電功率轉換系統的放電控制設備的製作方法

2023-11-09 19:55:37

專利名稱：電功率轉換系統的放電控制設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及能夠將電源的電功率轉換成預定電功率的電功率轉換系統的放電控制設備，並且所述放電控制設備將充在所述電功率轉換系統的電容器中的電壓放電至不超過規定電壓的期望電壓。
背景技術：
電功率轉換系統已使用在機動車輛、房屋、エ廠等中。這樣的電功率轉換系統將電源的電功率轉換成預定電功率，例如，將直流電功率轉換成交流電功率。這種類型的電功率轉換系統包括電功率轉換電路、電容器以及電氣開關裝置。電功率轉換電路具有串聯單元，串聯單元包括串聯連接的處於高電位的開關元件和處於低電位的開關元件。電功率轉換電路將直流電源的電功率轉換成預定電功率，例如，將直流功率轉換成交流功率。電容器安置在電功率轉換電路與直流(DC)電源之間。電氣開關裝置斷開和閉合在電功率轉換電路、電容器以及直流電源之間的電氣連接。當電氣開關裝置斷開時，電功率轉換系統的放電控制設備控制處於高電位的開關元件以及處於低電位的開關元件以將充在電容器中的電壓放電至不超過預定電壓的電壓。例如，因為連接到作為車輛主引擎的電動發電機的逆變器(作為電功率轉換電路)等接收非常高的電壓，所以逆變器等被安置在車上高電壓系統中。這樣的車上高電壓系統與車上低電壓系統電絕緣。所述車上低電壓系統總體上包括車上控制設備等。用於向逆變器中的每個開關元件的驅動電路供給電功率的電源包括絕緣型轉換器。絕緣型轉換器的輸入端子電連接到安置在所述車上低電壓系統中的電池。此外，這樣的電容器通常連接到逆變器的輸入端子以平滑在逆變器的一對輸入端子之間的電壓。當逆變器停止時需要將電容器放電。例如，如下面的專利文獻1所公開的，已提出了一種用於通過同時導通處於高電位的開關元件和處於低電位的開關元件而造成電容器的兩個電極之間的短路從而對充在電容器內的電功率進行放電的技木。所述電容器連接到逆變器的一對輸入端子。現有技術文獻專利文獻1 日本公開特許公報No. JP 2009-232620

發明內容
本發明要解決的問題然而，當機動車輛與障礙物碰撞吋，機動車輛進入異常狀況。當碰撞引起低電壓系統和高電壓系統之間斷開時，沒有電功率供給到驅動電路，存在放電控制設備不執行上述放電控制的可能性。本發明意在解決上述問題。本發明的目的是提供一種用於電功率轉換系統的、即使在安裝了電功率轉換系統的設備(例如，機動車輛)出現異常或故障的情況下也能夠正確及高效地執行將電容器的電功率放電的放電控制的放電控制設備。電功率轉換系統具有電壓轉換電路和電容器。電壓轉換電路具有串聯單元，在串聯單元中，在高電位的開關元件與在低電位的開關元件串聯連接。電壓轉換電路將直流電源的電功率轉換成預定電功率， 例如將直流功率轉換成交流功率。電容器安置在電壓轉換電路的輸入端子與直流電源之間。用於解決上述問題的裝置下文中，將給出本發明的解決上述問題的裝置、操作方式和效果的描述。在權利要求1中描述的本發明提供了ー種應用於電功率轉換系統的放電控制設備。電功率轉換系統包括電功率轉換電路、電容器以及電氣開關裝置。電功率轉換電路配備有串聯單元。串聯單元包括串聯連接的在高電壓側的開關元件和在低電壓側的開關元件。 電功率轉換電路將直流電源的直流功率轉換成預定電功率。電容器安置在電功率轉換電路的輸入端子與直流電源之間，電氣開關裝置斷開及閉合在電功率轉換電路、電容器和直流電源之間的電氣連接。放電控制設備包括放電控制裝置、第一電源以及第ニ電源。放電控制裝置通過在電氣開關裝置關斷時操作在高電壓側的開關元件和在低電壓側的開關元件將電容器的充電電壓調節至不超過預定電壓的電壓。第一電源通過降低電容器的電壓來產生要提供給用於控制由放電控制裝置所控制的在高電壓側的開關元件和在低電壓側的開關元件中的一個開關元件的驅動電路的供電電壓。第二電源接收第一電源的電功率並產生要提供給用於控制由放電控制裝置所控制的在高電壓側的開關元件和在低電壓側的開關元件中的另ー個開關元件的驅動電路的供電電壓。因為電容器的電功率被供給到由放電控制裝置所控制的高電壓側的開關元件的驅動電路和低電壓側的開關元件的驅動電路，所以當然可以在即使安裝了所述電功率轉換系統的構件發生異常狀況的情況下向驅動電路供給電功率。另外，因為第二電源接收第一電源的電功率並產生供電電壓，所以可以降低第二電源所需要的耐受功能。在權利要求2中描述的放電控制設備具有第二電源包括絕緣型轉換器的特徵。由於高電壓側的開關元件的驅動電路和低電壓側的開關元件的驅動電路之間的電位差，所以需要在第一電源的電功率被供給到第二電源時在具有大的電位差的區域中傳輸電功率。從此觀點看，因為放電控制設備使用絕緣轉換器，所以可以在高電壓側的開關元件的驅動電路與低電壓側的開關元件的驅動電路電絕緣的情況下傳輸電功率。這提供了不使用任何能夠耐高壓的元件來形成第二電源的效果。在權利要求3中描述的用於電功率轉換系統的放電控制設備具有如下特徵。在權利要求2所描述的結構中，電功率轉換系統是與車上低電壓系統絕緣的車上高電壓系統。 用於控制在高電壓側的開關元件的驅動電路和用於控制在低電壓側的開關元件的驅動電路被布置成在電路基底上彼此相鄰。形成絕緣型轉換器的變壓器被布置在用於控制在高電壓側的開關元件的驅動電路與用於控制在低電壓側的開關元件的驅動電路之間。在權利要求4中描述的用於電功率轉換系統的放電控制設備具有如下特徵。在權利要求1至3中任一項描述的結構中，第一電源包括線性調節器並產生要供給到用於控制在低電壓側的開關元件的驅動電路的電壓。在權利要求5中描述的用於電功率轉換系統的放電控制設備具有如下特徵。在權利要求4描述的結構中，線性調節器被布置在電容器與電功率轉換電路之間並包括串聯連接的多個開關元件。
放電控制設備的上述結構使得可以降低形成線性調節器的開關元件中的每個開關元件的輸入端子與輸出端子之間的連接節點所要求的耐壓。在權利要求6中描述的用於電功率轉換系統的放電控制設備具有如下特徵。在權利要求5描述的結構中，電功率轉換電路是與旋轉電機相連的直流到交流轉換電路。在直流到交流轉換電路與直流電源之間安置有升壓轉換器。電容器連接到升壓轉換器的輸出端子。通常，電容器的電壓容易増加並且形成第一電源的開關元件的耐壓也容易増加。 本發明在權利要求5中描述的結構可以解決上述缺點。在權利要求7中描述的用於電功率轉換系統的放電控制設備具有如下特徵。在權利要求1至6中任一項描述的結構中，電功率轉換電路是與旋轉電機相連的直流到交流轉換電路。在權利要求8中描述的用於電功率轉換系統的放電控制設備具有如下特徵。在權利要求1至7中任一項描述的結構中，放電控制裝置導通在高電壓側的開關元件和在低電壓側的開關元件以造成電容器的兩個電極的短路，並執行將充在電容器中的電壓降低至不超過預定電壓的電壓的放電控制。在權利要求7描述的用於電功率轉換系統的放電控制設備具有如下特徵。在權利要求1至8中任一項描述的結構中，放電控制設備還具有檢測安裝了電功率轉換系統的構件中是否發生緊急事件的檢測裝置。放電控制裝置在檢測裝置指示在構件中發生緊急事件時導通在高電壓側的開關元件和在低電壓側的開關元件，以造成在電容器的兩個電極之間的短路，並且執行將充在電容器中的電壓降低到不超過預定電壓的電壓的放電控制。


圖1是示出了根據本發明的第一實施例的包括電功率轉換電路(逆變器)和放電控制設備的電功率轉換系統的系統配置的視圖；圖2是示出了在配備有根據第一實施例的放電控制設備的電功率轉換系統中的驅動電路的配置的視圖；圖3 (A)至圖3 (F)是示出在緊急事件期間根據第一實施例的放電控制設備所執行的放電控制的時序圖；圖4是示出在配備有根據第一實施例的放電控制設備的電功率轉換系統中形成電功率轉換電路的開關元件的施加的柵極電壓與電流之間的關係的視圖；圖5是示出其上布置有串聯調節器和變壓器的電路基底的布局的視圖，並且所述調節器和所述變壓器形成配備有根據第一實施例的放電控制設備的電功率轉換系統；圖6是示出配備有根據本發明的第二實施例的放電控制設備和電功率轉換電路 (逆變器)的電功率轉換系統的系統配置的視圖；以及圖7是示出特別地作為根據本發明的第一實施例和第二實施例的電功率轉換系統的改型的、形成放電控制設備的串聯調節器的電功率源的布置的視圖。
具體實施例方式(第一實施例)
將參照附圖給出包括根據本發明的第一實施例的放電控制設備的電功率轉換系統的描述。在第一實施例中，電功率轉換系統應用於混合機動車輛。圖1是示出根據本發明的第一實施例的電功率轉換系統的系統配置的視圖。電動發電機10用作車輛主引擎。電動發電機10機械地連接到機動車輛的驅動輪。電動發電機 10通過逆變器IV和並聯單元連接到高電壓電池12。並聯單元包括繼電器SMR2、電阻14和繼電器SMR1。高電壓電池12供給不小於例如幾百伏的高電壓。在逆變器IVl的逆變器IV 側的輸入端子並聯連接到電容器16。逆變器IV包括彼此並聯連接的三個連接単元。每個連接単元包括在高電壓側的功率開關元件Swp和在低電壓側的功率開關元件Swn。在三個連接単元中，每個連接単元中的在高電壓側的功率開關元件Swp與在低電壓側的功率開關元件Swn之間的連接節點連接至電動發電機10的相應相位端子。續流ニ極管FDp的陽極和陰極分別連接在高電壓側的功率開關元件Swp的輸入端子和輸出端子之間(在集電極和發射極之間)。續流ニ極管FDn的陽極和陰極分別連接在低電壓側的功率開關元件Swn的輸入端子和輸出端子之間(在集電極和發射極之間)。每個功率開關元件Swp和Swn包括絕緣柵雙極性電晶體(IGBT)。每個功率開關元件Swp和 Swn配備有感測端子M，通過該感測端子M輸出小電流。通過感測端子M提供的小電流的值表示與流動在功率開關元件Swp和Swn的輸入端子和輸出端子之間的電流的相關關係。通過感測端子M輸出的小電流流過分流電阻19。對應於分流電阻19的壓降的電壓被提供給驅動単元DU。該驅動単元DU驅動功率開關元件Sw#(# = p或η)。在附圖中省略了用於V相和W相的驅動單元DU。驅動單元DU基於分流電阻19的壓降當流動在功率開關元件Sw#的輸入端子與輸出端子之間的電流不小於預定閾值電流Ith時強制命令相應的功率開關元件Sw#關斷。另ー方面，電氣控制設備30接收由低壓電池20供給的電功率。控制設備30對逆變器IV進行操作以調節作為控制目標的電動發電機10的控制值。更詳細地，控制設備30 輸入來自於各種傳感器(未示出)的檢測信號並基於從各種傳感器傳遞的檢測結果產生並輸出操作イ言^· gup> gvp禾ロ gwp禾ロ操作イ言號gun、gvn禾ロ gwn。IS些操作イ言號gup、gvp禾ロ gwp 用於控制逆變器IV的對應於U相、V相和W相的功率開關元件Swp。操作信號gun、gvn和 gwn用於控制逆變器IV的對應於U相、V相和W相的功率開關元件Swn。控制設備30通過驅動單元DU來控制功率開關元件Swp和Swn的操作。驅動單元DU連接到相應的功率開關元件Swp、Swn的導電控制端子(柵極)。另外，配備有逆變器IV的高電壓系統12通過絕緣裝置例如光電耦合器(附圖中省略)與具有控制設備30的低電壓系統電絕緣。操作信號g * #( * = u、v、w，# = p、n) 通過絕緣裝置輸出到高電壓系統側。驅動單元DU使用由反激式轉換器(flykick converter) Ffoi供給的電功率。這樣的反激式轉換器Ffoi是用於將低壓電池20的電功率供給到上臂和下臂的絕緣型的轉換器。 也就是說，當電功率開關元件34接通吋，變壓器32的初級線圈3 存儲由低壓電池20供給的電功率。此時，ニ極管36防止電流流過次級線圈32b。另ー方面，當電功率開關元件 24關斷吋，電流流過次級線圈32b並且普通用途的電容器38被充電。驅動單元DU使用充在普通用途的電容器38中的電功率的能量。儘管圖1示出了普通用途的反激式轉換器FBn只向U相中的上臂和下臂的驅動單元DU供給功率，但是普通用途的反激式轉換器Ffoi還向 V相和W相的上臂和下臂的驅動單元DU供給電功率。實際上，變壓器32具有六個次級線圏。還可以是六個下臂共同使用單個次級線圈，這是因為這六個下臂具有相同的電位。在該情況下，電功率轉換系統具有四個次級線圈32b，並且次級線圈32b的總數量為四。另外，控制設備30接收從加速度檢測裝置(G傳感器2 傳遞的檢測信號並然後基於G傳感器22的檢測值來檢測與障礙物(其他機動車輛等)的碰撞的發生。作為加速度檢測裝置的G傳感器22基於施加到本身機動車輛的力來檢測本身機動車輛的加速度。當檢測到發生碰撞時，控制設備30執行緊急事件放電控制並強制迫使電容器16放掉存儲在電容器16中的能量。在緊急事件放電控制中，機動車輛受到破壞，並且存在普通反激式轉換器FBn沒有正確地工作為向驅動單元DU供給功率的電源的可能性。為了避免上述緊急事件，根據本實施例的設備配備有線性調節器40和反激式轉換器FBd。反激式轉換器FBd 用於使電容器16放電以及接收線性調節器40的輸出。線性調節器40降低電容器16的電壓。線性調節器40具有串聯單元，所述串聯単元包括多個電阻44(示出了 4個電阻 44)和齊納ニ極管48。串聯單元與電容器16並聯連接。每個電阻44並聯連接到N溝道金屬氧化物場效應電晶體(開關元件42)。具有最高電位的電阻44連接到在具有最高電位的開關元件42的輸入端子與導電控制端子之間的連接節點。具有中間電位的開關元件42的導電控制端子通過電阻44相連。電阻46連接到在具有最低電位的開關元件46的導電連接節點與輸出端子之間的連接節點。齊納ニ極管48並聯連接到光電耦合器M的次級光電電晶體的輸入端子與輸出端子。當光電耦合器M導通時，齊納ニ極管48被關斷，從而開關元件42被關斷。另ー方面， 當光電耦合器M被關斷吋，齊納ニ極管48導通，線性調節器40的輸出電壓增加到齊納ニ 極管48的擊穿電壓。當線性調節器40的輸出電流超過零時，在電阻46中流動有電流。電阻46的壓降使具有最低電位的開關元件42導通。此時，具有中間電位的電阻44可以將除了具有最低電位的開關元件42之外的開關元件42的輸入端子與導電控制端子之間的電壓調節成電阻46的壓降所產生的電壓。所有的開關元件42因此被導通。此時，這些開關元件42工作在它們的飽和狀態，在每個開關元件42的輸出端子與輸入端子之間的電壓近似具有通過將差值電壓除以開關元件42的數量所獲得的電壓，其中所述差值電壓通過從電容器16的電壓中減去齊納ニ極管48的擊穿電壓而得到。當從控制設備30輸出的緊急事件放電指令信號dis被切換到邏輯高電平「H」吋， 在光電耦合器M的初級側的光電ニ極管被導通。緊急事件放電指令信號dis —直保持邏輯高電平「H」，除非在控制設備30工作時本身的車輛與障礙物發生碰撞。這意味著即使在發生碰撞時控制設備30不能夠控制光電耦合器M的情況下仍保持線性調節器40的導通狀態。另ー方面，當電功率開關元件64導通吋，在用於放電用途的反激式轉換器FBd中的初級線圈60a被充入從線性調節器40供給的電功率的能量。此時，ニ極管66防止變壓器60的次級線圈60b的電流輸出的流動。當電功率開關元件64關斷吋，電流開始流過ニ 極管66並進入用於放電用途的電容器68。在下臂中的驅動單元DU調節電功率開關元件 64的每個接通關斷周期的接通(ON)時間的佔空比，以使得用於放電用途的反激式轉換器FBd的輸出電壓(用於放電用途的電容器68的輸出電壓)變得近似等於線性調節器40的輸出電壓。該控制過程在線性調節器40的輸出電壓被提供給U相的下臂中的驅動單元DU 時執行。圖2是示出了在用於U相的開關元件Sw#的驅動單元DU中的驅動電路的配置的視圖。特別地，所述驅動電路能夠導通/關斷開關元件Sw#。在U相的上臂和下臂的每個驅動單元中，用於普通用途的電容器38的電壓通過用於充電的開關元件70和柵極電阻72施加到開關元件Sw#的導電控制端子(柵極)。此外， 開關元件Sw#的柵極通過柵極電阻72和用於放電用途的開關元件74連接到開關元件Sw# 的輸出端子(發射扱)。這完成了開關元件Sw#的柵極的放電路徑。驅動控制単元76基於操作信號gu#導通及關斷用於充電用途的開關元件70和用於放電用途的開關元件74。開關元件Sw#通過用於普通用途的驅動控制単元76進行導通及關斷。在U相中的驅動單元配備有在緊急事件放電指令信號dis變為邏輯低值、並且線性調節器40由此被導通以及用於放電用途的電容器68被充電時可以導通及關斷開關元件 Sw#的特殊電路。在U相的下臂處的驅動單元DU中，線性調節器40的輸出電壓(ニ極管52的輸出電壓)通過用於充電用途的開關元件82和柵極72供給到開關元件Swn的柵極72。開關元件Swn的柵極通過柵極電阻72和用於放電用途的開關元件82連接到開關元件Swn的發射扱。當接收到線性調節器40的輸出電壓時，緊急事件驅動控制単元86導通用於充電用途的開關元件82和用於放電用途的開關元件84。另ー方面，由通過低電壓側的開關元件Swn的感測端子化輸出的小電流所引起的分流電阻19的壓降通過峰值保持電路90被提供給比較器92的非反相輸入端子。振蕩器 94的輸出信號(載波信號)被提供給比較器92的反相輸入端子。振蕩器94產生預定頻率的信號。當分流電阻19的壓降值大于振蕩器94的輸出信號(載波信號)吋，比較器92向光電耦合器100輸出邏輯高H值。另ー方面，除了開關元件82、用於放電用途的開關元件84以及緊急事件驅動控制単元86之外，U相的上臂中的驅動單元DU在用於充電用途的電容器82與用於放電用途的電容器68之間配備有調節器88。調節器88降低用於放電用途的電容器68的電壓VH。另一方面，比較器92的輸出信號被作為抑制熱產生操作信號Mh輸出到在光電耦合器100的初級側的光電ニ極管。在光電耦合器100的次級側的輸出端子連接到開關元件Swp的發射扱。光電耦合器100的輸入端子通過電阻連接到用於放電用途的電容器68。光電耦合器 100的輸出端子輸入到上臂中的緊急事件驅動控制単元56。這使得可以在光電耦合器100 被關斷時導通在高電壓側的開關元件Swp。在高電壓側的開關元件Swp附近安置有溫度敏感ニ極管SD。溫度敏感ニ極管SD 檢測在高電壓側的開關元件Swp的溫度。更詳細地，溫度敏感ニ極管SD的陰極連接到開關元件Swp的發射扱，溫度敏感ニ極管SD的陽極連接到恆流電路104的輸出端子。用於放電用途的電容器68向恆流電路104供給電功率。在溫度敏感ニ極管SD的陽極處的電壓被提供給電壓比較電路106。電壓比較器106的輸出信號被提供給調節器88。調節器88基於溫度敏感ニ極管SD檢測到的溫度來調節輸出電壓VL( < VH)。溫度敏感ニ極管SD的輸出電壓與檢測目標的檢測溫度之間具有負關係。
圖3(A)至圖3(F)是示出基於緊急事件放電指令信號dis的放電控制的時序圖。 更詳細地，圖3(A)是示出緊急事件放電指令信號dis的跳變的視圖。圖3(B)是示出峰值保持電路90的輸出信號(由點劃線表示)的跳變和作為振蕩器94的輸出的載波信號的視圖。圖3(C)是示出在U相的高電壓側的開關元件Swp的跳變的視圖。圖3(D)是示出在低電壓側的開關元件Swn的跳變的視圖。在本實施例中，在保持U相的低電壓側的開關元件 Swn的導通狀態的同時周期性地導通和關斷在高電壓側的開關元件Swp。這使得可以具有高電壓側的開關元件Swp和低電壓側的開關元件Swn同時導通的時間段。在該時間段期間， 當通過開關元件Swp和Swn造成電容器16的電極之間短路吋，電容器16被放電。因為驅動単元DU具有先前描述的示於圖2中的配置，供給到高電壓側的開關元件 Swp的柵極的電壓低於施加到低電壓側的開關元件Swn的柵極的電壓，如圖3Φ)和圖3(F) 所示。圖3Φ)是示出了高電壓側的開關元件Swp的柵極-發射極電壓Vge的跳變的視圖。 圖3(F)是示出了低電壓側的開關元件Swn的柵極-發射極電壓Vge的跳變的視圖。根據每個驅動單元DU的配置，在高電壓側的開關元件Swp被驅動到它的不飽和區，在低電壓側的開關元件Swn被驅動到它的飽和區。如圖4所示，開關元件Sw#的飽和區表示在開關元件的輸入端子和輸出端子之間的電壓Vce (在集電極與發射極之間的電壓 Vce)根據輸出電流(集電極電流Ic)而增加的區域。另ー方面，開關元件Sw#的不飽和區是開關元件的輸入端子和輸出端子(集電極和發射極)之間的電壓被增加但集電極電流不増加的區域。施加到開關元件Sw#的柵極的電壓(在柵極與發射極之間的電壓Vge)増加得越多，在不飽和區中的集電極電流Ic也就増加得越多。當進行控制成使得施加到高電壓側的開關元件Swp的柵極的電壓變得低於施加到低電壓側的開關元件Swn的柵極的電壓吋，在高電壓側的開關元件Swp可以在它的不飽和區期間具有小於流動在低電壓側的開關元件Swn中的電流的電流。這使得可以執行放電控制，以通過在不飽和區期間流過高電壓側的開關元件Swp的電流來限制流過高電壓側的開關元件Swp和低電壓側的開關元件Swn的電流。優選的是，控制流過高電壓側的處於不飽和區的開關元件Swp的電流，使得它小於由驅動單元DU確定的閾值電流值Ith。特別地，溫度敏感ニ極管SD檢測在高電壓側的開關元件Swp的溫度以作為控制值，檢測值的反饋控制被執行以避免檢測到的溫度值獲得超額的溫度。反饋控制值是在高電壓側的開關元件的溫度的原因在於當控制設備30執行放電控制時大量的熱能由被驅動在不飽和區的高電壓側的開關元件Swp產生。如先前在圖2中所描述的，本實施例使用施加到開關元件Swp的柵極的電壓作為溫度反饋控制的操作值。如圖3Φ)所示，當溫度敏感 ニ極管SD的輸出電壓降低時(當由溫度敏感ニ極管SD檢測的溫度增加時)，控制設備降低施加到開關元件Swp的柵極的電壓。因為這可以降低流在高電壓側的處於不飽和區的開關元件Swp中的電流，所以可以降低放電電流。另外，如圖3(A)至圖3(F)所示，因為控制設備30執行如下放電控制在所述放電控制中，峰值保持電路90的輸出信號増加得越多(放電電流増加得越多)，在高電壓側的電功率開關元件64的每個導通關斷周期的導通周期的佔空比就増加得越多，所以這使得可以避免開關元件中產生的熱能每次(載波信號的ー個周期)過度增加。根據本實施例，可以在即使用於普通用途的反激式轉換器Ffoi不能夠供應電功率的情況下正確地執行緊急事件放電控制。特別地，當線性調節器40向在下臂的驅動單元DU供給電功率吋，可以降低在形成線性調節器40的每個開關元件42的輸入端子和輸出端子之間的必要電壓電阻。更進一歩地，因為用於放電用途的反激式轉換器FBd用作上臂中的開關元件的電源，所以可以儘可能大地降低電源的電路尺寸。圖5是示出電路基底的布局的視圖，在該電路基底上，調節器40和變壓器60布置在根據本實施例的放電控制設備中。在該視圖中，其上布置有多個開關元件Swp和Swn的功率卡PC布置在電路基底的下方的底面上。先前描述的本實施例具有下面的效果。(1)用於放電控制用途的電源包括線性調節器40和用於放電用途的反激式轉換器rad。線性調節器40降低電容器16的電壓。放電控制設備的這種配置可以在即使本身的車輛與障礙物例如另ー機動車輛發生碰撞的情況下仍以高準確度向驅動單元DU供給必要的電功率。另外，因為用於放電的反激式轉換器FBd輸入線性調節器40的輸出，所以可以降低用於放電用途的反激式轉換器FBd的電壓電阻。(2)線性調節器40安置在電容器16的正電極與逆變器IV的輸入端子之間。開關元件42串聯連接。這使得可以降低在每個開關元件42的輸入端子和輸出端子之間所需的電壓電阻值。(第二實施例)將參照附圖通過解釋第一實施例和第二實施例之間的差異來給出對本發明的第 ニ實施例的描述。圖6是示出根據本發明的第二實施例的電功率轉換系統中的放電控制設備的系統配置的視圖。在圖6中，第一實施例和第二實施例之間的相同部件將以相同的附圖標記或符虧表示。如圖中所示，在根據第二實施例的放電控制設備中，升壓轉換器CV安置在逆變器 IV與高電壓電池12之間。也就是說，電容器122連接到逆變器IV的輸入端子。串聯單元與電容器122以及開關元件Swp和Swn並聯連接。串聯單元包括在高電壓側的開關元件和在低電壓側的開關元件。在高電壓側的開關元件Swp與低電壓側的開關元件Swn之間的連接節點通過電抗器120連接到電容器16。另外，高電壓側的開關元件Swp的輸入端子連接到續流ニ極管FDp的陰極，低電壓側的開關元件Swn的輸出端子連接到續流ニ極管FDp的陽極。更進一歩地，低電壓側的開關元件Swn的輸入端子連接到續流ニ極管FDn的陰極，低電壓側的開關元件Swn的輸出端子連接到續流ニ極管FDn的陽極。在以上配置中，電容器122的電壓提供給線性調節器40。電容器122的電壓不小於高電壓電池12的電壓。由此需要線性調節器40中的每個開關元件42具有高電壓電阻。 然而，因為線性調節器40包括串聯連接的多個開關元件，所以可以降低每個開關元件42固有的電阻(或電壓電阻)。可以考慮將線性調節器40的輸入電壓提供給電容器16，以對電容器16充電。然而，該配置不能使電容器122放電，這是因為當本身的機動車輛與障礙物碰撞且在電容器 16的兩個電極之間出現短路時，線性調節器40的輸出電壓變為零。(其他修改)根據第一實施例和第二實施例的放電控制設備可以具有以下修改。(關於線性調節器)
本發明不限於先前描述的圖1中示出的線性調節器40的配置。例如，線性調節器 40可以具有多個雙極性電晶體作為開關元件42。此外，優選的是具有除了 4個之外的、串聯連接的、不小於複數個開關元件42。(關於第一電源)本發明不限制於作為第一電源的線性調節器40的配置。例如，可以使用絕緣型轉換器例如反激式轉換器或非絕緣型轉換器例如降壓斬波電路。另外，可以使用第一電源作為低電壓側的開關元件的驅動電路的電源。(第二電源)可以使用正激式轉換器(forward converter)例如代替用於放電用途的反激式轉換器作為第二電源。另外，可以使用使線性調節器40的輸出端子的電位發生位移的電平位移器代替絕緣型轉換器。還可以其正向方向為從線性調節器40的正電極朝向上臂中用於放電用途的電容器68的ニ極管。(緊急事件放電控制裝置)不需要執行溫度反饋控制和熱能反饋控制。為了通過導通在高電壓側的開關元件Swp和在低電壓側的開關元件Swn兩者來執行放電控制，可接受的是使用例如升壓轉換器CV的開關元件Swp和Swn來代替逆變器IV 的開關元件Swp和Swn。本發明的構思不限制於通過導通在高電壓側的開關元件Swp和在低電壓側的開關元件Swn來執行放電控制的過程。例如，可以使用能夠向電動發電機10提供無功電流的電路。另外，本發明的構思不限於在發生緊急事件時關斷光電耦合器M以執行放電控制的過程。例如，可接受的是當滿足如下兩個狀況時執行關斷光電耦合器M的過程一個狀況是光電耦合器M被關斷的狀態，另ー個狀況是當提供給用於普通用途的電容器38的電功率被停止的狀態。可以通過在除了緊急事件狀態之外的正常狀態期間每次將繼電器SMRl切換到它的關斷狀態時同時關斷在高電壓側的開關元件Swp和在低電壓側的開關元件Swn來執行放電控制。(驅動單元DU)本發明不限於如下配置U相中的每個驅動單元DU包括用於普通用途的開關元件 70和74和用於緊急事件用途的開關元件82和84，其中，開關元件70用於普通用途期間的充電，開關元件74用於普通用途期間的放電，開關元件82用於緊急情況用途期間的充電， 開關元件84用於緊急事件用途期間的放電。例如，放電控制設備可以具有用於向上臂中的用於充電用途的開關元件的輸入端子提供需要的電壓的不同単元。可以接受的是具有當電流不小於預定的閾值電流Ith時強制關斷開關元件Sw#的功能。(基底布局)本發明的構思不限制於先前所解釋的在圖5中示出的電路基底的布局。例如，可以接受的是在U相區域和V相區域之間的區域上安置變壓器60。(直流到交流的轉換電路)
本發明的構思不限制於能夠在作為車上主引擎的旋轉電機和高電壓電池12之間轉換電功率的配置。在直流到交流的轉換電路(逆變器IV)中，在高電壓側的開關元件和在低電壓側的開關元件在放電控制期間同時導通。例如，可以在高電壓電池12與除了車上主引擎之外的空調系統中的旋轉電機之間轉換電功率。可以使用H橋電路作為DC到AC轉換電路來代替逆變器IV。(關於電功率轉換電路)可以接受的是，使用先前所描述的在圖6中示出的升壓轉換器CV來代替直流到交流轉換電路作為用於緊急事件放電控制用途的電功率轉換電路。還可以使用只包括升壓轉換器CV的電功率轉換電路，以及還可以將升壓轉換器CV的輸入端子直接連接到直流電源 (次級電池)。只要放電控制設備執行電容器22的放電控制，該配置就是有效的。(其他)可以使用在升壓轉換器CV中沒有高電壓側的開關元件Swp的升壓轉換器。實施例中公開的升壓轉換器CV可以工作為反激式轉換器。在圖7所示的第二實施例的結構中，線性調節器40可以輸入電容器16的輸出。可以使用場效應電晶體例如功率MOS場效應轉換器代替IGBT來作為在高電壓側的每個開關元件Swp和在低電壓側的每個開關元件Swn。可以將根據本發明的放電控制設備應用於除了混合動カ車輛之外的電動車輛。電動車輛具有使用只充在電池中的電功率的車上主引擎。放電控制設備可以應用於在住宅建築和商業建築中使用的將直流電功率轉換成交流電功率的電功率轉換系統中。在這種情況下，緊急事件表示例如地震的發生。附圖標記和符號的解釋
10電動發電機
12高電壓電池(直流電源的ー個實
16電容器
30控制設備
40線性調節器
FBd用於放電用途的反激式轉換器
^wp在高電壓側的開關元件
bwn在低電壓側的開關元件
DU驅動單元
權利要求
1.一種用於電功率轉換系統的放電控制設備，所述電功率轉換系統包括電功率轉換電路、電容器以及電氣開關裝置，所述電功率轉換電路配備有串聯單元，所述串聯単元包括串聯連接的在高電壓側的開關元件和在低電壓側的開關元件，所述電功率轉換電路將直流電源的直流功率轉換成預定電功率，所述電容器安置在所述電功率轉換電路的輸入端子與所述直流電源之間，所述電氣開關裝置斷開及閉合在所述電功率轉換電路、所述電容器以及所述直流電源之間的電氣連接；所述放電控制設備包括放電控制裝置、第一電源以及第ニ電源，其中，所述放電控制裝置通過在所述電氣開關裝置關斷時操作所述在高電壓側的開關元件和所述在低電壓側的開關元件將所述電容器的充電電壓調節到不超過預定電壓的電壓；所述第一電源通過降低所述電容器的電壓來產生要提供給用於控制由所述放電控制裝置所控制的所述在高電壓側的開關元件和所述在低電壓側的開關元件中的一個開關元件的驅動電路的供電電壓；以及所述第二電源接收所述第一電源的電功率並產生要提供給用於控制由所述放電控制裝置所控制的所述在高電壓側的開關元件和所述在低電壓側的開關元件中的另ー個開關元件的驅動電路的供電電壓。
2.根據權利要求1所述的用於電功率轉換系統的放電控制設備，其中，所述第二電源包括絕緣型轉換器。
3.根據權利要求2所述的用於電功率轉換系統的放電控制設備，其中，所述電功率轉換系統是與車上低電壓系統絕緣的車上高電壓系統，用於控制所述在高電壓側的開關元件的驅動電路和用於控制所述在低電壓側的開關元件的驅動電路被布置成在電路基底上彼此相鄰；以及形成所述絕緣型轉換器的變壓器被布置在用於控制所述在高電壓側的開關元件的驅動電路與用於控制所述在低電壓側的開關元件的驅動電路之間。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的用於電功率轉換系統的放電控制設備，其中，所述第一電源包括線性調節器並產生要供給到用於控制所述在低電壓側的開關元件的所述驅動電路的電壓。
5.根據權利要求4所述的用於電功率轉換系統的放電控制設備，其中，所述線性調節器被布置在所述電容器與所述電功率轉換電路之間並且包括串聯連接的多個開關元件。
6.根據權利要求5所述的用於電功率轉換系統的放電控制設備，其中，所述電功率轉換電路是與旋轉電機相連的直流到交流轉換電路；在所述直流到交流轉換電路與所述直流電源之間安置有升壓轉換器；以及所述電容器連接到所述升壓轉換器的輸出端子。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的用於電功率轉換系統的放電控制設備，其中，所述電功率轉換電路是與旋轉電機相連的直流到交流轉換電路。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的用於電功率轉換系統的放電控制設備，其中，所述放電控制裝置導通所述在高電壓側的開關元件和所述在低電壓側的開關元件，以造成所述電容器的兩個電極的短路，並執行將充在所述電容器的電壓降低至不超過預定電壓的電壓的放電控制。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的用於電功率轉換系統的放電控制設備，還包括用於檢測安裝了所述電功率轉換系統的構件是否發生緊急事件的檢測裝置；其中，所述放電控制裝置在所述檢測裝置指示在所述構件中發生緊急事件時導通所述在高電壓側的開關元件和所述在低電壓側開關元件，以造成在所述電容器的兩個電極之間的短路，並且執行將充在所述電容器中的電壓降低至不超過所述預定電壓的電壓的放電控制。
全文摘要
在具有能夠將充在電容器中的電壓放電至不超過預定電壓的電壓的放電控制設備的電功率轉換系統中，線性調節器降低電容器的電壓並將降低的電壓輸出到在U相的下臂處的驅動單元。用於放電用途的反激式轉換器輸入線性調節器的輸出並將電功率輸出到在U相的上臂處的驅動單元。當檢測到本身的車輛與障礙物相撞時，放電控制設備通過關斷光電耦合器以及導通線性調節器來開始執行電容器的放電控制。
文檔編號H02M7/48GK102577071SQ201180004131
公開日2012年7月11日 申請日期2011年5月11日 優先權日2010年5月14日
發明者前原恆男, 坂田浩一, 進藤祐輔 申請人:豐田自動車株式會社, 株式會社電裝