逆變器輸入端的被動放電電路的製作方法
2023-07-20 21:34:11 2
專利名稱：逆變器輸入端的被動放電電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種將直流電變換成交流電的逆變器anverter)，尤其是涉及一種用於電動汽車(EV)和混合動力汽車(HEV)的車用逆變器。
背景技術：
請參閱圖1，車用逆變器通常採用典型的三相全橋電壓型逆變電路，其由六個電晶體Ql Q6組成，輸出三相交流電U、ν、W。其中的直流側電容(DC link capacitor)作為直流側(蓄電池組)和交流側(交流電機)之間的負載平衡儲能元件。在電動汽車和混合動力汽車中使用的逆變器輸入端電壓高於100V，為保護人身安全，要求在逆變器的直流側電容配有放電電路，以降低直流側電容的電壓。在逆變器輸入端的放電電路包括兩種一種是被動放電電路，國標GB18488要求其在120秒內通過被動放電將直流側電容的電壓下降至60伏特以下；另一種是主動放電電路，標準要求其在5秒內通過主動放電將直流側電容的電壓下降至60伏特以下。現有的逆變器輸入端的主動放電電路是直流-直流轉換器(DC-DCConverter)，其兩個輸入端與逆變器的兩個輸入端相同。但是直流-直流轉換器需要一定的輸入電壓才能正常工作，為滿足標準要求就必將改變電路結構和控制策略，增加了設計難度和成本。現有的逆變器輸入端的一種被動放電電路就是在直流側電容的兩端並聯一個被動放電電阻，以實現被動放電。該被動放電電路的設計簡單、成本低、方案成熟。但被動放電電阻所產生的損耗和放電速度是一對矛盾。為滿足標準，必須選取較小阻值的被動放電電阻，例如100K歐姆，這會導致逆變器的整體效率平均約損失0. 1%。現有的逆變器輸入端的另一種被動放電電路是將被動放電電阻置於逆變器主電路和驅動器、或者直流-直流轉換器的主電路和驅動器中，這種做法可以節省體積，降低局部發熱，但仍無法解決效率和放電時間的矛盾。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種逆變器輸入端的被動放電電路，在滿足標準規定的前提下提高了逆變器的工作效率。本發明逆變器輸入端的被動放電電路包括與直流側電容並聯的第一支路，該第一支路由放電電阻和開關電晶體串聯組成；與直流側電容並聯的第二支路，該第二支路由多個電阻串聯組成；一個比較器，其一個輸入端連接一個三角波發生器，另一個輸入端連接第二支路中的任兩個電阻之間；一個與門，其一個輸入端接入逆變器的使能信號，另一個輸入端連接比較器的輸出端；電晶體驅動電路，其輸入端連接與門的輸出端，其輸出端通過一個開關電阻控制開關電晶體的導通或截止。
進一步地，所述被動放電電路還包括一個供電電路，該供電電路包括一個三端穩壓器，其三個埠為陰極、陽極和參考端；其陰極輸出12V供電電源，並通過一個或多個串聯電阻連接直流側電容的正極；其陽極接地；其參考端通過一個電阻連接其陰極，又通過另一個電阻連接其陽極。本發明採用一種可調式的電阻放電電路，設計和控制簡單，提高整體效率，並縮短了放電時間，從而解決了效率和放電時間的矛盾，並且，本發明可以提高被動放電電路的放電能力，作為主動放電電路的補充。
圖1是典型的三相全橋電壓型逆變電路的示意圖；圖2是本發明逆變器輸入端的被動放電電路的示意圖；圖3是本發明所設計的12V供電電路的示意圖。圖中附圖標記說明11為三角波發生器；12為比較器；13為與門；14為電晶體驅動電路；15為穩壓器。
具體實施例方式請參閱圖2，這是本發明逆變器輸入端的被動放電電路的示意圖。該被動放電電路包括與直流側電容並聯的第一支路，該第一支路由放電電阻Rdis和開關電晶體Q7串聯組成。所述放電電阻Rdi s的阻值可以綜合考慮放電能力、功耗、體積等因素，在10 50kΩ (千歐)的範圍內選取。與直流側電容並聯的第二支路，該第二支路由多個電阻串聯組成，圖1中示意性地表示為電阻Rl R6串聯。一個比較器(Comparator) 12，其一個輸入端連接一個三角波發生器(Triangle Wave Generator) 11得到三角波信號，另一個輸入端連接第二支路中的任兩個電阻之間，例如為電阻R5和R6之間，得到直流電壓值Vdc。所述三角波信號的幅值大於直流電壓值Vdc。 比較器12通過比較直流電壓值Vdc和三角波信號，來實現對其輸出即PWM信號的佔空比控制。一個與門(AND) 13，其一個輸入端接入逆變器的使能信號Enable，另一個輸入端連接比較器12的輸出端。優選地，逆變器正常工作時，其輸出的使能信號Enable為高電平， 否則其輸出的使能信號Enable為低電平。並且，逆變器的使能信號Enable先經過非門反相後再接入與門13的一個輸入端，如圖2所示。電晶體驅動電路(MosFET Driver) 14，其輸入端連接與門13的輸出端，其輸出端通過一個開關電阻Rg控制開關電晶體Ql的導通或截止。開關電阻Rg —般取10 15 Ω， 實現開關電晶體Q7的正常開關。圖中的T+、T-分別表示直流側電容的正端、負端。所述開關電晶體Ql可以是雙極型電晶體(即三極體)。放電電阻Rdis連接三極體Ql的集電極和直流側電容的正極，三極體Ql的發射極與直流側電容的負極相連。電晶體驅動電路14的輸出端連接三極體Ql的基極。3/4頁所述開關電晶體Ql也可以是場效應電晶體。放電電阻Rdis連接場效應電晶體Ql 的集電極和直流側電容的正極，場效應電晶體Ql的發射極與直流側電容的負極相連。電晶體驅動電路14的輸出端連接場效應電晶體Ql的柵極。所述電晶體驅動電路14的輸出與輸入相同，即輸入端為低電平則輸出端也為低電平，輸入端為高電平則輸出端也為高電平。其主要起著功率放大的作用。由於比較器12的一個輸入端連接到第二支路的任兩個電阻之間，那麼第二支路的多個串聯電阻便組成了一個分壓電路。其中，位於比較器12的該輸入端與直流側電容的正極之間的一個或多個電阻的串聯阻值優選大於500kQ，以實現高低壓絕緣功能。本發明逆變器輸入端的被動放電電路的工作原理描述如下在逆變器正常工作時，逆變器給出的使能信號Enable為高電平。與門13的輸出端為低電平，電晶體驅動電路14的輸入信號IN和輸出信號OUT均為低電平，開關電晶體Q7 常閉，放電電路不工作也不產生損耗。在逆變器待機或斷電時，逆變器給出的使能信號Enable為低電平。比較器12的一個輸入端從第二支路上得到直流電壓值Vdc，比較器12將該直流電壓值Vdc與三角波發生器11產生的三角波信號比較得到一個PWM(脈寬調製)信號，與門13的輸入端即為該 PWM信號，電晶體驅動電路14的輸入信號IN和輸出信號OUT均為該PWM信號，開關電晶體 Q7在該PWM信號的控制下間歇性的導通和截止。當開關電晶體Ql導通時，實現被動放電。在本發明逆變器輸入端的被動放電電路中，三角波發生器11、比較器12、與門13、 電晶體驅動電路14需要使用到供電電源。要保證當低壓電源12V斷電時，被動放電電路依然可以正常工作，因此本發明中還可選地包含一個供電電路，如圖3所示。該供電電路從直流側電容的正極中取電，使用穩壓器(Regulator)產生12V供電電源VDD12。在逆變器正常工作時，本發明的被動放電電路不工作，其損耗約等於零，因此該供電電路損耗也約等於零。請參閱圖3，所述三端穩壓器15的陰極(CATHODE)輸出12V供電電源VDD12，並通過一個或多個串聯電阻連接直流側電容的正極。圖3示意性表示出其陰極通過串聯的電阻 R7 Rll連接直流側電容的正極。其陽極(ANODE)接地。其參考端(REF) —方面通過電阻 R12連接其陰極，另一方面通過電阻R13連接其陽極。優選地，該三端穩壓器15的陰極與直流側電容的正極之間的一個或多個電阻的串聯阻值大於500K歐姆，以實現高低壓絕緣功能。並且該三端穩壓器15的陰極和參考端之間的電阻R12的阻值為陽極和參考端之間的電阻R13的阻值的四倍，保證其輸出12V電源。本發明採用脈衝信號控制開關電晶體，可以實現在逆變器正常工作時，被動放電電路不工作，從而提高了系統效率。本發明通過控制脈衝信號的佔空比實現可調節地放電，可以針對不通的直流側電容電壓實現不通速度的被動放電，充分利用安規標準中規定的120秒時間，降低放電電阻發熱，增加壽命。本發明可以提高被動放電能力，作為主動放電電路的補充。在同時具有主動放電電路的逆變器中，本發明所述的被動放電電路可以幫助直流-直流轉換器完成在較低的直流側電容電壓下的主動放電需求。
以上僅為本發明的優選實施例，並不用於限定本發明。對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種逆變器輸入端的被動放電電路，其特徵是，包括與直流側電容並聯的第一支路，該第一支路由放電電阻和開關電晶體串聯組成；與直流側電容並聯的第二支路，該第二支路由多個電阻串聯組成；一個比較器，其一個輸入端連接一個三角波發生器，另一個輸入端連接第二支路中的任兩個電阻之間；一個與門，其一個輸入端接入逆變器的使能信號，另一個輸入端連接比較器的輸出端；電晶體驅動電路，其輸入端連接與門的輸出端，其輸出端通過一個開關電阻控制開關電晶體的導通或截止。
2.根據權利要求1所述的逆變器輸入端的被動放電電路，其特徵是，所述被動放電電路還包括一個供電電路，該供電電路包括一個三端穩壓器，其三個埠為陰極、陽極和參考端；其陰極輸出12V供電電源，並通過一個或多個串聯電阻連接直流側電容的正極；其陽極接地；其參考端通過一個電阻連接其陰極，又通過另一個電阻連接其陽極。
3.根據權利要求1所述的逆變器輸入端的被動放電電路，其特徵是，所述放電電阻的阻值為10 50k Ω。
4.根據權利要求1所述的逆變器輸入端的被動放電電路，其特徵是，所述比較器的一個輸入端得到三角波信號，另一個輸入端得到直流電壓值Vdc，且三角波信號的幅值大於直流電壓值Vdc ；比較器輸出一個脈衝調製信號。
5.根據權利要求1所述的逆變器輸入端的被動放電電路，其特徵是，逆變器正常工作時，其輸出的使能信號為高電平，否則其輸出的使能信號為低電平；且逆變器的使能信號先經過非門後再接入與門的一個輸入端。
6.根據權利要求1所述的逆變器輸入端的被動放電電路，其特徵是，所述開關電晶體是雙極型電晶體即三極體；放電電阻連接三極體的集電極和直流側電容的正極，三極體的發射極與直流側電容的負極相連；電晶體驅動電路的輸出端連接三極體的基極。
7.根據權利要求1所述的逆變器輸入端的被動放電電路，其特徵是，所述開關電晶體是場效應電晶體；放電電阻連接場效應電晶體的集電極和直流側電容的正極，場效應電晶體的發射極與直流側電容的負極相連；電晶體驅動電路的輸出端連接場效應電晶體的柵極。
8.根據權利要求1所述的逆變器輸入端的被動放電電路，其特徵是，所述電晶體驅動電路的輸出與輸入相同。
9.根據權利要求1所述的逆變器輸入端的被動放電電路，其特徵是，比較器的一個輸入端與第二支路的連接處與直流側電容的正極之間的一個或多個電阻的串聯阻值大於 500k Ω。
10.根據權利要求1所述的逆變器輸入端的被動放電電路，其特徵是，所述三端穩壓器的陰極與直流側電容的正極之間的一個或多個電阻的串聯阻值大於500kQ ；且該三端穩壓器的陰極和參考端之間的電阻的阻值為陽極和參考端之間的電阻的阻值的四倍。
全文摘要
本發明公開了一種逆變器輸入端的被動放電電路，包括與直流側電容並聯的第一支路，該第一支路由放電電阻和開關電晶體串聯組成；與直流側電容並聯的第二支路，該第二支路由多個電阻串聯組成；一個比較器，其一個輸入端連接一個三角波發生器，另一個輸入端連接第二支路中的任兩個電阻之間；一個與門，其一個輸入端接入逆變器的使能信號，另一個輸入端連接比較器的輸出端；電晶體驅動電路，其輸入端連接與門的輸出端，其輸出端通過一個開關電阻控制開關電晶體的導通或截止。本發明採用一種可調式的電阻放電電路，設計和控制簡單，提高整體效率，並縮短了放電時間，從而解決了效率和放電時間的矛盾。
文檔編號H02H9/04GK102437771SQ20111038566
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月28日 優先權日2011年11月28日
發明者周偉波, 範昊 申請人:聯合汽車電子有限公司