模塊化的高頻逆變器及其運(yùn)行方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種模塊化的高頻逆變器。本發(fā)明還涉及一種用于運(yùn)行該高頻逆變器的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前所述的類(lèi)型的逆變器電路在Lukas Lambertz et al的“用于機(jī)動(dòng)車(chē)驅(qū)動(dòng)裝置的模塊化高頻逆變器”，EMA 2010，08.-09.2010年九月的阿薩芬堡的公開(kāi)文獻(xiàn)中公開(kāi)，該高頻逆變器用于對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)驅(qū)動(dòng)裝置中的電驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)繞組進(jìn)行電能供給。
[0003]已知的模塊化高頻逆變器(縮寫(xiě)為MHF逆變器)設(shè)置用于將來(lái)自機(jī)動(dòng)車(chē)的牽引電池的直流電壓轉(zhuǎn)換成多個(gè)交流電壓。各個(gè)交流電壓在此通過(guò)多個(gè)子模塊產(chǎn)生，這些子模塊并聯(lián)地連接在牽引電池的供電電路中。每個(gè)子模塊在此在輸入側(cè)通過(guò)單相的半橋與供電電路連接。為了產(chǎn)生交流電壓，每個(gè)子模塊在輸出側(cè)具有單相的全橋(H橋)，其通過(guò)負(fù)載電路與機(jī)動(dòng)車(chē)驅(qū)動(dòng)電極的相繞組連接。在子模塊的內(nèi)部，輸入側(cè)的半橋和全橋與中間電路電容一同并聯(lián)連接成(直流電壓)中間電路。
[0004]在MHF逆變器的正常運(yùn)行(驅(qū)動(dòng)模式)中，其中通過(guò)逆變器的子模塊將來(lái)自供電電路的電功率傳輸?shù)较鄳?yīng)的負(fù)載電路中，子模塊的輸入半橋與布置在供電電路中的電容共同作用作為高壓設(shè)定調(diào)制器運(yùn)行。
[0005]為此，子模塊通常以常規(guī)交替的方式連接到供電電路上。輸入側(cè)的半橋?yàn)榇四康耐ǔＲ灾芷谛缘妮d體信號(hào)來(lái)控制，這些載體信號(hào)以相同的相位角錯(cuò)置。通過(guò)這種控制，相應(yīng)地連接的子模塊的中間電路電壓以斷開(kāi)脈沖的時(shí)長(zhǎng)接入到供電電路中。
[0006]對(duì)于驅(qū)動(dòng)模式附加的是，子模塊的輸入側(cè)半橋以回饋模式運(yùn)行，在該模式中，來(lái)自負(fù)載電路的電功率通過(guò)相應(yīng)所屬的子模塊回饋到供電電路中。子模塊的輸入側(cè)半橋?yàn)榇俗鳛榻祲涸O(shè)定調(diào)制器來(lái)運(yùn)行。
[0007]子模塊的中間電路電壓對(duì)于每個(gè)子模塊來(lái)說(shuō)都獨(dú)立地通過(guò)改變相應(yīng)的接通脈沖的時(shí)長(zhǎng)來(lái)調(diào)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于改進(jìn)MHF逆變器及其運(yùn)行方法。
[0009]在方法方面，該目的根據(jù)本發(fā)明通過(guò)權(quán)利要求1的特征實(shí)現(xiàn)。在MHF逆變器方面，該目的根據(jù)本發(fā)明通過(guò)權(quán)利要求9的特征實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的優(yōu)選的和部分有創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)方案和改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求和接下來(lái)的描述中展現(xiàn)。
[0010]本發(fā)明由MHF逆變器出發(fā)，其包括多個(gè)子模塊。這些子模塊在此符合規(guī)定地在輸入側(cè)并聯(lián)地通過(guò)電容器連接到由直流電壓源通電的供電電路中。每個(gè)子模塊在輸入側(cè)具有半橋(接下來(lái)稱(chēng)為輸入橋)，利用該半橋?qū)⒆幽K連接到供電電路中。每個(gè)子模塊在輸入側(cè)具有至少單相的全橋(接下來(lái)稱(chēng)為輸出橋)，子模塊利用該輸出橋通過(guò)負(fù)載電路與待控制的負(fù)載連接。每個(gè)子模塊還具有(直流電壓)中間電路，在該中間電路中，輸入橋和輸出橋并聯(lián)連接。在中間電路中，為此-構(gòu)成輸入橋和輸出橋的并聯(lián)電路-連接有中間電路電容。
[0011]MHF逆變器尤其設(shè)置為在電動(dòng)車(chē)輛的機(jī)動(dòng)車(chē)驅(qū)動(dòng)裝置中使用。在該應(yīng)用情況中，機(jī)動(dòng)車(chē)的牽引電池(高壓電池)設(shè)置作為供電電路的直流電源。連接在子模塊的輸出側(cè)的負(fù)載在此尤其是電動(dòng)機(jī)或者該電動(dòng)機(jī)的相繞組。優(yōu)選的是，電動(dòng)機(jī)的每個(gè)相繞組在此都對(duì)應(yīng)于一個(gè)自身的子模塊。對(duì)此可替換的是，然而在本發(fā)明的范疇中，多相電動(dòng)機(jī)的多個(gè)相繞組可以連接到一個(gè)共同的子模塊上。輸出橋在該種情況中通過(guò)相應(yīng)的多相全橋形成。在本發(fā)明的特殊的應(yīng)用情況中，多個(gè)電動(dòng)機(jī)-其例如用于分別選擇性地驅(qū)動(dòng)機(jī)動(dòng)車(chē)的不同車(chē)輪-彼此并行地通過(guò)MHF逆變器的不同的子模塊控制。每個(gè)子模塊的中間電路電容尤其相應(yīng)地通過(guò)一個(gè)或者多個(gè)電容器形成。
[0012]根據(jù)該方法，子模塊的中間電路電容交替地通過(guò)相應(yīng)地對(duì)應(yīng)的輸入橋連接到供電電路中。子模塊的中間電路電容在供電電路中的連接在接下來(lái)縮寫(xiě)為相應(yīng)的子模塊在供電電路上的“連接”。其中間電路電容連接到供電電路中的一個(gè)或每個(gè)子模塊接下來(lái)被描述為“連接上的子模塊”。通常，在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)都一直在供電電路上同時(shí)連接有多個(gè)子模塊。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在測(cè)定通過(guò)每個(gè)子模塊的相應(yīng)的中間電路電容現(xiàn)將的中間電路電壓。一個(gè)或者每個(gè)待連接的子模塊在此根據(jù)本發(fā)明根據(jù)所屬的中間電路電壓與預(yù)設(shè)的電壓額定值之間的電壓偏差選擇。尤其是在方法的優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，至少具有最大的電壓偏差的那個(gè)子模塊(尤其是具有較大的正電壓偏差)或者至少具有最小的電壓偏差的那個(gè)子模塊(尤其是具有較大的負(fù)電壓偏差)被一直連接到供電電路上。當(dāng)測(cè)定的中間電路電壓超過(guò)電壓額定值時(shí)，該電壓偏差在此被評(píng)估為正。當(dāng)測(cè)定的中間電路電壓低于電壓額定值時(shí)，該電壓偏差在此被評(píng)估為負(fù)。
[0014]通過(guò)根據(jù)相應(yīng)的中間電路電壓的電壓偏差來(lái)選擇待連接的子模塊，能夠以特別簡(jiǎn)單、但是有效的方式實(shí)現(xiàn)在供電電路中的功率流的均勻性。為此，輸入橋的開(kāi)關(guān)過(guò)程數(shù)量能夠被降低。逆變器組件，尤其是輸入橋的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的負(fù)載也因此能被降低。
[0015]本發(fā)明在此尤其能夠?yàn)槊總€(gè)子模塊獨(dú)立地提供電壓額定值。因此，子模塊能夠在本發(fā)明的范疇中選擇性地調(diào)節(jié)至相同的或者不同的中間電路電壓。尤其對(duì)于后一種情況來(lái)說(shuō)，根據(jù)該方法，有利地通過(guò)將相應(yīng)地測(cè)定的中間電路電壓與所屬的電壓額定值進(jìn)行比較來(lái)精確地為每個(gè)子模塊計(jì)算出電壓偏差。然而一旦為所有的子模塊統(tǒng)一地(并且因此相同地)提供電壓額定值，那么就不精確地計(jì)算電壓偏差。在該種情況中更多地是將中間電壓額定值彼此直接地進(jìn)行比較，因?yàn)樵谙嗤碾妷侯~定值時(shí)的電壓偏差的區(qū)別在識(shí)別方面直接表述為測(cè)定的中間電路電壓的區(qū)別。
[0016]在改進(jìn)的方法變體方案中，對(duì)于中間電路電壓來(lái)說(shuō)附加的是，確定供電電路中流動(dòng)的電流的電流方向并且在選擇待連接的子模塊時(shí)加以考慮。在此，當(dāng)電流方向?yàn)檎龝r(shí)，至少具有最小(尤其是較大的負(fù)值)的電壓偏差的那個(gè)子模塊被一直連接到供電電路上。相反，在負(fù)的電流方向時(shí)，至少具有最大(尤其是較大的正值)的電壓偏差的那個(gè)子模塊被一直連接到供電電路上。
[0017]在此，具有“正的電流方向”的電流根據(jù)技術(shù)性的電流方向定義被評(píng)估為從直流電壓源的正極向負(fù)極指向的電流。相反，從直流電壓源的負(fù)極向正極指向的電流被評(píng)估為“負(fù)”。
[0018]因此，在之前描述的方法變體方案中，中間電路電壓的匹配取決于電流方向地不僅通過(guò)對(duì)部分放電的中間電路電容的主動(dòng)充電執(zhí)行而且也通過(guò)對(duì)過(guò)度充電的中間電路電容的主動(dòng)放電來(lái)執(zhí)行，并且由此是特別有效的。
[0019]在該方法的有利的設(shè)計(jì)方案中，被連接上的子模塊的輸入橋通過(guò)輸入控制信號(hào)時(shí)鐘地控制。輸入控制信號(hào)以有利的方式通過(guò)脈沖信號(hào)形成，該脈沖信號(hào)在預(yù)設(shè)的時(shí)鐘時(shí)長(zhǎng)的每個(gè)時(shí)鐘周期中都相應(yīng)地具有一個(gè)脈沖和具有可調(diào)節(jié)的控制度的脈沖停頓(也稱(chēng)為脈沖-停頓比例或者占空比)。
[0020]控制度的變體方案在此根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)不僅僅對(duì)各個(gè)中間電路電壓，而且不取決于該電壓也對(duì)通過(guò)供電電路流動(dòng)的電流(供電電流)根據(jù)需求地進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)于電壓調(diào)節(jié)來(lái)說(shuō)，優(yōu)選的是測(cè)定總和電壓，其通過(guò)所有子模塊的測(cè)定的中間電路電壓之和來(lái)給出。由該總和電壓與電壓額定值之和的偏差在此推導(dǎo)出用于供電電流的電流額定值。該電壓額定值由作為用于連接在后面的電流調(diào)節(jié)裝置的輸入?yún)?shù)使用。在該電流調(diào)節(jié)壯漢子中，供電電流通過(guò)接通和斷開(kāi)子模塊，并進(jìn)而通過(guò)改變通過(guò)在供電電流電路中的子模塊在總體上下架的電壓(有效電壓)來(lái)調(diào)節(jié)。
[0021]在簡(jiǎn)單的可實(shí)現(xiàn)的方法變體方案中，對(duì)于輸入控制信號(hào)的每個(gè)時(shí)鐘周期來(lái)說(shuō)，一個(gè)或每個(gè)待連接的子模塊根據(jù)電壓偏差被再次選擇。也就是尤其對(duì)于每個(gè)時(shí)鐘周期再次-根據(jù)本方法的之前描述的設(shè)計(jì)方案-至少測(cè)定具有最大的(尤其是具有較大的正值)或者具有最小的(尤其是具有較大的負(fù)值)電壓偏差的那個(gè)子模塊被連接到供電電路上。
[0022]在一個(gè)替代的方法變體方案中，在待連接的子模塊之間的轉(zhuǎn)換根據(jù)當(dāng)前引入的有效電壓來(lái)執(zhí)行，也就是說(shuō)，取決于這樣的電壓，該電壓在筒體上通過(guò)并聯(lián)連接的子模塊的輸入電路下降。當(dāng)該該有效電壓-僅僅為連接上的子模塊提供不為零的值-與預(yù)設(shè)的額定值偏差超過(guò)一個(gè)預(yù)設(shè)的切換值時(shí)，子模塊在此才被接通或者斷開(kāi)。該切換值在此在方法的有利的設(shè)計(jì)方案中可變地選擇，從而使其對(duì)應(yīng)于被確定為接通或者斷開(kāi)的子模塊)的中間電路電壓的一半(一半的值)。額定值優(yōu)選地與當(dāng)前描述的電流調(diào)節(jié)給出的調(diào)節(jié)參數(shù)導(dǎo)出。
[0023]在本發(fā)明的有利的設(shè)計(jì)方案中，根據(jù)MHF逆變器自動(dòng)地根據(jù)本發(fā)明的方法。該逆變器在此包括控制裝飾，該控制裝置在開(kāi)關(guān)技術(shù)上和/或編程技術(shù)上用于執(zhí)行本方法，尤其以之前描述的設(shè)計(jì)方案變體之一來(lái)執(zhí)行。在此，控制裝置尤其包括微控制器，在該微控制器中實(shí)施在逆變器運(yùn)行中自動(dòng)地執(zhí)行該方法的控制程序(固件)?？商鎿Q地或者附加的是，控制裝置包括至少一個(gè)不可編程的硬件電路(例如ASIC)，在該電路中利用電路技術(shù)裝置來(lái)執(zhí)行該方法或者該方法的一部分。
[0024]控制裝置在本發(fā)明的范疇中可以通過(guò)唯一的、對(duì)所有的逆變器模塊共同進(jìn)行控制的(中央)控制單元形成，例如也就是通過(guò)唯一的微控制器形成?？蛇x或者可替換的是，但是控制裝置為此在本發(fā)明的范疇中也可以完全或者部分地非中央地結(jié)構(gòu)化，其中為每個(gè)逆變器模塊對(duì)應(yīng)(至少)一個(gè)自身的控制單元。
【附圖說(shuō)明】
[0025]接下來(lái)根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明。圖中示出:
[0026]圖1以示意性的簡(jiǎn)化電路圖示出了具有三個(gè)并聯(lián)連接的子模塊的MHF逆變器，