逆變器控制裝置、電力變換裝置以及車輛的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實(shí)施方式設(shè)及一種逆變器控制裝置、電力變換裝置W及車輛。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力變換裝置例如對逆變器的多個(gè)開關(guān)進(jìn)行切換，從而將直流電力變換為交流電 力，并向負(fù)載供給交流電力。當(dāng)逆變器的兩個(gè)W上的開關(guān)大致同時(shí)進(jìn)行切換時(shí)，開關(guān)上會(huì)被 瞬間施加較大的電壓（浪涌電壓），有時(shí)開關(guān)會(huì)損壞。為了避免發(fā)生該樣的開關(guān)損壞，提出 了如下的電力變換裝置；例如，采用高耐壓的開關(guān)，或?qū)㈦娙萜髋c開關(guān)并聯(lián)連接從而使浪涌 電壓降低，或降低開關(guān)的開閉速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的實(shí)施方式提供一種W低成本進(jìn)行高可靠性的逆變器控制的逆變器控制 裝置、電力變換裝置W及車輛。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供一種逆變器控制裝置，其特征在于，具備：電 流控制部，根據(jù)從外部提供的指令，計(jì)算并輸出包括第一相W及第二相在內(nèi)的多相的 PWM(Pulse-Wi化hMo化lation;脈沖寬度調(diào)制）調(diào)制率指令，從而使逆變器輸出規(guī)定的電 流；切換正時(shí)計(jì)算部，根據(jù)多相的PWM調(diào)制率指令，計(jì)算各相的開關(guān)開閉的正時(shí)；同時(shí)切換 回避部，對切換所述第一相的開關(guān)的第一切換正時(shí)與切換所述第二相的開關(guān)的第二切換正 時(shí)是否相同進(jìn)行判定，當(dāng)判定為相同時(shí)，W使所述第一相和所述第二相的=角波載波的波 形不相同的方式生成所述第一相和所述第二相的=角波載波；W及開關(guān)開閉正時(shí)生成部， 根據(jù)=角波載波和PWM調(diào)制率指令，計(jì)算開閉各相的所述開關(guān)的正時(shí)。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，能夠提供一種W低成本進(jìn)行高可靠性的逆變器控制的逆 變器控制裝置、電力變換裝置W及車輛。
【附圖說明】
[0006] 圖1是用于對實(shí)施方式的逆變器控制裝置、電力變換裝置W及車輛的示例進(jìn)行說 明的圖。
[0007] 圖2是用于對浪涌電壓的一個(gè)示例進(jìn)行說明的圖。
[000引圖3是表示圖1中示出的逆變器控制裝置、電力變換裝置W及車輛的浪涌電壓重 疊回避部的結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0009] 圖4A是用于說明圖3中示出的浪涌電壓重疊回避部的動(dòng)作例的脈沖波形圖。
[0010] 圖4B是用于說明圖3中示出的浪涌電壓重疊回避部的其他動(dòng)作例的脈沖波形圖。
[0011] 圖5是用于說明圖3中示出的浪涌電壓重疊回避部的動(dòng)作例的脈沖波形圖。
[0012] 圖6是在圖1中示出的逆變器控制裝置、電力變換裝置W及車輛的S相逆變器中 U相和V相開關(guān)的切換正時(shí)一致時(shí)的、各自的口信號(hào)的脈沖波形圖。
[0013] 圖7是用于對實(shí)施方式的逆變器控制裝置、電力變換裝置W及車輛的其他例進(jìn)行 說明的圖。
[0014] 圖8是表示圖7中示出的逆變器控制裝置、電力變換裝置化及車輛的浪涌電壓重 疊回避部的結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0015] 圖9是示出第二實(shí)施方式的逆變器控制裝置、電力變換裝置W及車輛中的開關(guān)開 閉信號(hào)生成電路的結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0016] 圖10是用于說明圖9中示出的浪涌電壓重疊回避部的動(dòng)作例的脈沖波形圖。
[0017] 圖11是示出采用數(shù)學(xué)式15時(shí)相對于PWM調(diào)制率指令的、停止時(shí)間Tstop2與停止 時(shí)間Tstopl的比率的一個(gè)示例的圖。
[0018] 圖12示出了將S相逆變器的U相和W相的S角波載波設(shè)為5000Hz、將V相的S角 波載波設(shè)為4800化時(shí)的=相電流的一個(gè)示例。
[0019] 圖13是示出第=實(shí)施方式的逆變器控制裝置、電力變換裝置W及車輛中的開關(guān) 開閉信號(hào)生成電路的結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0020] 圖14是用于說明圖13中示出的浪涌電壓重疊回避部的動(dòng)作例的脈沖波形圖。
[0021] 圖15是示出第四實(shí)施方式的逆變器控制裝置、電力變換裝置W及車輛中的開關(guān) 開閉信號(hào)生成電路的結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0022] 圖16是示出當(dāng)S角波載波處于上升過程中并且U相電流符號(hào)為正之時(shí)，使S角波 載波周期變化后的S角波載波、n信號(hào)W及U相電流的示例的圖。
[0023] 圖17是用于對第五實(shí)施方式的逆變器控制裝置、電力變換裝置W及車輛的示例 進(jìn)行說明的圖。
[0024] 圖18是表示圖17中示出的逆變器控制裝置、電力變換裝置W及車輛的浪涌電壓 重疊回避部的結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0025] 圖19是用于對第六實(shí)施方式的逆變器控制裝置、電力變換裝置W及車輛的示例 進(jìn)行說明的圖。
[0026] 圖20是表示圖19中示出的逆變器控制裝置、電力變換裝置W及車輛的浪涌電壓 重疊回避部的結(jié)構(gòu)例的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] W下，參照附圖，對實(shí)施方式的逆變器控制裝置、電力變換裝置W及車輛進(jìn)行說 明。
[002引圖1是用于對實(shí)施方式的逆變器控制裝置、電力變換裝置W及車輛的示例進(jìn)行說 明的圖。
[0029] 本實(shí)施方式的車輛具備電力變換裝置、電機(jī)M、車輪WL、W及用于將電機(jī)M的旋轉(zhuǎn) 動(dòng)力傳遞至車輪WL的車軸。電力變換裝置具備逆變器W及逆變器控制裝置。電力變換裝 置具備直流電源BT、逆變器INV、平滑電容器C、直流電壓檢測器40、電流檢測器42、44、電 機(jī)M、電機(jī)磁極位置檢測器50W及逆變器控制裝置CT化。逆變器INV為S相逆變器，其具 備多個(gè)開關(guān)Su、Sx、Sv、Sy、Sw、Sz、W及開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路30。
[0030] 直流電源BT例如是裡離子電池、鑲氨電池等蓄電池。從直流電源BT輸出的直流 電力被供給至逆變器INV，并且，通過逆變器INV將所連接的負(fù)載例如電機(jī)M產(chǎn)生的電能充 入直流電源BT。
[003U 逆變器INV是用于將從直流電源BT供給的直流電力變換為S相交流電力的S相 逆變器。逆變器1^具備多個(gè)開關(guān)511、5義、5乂、57、5巧、52。根據(jù)來自開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路30的口 信號(hào)SW1~SW6,逆變器INV開閉多個(gè)開關(guān)Su、Sx、Sv、Sy、Sw、Sz，從而向電機(jī)M供給S相交 流電流。
[003引 多個(gè)開關(guān)Su、Sx、Sv、Sy、Sw、Sz例如是陽T(場效應(yīng)晶體管；Field-Effect Transistor)或IGBT(絕緣柵雙極晶體管；InsulatedGateBipolarTransistor)等半導(dǎo) 體開關(guān)。U相的開關(guān)Su、Sx、V相的開關(guān)Sv、SyW及W相的開關(guān)Sw、Sz相互并聯(lián)連接。在各 相中，一對開關(guān)串聯(lián)連接，且一對開關(guān)的串聯(lián)連接點(diǎn)連接在電機(jī)M上。例如，在U相中，一對 開關(guān)Su、Sx串聯(lián)連接，且一對開關(guān)Su、Sx的串聯(lián)連接點(diǎn)連接在電機(jī)M上。
[003引電機(jī)M基于從逆變器INV供給的電流而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。電機(jī)M的輸出軸上連接著車 軸，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩通過車軸傳遞至車輪WL。另外，電機(jī)M將通過車軸傳遞的車輪WL的動(dòng)能變 換為電力，并進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)?；陔姍C(jī)M的再生運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電力由逆變器INV變換為直流 電力，并對直流電源BT充電。
[0034] 直流電壓檢測器40用于檢測逆變器INV所連接的直流連接部（直流電流供給線） LINK的電壓，并輸出至逆變器控制裝置CT化。直流連接部LINK用于在直流電源BT與逆變 器INV之間相互供給直流電流。
[003引 電流檢測器42、44用于檢測供給至電機(jī)M的電流，并輸出至控制裝置CT化。電流 檢測器42檢測供給至電機(jī)M的U相電流，電流檢測器44檢測供給至電機(jī)M的V相電流。
[0036] 電機(jī)磁極位置檢測器50例如是旋轉(zhuǎn)變壓器（resolver)，用于檢測電機(jī)M的轉(zhuǎn)子的 角度位置，并輸出至逆變器控制裝置CT化。
[0037] 逆變器控制裝置CT化具備：電流控制部10,包含例如CPU等的處理器，根據(jù)從外 部提供的指令，計(jì)算并輸出各相的PWM調(diào)制指令，從而使所述逆變器輸出規(guī)定的電流；W及 浪涌電壓重疊回避部20。
[003引轉(zhuǎn)矩/電流控制器（電流控制部）10接收由直流電壓檢測器40檢測出的直流電 壓信息、由電流檢測器42檢測出的電流信息、由電機(jī)磁極位置檢測器50檢測出的電機(jī)磁極 位置信息、W及例如來自外部裝置的轉(zhuǎn)矩指令，并輸出立相的PWM調(diào)制率指令，從而使電機(jī) M輸出該轉(zhuǎn)矩。作為一般的方法，使轉(zhuǎn)矩/電流控制器10預(yù)先存儲(chǔ)用于實(shí)現(xiàn)期望的轉(zhuǎn)矩的 電流指令值，并根據(jù)該電流指令值與電流信息的差分，使用PI(比例積分）控制并計(jì)算出= 相電壓指令。轉(zhuǎn)矩/電流控制器10利用計(jì)算出的=相電壓指令與直流電壓值，計(jì)算出=相 的PWM調(diào)制率指令。此處所計(jì)算的PWM調(diào)制率指令為占空比（％ )。
[0039] 在直流電源BT與逆變器INV之間，平滑電容器C與多個(gè)開關(guān)Su、Sx、Sv、Sy、Sw、 SzW及直流電源BT并聯(lián)連接。平滑電容器C抑制由于逆變器INV的運(yùn)轉(zhuǎn)而導(dǎo)致的逆變器 INV所連接的直流連接部LINK的電壓變動(dòng)。
[0040] 圖2是用于對浪涌電壓的一個(gè)示例進(jìn)行說明的圖。
[0041] 例如，當(dāng)開關(guān)Su從導(dǎo)通（on)狀態(tài)變?yōu)殛P(guān)斷（off)時(shí)，流向開關(guān)Su的電流將變化至 0A，并且直流連接部LINK上將被施加關(guān)斷（turn-off)浪涌電壓。另外，當(dāng)開關(guān)Su從關(guān)斷 狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通時(shí)，流向開關(guān)Su的電流將從0A開始增加，并且直流連接部LINK上將被施加 導(dǎo)通（turn-on)浪涌電壓。平滑電容器C通過吸收如上所述那樣在逆變器INV的開關(guān)Su、 Sx、Sv、Sy、Sw、Sz開閉時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓，抑制開關(guān)Su、Sx、Sv、Sy、Sw、Sz由于被施加高電 壓而造成的損壞。
[004引如上所述，如果將平滑電容器C與多個(gè)開關(guān)Su、Sx、Sv、Sy、Sw、Sz并聯(lián)連接，則能 夠抑制施加到直流連接部LINK上的浪涌電壓。但是，當(dāng)多個(gè)開關(guān)同時(shí)動(dòng)作時(shí)，浪涌電壓將 重疊。在該種情況下，通過增大平滑電容器C的電容量、或增加連接的電容器的數(shù)量，能夠 避免開關(guān)Su、Sx、Sv、Sy、Sw、Sz上被施加高電壓，但是，部件的成本和尺寸會(huì)增加，而且電力 變換裝置的結(jié)構(gòu)會(huì)變得復(fù)雜。另外，雖然通過降低多個(gè)開關(guān)Su、Sx、Sv、Sy、Sw、Sz的切換速 度也能夠抑制浪涌電壓，但是會(huì)增加開關(guān)中的損耗。
[0043] 因此，在本實(shí)施方式中，對多個(gè)開關(guān)Su、Sx、Sv、Sy、Sw、Sz切換的正時(shí)進(jìn)行調(diào)整，W 使浪涌電壓不會(huì)重疊。
[0044] 浪涌電壓重疊回避部20根據(jù)從轉(zhuǎn)矩/電流控制器10輸出的PWM調(diào)制率指令，對 開關(guān)開閉正時(shí)進(jìn)行調(diào)整，從而避免U相、V相W及W相的開關(guān)同時(shí)進(jìn)行切換。關(guān)于浪涌電壓 重疊回避部20的動(dòng)作將在后面進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0045] 開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路30接收來自浪涌電壓重疊回避部20的開關(guān)開閉正時(shí)，并向逆變器 INV輸出口信號(hào)，從而使逆變器INV的開關(guān)在該正時(shí)開閉。當(dāng)在逆變器INV的各相中串聯(lián)連 接著兩個(gè)開關(guān)時(shí)，開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路30會(huì)輸出各相的兩個(gè)口信號(hào)。此外，對各相生成兩個(gè)口信 號(hào)時(shí)，可W將開關(guān)開閉正時(shí)生成部輸出的開關(guān)開閉正時(shí)用于其中一個(gè)開關(guān)的口信號(hào)，并將 該口信號(hào)反轉(zhuǎn)后的信號(hào)作為另一個(gè)開關(guān)的開閉信號(hào)使用。將在下文中對開關(guān)開閉正時(shí)生成 部進(jìn)行說明。另外，為了防止兩個(gè)開關(guān)的開放短路，優(yōu)選為設(shè)置使兩個(gè)開關(guān)均關(guān)斷的死區(qū)時(shí) 間（dea化ime)期間。另外，為了降低各個(gè)開關(guān)的切換損耗，可W將兩個(gè)開關(guān)中的某一個(gè)開 關(guān)維持在導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)。
[0046] 圖3是表示圖1中示出的逆變器控制裝置、電力變換裝置W及車輛的浪涌電壓重 疊回避部的結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0047] 圖4A化及圖5是用于說明圖3中示出的浪涌電壓重疊回避部的動(dòng)作例的脈沖波 形圖。
[0048] 浪涌電壓重疊回避部20具備各相的開關(guān)開閉信號(hào)生成電路22U、22V、22W。此外