高压永磁同步电机驱动系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高压永磁同步电机驱动系统，主电容同三相桥式交流逆变电路的三个桥臂并联后同高压继电器串联在高压电池两端；三相桥式交流逆变电路的三个桥臂的上桥臂的三个IGBT的门极和集电极之间设置主动箝位电路；电机控制器当高压继电器切断后进入快速主动放电模式，如果主电容两端的电压超过箝位阀值，立即控制三相桥式交流逆变电路的三个桥臂的六个IGBT全部断开，经过n毫秒后，再控制下桥臂的三个IGBT全部导通，上桥臂的三个IGBT全部断开。本发明的高压永磁同步电机驱动系统，在高压继电器断开时，保护功率器件不被暂态高压击穿，同时在高压继电器发生非期望闭合时，保护功率器件不被暂态高压浪涌击穿。
【专利说明】高压永磁同步电机驱动系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及新能源车技术，特别涉及一种高压永磁同步电机驱动系统。
【背景技术】
[0002]新能源汽车大多数采用超过200VDC的高压永磁同步电机驱动系统。高压永磁同步电机驱动系统如图1所示，包括高压继电器(Main Relay)、主电容(DC-1ink)、三相桥式交流逆变电路；所述主电容同所述三相桥式交流逆变电路的三个桥臂并联后同所述高压继电器(Main Relay)串联在高压电池两端。当主电容上发生过压失效时(如超过450V)，高压继电器(Main Relay)打开，高压永磁同步电机驱动系统将从正常模式切换至失效响应模式，模式切换过程中易出现较大暂态浪涌电压(可能超过800V)，因此需要为控制系统设计相应的失效响应模式，迅速将电压放掉，避免浪涌电压损坏逆变电路内的功率器件。
[0003]通常的解决方案是:当电路检测到主电容上发生过压失效时，由电机控制器内的复杂可编程逻辑器件(CPLD)迅速响应，将三相桥式交流逆变电路的三个桥臂的下桥臂的三个功率管(通常为IGBT)全部导通，上桥臂的三个功率管全部断开，进入下三管短路(ASC, Active short circuit)模式，防止电压进一步提升,如图2所示。
[0004]桥臂中的功率管采用IGBT (绝缘栅双极型晶体管)时，在上桥臂的三个IGBT的门极和集电极之间，存在主动箝位电路(Active Clamping),如图3所示。在暂态电压过高时(如超过500V)快速地导通和关断上桥臂的三个IGBT，将主电容上的能量迅速消耗，可同样达到降压目的。图4是主动箝位电路生效后对IGBT的集电极和发射极间电压Vce的抑制效果示意图。
[0005]采用下三管短路加主动箝位电路保的护模式，可保护系统在发生故障后，高压继电器(Main Relay)正常断开时，各电子器件无过压风险。但在一些特殊工况下，仍无法充分保护器件。如在系统已完成上一组运行周期，开始下电。此时高压继电器(Main Relay)突然发生非期望闭合，由于线束等效电感与主电容构成LC震荡回路，直流侧电压将迅速上升，可能超过800V，高压继电器非期望闭合时产生的浪涌电压波形如图5所示。当电路检测到有超过450V的过压产生，电机控制器内的复杂可编程逻辑器件(CPLD)将三相桥式交流逆变电路的三个桥臂中的下桥臂的三个功率管(通常为IGBT)全部导通，上桥臂的三个功率管全部断开，进入下三管短路(ASC, Active short circuit)模式。但由于高压继电器(Main Relay)已非期望闭合，直流侧电压无法迅速放掉。当电压继续升至500V时，三个桥臂中的上三个开关管的主动箝位电路使能，开关管IGBT导通。下三管短路(ASC，Activeshort circuit)模式及上三管IGBT的主动箝位电路(Active Clamping)电路的同时生效，导致上下桥臂直通，暂态电流可能超过2000A，如图6所示，开关管(IGBT)将在几微秒内被击穿。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是提供一种高压永磁同步电机驱动系统，可在不增加额外硬件检测电路的前提下，在高压继电器断开时，保护功率器件不被暂态高压击穿，同时还可在高压继电器发生非期望闭合时，保护功率器件不被暂态高压浪涌击穿。
[0007]为解决上述技术问题，本发明提供的高压永磁同步电机驱动系统，包括高压继电器、主电容、三相桥式交流逆变电路、电机控制器、主动箝位电路；
[0008]所述主电容，同所述三相桥式交流逆变电路的三个桥臂并联后同所述高压继电器串联在高压电池两端；
[0009]所述三相桥式交流逆变电路的功率管采用IGBT，三个桥臂的上桥臂的三个IGBT的门极和集电极之间设置主动箝位电路；
[0010]所述电机控制器，当高压继电器切断后，进入快速主动放电模式；
[0011 ] 所述电机控制器，在快速主动放电模式下，如果主电容两端的电压超过箝位阀值，立即控制三相桥式交流逆变电路的三个桥臂的六个IGBT全部断开，即进入六管全断模式，经过η毫秒后，η为正数，再控制三相桥式交流逆变电路的三个桥臂的下桥臂的三个IGBT全部导通，上桥臂的三个IGBT全部断开，即进入下三管短路模式。
[0012]较佳的，0〈η〈5。
[0013]较佳的，所述高压永磁同步电机驱动系统，为新能源车用永磁同步电机驱动系统，当驱动系统发生故障，整车控制器控制所述高压继电器切断，并输出高压继电器切断信号到所述电机控制器。
[0014]较佳的，当驱动系统发生故障，所述电机控制器立即控制三相桥式交流逆变电路的三个桥臂的下桥臂的三个IGBT全部导通，上桥臂的三个IGBT全部断开，进入三管短路模式，同时向整车控制器发送切断高压继电器的请求；
[0015]所述整车控制器，收到切断高压继电器的请求后，控制所述高压继电器切断，并输出高压继电器切断信号到所述电机控制器；
[0016]所述电机控制器，收到高压继电器切断信号后，进入快速主动放电模式。
[0017]较佳的，所述箝位阀值，在460V到510V之间。
[0018]较佳的，所述电机控制器，包括微控制器、复杂可编程逻辑器件；
[0019]所述电机控制器，进入快速主动放电模式后，工作过程如下:
[0020](I)所述复杂可编程逻辑器件逻辑触发故障中断；
[0021](2)所述微控制器识别该所述故障中断，发送六管全断指令控制三相桥式交流逆变电路的三个桥臂的六个IGBT全部断开，在η毫秒计数后，发送释放六管全断指令，退出该状态；
[0022](3)所述复杂可编程逻辑器件，识别所述释放六管全断指令，控制三相桥式交流逆变电路的三个桥臂的下桥臂的三个IGBT全部导通，上桥臂的三个IGBT全部断开，进入三管短路模式。
[0023]较佳的，三相桥式交流逆变电路的三个桥臂中的两相桥臂中点与接地点之间，SP其中两相桥臂的下桥臂两端之间，加载有附加电路；
[0024]三相桥式交流逆变电路的三个桥臂的所述两相桥臂的上桥臂，以及另外一相桥臂的上桥臂及下桥臂，并联匹配电阻。
[0025]较佳的，所述附加电路，为相位比较电路。
[0026]本发明的高压永磁同步电机驱动系统，可在不增加额外硬件检测电路的前提下，在高压继电器(Main Relay)断开时,保护功率器件不被暂态高压击穿，同时还可在高压继电器(Main Relay)发生非期望闭合时，保护功率器件不被暂态高压浪涌击穿，尤其适用于新能源车用永磁同步电机驱动系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1是高压永磁同步电机驱动系统示意图；
[0029]图2是高压永磁同步电机驱动系统下三管短路模式示意图；
[0030]图3是主动箝位电路示意图；
[0031 ] 图4是主动箝位电路生效后对IGBT的Vce电压的抑制效果；
[0032]图5是高压继电器非期望闭合时产生的浪涌电压波形；
[0033]图6是浪涌电压造成的IGBT短路的电流波形；
[0034]图7是进入六管全断模式的高压永磁同步电机驱动系统示意图；
[0035]图8是对高压永磁同步电机驱动系统的六个IGBT进行阻抗匹配示意图。
【具体实施方式】
[0036]下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037]实施例一
[0038]高压永磁同步电机驱动系统，包括高压继电器(Main Relay)、主电容、三相桥式交流逆变电路、电机控制器、主动箝位电路；
[0039]所述主电容，同所述三相桥式交流逆变电路的三个桥臂并联后同所述高压继电器串联在高压电池两端；
[0040]所述三相桥式交流逆变电路的功率管采用IGBT(绝缘栅双极型晶体管)，三个桥臂的上桥臂的三个IGBT的门极(G极)和集电极(C极)之间设置主动箝位电路；
[0041]所述电机控制器，当高压继电器(Main Relay)切断后，进入快速主动放电模式；
[0042]所述电机控制器，在快速主动放电模式下，如果主电容两端的电压超过箝位阀值，立即控制三相桥式交流逆变电路的三个桥臂的六个IGBT全部断开，即进入六管全断(Freewheeling)模式,如图7所示,经过η毫秒后,η为正数,再控制三相桥式交流逆变电路的三个桥臂的下桥臂的三个IGBT全部导通，上桥臂的三个IGBT全部断开，即进入下三管短路(ASC, Active short circuit)模式。
[0043]较佳的，0〈n〈5。
[0044]较佳的，所述高压永磁同步电机驱动系统为新能源车用永磁同步电机驱动系统，当驱动系统发生故障(例如，永磁同步电机驱动系统发生过压故障、过温故障、传感器信号丢失故障等)，整车控制器(VCU)控制所述高压继电器切断，并输出高压继电器切断信号到所述电机控制器。
[0045]实施例一的高压永磁同步电机驱动系统，在高压继电器切断后，电机控制器进入快速主动放电模式，如果主电容两端的电压超过箝位阀值时，立即控制三相桥式交流逆变电路的三个桥臂的六个IGBT全部导通,进入六管全断(Freewheeling)模式，经过η毫秒后，再控制三相桥式交流逆变电路的三个桥臂的下桥臂的三个IGBT全部导通，上桥臂的三个IGBT全部断开,进入下三管短路(ASC, Active short circuit)模式。在高压继电器非期望闭合发生浪涌电压时，六个IGBT状态为全断，可将高压平均分配在上下桥臂中，IGBT不致被击穿。
[0046]实施例一的高压永磁同步电机驱动系统，三相桥式交流逆变电路的每个IGBT的门极和集电极之间设置主动箝位电路，在三相桥式交流逆变电路的三个桥臂的上三管IGBT关断时，如果箝位电路两端的电压超过箝位阀值，主动箝位使能，上桥臂的三个IGBT导通，上桥臂的三个IGBT中有电流流过，抑制上桥臂的IGBT集电极、发射极两端所加载电压VeE继续上升，防止IGBT器件击穿，若干微秒后，主动箝位电路两端的电压下降低于箝位阀值，上桥臂的三个IGBT重新关断，如果主动箝位电路两端的电压仍继续上升，则超过箝位阀值后，上桥臂的三个IGBT再次导通，如此循环，通过快速切换产生的开关损耗，主电容上的能量得以迅速消耗，直流母线上的电压迅速降低。
[0047]实施例一的高压永磁同步电机驱动系统，可在不增加额外硬件检测电路的前提下，在高压继电器(Main Relay)断开时,保护功率器件不被暂态高压击穿，同时还可在高压继电器(Main Relay)发生非期望闭合时，保护功率器件不被暂态高压浪涌击穿，尤其适用于新能源车用永磁同步电机驱动系统。
[0048]实施例二
[0049]基于实施例一的高压永磁同步电机驱动系统，当驱动系统发生故障(例如，永磁同步电机驱动系统发生过压故障、过温故障、传感器信号丢失故障等)，所述电机控制器立即控制三相桥式交流逆变电路的三个桥臂的下桥臂的三个IGBT全部导通，上桥臂的三个IGBT全部断开,进入三管短路(ASC, Active short circuit)模式，同时向整车控制器(VCU)发送切断高压继电器(Main relay)的请求；
[0050]所述整车控制器(V⑶)，收到切断高压继电器(Main relay)的请求后，控制所述高压继电器切断，并输出高压继电器切断信号到所述电机控制器；
[0051 ] 所述电机控制器，收到高压继电器切断信号后，进入快速主动放电模式。
[0052]较佳的，所述箝位阀值，在460V到51OV之间。
[0053]实施例二的高压永磁同步电机驱动系统，当驱动系统发生故障时，优先考虑进入三管短路(ASC,Active short circuit)模式，同时向整车控制器(VOJ)发送切断高压继电器(Main relay)的请求,整车控制器(VCU)反馈回高压继电器(Main relay)已切断的信号后，电机控制器进行快速主动放电。采用下三管短路(ASC)模式作为系统安全模式，相对于六管全断(Freewheeling)模式,三管短路(ASC)模式下,永磁同步电机即使在最高转速下，也不会有反电势，不会带来由高压引起的人身安全及相关器件被击穿的风险。
[0054]实施例三
[0055]基于实施例一的高压永磁同步电机驱动系统，所述电机控制器，包括微控制器、复杂可编程逻辑器件(CPLD)；
[0056]所述电机控制器，进入快速主动放电模式后，工作过程如下:
[0057](I)所述复杂可编程逻辑器件逻辑触发故障中断；
[0058](2)所述微控制器识别该所述故障中断，发送六管全断(Freewheeling)指令控制三相桥式交流逆变电路的三个桥臂的六个IGBT全部断开，在η毫秒计数后，发送释放六管全断(Freewheeling)指令,退出该状态；
[0059](3)所述复杂可编程逻辑器件(CPLD)，识别所述释放六管全断(Freewheeling)指令，控制三相桥式交流逆变电路的三个桥臂的下桥臂的三个IGBT全部导通，上桥臂的三个IGBT全部断开,进入三管短路(ASC, Active short circuit)模式。
[0060]实施例三的高压永磁同步电机驱动系统，采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)响应暂态高压失效，由于η毫秒六管全断(Freewheeling)需要响应速度较快,采用复杂可编程逻辑器件CPLD通过中断执行,之后的三管短路(ASC, Active short circuit)对时间精度要求较为宽松，可直接由复杂可编程逻辑器件(CPLD)执行。
[0061]实施例四
[0062]基于实施例一的高压永磁同步电机驱动系统，如图8所示，三相桥式交流逆变电路的三个桥臂中的两相桥臂中点与接地点之间，即其中两相桥臂的下桥臂两端之间，加载有附加电路(如相位比较电路)；
[0063]三相桥式交流逆变电路的三个桥臂的所述两相桥臂的上桥臂，以及另外一相桥臂的上桥臂及下桥臂，并联匹配电阻。
[0064]实施例四的高压永磁同步电机驱动系统，由于附加电路导致的三相桥臂的阻抗不平衡，遇到高压浪涌时(超过800V)，电压不会平均分配到上下桥臂，仍存在高电压击穿功率管的风险，通过对附加电路之外其他上下桥臂上并联匹配电阻，可使暂态浪涌电压平均分配到上下桥臂的功率管上。
[0065]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
【权利要求】
1.一种高压永磁同步电机驱动系统，包括高压继电器、主电容、三相桥式交流逆变电路、电机控制器、主动箝位电路；其特征在于， 所述主电容，同所述三相桥式交流逆变电路的三个桥臂并联后同所述高压继电器串联在闻压电池两端； 所述三相桥式交流逆变电路的功率管采用IGBT，三个桥臂的上桥臂的三个IGBT的门极和集电极之间设置主动箝位电路； 所述电机控制器，当高压继电器切断后，进入快速主动放电模式； 所述电机控制器，在快速主动放电模式下，如果主电容两端的电压超过箝位阀值，立即控制三相桥式交流逆变电路的三个桥臂的六个IGBT全部断开，即进入六管全断模式，经过η毫秒后，η为正数，再控制三相桥式交流逆变电路的三个桥臂的下桥臂的三个IGBT全部导通，上桥臂的三个IGBT全部断开，即进入下三管短路模式。
2.根据权利要求1所述的高压永磁同步电机驱动系统，其特征在于，
0〈η〈5。
3.根据权利要求1所述的高压永磁同步电机驱动系统，其特征在于， 所述高压永磁同步电机驱动系统，为新能源车用永磁同步电机驱动系统，当驱动系统发生故障，整车控制器控制所述高压继电器切断，并输出高压继电器切断信号到所述电机控制器。
4.根据权利要求1所述的高压永磁同步电机驱动系统，其特征在于， 当驱动系统发生故障，所述电机控制器立即控制三相桥式交流逆变电路的三个桥臂的下桥臂的三个IGBT全部导通，上桥臂的三个IGBT全部断开，进入三管短路模式，同时向整车控制器发送切断高压继电器的请求； 所述整车控制器，收到切断高压继电器的请求后，控制所述高压继电器切断，并输出高压继电器切断信号到所述电机控制器； 所述电机控制器，收到高压继电器切断信号后，进入快速主动放电模式。
5.根据权利要求1所述的高压永磁同步电机驱动系统，其特征在于， 所述箝位阀值，在460V到51OV之间。
6.根据权利要求1所述的高压永磁同步电机驱动系统，其特征在于， 所述电机控制器，包括微控制器、复杂可编程逻辑器件； 所述电机控制器，进入快速主动放电模式后，工作过程如下: (1)所述复杂可编程逻辑器件逻辑触发故障中断； (2)所述微控制器识别该所述故障中断，发送六管全断指令控制三相桥式交流逆变电路的三个桥臂的六个IGBT全部断开，在η毫秒计数后，发送释放六管全断指令，退出该状态； (3)所述复杂可编程逻辑器件，识别所述释放六管全断指令，控制三相桥式交流逆变电路的三个桥臂的下桥臂的三个IGBT全部导通，上桥臂的三个IGBT全部断开，进入三管短路模式。
7.根据权利要求1所述的高压永磁同步电机驱动系统，其特征在于， 三相桥式交流逆变电路的三个桥臂中的两相桥臂中点与接地点之间，即其中两相桥臂的下桥臂两端之间，加载有附加电路； 三相桥式交流逆变电路的三个桥臂的所述两相桥臂的上桥臂，以及另外一相桥臂的上桥臂及下桥臂，并联匹配电阻。
8.根据权利要求7所述的高压永磁同步电机驱动系统，其特征在于， 所述附加电路，为相位比较电路。
【文档编号】H02H7/08GK104410337SQ201410692457
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月26日 优先权日:2014年11月26日
【发明者】何海, 王萑, 徐玮, 刘志明 申请人:联合汽车电子有限公司