用于對高壓總線放電的設備的制作方法

本發明涉及對存儲在高壓總線上的電能放電，包括其中高電壓總線向功率逆變器傳遞電功率的系統。

背景技術：

功率逆變器電路可以包括在高壓總線兩端設置以提供電穩定性并且存儲補充電能的大容量電容器。當功率逆變器電路不在操作中或在某些其它環境中時，可希望對包括大容量電容器的高壓總線上的電能放電。

技術實現要素：

描述了一種經由高壓總線電連接至高壓dc電源的功率逆變器。功率逆變器包括電連接在高壓總線的正導體與負導體之間的電容器。功率逆變器包括電連接至高壓總線的正導體和負導體的多相逆變器電路。常接通放電開關與放電電阻器電串聯連接在高壓總線的正導體與負導體之間。放電開關包括控制柵極，其中放電開關的控制柵極與點火開關通信。當點火開關處于接通狀態中時，放電開關可控制為高壓總線的正導體與負導體之間的斷開狀態。當點火開關處于關斷狀態中時，放電開關實現閉合狀態以在高壓總線的正導體與負導體之間提供通過放電電阻器的低阻抗電流路徑。

上述特征和優點以及本教導的其它特征和優點從某些最佳模式的以下詳述和用于實行如隨附權利要求書中限定、結合附圖取得的本教導的其它實施例將容易地顯而易見。

附圖說明

現在將通過實例方式參考附圖描述一個或多個實施例，在附圖中：

圖1、2和3示意地說明根據本發明的包括高壓總線和無源放電電路的功率逆變器模塊的實施例，其中高壓總線電連接在高壓dc電源與功率逆變器模塊之間。

具體實施方式

現在參考附圖，其中描繪僅是為了說明某些例示性實施例且并未為了限制某些例示性實施例的目的，圖1示意地說明包括用于對高壓總線14兩端的電功率放電的無源放電電路25的功率逆變器模塊20的一個實施例，其中高壓總線14電連接在高壓dc電源12與功率逆變器模塊20之間。功率逆變器模塊20可以是包括電機10的馬達控制系統100的第一實施例的元件，該電機由采用來自于高壓dc電源12的電功率的功率逆變器模塊20操作地控制。在一個非限制性實施例中，功率逆變器模塊20可以在車輛上采用作為推進系統的元件。所有幾個視圖中的相同標號指示相同或對應部分。

電機10可以是馬達/發電機或另一個合適的多相電機(例如，永磁裝置)。功率逆變器模塊20經由高壓總線14的正導體16和負導體18電連接至高壓dc電源12。高壓總線14可以包括第一接觸器44和第二接觸器46，其分別可控制成將高壓總線14的相應的正導體16和負導體18連接至高壓dc電源12的正極側和負極側。功率逆變器模塊20包括大容量電容器22，其電設置在高壓總線14的正導體16與負導體18之間。

第一接觸器44和第二接觸器46是電連接至點火開關36的感應控制式常斷開開關裝置。當點火開關36處于鍵關斷狀態中時，第一接觸器44和第二接觸器46斷開，因此防止相應的正導體16和負導體18與高壓dc電源12之間的電功率流。當點火開關36處于鍵接通狀態中時，第一接觸器44和第二接觸器46閉合，因此允許相應的正導體16和負導體18與高壓dc電源12之間的電功率流。

功率逆變器模塊20包括逆變器38，逆變器38包括電串聯連接在高壓總線14的正導體16和負導體18之間的多個開關對。開關對的每個開關可以是具有并聯設置的二極管的絕緣柵雙極型晶體管(igbt)或另一個合適的高壓開關(例如，場效應晶體管(fet)或碳化硅(sic)fet)。每個開關對對應于電機10的一個相。功率逆變器模塊20的其它元件優選地包括多個柵極驅動電路和控制器，其中柵極驅動電路響應于源自于控制器的控制信號(例如，脈寬調制控制信號)而控制開關的啟動和停用。功率逆變器模塊20包括具有電容器、電阻器的其它電部件以及其它電路部件以實現與電噪聲消除、負荷平衡等有關的功能。

無源放電電路25設置在高壓總線14的正導體16與高壓總線14的負導體18之間。無源放電電路25包括常接通放電開關26和低阻抗放電電阻器24。放電開關26與低阻抗放電電阻器24電串聯連接在正導體16與負導體18之間。放電開關26在此實施例中可以是n溝道耗盡模式mosfet裝置或jfet裝置，或如本文所述般操作的另一個合適裝置。放電開關26包括輸入線、輸出線和控制柵極28。當點火開關36處于鍵接通狀態中時，放電開關26可控制為高壓總線14的正導體16和負導體18之間的斷開狀態。當點火開關處于鍵關斷狀態中時，放電開關26實現閉合狀態以在高壓總線14的正導體16和負導體18之間提供通過放電電阻器24的低阻抗電流路徑。

復合觸發門55與控制柵極28通信。復合觸發門55可以呈配置有多個輸入線35、51、52、53和54和離散輸出線56的多輸入邏輯裝置的形式，該離散輸出線與放電開關26的控制柵極28通信。復合觸發門55可以是邏輯“或”門或容納與輸入線35、51、52、53和54(包括輸入線35)相關聯的多個啟動信號以及對應的第二、第三、第四和第五啟動信號的另一個合適的邏輯裝置。第二啟動信號51、第三啟動信號52、第四啟動信號53和第五啟動信號54可以源自于車輛控制器、服務控制器、加速度計或另一個合適來源。

包括初級電路32和次級電路34的回掃變壓器30設置成使得次級電路34與一個輸入線(例如，復合觸發門55的輸入線35)通信。初級電路32經由點火開關36電連接在低壓電源與電接地之間。回掃變壓器30可以是與逆變器38的開關的柵極驅動器相關聯的dc電源的元件，并且優選地電隔離。回掃變壓器30是提供適用于低功率應用的隔離拓撲的dc-dc轉換器，并且向逆變器38的開關的柵極驅動器供電。柵極驅動器使用正電壓來導通逆變器開關(接通狀態)。使用負電壓來停用逆變器開關(關斷狀態)。由于放電開關26是常接通裝置，給開關設置負電壓將停用放電開關(關斷狀態)。放電開關26調制輸入dc電源以在次級分支處輸出+15v和-8v。

在操作期間，由于點火開關36在鍵接通狀態中，回掃變壓器30可以提供電偏壓以將放電開關26控制為關斷或斷開狀態。當點火開關36實現鍵關斷狀態時(例如，響應于車輛關閉狀態或響應于低壓dc電功率的損耗)，回掃變壓器30去激勵，從而導致放電開關26的控制柵極28處的功率耗盡，使得無源放電電路25能夠啟動并且對高壓總線14上的任何電能放電。當第一接觸器44和第二接觸器46均閉合且放電開關26斷開(即，停用)時，沒有電流通過低阻抗放電電阻器24，且因此沒有潛在或殘留電功率損耗。當復合觸發門55在離散輸出線56上產生啟動信號時，無源放電電路25的低阻抗放電電阻器24對存儲在高壓總線14的正導體16和負導體18兩端的大容量電容器22、功率逆變器模塊20和電機10中的電功率無源地放電。當滿足一個相關條件時，復合觸發門55可在離散輸出線56上產生啟動信號。

低阻抗放電電阻器24可以基于高壓總線14兩端的電勢的大小以及優選或理想的放電時間來調整大小。平均額定功率可以減小至包含峰值功率能力的額定值，且因此不同于在無源系統中采用的裝置的電阻，其中放電電阻器總是連接至高壓總線并且產生功率損耗。驅動低阻抗放電電阻器24的額定功率的放電功率可以基于高壓總線14兩端的電勢的大小、優選或理想的放電時間以及大容量電容器22的電容來確定。放電開關26的設計參數可以基于高壓總線14兩端的電勢的大小、電流、優選放電時間以及低阻抗放電電阻器24的電阻來確定。

本文所述的概念包括無源放電電路25，其幾乎不消耗或不消耗電能，同時允許高壓總線中的電勢的快速、自動放電。快速放電的時段在某些實施例中可以小于五秒鐘。在接觸器44、46焊接在一起的情形中，放電電路25可以進一步防止高壓dc電源12過度放電。放電電路25可以響應于以不受控制發電機(ucg)模式的操作，并且可以在安全氣囊展開的事件中提供保護。放電電路25可以防止高壓dc電源12無意中放電，否則可能在系統掉電或經歷點火開關36處于鍵接通狀態時出現的高g力事件時會引起無意中放電。

圖2示意地說明包括用于對高壓總線214兩端的電功率放電的無源放電電路225的功率逆變器模塊220的另一個實施例，其中高壓總線214電連接在高壓dc電源212與功率逆變器模塊220之間。功率逆變器模塊220可以是包括電機210的馬達控制系統200的第一實施例的元件，該電機由采用來自于高壓dc電源212的電功率的功率逆變器模塊220操作地控制。在一個非限制性實施例中，功率逆變器模塊220可以在車輛上采用作為推進系統的元件。

電機210可以是馬達/發電機或另一個合適的多相電機，例如，永磁裝置。功率逆變器模塊220經由高壓總線214的正導體216和負導體218電連接至高壓dc電源212。高壓總線214可以包括第一接觸器244和第二接觸器246，其分別可控制成將高壓總線214的相應的正導體216和負導體218連接至高壓dc電源212的正極側和負極側。功率逆變器模塊220包括大容量電容器222，其電設置在高壓總線214的正導體216與負導體218之間。

第一接觸器244和第二接觸器246是電連接至點火開關236的感應控制式常斷開開關裝置。當點火開關236處于鍵關斷狀態中時，第一接觸器244和第二接觸器246斷開，因此防止相應的正導體216和負導體218與高壓dc電源212之間的電功率流。當點火開關236處于鍵接通狀態中時，第一接觸器244和第二接觸器246閉合，因此允許相應的正導體216和負導體218與高壓dc電源212之間的電功率流。

功率逆變器模塊220包括逆變器238，其包括電串聯連接在高壓總線214的正導體216和負導體218之間的多個開關對。開關對的每個開關可以是具有并聯設置的二極管的絕緣柵雙極型晶體管(igbt)或另一個合適的高壓開關(例如，場效應晶體管(fet)或碳化硅(sic)fet)。每個開關對對應于電機210的一個相。功率逆變器模塊220的其它元件優選地包括多個柵極驅動電路和控制器，其中柵極驅動電路響應于源自于控制器的控制信號(例如，脈寬調制控制信號)而控制開關的啟動和停用。功率逆變器模塊220包括具有電容器、電阻器的其它電部件以及其它電路部件以實現與電噪聲消除、負荷平衡等有關的功能。

電壓傳感器260設置成監測高壓總線214的正導體216和負導體218兩端的電勢。電壓傳感器260優選地包括一對差分放大器262、放電電阻器265和多個感測電阻器264。放電電阻器265和感測電阻器264串聯設置。差分放大器262設置成監測放電電阻器265和感測電阻器264兩端的電壓降。優選地，放電電阻器265是低阻抗裝置。

無源放電電路225設置在高壓總線214的正導體216與高壓總線214的負導體218之間。無源放電電路225包括常接通放電開關226以及電壓傳感器260的放電電阻器265。放電開關226在此實施例中可以是n溝道耗盡模式mosfet裝置或jfet裝置，或如本文所述般操作的另一個合適裝置。放電開關226包括輸入線、輸出線和控制柵極228。當點火開關236處于鍵接通狀態中時，放電開關226可控制為高壓總線214的正導體216和負導體218之間的斷開狀態。當點火開關236處于鍵關斷狀態中時，放電開關226實現閉合狀態以在高壓總線214的正導體216和負導體218之間提供通過放電電阻器265的低阻抗電流路徑。

復合觸發門255與放電開關226的控制柵極228通信。復合觸發門255可以呈配置有多個輸入線235、251、252、253和254以及離散輸出線256的多輸入邏輯裝置的形式。離散輸出線256與放電開關226的控制柵極228通信。復合觸發門255可以是邏輯“或”門或容納經由多個輸入線235、251、252、253和254(包括輸入線235)的輸入信號以及對應的第二、第三、第四和第五啟動信號的另一個合適的邏輯裝置。第二、第三、第四和第五啟動信號可以源自于車輛控制器、服務控制器、加速度計或另一個合適來源。

包括初級電路232和次級電路234的回掃變壓器230設置成使得次級電路234與一個輸入線(例如，復合觸發門255的輸入線235)通信。初級電路232經由點火開關236電連接在低壓電源與電接地之間。回掃變壓器230可以是與逆變器開關238的柵極驅動器相關聯的dc電源的元件，并且優選地電隔離。

在操作期間，由于點火開關236在鍵接通狀態中，回掃變壓器230可以提供電偏壓以將放電開關226控制為關斷或斷開狀態。當點火開關236實現鍵關斷狀態時(例如，響應于車輛關閉狀態或響應于低壓dc電功率的損耗)，回掃變壓器230去激勵，從而導致放電開關226的控制柵極228處的功率耗盡，使得無源放電電路225能夠啟動并且對高壓總線214上的任何電能放電。當第一接觸器244和第二接觸器246均閉合且放電開關226閉合(即，停用)時，沒有電流通過放電電阻器265，且因此沒有潛在或殘留電功率損耗。

當復合觸發門255在離散輸出線256上產生啟動信號時，無源放電電路225的放電電阻器265對存儲在高壓總線214的正導體216和負導體218兩端的大容量電容器222、功率逆變器模塊220和電機210中的電功率無源地放電。當滿足一個相關條件時，復合觸發門255可在離散輸出線256上產生啟動信號。

低阻抗放電電阻器265可以基于高壓總線214兩端的電勢的大小以及優選或理想的放電時間來調整大小。平均額定功率可以減小至包含峰值功率能力的額定值，且因此不同于在有源系統中采用的裝置的電阻。驅動低阻抗放電電阻器265的額定功率的放電功率可以基于高壓總線214兩端的電勢的大小、優選或理想的放電時間以及大容量電容器222的電容來確定。放電開關226的設計參數可以基于高壓總線214兩端的電勢的大小、電流、優選放電時間以及低阻抗放電電阻器265的電阻來確定。

本文所述的概念包括無源放電電路225，其幾乎不消耗或不消耗電能，同時允許高壓總線中的電勢的快速、自動放電。快速放電的時段在某些實施例中可以小于五秒鐘。在接觸器244、246焊接在一起的情形中，放電電路225可以進一步防止高壓dc電源212過度放電。放電電路225可以響應于以ucg模式的操作，并且可以在安全氣囊展開的事件中提供保護。放電電路225可以防止高壓dc電源212無意中放電，否則可能在系統掉電或經歷點火開關236處于鍵接通狀態時出現的高g力事件時會引起無意中放電。

圖3示意地說明包括用于對高壓總線314兩端的電功率進行放電的無源放電電路325的功率逆變器模塊320的另一個實施例，其中高壓總線314電連接在高壓dc電源312與功率逆變器模塊320之間。功率逆變器模塊320可以是包括電機310的馬達控制系統300的第一實施例的元件，該電機由采用來自于高壓dc電源312的電功率的功率逆變器模塊320操作地控制。在一個非限制性實施例中，功率逆變器模塊320可以在車輛上采用作為推進系統的元件。

電機310可以是馬達/發電機或另一個合適的多相電機(例如，永磁裝置)。功率逆變器模塊320經由高壓總線314的正導體316和負導體318電連接至高壓dc電源312。高壓總線314可以包括第一接觸器344和第二接觸器346，其分別可控制成將高壓總線314的相應的正導體316和負導體318連接至高壓dc電源312的正極側和負極側。功率逆變器模塊320包括大容量電容器322，其電設置在高壓總線314的正導體316與負導體318之間。

第一接觸器344和第二接觸器346是電連接至點火開關336的感應控制式常斷開開關裝置。當點火開關336處于鍵關斷狀態中時，第一接觸器344和第二接觸器346斷開，因此防止相應的正導體316和負導體318與高壓dc電源312之間的電功率流。當點火開關336處于鍵接通狀態中時，第一接觸器344和第二接觸器346閉合，因此允許相應的正導體316和負導體318與高壓dc電源312之間的電功率流。

功率逆變器模塊320包括逆變器338，其包括電串聯連接在高壓總線314的正導體316和負導體318之間的多個開關對。開關對的每個開關可以是具有并聯設置的二極管的絕緣柵雙極型晶體管(igbt)或另一個合適的高壓開關(例如，場效應晶體管(fet)或碳化硅(sic)fet)。每個開關對對應于電機310的一個相。功率逆變器模塊320的其它元件優選地包括多個柵極驅動電路和控制器，其中柵極驅動電路響應于源自于控制器的控制信號(例如，脈寬調制控制信號)而控制開關的啟動和停用。功率逆變器模塊320包括具有電容器、電阻器的其它電部件以及其它電路部件以實現與電噪聲消除、負荷平衡等有關的功能。

電壓傳感器360設置成監測高壓總線314的正導體316和負導體318兩端的電勢。電壓傳感器360優選地包括一對差分放大器362、放電電阻器365和多個感測電阻器364。放電電阻器365和感測電阻器364串聯設置。差分放大器362設置成監測放電電阻器365和感測電阻器364兩端的電壓降。優選地，放電電阻器365是低阻抗裝置。

無源放電電路325設置在高壓總線314的正導體316與高壓總線314的負導體318之間。無源放電電路325包括常接通放電開關326以及電壓傳感器360的放電電阻器365。放電開關326在此實施例中可以是設置成常接通狀態的p溝道jfet裝置或mosfet裝置。放電開關326包括輸入線、輸出線和控制柵極328。

復合觸發門355與放電開關326的控制柵極328通信。復合觸發門355可以呈配置有多個輸入線335、351、352、353和354以及離散輸出線356的多輸入邏輯裝置的形式。離散輸出線356與放電開關326的控制柵極328通信。復合觸發門355可以是邏輯“或”門或容納經由多個輸入線335、351、352、353和354(包括輸入線335)的輸入信號以及對應的第二、第三、第四和第五啟動信號的另一個合適的邏輯裝置。第二、第三、第四和第五啟動信號可以源自于車輛控制器、服務控制器、加速度計或另一個合適來源。

包括初級電路332和次級電路334的回掃變壓器330設置成使得次級電路334與一個輸入線(例如，復合觸發門355的輸入線335)通信。初級電路332經由點火開關336電連接在低壓電源與電接地之間。回掃變壓器330可以是與逆變器338的開關相關聯的dc電源的元件，并且優選地電隔離。

在操作期間，由于點火開關336在鍵接通狀態中，回掃變壓器330可以提供電偏壓以將放電開關326控制為關斷或斷開狀態。當點火開關336實現鍵關斷狀態時(例如，響應于車輛關閉狀態或響應于低壓dc電功率的損耗)，回掃變壓器330去激勵，從而導致放電開關326的控制柵極328處的功率耗盡，使得無源放電電路325能夠啟動并且對高壓總線314上的任何電能放電。

當第一接觸器344和第二接觸器346均閉合且放電開關326閉合(即，停用)時，沒有電流通過放電電阻器365，且因此沒有潛在或殘留電功率損耗。

當復合觸發門355在離散輸出線356上產生啟動信號時，無源放電電路325的放電電阻器365對存儲在高壓總線314的正導體316和負導體318兩端的大容量電容器322、功率逆變器模塊320和電機310中的電功率無源地放電。當滿足一個相關條件時，復合觸發門355可在離散輸出線356上產生啟動信號。

低阻抗放電電阻器324可以基于高壓總線314兩端的電勢的大小以及優選或理想的放電時間來調整大小。平均額定功率可以減小至包含峰值功率能力的額定值，且因此不同于在有源系統中采用的裝置的電阻。驅動低阻抗放電電阻器324的額定功率的放電功率可以基于高壓總線314兩端的電勢的大小、優選或理想的放電時間以及大容量電容器322的電容來確定。放電開關326的設計參數可以基于高壓總線314兩端的電勢的大小、電流、優選放電時間以及低阻抗放電電阻器324的電阻來確定。

本文所述的概念包括無源放電電路325，其幾乎不消耗或不消耗電能，同時允許高壓總線中的電勢的快速、自動放電。快速放電的時段在某些實施例中可以小于五秒鐘。在接觸器344、346焊接在一起的情形中，放電電路325可以進一步防止高壓dc電源312過度放電。放電電路325可以響應于以ucg模式的操作，并且可以在安全氣囊展開的事件中提供保護。放電電路325可以防止高壓dc電源312無意中放電，否則可能在系統掉電或經歷焊接接觸器或經歷點火開關336處于鍵接通狀態時出現的高g力事件時會引起無意中放電。

術語控制器、控制模塊、模塊、控制、控制單元、處理器和類似術語是指專用集成電路(asic)、電子電路、中央處理單元(例如，微處理器)以及呈電容器和存儲裝置(只讀、可編程只讀、隨機訪問、硬盤等)的形式的相關非暫時性電容器部件的任何一個或各種組合。非暫時性電容器部件能夠存儲呈一個或多個軟件或固件程序或例程的形式的機器可讀指令，是組合邏輯電路、輸入/輸出電路和裝置、信號調節和緩沖電路，以及可由提供所描述功能性的一個或多個處理器訪問的其它部件。輸入/輸出電路和裝置包括模擬/數字轉換器以及監測來自傳感器的輸入的相關裝置，其中此類輸入以預設采樣頻率或響應于觸發事件而監測。軟件、固件、程序、指令、控制例程、代碼、算法和類似術語意味著包括刻度和查找表的任何控制器可執行指令集。每個控制器執行控制例程以提供理想的功能，該功能包括監測來自感測裝置和其它聯網控制器的輸入以及執行控制和診斷指令以控制致動器的操作。例程可以規則的間隔而執行，例如正進行的操作期間每100微秒執行一次。替代地，例程可以響應于觸發事件的發生而執行。控制器之間的通信和控制器、致動器和/或傳感器之間的通信可以使用直接有線點對點鏈路、聯網通信總線鏈路、無線鏈路或任何另一種合適的通信鏈路而實現。通信包括以任何合適形式交換數據信號，包括(例如)經由導電介質交換電信號、經由空氣交換電磁信號、經由光學波導交換光學信號等。數據信號可以包括表示來自傳感器的輸入的模擬、離散或數字化模擬信號、表示致動器命令的信號和控制器之間的通信信號。術語‘模型’是指基于處理器或處理器可執行代碼以及模擬裝置或物理過程的物理存在的相關刻度。另外，應注意，術語“信號”意指傳達信息的可檢測物理量，并且可以是能夠行進通過介質的任何合適的波形(例如，電、光學、磁性、機械或電磁)，諸如dc、ac、正弦波、三角波、方形、振動等。

詳述和附圖或圖支持并且描述本教導，但是本教導的范圍僅僅是由權利要求限定。雖然已詳細地描述了用于實行本教導的某些最佳模式和其它實施例，但是存在用于實踐隨附權利要求書中限定的本發明的各種替代設計和實施例。