一种吸收电路、逆变器、电驱系统、车辆及电压补偿方法与流程

1.本公开涉及吸收电路技术领域，具体而言，涉及一种吸收电路、逆变器、电驱系统、车辆及电压补偿方法。


背景技术：

2.受全球能源危机与环境污染影响，汽车电动化已逐渐成为趋势，电驱系统作为电动汽车的关键动力总成负责整车的动力实现与必要的能量回收。电驱系统中实现电能转换的部件是逆变器主电路回路，该回路由按一定电路拓扑构成的功率器件组成。功率器件是电驱系统的关键核心部件，其工作安全性直接影响整车的运行安全。功率器件运行在高速开关模式下，受主电路与功率器件寄生参数的影响，开关过程中伴随着感生电压，感生电压对器件工作安全、系统电磁发射与性能输出都有决定性的影响，因此，如何降低或消除感生电压就显得尤为重要。
3.通常在主电路中需要增加一个吸收电路，所述吸收电路的作用是为了使mosfet上振荡的电压不超过器件的标称耐压值，现有的吸收电路多基于电容、电阻、二极管器件实现，吸收器件关断过程中产生的感生电压，部分技术方案在前述电路中增加了开关器件、瞬态抑制管tvs实现在特定电压以上控制吸收电路工作实现感生电压的吸收，这些电路针对感生电压的吸收机理是电感与电容的能量转换，以及电阻的能量消耗，因此对工作频率比较敏感，即电路参数在设定的频率下是最优的，如果频率改变，吸收效果将降低，效果不佳，导致吸收电路形同虚设。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本公开旨在提供一种吸收电路、逆变器、电驱系统、车辆及电压补偿方法，以至少解决现有的吸收电路仅能够在特定频率下工作的技术问题。
5.第一方面，本公开实施例提供了一种吸收电路，其包括三个并联设置的半桥拓扑电路，在每个所述半桥拓扑电路的单相半桥电路中设置电压采集转换装置和补偿变压器，其中，所述电压采集转换装置用于采集所述单向半桥电路中寄生电感产生的感生电压并将所述感生电压进行反向转换以输出转换电压，所述补偿变压器用于基于所述转换电压向所述单相半桥电路输出补偿电压。
6.在一个示例性实施例中，所述补偿电压通过所述补偿变压器的原边与副边的匝数比确定。
7.在一个示例性实施例中，所述补偿电压与所述感生电压的相位相反并且幅值相同。
8.在一个示例性实施例中，所述半桥拓扑电路包括igbt功率开关或者mos功率开关。
9.第二方面，本公开实施例提供一种电驱系统的逆变器，所述逆变器用于将直流电转变成交流电，其包括上述任一技术方案中所述的吸收电路。
10.第三方面，本公开实施例提供一种电驱系统，其包括上述技术方案中所述的逆变
器。
11.第四方面，本公开实施例提供一种车辆，其包括上述技术方案所述的电驱系统。
12.第五方面，本公开实施例提供一种电压补偿方法，所述方法包括：采集开关部件中寄生电感产生的感应电压；将所述感生电压进行反向转换以输出转换电压；基于所述转换电压向所述单相半桥电路输出补偿电压。
13.在一个示例性实施例中，通过补偿变压器的原边与副边的匝数比确定所述补偿电压。
14.在一个示例性实施例中，所述补偿电压与所述感生电压的相位相反并且幅值相同。
15.本公开通过在逆变器的每个开关部件的单相半桥电路中设置电压采集转换装置和补偿变压器，能够降低并消除开关过程中伴生的感应电压，同时该电路不受功率器件开关频率的影响，可实现电驱系统在功率器件不同开关频率下达到感生电压的消除，降低功率器件工作工程中的电应力与电磁发射，提升功率器件工作的安全性与系统的输出性能。
16.为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
17.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
18.图1是本公开所提供的三相全桥电驱逆变器的主电路示意图；
19.图2是本公开所提供的集成吸收电路的单相半桥主电路示意图；
20.图3是本公开所提供的集成吸收电路的三相全桥主电路示意图；
21.图4是本公开提供的吸收电路的感生电压尖峰实施效果示意图；
22.图5是本公开所提供的电驱系统的结构示意图；
23.图6是本公开所提供的车辆的结构示意图；
24.图7是本公开所提供的吸收电路对应的电压补偿方法的程序框图。
具体实施方式
25.下面，结合附图对本公开的具体实施例进行详细的描述，但不作为本公开的限定。
26.应理解的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本公开的范围和精神内的其他修改。
27.包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与上面给出的对本公开的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本公开的原理。
28.通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本公开的这些和其它特性将会变得显而易见。
29.还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本公开进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本公开的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都
位于借此所限定的保护范围内。
30.当结合附图时，鉴于以下详细说明，本公开的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。
31.此后参照附图描述本公开的具体实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是本公开的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本公开模糊不清。因此，本文所公开的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本公开。
32.需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
33.本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。
34.下面结合附图和具体的实施例对本公开作进一步的说明。
35.实施例1
36.鉴于现有技术中吸收电路存在吸收效果差等问题，本公开的第一方面提供了一种吸收电路，用以增强对功率器件所产生的感生电压的吸收效果，提升功率器件工作的安全性与系统的输出性能。
37.具体来说，图1为三相全桥电驱逆变器的主电路示意图，从中可以看出，该电路由六个igbt功率开关组成，其中上桥臂由igbt功率开关q1、igbt功率开关q3和igbt功率开关q5组成；下桥臂由igbt功率开关q2、igbt功率开关q4和igbt功率开关q6组成。其中，所述上桥臂中的igbt功率开关q1的集电极、igbt功率开关q3的集电极和igbt功率开关q5的集电极分别与电源正极连接，所述下桥臂中的igbt功率开关q2的发射极、igbt功率开关q4的发射极和igbt功率开关q6的发射极分别与电源负极连接，三个单相半桥电路并联组成逆变器的三相全桥电路。
38.功率器件在运行过程中，受主电路与功率器件寄生参数的影响，开关过程中会伴随产生寄生电感，三并联回路中影响工作安全与性能的寄生电感分别用l1、l4和l7表示，即寄生电感l1、寄生电感l4和寄生电感l7，所述寄生电感l1、寄生电感l4和寄生电感l7分别串联在igbt功率开关q1、igbt功率开关q3和igbt功率开关q5的集电极。
39.为了降低寄生电感对电路的影响，下面以三相全桥电路中的一相为例进行说明。图2为本公开所提供的集成吸收电路的单相半桥主电路示意图，如图2所示，集成吸收电路的u相半桥主电路包括单相半桥主电路1、电压采集转换装置2和补偿变压器3，其中所述单相半桥主电路1包括：由igbt功率开关q1和igbt功率开关q2构成的单极性逆变电路，该逆变电路的正输入端即igbt功率开关q1的集电极与直流电压的正极相连，该逆变电路的负输入端即igbt功率开关q2的发射极与直流电压的负极相连，回路寄生电感用l1表示，所述寄生
电感l1和所述补偿变压器3的副边电感l2串联设置在直流电压正极与igbt功率开关q1的集电极之间。所述电压采集转换装置2连接在所述寄生电感l1的两端，用于采集所述单向半桥电路中寄生电感l1产生的感生电压，并将所述感生电压进行反向转换以输出转换电压；所述补偿变压器3基于所述转换电压向所述单相半桥电路输出补偿电压，以降低或消除所述寄生电感产生的感生电压对开关器件的影响。
40.进一步地，在所述单相半桥主电路1中，所述寄生电感l1产生的感生电压为u1，所述电压采集转换装置2采集所述寄生电感l1产生的感生电压u1，并对所采集的感生电压u1进行反向处理，以获得所述补偿变压器3需要提供的补偿电压u2。为了降低或消除所述感生电压u1对开关器件的影响，所述补偿电压u2的最佳值应当与所述寄生电感l1产生的所述感生电压u1相位相同、幅值相反，并且所述补偿电压u2频率与所述感生电压u1的频率相同从而能够完全抵消所述感生电压u1；通过上述设置，所述集成吸收电路的单相半桥主电路能够不受功率器件开关频率变化的影响，满足电驱系统功率器件在不同开关频率下的应用。
41.具体地，所述补偿变压器3的原边匝数设为n3，副边匝数设为n2，所述补偿变压器3的原边电压和副边电压满足以下关系：所述副边电压与所述原边电压的比与所述副边匝数n2与所述原边匝数n3的比相同。因此，在原边电压确定时，可以通过调整所述补偿变压器3的原边与副边的匝数比来调整副边电压的电压值。也就是说，通过调整所述补偿变压器3的原边与副边的匝数比，能够调整所述补偿变压器3输出到主电路侧的补偿电压u2的电压值，以使得所述补偿电压u2的大小能够与所述寄生电感l1产生的感生电压u1相位相同、幅值相反，并且所述补偿电压u2频率与所述感生电压u1的频率相同，从而满足所述吸收电路对补偿电压u2的需求。
42.将三个单相半桥电路并联形成逆变器的三相全桥电路，如图3所示，从中可以看出，u相半桥电路、v相半桥电路和w相半桥电路并联设置在直流电压两端形成三相全桥电路，该电路由六个igbt功率开关组成，其中上桥臂由igbt功率开关q1、igbt功率开关q3和igbt功率开关q5组成；下桥臂由igbt功率开关q2、igbt功率开关q4和igbt功率开关q6组成。所述上桥臂中的igbt功率开关q1的集电极、igbt功率开关q3的集电极和igbt功率开关q5的集电极分别与电源正极连接，所述下桥臂中的igbt功率开关q2的发射极、igbt功率开关q4的发射极和igbt功率开关q6的发射极分别与电源负极连接，寄生电感l1与补偿变压器的副边电感l2串联设置在直流电压的正极和igbt功率开关q1的集电极之间，寄生电感l4与补偿变压器的副边电感l5串联设置在直流电压的正极和igbt功率开关q1的集电极之间，寄生电感l7与补偿变压器的副边电感l8串联设置在直流电压的正极和igbt功率开关q1的集电极之间，所述u相半桥电路、v相半桥电路和w相半桥电路分别引出一个交流输出端用于对外输出交流电压。所述寄生电感l1、寄生电感l4和寄生电感l7的两端均连接有电压采集转换装置，所述电压采集转换装置采集寄生电感产生的感生电压，并将所述感生电压进行反向转换以输出转换电压；所述补偿变压器基于所述转换电压向变压器副边、即主电路测，输出补偿电压，以降低或消除所述寄生电感产生的感生电压对开关器件的影响。
43.通过所述补偿变压器输出的补偿电压，能够有效消除逆变器三相全桥电路中开关器件产生的尖峰电压，如图4所示，图4为本公开提供的吸收电路的感生电压尖峰实施效果示意图，在单周期内，所述单相半桥主电路1中的寄生电感l1产生的感生电压u1在母线电压的上下两方向均产生尖峰电压，为了有效抑制开关器件在断开时的尖峰电压，通过所述补
偿变压器3在电路中注入所述补偿电压u2，其中所述补偿电压u2的大小与所述感生电压u2的峰值相位相同、幅值相反，从而实现对尖峰电压的消除。从图4中可以看出，通过在逆变器的每个开关部件的单相半桥电路中设置电压采集转换装置和补偿变压器，能够降低并消除开关过程中伴生的感应电压，同时该电路不受功率器件开关频率的影响，可实现电驱系统在功率器件不同开关频率下达到感生电压的消除，降低功率器件工作工程中的电应力与电磁发射，提升功率器件工作的安全性与系统的输出性能。
44.需要说明的是，本公开实施例以多个igbt功率开关进行说明，实现多个igbt功率开关组成的三相全桥电路中寄生电感的消除，本公开实施例提供的吸收电路还可以适用于其他器件组成三相全桥电路的情况，包括但不限于多个mosfet模块，或多个sic mosfet模块等。
45.由此可见，本公开通过在逆变器的每个开关部件的单相半桥电路中设置电压采集转换装置和补偿变压器，能够降低并消除开关过程中伴生的感应电压，同时该电路不受功率器件开关频率的影响，可实现电驱系统在功率器件不同开关频率下达到感生电压的消除，降低功率器件工作工程中的电应力与电磁发射，提升功率器件工作的安全性与系统的输出性能。
46.实施例2
47.基于同样的发明构思，本公开第二方面还提供一种电驱系统的逆变器10，所述逆变器10用于将直流电转变成交流电，所述逆变器10具有本公开第一方面所提供的吸收电路。
48.所述吸收电路包括三个并联设置的半桥拓扑电路，在每个所述半桥拓扑电路的单相半桥电路中设置电压采集转换装置和补偿变压器，其中，所述电压采集转换装置用于采集所述单向半桥电路中寄生电感产生的感生电压并将所述感生电压进行反向转换以输出转换电压，所述补偿变压器用于基于所述转换电压向所述单相半桥电路输出补偿电压。
49.本公开实施例通过在逆变器的每个开关部件的单相半桥电路中设置电压采集转换装置和补偿变压器，能够降低并消除开关过程中伴生的感应电压，同时该电路不受功率器件开关频率的影响，可实现电驱系统在功率器件不同开关频率下达到感生电压的消除，降低功率器件工作工程中的电应力与电磁发射，提升功率器件工作的安全性与系统的输出性能。
50.实施例3
51.基于同样的发明构思，本公开第三方面还提供一种电驱系统，如图5所示，该电驱系统100系统至少包括逆变器10、传动机构20等部件，本领域技术人员可以理解，图中示出的电驱系统结构并不构成对所述电驱系统结构的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。其中，
52.所述逆变器10是所述电驱系统100的核心，其作用是把动力电池提供的直流电转换成电机能够使用的正弦波交流电，并且它还控制着交流电机的转速和扭矩。具体的，本公开所述的逆变器10包括吸收电路，所述吸收电路包括三个并联设置的半桥拓扑电路，在每个所述半桥拓扑电路的单相半桥电路中设置电压采集转换装置和补偿变压器，其中，所述电压采集转换装置用于采集所述单向半桥电路中寄生电感产生的感生电压并将所述感生电压进行反向转换以输出转换电压，所述补偿变压器用于基于所述转换电压向所述单相半
桥电路输出补偿电压。
53.本公开实施例通过在逆变器的每个开关部件的单相半桥电路中设置电压采集转换装置和补偿变压器，能够降低并消除开关过程中伴生的感应电压，同时该电路不受功率器件开关频率的影响，可实现电驱系统在功率器件不同开关频率下达到感生电压的消除，降低功率器件工作工程中的电应力与电磁发射，提升功率器件工作的安全性与系统的输出性能。
54.实施例4
55.基于同样的发明构思，本公开第四方面还提供一种车辆，如图6所示，该车辆至少包括电驱系统100、电池系统200、以及电控系统300等部件，本领域技术人员可以理解，图中示出的车辆结构并不构成对所述车辆结构的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
56.其中所述电驱系统100将动力电池的能量转化成车轮的动能，所述电驱系统100包括本公开第二方面所提供的逆变器10，因此，本公开实施例提供的电驱系统100包括本公开实施例提供的逆变器及吸收电路的技术特征，能够达到本公开实施例提供的吸收电路的有益效果，相同之处可参照上述对本公开实施例提供的吸收电路的描述，在此不再赘述。
57.实施例5
58.为了更好地实施所述吸收电路，本公开的第五方面还提供一种与所述吸收电路对应的电压补偿方法。如图7所示，所述电压补偿方法具体包括以下步骤：
59.s101，采集开关部件中寄生电感产生的感应电压。
60.具体地，通过电压采集转换装置2采集三相全桥电路中的各单相半桥电路中寄生电感l产生的感应电压u。
61.s102，将所述感生电压进行反向转换以输出转换电压。
62.具体地，通过所述电压采集转换装置2将其所采集的所述寄生电感l两端的感应电压u进行反向转换以得到幅值相反转换电压。
63.s103，基于所述转换电压向所述单相半桥电路输出补偿电压。
64.具体地，补偿变压器3基于所述转换电压向所述单相半桥电路输出补偿电压，以降低或消除所述寄生电感l产生的感生电压u对开关器件的影响。
65.其中，所述补偿变压器3的原边匝数为n3，副边匝数为n2，所述补偿变压器3的原边电压和副边电压满足以下关系：所述副边电压与所述原边电压的比与所述副边匝数与所述原边匝数的比相同。因此，在原边电压确定时，可以通过调整所述补偿变压器3的原边与副边的匝数比来调整副边电压的电压值。也就是说，通过调整所述补偿变压器3的原边与副边的匝数比，能够调整所述补偿变压器3输出到主电路侧的补偿电压u2的电压值，以使得所述补偿电压u2的大小能够与所述寄生电感l1产生的感生电压u1相位相同、幅值相反，并且所述补偿电压u2频率与所述感生电压u1的频率相同，从而满足所述吸收电路对补偿电压u2的需求，降低或消除所述感生电压u对开关器件的影响。
66.由上述内容可知，在本公开提供的吸收电路、逆变器、电驱系统、车辆及电压补偿方法，通过在逆变器的每个开关部件的单相半桥电路中设置电压采集转换装置和补偿变压器，能够降低并消除开关过程中伴生的感应电压，同时该电路不受功率器件开关频率的影响，可实现电驱系统在功率器件不同开关频率下达到感生电压的消除，降低功率器件工作
工程中的电应力与电磁发射，提升功率器件工作的安全性与系统的输出性能。
67.上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
68.在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
69.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
70.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
71.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
72.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
73.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。