用于将dc电压转换为ac电压以及反之亦然的电结构的制作方法
【专利说明】用于将DC电压转换为AC电压以及反之亦然的电结构
[0001]本发明涉及一种用于将DC电压转换为AC电压以及反之亦然的电结构。
[0002]此结构可以位于电动车或混合动力车辆上，并且可以用于将由电网供应的供电电压转换为供应电能存储单元的DC电压以便对后者充电。作为变体，该结构可以用于将由此电能存储单元供应的DC电压转换为供应用于驱动车辆的电机的定子的AC电压，或者转换为传送到多相电网的AC电压。
[0003]对于车辆的如此应用，有必要确保当车辆移动时在从电能存储单元对马达的供电中涉及的任何组件之内会发生的一个或多个故障将不会影响车辆的用户或其他人的安全。
[0004]同样的，有必要确保在从电网对电能存储单元的充电中涉及的任何组件中可能发生的一个或多个故障也将不会影响位于车辆附近的人的安全。
[0005]因而，需要受益于这样的结构，其允许DC电压到AC电压的转换，并且反之亦然，并且其满足上述安全要求，同时实现起来相对简单而不会很复杂。
[0006]根据它的一个方面，本发明借助于用于将DC电压转换为AC电压以及反之亦然的电结构来响应于此需要，该电结构包括:
[0007]-DC/AC电压转换器，包括并联装配的多个臂，每个臂包括串联并由中点分开的两个可控制的开关单元，臂根据H桥而成对，
[0008]-用于每个H桥的专用控制块，以便所述H桥的所有开关单元可以由此控制块控制，每个控制块意在、显著地被配置为，通过势皇与遥控单元通信。
[0009]根据以上结构，每个H桥受益于专用于所述桥的控制块。因而该结构被划分成若干区域，它们彼此相对独立，每个区域显著地包括H桥和专用于它的控制块。由于此相对独立的区域化，在一个区域之内出现的故障不影响其它区域的操作，从而可以确保结构的操作和/或位于它附近的人的安全。
[0010]在本发明应用到混动车或电动车的情况中，每个区域还可以包括用于驱动车辆的电机的电定子绕组的一相。
[0011]此后，“低电压”表示小于或等于12V的电压，而“高电压”表示大于或等于60V的电压。
[0012]该结构可以包括遥控单元。在这种情况中，遥控单元处于低电压环境，而转换器和H桥的控制块处于高电压环境，这两个环境由势皇分开。
[0013]例如，在对电机的电定子绕组的一相的控制上的故障，即在专用于所述相的H桥上或在所述桥的开关单元的控制块上的故障，不阻碍马达对车辆的推进力的继续或对电能存储单元的充电的继续(当此充电操作再使用电机的电定子绕组时)。
[0014]每个控制块可以包括第一电能源，以及与第一电能源分开的第二电能源。依靠用于电力供应的两个分开的能源的可用性，影响一个能源的任何故障都不阻碍控制块的操作，其然后可以通过另一电能源供应。这可以确保该结构的更可靠的操作。
[0015]一个电能源例如使用一个或多个电池来形成，而另一个电能源使用在该结构中可用的高或低电压来获得。例如，第二电能源包括供应电动机的电能存储单元，以及DC/DC电压转换器，其提供用于将此电能存储单元的端子上的电压的值适配为与控制块的供电兼容的值。显著地，这是可逆DC/DC电压转换器，例如如在2012年9月28日在法国以编号1259180提交的申请中描述的。
[0016]第一电压源是例如低电压源，诸如当该结构被安装在车辆上时的车上网络的电能源。如果必要，DC/DC电压转换器可以用于降低由此低电压源供应的电压的值。低电压源例如供应所有控制块。当DC/DC电压转换器用于降低由此低电压源供应的电压的值时，可以存在与控制块一样多的这种转换器。以上第一和第二源例如对所有控制块是公共的。
[0017]每个控制块可以包括以下当中的至少一个:
[0018]-数字处理单元，被配置为与遥控单元通信，
[0019]-用于测量H桥中的至少一个电量(显著地，电压或电流)的设备，以及
[0020]-用于测量H桥中的温度的设备。
[0021]数字处理单元例如被配置为利用H桥中的温度和/或电量的测量。如果必要，从而利用的这些测量被发送到遥控单元，以便后者可以生成设定点，所述设定点一旦被每个控制块接收和处理，将允许每个控制块驱动它被专用于的H桥的开关。
[0022]这些测量可以提供用于检测该结构的每个区域中的一个或多个故障的发生，并且在这些测量的基础上生成的设定点提供用于满足上述安全有关的约束。例如这些设定点是要应用到开关单元的可控制开关的占空比值。
[0023]在检测该结构中的一个或多个故障之前，可以向开关单元应用第一控制模式，并且由于对故障的检测，第二控制模式可以被生成，然后可以被应用到开关单元的全部或一些以便满足上述安全要求。
[0024]第二控制模式可以是通用的(generic)，一旦在该结构中检测到故障，应用相同的设定点，独立于此故障的性质。
[0025]作为变体，第二控制模式可以适配于检测到的故障，即取决于检测到的故障的性质和/或取决于故障的数量，应用的设定点可以不同。
[0026]DC/AC电压转换器的H桥的每个控制块可以与所述转换器的其它H桥的其它控制块通信。
[0027]每个控制块的数字处理单元可以被配置为经由对控制块公共的且穿过所述势皇的链路与遥控单元的数字处理单元通信。
[0028]控制块的数字处理单元的一个优选地是用于此通信的主单元，那么遥控单元的数字处理单元和其它控制块的其它数字处理单元是从单元。在本申请的意义上，处理单元当它具有触发经由链路的通信的主动权时是主单元。
[0029]如果必要，如果作为主单元的控制块的数字处理单元遭受故障，其它控制块的另一个处理单元在它的位置变成主单元。
[0030]借助于在H桥的控制块的主动下执行遥控单元位于的低电压环境与DC/AC电压转换器位于的高电压环境之间的通信的事实，在低电压环境中的遥控单元或任何其它组件处的缺陷或故障的情况下，通过应用不需要与遥控单元的交互的操作模式，H桥的控制块可以继续操作并驱动DC/AC电压转换器的开关单元。
[0031]该结构的以上区域划分另外提供用于在某种程度上克服了在高电压环境的组件上发生的故障。对每个H桥的控制可以独立于对该结构的其它H桥的控制。
[0032]允许遥控单元和DC/AC电压转换器的控制块之间的通信的链路可以是全双工同步串行链路。它可以是串行外围接口(SPI)类型链路。该链路可以穿过势皇。
[0033]如果必要，单势皇可以放置在遥控单元和转换器的H桥的控制块之间。
[0034]可以使用双向电流开关，例如场效应晶体管或IGBT类型晶体管与反并联地安装的二极管，可以产生每个开关单元。
[0035]根据本发明的第一示例实现方式，该结构缺少放置在电能存储单元和DC/AC电压转换器之间的DC/DC电压转换器，使得此DC/AC电压转换器的DC接口可以连接到电能存储单元的端子。
[0036]控制块的数字处理单元可以是可编程逻辑电路(FPGA)，并且遥控单元的处理单元可以是微控制器。
[0037]当控制块的数字处理单元是可编程逻辑电路(FPGA)时并且当遥控单元使用微控制器时，那么该结构使用三个FPGA和一个微控制器来执行转换器的开关单元的整个控制。
[0038]作为变体，根据本发明的第二示例实现方式，该结构可以包括DC/DC电压转换器，该DC/DC电压转换器包括高电压接口和低电压接口，高电压接口和低电压接口中的一个连接到DC/AC电压转换器。
[0039]根据本发明的此第二示例实现方式，DC/DC电压转换器可以包括若干交叠的(interleaved)支路，每个支路包括:
[0040]-在定义低电压接口的两个端子之间延伸的臂，所述臂包括串联并由中点分开的两个可控制开关单元，
[0041 ]-线圈，其一端连接到支路的中点，并且另一端连接到高电压接口的正端子。
[0042]使用若干交叠的支路的DC/DC电压转换器的此实现方式可以提供用于在各种支路之间更好地分配功率，并且从而提供用于延长此转换器的开关单元的寿命。
[0043]DC/DC电压转换器的开关单元可以或不可以使用双向电流开关来获得。这些开关单元例如与DC/AC电压转换器的那些一样。
[0044]DC/DC电压转换器可以包括偶数支路，并且支路可以是成对的，一对的支路的线圈与所述对的另一支路的线圈磁耦合。
[0045]根据本发明的此第二示例实现方式的第一子模式，该结构可以包括用于每对支路的控制块，其适合于驱动所述支路对的所有开关单元。
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