用于操作逆变器的系统和车辆的电力系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明的示范性实施例大体上涉及用于改进例如绝缘栅双极晶体管（IGBT)逆变 器等电子装置的功率处理能力的系统。此外，这样的示范性实施例可涉及对IGBT逆变器的 温度建模、监测和使IGBT逆变器的温度降低。
【背景技术】
[0002] 诸如例如机车等牵引车辆采用电牵引马达用于驱动这些车辆的轮子。在这些车辆 的一些中，马达是交流(AC)马达，其速度和功率通过改变供应给马达的场绕组的AC电力的 频率和电压而控制。通常，电力在车辆系统中的某个点作为DC电力供应并且其后由例如逆 变器等电路转换成具有可控频率和电压幅度的AC电力，该电路包括例如IGBT等开关组。在 一些系统中，电力可源于耦合于逆变器的桥臂的电池组。
[0003] 在操作中，IGBT逆变器可经历脱饱和操作，其中IGBT逆变器处于或刚转到"导通" 状态，同时关联的补充模块(例如，IGBT、二极管或母线)或负载故障或代表短路。此外，IGBT 逆变器可经历低压电力供应超范围状况。
[0004] 解决脱饱和状况的已知方法包括插入与外部电阻器Rg串联的相对大的电阻。在 这些方法中，电流的减小率是非常缓慢的。从而，如果装置使短路电流局限于第一水平，在 由增加的电阻提供的"软切断"期间，该第一水平可未下降到可接受的水平。电流减小的定 时可能也需要采用相对精确的方式控制来防止对IGBT装置的损坏。检测这些状况并且对 它们作出响应的改进的系统和方法是可取的。
【发明内容】
[0005] 简短地，根据示范性实施例，提供有涉及绝缘栅双极晶体管（IGBT)装置在车辆中 的使用的控制系统和方法。示范性控制方法包括接收指示受影响的转换器的IGBT装置的 操作中的故障状况的状态信号。"受影响的"转换器是具有关于其已经生成指示故障状况的 状态信号的IGBT装置的转换器。示范性方法还包括发送将受影响的转换器的所有IGBT关 断的控制信号。示范性方法另外包括对IGBT中的每个接收指示IGBT中的每个是否成功关 断的第二状态信号。示范性方法进一步包括取决于故障信号的持续时间生成故障状况与饱 和状况或电力供应在指定范围外有关的指示。
[0006] -个实施例涉及逆变器系统。示范性逆变器系统包括受影响的转换器的绝缘栅双 极晶体管（IGBT)。该示范性逆变器系统还包括接收指示受影响的转换器的IGBT的操作中 的故障状况的状态信号的控制器。该控制器发送将受影响的转换器的所有IGBT关断的控 制信号。该控制器接收指示受影响的转换器的IGBT是否成功关断的第二状态信号。该控 制器还取决于故障信号的持续时间生成故障状况与饱和状况或电力供应在指定范围外有 关的指不。
[0007] 另一个实施例涉及车辆的电力系统。示范性电力系统包括绝缘栅双极晶体管 (IGBT)转换器，其包括多个IGBT。多个电子装置由这些IGBT供电。该示范性电力系统还 包括接收指示IGBT转换器的IGBT中的一个的操作中的故障状况的状态信号的控制器。该 控制器发送将IGBT转换器的所有IGBT关断的控制信号。该控制器接收指示IGBT中的每 个是否成功关断的第二状态信号。另外，该控制器取决于故障信号的持续时间生成故障状 况与饱和状况或电力供应在指定范围外有关的指示。
[0008] 在一个实施例中，逆变器系统包括与所述IGBT中的每个关联的栅极驱动器，其将 所述状态信号传输到所述控制器。
[0009] 在一个实施例中，逆变器系统包括传输所述状态信号的光通信链路和传输所述控 制信号的独立的光通信链路，所述光通信链路位于关联的栅极驱动器中。
[0010] 在一个实施例中，如果所述控制信号与所述状态信号相同则指示所述故障状况。
[0011] 在一个实施例中，所述控制器在接收指示所述故障状况的所述状态信号后的规定 时间执行重设操作。
[0012] 在一个实施例中，导通控制信号的传输被延迟直到所述重设操作后的规定时间。
[0013] 在一个实施例中，导通控制信号的传输被延迟直到所述重设操作后的规定时间或 直到所述故障状况已经终止后，以较长的那个为准。
[0014] 在一个实施例中，电力系统包括将所述状态信号传输到所述控制器的栅极驱动 器。
[0015] 在一个实施例中，电力系统包括传输所述状态信号的光通信链路和传输所述控制 信号的独立的光通信链路。
[0016] 在一个实施例中，如果所述控制信号与所述状态信号相同则指示所述故障状况。
[0017] 在一个实施例中，所述控制器在接收指示所述故障状况的所述状态信号后的规定 时间执行重设操作。
[0018] 在一个实施例中，导通控制信号的传输被延迟直到所述重设操作后的规定时间。
【附图说明】
[0019] 当下列详细描述参照附图（其中类似的符号在整个附图中代表类似的部件）阅读 时，本发明的实施例的这些和其他特征、方面和优势将变得更好理解，其中：
[0020] 图1是可采用根据示范性实施例的逆变器控制电路的柴油电机车的框图；
[0021] 图2是根据示范性实施例的电力系统的框图；
[0022] 图3是根据示范性实施例的IGBT逆变器的控制系统的框图；
[0023] 图4是根据示范性实施例的IGBT电路400的示意图；
[0024] 图5是在解释图4中示出的IGBT电路的操作中有用的曲线图；
[0025] 图6是在解释脱饱和状况中有用的曲线图600 ;
[0026] 图7是在解释对脱饱和状况的潜在响应中有用的曲线图；
[0027] 图8是根据示范性实施例检测脱饱和状况的电路的示意图；
[0028] 图9是根据本技术的检测脱饱和状况的比较器电路；
[0029] 图10是根据示范性实施例在解释检测脱饱和状况的比较器电路的操作中有用的 曲线图；
[0030] 图11是根据实施例在解释响应于检测到脱饱和状况的软关断的性能中有用的曲 线图；
[0031] 图12是根据本技术的实施例在解释脱饱和事件发生后IGBT装置的保护中有用的 曲线图；
[0032] 图13是根据实施例的IGBT控制电路的示意图；
[0033] 图14是根据实施例在解释导通IGBT的过程中有用的曲线图；
[0034] 图15是根据实施例在解释关断IGBT的过程中有用的曲线图；
[0035] 图16是根据实施例在解释执行脱饱和保护操作的过程中有用的曲线图；
[0036] 图17是根据实施例识别并且解决IGBT装置中的脱饱和状况的方法的过程流程 图；以及
[0037] 图18是根据实施例确定故障类型的方法。
【具体实施方式】
[0038] 图1是可采用根据示范性实施例的逆变器控制电路的柴油电机车的框图。采用简 化的部分横截视图示出的机车一般由标号100指代。在图1中不可见的多个牵引马达位于 驱动轮102后并且以驱动关系耦合于轮轴104。在图1中不可见的多个辅助马达位于机车 上的各种位点中，并且与像风箱或散热器扇的各种辅助负载耦合。这些马达可是交流(AC) 电动机。如下文详细解释的，机车100可包括多个用于控制到马达的电力的电逆变器电路。
[0039] 图2是根据本发明的示范性实施例的电力系统的框图。一般由标号200指代的该 电力系统可用于控制到非公路车辆的AC电力，尽管在图1应用中示出的机车100中，采用 4-6个AC电动机，其每个由单独逆变器控制。该电力系统200包括由例如柴油发动机等车 载内燃发动机(未示出)驱动的交流发电机202。该交流发电机202的功率输出由场控制204 指示的场激发控制调节。来自交流发电机202的电力由整流器206整流，并且耦合于一个 或多个逆变器208。这些逆变器208可使用高功率IGBT来将DC电力转换成AC电力，可使 用可变频率和/或可变电压幅度施加于一个或多个AC马达210。
[0040] 再次参照图1，电力电路至少部分位于设备隔间106中。逆变器208和场控制204 的控制电子器件以及其他电子部件可设置在电路板上，其保存在设备隔间106中的机架 中。在设备隔间106内，在电力转换中使用的高功率IGBT半导体装置可安装到空冷散热装 置 108。
[0041 ] 图3是根据示范性实施例的IGBT逆变器的控制系统300的框图。该控制系统300 包括处理器控制器302,其可经由光纤通信链路连接到控制系统300的剩余部分。电池304 将电力输送到升压/降压H桥306。如在图3中示出的，电池可具有75-80伏dc的标称输 出。该升压/降压H桥306提供处于25KHz的200v p-p的输出给栅极驱动器308,其在图 3中用虚线指示。该栅极驱动器308可用于驱动(通过示例）牵引逆变器、辅助逆变器或双 H桥转换器中的IGBT。
[0042] 栅极驱动器308包括隔离变压器310,其接收来自升压/降压H桥306的输出。该 隔离变压器310将输出输送到正调节器312和负调节器314。该