具有电压偏移的电压源变换器制造技术

本发明专利技术涉及具有电压偏移的电压源变换器。提供一种操作电压源变换器的方法和设备。一种操作电压源变换器的方法，所述电压源变换器具有带有多个电压相的输出，所述电压相具有ＤＣ电压电平，所述方法包括：感测低输出频率状况；响应于所述低输出频率状况确定ＤＣ电压偏移；以及在操作电压源变换器时施加所述ＤＣ电压偏移，从而导致所述多个电压相的ＤＣ电压电平的变化。

【技术实现步骤摘要】


总体上涉及例如用于电动或混合电动车辆中的电压源变换器。
技术介绍
电压源变换器日益增加地用于许多应用中，例如机动车应用内的电动车辆或混合 电动车辆的马达驱动系统。在这些应用中，电压源变换器(VSI)可供应交流(AC)给附属装 置，例如AC马达。 在电压源变换器(VSI)以低或零输出频率操作时；即，当VSI在各相上施加零或低 电压同时接收恒定直流(DC)链路电压(称为输入电压)时，可能出现关于在电压源变换器 (VSI)内的功率开关的热管理问题。当以低或零输出频率操作时，VSI产生的平均电压与DC 链路电压相比较低，而输出电流可为开关额定电流。由于较慢变化的AC电流，在零或低输出频率时，可能出现热管理问题。即，在这些 状况下，VSI中的功率开关可能需要连续地或者在非常长的时间段内承载最大额定电流，弓丨 起功率开关内的相对恒定的高功率消耗。该状况表示对VSI中的开关而言的最差情况操作 状况。常规方案是对在零或低输出频率和全输出电流下的VSI操作的时间限制。不幸的是， 该常规方案对于电动和混合动力车辆操作来说可能是有问题的，因为这通常限制了在车辆 启动期间最大扭矩可以施加到电动马达的时间。另一常规方案是借助于开关频率使用脉宽 调制，其中，具有最高相电流的相不被开关，而是保持在轨道电压一定时间段，以减少开关 的损失。该常规方案增加了输出电压中的噪音(称为“电流脉动”)。较高的开关频率可用 于减少电流脉动，但是较高的开关频率增加了被开关的相中的开关损失。鉴于上述内容，期望提供克服这些和其它缺陷并改进现有电压源变换器和电压源 变换器操作的系统。因此，期望增加在低输出频率下的VSI电流容量。此外，期望提供合适 的电流脉动。另外，其它期望特征和特性从
技术实现思路
和随后的详细说明以及所附权利要求 结合附图以及该
技术介绍
显而易见。
技术实现思路
提供一种用于改进低输出频率状况期间的操作的电压源变换器。所述电压源变换 器包括一组变换器支路，每个支路包括一组开关和一组二极管，每个支路配置成提供具有 DC电压电平的调制输出电压的相。所述电压源变换器包括电压源变换器控制机构，所述电 压源变换器控制机构包括系统控制器、开关控制器和数据源。所述系统控制器配置成确定 低输出频率状况，并响应于所述低输出频率状况确定DC电压偏移。所述系统控制器施加所 述DC电压偏移，从而导致在低输出频率状况期间调制输出电压的DC电压电平的变化。所 述开关控制器通信地联接到所述系统控制器且配置成使用脉宽调制技术来操作该组变换 器支路中的该组开关。所述数据源通信地联接到所述系统控制器。提供一种操作电压源变换器的方法，所述电压源变换器具有带有多个电压相的输 出，所述电压相具有DC电压电平。所述方法包括感测低输出频率状况，并响应于所述低输出频率状况确定DC电压偏移。所述方法包括在操作电压源变换器时施加所述DC电压偏移，从而导致所述多个电压相的DC电压电平的变化。附图说明示例性实施例将在下文结合附图描述，在附图中，相同的附图标记指代相同的元 件，且图1是示出了马达驱动系统的示意图；图2是示出了根据示例性实施例的电压源变换器控制电路的框图；图3是示出了在一个输出循环内的三相电流输出的曲线图；图4是示出了在示例性实施例中温度曲线之间的相关性的曲线图；和图5是示出了根据示例性实施例的使用电压偏移操作电压源变换器的方法的流 程图。具体实施例方式以下详细说明本质上仅为示例性的，且并不打算限制应用及用途。另外，并非打算 受限于前述
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或以下具体实施方式中阐述的任何理论。图1是示出了马达驱动系统100的示意图，马达驱动系统100包括电压源变换器 110和AC马达120。电压源变换器110是常规电压源变换器且包括功率源(Vbatt)、二极管 (D11-D23)和开关(111-123)。为了讨论目的，还包括节点(N11-N15)。功率源(Vbatt)包括正⑴端子130和负㈠端子140。正端子130联接到节点 N11,负端子140联接到节点N12。二极管D11包括联接到节点N11的阴极和联接到节点N13的 阳极。二极管D12包括联接到节点N11的阴极和联接到节点N14的阳极。二极管D13包括联 接到节点N11的阴极和联接到节点N15的阳极。二极管D21包括联接到节点N13的阴极和联 接到节点N12的阳极。二极管D22包括联接到节点N14的阴极和联接到节点N12的阳极。二 极管D23包括联接到节点N15的阴极和联接到节点N12的阳极。每个二极管(D11-D23)具有与相关二极管并联设置的相关开关(111-123)。二极管 和相关开关的组合称为功率开关。以这种方式形成的功率开关能够在两个方向承载电流且 能够阻止一个方向的电压。两个功率开关聚集在一起形成变换器支路。在该示例中且参考 图1，在电压源变换器110内形成三个支路。开关(111-123)适合于控制电压源变换器110的每个支路的一部分内的电流。 开关(111-113)称为上部开关。开关(121-123)称为下部开关。在一个实施例中，开关 (111-123)使用带有DC电压偏移方法的空间矢量调制(SVM)被软件控制，如下文更详细所 述。在其它实施例中可使用其它控制方法。AC马达120包括三个端子(Ip I2和I3)。端子I1联接到节点N13，端子I2联接到 节点N14，端子I3联接到节点N15。AC马达120从电压源变换器110接收AC电压输入且基于 AC输入产生机械输出。在示例性实施例中，电压源变换器110包括六个电流双向、电压单向的功率开关， 每个支路中一个开关断开同时该支路中的另一个开关闭合。闭合开关允许电流在支路的 一部分内流动。在一个示例中且参考图1，闭合开关111允许电流从功率源Vbatt经由节点N13流向端子Ip替代地，取决于马达操作状况，闭合该开关允许电流以相反的方向从端子 “经由节点N13流向功率源Vbatt。在一个实施例中，每个功率开关具有诸如绝缘栅双极晶体 管(IGBT)的开关，所述开关具有操作温度范围和最大操作温度，所述最大操作温度部分地 决定通过IGBT的最大电流。每个功率开关中的二极管可为高温二极管，所述高温二极管也 具有部分地决定通过二极管的最大电流的操作温度范围。在一个示例性实施例中，功率开 关包括在同一基底中的IGBT和二极管，两个部件具有不同的操作温度范围。在其它实施例 中，功率开关的部件可以是独立的分立部件，且可以具有类似的操作温度范围或不同的操 作温度范围。在一个实施例中，使用脉宽调制(PWM)技术来控制每个循环的平均输出电压幅值 和输出频率。功率开关以开关频率操作，同时开关占空因子被调制以产生具有期望幅值和 输出频率的三相电压。在示例性实施例中，DC偏移使用PWM技术施加到三相电压，以导致在 低输出频率状况期间VSI的较高输出电流容量。开关频率可以是恒定频率或者可以变化。图2是示出了根据示例性实施例的电压源变换器控制电路200的框图。电压源变 换器控制电路200包括系统控制器210、开关控制器(211-223)和数据输入220。在一个实 施例中，每个开关控制器控制电压源变换器内的相关开关。系统控制器210是设计成监测和接收来自于各个源的数据的控制装置。例如，数 据输入220本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种操作电压源变换器的方法，所述电压源变换器具有带有多个电压相的输出，所述电压相具有ＤＣ电压电平，所述方法包括：感测低输出频率状况；响应于所述低输出频率状况确定ＤＣ电压偏移；以及在操作电压源变换器时施加所述ＤＣ电压偏移，从而导致所述多个电压相的ＤＣ电压电平的变化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S查克拉巴蒂，R科帕拉普，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]