用于对高压总线放电的设备的制作方法

本发明涉及对存储在高压总线上的电能放电，包括其中高电压总线向功率逆变器传递电功率的系统。

背景技术：

功率逆变器电路可以包括在高压总线两端设置以提供电稳定性并且存储补充电能的大容量电容器。当功率逆变器电路不在操作中或在某些其它环境中时，可希望对包括大容量电容器的高压总线上的电能放电。

技术实现要素：

描述了一种经由高压总线电连接至高压dc电源的功率逆变器。功率逆变器包括电连接在高压总线的正导体与负导体之间的电容器。功率逆变器包括电连接至高压总线的正导体和负导体的多相逆变器电路。常接通放电开关与放电电阻器电串联连接在高压总线的正导体与负导体之间。放电开关包括控制栅极，其中放电开关的控制栅极与点火开关通信。当点火开关处于接通状态中时，放电开关可控制为高压总线的正导体与负导体之间的断开状态。当点火开关处于关断状态中时，放电开关实现闭合状态以在高压总线的正导体与负导体之间提供通过放电电阻器的低阻抗电流路径。

上述特征和优点以及本教导的其它特征和优点从某些最佳模式的以下详述和用于实行如随附权利要求书中限定、结合附图取得的本教导的其它实施例将容易地显而易见。

附图说明

现在将通过实例方式参考附图描述一个或多个实施例，在附图中：

图1、2和3示意地说明根据本发明的包括高压总线和无源放电电路的功率逆变器模块的实施例，其中高压总线电连接在高压dc电源与功率逆变器模块之间。

具体实施方式

现在参考附图，其中描绘仅是为了说明某些例示性实施例且并未为了限制某些例示性实施例的目的，图1示意地说明包括用于对高压总线14两端的电功率放电的无源放电电路25的功率逆变器模块20的一个实施例，其中高压总线14电连接在高压dc电源12与功率逆变器模块20之间。功率逆变器模块20可以是包括电机10的马达控制系统100的第一实施例的元件，该电机由采用来自于高压dc电源12的电功率的功率逆变器模块20操作地控制。在一个非限制性实施例中，功率逆变器模块20可以在车辆上采用作为推进系统的元件。所有几个视图中的相同标号指示相同或对应部分。

电机10可以是马达/发电机或另一个合适的多相电机(例如，永磁装置)。功率逆变器模块20经由高压总线14的正导体16和负导体18电连接至高压dc电源12。高压总线14可以包括第一接触器44和第二接触器46，其分别可控制成将高压总线14的相应的正导体16和负导体18连接至高压dc电源12的正极侧和负极侧。功率逆变器模块20包括大容量电容器22，其电设置在高压总线14的正导体16与负导体18之间。

第一接触器44和第二接触器46是电连接至点火开关36的感应控制式常断开开关装置。当点火开关36处于键关断状态中时，第一接触器44和第二接触器46断开，因此防止相应的正导体16和负导体18与高压dc电源12之间的电功率流。当点火开关36处于键接通状态中时，第一接触器44和第二接触器46闭合，因此允许相应的正导体16和负导体18与高压dc电源12之间的电功率流。

功率逆变器模块20包括逆变器38，逆变器38包括电串联连接在高压总线14的正导体16和负导体18之间的多个开关对。开关对的每个开关可以是具有并联设置的二极管的绝缘栅双极型晶体管(igbt)或另一个合适的高压开关(例如，场效应晶体管(fet)或碳化硅(sic)fet)。每个开关对对应于电机10的一个相。功率逆变器模块20的其它元件优选地包括多个栅极驱动电路和控制器，其中栅极驱动电路响应于源自于控制器的控制信号(例如，脉宽调制控制信号)而控制开关的启动和停用。功率逆变器模块20包括具有电容器、电阻器的其它电部件以及其它电路部件以实现与电噪声消除、负荷平衡等有关的功能。

无源放电电路25设置在高压总线14的正导体16与高压总线14的负导体18之间。无源放电电路25包括常接通放电开关26和低阻抗放电电阻器24。放电开关26与低阻抗放电电阻器24电串联连接在正导体16与负导体18之间。放电开关26在此实施例中可以是n沟道耗尽模式mosfet装置或jfet装置，或如本文所述般操作的另一个合适装置。放电开关26包括输入线、输出线和控制栅极28。当点火开关36处于键接通状态中时，放电开关26可控制为高压总线14的正导体16和负导体18之间的断开状态。当点火开关处于键关断状态中时，放电开关26实现闭合状态以在高压总线14的正导体16和负导体18之间提供通过放电电阻器24的低阻抗电流路径。

复合触发门55与控制栅极28通信。复合触发门55可以呈配置有多个输入线35、51、52、53和54和离散输出线56的多输入逻辑装置的形式，该离散输出线与放电开关26的控制栅极28通信。复合触发门55可以是逻辑“或”门或容纳与输入线35、51、52、53和54(包括输入线35)相关联的多个启动信号以及对应的第二、第三、第四和第五启动信号的另一个合适的逻辑装置。第二启动信号51、第三启动信号52、第四启动信号53和第五启动信号54可以源自于车辆控制器、服务控制器、加速度计或另一个合适来源。

包括初级电路32和次级电路34的回扫变压器30设置成使得次级电路34与一个输入线(例如，复合触发门55的输入线35)通信。初级电路32经由点火开关36电连接在低压电源与电接地之间。回扫变压器30可以是与逆变器38的开关的栅极驱动器相关联的dc电源的元件，并且优选地电隔离。回扫变压器30是提供适用于低功率应用的隔离拓扑的dc-dc转换器，并且向逆变器38的开关的栅极驱动器供电。栅极驱动器使用正电压来导通逆变器开关(接通状态)。使用负电压来停用逆变器开关(关断状态)。由于放电开关26是常接通装置，给开关设置负电压将停用放电开关(关断状态)。放电开关26调制输入dc电源以在次级分支处输出+15v和-8v。

在操作期间，由于点火开关36在键接通状态中，回扫变压器30可以提供电偏压以将放电开关26控制为关断或断开状态。当点火开关36实现键关断状态时(例如，响应于车辆关闭状态或响应于低压dc电功率的损耗)，回扫变压器30去激励，从而导致放电开关26的控制栅极28处的功率耗尽，使得无源放电电路25能够启动并且对高压总线14上的任何电能放电。当第一接触器44和第二接触器46均闭合且放电开关26断开(即，停用)时，没有电流通过低阻抗放电电阻器24，且因此没有潜在或残留电功率损耗。当复合触发门55在离散输出线56上产生启动信号时，无源放电电路25的低阻抗放电电阻器24对存储在高压总线14的正导体16和负导体18两端的大容量电容器22、功率逆变器模块20和电机10中的电功率无源地放电。当满足一个相关条件时，复合触发门55可在离散输出线56上产生启动信号。

低阻抗放电电阻器24可以基于高压总线14两端的电势的大小以及优选或理想的放电时间来调整大小。平均额定功率可以减小至包含峰值功率能力的额定值，且因此不同于在无源系统中采用的装置的电阻，其中放电电阻器总是连接至高压总线并且产生功率损耗。驱动低阻抗放电电阻器24的额定功率的放电功率可以基于高压总线14两端的电势的大小、优选或理想的放电时间以及大容量电容器22的电容来确定。放电开关26的设计参数可以基于高压总线14两端的电势的大小、电流、优选放电时间以及低阻抗放电电阻器24的电阻来确定。

本文所述的概念包括无源放电电路25，其几乎不消耗或不消耗电能，同时允许高压总线中的电势的快速、自动放电。快速放电的时段在某些实施例中可以小于五秒钟。在接触器44、46焊接在一起的情形中，放电电路25可以进一步防止高压dc电源12过度放电。放电电路25可以响应于以不受控制发电机(ucg)模式的操作，并且可以在安全气囊展开的事件中提供保护。放电电路25可以防止高压dc电源12无意中放电，否则可能在系统掉电或经历点火开关36处于键接通状态时出现的高g力事件时会引起无意中放电。

图2示意地说明包括用于对高压总线214两端的电功率放电的无源放电电路225的功率逆变器模块220的另一个实施例，其中高压总线214电连接在高压dc电源212与功率逆变器模块220之间。功率逆变器模块220可以是包括电机210的马达控制系统200的第一实施例的元件，该电机由采用来自于高压dc电源212的电功率的功率逆变器模块220操作地控制。在一个非限制性实施例中，功率逆变器模块220可以在车辆上采用作为推进系统的元件。

电机210可以是马达/发电机或另一个合适的多相电机，例如，永磁装置。功率逆变器模块220经由高压总线214的正导体216和负导体218电连接至高压dc电源212。高压总线214可以包括第一接触器244和第二接触器246，其分别可控制成将高压总线214的相应的正导体216和负导体218连接至高压dc电源212的正极侧和负极侧。功率逆变器模块220包括大容量电容器222，其电设置在高压总线214的正导体216与负导体218之间。

第一接触器244和第二接触器246是电连接至点火开关236的感应控制式常断开开关装置。当点火开关236处于键关断状态中时，第一接触器244和第二接触器246断开，因此防止相应的正导体216和负导体218与高压dc电源212之间的电功率流。当点火开关236处于键接通状态中时，第一接触器244和第二接触器246闭合，因此允许相应的正导体216和负导体218与高压dc电源212之间的电功率流。

功率逆变器模块220包括逆变器238，其包括电串联连接在高压总线214的正导体216和负导体218之间的多个开关对。开关对的每个开关可以是具有并联设置的二极管的绝缘栅双极型晶体管(igbt)或另一个合适的高压开关(例如，场效应晶体管(fet)或碳化硅(sic)fet)。每个开关对对应于电机210的一个相。功率逆变器模块220的其它元件优选地包括多个栅极驱动电路和控制器，其中栅极驱动电路响应于源自于控制器的控制信号(例如，脉宽调制控制信号)而控制开关的启动和停用。功率逆变器模块220包括具有电容器、电阻器的其它电部件以及其它电路部件以实现与电噪声消除、负荷平衡等有关的功能。

电压传感器260设置成监测高压总线214的正导体216和负导体218两端的电势。电压传感器260优选地包括一对差分放大器262、放电电阻器265和多个感测电阻器264。放电电阻器265和感测电阻器264串联设置。差分放大器262设置成监测放电电阻器265和感测电阻器264两端的电压降。优选地，放电电阻器265是低阻抗装置。

无源放电电路225设置在高压总线214的正导体216与高压总线214的负导体218之间。无源放电电路225包括常接通放电开关226以及电压传感器260的放电电阻器265。放电开关226在此实施例中可以是n沟道耗尽模式mosfet装置或jfet装置，或如本文所述般操作的另一个合适装置。放电开关226包括输入线、输出线和控制栅极228。当点火开关236处于键接通状态中时，放电开关226可控制为高压总线214的正导体216和负导体218之间的断开状态。当点火开关236处于键关断状态中时，放电开关226实现闭合状态以在高压总线214的正导体216和负导体218之间提供通过放电电阻器265的低阻抗电流路径。

复合触发门255与放电开关226的控制栅极228通信。复合触发门255可以呈配置有多个输入线235、251、252、253和254以及离散输出线256的多输入逻辑装置的形式。离散输出线256与放电开关226的控制栅极228通信。复合触发门255可以是逻辑“或”门或容纳经由多个输入线235、251、252、253和254(包括输入线235)的输入信号以及对应的第二、第三、第四和第五启动信号的另一个合适的逻辑装置。第二、第三、第四和第五启动信号可以源自于车辆控制器、服务控制器、加速度计或另一个合适来源。

包括初级电路232和次级电路234的回扫变压器230设置成使得次级电路234与一个输入线(例如，复合触发门255的输入线235)通信。初级电路232经由点火开关236电连接在低压电源与电接地之间。回扫变压器230可以是与逆变器开关238的栅极驱动器相关联的dc电源的元件，并且优选地电隔离。

在操作期间，由于点火开关236在键接通状态中，回扫变压器230可以提供电偏压以将放电开关226控制为关断或断开状态。当点火开关236实现键关断状态时(例如，响应于车辆关闭状态或响应于低压dc电功率的损耗)，回扫变压器230去激励，从而导致放电开关226的控制栅极228处的功率耗尽，使得无源放电电路225能够启动并且对高压总线214上的任何电能放电。当第一接触器244和第二接触器246均闭合且放电开关226闭合(即，停用)时，没有电流通过放电电阻器265，且因此没有潜在或残留电功率损耗。

当复合触发门255在离散输出线256上产生启动信号时，无源放电电路225的放电电阻器265对存储在高压总线214的正导体216和负导体218两端的大容量电容器222、功率逆变器模块220和电机210中的电功率无源地放电。当满足一个相关条件时，复合触发门255可在离散输出线256上产生启动信号。

低阻抗放电电阻器265可以基于高压总线214两端的电势的大小以及优选或理想的放电时间来调整大小。平均额定功率可以减小至包含峰值功率能力的额定值，且因此不同于在有源系统中采用的装置的电阻。驱动低阻抗放电电阻器265的额定功率的放电功率可以基于高压总线214两端的电势的大小、优选或理想的放电时间以及大容量电容器222的电容来确定。放电开关226的设计参数可以基于高压总线214两端的电势的大小、电流、优选放电时间以及低阻抗放电电阻器265的电阻来确定。

本文所述的概念包括无源放电电路225，其几乎不消耗或不消耗电能，同时允许高压总线中的电势的快速、自动放电。快速放电的时段在某些实施例中可以小于五秒钟。在接触器244、246焊接在一起的情形中，放电电路225可以进一步防止高压dc电源212过度放电。放电电路225可以响应于以ucg模式的操作，并且可以在安全气囊展开的事件中提供保护。放电电路225可以防止高压dc电源212无意中放电，否则可能在系统掉电或经历点火开关236处于键接通状态时出现的高g力事件时会引起无意中放电。

图3示意地说明包括用于对高压总线314两端的电功率进行放电的无源放电电路325的功率逆变器模块320的另一个实施例，其中高压总线314电连接在高压dc电源312与功率逆变器模块320之间。功率逆变器模块320可以是包括电机310的马达控制系统300的第一实施例的元件，该电机由采用来自于高压dc电源312的电功率的功率逆变器模块320操作地控制。在一个非限制性实施例中，功率逆变器模块320可以在车辆上采用作为推进系统的元件。

电机310可以是马达/发电机或另一个合适的多相电机(例如，永磁装置)。功率逆变器模块320经由高压总线314的正导体316和负导体318电连接至高压dc电源312。高压总线314可以包括第一接触器344和第二接触器346，其分别可控制成将高压总线314的相应的正导体316和负导体318连接至高压dc电源312的正极侧和负极侧。功率逆变器模块320包括大容量电容器322，其电设置在高压总线314的正导体316与负导体318之间。

第一接触器344和第二接触器346是电连接至点火开关336的感应控制式常断开开关装置。当点火开关336处于键关断状态中时，第一接触器344和第二接触器346断开，因此防止相应的正导体316和负导体318与高压dc电源312之间的电功率流。当点火开关336处于键接通状态中时，第一接触器344和第二接触器346闭合，因此允许相应的正导体316和负导体318与高压dc电源312之间的电功率流。

功率逆变器模块320包括逆变器338，其包括电串联连接在高压总线314的正导体316和负导体318之间的多个开关对。开关对的每个开关可以是具有并联设置的二极管的绝缘栅双极型晶体管(igbt)或另一个合适的高压开关(例如，场效应晶体管(fet)或碳化硅(sic)fet)。每个开关对对应于电机310的一个相。功率逆变器模块320的其它元件优选地包括多个栅极驱动电路和控制器，其中栅极驱动电路响应于源自于控制器的控制信号(例如，脉宽调制控制信号)而控制开关的启动和停用。功率逆变器模块320包括具有电容器、电阻器的其它电部件以及其它电路部件以实现与电噪声消除、负荷平衡等有关的功能。

电压传感器360设置成监测高压总线314的正导体316和负导体318两端的电势。电压传感器360优选地包括一对差分放大器362、放电电阻器365和多个感测电阻器364。放电电阻器365和感测电阻器364串联设置。差分放大器362设置成监测放电电阻器365和感测电阻器364两端的电压降。优选地，放电电阻器365是低阻抗装置。

无源放电电路325设置在高压总线314的正导体316与高压总线314的负导体318之间。无源放电电路325包括常接通放电开关326以及电压传感器360的放电电阻器365。放电开关326在此实施例中可以是设置成常接通状态的p沟道jfet装置或mosfet装置。放电开关326包括输入线、输出线和控制栅极328。

复合触发门355与放电开关326的控制栅极328通信。复合触发门355可以呈配置有多个输入线335、351、352、353和354以及离散输出线356的多输入逻辑装置的形式。离散输出线356与放电开关326的控制栅极328通信。复合触发门355可以是逻辑“或”门或容纳经由多个输入线335、351、352、353和354(包括输入线335)的输入信号以及对应的第二、第三、第四和第五启动信号的另一个合适的逻辑装置。第二、第三、第四和第五启动信号可以源自于车辆控制器、服务控制器、加速度计或另一个合适来源。

包括初级电路332和次级电路334的回扫变压器330设置成使得次级电路334与一个输入线(例如，复合触发门355的输入线335)通信。初级电路332经由点火开关336电连接在低压电源与电接地之间。回扫变压器330可以是与逆变器338的开关相关联的dc电源的元件，并且优选地电隔离。

在操作期间，由于点火开关336在键接通状态中，回扫变压器330可以提供电偏压以将放电开关326控制为关断或断开状态。当点火开关336实现键关断状态时(例如，响应于车辆关闭状态或响应于低压dc电功率的损耗)，回扫变压器330去激励，从而导致放电开关326的控制栅极328处的功率耗尽，使得无源放电电路325能够启动并且对高压总线314上的任何电能放电。

当第一接触器344和第二接触器346均闭合且放电开关326闭合(即，停用)时，没有电流通过放电电阻器365，且因此没有潜在或残留电功率损耗。

当复合触发门355在离散输出线356上产生启动信号时，无源放电电路325的放电电阻器365对存储在高压总线314的正导体316和负导体318两端的大容量电容器322、功率逆变器模块320和电机310中的电功率无源地放电。当满足一个相关条件时，复合触发门355可在离散输出线356上产生启动信号。

低阻抗放电电阻器324可以基于高压总线314两端的电势的大小以及优选或理想的放电时间来调整大小。平均额定功率可以减小至包含峰值功率能力的额定值，且因此不同于在有源系统中采用的装置的电阻。驱动低阻抗放电电阻器324的额定功率的放电功率可以基于高压总线314两端的电势的大小、优选或理想的放电时间以及大容量电容器322的电容来确定。放电开关326的设计参数可以基于高压总线314两端的电势的大小、电流、优选放电时间以及低阻抗放电电阻器324的电阻来确定。

本文所述的概念包括无源放电电路325，其几乎不消耗或不消耗电能，同时允许高压总线中的电势的快速、自动放电。快速放电的时段在某些实施例中可以小于五秒钟。在接触器344、346焊接在一起的情形中，放电电路325可以进一步防止高压dc电源312过度放电。放电电路325可以响应于以ucg模式的操作，并且可以在安全气囊展开的事件中提供保护。放电电路325可以防止高压dc电源312无意中放电，否则可能在系统掉电或经历焊接接触器或经历点火开关336处于键接通状态时出现的高g力事件时会引起无意中放电。

术语控制器、控制模块、模块、控制、控制单元、处理器和类似术语是指专用集成电路(asic)、电子电路、中央处理单元(例如，微处理器)以及呈电容器和存储装置(只读、可编程只读、随机访问、硬盘等)的形式的相关非暂时性电容器部件的任何一个或各种组合。非暂时性电容器部件能够存储呈一个或多个软件或固件程序或例程的形式的机器可读指令，是组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、信号调节和缓冲电路，以及可由提供所描述功能性的一个或多个处理器访问的其它部件。输入/输出电路和装置包括模拟/数字转换器以及监测来自传感器的输入的相关装置，其中此类输入以预设采样频率或响应于触发事件而监测。软件、固件、程序、指令、控制例程、代码、算法和类似术语意味着包括刻度和查找表的任何控制器可执行指令集。每个控制器执行控制例程以提供理想的功能，该功能包括监测来自感测装置和其它联网控制器的输入以及执行控制和诊断指令以控制致动器的操作。例程可以规则的间隔而执行，例如正进行的操作期间每100微秒执行一次。替代地，例程可以响应于触发事件的发生而执行。控制器之间的通信和控制器、致动器和/或传感器之间的通信可以使用直接有线点对点链路、联网通信总线链路、无线链路或任何另一种合适的通信链路而实现。通信包括以任何合适形式交换数据信号，包括(例如)经由导电介质交换电信号、经由空气交换电磁信号、经由光学波导交换光学信号等。数据信号可以包括表示来自传感器的输入的模拟、离散或数字化模拟信号、表示致动器命令的信号和控制器之间的通信信号。术语‘模型’是指基于处理器或处理器可执行代码以及模拟装置或物理过程的物理存在的相关刻度。另外，应注意，术语“信号”意指传达信息的可检测物理量，并且可以是能够行进通过介质的任何合适的波形(例如，电、光学、磁性、机械或电磁)，诸如dc、ac、正弦波、三角波、方形、振动等。

详述和附图或图支持并且描述本教导，但是本教导的范围仅仅是由权利要求限定。虽然已详细地描述了用于实行本教导的某些最佳模式和其它实施例，但是存在用于实践随附权利要求书中限定的本发明的各种替代设计和实施例。