降低逆变器热点区温度和整体损耗的脉冲宽度调制方案制造技术

本发明专利技术是降低逆变器热点区温度和整体损耗的脉冲宽度调制方案。根据本发明专利技术，可执行PWM方案降低驱动同步电动机的逆变电路中的装置的功率损耗和热点区的温度。本发明专利技术的方法包括将相电流从高损耗的功率装置迁移到低损耗的功率装置。可以修改PWM调制信号以改变逆变器的占空比以及向低损耗的方向迁移相电流。例如，PWM参考信号可以转换为较低的值。当电动机处于转子锁定状态时可移执行PWM损耗降低方案以降低装置热点区的温度。当电动机处于正常运转状态时也可以执行PWM损耗降低方案，将脉冲宽度调制（PWM）推进为不连续的脉冲宽度调制（DPWM），以降低开关和总体损耗。当永磁同步电动机（PMSM）作为电动机运转时可以实施该方案，再生制动期间也可实施。

【技术实现步骤摘要】
降低逆变器热点区温度和整体损耗的脉冲宽度调制方案
本专利技术涉及电子逆变器，尤其涉及降低用于永磁同步电动机（PMSM）的电子逆变器中功率装置的热点区温度和功率损耗的方法和装置。
技术介绍
电力机械，比如电动车辆或混合动力车辆，可以通过电力驱动系统使用电能推进，该电力驱动系统可以包括连接到电动机的电源电路，比如电子逆变器。在这种配置中，电源电路能可控地将电源中的电力传给电动机以驱动负荷，比如车辆驱动桥。对于三相同步电动机来说，电源电路可以包括有三相接脚的逆变器，每一个接脚都包括开关，所述开关能分别控制以提供期望的逆变器输出。例如，作为电动机的转矩需求的函数的驱动信号可以通过逆变器控制器提供给逆变器。实践中，可以将逆变器设置成双向电流流动，使得电流既能从逆变器流向电动机也能从电动机流向逆变器。由于逆变器的电流取决于电动机的转动和转矩需求，当电动机的角旋转大幅降低或完全停止时，在转子锁定或电动机锁定模式过程中会出现问题。当驱动转矩等于车辆重量时，例如当车辆爬坡或障碍物阻挡车轮时，电动机的旋转会减慢或停止。控制器会通过增加供应电动机的电流来增加电动机的转矩或旋转。然而，由于电动机不是充分旋转，增加的电流会集中到单个接脚中。比如，一个逆变器接脚中的电流会是另外两个接脚的两倍。高电流集中会使该接脚中的开关装置变热并增加与该装置运转有关的功率损耗。鉴于这种现象，将逆变器的开关装置设计成能耐受转子锁定运转过程中可以预期的特定的热点区温度。耐受的热点区的温度越高，该装置的尺寸要求越大，最终，装置成本也越高。遗憾的是，转子锁定电流集中和热点区的温度越高，设备损耗越高，功率变换系统的整体运转损耗也越高。人们已经进行了各种尝试，以减少转子锁定情况下的功率损耗。传统的解决方法是减少脉冲宽度调制（PWM）的转换频率以降低逆变器的功率损耗。尽管这个解决方案可以降低逆变器的开关损耗，但由于传导损耗在功率装置的损耗中通常占主导因素，其效果有限。最近，提出了各种面向软件的解决方案。例如，美国专利公开号为2010/0185350、名称为“电动车辆的控制装置、具备该控制装置的电动车辆、电动车辆的控制方法以及存储有用于使计算机执行该控制方法的程序的计算机可读存储介质”、专利权人为丰田自动车株式会社的专利公开了根据电动发电机的转矩指令(TR)和电机转数(MRN)设定载波频率(FC)的载波频率设定单元。PWM信号生成单元生成对应于相应的相电压指令(Vu,Vv,Vw)的调相波，并且根据各调相波与具有载波频率(FC)的载波之间的量值关系来生成相位PWM信号(Pu,Pv,Pw)。当载波频率(FC)低于预设的频率时，PWM中心控制单元生成用于对PWM中心进行可变控制的PWM中心校正值(ΔCE)并且输出到PWM信号。丰田的公开教导了一种依赖载波频率的逆变器过热的问题的解决方案。但是，还需要一个经济的、面向硬件的解决方案，可以不考虑并且独立于PWM载波频率地使用该解决方案降低装置的功率损耗和热点区的温度。
技术实现思路
示例系统包括逆变电路和脉冲宽度调制（PWM）方案模块，该方案模块用于将逆变器相电流从高损耗的装置迁移到低损耗的装置以降低逆变器热点区的温度和功率损耗。在一个示例性实施例中，PWM方案模块会被设定为当耦合到逆变电路的电动机处于电动机锁定状态时迁移相电流。举例说明，但不仅限于此，能将电流从相对高损耗的绝缘栅双极晶体管（IGBT）迁移到相对低损耗的在同一接脚的二极管。PWM方案模块能被用于更改PWM的调制信号，该调制信号用于提供PWM控制信号以满足电动机指令电压的要求。PWM方案模块也能用于不影响载波频率或逆变器输出地迁移电流。在一个示例性实施例中，PWM方案模块包括用于执行损耗减少方案的方案控制模块，在该方案中逆变器相电流从高损耗装置迁移到低损耗装置。在一个示例性实施例中，PWM方案模块可以用于修改用来调制PWM载波信号的调制信号。在一个示例性实施例中，PWM方案模块能控制转换信号模块提供转换信号，该转换信号与PWM调制信号结合提供转换调制信号。示例性的PWM方案模块可以用于在电动机处于转子锁定状态时迁移逆变器相电流。相应地，PWM方案模块可以包括用于测定电动机处于转子锁定状态的状态检测模块。但是，PWM方案模块也可以用于在电动机处于正常的“非锁定”状态时迁移电流以减少逆变器的开关损耗。降低热点区温度的示例方法可以包括：测定电动机处于转子锁定状态，执行热点区降低PWM方案，测定电动机不再处于转子锁定状态，停止热点区降低方案的执行。在一个示例性实施例中，本专利技术的方法可以包括从逆变电路的接脚中的高损耗装置向低损耗装置迁移相电流。比如，电流能从绝缘栅双极晶体管（IGBT）迁移到二极管。在一个示例方法中，与高频载波信号协同向逆变器提供PWM控制信号的低频调制信号可以被修改。例如，可将PWM参考电压转换成较低的值。在一个示例性实施例中，电流迁移过程不依赖于载波频率，也不影响逆变器的输出。本专利技术的方法可以提供兼容所有开关频率的面向硬件的解决方案，该方案能降低逆变器热点区温度和功率损耗，从而允许在逆变电路中使用更小、更便宜的功率电子装置。附图说明图1示出了具有PWM方案模块（PSM）的示例系统。图2示出了一个示例系统。图3示出了一个示例系统。图4A示出了一个示例系统。图4B示出了一个示例系统。图5示出了一个示例系统。图6示出了一个示例方法的流程图。图7示出了一个示例方法的流程图。图8A示出了一个示例逆变电路在无PWM转换时的逆变器电流和信号。图8B示出了使用转换的PWM调制信号时的逆变器电流和信号。图9示出了执行与未执行PWM损耗方案时的逆变电路的结果对比。图10示出了执行与未执行PWM损耗方案时的逆变电路的结果对比。具体实施方式在此介绍本专利技术的示例性实施例；然而，本专利技术可以以多种替代方式实施，这对于本领域的技术人员是显而易见的。为便于理解本专利技术并为权利要求提供根据，本说明包括若干附图。为了强调本专利技术的新颖特征，附图未按比例绘制并且省略了有关元素。图中描绘的结构和功能细节的目的是教导本领域的技术人员实施本专利技术，而不应被解释为限制。比如，各种系统中的控制模块和元件可以被不同地设置和/或结合，而不应被视为限于这里给出的示例性配置。图1表明示例车辆100的示意图。车辆100可以是任何适当的类型，例如电动车辆或混合动力车辆。在至少一个实施例中，车辆100可包括第一轮组112、第二轮组114、发动机116、混合动力车辆驱动桥118和电力驱动系统120。电力驱动系统120可以用于向第一和/或第二轮组112，114提供转矩。电力驱动系统120可具有任何合适的配置；例如，它可以包括电力电子变换器（PEC）122形式的电力转换电路，该变换器耦合到永磁同步电动机（PMSM）126。PMSM126可耦合到功率传输单元130，功率传输单元130可以被耦合到差速器140以控制轮组114。可以预期，PMSM126可以起到电动机的作用，将电能转化为动能，或者作为发电机，将动能转化为电能。在一个示例性实施例中，PEC122可通过接口电缆127连接到作为电动机的第一PMSM，也可通过第二接口电缆（未图示）连接到作为发电机的第二PMSM（未图示）。而且，在混合动力车辆中，正如本领域的技术人本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，其特征在于，包括：逆变电路；和脉冲宽度调制（PWM）方案模块（PSM），该方案模块用于将所述的逆变电路中的相电流从高损耗装置迁移到低损耗装置。

【技术特征摘要】
2011.09.16 US 13/234,6841.一种降低逆变器热点区的温度和功率损耗的系统，其特征在于，包括：逆变电路；和脉冲宽度调制(PWM)方案模块(PSM)，该方案模块用于将所述的逆变电路中的相电流从高损耗装置迁移到低损耗装置；所述方案模块包括状态检测模块、方案控制模块和转换信号模块；所述状态检测模块用于测定耦合到所述逆变电路的电动机处于转子锁定状态；所述方案控制模块用于改变脉冲宽度调制信号以执行热点和损耗降低方案；在所述方案控制模块的指示下，所述转换信号模块用于向脉冲宽度调制信号生成单元提供转换信号，所述转换信号与调制信号在信号组合器中结合以提供转换过的调制信号，所述转换过的调制信号提供给比较器并在所述比较器中与载波信号比较以向所述逆变电路提供脉冲宽度调制驱动信号。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的脉冲宽度调制方案模块用于当耦合到...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈礼华，陈清麒，迈克尔·W·德格尼尔，沙拉姆·萨雷，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：