具有选择的死区时间插入的功率变换器制造技术

一种功率变换器具有一个或多个相桥臂，每个相桥臂具有上部和下部开关装置。电流传感器检测从各臂流动的电流大小。栅极驱动器响应于PWM控制信号而根据确定的栅极信号启用上部和下部装置。当检测到的电流大小大于正阈值时，则下部栅极信号包括死区时间插入并且上部栅极信号不包括死区时间插入。当检测到的电流大小小于负阈值时，则上部栅极信号包括死区时间插入并且下部栅极信号不包括死区时间插入。当检测到的电流大小在正阈值和负阈值之间时，则上部栅极信号和下部栅极信号都包括死区时间插入。极大降低了输出失真和控制延迟。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种功率变换器具有一个或多个相桥臂，每个相桥臂具有上部和下部开关装置。电流传感器检测从各臂流动的电流大小。栅极驱动器响应于PWM控制信号而根据确定的栅极信号启用上部和下部装置。当检测到的电流大小大于正阈值时，则下部栅极信号包括死区时间插入并且上部栅极信号不包括死区时间插入。当检测到的电流大小小于负阈值时，则上部栅极信号包括死区时间插入并且下部栅极信号不包括死区时间插入。当检测到的电流大小在正阈值和负阈值之间时，则上部栅极信号和下部栅极信号都包括死区时间插入。极大降低了输出失真和控制延迟。【专利说明】具有选择的死区时间插入的功率变换器
技术介绍
本专利技术总体涉及包括用于电动车辆的电力驱动系统的逆变器的功率变换器，以及更具体地涉及选择性地插入用于控制开关装置以避免直通而在变换器的输出中没有引入任何明显失真的死区时间。电动车辆——例如混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)以及纯电动车辆(BEV)—一使用逆变器驱动的电机以提供牵引扭矩和再生制动扭矩。典型的电力驱动系统包括通过接触器开关与可变电压变换器(VVC)连接的直流(DC)电源(例如电池组或燃料电池)以调整主DC链路电容器两端的主总线电压。逆变器连接在用于DC链路的主总线和牵引马达之间以便将直流电源转换为与电机线圈耦合以推进车辆的交流(AC)信号。第二逆变器也可以连接在主总线和发电机(如果存在的话)之间以提供从原动机一一典型的内燃发动机一一到直流链路的另一动力流路径。逆变器包括在具有多个相桥臂的桥接配置中连接的晶体管开关装置(例如绝缘栅双极型晶体管，或IGBT)。典型的配置包括由具有三个相桥臂的逆变器驱动的三相马达。电子控制器打开和关闭开关以便使总线的DC电压逆变为施加给马达的AC电压，或将发电机的AC电压整流为总线上的DC电压。在不同情况下，响应于感测到的包括电机的旋转位置和每个相位中的电流的各种状态而控制逆变器。马达的逆变器优选脉宽调制DC链路电压以便传输近似正弦的电流输出以在所需速度和扭矩驱动马达。施加给IGBT的栅极的脉宽调制(PWM)控制信号必要时打开和关闭它们以便产生的电流符合所需的电流。因为逆变器的每个相桥臂具有跨接DC链路的一对上部和下部开关装置，所以两个装置不能同时导电(也就是打开)是很重要的。否则，产生的相桥臂的“直通”可能导致损坏开关装置。典型地使用被称为死区时间的短时间间隔一一在该时间间隔期间相桥臂的上部和下部开关装置都是被关闭的一一与逆变器的PWM控制以便防止直通。然而，死区时间的插入已经导致使传输给负载的输出波形失真和引入控制延迟。
技术实现思路
在本专利技术的一个方面，功率变换器由配置为接收直流电源电压的直流链路和至少一个相桥臂构成。相桥臂包含跨接直流链路的上部开关装置和下部开关装置，其中上部和下部开关装置之间的连接点配置为与负载一一例如车辆的电力牵引马达一一连接。用于相桥臂的电流传感器检测从连接点流向负载的电流大小。栅极驱动器与相桥臂连接以响应于脉宽调制(PWM)控制信号而根据上部栅极信号启用上部开关装置并且根据下部栅极信号启用下部开关装置。当检测到的电流大小大于正阈值时，则下部栅极信号包括死区时间插入并且上部栅极信号不包括死区时间插入。当检测到的电流大小小于负阈值时，则上部栅极信号包括死区时间插入并且下部栅极信号不包括死区时间插入。当检测到的电流大小在正阈值和负阈值之间时，则上部栅极信号和下部栅极信号都包括死区时间插入。根据本专利技术的一个实施例，其中栅极驱动器产生有和无死区时间插入的栅极驱动信号的版本，以及其中第一栅极驱动器响应于检测到的电流大小分别与正和负阈值的比较而选择每个栅极驱动信号的版本。根据本专利技术的一个实施例，其中栅极驱动器由可编程的控制器和放大器组成。根据本专利技术的一个实施例，本专利技术的功率变换器进一步包含:第二相桥臂，第二相桥臂包含跨接直流链路的第二上部开关装置和第二下部开关装置，其中第二上部和下部开关装置之间的第二连接点配置为与负载连接；用于第二相桥臂的第二电流传感器，第二电流传感器检测从第二连接点流向负载的第二电流大小；以及与第二相桥臂连接的第二栅极驱动器，第二栅极驱动器响应于PWM控制信号而根据第二上部栅极信号启用第二上部开关装置并且根据第二下部栅极信号启用第二下部开关装置；其中当检测到的第二电流大小大于正阈值时，则第二下部栅极信号包括死区时间插入并且第二上部栅极信号不包括死区时间插入；其中当检测到的第二电流大小小于负阈值时，则第二上部栅极信号包括死区时间插入并且第二下部栅极信号不包括死区时间插入；以及其中当检测到的第二电流大小在正阈值和负阈值之间时，则第二上部栅极信号和第二下部栅极信号都包括死区时间插入。根据本专利技术的一个实施例，其中负载由用于道路车辆的电动牵引马达组成，以及其中PffM控制信号对应于牵引马达所需的扭矩。本专利技术还提供一种功率变换器，包含:直流链路，直流链路配置为接收直流电源电压；相桥臂，相桥臂包含跨接直流链路的上部开关装置和下部开关装置，其中上部和下部开关装置之间的连接点配置为与负载连接；用于相桥臂的电流传感器，电流传感器检测从连接点流向负载的电流大小；以及与相桥臂连接的栅极驱动器，栅极驱动器根据上部栅极信号启用上部开关装置并且根据下部栅极信号启用下部开关装置;以及控制器，控制器I)将脉宽调制(P丽)载波信号与命令的占空比进行比较以产生原始上部和下部栅极驱动信号；2)插入各死区时间以产生修正的上部和下部栅极驱动信号；3)响应于检测到的电流大小大于正阈值而选择原始上部栅极驱动信号以驱动上部开关装置，否则，选择修正的上部栅极驱动信号；以及4)响应于检测到的电流大小小于负阈值而选择原始下部栅极驱动信号以驱动下部开关装置，否则，选择修正的下部栅极驱动信号。根据本专利技术的一个实施例，其中控制器通过以下产生修正的上部和下部栅极驱动信号:I)将原始上部和下部栅极驱动信号延迟一死区时间常数;2)将原始上部栅极驱动信号和延迟的上部栅极驱动信号输入至上部与门以产生修正的上部栅极驱动信号；以及3)将原始下部栅极驱动信号和延迟的下部栅极驱动信号输入至下部与门以产生修正的下部栅极驱动信号。根据本专利技术的一个实施例，其中控制器通过以下产生修正的上部和下部栅极驱动信号:I)产生与命令的占空比偏置一预定偏置值的正和负偏置占空比；2)将PffM载波与负偏置占空比进行比较以产生修正的上部栅极驱动信号；以及3)将PWM载波与正偏置占空比进行比较以产生修正的下部栅极驱动信号。本专利技术还提供一种控制功率变换器的方法，包含:将脉宽调制(PWM)载波信号与命令的占空比进行比较以产生用于相桥臂的原始上部和下部栅极驱动信号；插入各死区时间以产生修正的上部和下部栅极驱动信号；检测从相桥臂到负载的电流大小；响应于检测到的电流大小大于正阈值而选择原始上部栅极驱动信号以驱动相桥臂中的上部开关装置，否则，选择修正的上部栅极驱动信号；以及响应于检测到的电流大小小于负阈值而选择原始下部栅极驱动信号以驱动相桥臂中的下部开关装置，否则，选择修正的下部栅极驱动信号。根据本专利技术的一个实施例，其中插入死区时间的步骤由以下组成:将原始上部和下部栅极驱动信号延迟一死区时间常数；将原始上部栅极驱动信号和延迟的上部栅极驱动信号输入至上部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制功率变换器的方法，包含：产生用于驱动相桥臂中的各开关装置的上部和下部栅极信号；检测从所述相桥臂到负载的电流大小；如果所述电流大小大于正阈值，则仅在所述下部栅极信号中插入死区时间；以及如果所述电流大小小于负阈值，则仅在所述上部栅极信号中插入死区时间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·W·德格尼尔，陈清麒，菊池润，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US