AC功率供應給三相AC電機(電氣裝置)M3，從而驅動三相AC電機M3。電機控制設備3包括變換器30、高電壓平滑電容器(平滑電容器)31、低電壓平滑電容器32、功率變換驅動器330和331、功率變換電源電路34、放電驅動器350和351、光耦合器36、放電電源電路37、逆變器38、和控制電路39。 變換器30是將從低電壓電池B3輸出的低電壓DC功率變換成高電壓DC功率的電路。變換器30設置有開關電路300和電抗器301。
開關電路300包括串聯連接的兩個IGBT(多個開關元件)300a和300b。IGBT 300a的發射極連接至IGBT 300b的集電極。IGBT 300a的集電極和IGBT 300b的發射極連接至逆變器38。IGBT 300b的發射極還連接至低電壓電池B3的負極端子。IGBT 300a和300b中的每個IGBT的柵極和發射極連接至功率變換驅動器330和331中的對應的功率變換驅動器，并連接至放電驅動器350和351中的對應的放電驅動器。IGBT 300a和300b串聯連接所經由的串聯連接點通過電抗器301和繼電器R3連接至低電壓電池B3的正極端子。高電壓平滑電容器31是用于平滑由變換器30升高的高電壓DC功率的元件。高電壓平滑電容器31的一端連接至IGBT 300a的集電極，而另一端連接至IGBT 300b的發射極。這導致高電壓平滑電容器31并聯連接至開關電路300。低電壓平滑電容器32是用于平滑從低電壓電池B3輸出的DC功率的元件。低電壓平滑電容器32的一端通過繼電器R3連接至低電壓電池B3的正極端子，而另一端連接至低電壓電池B3的負極端子。低電壓平滑電容器32并聯連接至IGBT 300b。功率變換驅動器330和331被分別設置用于IGBT 300a和300b。功率變換驅動器330和331連接至控制電路39，并連接至相應的IGBT 300a和300b的柵極和發射極。為了進行功率變換，功率變換驅動器330和331基于從控制電路39輸出的功率變換驅動信號分別驅動 IGBT 300a 和 300b。功率變換電源電路34是將用于驅動IGBT 300a和300b的電壓分別供應給功率變換驅動器330和331的電路。電源電路34設置有電源電路340和341。電源電路340和341連接至相應的功率變換驅動器330和331，并基于系統電源(未示出)的輸出電壓生成用于驅動IGBT的電壓，從而將電壓供應給用于驅動IGBT 300a和300b的功率變換驅動器330和331。光稱合器36是在隔離放電驅動器350的同時向放電驅動器350傳輸從放電驅動器351輸出的放電驅動信號的兀件。光稱合器36的輸入端子連接至放電驅動器351,且光耦合器36的輸出端子連接至放電驅動器350。放電驅動器350和351被分別設置用于IGBT (開關元件)300a和300b。放電驅動器350和351中的每個放電驅動器連接至IGBT 300a和300b中的對應的IGBT的柵極和發射極，并且還也連接至電源電路340和341中的對應的電源電路的輸出端子。放電驅動器350和351中的每個放電驅動器還連接至光耦合器36和放電電源電路37。
放電驅動器350和351是在高電壓平滑電容器31的放電期間基于功率變換電源電路34的輸出電壓的大小來驅動相應的IGBT 300a和300b的電路。在高電壓平滑電容器31的放電期間，當電源電路341的輸出電壓等于或小于接近OV的預設閾值時,放電驅動器351基于放電驅動信號驅動IGBT 300b ;放電驅動信號由放電驅動器351生成。然后，放電驅動器351生成用于驅動IGBT 300a的放電驅動信號，以將該放電驅動信號輸出給放電驅動器350。在高電壓平滑電容器31的放電期間，當電源電路340的輸出電壓等于或小于接近OV的預設閾值時,放電驅動器350基于通過光稱合器36從放電驅動器351輸入的放電驅動信號來驅動IGBT 300a。放電電源電路37是在高電壓平滑電容器31的放電期間向放電驅動器350和351供應用于驅動IGBT 300a和300b的電壓的電路。放電電源電路37包括電源電路370和371。
電源電路370和371中的每個電源電路的輸入端子連接至高電壓電容器31的相應端子，并且電源電路370和371的輸出端子分別連接至放電驅動器350和351。電源電路370和371中的每個電源電路是如下電路該電路在高電壓平滑電容器31的放電期間基于存儲在高電壓平滑電容器31中的電荷來生成用于驅動IGBT的電壓，并將該電壓供應給用于驅動相應的IGBT 300a和300b的放電驅動器350和351中的對應的放電驅動器。逆變器38是將由變換器30升高的高電壓DC功率變換成三相AC功率、并將三相AC功率供應給三相AC電機M3的裝置。逆變器38的輸入端子分別連接至IGBT 300a的集電極和IGBT 300b的發射極。逆變器38的輸出端子連接至三相AC電機M3。控制電路39配備有微型計算機。控制電路39連接至功率變換驅動器330和331、以及逆變器38。控制電路39是基于外部輸入指令和三相AC電機M3中的從三相AC電機M3輸入到三相AC電機M3的相電流等等來向功率變換驅動器330和331輸出功率變換驅動信號的電路。控制電路39也是用于控制逆變器38的電路。接下來，將描述功率變換操作。電源電路340和341基于系統電源的電壓來生成電壓，并將電壓供應給功率變換驅動器330和331。控制電路39基于外部輸入指令和三相AC電機M3中的從三相AC電機M3輸入到三相AC電機M3的相電流等等輸出功率變換驅動信號。功率變換驅動器330和331基于從控制電路39輸出的功率變換驅動信號將從電源電路340和341供給的電壓施加給IGBT 300a和300b，從而在預設定時接通或斷開IGBT300a和300b。這使得從低電壓電池B3輸出的低電壓DC功率能夠被變換成高電壓DC功率，并且高電壓DC功率被供應給逆變器38。控制電路39控制逆變器38將高電壓DC功率變換成三相AC功率并將三相AC功率供應給三相AC電機M3。三相AC功率的供應使三相電機M3生成驅動功率。接下來，將描述高電壓平滑電容器的放電的操作。在高電壓平滑電容器31的放電開始之前,例如,控制電路39的操作斷開繼電器R3。電源電路370和371中的每個電源電路基于存儲在高電壓平滑電容器31中的電荷來生成電壓，并將電壓供應給放電驅動器350和351中的對應的放電驅動器。當電源電路341的輸出電壓變為等于或小于閾值的OV時，放電驅動器351根據本身生成的放電驅動信號向IGBT 300b施加從電源電路371供給的電壓，從而首先接通IGBT 300b，之后反復地接通和斷開IGBT300b。另外，放電驅動器351生成用于驅動IGBT 300a的放電驅動信號并輸出該放電驅動信號。光稱合器36在隔離放電驅動器350的同時向放電驅動器350傳輸從放電驅動器351輸出的放電驅動信號。當電源電路340的輸出電壓變為等于或小于閾值的OV時，放電驅動器350根據從放電驅動器351輸出的放電驅動信號向IGBT 300a施加電源電路370的輸出電壓，從而交替地接通IGBT 300a和IGBT 300b，之后，反復地接通和斷開IGBT 300a和IGBT 300b。就是說,接通IGBT300b，之后交替地接通IGBT 300a和IGBT 300b。就是說，IGBT 300b的接通使存儲在低電壓平滑電容器32中的電荷被放電。接下來，IGBT 300a的接通使存儲在高電壓平滑電容器中的電荷被放電，使得電荷充給低電壓平滑電容器31。然后，IGBT 300b的接通使存儲在低電壓平滑電容器32中的電荷被放電。之后，重復這些操作。這導致存儲在高電壓平滑電容器31中的電荷通過低電壓平滑電容器32、被放電。接下來，將描述優點。根據第三實施方式，可以實現與第一實施方式的優點相同的優點。(第四實施方式)接下來，將描述根據第四實施方式的電機控制設備。根據第三實施方式的電機控制設備基于功率變換電源的輸出電壓使平滑電容器放電。相比之下，根據第四實施方式的電機控制設備基于功率變換電源和來自控制電路的放電指令使平滑電容器放電。首先，將參照圖4描述根據第四實施方式的電機控制設備的結構。這里，圖4是根據第四實施方式的電機控制設備的電路圖。電機控制設備(功率變換器)4包括變換器40、高電壓平滑電容器(平滑電容器)41、低電壓平滑電容器42、功率變換驅動器430和431、功率變換電源電路44、放電驅動器450和451、光耦合器46、放電電源電路47、逆變器48、和控制電路49。變換器40、高電壓平滑電容器41、低電壓平滑電容器42、功率變換驅動器430和431、功率變換電源電路44、光耦合器46、放電電源電路47、和逆變器48在結構上分別與根據第三實施方式的變換器30、高電壓平滑電容器31、低電壓平滑電容器32、功率變換驅動器330和331、功率變換電源電路34、光耦合器36、放電電源電路37、和逆變器38基本上相同，因此，省略對它們的描述。放電驅動器450和451除了連接至相應的IGBT 400a和400b的柵極和發射極、相應的電源電路440和441的輸出端子、光耦合器46以及放電電源電路47之外，還連接至控制電路49。在高電壓平滑電容器41的放電期間，當電源電路441的輸出電壓等于或小于接近OV的預設閾值且用于指示放電的放電指令從控制電路49被輸入到放電驅動器451時，放電驅動器451基于放電驅動信號驅動IGBT (開關元件)400b ;放電驅動信號由放電驅動器451生成。然后，放電驅動器451生成用于驅動IGBT (開關元件)400a的放電驅動信號，以將放電驅動信號輸出給放電驅動器450。在高電壓平滑電容器41的放電期間，當電源電路440的輸出電壓等于或小于接近OV的預設閾值且用于指示放電的放電指令從控制電路49被輸入到放電驅動器450時,放電驅動器450基于通過光稱合器46從放電驅動器451輸入的放電驅動信號來驅動IGBT400a。
接下來，將描述高電壓平滑電容器的放電的操作。當電源電路441的輸出電壓變為等于或小于閾值的OV且放電指令從控制電路49被輸入到放電驅動器451時,放電驅動器451根據本身生成的放電驅動信號向IGBT 400b施加從電源電路471供給的電壓，從而首先接通IGBT 400b，之后，反復地接通和斷開IGBT400b。另外，放電驅動器451生成用于驅動IGBT 400a的放電驅動信號并輸出該放電驅動信號。光稱合器46在隔離放電驅動器450的同時向放電驅動器450傳輸從放電驅動器451輸出的放電驅動信號。當電源電路440的輸出電壓變為等于或小于閾值的OV且放電指令從控制電路49被輸入到放電驅動器450時,放電驅動器450根據從放電驅動器451輸出的放電驅動信號向IGBT 400a施加電源電路470的輸出電壓，從而交替地接通IGBT 400a和IGBT 400b，之后，反復地接通和斷開IGBT 400a和IGBT 400b。這導致存儲在高電壓平滑電容器41中的 電荷通過低電壓平滑電容器42被放電。接下來，將描述優點。根據第四實施方式，除了第三實施方式的優點之外還可以實現與第二實施方式的優點相同的優點。注意，第一至第四實施方式給出了開關電路包括串聯連接的兩個IGBT的示例，但是第一至第四實施方式不限于此。開關電路可以包括串聯連接的三個或更多個開關元件。另外，第一至第四實施方式給出了用于驅動低壓側IGBT的放電驅動器生成放電驅動信號的示例，但是第一至第四實施方式不限于此。可以以除放電驅動器以外的方式來生成放電驅動信號，并且可以將放電驅動信號輸入到用于驅動高壓側IGBT的放電驅動器和用于驅動低壓側IGBT的放電驅動器。附圖標記的說明I至4電機控制設備10,20 逆變器100 至 102、200 至 202、300、400 開關電路100a、100b、200a、200b、300a、300b、400a、400b IGBT (開關元件)101a、101b、102a、102b、201a、201b、202a、202b IGBT11,21平滑電容器120 至 125、220 至 225、330、331、430、431 功率變換電源電路130 至 133、230 至 233、340、341、440、441 電源電路140、141、240、241、350、351、450、451 放電驅動器15、36光稱合器16、26、37、47放電電源電路160、161、260、261、370、371、470、471 電源電路17、27、39、49 控制電路30、40 變換器301、401 電抗器31,41高電壓平滑電容器(平滑電容器)32、42低電壓平滑電容器
38、48 逆變器B1、B2高電壓電池(DC電源)B3、B4低電壓電池(DC電源) Ml至M4三相AC電機Rl至R4繼電器
權利要求
1.一種功率變換器，包括 開關電路，所述開關電路包括串聯連接的多個開關元件； 平滑電容器，所述平滑電容器并聯連接至所述開關電路； 功率變換驅動器，所述功率變換驅動器驅動所述多個開關元件用于功率變換； 功率變換電源電路，所述功率變換電源電路向所述功率變換驅動器輸出用于驅動所述多個開關元件的電壓； 放電驅動器，所述放電驅動器驅動所述多個開關元件用于使存儲在所述平滑電容器中的電荷放電；以及 放電電源電路，所述放電電源電路向所述放電驅動器供應用于驅動所述多個開關元件的電壓， 其中，所述放電驅動器基于從所述功率變換電源電路輸出的電壓來驅動所述多個開關元件，以使存儲在所述平滑電容器中的電荷放電。
2.根據權利要求I所述的功率變換器，其中，當從所述功率變換電源電路輸出的電壓變為等于或小于閾值時，所述放電驅動器驅動所述多個開關元件以使存儲在所述平滑電容器中的電荷放電。
3.根據權利要求I所述的功率變換器，還包括控制電路，所述控制電路控制所述功率變換電源電路和所述放電驅動器， 其中，所述放電驅動器基于從所述功率變換電源電路輸出的電壓和從所述控制電路輸入至所述放電驅動器的放電指令來驅動所述多個開關元件，以使存儲在所述平滑電容器中的電荷放電。
4.根據權利要求3所述的功率變換器，其中，當從所述功率變換電源電路輸出的電壓變為等于或小于閾值且所述放電指令從所述控制電路輸入至所述放電驅動器時，所述放電驅動器基于從所述功率變換電源電路輸出的電壓和從所述控制電路輸入至所述放電驅動器的指令來驅動所述多個開關元件，以使存儲在所述平滑電容器中的電荷放電。
5.根據權利要求I至4中任一項所述的功率變換器，其中，所述放電電源電路基于存儲在所述平滑電容器中的電荷來生成用于驅動所述多個開關元件的電壓。
6.根據權利要求I至5中任一項所述的功率變換器，其中，所述功率變換器安裝在交通工具中，并且所述功率變換器變換直流電源的功率并將變換的功率供應給電氣裝置。
7.根據權利要求I所述的功率變換器，其中，所述多個開關元件是第一開關元件和第二開關元件，并且所述放電驅動器在將所述第一開關元件保持在接通狀態的同時反復地接通和斷開所述第二開關元件。
8.根據權利要求I所述的功率變換器，其中，所述平滑電容器包括第一平滑電容器和第二平滑電容器，所述放電驅動器包括第一驅動器和第二驅動器，所述第一驅動器驅動所述多個開關元件中的第一開關元件用于使存儲在所述第一平滑電容器中的電荷放電，所述第二驅動器驅動所述多個開關元件中的第二開關元件用于使存儲在所述第二平滑電容器中的電荷放電，所述第一平滑電路被配置成使得在所述第一驅動器處于接通狀態的情況下使存儲在所述第一平滑電路中的電荷被存儲在所述第二平滑電路中，并且所述第一驅動器和所述第二驅動器交替地接通和斷開所述第一開關元件和所述第二開關元件。
全文摘要
一種電機控制設備(1)包括逆變器(10)、平滑電容器(11)、功率變換驅動器(120至125)、功率變換電源電路(13)、以及放電驅動器(140和141)。逆變器(10)包括由串聯連接的兩個IGBT組成的開關電路(100至102)。功率變換驅動器(120至125)向開關電路(100至102)施加功率變換電源電路(13)的輸出電壓以驅動開關電路(100至102)，從而進行功率變換。當功率變換電源電路(13)的輸出電壓等于或小于閾值時，放電驅動器(140和141)同時接通開關電路(100)的IGBT(100a和100b)以使平滑電容器(11)放電。這防止了平滑電容器在功率變換操作期間的放電。
文檔編號H02M3/20GK102742152SQ201180007892
公開日2012年10月17日 申請日期2011年5月11日 優先權日2010年5月11日
發明者坂田浩一, 濱中義行 申請人:豐田自動車株式會社, 株式會社電裝