具有改进的损耗分配的三相逆变器
2020-01-12

具有改进的损耗分配的三相逆变器

本发明涉及具有改进的损耗分配的三相逆变器。一种逆变器电路将具有主侧和参考侧的直流电压源耦合到具有多个电相位的电动机或其它交流电机。逆变器电路包括开关、二极管和控制器。对于每个电相位,第一开关将电相位耦合到直流电压源的主侧且第二开关将电相位耦合到其参考侧。对于第一和第二开关中的每一个,相关联的反并联二极管配置成当与二极管相关联的开关无效时提供电通路。控制器耦合到第一和第二开关中每一个的开关输入,并配置成向那里提供控制信号,其中在低频模式下,提供给每个开关的控制信号包括第一部分和第二部分,其中第一部分包括第一脉宽调制方案且第二部分包括与第一调制方案不同的第二脉宽调制方案。

图2是逆变器中的三相电流的曲线图;

提供此概括以引入一系列简化形式的概念精选,这些概念将在下面详细地进行说明。本概括并非意在标识所要求保护的主题的关键特征或本质特征,也不打算用作辅助确定所要求保护的主题的范围。

例如,图4示出了示范性的调制方案400,其将SVM部分402与DPWM-min部分404组合起来。在此例子中,DPWM-min部分404比期间402在更高的频率下运行,不过不需要在所有实施例中实施此特征。SVM部分402的优势在于允许电流在非常低的基本工作频率或零基本工作频率下在几乎50%的切换时间通过开关106和二极管120两者。然而,PDWM-min部分404大大减少了由开关106(在此例子中)提供的电流量,由此与其它调制方案相比能实现有所增加的温度裕度(即,下降(drop))。

在图1所示的实施例中,每个电相位130、132、134可以通过逆变器电路100的各个部件可切换地耦合到功率源104的正端或负端,由此允许在任一方向上实现相位130、132、134的任意两相上的满干线电压(fullrailvoltage)或零电压。例如,开关106、110和114可切换地将相位130、132、134(分别)耦合到功率源104的正电压(或主)侧,而开关108、112、116将相位130、132、134(分别)耦合到功率源108的相反(例如,负或参考)侧。随后,为施加正电压或负电压到相位130、132、134中的任意两相之间,可以使用一个或多个适当的控制信号139A-F将与绕组相关联的一个或多个开关106-116激活。例如,为了在相位130与132之间的时间间隔期间施加正电压,相位130耦合到功率源104的正侧(即,用信号139B激活开关106)且相位132耦合到功率源104的负侧(即,用信号139C激活开关112)。电路中的电流流动取决于所施加的电压的极性和所连接的负载的功率因数。

现参考附图并首先参考图1,适合在汽车、卡车或其它车辆中使用的示范性电逆变器系统包括经由逆变器电路100与电机102相耦合的电池或其它功率源104。逆变器电路100合适地将来自源104的电能施加在电机102的多个电相位130、132、134上。通常响应于各种脉宽调制(PWM)或其它控制信号139A-F而施加此能量,所述其他控制信号由数字控制器137酌情产生并提供给电路100内的开关部件。

因此,希望提供一种改进的逆变器方案,用于从多电动机系统获得增加的功率,而不增加系统复杂性或增大电动机尺寸。尤其是,希望解决温度对逆变器操作的影响以在低的基频下生成额外的电动机转矩。此外,结合附图和前述技术领域及背景技术,根据随后的详细描述及所附权利要求书,本发明的其它可取的特征和特性将变得显而易见。

图2是逆变器中的三相电流的曲线图;

尽管混合动力车辆获得成功,然而,总是希望从存在于车辆上的电动机提供递增的功率水平。通常,通过提供额外的电动机、更大的电动机、现有电动机内更大的磁体结构,和/或通过在运行期间提高流过电动机的电枢线圈的电流,可以获得增加的功率。更特别地,逆变器电路已被设计成增加电动机系统内提供的功率。例如,常规的六开关、三桥臂式逆变器拓扑结构可以增加系统的功率,所述系统包括一个或多个三相电动机。然而,即便是此布置,也可能在其增加可用功率和/或减少逆变器的额定电流的能力方面受限制。尤其是,在低的基本工作频率处的热约束(thermalconstraint)使得常规逆变器电路的难以生成所需的电流水平,由此导致了低速时降低的电动机转矩。

控制器137是能够给逆变器电路100的各种部件提供控制信号109A-F的任何装置、模块、电路、逻辑等。例如,控制器137可以用常规微处理器或微控制器实现,其通常包括存储在易失性或非易失性数字存储器内的软件或固件指令。在其它实施例中,控制器137用任何种类的编程门阵列、查找表或其它逻辑电路实现。尽管在图1中未示出,控制器137可以经由任何类型的多路复用/解复用或其它译码电路物理耦合到开关106-116,以减少控制器137上用于提供信号139A-F的逻辑引脚或其它输出的数目。此外,控制器137可以从交流电机102或与其相关联的任何传感器接收任何类别的输入信号143,以指示低频率工作条件的存在,如在下面更全面描述的。