本發(fā)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(tǒng)。

背景技術(shù)：

功率逆變器電路可以包括在高壓總線兩端設(shè)置以提供電穩(wěn)定性并且存儲補(bǔ)充電能的大容量電容器。當(dāng)功率逆變器電路不在操作中或在某些其它環(huán)境中時，可希望對存儲在包括大容量電容器的高壓總線上的電能放電。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

描述了一種用于電連接至高壓dc電源的高壓總線的放電電路。放電電路包括與放電電阻器電串聯(lián)連接在高壓總線的正導(dǎo)體與負(fù)導(dǎo)體之間的放電器開關(guān)，且放電開關(guān)包括柵極。雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)包括控制柵極、電連接至高壓總線的輸入線以及電連接至放電開關(guān)的柵極的輸出線。觸發(fā)裝置與雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)的控制柵極通信。雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)的輸入線電連接至高壓總線，且放電開關(guān)響應(yīng)于從觸發(fā)裝置傳送至雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)的控制柵極的啟動信號而可控制為閉合狀態(tài)以在高壓總線的正導(dǎo)體與負(fù)導(dǎo)體之間提供通過放電電阻器的電流路徑。

上述特征和優(yōu)點(diǎn)以及本教導(dǎo)的其它特征和優(yōu)點(diǎn)從某些最佳模式的以下詳述和用于實行如隨附權(quán)利要求書中限定、結(jié)合附圖取得的本教導(dǎo)的其它實施例將容易地顯而易見。

附圖說明

現(xiàn)在將通過實例方式參考附圖描述一個或多個實施例，其中圖示意地說明根據(jù)本發(fā)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(xiàn)在為了說明非限制性實施例參考附圖，圖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60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(jī)10的馬達(dá)控制系統(tǒng)100的實施例的元件，該電機(jī)通過功率逆變器模塊20采用來自于高壓dc電源12的電功率而操作地控制。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(jìn)系統(tǒng)的元件。

電機(jī)10可以是馬達(dá)/發(fā)電機(jī)或另一個合適的多相電機(jī)(例如，永磁裝置)。功率逆變器模塊20經(jīng)由高壓總線14的正導(dǎo)體16和負(fù)導(dǎo)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(yīng)的正導(dǎo)體16和負(fù)導(dǎo)體18連接至高壓dc電源12的正極側(cè)和負(fù)極側(cè)。第一接觸器44優(yōu)選地與第一觸發(fā)電路40通信，且第二接觸器46優(yōu)選地與第二觸發(fā)電路45通信。功率逆變器模塊20包括大容量電容器22，其電設(shè)置在高壓總線14的正導(dǎo)體16與負(fù)導(dǎo)體18之間。

第一接觸器44和第二接觸器46是電連接至點(diǎn)火開關(guān)36的感應(yīng)控制式常斷開開關(guān)裝置。當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)36處于鍵關(guān)斷狀態(tài)中時，第一接觸器44和第二接觸器46斷開，因此防止相應(yīng)的正導(dǎo)體16和負(fù)導(dǎo)體18與高壓dc電源12之間的電功率流。當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)36處于鍵接通狀態(tài)中時，第一接觸器44和第二接觸器46閉合，因此允許相應(yīng)的正導(dǎo)體16和負(fù)導(dǎo)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，其包括電串聯(lián)連接在高壓總線14的正導(dǎo)體16和負(fù)導(dǎo)體18之間的多個開關(guān)對。開關(guān)對的每個開關(guān)可以是具有并聯(lián)設(shè)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(guān)(例如，場效應(yīng)晶體管(fet)或碳化硅(sic)fet)。每個開關(guān)對對應(yīng)于電機(jī)10的一個相。功率逆變器模塊20的其它元件優(yōu)選地包括多個柵極驅(qū)動電路和控制器，其中柵極驅(qū)動電路響應(yīng)于源自于控制器的控制信號(例如，脈寬調(diào)制控制信號)而控制開關(guān)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(xiàn)與電噪聲消除、負(fù)荷平衡等有關(guān)的功能。

第一觸發(fā)電路40包括經(jīng)由電阻-電容(rc)電路和二極管電連接至信號線35的變壓器或另一個電感裝置，該信號線35電連接至第一接觸器44的一側(cè)。當(dāng)?shù)谝唤佑|器44(例如，響應(yīng)于點(diǎn)火開關(guān)36變?yōu)殒I關(guān)斷狀態(tài))斷開時，信號線35從離散高狀態(tài)變?yōu)殡x散低狀態(tài)，從而在第一觸發(fā)電路40中導(dǎo)致電感反沖，進(jìn)而產(chǎn)生第一觸發(fā)信號42。啟動信號可以是短程感應(yīng)式引發(fā)的脈沖信號，其包括從低或零電壓狀態(tài)變?yōu)楦邏籂顟B(tài)。第一觸發(fā)信號42傳送至復(fù)合觸發(fā)門50。

第二觸發(fā)電路45類似于第一觸發(fā)電路40，并且包括經(jīng)由電阻-電容(rc)電路和二極管電連接至信號線37的變壓器或其它電感裝置，該信號線37電連接至第二接觸器46的一側(cè)。當(dāng)?shù)诙佑|器46(例如，響應(yīng)于點(diǎn)火開關(guān)36變?yōu)殒I關(guān)斷狀態(tài))斷開時，信號線37從離散高狀態(tài)變?yōu)殡x散低狀態(tài)，從而在第二觸發(fā)電路45中導(dǎo)致電感反沖，進(jìn)而產(chǎn)生第二觸發(fā)信號47。第二觸發(fā)信號47傳送至復(fù)合觸發(fā)門50。

無源放電電路60設(shè)置在高壓總線14的正導(dǎo)體16與高壓總線14的負(fù)導(dǎo)體18之間。無源放電電路60包括設(shè)置成與放電電阻器24串聯(lián)的放電開關(guān)25，該放電電阻器優(yōu)選地具有低阻抗以促進(jìn)放電。無源放電電路60進(jìn)一步包括電連接在高壓總線14的正導(dǎo)體16與負(fù)導(dǎo)體18之間的電容分壓器電路30，其包括在第一節(jié)點(diǎn)63處與第二電容器64電串聯(lián)連接的第一電容器62。

包括第一電容器62的電容分壓器電路30與第二電容器64電串聯(lián)連接并且將總線電壓分流至第一節(jié)點(diǎn)63處的合適電壓電平。雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)26電連接在第一節(jié)點(diǎn)63與放電開關(guān)25的柵極28之間。雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)26可以是晶閘管或另一種硅控整流器，并且包括柵極27。復(fù)合觸發(fā)門50產(chǎn)生與柵極27通信的離散輸出信號。晶閘管是具有多層交替的n和p型材料的固態(tài)半導(dǎo)體裝置，當(dāng)柵極27例如從復(fù)合觸發(fā)門50接收到電流觸發(fā)信號時，這些層用作傳導(dǎo)電流的雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)。雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)26一旦被電流觸發(fā)信號啟動便立即傳導(dǎo)電流，前提是雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)26的兩端的電壓不反相。當(dāng)啟動雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)26時，第一節(jié)點(diǎn)63處的電壓電平足以啟動?xùn)艠O28以接通或閉合放電開關(guān)25可以采用其它合適的雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)。

呈設(shè)置成與下拉電阻器68并聯(lián)的第三電容器66的形式的rc電路設(shè)置在放電開關(guān)25的柵極28之間。點(diǎn)火開關(guān)36還設(shè)置在放電開關(guān)25的柵極28與高壓總線14的負(fù)導(dǎo)體18之間。

放電開關(guān)25與放電電阻器24電串聯(lián)連接在正導(dǎo)體16與負(fù)導(dǎo)體18之間。放電開關(guān)25在此實施例中可以是mosfet裝置、jfet裝置，或另一種合適的開關(guān)裝置。放電開關(guān)25包括漏極線、源極線和柵極28。

復(fù)合觸發(fā)門50產(chǎn)生傳送至雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)26的柵極27的離散輸出信號。復(fù)合觸發(fā)門50可以呈配置有多個輸入線和離散輸出線的多輸入邏輯裝置的形式，該離散輸出線與雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)26的柵極27通信。復(fù)合觸發(fā)門50可以是邏輯“或”門或另一個合適的邏輯裝置。輸入線優(yōu)選地包括第一觸發(fā)信號42、第二觸發(fā)信號47和與輸入線53、54和55相關(guān)聯(lián)的多個輸入信號(包括第二、第三、第四和第五啟動信號)。第二、第三和第四啟動信號可以源自于車輛控制器、服務(wù)控制器、加速度計、安全氣囊傳感器或另一合適來源。

當(dāng)所有輸入線53、54和55具有低值時，來自于復(fù)合觸發(fā)門50的離散輸出信號優(yōu)選地是離散低信號。此包括第一觸發(fā)信號42、第二觸發(fā)信號47以及第二、第三和第四啟動信號的低值。當(dāng)輸入線53、54和55中的任一個具有高值時，來自于復(fù)合觸發(fā)門50的離散輸出信號是離散高值。

當(dāng)具有低值的離散輸出信號從復(fù)合觸發(fā)門50傳送至雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)26的柵極27時，因為雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)26的操作并未由柵極27處的低值觸發(fā)，所以未發(fā)生動作。

當(dāng)具有高值的離散輸出信號從復(fù)合觸發(fā)門50傳送至雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)26的柵極27時，觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)26，且電壓信號通過雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)26從第一節(jié)點(diǎn)63傳送以啟動放電開關(guān)25的控制柵極28，其用于接通或閉合放電開關(guān)25。因而，當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)36處于鍵接通狀態(tài)中且與輸入線53、54和55相關(guān)聯(lián)的第二、第三和第四啟動信號全部為低時，放電開關(guān)25可控制為高壓總線14的正導(dǎo)體16和負(fù)導(dǎo)體18之間的斷開狀態(tài)。當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)處于鍵關(guān)斷狀態(tài)中時或當(dāng)與輸入線53、54和55相關(guān)聯(lián)的第二、第三和第四啟動信號中的任一個轉(zhuǎn)變?yōu)楦郀顟B(tài)時，放電開關(guān)25可控制為閉合狀態(tài)以在高壓總線14的正導(dǎo)體16和負(fù)導(dǎo)體18之間提供通過放電電阻器24的低阻抗電流路徑。

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(yōu)選或理想的放電時間來調(diào)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(tǒng)中采用的裝置的電阻。驅(qū)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(yōu)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(guān)25的設(shè)計參數(shù)可以基于高壓總線14兩端的電勢的大小、電流、優(yōu)選放電時間以及低阻抗放電電阻器24的電阻來確定。

包括與第二電容器64電串聯(lián)連接的第一電容器62的電容分壓器電路30將總線電壓分流至第一節(jié)點(diǎn)63處的合適電壓電平。使用通過并且圍繞雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)26的電流對第三電容器66充電。已充電的第三電容器66將啟動通過無源元件的放電路徑。在車輛關(guān)閉期間、安全氣囊展開或12v電源的損耗期間，存儲在hvdc繼電器的螺線管或具有硬接線“或”門的其它邏輯中的電感能量可以用于激發(fā)雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)26以得到允許對大容量電容器中的hv能量存儲快速放電的無縫、自動斷接鏈路。在需要以三相短路條件操作的情況中，可在逆變器20的開關(guān)對的下部開關(guān)中使用相同架構(gòu)。該架構(gòu)允許穩(wěn)定放電并且針對其它功能性提供電路利用的最大靈活性。各種實施例允許經(jīng)由其它新型信號裝置連同取決于應(yīng)用而調(diào)整大小的放電電阻器24驅(qū)動斷接電路。

此允許快速、無源總線放電，且在車輛使用期間不消耗任何能量(5wvs0.01w)并且不需要任何有源控制，因此保持無源。雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)26僅在需要且關(guān)閉電壓自然而然地接近零時允許對第三電容器66充電以驅(qū)動放電開關(guān)25的柵極28。第一電容器62和第二電容器64優(yōu)選地調(diào)整大小以提供足以接通柵極28并且保持電荷直至大容量電容器22放電的電壓電平。歸因于超快放電，放電電阻器24可以具有減少至僅與峰值功率能力有關(guān)的額定值的平均額定功率，因此需要占據(jù)少量空間的小型放電電阻器。下拉電阻器68調(diào)整大小以逐漸地對柵極電容放電并且關(guān)斷放電開關(guān)25。

本文所述的概念包括無源放電電路60，其幾乎不消耗或不消耗電能，同時允許高壓總線14中的電勢在某些條件下快速、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。相反地，無源放電電路60是利用不需要外部電源來操作的自然換向雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)進(jìn)行操作。在接觸器44、46焊接在一起的情形中，無源放電電路60可以防止高壓dc電源12過度放電。無源放電電路60可以響應(yīng)于以不受控制發(fā)電機(jī)(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(hù)。無源放電電路60可以防止高壓dc電源12無意中放電，否則可能在系統(tǒng)掉電或經(jīng)歷點(diǎn)火開關(guān)36處于鍵接通狀態(tài)時出現(xiàn)的高g力事件時會引起無意中放電。

術(shù)語控制器、控制模塊、模塊、控制、控制單元、處理器和類似術(shù)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)以及呈存儲器和存儲裝置(只讀、可編程只讀、隨機(jī)訪問、硬盤等)的形式的相關(guān)非暫時性存儲器部件的任何一個或各種組合。非暫時性存儲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(jī)器可讀指令，是組合邏輯電路、輸入/輸出電路和裝置、信號調(diào)節(jié)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(shù)字轉(zhuǎn)換器以及監(jiān)測來自傳感器的輸入的相關(guān)裝置，其中此類輸入以預(yù)設(shè)采樣頻率或響應(yīng)于觸發(fā)事件而監(jiān)測。軟件、固件、程序、指令、控制例程、代碼、算法和類似術(shù)語意味著包括刻度和查找表的任何控制器可執(zhí)行指令集。每個控制器執(zhí)行控制例程以提供理想的功能，該功能包括監(jiān)測來自感測裝置和其它聯(lián)網(wǎng)控制器的輸入以及執(zhí)行控制和診斷指令以控制致動器的操作。例程可以規(guī)則的間隔而執(zhí)行，例如正進(jìn)行的操作期間每100微秒執(zhí)行一次。替代地，例程可以響應(yīng)于觸發(fā)事件的發(fā)生而執(zhí)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(diǎn)對點(diǎn)鏈路、聯(lián)網(wǎng)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(xiàn)。通信包括以任何合適形式交換數(shù)據(jù)信號，包括(例如)經(jīng)由導(dǎo)電介質(zhì)交換電信號、經(jīng)由空氣交換電磁信號、經(jīng)由光學(xué)波導(dǎo)交換光學(xué)信號等。數(shù)據(jù)信號可以包括表示來自傳感器的輸入的模擬、離散或數(shù)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(shù)語'模型'是指基于處理器或處理器可執(zhí)行代碼以及模擬裝置或物理過程的物理存在的相關(guān)刻度。另外，應(yīng)注意，術(shù)語“信號”意指傳達(dá)信息的可檢測物理量，并且可以是能夠行進(jìn)通過介質(zhì)的任何合適的波形(例如，電、光學(xué)、磁性、機(jī)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(dǎo)，但是本教導(dǎo)的范圍僅僅是由權(quán)利要求限定。雖然已詳細(xì)地描述了用于實行本教導(dǎo)的某些最佳模式和其它實施例，但是存在用于實踐隨附權(quán)利要求書中限定的本發(fā)明的各種替代設(shè)計和實施例。