具有死区时间变化以分散失真的功率变换器制造技术

功率变换器接收相桥臂两端的直流电源电压。相桥臂包含与直流链路跨接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。栅极驱动器与相桥臂连接，该栅极驱动器响应于PWM频率下的脉宽调制(PWM)控制信号而根据上部栅极信号启用各上部开关装置并且根据下部栅极信号启用各下部开关装置。栅极驱动器在死区时间插入信号的多个交替的配对集之间变换。死区时间插入信号的每个配对集对应于在负载中流动的电流的不同失真，以便分散总失真。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术总体涉及用于电动车辆的电力驱动系统的包括逆变器的功率变换器，以及更具体地涉及有选择地插入用于控制开关装置以避免直通的死区时间而在变换器的输出中没有引入任何明显的失真。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)，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)，该可变电压变换器用于调整主DC链路电容器两端的主总线电压。逆变器被连接在DC链路的主总线和牵引马达之间以便将直流电转换为与马达线圈耦合以驱动车辆的交流(AC)电。第二逆变器也可以被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(通常为内燃机)到直流链路的另一功率流路径。逆变器包括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，响应包括电机的旋转位置和每个相位中的电流的流动的不同感测状态来控制逆变器。马达的逆变器优选地脉宽调制DC链路电压以便传输近似的正弦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)控制信号使其按需打开和关闭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，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。典型地将被称为死区时间的短时间间隔——在该间隔过程中关闭相桥臂的上部和下部开关装置——与逆变器的PWM控制结合使用以便防止直通。在典型的PWM控制中，PWM占空比与PWM载波信号的比较识别过渡时间，相桥臂的输出连接点在该过渡时间从与直流链路的一侧(也就是正或负)连接转换为与另一侧连接。没有死区时间插入，相桥臂的一个栅极信号将从打开变为关闭，同时其它栅极信号将从关闭变为打开。死区时间插入最常见的形式将死区时间添加到过渡时间的两侧，例如使“打开”的栅极信号在过渡时间之前变为“关闭”以及短暂地延迟“关闭”栅极信号向“打开”状态的改变。然而，死区时间的插入已经导致传输给负载的输出波形失真和引入控制延迟。通过修改死区时间插入来避免或减少失真的努力仍涉及其它困难。例如，补偿电路已经添加到相桥臂中的开关装置，这导致成本和制造复杂性的增加。其他努力涉及根据在特定的相桥臂内的电流流动的方向来修改插入的死区时间，这也已经导致额外的成本和复杂性。
技术实现思路
在本专利技术的一个方面，功率变换器包含配置为接收直流电源电压的直流链路。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。上部和下部开关装置之间的连接点配置为与负载连接。栅极驱动器与相桥臂连接，该栅极驱动器响应于PWM频率下的脉宽调制(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。栅极驱动器在用于上部和下部栅极信号的死区时间插入信号的多个交替的配对集之间变换(shuffle)。死区时间插入信号的每个配对集对应于在负载中流动的电流的不同的失真。附图说明图1是示出了根据本专利技术的一个实施例的电动车辆的动力传动系统的原理框图；图2是示出了产生原始栅极信号和具有插入的死区时间的栅极信号的波形图；图3是示出了用于插入死区时间的可供替换的技术的波形图；图4是示出了产生多个可供替换的死区时间插入栅极信号的配对集的框图，该多个可供替换的死区时间插入栅极信号的配对集被多路复用器变换以选择施加给相桥臂的栅极驱动器的栅极驱动信号；图5是示出了本专利技术的一个优选方法的流程图；图6是更详细地示出了用于选择可供替换的栅极信号对的电路的原理框图。具体实施方式图1示出了作为用于实施本专利技术的变换的死区时间插入的一种类型的车辆的混合动力电动车辆10。车轮11通过变速器14可以由内燃机12和/或牵引马达13驱动。为了提供电力推进，可以通过接收DC链路电容器16的DC链路电压的逆变器15驱动马达13。可以通过本领域已知的变换器18转换来自电池组17的直流电产生DC链路电压。逆变器15包括与马达相线圈23、24和25连接的相桥臂20、21和22。相桥臂20具有串联地跨接DC链路16的上部开关装置26和下部开关装置27并且在装置26和27之间提供与马达13线圈23连接的连接点28。类似地，相桥臂21具有上部开关装置30和下部开关装置31，而相桥臂22具有上部开关装置32和下部开关装置33。连接点34和35分别与马达线圈24和25连接。开关装置可以由IGBT、反并联二极管、宽带隙场效应晶体管或其它装置构成。每个上部和下部开关装置具有与控制器38中的驱动器37连接的各自的栅极端子。电流传感器40测量流过每个相线圈的电流。将测量的电流的大小从传感器40提供给控制器38中的逻辑电路41用于确定通过驱动器37待施加给开关装置的PWM开关信号。正如本领域已知的，可以将测量的电流与根据扭矩需求42所确定的所需的马达电流进行比较，扭矩需求42可以从驾驶员的输入(例如加速器踏板)得出以便驾驶员可以控制车辆的速度。因此，电流反馈确定逻辑电路41内的PWM占空比，然后使用PWM占空比产生用于相桥臂开关装置的PWM开关信号的时序。图2示出了相比于马达的转动频率在高频下(例如大约5kHz)以三角波形产生的PWM载波信号45。使用根据电流控制产生栅极驱动开关信号的已知的PWM方法，响应于在检测到的电流和目标电流之间的任何误差而产生PWM占空比信号46。占空比46与PWM载波信号45相比较以产生图2下部示出的PWM信号。信号47是原始上部装置栅极信号GUO，当PWM载波信号45大于占空比信号46时GUO具有低的逻辑电平而当占空比信号46大于PWM载波信号45时GUO具有高的逻辑电平。信号48示出了为GUO信号47的逻辑反相的原始下部装置栅极信号GLO。为了避免使用原始栅极信号47和48可能发生的直通，可以如下执行死区时间的插入。通过将固定的时间延迟引入到信号47获得波形50。固定的时间延迟表示避免由于上部和下部栅极信号之间的噪声或传播延迟差(典型地具有几微秒的持续时间)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率变换器，包含：直流链路，所述直流链路配置为接收直流电源电压；相桥臂，所述相桥臂包含跨接所述直流链路的上部开关装置和下部开关装置，其中所述上部和下部开关装置之间的连接点配置为与负载连接；以及与所述相桥臂连接的栅极驱动器，所述栅极驱动器响应于PWM频率下的脉宽调制(PWM)控制信号而根据上部栅极信号启用所述上部开关装置并且根据下部栅极信号启用所述下部开关装置；其中所述栅极驱动器在所述上部和下部栅极信号的死区时间插入信号的多个交替的配对集之间变换，以及其中所述死区时间插入信号的每个配对集对应于在所述负载中流动的电流的不同失真。

【技术特征摘要】
2015.01.21 US 14/601,2931.一种功率变换器，包含：
直流链路，所述直流链路配置为接收直流电源电压；
相桥臂，所述相桥臂包含跨接所述直流链路的上部开关装置和下部开
关装置，其中所述上部和下部开关装置之间的连接点配置为与负载连接；
以及
与所述相桥臂连接的栅极驱动器，所述栅极驱动器响应于PWM频率
下的脉宽调制(PWM)控制信号而根据上部栅极信号启用所述上部开关
装置并且根据下部栅极信号启用所述下部开关装置；
其中所述栅极驱动器在所述上部和下部栅极信号的死区时间插入信
号的多个交替的配对集之间变换，以及其中所述死区时间插入信号的每个
配对集对应于在所述负载中流动的电流的不同失真。
2.根据权利要求1所述的功率变换器，其中所述栅极驱动器在死区时
间插入信号的两个交替的配对集之间变换，以及其中所述变换由遵循预定
的重复模式来选择所述配对集组成。
3.根据权利要求2所述的功率变换器，其中所述预定的重复模式以所
述PWM频率从一个配对集转换到另一个配对集。
4.根据权利要求1所述的功率变换器，其中变换由随机选择所述配对
集组成。
5.根据权利要求1所述的功率变换器，其中所述死区时间插入信号的
第一配对集由以下组成：1)所述上部和下部栅极信号中的一个的原始
PWM版本加上用于停用各开关装置的死区时间的修改，以及2)所述上
部和下部栅极信号中的另一个的未修改的原始PWM版本。
6.根据权利要求5所述的功率变换器，其中所述死区时间插入信号的
第二配对集由以下组成：1)所述上部和下部栅极信号中所述一个的未修
改的原始PWM版本，以及2)所述上部和下部栅极信号中的所述另一个

\t的原始PWM版本加上用于停用各开关装置的死区时间的修改。
7.根据权利要求1所述的功率变换器，进一步包含：
第二相桥臂，所述第二相桥臂包含跨接所述直流链路的第二上部开关
装置和第二下部开关装置，其中所述第二上部和下部开关装置之间的第二
连接点配置为与所述负载连接；以及
与所述第二相桥臂连接的第二栅极驱动器，所述第二栅极驱动器响应
于所述PWM频率下的所述PWM控制信号而根据第二上部栅极信号启用
所述第二上部开关装置并且根据第二下部栅极信号启用所述第二下部开
关装置；
其中所述第二栅极驱动器在所述第二上部和下部栅极信号的死区时
间插入信号的多个交替的配对集之间变换，以及其中所述死区时间插入信
号的每个配对集对应于在所述负载中流动的各电流的不同失真。
8.根据权利要求7所述的功率变换器，进一步包含：
第三相桥臂，所述第三相桥臂包含跨接所述直流链路的第三上部开关
装置和第三下部开关装置，其中所述第三上部和下部开关装置之间的第三
连接点配置为与所述负载连接；以及
与所述第三相桥臂连接的第三栅极驱动器，所述第三栅极驱动器响应
于所述PWM频率下的所述PWM控制信号而根据第三上部栅极信号启用
所述第三上部开关装置并且根据第三下部栅极信号启用所述第三下部开
关装置；
其中所述第三栅极驱动器在所述第三上部和下部栅极信号的死区时
间插入信号的多个交替的配对集之间变换，以及其中所述死区时间插入信
号的每个配对集对应于在所述负载中流动的各电流...

【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