本發(fā)明涉及對(duì)存儲(chǔ)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(chǔ)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(shí)，可希望對(duì)存儲(chǔ)在包括大容量電容器的高壓總線上的電能放電。

技術(shù)實(shí)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(kāi)關(guān)，且放電開(kāi)關(guān)包括柵極。雙穩(wěn)態(tài)開(kāi)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(kāi)關(guān)的柵極的輸出線。觸發(fā)裝置與雙穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)的控制柵極通信。雙穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)的輸入線電連接至高壓總線，且放電開(kāi)關(guān)響應(yīng)于從觸發(fā)裝置傳送至雙穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)的控制柵極的啟動(dòng)信號(hào)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(guò)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(shí)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(shí)施例將容易地顯而易見(jiàn)。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在將通過(guò)實(shí)例方式參考附圖描述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，其中圖示意地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的包括高壓總線和無(wú)源放電電路的功率逆變器模塊的實(shí)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(shí)施方式

現(xiàn)在為了說(shuō)明非限制性實(shí)施例參考附圖，圖示意地說(shuō)明包括用于對(duì)高壓總線14兩端的電功率放電的無(wú)源放電電路60的功率逆變器模塊20的一個(gè)實(shí)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(shí)施例的元件，該電機(jī)通過(guò)功率逆變器模塊20采用來(lái)自于高壓dc電源12的電功率而操作地控制。在一個(gè)非限制性實(shí)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(gè)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(kāi)關(guān)36的感應(yīng)控制式常斷開(kāi)開(kāi)關(guān)裝置。當(dāng)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)36處于鍵關(guān)斷狀態(tài)中時(shí)，第一接觸器44和第二接觸器46斷開(kāi)，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(kāi)關(guān)36處于鍵接通狀態(tài)中時(shí)，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(gè)開(kāi)關(guān)對(duì)。開(kāi)關(guān)對(duì)的每個(gè)開(kāi)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(gè)合適的高壓開(kāi)關(guān)(例如，場(chǎng)效應(yīng)晶體管(fet)或碳化硅(sic)fet)。每個(gè)開(kāi)關(guān)對(duì)對(duì)應(yīng)于電機(jī)10的一個(gè)相。功率逆變器模塊20的其它元件優(yōu)選地包括多個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)電路和控制器，其中柵極驅(qū)動(dòng)電路響應(yīng)于源自于控制器的控制信號(hào)(例如，脈寬調(diào)制控制信號(hào))而控制開(kāi)關(guān)的啟動(dòng)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(shí)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(hào)線35的變壓器或另一個(gè)電感裝置，該信號(hào)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(kāi)關(guān)36變?yōu)殒I關(guān)斷狀態(tài))斷開(kāi)時(shí)，信號(hào)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(hào)42。啟動(dòng)信號(hào)可以是短程感應(yīng)式引發(fā)的脈沖信號(hào)，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(hào)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(hào)線37的變壓器或其它電感裝置，該信號(hào)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(kāi)關(guān)36變?yōu)殒I關(guān)斷狀態(tài))斷開(kāi)時(shí)，信號(hào)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(hào)47。第二觸發(fā)信號(hào)47傳送至復(fù)合觸發(fā)門50。

無(wú)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(wú)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(kāi)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(wú)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(kāi)關(guān)26電連接在第一節(jié)點(diǎn)63與放電開(kāi)關(guān)25的柵極28之間。雙穩(wěn)態(tài)開(kāi)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(hào)。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(hào)時(shí)，這些層用作傳導(dǎo)電流的雙穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)。雙穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)26一旦被電流觸發(fā)信號(hào)啟動(dòng)便立即傳導(dǎo)電流，前提是雙穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)26的兩端的電壓不反相。當(dāng)啟動(dòng)雙穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)26時(shí)，第一節(jié)點(diǎn)63處的電壓電平足以啟動(dòng)?xùn)艠O28以接通或閉合放電開(kāi)關(guān)25可以采用其它合適的雙穩(wěn)態(tài)開(kāi)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(kāi)關(guān)25的柵極28之間。點(diǎn)火開(kāi)關(guān)36還設(shè)置在放電開(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)25在此實(shí)施例中可以是mosfet裝置、jfet裝置，或另一種合適的開(kāi)關(guān)裝置。放電開(kāi)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(kāi)關(guān)26的柵極27的離散輸出信號(hào)。復(fù)合觸發(fā)門50可以呈配置有多個(gè)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(kāi)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(gè)合適的邏輯裝置。輸入線優(yōu)選地包括第一觸發(fā)信號(hào)42、第二觸發(fā)信號(hào)47和與輸入線53、54和55相關(guān)聯(lián)的多個(gè)輸入信號(hào)(包括第二、第三、第四和第五啟動(dòng)信號(hào))。第二、第三和第四啟動(dòng)信號(hào)可以源自于車輛控制器、服務(wù)控制器、加速度計(jì)、安全氣囊傳感器或另一合適來(lái)源。

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

當(dāng)具有低值的離散輸出信號(hào)從復(fù)合觸發(fā)門50傳送至雙穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)26的柵極27時(shí)，因?yàn)殡p穩(wěn)態(tài)開(kāi)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(dòng)作。

當(dāng)具有高值的離散輸出信號(hào)從復(fù)合觸發(fā)門50傳送至雙穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)26的柵極27時(shí)，觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)26，且電壓信號(hào)通過(guò)雙穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)26從第一節(jié)點(diǎn)63傳送以啟動(dòng)放電開(kāi)關(guān)25的控制柵極28，其用于接通或閉合放電開(kāi)關(guān)25。因而，當(dāng)點(diǎn)火開(kāi)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(dòng)信號(hào)全部為低時(shí)，放電開(kāi)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(kāi)狀態(tài)。當(dāng)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)處于鍵關(guān)斷狀態(tài)中時(shí)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(dòng)信號(hào)中的任一個(gè)轉(zhuǎn)變?yōu)楦郀顟B(tài)時(shí)，放電開(kāi)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(guò)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(shì)的大小以及優(yōu)選或理想的放電時(shí)間來(lái)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(wú)源系統(tǒng)中采用的裝置的電阻。驅(qū)動(dòng)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(shì)的大小、優(yōu)選或理想的放電時(shí)間以及大容量電容器22的電容來(lái)確定。放電開(kāi)關(guān)25的設(shè)計(jì)參數(shù)可以基于高壓總線14兩端的電勢(shì)的大小、電流、優(yōu)選放電時(shí)間以及低阻抗放電電阻器24的電阻來(lái)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(guò)并且圍繞雙穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)26的電流對(duì)第三電容器66充電。已充電的第三電容器66將啟動(dòng)通過(guò)無(wú)源元件的放電路徑。在車輛關(guān)閉期間、安全氣囊展開(kāi)或12v電源的損耗期間，存儲(chǔ)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(kāi)關(guān)26以得到允許對(duì)大容量電容器中的hv能量存儲(chǔ)快速放電的無(wú)縫、自動(dòng)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(kāi)關(guān)對(duì)的下部開(kāi)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(duì)其它功能性提供電路利用的最大靈活性。各種實(shí)施例允許經(jīng)由其它新型信號(hào)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(dòng)斷接電路。

此允許快速、無(wú)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(wú)源。雙穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)26僅在需要且關(guān)閉電壓自然而然地接近零時(shí)允許對(duì)第三電容器66充電以驅(qū)動(dòng)放電開(kāi)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(duì)柵極電容放電并且關(guān)斷放電開(kāi)關(guān)25。

本文所述的概念包括無(wú)源放電電路60，其幾乎不消耗或不消耗電能，同時(shí)允許高壓總線14中的電勢(shì)在某些條件下快速、自動(dòng)放電?？焖俜烹姷臅r(shí)段在某些實(shí)施例中可以小于五秒鐘。相反地，無(wú)源放電電路60是利用不需要外部電源來(lái)操作的自然換向雙穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作。在接觸器44、46焊接在一起的情形中，無(wú)源放電電路60可以防止高壓dc電源12過(guò)度放電。無(wú)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(kāi)的事件中提供保護(hù)。無(wú)源放電電路60可以防止高壓dc電源12無(wú)意中放電，否則可能在系統(tǒng)掉電或經(jīng)歷點(diǎn)火開(kāi)關(guān)36處于鍵接通狀態(tài)時(shí)出現(xiàn)的高g力事件時(shí)會(huì)引起無(wú)意中放電。

術(shù)語(yǔ)控制器、控制模塊、模塊、控制、控制單元、處理器和類似術(shù)語(yǔ)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(chǔ)器和存儲(chǔ)裝置(只讀、可編程只讀、隨機(jī)訪問(wèn)、硬盤等)的形式的相關(guān)非暫時(shí)性存儲(chǔ)器部件的任何一個(gè)或各種組合。非暫時(shí)性存儲(chǔ)器部件能夠存儲(chǔ)呈一個(gè)或多個(gè)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(hào)調(diào)節(jié)和緩沖電路，以及可由提供所描述功能性的一個(gè)或多個(gè)處理器訪問(wèn)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(cè)來(lái)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(cè)。軟件、固件、程序、指令、控制例程、代碼、算法和類似術(shù)語(yǔ)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(gè)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(cè)來(lái)自感測(cè)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(dòng)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?？刂破髦g的通信和控制器、致動(dòng)器和/或傳感器之間的通信可以使用直接有線點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路、聯(lián)網(wǎng)通信總線鏈路、無(wú)線鏈路或任何另一種合適的通信鏈路而實(shí)現(xiàn)。通信包括以任何合適形式交換數(shù)據(jù)信號(hào)，包括(例如)經(jīng)由導(dǎo)電介質(zhì)交換電信號(hào)、經(jīng)由空氣交換電磁信號(hào)、經(jīng)由光學(xué)波導(dǎo)交換光學(xué)信號(hào)等。數(shù)據(jù)信號(hào)可以包括表示來(lái)自傳感器的輸入的模擬、離散或數(shù)字化模擬信號(hào)、表示致動(dòng)器命令的信號(hào)和控制器之間的通信信號(hào)。術(shù)語(yǔ)'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(guò)程的物理存在的相關(guān)刻度。另外，應(yīng)注意，術(shù)語(yǔ)“信號(hào)”意指?jìng)鬟_(dá)信息的可檢測(cè)物理量，并且可以是能夠行進(jìn)通過(guò)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(dòng)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(shí)行本教導(dǎo)的某些最佳模式和其它實(shí)施例，但是存在用于實(shí)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(jì)和實(shí)施例。